眼睛的生理功能       

五種感覺 (The Five Senses)   亞里士多德 Aristotle (384-322 B.C.)

:視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺

眼睛可以分為單眼和複眼。單眼多為有脊椎動物,複眼則為無脊椎動物所有

昆蟲的眼睛是由數以百計的小眼所組成的,每一個小眼有獨立的光學和感光部分,但是所看到的影像並不是一個輪廓分明的物體,而是模砌形的圖案。複眼的構造也非常複雜,它有感光的小網膜細胞,外邊附有毛狀突起物和感光色素。不同動物的複眼會利用不同的原理形成影像。

動物眼睛適應不同環境而演化出各種構造:

:沒有眼瞼,可以長時間觀察事物而不必眨眼,眼睛外有一層稱為透明膜的眼鏡,即使牠們在佈滿枯枝腐葉和砂土裏鑽動也不會受到損害

:眼睛幾乎可以看見360°的事物

:眼睛有柄

:可以把瞳孔形成一條垂直的縫,一方面可以保護眼睛免受強光刺激,另一方面又可以使影像更加清晰

四眼魚:眼睛可以分成兩部分,上半部分觀察水面事物,另外一部分觀察水底以下的物體

蜜蜂:可以看到紫外線

有脊椎動物的眼睛是身體上最精密,奇妙和受保護的器官,它們被深深藏在眼框之內,四周被好幾層構造保護着。僅有不到 一厘米 的面積是暴露於外界的,以結膜,眼瞼,眼睫毛和淚水則作為保護的用途,而且拒走了外界能損害眼睛的物體。

眼球與相機之相對部位作對照

眼角膜=相機之聚(定)焦透鏡

水晶體=相機之變焦透鏡

鞏膜   =相機之外殼

視網膜=相機之底片

虹彩、瞳孔=相機之光圈

視神經=相機之視訊傳輸線

最早人類所發明的照相機只是一個黑色的小箱子,箱子前面的小洞裡放上一塊鏡片,箱子後面再擺上一張感光底片而成。今天,不斷改良相機性能的結果,一般包括下列各項功能:自動對焦、微距對焦、自動曝光、自拍裝置、內置閃燈、自動測光、變焦觀象、變焦自動閃燈等等。

相機雖然備有上述種種功能優點,但它還要再配上一些零件,才可稱為完備。如:望遠鏡,廣角鏡,變焦鏡,鏡片防霉劑,拭鏡紙和防潮箱。結果這些東西合起來佔了一個大箱子!而且實際上,相機仍還有很多的功能限制

 

最新數位相機以及攝影機的新功能:

臉部搜尋&人臉辨識:自動辨識人物臉部的自動追蹤對焦系統

微笑快門功能:聰明地只在主角微笑時才拍下相片,捕捉快樂的時刻

百(千)萬畫素 高倍光學變焦:捕捉存取高解析度、高畫質影像,鮮明清楚

光學影像穩定系統,學防手震技術:內建陀螺儀感測器,光學移鏡減震,消除相機或手部晃動而造成的影像模糊,保持影像鮮明清晰

雙陀飛輪光學防手震/CCD防手震/夜間攝影防手震/動態錄影防手震

高感光度(High Sensitivity)模式: ISO 設定提升到 ISO1000 ,因此能在低亮度或無閃光燈情況下拍攝。在夜晚、室內、微弱的月光下,仍能拍出清晰自然、不模糊的影像。

高感光度的動態攝影:拍攝快速移動物體的動態影像

自動光圈:白平衡種類:日光 / 陰天 / 多雲 / 螢光 / 白熾光 / 閃光燈
內置記憶體

影像感應器

自動對焦、微距對焦

連環快拍、無限連拍

液晶顯示螢幕

千萬畫素的超薄隨身機種:攜帶方便,隨看隨拍,輕鬆留下美好的回憶

自動調整設定配合環境明暗度

動體分析、臉部搜尋、追蹤被攝物的自動追蹤對焦系統

尖端省電迴路設計,低耗電的驅動系統

更久的電池續航力

上載影像到伺服器,更可傳送影像到部落網誌及利用 Picture Mail 以電郵通知朋友

保固年限:1218個月保固、免費到府收送服務,免費更換零件或維修

 

人的眼睛除了有上述各項相機優點之外,還有更多好處

體積比任何相機小、真正全自動運作、視域可達280°、幾乎全黑的環境下仍可見事物、自動分泌抗菌防霉的淚水、定時清洗鏡面、永不會生霉菌、保用期可達七八十年之久。

 

