Hoe Vision werkt

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 3597
  • 1024
Hoewel klein van formaat, is het oog een zeer complex orgaan. flashfilm / Getty Images

Het is geen toeval dat de belangrijkste functie van de zon in het centrum van ons zonnestelsel het verschaffen van licht is. Licht is wat het leven drijft. Het is moeilijk om ons onze wereld en het leven zonder voor te stellen.

Het waarnemen van licht door levende wezens is bijna universeel. Planten gebruiken licht door middel van fotosynthese om te groeien. Dieren gebruiken licht om op hun prooi te jagen of om roofdieren te voelen en eraan te ontsnappen.

-Sommigen zeggen dat het de ontwikkeling van stereoscopisch zicht is, samen met de ontwikkeling van het grote menselijk brein en het bevrijden van handen van voortbeweging, waardoor mensen tot zo'n hoog niveau zijn geëvolueerd. In dit artikel bespreken we het verbazingwekkende innerlijke werking van het menselijk oog!

Inhoud
  1. Basis anatomie
  2. Licht waarnemen
  3. Kleurenzicht
  4. Kleurenblind
  5. Vitamine A-tekort
  6. Refractie
  7. Normaal zicht
  8. Fouten van refractie
  9. Astigmatisme
  10. Diepte perceptie
  11. Blindheid

Hoewel klein van formaat, is het oog een zeer complex orgaan. Het oog is ongeveer 1 inch (2,54 cm) breed, 1 inch diep en 0,9 inch (2,3 cm) lang.

De taaie, buitenste laag van het oog wordt de sclera. Het behoudt de vorm van het oog. De voorste zesde van deze laag is helder en wordt de hoornvlies. Alle licht moet eerst door het hoornvlies gaan als het in het oog komt. Aan de sclera zijn de spieren vastgemaakt die het oog bewegen, de zogenaamde extraoculaire spieren.

De choroidea (of uvea-kanaal) is de tweede laag van het oog. Het bevat de bloedvaten die bloed leveren aan structuren van het oog. Het voorste deel van de choroidea bevat twee structuren:

  • De ciliaire lichaam - Het corpus ciliare is een spiergebied dat aan de lens is bevestigd. Het trekt samen en ontspant om de grootte van de lens te regelen om scherp te stellen.
  • De iris - De iris is het gekleurde deel van het oog. De kleur van de iris wordt bepaald door de kleur van het bindweefsel en de pigmentcellen. Minder pigment maakt de ogen blauw; meer pigment maakt de ogen bruin. De iris is een verstelbaar diafragma rond een opening genaamd de leerling.

De iris heeft twee spieren: de dilatator spier maakt de iris kleiner en dus de pupil groter, waardoor er meer licht in het oog komt; de sluitspier spier maakt de iris groter en de pupil kleiner, waardoor er minder licht in het oog komt. De leerlinggrootte kan variëren van 2 millimeter tot 8 millimeter. Dit betekent dat door de grootte van de pupil te veranderen, het oog de hoeveelheid licht die erin valt 30 keer kan veranderen.

De binnenste laag is de netvlies -- het lichtgevoelige deel van het oog. Het bevat staafcellen, die verantwoordelijk zijn voor het zicht bij weinig licht, en kegelcellen, die verantwoordelijk zijn voor kleurwaarneming en detail. Achter in het oog, in het midden van het netvlies, bevindt zich de macula. In het midden van de macula bevindt zich een gebied dat de fovea centralis. Dit gebied bevat alleen kegels en is verantwoordelijk voor het duidelijk zien van fijne details.

