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36.5: 愿景

培养技能

  • 解释电磁波与声波有何不同
  • 追踪光线穿过眼睛的路径直至视神经点
  • 解释强直活性,因为它体现在视网膜的感光器中

视觉是指检测来自外部环境的光线模式并将其解释为图像的能力。 动物受到感官信息的轰炸,大量的视觉信息可能会出现问题。 幸运的是,物种的视觉系统已经演变为可以应对最重要的刺激。 大约三分之一的人类大脑皮层专门用于分析和感知视觉信息,这一事实进一步证实了视觉对人类的重要性。

与听觉刺激一样,光在波浪中传播。 构成声音的压缩波必须在介质(气体、液体或固体)中传播。 相比之下,光是由电磁波组成的,不需要介质;光可以在真空中传播(图36.5.1)。 光的行为可以从波浪的行为以及光的基本单位(称为光子的电磁辐射包的电磁辐射)的行为来讨论。 看一眼电磁频谱就会发现,人类的可见光只是整个光谱的一小部分,其中包括我们无法将其视为光的辐射,因为它低于可见红光的频率而高于可见紫光的频率。

在讨论对光的感知时,某些变量很重要。 波长(与频率成反比)表现为色相。 可见光谱红色端的光具有较长的波长(并且频率较低),而紫色端的光具有较短的波长(并且频率更高)。 光的波长以纳米 (nm) 表示;一纳米等于十亿分之一米。 人类感知的光范围在大约 380 nm 和 740 nm 之间。 但是,其他一些动物可以探测到人体范围之外的波长。 例如,蜜蜂看到近紫外线以便在花朵上找到花蜜引导,而一些非禽类爬行动物则感知红外光(猎物发出的热量)。

该图显示了电磁频谱,它由不同波长的电磁辐射组成。 无线电波的波长最长,约为 103 米。 微波、红外、可见光、紫外线、X 射线和伽玛射线的波长越来越短。 伽玛射线的波长约为 10-12 米。 频率与波长成反比。
36.5.1:在电磁频谱中,可见光位于 380 nm 和 740 nm 之间。 (来源:美国宇航局对作品的修改)

波幅被视为发光强度或亮度。 光强的标准单位是坎德拉,它大致相当于一支普通蜡烛的发光强度。

光波在真空中每秒传播299,792千米(在空气和水等各种介质中速度稍慢一些),这些波浪以长(红色)、中波(绿色)和短(蓝色)波的形式到达眼睛。 所谓的 “白光” 是指被人眼视为白色的光。 这种效果是由光产生的,它同样刺激人眼中的颜色受体。 物体的表观颜色是物体反射的颜色(或多种)。 因此,红色物体在混合(白色)光中反射红色波长,并吸收所有其他波长的光。

眼部解剖学

眼睛的感光细胞位于眼后内表面的视网膜(如图所示36.5.2)中,将光转化为神经冲动。 但是光线不会不改变地冲击视网膜。 它穿过处理它的其他层,因此视网膜可以对其进行解释(图36.5.2 b)。 角膜、眼睛正面的透明层和状体(角膜后面的透明凸面结构)都折射(弯曲)光线以将图像聚焦在视网膜上。 虹膜作为眼睛的彩色部分而引人注目,是一个位于晶状体和角膜之间的圆形肌肉环,用于调节进入眼睛的光量。 在高环境光条件下,虹膜会收缩,从而减小中心瞳孔的大小。 在弱光条件下,虹膜放松,瞳孔变大。

左边的插图显示的是人眼,它是圆形的,充满了玻璃般的幽默感。 视神经和视网膜血管从眼后排出。 眼前是中间有瞳孔的晶状体。 镜片被虹膜覆盖,虹膜反过来又被角膜覆盖。 幽默水是角膜和虹膜之间的凝胶状物质。 视网膜是内眼的内膜。 第二个例子是爆炸,它显示视神经位于视网膜表面。 视神经下面是一层神经节细胞,而在这层之下是一层双极细胞。 神经节和双极细胞都是具有根状附属物的神经细胞。 双极电池层下方是棒状和锥体。 棒和锥体在结构上相似,柱状相似。
36.5.2:(a) 人眼以横截面显示。 (b) 爆炸显示视网膜各层。

练习

以下关于人眼的陈述中哪一项是错误的?

