人的視覺形成的過程是怎么樣的
人的視覺形成的過程是怎么樣的
通過視覺，人和動物感知外界物體的大小、明暗、顏色、動靜，獲得對機體生存具有重要意義的各種信息，相信很多人都想知道視覺的成因，以下是由學習啦小編整理關(guān)于人的視覺是如何形成的內(nèi)容，希望大家喜歡!
人的視覺形成的過程
光線→角膜→瞳孔→晶狀體(折射光線)→玻璃體(支撐、固定眼球)→視網(wǎng)膜(形成物像)→視神經(jīng)(傳導視覺信息)→大腦視覺中樞(形成視覺)
進化
在進化過程中光感受器的形成，對于動物精確定向具有重要意義。最簡單的感光器官是單細胞原生動物眼蟲的眼點，使眼蟲可以定向地作趨光運動。渦鞭毛蟲眼點的結(jié)構(gòu)更為完善，借助這種眼點對光的感受可以捕食。多細胞動物的感光器官逐漸復雜多樣。如水母的視網(wǎng)膜只是一種由色素構(gòu)成的板狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可給動物提供光線強弱和方向的信息。隨著動物的進化，出現(xiàn)了杯狀或是囊狀光感受器并具有晶狀體，可使光線聚焦。環(huán)節(jié)動物、軟體動物以及節(jié)肢動物常有紐扣狀的眼或是凸出的視網(wǎng)膜。這類光感受器由許多叫做個眼的結(jié)構(gòu)排列在體表隆起之上構(gòu)成，仍位于小囊之內(nèi)。小眼中的光感受細胞為色素所包圍，光線只能由一個方向進入小眼，故而能感受光的方向。這種視覺器宮在進化過程中，在不同種類的動物表現(xiàn)為特定的型式，如昆蟲的復眼。脊椎動物的視覺系統(tǒng)通常包括視網(wǎng)膜，相關(guān)的神經(jīng)通路和神經(jīng)中樞，以及為實現(xiàn)其功能所必須的各種附屬系統(tǒng)。這些附屬系統(tǒng)主要包括：眼外肌，可使眼球在各方向上運動;眼的屈光系統(tǒng)(角膜、晶體等)，保證外界物體在視網(wǎng)膜上形成清晰的圖像。
分類
光感受器按其形狀可分為兩大類，即視桿細胞和視錐細胞。夜間活動的動物(如鼠)視網(wǎng)膜的光感受器以視桿細胞為主，而晝間活動的動物(如雞、松鼠等)則以視錐細胞為主。但大多數(shù)脊椎動物(包括人)則兩者兼而有之。視桿細胞在光線較暗時活動，有較高的光敏度，但不能作精細的空間分辨，且不參與色覺。在較明亮的環(huán)境中以視錐細胞為主，它能提供色覺以及精細視覺。這是視覺二元理論的核心。在人的視網(wǎng)膜中，視錐細胞約有600～800萬個，視桿細胞總數(shù)達1億以上。它們似以鑲嵌的形式分布在視網(wǎng)膜中;其分布是不均勻的，在視網(wǎng)膜黃斑部位的中央凹區(qū)，幾乎只有視錐細胞。這一區(qū)域有很高的空間分辨能力(視銳度，也叫視力)。它還有良好的色覺，對于視覺最為重要。中央凹以外區(qū)域，兩種細胞兼有，離中央凹越遠視桿細胞越多，視錐細胞則越少。在視神經(jīng)離開視網(wǎng)膜的部位(乳頭)，由于沒有任何光感受器，便形成盲點。由兩種光感受器的視覺生理特性及分布特點可知，觀察顏色主要利用眼球視網(wǎng)膜的中央?yún)^(qū)，也就是視場要小一些。因為當視場過大眼球側(cè)視時，先是紅、綠感覺消失，只能看到黃藍色;再往外側(cè)視，黃藍色感覺也會消失成為全色盲區(qū)，這時對顏色的判斷會發(fā)生錯誤。
基本結(jié)構(gòu)
構(gòu)造 視桿細胞和視錐細胞均分化為內(nèi)段和外段，兩者間由纖細的纖毛相連。內(nèi)段，包含細胞核眾多的線粒體及其他細胞器，與光感受器的終末相連續(xù);外段，則與視網(wǎng)膜的第2級神經(jīng)細胞形成突觸聯(lián)系。外段包含一群堆積著的小盤，這些小盤由細胞膜內(nèi)褶而成。視桿細胞多數(shù)小盤已與細胞膜相分離，而視錐細胞小盤仍與細胞膜相連。在正常情況下，外段頂端的小盤不斷脫落，而與內(nèi)段相近的基部的小盤則不斷向頂部遷移。但在視網(wǎng)膜色素變性等病理情況下，這種小盤的更新會發(fā)生障礙。
