Zicht is een van de meest waardevolle menselijke zintuigen. Hoewel het visuele systeem een relatief complex deel van de hersenen is, wordt het proces aangedreven door een bescheiden optisch element: het oog. Het vormt beelden op het netvlies, waar licht wordt geabsorbeerd door fotoreceptoren. Met hun hulp worden elektrische signalen naar de visuele cortex gestuurd voor verdere verwerking.
De belangrijkste elementen van het optische systeem van het oog: het hoornvlies en de lens. Ze nemen licht waar en projecteren het op het netvlies. Het is vermeldenswaard dat het apparaat van het oog veel eenvoudiger is dan dat van camera's met meerdere lenzen die in zijn gelijkenis zijn gemaakt. Ondanks dat slechts twee elementen de rol van lenzen in het oog spelen, doet dit geen afbreuk aan de perceptie van informatie.
Licht
De inherente aard van licht beïnvloedt ook enkele kenmerken van het optische systeem van het oog. Zo is het netvlies in het centrale deel het meest gevoelig voor de waarneming van het zichtbare spectrum, overeenkomend met het stralingsspectrum van de zon. Licht kan worden gezien als transversaalelektromagnetische golf. Zichtbare golflengten van ongeveer blauw (400 nm) tot rood (700 nm) vormen slechts een klein deel van het elektromagnetische spectrum.
Het is interessant om op te merken dat de aard van het lichtdeeltje (foton) onder bepaalde omstandigheden ook het gezichtsvermogen kan beïnvloeden. De absorptie van fotonen gebeurt in fotoreceptoren volgens de regels van een willekeurig proces. Met name de intensiteit van het licht dat elke fotoreceptor bereikt, bepa alt alleen de waarschijnlijkheid dat een foton wordt geabsorbeerd. Dit beperkt het vermogen om te zien bij lage helderheid en het oog aan te passen aan de duisternis.
Transparantie
In kunstmatige optische systemen worden transparante materialen gebruikt: glas of kunststof met een refractief fixeermiddel. Evenzo moet het menselijk oog grootschalige afbeeldingen met een hoge resolutie vormen met behulp van levend weefsel. Als het op het netvlies geprojecteerde beeld te wazig of wazig is, zal het visuele systeem niet goed werken. De reden hiervoor kunnen oog- en neuronale ziekten zijn.
Anatomie van het oog
Het menselijk oog kan worden omschreven als een met vloeistof gevulde quasi-bolvormige structuur. Het optische systeem van het oog bestaat uit drie weefsellagen:
- extern (sclera, hoornvlies);
- intern (netvlies, corpus ciliare, iris);
- intermediair (choroidea).
Bij volwassen mensen is het oog ongeveer een bol met een diameter van 24 mm en bestaat het uit veel cellulaire en niet-cellulaire componenten die zijn afgeleid van de ectodermale en mesodermale kiembaanbronnen.
De buitenkant van het oog is bedekt met een resistent en flexibel weefsel dat de sclera wordt genoemd, behalve de voorkant waar het transparante hoornvlies licht doorlaat in de pupil. Twee andere lagen onder de sclera: choroidea om voedingsstoffen te leveren en netvlies waar licht wordt geabsorbeerd door fotoreceptoren na beeldvorming.
Het oog is dynamisch dankzij de actie van zes extrinsieke spieren om de visuele omgeving vast te leggen en te scannen. Licht dat het oog binnenkomt, wordt gebroken door het hoornvlies: een dunne transparante laag vrij van bloedvaten, ongeveer 12 mm in diameter en ongeveer 0,55 mm dik in het centrale deel. Watertraanfilm op het hoornvlies garandeert de beste beeldkwaliteit.
De voorste oogkamer is gevuld met een vloeibare substantie. De iris, twee sets spieren met een centraal gat waarvan de grootte afhangt van de samentrekking, werkt als een diafragma met een karakteristieke kleur, afhankelijk van de hoeveelheid en verdeling van pigmenten.
De pupil is het gat in het midden van de iris dat de hoeveelheid licht regelt die het oog binnenkomt. De grootte varieert van minder dan 2 mm in fel licht tot meer dan 8 mm in het donker. Nadat de pupil licht heeft waargenomen, combineert de kristallijne lens met het hoornvlies om beelden op het netvlies te vormen. Een kristallijne lens kan van vorm veranderen. Het is omgeven door een elastisch kapsel en door zonules aan het corpus ciliare bevestigd. Door de werking van de spieren in het corpus ciliare kan de lens zijn kracht vergroten of verkleinen.