  1. 棒检测颜色,而圆锥仅检测灰色阴影。
  2. 当光线进入视网膜时,它会经过神经节细胞和双极细胞,然后到达眼睛后部的感光器。
  3. 虹膜调节进入眼睛的光量。
  4. 角膜是眼睛正面的保护层。
回答

一个

镜片的主要功能是将光线聚焦在视网膜和中央凹上。 镜头是动态的,当眼睛停留在视野中的近处和远处物体上时,可以聚焦和重新聚焦光线。 镜头由肌肉操作,这些肌肉会将其拉平或使其变厚,从而改变穿过镜头的光的焦距,使其清晰地聚焦在视网膜上。 随着年龄的增长,镜片会失去灵活性,产生一种称为老花眼的远视。 老花眼之所以发生,是因为图像聚焦在视网膜后面。 老花眼是一种缺陷,类似于另一种称为远视的远视,这种缺是由眼球太短引起的。 对于这两个缺陷,远处的图像都很清晰,但附近的图像模糊。 当眼球拉长并且图像焦点落在视网膜前方时,就会发生近视(近视)。 在这种情况下,远处的图像模糊,但附近的图像清晰。

视网膜中有两种类型的感光器:棒状和视体,以其总体外观命名,如图所示36.5.3。 棒具有很强的光敏性,位于视网膜的外缘。 它们可以检测昏暗的光线,主要用于周边和夜间视觉。 视锥的光敏性很弱,位于视网膜中心附近。 它们对强光有反应,它们的主要作用是白天的色觉。

这幅插图显示棒状和锥体都是长的、柱状细胞,细胞核位于底部。 杆比圆锥长。 棒的外段含有视紫素。 棒的外段含有其他照相颜料。 油滴位于外段下方。
36.5.3:棒和锥体是视网膜中的感光器。 探针在弱光下有反应,只能检测灰色阴影。 锥体在强光下做出反应,负责色觉。 (来源:Piotr Sliwa 对作品的修改)

中央凹是眼睛中后部负责急性视力的区域。 中央凹具有高密度的锥体。 当你将目光带到一个物体上,在明亮的光线下专心检查它时,眼睛的方向会使物体的图像落在中央凹上。 但是,当在昏暗的光线下观察夜空中的星星或其他物体时,周边视觉可以更好地观察物体,因为在弱光下效果更好的是视网膜边缘的棒,而不是中心的视锥体。 在人类中,锥体的数量远远超过中央凹中的棒。

链接到学习

查看眼睛的解剖结构,点击每个部位练习识别。

光的转导

棒和锥体是将光转导到神经信号的场所。 棒和锥体都含有光色素。 在脊椎动物中,主要的光色素视紫素有两个主要部分图

观看这个交互式演示文稿,回顾你所学到的关于视觉功能的知识。

摘要

视觉是唯一的照片响应感。 可见光在波浪中传播,在电磁辐射光谱中只占很小的一部分。 光波因其频率(波长 = 色相)和振幅(强度 = 亮度)而异。

在脊椎动物视网膜中,有两种类型的光受体(感光器):视锥体和棒状光感受器。 锥体是色觉的来源,有三种形式存在——L、M 和 S,它们对不同的波长有不同的敏感性。 视网膜与昏暗的消色差受体(棒)一起位于视网膜中。 视锥体存在于视网膜中央凹中,而视网膜的外围区域则存在于视网膜的外围区域。

视觉信号从眼睛传播到构成视神经的视网膜神经节细胞的轴突上。 神经节细胞有几个版本。 一些神经节细胞轴突携带有关形态、运动、深度和亮度的信息,而其他轴突则携带有关颜色和精细细节的信息。 视觉信息被发送到中脑中的上级 coliculi,在那里协调眼球运动和整合听觉信息。 视觉信息也被发送到下丘脑的超肌核(SCN),后者在昼夜节律周期中起着作用。

词汇表

坎德拉
(cd) 发光强度(亮度)的计量单位
生理节奏的
描述了一个长度约为一天的时间周期
锥体
视网膜中央凹中的弱光敏性、色度、锥形神经元,可检测强光并用于白天色觉
角膜
眼睛正面的透明层有助于聚焦光波
中央凹凹处
视网膜中心具有高密度感光器的区域,该区域负责急性视力
远视
(也是远视)视觉缺陷,即图像焦点落在视网膜后面,从而使远处的图像清晰,但特写图像模糊
虹膜
眼前有色素的圆形肌肉,可调节进入眼睛的光量
镜片
角膜后面的透明凸面结构,有助于将光波聚焦在视网膜上
近视
(也是近视)视觉缺陷,即图像焦点落在视网膜前方,从而使远处的图像模糊,但近距离图像清晰
老花眼
视觉缺陷,即图像焦点落在视网膜后面,从而使远处的图像清晰,但近距离图像模糊;由镜头基于年龄的变化引起
学生
但是开口很小,灯光会进入
视网膜
眼后内表面的一层感光细胞和支持细胞
视紫素
脊椎动物中的主要光色素
位于视网膜外缘的强光敏性、消色差、圆柱形神经元,可检测昏暗的光线,用于周边和夜间视觉
superior coliculus
中脑顶部的配对结构,用于管理眼球运动和听觉整合
suprachiasmatic 核
下丘脑中在昼夜节律周期中起作用的细胞群
补品活动
在神经元中,休息时有轻微的持续活动
视力
视觉