Het netvlies bevat een chemische stof genaamd rhodopsin, of "visueel paars." Dit is de chemische stof die licht omzet in elektrische impulsen die de hersenen interpreteren als zicht. De retinale zenuwvezels verzamelen zich aan de achterkant van het oog en vormen de optische zenuw, die de elektrische impulsen naar de hersenen geleidt. De plek waar de oogzenuw en de bloedvaten het netvlies verlaten, wordt de optische schijf. Dit gebied is een blinde vlek op het netvlies omdat er op die plek geen staafjes of kegeltjes zijn. U bent zich echter niet bewust van deze blinde vlek omdat elk oog de blinde vlek van het andere oog bedekt.

Wanneer een arts door een oftalmoscoop naar de achterkant van uw oog kijkt, is dit het beeld:

In de oogbal bevinden zich twee met vloeistof gevulde secties, gescheiden door de lens. Het grotere, achterste gedeelte bevat een helder, gelachtig materiaal genaamd glasvocht. Het kleinere, voorste gedeelte bevat een helder, waterig materiaal genaamd kamerwater. Het kamerwater is verdeeld in twee secties, de voorste kamer (voor de iris) en de achterste kamer (achter de iris). Het kamerwater wordt geproduceerd in het corpus ciliare en wordt afgevoerd via de kanaal van Schlemm. Wanneer deze afvoer wordt geblokkeerd, wordt een ziekte genoemd glaucoom kan leiden.

De lens is een heldere, bi-convexe structuur met een diameter van ongeveer 10 mm (0,4 inch). De lens verandert van vorm omdat deze is vastgemaakt aan spieren in het corpus ciliare. De lens wordt gebruikt om het zicht te verfijnen.

Het binnenoppervlak van de oogleden en sclera bedekt een slijmvlies genaamd de bindvlies, wat helpt om het oog vochtig te houden. Een infectie van dit gebied wordt genoemd conjunctivitis (ook wel roze ogen genoemd).

Het oog is uniek omdat het in vele richtingen kan bewegen om het gezichtsveld te maximaliseren, maar het wordt beschermd tegen verwonding door een benige holte genaamd de orbitale holte. Het oog is ingebed in vet, wat voor enige demping zorgt. De oogleden beschermen het oog door te knipperen. Dit houdt ook het oppervlak van het oog vochtig door tranen over de ogen te verspreiden. Wimpers en wenkbrauwen beschermen het oog tegen deeltjes die het oog kunnen beschadigen.

Tranen worden geproduceerd in de traanklieren, die zich boven het buitenste segment van elk oog bevinden. De tranen lopen uiteindelijk weg in de binnenhoek van het oog, in de traanzak, vervolgens door het neusholte en in de neus. Daarom loopt je neus als je huilt.

Er zijn zes spieren vastgemaakt aan de sclera die de bewegingen van het oog regelen. Ze worden hier getoond:

Primaire spieren en functies:

  • Mediale rectus: beweegt het oog naar de neus
  • Laterale rectus: beweegt het oog weg van de neus
  • Superior rectus: trekt oog op
  • Inferieure rectus: verlaagt het oog
  • Superieur schuin roteert het oog
  • Inferieur schuin roteert oog

In het volgende gedeelte leert u hoe het oog licht waarneemt.

Wanneer licht het oog binnenkomt, gaat het eerst door het hoornvlies, daarna door het kamerwater, de lens en het glasvocht. Uiteindelijk bereikt het de netvlies, dat is de lichtgevoelige structuur van het oog. Het netvlies bevat twee soorten cellen, staafjes en kegeltjes genaamd. Staven omgaan met visie bij weinig licht, en kegels omgaan met kleurvisie en detail. Wanneer licht in contact komt met deze twee soorten cellen, treedt een reeks complexe chemische reacties op. De chemische stof die wordt gevormd (geactiveerde rodopsine) veroorzaakt elektrische impulsen in de oogzenuw. Over het algemeen is het buitensegment van staven lang en dun, terwijl het buitensegment van kegels meer, goed, kegelvormig is. Hieronder ziet u een voorbeeld van een staaf en een kegel:

Het buitensegment van een staaf of een kegel bevat de lichtgevoelige chemicaliën. In staafjes wordt deze chemische stof genoemd rhodopsin; in kegels worden deze chemicaliën genoemd kleurpigmenten. Het netvlies bevat 100 miljoen staafjes en 7 miljoen kegeltjes. Het netvlies is bekleed met zwart pigment genaamd melanine -- net zoals de binnenkant van een camera zwart is - om de hoeveelheid reflectie te verminderen. Het netvlies heeft een centraal gebied, de macula, die een hoge concentratie van alleen kegels bevat. Dit gebied is verantwoordelijk voor een scherp, gedetailleerd zicht.