Netvlies en hoornvlies
Er is een centrale depressie in het netvlies waarbevat het grootste aantal receptoren. De perifere delen geven minder resolutie, maar zijn gespecialiseerd in oogbewegingen en objectdetectie. Het natuurlijke gezichtsveld is vrij groot in vergelijking met het kunstmatige en is 160×130°. De macula bevindt zich in de buurt en functioneert als een lichtfilter, dat zogenaamd het netvlies zou beschermen tegen degeneratieve ziekten door blauwe stralen af te schermen.
Het hoornvlies is een bolvormig deel met een voorste krommingsstraal van 7,8 mm, een achterste krommingsstraal van 6,5 mm en een inhomogene brekingsindex van 1,37 vanwege de gelaagde structuur.
Ooggrootte en focus
Het gemiddelde statische oog heeft een totale axiale lengte van 24,2 mm en verre objecten worden precies in het midden van het netvlies gefocusseerd. Maar afwijkingen in de grootte van het oog kunnen de situatie veranderen:
- bijziendheid, wanneer beelden voor het netvlies worden scherpgesteld,
- verziendheid als het achter haar gebeurt.
De functies van het optische systeem van het oog worden ook geschonden in het geval van astigmatisme - een onjuiste kromming van de lens.
Beeldkwaliteit op het netvlies
Zelfs wanneer het optische systeem van het oog perfect is scherpgesteld, produceert het geen perfect beeld. Verschillende factoren beïnvloeden dit:
- diffractie van licht in de pupil (vervaging);
- optische aberraties (hoe groter de pupil, hoe slechter de zichtbaarheid);
- verstrooiing in het oog.
Specifieke ooglensvormen, brekingsindexvariaties en geometriekenmerken zijn tekortkomingen van het optische systeem van het oogvergeleken met kunstmatige tegenhangers. Het normale oog is minstens zes keer van lagere kwaliteit en elk creëert een originele bitmap, afhankelijk van de aanwezige aberraties. Zo zal bijvoorbeeld de waargenomen vorm van sterren van persoon tot persoon verschillen.
Perifere visie
Het centrale veld van het netvlies geeft de grootste ruimtelijke resolutie, maar het minder waakzame perifere deel is ook belangrijk. Dankzij perifeer zicht kan een persoon navigeren in het donker, onderscheid maken tussen de bewegingsfactor, en niet het bewegende object zelf en zijn vorm, en navigeren in de ruimte. Perifere visie is overheersend bij dieren en vogels. Bovendien hebben sommige een kijkhoek van alle 360° voor een hogere overlevingskans. Visuele illusies worden berekend op basis van de kenmerken van het perifere zicht.
Resultaat
Het optische systeem van het menselijk oog is eenvoudig en betrouwbaar en perfect aangepast aan de waarneming van de omringende wereld. Hoewel de kwaliteit van het zichtbare lager is dan in geavanceerde technische systemen, voldoet het aan de eisen van het organisme. De ogen hebben een aantal compenserende mechanismen die enkele van de potentiële optische beperkingen verwaarloosbaar laten. Het grote negatieve effect van chromatische defocussering wordt bijvoorbeeld geëlimineerd door geschikte kleurfilters en bandpass-spectrale gevoeligheid.
In het laatste decennium is de mogelijkheid om oogafwijkingen te corrigeren met behulp van adaptieveoptiek. Dit is momenteel technisch mogelijk in het laboratorium met corrigerende apparaten zoals intraoculaire lenzen. Correctie kan het vermogen om te zien herstellen, maar er is een nuance: de selectiviteit van fotoreceptoren. Zelfs als er scherpe beelden op het netvlies worden geprojecteerd, heeft de kleinste letter die moet worden waargenomen meerdere fotoreceptoren nodig om correct te interpreteren. Beelden van letters die kleiner zijn dan de bijbehorende gezichtsscherpte worden niet onderscheiden.
De belangrijkste visuele stoornissen zijn echter zwakke aberraties: onscherpte en astigmatisme. Deze gevallen zijn gemakkelijk gecorrigeerd door verschillende technologische ontwikkelingen sinds de dertiende eeuw, toen cilindrische lenzen werden uitgevonden. Moderne methoden omvatten het gebruik van contactlenzen en intraoculaire lenzen of laserrefractiechirurgieprocedures om de structuur van het optische systeem van de patiënt te bewerken.
De toekomst van oogheelkunde ziet er veelbelovend uit. Fotonica en lichttechnologie zullen daarin een sleutelrol spelen. Het gebruik van geavanceerde opto-elektronica zou het mogelijk maken om met nieuwe prothesen verziende ogen te herstellen zonder levend weefsel te verwijderen, zoals nu het geval is. Nieuwe optische coherentietomografie zou een re altime 3D-visualisatie van het oog op ware grootte kunnen bieden. De wetenschap staat niet stil zodat het optische systeem van het oog ieder van ons in staat stelt de wereld in al zijn glorie te zien.