視色素 在外段小盤上排列著對光敏感的色素分子，這種色素通稱視色素，它在光照射下發(fā)生的一系列光化學變化是整個視覺過程的起始點。
視桿細胞的視色素 視桿細胞的視色素叫做視紫紅質(zhì)，它具有一定的光譜吸收特性，在暗中呈粉紅色，每個視桿細胞外段包含109個視紫紅質(zhì)分子，視紫紅質(zhì)是一種色蛋白，由兩部分組成。其一是視蛋白，有348個氨基酸，分子量約為38 000;另一部分為生色基團——視黃醛，是維生素A的醛類，因為存在若干碳的雙鍵，它具有幾種不同的空間構(gòu)型。在暗處呈扭曲形的11-型異構(gòu)體，但受光照后即轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€形的全-反型異構(gòu)體。后者不再能和視蛋白相結(jié)合，經(jīng)過一系列不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物后，視黃醛與視蛋白相分離。在這一過程中，視色素分子失去其顏色(漂白)。暗處它在酶的作用下，視黃醛又變?yōu)?1-順型，并重新與視蛋白相結(jié)合(復生)，完成視覺循環(huán)。在強光照射后，視紫紅質(zhì)大部分被漂白，其重新合成需要約1小時。隨著視紫紅質(zhì)的復生，視網(wǎng)膜的對光敏感度逐漸恢復，這是暗適應的光化學基礎(chǔ)。當動物缺乏維生素A時,視覺循環(huán)受阻，會導致夜盲。
視錐細胞的視色素 視錐細胞的視色素的結(jié)構(gòu)與視紫紅質(zhì)相似，所不同者為視蛋白的類型;其分解和復生過程也相似。在具有色覺的動物，有3種視錐細胞，分別包含光譜吸收峰在光譜紅、綠、藍區(qū)的視色素，這種不同的光譜敏感性由其視蛋白的特異性所決定。
興奮
由細胞膜對離子的通透性的變化所產(chǎn)生。光感受器在不受光刺激時處于活動狀態(tài)，即在暗中細胞膜的離子通道是開放的，鈉離子流持續(xù)地從細胞外流入細胞內(nèi)，細胞膜去極化。光照則引起離子通道關(guān)閉，使膜電導降低，整個感受器超極化，細胞興奮。
由于視色素位于外段的小盤上，由視色素空間構(gòu)型的變化所導致外段質(zhì)膜的通透性變化，必須通過第二信使來實現(xiàn)。1985年，科學家們應用膜片鉗技術(shù)證明，這種第二信使即環(huán)鳥苷酸(cGMP)。光感受機制的基本過程是：視色素分子被光漂白，激活三磷酸腺苷結(jié)合蛋白，進而又激活磷酸二酯酶，后者把cGMP水解為鳥苷酸，降低了cGMP的濃度。在暗處，正是cGMP使細胞膜離子通道保持開放，它的濃度降低會使這些通道的開啟情況發(fā)生變化，導致光感受器的興奮。
超微電極技術(shù)(尖端小于1微米)的發(fā)展可使電極刺入脊椎動物光感受器細胞(直徑幾微米至十幾微米)，記錄和分析單個光感受器的生物電活動。在暗處，由于鈉離子流持續(xù)從胞外流入胞內(nèi)，光感受器細胞膜的靜息電位較低，胞內(nèi)記錄約為-30毫伏，光照時，鈉通道關(guān)閉，鈉電導下降，使膜電位接近鉀離子的平衡電位，光感受器的胞內(nèi)電位變得更負，形成超極化。這是光感受器電反應的重要特點。此外，它是一種隨光強增加而逐漸增大幅度的分級電位，并不產(chǎn)生神經(jīng)細胞最常見的生物電形式——動作電位。
光感受器對物理強度相同，但波長不同的光，其電反應的幅度也各不相同，這種特點通常用光譜敏感性來描述。在具有色覺的動物(包括人)，數(shù)百萬的視錐細胞按其光譜敏感性可分為3類，分別對紅光、綠光、藍光有最佳反應，與視錐細胞三種視色素的吸收光譜十分接近，色覺具有三變量性，任一顏色在原理上都可由3種經(jīng)選擇的原色(紅、綠、藍)相混合而得以匹配。在視網(wǎng)膜中可能存在著3種分別對紅、綠、藍光敏感的光感受器，它們的興奮信號獨立傳遞至大腦，然后綜合產(chǎn)生各種色覺。色盲的一個重要原因正是在視網(wǎng)膜中缺少一種或兩種視錐細胞色素。