Wanneer licht in het oog komt, komt het in contact met de lichtgevoelige chemische stof rhodopsine (ook wel visueel paars). Rhodopsin is een mengsel van een eiwit genaamd scotopsin en 11-cis-retinal -- de laatste is afgeleid van vitamine A (daarom veroorzaakt een tekort aan vitamine A zichtproblemen). Rhodopsin ontleedt wanneer het wordt blootgesteld aan licht, omdat licht een fysieke verandering veroorzaakt in het 11-cis-retinale deel van de rodopsine, waardoor het verandert in all-trans netvlies. Deze eerste reactie duurt slechts enkele triljoensten van een seconde. Het 11-cis-netvlies is een gehoekt molecuul, terwijl het all-trans netvlies een recht molecuul is. Dit maakt de chemische stof onstabiel. Rhodopsin valt uiteen in verschillende tussenliggende verbindingen, maar uiteindelijk (in minder dan een seconde) vormen metarhodopsin II (geactiveerde rodopsine). Deze chemische stof veroorzaakt elektrische impulsen die naar de hersenen worden gestuurd en als licht worden geïnterpreteerd. Hier is een diagram van de chemische reactie die we zojuist hebben besproken:

Geactiveerde rodopsine veroorzaakt elektrische impulsen op de volgende manier:

  1. Het celmembraan (buitenste laag) van een staafcel heeft een elektrische lading. Wanneer licht rodopsine activeert, veroorzaakt het een vermindering van cyclische GMP, waardoor deze elektrische lading toeneemt. Dit produceert een elektrische stroom langs de cel. Als er meer licht wordt gedetecteerd, wordt meer rodopsine geactiveerd en wordt er meer elektrische stroom geproduceerd.
  2. Deze elektrische impuls bereikt uiteindelijk een ganglioncel en vervolgens de oogzenuw.
  3. De zenuwen bereiken de optische kloof, waar de zenuwvezels van de binnenste helft van elk netvlies oversteken naar de andere kant van de hersenen, maar de zenuwvezels van de buitenste helft van het netvlies blijven aan dezelfde kant van de hersenen.
  4. Deze vezels bereiken uiteindelijk de achterkant van de hersenen (occipitale lob). Dit is waar visie wordt geïnterpreteerd en wordt de primaire visuele cortex. Sommige visuele vezels gaan naar andere delen van de hersenen om de oogbewegingen, de reactie van de pupillen en de iris en het gedrag te helpen beheersen.

Uiteindelijk moet rodopsine opnieuw worden gevormd, zodat het proces kan terugkeren. Het all-trans-netvlies wordt omgezet in 11-cis-netvlies, dat vervolgens recombineert met scotopsine om rodopsine te vormen om het proces opnieuw te beginnen bij blootstelling aan licht.

De kleurgevoelige chemicaliën in de kegels worden genoemd kegel pigmenten en lijken erg op de chemicaliën in de staafjes. Het netvliesgedeelte van de chemische stof is hetzelfde, maar de scotopsine is vervangen door fotopsines. Daarom zijn de kleurgevoelige pigmenten gemaakt van retinale en fotopsines. Er zijn drie soorten kleurgevoelige pigmenten:

  • Roodgevoelig pigment
  • Groengevoelig pigment
  • Blauwgevoelig pigment

Elke kegelcel heeft een van deze pigmenten, zodat deze gevoelig is voor die kleur. Het menselijk oog kan bijna elke kleurgradatie waarnemen wanneer rood, groen en blauw worden gemengd.