眼睛的功能

眼瞼:睫毛可以防止汗液或異物進入眼睛。眼瞼可以主動的打開及閉合,使淚水分佈均勻,保持眼角膜之溼潤。眼瞼可阻擋光線,也可保護眼球不受異物或暴露之傷害

淚器:眼淚水可以使眼球濕潤,也有殺菌及中和弱酸弱鹼之功能

眼窩:做為保護眼球的支架,眼球後方有脂肪組織,用來緩衝外力。

眼肌:六條外眼肌把眼球固定支撐在眼窩中。外眼肌肉的配合,可使眼球自由而協合的往任何方向轉動。

結膜:可以分泌淚液的黏質液(mucin)成份,讓眼淚均勻分布在眼球表面,是保護眼球表面的重要屏障。

角膜:是眼睛用來接收光線的透明組織,固定聚焦能力(40 屈光度Diopter)的透鏡作用,是負責主要聚光功能的部位角膜主要功能如同相機「聚焦鏡頭」。眼睛是靈魂之窗,而眼睛之窗便是眼角膜

虹膜:控制眼球瞳孔的肌肉,使瞳孔放大或縮小。

瞳孔:可以調整光線,遇到強光時,瞳孔會自然變小,功能如同相機「光圈」。

睫狀體:具有調節水晶體的功能,並分泌房水液,協助眼睛新陳代謝。

水晶體:可調節遠近焦距(20 屈光度Diopter),如同相機「自動對鏡頭」。

鞏膜:保護眼球,功能如同相機「外殼」。

玻璃體:如同車子的避震器,具有保護眼球及維持眼球形狀的功能。

視網膜:具有感光功能,感受光影與色彩變化,就像相機的「底片」。

黃斑部:位於視網膜正中央,掌管精確的視力、辨色力,光亮適應等三大功能,為視網膜中最重要的部位。

視神經:負責將眼睛接收到的光影與色彩變化,傳達到大腦。就像相機電腦之間的視訊傳輸線

盲點:視網膜中有一個地方沒有任何光受體,就是視神經。任何影像進入這個區域時我們都看不見-形成盲點

 

物體在眼球內成像的原理與照相機相似:

聚光調節:物體的光線投射入眼睛,經角膜=>前房水=>水晶體=>玻璃體

感覺:影像清楚地落在網膜上

知覺:網膜上的神經細胞將光線刺激變成神經電位,傳導至大腦視覺中樞(大腦枕葉 ),我們才能判斷所看到物體的影像

 

眼睛如何看到物體? 眼睛能看到物體,需經過上述複雜的程序:

:由眼睛聚集、調節、感應外來光線、物體影像的訊號

:這些物體影像的訊號傳輸到大腦枕葉的視覺中樞=>完成看到

首先,外來的光線影像經過眼角膜、瞳孔、水晶體、玻璃體等透明的構造,到達視網膜。眼角膜及水晶體除了讓光線透過以外,能使光線產生偏折而聚焦在視網膜上。

視網膜接受光線影像:視網膜的色素層,經由光化學及光電反應,刺激錐狀細胞及桿狀細胞,使光波轉變成電性波動。電波訊號經由視網膜神經纖維,沿著視神經、視交叉、視放射再進入大腦枕葉。大腦枕葉的“視皮質”可以辨識由眼球傳入的訊息,而看到物體

我們所看到物體影像在視網膜上是倒立的,但到達大腦後,又再轉換成直立的影像。所以我們看到的物體仍然是直立的。

導致視覺不良的可能原因:角膜或是水晶體的屈光調焦不準確、視網膜疾病、視神經的傳導問題、大腦視覺中樞發生病變,都會造成影像模糊

視網膜感光細胞與瞳孔反應有關。瞳孔可藉由收縮及放大來調控進入眼內之光線總量。光線強時,瞳孔自動縮小;光線弱時,瞳孔自動放大。此種瞳孔反應與視網膜的感光變化有關

視網膜的感光細胞有兩種:錐狀細胞、桿狀細胞

錐狀細胞主要分佈於黃斑部,負責中心視力顏色感覺。錐狀細胞在白天(瞳孔小)時功能最佳。黃斑部有毛病,會使中心視力大為降低。人類視網膜大約有六百萬個視錐細胞,是用來辨別色彩並視額偵測各種細節。視錐細胞對三種色彩特別敏感。視錐細胞送出的訊號到達腦部後,這些訊息會轉化為色彩的概念。視錐細胞只能在明亮光線下才能發揮作用。在陰暗的地方我們就看不清顏色