由于光感受器在暗中保持去極化狀態(tài)，其末端在暗中持續(xù)向第二級神經(jīng)細胞釋放遞質(zhì)，光照使細胞膜超極化，遞質(zhì)釋放減少。光感受器的遞質(zhì)可能是谷氨酸或天冬氨酸。
無脊椎動物的光感受器的對光反應為去極化，并產(chǎn)生神經(jīng)脈沖，與其他感受器(如牽張感受器)的電活動并無差異。
視覺中物像的形成
光線通過眼內(nèi)折光系統(tǒng)的成象原理基本上與照相機及凸透鏡成像原理相似。按光學原理，眼前六米至無限遠的物體所發(fā)出的光線或反射的光線是接近于平行光線，經(jīng)過正常眼的折光系統(tǒng)都可在視網(wǎng)膜上形成清晰的物像。當然人眼并不能看清任何遠處的物體，這是由于過遠的物體光線過弱，或在視網(wǎng)膜上成像太小，因而不能被感覺。當兩個物點發(fā)出或反射的光線進入瞳孔經(jīng)晶狀體折光后成的像落在同一感光細胞上時，便不能被分辨，而感光細胞是有一定大小的，因此其密度是有一定限度的。因此，人眼便有一定的分辨率。該分辨率用參數(shù)最小角分辨率來表征。一般情況下，人眼的正常角分辨率為1ˊ。離眼較近的物體發(fā)出的光線將不是平行光線而是程度不同的輻散光線，它們通過折光系統(tǒng)成像于視網(wǎng)膜之后，因此，只能引起一個模糊的物像。而正常眼，無論遠、近物體，通過折光系統(tǒng)都能在視網(wǎng)膜上形成清晰的物像，這是由于正常人眼具有調(diào)節(jié)作用。眼的調(diào)節(jié)主要靠改變晶狀體的形狀來調(diào)節(jié)，這是通過神經(jīng)反射而實現(xiàn)的。當模糊的視覺形像經(jīng)神經(jīng)傳至大腦皮層視覺區(qū)，可引起下行沖動傳至中腦動眼神經(jīng)副交感核，經(jīng)睫狀神經(jīng)傳至睫狀肌，使其中環(huán)行肌收縮，引起連接晶狀體的睫狀小帶松弛。由于晶狀體本身具有彈性，故而向前方及后方凸出，折光力增大，使輻射的光線能聚焦前移，成像于視網(wǎng)膜上(圖12-5)。物體距眼球愈近，則達到眼球的光線的輻射程度愈大，則晶狀體變凸的程度愈大。反之，視遠物時，則晶狀體凸度減小。人眼晶狀體的調(diào)節(jié)能力隨年齡的增長而逐漸減弱。其主要細胞產(chǎn)生的電位變化經(jīng)雙極細胞傳至神經(jīng)節(jié)細胞，再經(jīng)神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)出的神經(jīng)纖維(視神經(jīng))以動作電位的形式傳向視覺中樞而產(chǎn)生視覺。其傳導途徑是：視神經(jīng)在視交叉處進行半交叉(來自視網(wǎng)膜鼻側(cè)的纖維交叉到對側(cè)，而顳側(cè)的纖維不交叉仍在同側(cè)前進)，每側(cè)眼球的交叉與不交叉的纖維組成一側(cè)視束，視束到達丘腦后部的外側(cè)膝狀體，換神經(jīng)元后，其纖維上行經(jīng)內(nèi)囊后到達大腦的枕葉視覺中樞(圖12-6)。
視覺的其他現(xiàn)象
1、視力視力指視覺器官對物體形態(tài)的精細辨別能力。
2、視野視野是指單眼注視前方一點不動時，該眼能看到的范圍。臨床檢查視野對診斷某些視網(wǎng)膜、視神經(jīng)方面的病變有一定意義。
3、暗適應和明適應當人從亮處進入暗室時，最初任何東西都看不清楚，經(jīng)過一定時間，逐漸恢復了暗處的視力，稱為暗適應。相反，從暗處到強光下時，最初感到一片耀眼的光亮，不能視物，只能稍等片刻，才能恢復視覺，這稱為明適應。暗適應的產(chǎn)生與視網(wǎng)膜中感光色素再合成增強、絕對量增多有關(guān)。從暗處到強光下，所引起的耀眼光感是由于在暗處所蓄積的視紫紅質(zhì)在亮光下迅速分解所致，以后視物的恢復說明視錐細胞恢復了感光功能。
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