In het bovenstaande diagram worden de golflengten van de drie soorten kegels (rood, groen en blauw) weergegeven. De maximale absorptie van blauwgevoelig pigment is 445 nanometer, voor groengevoelig pigment is dit 535 nanometer en voor roodgevoelig pigment is dit 570 nanometer.

Kleurenblindheid is het onvermogen om onderscheid te maken tussen verschillende kleuren. Het meest voorkomende type is rood-groene kleurenblindheid. Dit komt voor bij 8 procent van de mannen en 0,4 procent van de vrouwen. Het treedt op als de rode of groene kegels niet aanwezig zijn of niet goed werken. Mensen met dit probleem zijn niet helemaal niet in staat rood of groen te zien, maar verwarren vaak de twee kleuren.

Dit is een erfelijke aandoening en treft mannen vaker omdat het vermogen voor kleurenwaarneming zich op de X-chromosoom. (Vrouwen hebben twee X-chromosomen, dus de kans om ten minste één X te erven met normaal kleurenzien is groot; mannen hebben maar één X-chromosoom om mee te werken. Klik hier voor meer informatie over chromosomen.). Het onvermogen om een ​​kleur te zien, of alleen in verschillende grijstinten te zien, is zeer zeldzaam.

Klik hier voor meer informatie over kleurenblindheid.

Als er sprake is van een ernstig vitamine A-tekort, dan nachtblindheid treedt op.

Vitamine A is nodig om te vormen netvlies, dat deel uitmaakt van het rhodopsinemolecuul. Wanneer de niveaus van lichtgevoelige moleculen laag zijn als gevolg van vitamine A-tekort, is er 's nachts mogelijk niet genoeg licht om te kunnen zien. Bij daglicht is er voldoende lichtstimulatie om ondanks een laag netvlies te zien.

Wanneer lichtstralen een gehoekt oppervlak van een ander materiaal bereiken, zorgt dit ervoor dat de lichtstralen buigen. Dit heet breking. Wanneer licht een bolle lens bereikt, buigen de lichtstralen naar het midden:

Wanneer lichtstralen een concave lens bereiken, buigen de lichtstralen weg van het midden:

Het oog heeft meerdere hoekige oppervlakken die ervoor zorgen dat het licht buigt. Dit zijn:

  • De interface tussen de lucht en de voorkant van het hoornvlies
  • De interface tussen de achterkant van het hoornvlies en het kamerwater
  • De interface tussen het kamerwater en de voorkant van de lens
  • De interface tussen de achterkant van de lens en het glasvocht

Als alles correct werkt, komt het licht door deze vier interfaces en komt het perfect scherp op het netvlies aan.

Visie of gezichtsscherpte wordt getest door het lezen van een Snellen-oogkaart op een afstand van 6 meter. Door naar veel mensen te kijken, hebben oogartsen besloten wat een "normaal" mens zou moeten kunnen zien als hij op 6 meter afstand van een oogkaart staat. Als u 20/20 vision heeft, betekent dit dat wanneer u 20 voet van de kaart staat, u kunt zien wat een "normaal" mens kan zien. (In metrisch, de standaard is 6 meter en heet 6/6 visie). Met andere woorden, als u 20/20 vision heeft, is uw visie "normaal" - een meerderheid van de mensen in de bevolking kan zien wat u kunt zien op 6 meter afstand.

Als je 20/40 zicht hebt, betekent dit dat wanneer je 20 voet van de kaart staat, je alleen kunt zien wat een normaal mens kan zien als je 40 voet van de kaart staat. Dat wil zeggen, als er een "normale" persoon op 12 meter afstand van de kaart staat, en u staat slechts 6 meter van de kaart, kunnen u en de normale persoon hetzelfde detail zien. 20/100 betekent dat wanneer u 20 voet van de kaart staat, u alleen kunt zien wat een normaal persoon op 30 meter afstand kan zien. 20/200 is de grens voor legale blindheid in de Verenigde Staten.

