ビジョンのしくみ

私たちの太陽系の中心にある太陽の主な機能が光を提供することであることは偶然ではありません。光は生命を動かすものです。それなしで私たちの世界と生活を想像するのは難しいです。

生物による光の感知はほぼ普遍的です。植物は光合成による光を利用して成長します。動物は光を使って獲物を狩ったり、捕食者を感知して逃げたりします。

人間がこれほど高いレベルに進化することを可能にしたのは、大きな人間の脳の発達と運動からの手の解放とともに、立体視の発達であると言う人もいます。この記事では、驚くべきことについて説明します。人間の目の内部の仕組み！

コンテンツ

1. 基本的な解剖学
2. 光を知覚する
3. カラービジョン
4. 色覚異常
5. ビタミンA欠乏症
6. 屈折
7. 通常の視力
8. 屈折異常
9. 乱視
10. 奥行き知覚
11. 盲目

サイズは小さいですが、目は非常に複雑な器官です。目は幅約1インチ（2.54 cm）、深さ1インチ、高さ0.9インチ（2.3 cm）です。

目の丈夫で最外層は強膜と呼ばれます。それは目の形を維持します。この層の前の6分の1は透明で、角膜と呼ばれます。すべての光は、目に入ったときに最初に角膜を通過する必要があります。強膜にある付属の筋肉の目を動かすと呼ばれ、外眼筋。

脈絡膜（または眼球血管膜）は、眼の第二の層です。目の構造に血液を供給する血管が含まれています。脈絡膜の前部には2つの構造があります。

虹彩には2つの筋肉があります。瞳孔散大筋は虹彩を小さくし、したがって瞳孔を大きくして、より多くの光を目に入れます。括約筋の筋肉は、眼に少ない光せる、虹彩が大きく、瞳孔が小さくなります。瞳孔のサイズは2ミリメートルから8ミリメートルに変更できます。これは、瞳孔のサイズを変えることによって、目が瞳孔に入る光の量を30倍変えることができることを意味します。

最内層は網膜、つまり目の光を感知する部分です。それは含まれてい桿体細胞の低光の中でビジョンを担当している、と錐体細胞色覚やディテールを担当しています、。目の後ろ、網膜の中心には黄斑があります。黄斑の中心には中心窩と呼ばれる領域があります。この領域には錐体のみが含まれており、細部をはっきりと見ることができます。

網膜には、ロドプシンまたは「ビジュアルパープル」と呼ばれる化学物質が含まれています。これは、光を電気インパルスに変換し、脳が視覚として解釈する化学物質です。網膜神経線維は目の後ろに集まり、視神経を形成します。視神経は電気インパルスを脳に伝導します。視神経や血管が網膜を出るスポットと呼ばれる光磁気ディスク。この領域には桿体または錐体がないため、この領域は網膜の死角です。ただし、各目がもう一方の目の死角をカバーしているため、この死角に気づいていません。

医師が検眼鏡で目の後ろを見ると、次のようになります。

眼球の内側には、レンズによって分離された2つの液体で満たされたセクションがあります。大きな後部には、硝子体液と呼ばれる透明なゲル状の物質が含まれています。小さいフロントセクションには、房水と呼ばれる透明で水っぽい素材が含まれています。房水は、前房（虹彩の前）と後眼房（虹彩の後ろ）と呼ばれる2つのセクションに分かれています。房水は毛様体で生成され、シュレム管から排出されます。この排水が遮断されると、緑内障と呼ばれる病気が発生する可能性があります。

レンズは、直径10mm（0.6インチ）〜約クリア、両凸形状の構造体です。レンズは毛様体の筋肉に付着しているため、形が変わります。レンズは視力を微調整するために使用されます。

まぶたと強膜の内面を覆っているのは結膜と呼ばれる粘膜で、目を湿らせておくのに役立ちます。この領域の感染症は結膜炎（ピンクアイとも呼ばれます）と呼ばれます。

目は、視野を最大化するために多くの方向に動くことができるという点で独特ですが、眼窩と呼ばれる骨の空洞によって損傷から保護されています。目は脂肪に埋め込まれており、クッション性があります。まぶたはまばたきで目を保護します。これはまた、目に涙を広げることによって目の表面を湿らせたままにします。まつげや眉毛は、目を傷つける可能性のある粒子から目を保護します。