桿狀細胞主要分佈於視網膜外圍,負責暗視力周邊視力。於夜晚(瞳孔放大)時功能最佳。桿狀細胞有毛病時,會引起夜盲症。人類視網膜中有一億兩千萬個桿細胞。桿細胞對光線的明暗變化、形態與移動特別敏感。對色彩的視覺並不在行。在黑暗房間中,我們主要使用了桿細胞,所以變得有些像「色盲」,只有黑白,無法判斷色彩。在視網膜周邊,桿細胞比視錐細胞多出許多

 

暗室反應

剛進入電影院時,看不清楚!視網膜中的錐狀細胞雖然正常運作,但桿細胞還沒有啟動。(視錐細胞需要光線才能運作;而桿細胞雖然不需要太多的光線,但需要7-10分鐘取代視錐細胞 )

黑暗中停留幾分鐘之後,桿細胞便開始運作了,但是對顏色仍然看得不太清楚,這是因為桿細胞並未提供色彩資訊的緣故。(提供色彩資訊的視錐細胞便需要較多的光線,在黑暗中便功能不彰了)

離開電影院後,會覺得所有事物都很刺眼不適。這是因為桿細胞暗功能未退,在明亮情況下過度受到刺激的緣故。需要幾分鐘讓視錐細胞再度開始作用,然後便可恢復正常視覺。

人類的色覺由視網膜錐狀細胞負責

錐狀細胞可以分辨紅、黃、三原色,並可由三原色混合而形成各種顏色。正常人可以查察所有顏色者,稱為辨三色者。對正常顏色判斷有缺陷者,稱為色盲。色盲有部分性色盲及完全性色盲。

為何視覺的傳導路徑會這麼長?

我們的眼睛在頭的前方,但視覺皮質區在大腦的枕葉,也就是頭的後方。為什麼視覺皮質區不要在離眼睛比較近的地方?

視覺的刺激及訊息,從外界的環境,經過了我們眼睛、視網膜、經過了視神經、視交叉、視覺神經結細胞、來到了外側膝狀體(LGB, lateral geniculate body),這部份是在大腦皮質之前的傳導路線。最後傳至大腦的視覺區域,也就是在我們後腦枕葉的部份

 

外側膝狀體(LGB,lateral geniculate body)的主要功能

1. 將來自雙眼視網膜的視覺訊息重疊在一起,即視覺融合Fusion of vision)。

2. 比較雙眼視網膜上的視野訊息的些微差異,產生實體深度認知stereoscopic depth perception)(立體感)

視覺訊息由外側膝狀體(LGB)繼續傳導到大腦枕葉視覺皮質。大腦枕葉是初級投設區,收到訊息看到以後,再傳遞到大腦其他的專門區域去完成感知。感知就是感覺加上知覺。(知覺perception:對於感覺資訊的整合和解釋)

:由眼睛聚集、調節、感應外來光線、物體影像的訊號

:這些物體影像的訊號傳輸到大腦枕葉的視覺中樞

感知:視覺中樞傳訊號到大腦其他的專門區域做判斷和反應

 

大腦枕葉再傳遞到訊息大腦其他的專門區域去的傳導路線,有三條路徑:第一條:WHAT PATHWAY。第二條:WHERE PATHWAY。第三條:平行連結路徑。

WHAT PATHWAY路徑:

這條路徑經過外側膝狀體的P細胞,進入到腦的初級視覺皮質區,經由初級的視覺皮質區的對於視覺的刺激做出反應之後,再傳導至後部的顳葉皮質區,最後再進入前額葉的部份作整合。主要功能是針對視覺刺激,對我們所看到的物體產生再次的辨識、命名、並加以分類我們所看到的物體

WHERE PATHWAY路徑

這條路徑在經過外側膝狀體的M細胞之後,的進入到大腦的初級視覺皮質區,在經過了右大腦的頂葉區,動作前皮質區,最後也同樣的進入前額葉區作整合。主要功能是針對視網膜影像的姿勢機轉作整合,讓我們理解到物體在空間中的方向,以及物體在空間中的位置

平行連結路徑

這條路徑主要是傳導至視覺連結皮質區(visual association cortex),在經過下部的顳葉區後,也同樣的傳導至前額葉區做整合。主要功能是對於視網膜所呈現的影像賦予意義

 

 



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