U kunt ook een visie hebben die beter is dan de norm. Een persoon met 20/10 zicht kan op 6 meter zien wat een normaal persoon kan zien als hij op 3 meter afstand van de kaart staat.

Haviken, uilen en andere roofvogels hebben een veel scherper zicht dan mensen. Een havik heeft een veel kleiner oog dan een mens, maar heeft veel sensoren (kegels) in die ruimte verpakt. Dit geeft een havikvisie die acht keer acuter is dan die van een mens. Een havik heeft misschien 20/2 visie!

Normaal gesproken kan uw oog een afbeelding precies op het netvlies scherpstellen:

Bijziendheid en verziendheid treden op als de scherpstelling niet perfect is.

Wanneer bijziendheid (bijziendheid) aanwezig is, kan een persoon objecten dichtbij goed zien en heeft hij moeite om objecten ver weg te zien. Lichtstralen worden gefocust voor het netvlies. Dit wordt veroorzaakt door een oogbol die te lang is, of een lenssysteem dat te veel scherpstelvermogen heeft. Bijziendheid wordt gecorrigeerd met een concave lens. Deze lens zorgt ervoor dat het licht iets afwijkt voordat het het oog bereikt, zoals hier te zien is:

Wanneer verziendheid (hypermetropie) aanwezig is, kan een persoon verre objecten goed zien en heeft hij moeite objecten dichtbij te zien. Lichtstralen worden gefocust achter het netvlies. Dit wordt veroorzaakt door een te korte oogbal of door een lenzenstelsel dat te weinig scherpstelvermogen heeft. Dit wordt gecorrigeerd met een Bolle lens, zoals hier te zien:

Zie Hoe problemen met refractief zicht werken en hoe corrigerende lenzen werken voor meer informatie.

Astigmatisme is een ongelijkmatige kromming van het hoornvlies en veroorzaakt een vertekend zicht. Om dit te corrigeren, wordt een lens gevormd om de oneffenheden te corrigeren.

Waarom verslechtert het gezichtsvermogen naarmate we ouder worden??

Naarmate we ouder worden, wordt de lens minder elastisch. Het verliest zijn vermogen om van vorm te veranderen. Dit heet presbyopie en valt meer op als we dingen van dichtbij proberen te zien, omdat het corpus ciliare moet samentrekken om de lens dikker te maken. Door het verlies aan elasticiteit wordt de lens niet dikker. Als gevolg hiervan verliezen we het vermogen om te focussen op objecten dichtbij.

In het begin beginnen mensen dingen verder weg te houden om ze scherp te zien. Dit wordt meestal merkbaar als we midden veertig zijn. Uiteindelijk kan de lens niet bewegen en wordt hij min of meer permanent gefocust op een vaste afstand (die per persoon anders is).

Om dit te corrigeren, bifocaal vereist. Bifocale lenzen zijn een combinatie van een onderste lens voor dichtbij zien (lezen) en een bovenste lens voor afstandszicht.

Het oog gebruikt drie methoden om afstand te bepalen:

  • De grootte van een bekend object op je netvlies - Als je uit eerdere ervaringen de grootte van een object kent, kunnen je hersenen de afstand meten op basis van de grootte van het object op het netvlies.
  • Parallax verplaatsen - Wanneer u uw hoofd heen en weer beweegt, bewegen objecten die zich dicht bij u bevinden snel over uw netvlies. Objecten die ver weg zijn, bewegen echter heel weinig. Op deze manier kunnen uw hersenen ongeveer zien hoe ver iets van u verwijderd is.
  • Stereo visie - Elk oog krijgt een ander beeld van een voorwerp op zijn netvlies, omdat elk oog ongeveer 5 cm van elkaar verwijderd is. Dit is vooral het geval wanneer een object zich dicht bij uw ogen bevindt. Dit is minder handig als objecten ver weg zijn, omdat de beelden op het netvlies identieker worden naarmate ze verder van uw ogen verwijderd zijn.