涙は、各目の外側の部分の上にある涙腺で生成されます。涙は最終的に目の内側の角、涙嚢、そして鼻管を通って鼻に流れ込みます。だから泣くと鼻が走る。

強膜には、目の動きを制御する6つの筋肉が付いています。それらはここに示されています：

一次筋と機能：

次のセクションでは、目がどのように光を知覚するかを学びます。

光が目に入ると、最初に角膜を通過し、次に房水、水晶体、硝子体液を通過します。最終的には、目の光感知構造である網膜に到達します。網膜には、桿体と錐体と呼ばれる2種類の細胞が含まれています。ロッドは、低光の中でビジョンを処理し、コーンは色覚や詳細を扱います。光がこれらの2種類の細胞に接触すると、一連の複雑な化学反応が起こります。形成される化学物質（活性化されたロドプシン）は、視神経に電気インパルスを生成します。一般に、ロッドの外側のセグメントは長くて細いのに対し、コーンの外側のセグメントはよりよく、円錐形です。以下は、ロッドとコーンの例です。

ロッドまたはコーンの外側のセグメントには、感光性の化学物質が含まれています。桿体では、この化学物質はロドプシンと呼ばれます。コーンでは、これらの化学物質はカラー顔料と呼ばれます。網膜には1億本の桿体と700万本の錐体が含まれています。網膜は、カメラの内部が黒いのと同じように、メラニンと呼ばれる黒い色素で裏打ちされており、反射の量を減らしています。網膜には黄斑と呼ばれる中央領域があり、錐体のみが高濃度で含まれています。この領域は、鮮明で詳細な視力を担っています。

光が目に入ると、感光性の化学物質であるロドプシン（視覚紫とも呼ばれます）と接触します。ロドプシンはスコトプシンと呼ばれるタンパク質と11-シス-レチナールの混合物です-後者はビタミンAに由来します（これがビタミンAの不足が視力の問題を引き起こす理由です）。ロドプシンは、光がロドプシンの11-cis-レチナール部分に物理的変化を引き起こし、それをオールトランスレチナールに変化させるため、光にさらされると分解します。この最初の反応は、ほんの数兆分の1秒しかかかりません。11-cis-レチナールは角のある分子ですが、all-transレチナールはまっすぐな分子です。これにより、化学物質が不安定になります。ロドプシンはいくつかの中間化合物に分解されますが、最終的に（1秒以内に）メタロドプシンII（活性化ロドプシン）を形成します。この化学物質は、脳に伝達されて光として解釈される電気インパルスを引き起こします。これが今議論した化学反応の図です：

活性化されたロドプシンは、次のように電気インパルスを引き起こします。

最終的には、プロセスを繰り返すことができるように、ロドプシンを再形成する必要があります。オールトランスレチナールは11-シス-レチナールに変換され、次にスコトプシンと再結合してロドプシンを形成し、光にさらされるとプロセスを再開します。

錐体の色応答性化学物質は錐体色素と呼ばれ、桿体の化学物質と非常によく似ています。化学物質の網膜部分は同じですが、スコトプシンはフォトプシンに置き換えられています。したがって、色応答性色素は網膜とフォトプシンでできています。色に敏感な顔料には次の3種類があります。

各錐体細胞はこれらの色素の1つを持っているので、その色に敏感です。赤、緑、青を混ぜると、人間の目はほとんどすべての色のグラデーションを感じることができます。

上の図には、3種類の錐体（赤、緑、青）の波長が示されています。青に敏感な顔料のピーク吸収率は445ナノメートル、緑に敏感な顔料の場合は535ナノメートル、赤に敏感な顔料の場合は570ナノメートルです。

色覚異常は、異なる色を区別できないことです。最も一般的なタイプは赤緑色覚異常です。これは、男性の8％と女性の0.4％で発生します。これは、赤または緑の錐体が存在しないか、正しく機能していない場合に発生します。この問題を抱えている人は、赤や緑を完全に見ることができないわけではありませんが、2つの色を混同することがよくあります。

これは遺伝性疾患であり、色覚の能力がX染色体上にあるため、男性により一般的に影響を及ぼします。（女性は2つのX染色体を持っているので、通常の色覚で少なくとも1つのXを継承する可能性が高く、男性は1つのX染色体しか使用できません。染色体の詳細についてはここをクリックしてください。）色が見えない、または異なるグレーの色合いでしか見えないことは非常にまれです。

色覚異常の詳細については、ここをクリックしてください。

重度のビタミンA欠乏症が存在する場合、夜盲症が発生します。

ロドプシン分子の一部であるレチナールを形成するには、ビタミンAが必要です。ビタミンA欠乏症のために感光性分子のレベルが低い場合、夜間に視力を確保するのに十分な光がない可能性があります。日中は、網膜のレベルが低いにもかかわらず、視力を生み出すのに十分な光刺激があります。

光線が別の材料の角のある表面に到達すると、光線が曲がります。これは屈折と呼ばれます。光が凸レンズに到達すると、光線は中心に向かって曲がります。

光線が凹レンズに到達すると、光線は中心から離れる方向に曲がります。

目には、光を曲げる複数の角度の付いた表面があります。これらは：

すべてが正しく機能しているとき、光はこれらの4つのインターフェースを通過し、完全に焦点を合わせて網膜に到達します。

視力または視力は、20フィートの距離でスネレン視標を読むことによってテストされます。眼科医は、多くの人を見て、視力検査表から20フィート離れたところに立っているときに「普通の」人間が何を見ることができるかを決定しました。あなたが20/20の視力を持っている場合、それはあなたがチャートから20フィート離れて立っているとき、あなたは「普通の」人間が見ることができるものを見ることができることを意味します。 （メートル法では、標準は6メートルで、6/6ビジョンと呼ばれます）。言い換えれば、あなたが20/20の視力を持っている場合、あなたの視力は「正常」です-人口の大多数の人々はあなたが20フィートで見ることができるものを見ることができます。

あなたが20/40の視力を持っている場合、それはあなたがチャートから20フィート離れて立っているときあなたがチャートから40フィート立っているときだけ普通の人間が見ることができるものを見ることができることを意味します。つまり、チャートから40フィート離れたところに立っている「普通の」人がいて、チャートからわずか20フィート離れたところに立っている場合、あなたと普通の人は同じ詳細を見ることができます。20/100は、チャートから20フィート離れていると、100フィート離れて立っている普通の人だけが見ることができることを意味します。20/200は、米国における法的な失明のカットオフです。

また、標準よりも優れた視力を持つことができます。20/10の視力を持つ人は、チャートから10フィート離れて立っているときに、通常の人が見ることができるものを20フィートで見ることができます。

鷹、フクロウ、その他の猛禽類は、人間よりもはるかに鋭い視力を持っています。鷹の目は人間よりはるかに小さいですが、その空間にはたくさんのセンサー（コーン）が詰め込まれています。これにより、人間の8倍の鋭さのタカの視力が得られます。タカは20/2の視力を持っているかもしれません！

通常、あなたの目は網膜に正確に画像の焦点を合わせることができます：

近視と遠視は、焦点が完全でないときに発生します。

とき近視（近視が）存在している、人はよく近くの物体を見ることができるし、難易遠くにあるオブジェクトを見ています。光線は網膜の前に集束します。これは、眼球が長すぎるか、レンズシステムの焦点が合っていないことが原因です。近視は凹レンズで矯正されます。このレンズは、ここに見られるように、光が目に到達する前にわずかに発散します。

とき遠視（遠視が）存在している、人はよく遠くのオブジェクトを表示することができ、難易度近くにあるオブジェクトを見ています。光線は網膜の後ろに集束します。これは、眼球が短すぎるか、レンズシステムの集束力が少なすぎることが原因です。これは、ここに見られるように、凸レンズで修正されます。

詳細については、屈折視力の問題がどのように機能するか、および矯正レンズがどのように機能するかを参照してください。

乱視は角膜の不均一な湾曲であり、視力の歪みを引き起こします。これを修正するために、レンズは凹凸を修正するように形作られています。

なぜ私たちが年をとるにつれて視力が悪化するのですか？

年をとると、レンズの弾力性が低下します。それは形を変える能力を失います。これは老眼と呼ばれ、レンズを厚くするために毛様体が収縮しなければならないため、近くにあるものを見ようとするとより目立ちます。弾力性が失われると、レンズが厚くなるのを防ぎます。その結果、近くのオブジェクトに焦点を合わせることができなくなります。

最初、人々は物事に焦点を合わせるために物事をより遠くに保持し始めます。これは通常、40代半ばに達すると顕著になります。最終的に、レンズは動くことができなくなり、一定の距離（人によって異なります）にほぼ恒久的に焦点が合わせられます。

これを修正するには、遠近両用眼鏡が必要です。遠近両用眼鏡は、近方視力（読書）用の下部レンズと遠方視力用の上部レンズの組み合わせです。

目は距離を決定するために3つの方法を使用します：

法定失明は通常、矯正レンズを使用した場合の視力が20/200未満であると定義されます。目の解剖学的構造とその機能を学習したので、次の条件がどのように失明につながる可能性があるかを理解しやすくなります。

ビタミンA欠乏症、腫瘍、脳卒中、神経疾患、その他の感染症、遺伝性疾患、毒素など、他にも多くの失明の原因があります。詳細については、次のページのリンクを確認してください。

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著者について

Carl Bianco、MDは、メリーランド州ケンブリッジのドーチェスター総合病院で診療を行っている救急医です。ビアンコ博士はジョージタウン大学医学部の医学部に通い、ジョージタウン大学で看護学と医学部進学課程を専攻して学士号を取得しました。彼はオハイオ州アクロンのアクロン市立病院で救急医療のインターンシップと研修医を修了しました。

ビアンコ博士は、妻と2人の子供と一緒にボルチモアの近くに住んでいます。