Juridische blindheid wordt meestal gedefinieerd als gezichtsscherpte minder dan 20/200 met corrigerende lenzen. Nu u wat anatomie van het oog heeft geleerd en hoe het functioneert, wordt het gemakkelijker om te begrijpen hoe de volgende aandoeningen tot blindheid kunnen leiden:

  • Staar - Dit is een troebelheid in de lens die ervoor zorgt dat licht het netvlies niet bereikt. Het komt vaker voor naarmate we ouder worden, maar baby's kunnen geboren worden met cataract. Naarmate het erger wordt, kan het een operatie vereisen om de lens te verwijderen en een intraoculaire lens te plaatsen.
  • Glaucoom - Als het kamerwater niet correct wegloopt, bouwt zich druk op in het oog. Hierdoor sterven de cellen en zenuwvezels achter in het oog af. Dit kan worden behandeld met medicijnen en operaties.
  • Diabetische retinopathie - Personen met diabetes kunnen verstopping van bloedvaten, lekkage van bloedvaten en littekens krijgen die tot blindheid kunnen leiden. Dit kan worden behandeld met laserchirurgie.
  • Maculaire degeneratie - Bij sommige personen kan de macula (die verantwoordelijk is voor fijne details in het centrum van het gezichtsvermogen) om onbekende redenen verslechteren met de leeftijd. Dit veroorzaakt verlies van centraal zicht. Dit kan soms worden verholpen met laserchirurgie.
  • Trauma - Directe trauma of chemische verwondingen kunnen voldoende schade aan de ogen veroorzaken om voldoende zicht te belemmeren.
  • Retinitis pigmentosa - Dit is een erfelijke ziekte die een degeneratie van het netvlies en overtollig pigment veroorzaakt. Het veroorzaakt eerst nachtblindheid en vervolgens tunnelvisie, die vaak geleidelijk overgaat in totale blindheid. Er is geen behandeling bekend.
  • Trachoom - Dit is een infectie die wordt veroorzaakt door een organisme dat Chlamydia trachomatis wordt genoemd. Het is wereldwijd een veel voorkomende oorzaak van blindheid, maar is zeldzaam in de Verenigde Staten. Het kan worden behandeld met antibiotica.

Er zijn veel andere oorzaken van blindheid, zoals vitamine A-tekort, tumoren, beroertes, neurologische aandoeningen, andere infecties, erfelijke ziekten en toxines. Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie.

gerelateerde artikelen

  • Hoe problemen met het refractieve zicht werken
  • Hoe corrigerende lenzen werken
  • Hoe kleurenblindheid werkt
  • Waarom hebben mensen rode ogen op sommige flitsfoto's??
  • Waarom duurt het enkele minuten voordat mijn ogen aan duisternis wennen??
  • Zal lezen bij weinig licht mijn ogen pijn doen?
  • Hoe geleidehonden werken

Meer geweldige links!

  • Eye-bronnen op internet
  • National Institutes of Health: National Eye Institute
  • Galerij van illusies
  • UC Davis: neurologische oogsimulator

Over de auteur

Carl Bianco, MD, is een spoedarts die werkzaam is in het Dorchester General Hospital in Cambridge, Maryland. Dr. Bianco ging naar de medische school aan de Georgetown University School of Medicine en behaalde zijn bachelordiploma aan de Georgetown University met majors in verpleegkunde en pre-med. Hij voltooide een stage en residentie in de spoedeisende geneeskunde in het Akron City Hospital in Akron, Ohio.

Dr. Bianco woont in de buurt van Baltimore met zijn vrouw en twee kinderen.




Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt