دستگاه بینائی

دستگاه بینائی انسان تشکیل شده است از چشم‌ها، بخش‌های از مغز، و گذرگاه‌هائی که اینها را به‌هم ارتباط می‌دهند. (شکل نیمکره‌های مغز که تصویر ساده‌شده‌ای از دستگاه بینائی است، نگاه کنید.) در بحث حاضر سروکار ما با کارکرد چشم‌ها است. چشم شامل دو دستگاه فرعی است، یکی برای تصویرسازی و دیگری برای تبدیل این تصویر به تکانه‌های الکتریکی. قسمت‌های اصلی این دستگاه فرعی در شکل نمای چشم راست از بالا نشان داده شده‌اند.

دستگاه تصویرساز چشم مانند دوربین عکاسی عمل می‌کند، و کار آن عبارت از این است که نور منعکس از اشیاء را متمرکز کند، به‌نحوی که تصویری از شیء بر روی شبکیه (retina) تشکیل شود. شبکیه لایهٔ نازکی در قسمت عقب کره چشم است (شکل تصویرسازی در چشم). دستگاه تصویرساز از قرنیه (cornea)، مردمک (pupil) و عدسی (lens) تشکیل می‌شود. بدون این اجزاء می‌توانیم نور را ببینیم ولی طرح چیزی را نمی‌بینیم. قرنیه سطح شفاف بیرونی چشم است: نور از قرنیه وارد چشم می‌شود و پرتوهای آن توسط قرنیه به‌طرف درون شکسته می‌شوند تا بدین ترتیب، تشکیل تصویر آغاز گردد. عدسی، فرآیند تمرکز (focusing) نور بر شبکیه را کامل می‌کند (شکل تصویرسازی در چشم). برای متمرکزکردن تصویر اشیائی که در فاصله‌های مختلف قرار دارند عدسی تغییرشکل می‌دهد، به این ترتیب که برای متمرکز کردن اشیاء نزدیک، کروی‌تر، و برای متمرکزکردن اشیاء دور، پهن‌تر می‌شود.

عدسی چشم بعضی افراد به اندازهٔ لازم پهن نمی‌شود تا اشیاء دور را متمرکز کند، اگرچه اشیاء نزدیک را به‌خوبی متمرکز می‌کند. چنین افرادی نزدیک‌بین (myopic - nearsighted) نامیده می‌شوند. عدسی چشم برخی دیگر از افراد به اندازهٔ لازم کروی نمی‌شود تا اشیاء نزدیک را متمرکز کند، اگرچه اشیاء دور را به‌خوبی متمرکز می‌کند. چنین افرادی دوربین (hyperopic - farsighted) نامیده می‌شوند. این قبیل عیب‌های بینائی بسیار رایج هستند و به آسانی با عینک و یا لنزهای (عدسی‌های) نامرئی قابل تصحیح هستند. مردمک که سومین بخش دستگاه تشکیل تصویر است، روزنه‌ای مدور است که قطر آن در پاسخ به مقدار نور تغییر می‌کند. اندازهٔ مردمک در نور ضعیف به حداکثر و در نور درخشان به حداقل می‌رسد و از این طریق نور کافی برای حفظ کیفیت تصویر در سطوح مختلف نور تأمین می‌شود.

هر نقطه‌ای از شیء پرتوهای نور را در همهٔ جهات می‌فرستد اما فقط برخی از این پرتوها به چشم وارد می‌شوند. پرتوهای برخاسته از یک نقطهٔ شیء، از نقاط مختلف عدسی عبور می‌کنند. برای اینکه تصویر روشنی تشکیل شود باید این پرتوهای مختلف در نقطهٔ واحدی در شبکیه به‌هم برسند (همگرائی). برای هر نقطهٔ شیء، نقطهٔ متناظری در تصویر تشکیل شده بر شبکیه وجود دارد. توجه کنید که تصویر شبکیه وارونه و معمولاً بسیار کوچکتر از خود شیء است. همچنین، توجه کنید که بیشترین انکسار پرتوهای نور در قرنیه روی می‌دهد.

عملیاتی که شرح آن گذشت فقط برای رساندن نور به عقب کرهٔ چشم، یعنی شبکیه، به‌کار می‌آید. در اینجا دستگاه نیروگردان دست به‌کار می‌شود که اساسی‌ترین بخش آن، گیرنده‌ها هستند. دو نوع یاختهٔ گیرنده وجود دارند که به‌دلیل شکل خاصشان میله (rod) و مخروط (cone) نامیده می‌شوند (شکل طرحی از شبکیه). هریک از این دو نوع گیرنده برای مقصود خاصی تخصص یافته است. میله‌ها برای دید شب ساخته شده‌اند. این یاخته‌ها در نور کم عمل می‌کنند و احساس‌های فاقد رنگ را سبب می‌شوند. مخروط‌ها برای نور روز مناسب‌تر هستند. این یاخته‌ها به نورهای شدید پاسخ می‌دهند و موجب احساس رنگ می‌شوند. با توجه به این نکات، عجیب است که میله‌ها و مخروط‌ها در بخشی از شبکیه قرار دارند که بیشترین فاصله را از قرنیه دارد (در شکل طرحی از شبکیه به پیکانی که نشان‌دهندهٔ جهت نور است توجه کنید). علاوه بر میله‌ها و مخروط‌ها، شبکیه شامل مجموعه‌ای از نورون‌ها، یاخته‌های کمکی و عروق خونی است.

این شکل ، طراحی از شبکیه را براساس بررسی آن با میکروسکوپ الکترونیکی نشان می‌دهد. یاخته‌های دوقطبی (bipolar) ، علامت‌ها را از یک یا چند گیرنده دریافت می‌دارند و آنها را به یاخته‌های گرهی (ganglion) می‌رسانند که آکسون‌هایشان عصب بینائی را تشکیل می‌دهند. توجه کنید که چندین نوع یاختهٔ دوقطبی و گرهی در کار هستند. همچنین ، ارتباط‌های کناری یا جانبی (lateral) نیز در شبکیه وجود دارد. بین نورون‌هائی که یاخته‌های افقی نامیده می‌شوند در سطحی نزدیک به گیرنده‌ها ارتباط جانبی برقرار است ، و نورون‌هائی که یاخته‌های آماکرین (amacrine) نامیده می‌شوند در سطحی نزدیک به یاخته‌ەای گرهی ، ارتباط جانبی با یکدیگر دارند (اقتباس از داولینگ - Dowling و بویکات - Boycott ، ۱۹۶۶)

الف- چشم راست خود را ببندید و به علامت + در گوشهٔ بالائی سمت راست خیره شوید. حالا کتاب را در فاصلهٔ ۳۰ سانتی‌متری از چشم خود بگیرید و آن را به جلو و عقب حرکت دهید. وقتی دایرهٔ آبی سمت چپ ناپدید شود تصویر آن روی نقطهٔ کور (blind spot) افتاده است. ب- چشم راست خود را همچنان بسته نگاه دارید و کتاب را هم حرکت ندهید و در این وضع به علامت + در گوشهٔ پائین سمت راست خیره شوید. وقتی که فاصلهٔ سفید بین دو خط آبی بر نقطهٔ کور بی‌افتد خط آبی، پیوسته به‌نظر خواهد آمد. این آزمایش روشن می‌کند که چرا ما معمولاً از وجود نقطهٔ کور آگاه نمی‌شویم. در واقع، دستگاه بینائی، بخش‌هائی از میدان بینائی را که نمی‌بینیم پر می‌کند، و به‌همین دلیل، این بخش‌ها مانند بقیهٔ بخش‌های میدان بینائی به‌نظر می‌آیند.

هنگامی که بخواهیم جزئیات چیزی را ببینیم، معمولاً چشممان را حرکت می‌دهیم تا آن شیء به مرکز شبکیه، لکهٔ زرد (fovea)، منعکس شود. علت این کار نحوهٔ توزیع گیرنده‌ها در شبکیه است. در لکهٔ زرد شبکیه، گیرنده‌ها فراوان هستند و نزدیک به‌هم انباشته شده‌اند، حال آنکه در بیرون لکهٔ زرد، در منطقهٔ پیرامونی (periphery)، گیرنده‌های کمتری وجود دارند. از این‌رو شگفت نیست که شبکیه بهترین منطقه برای دیدن جزئیات است.

فرض کنیم نوری که از شیئی منعکس می‌شود به یاختهٔ گیرنده‌ای رسیده باشد. گیرنده دقیقاً چگونه نور را به تکانه‌های الکتریکی نیروگردانی (تبدیل) می‌کند؟ میله‌ها و مخروط‌ها حاوی مواد شیمیائی خاصی به‌نام رنگدانهٔ نوری (photopigment) هستند که نور را جذب می‌کنند. جذب نور توسط رنگدانه‌های نوری فرآیندی را آغاز می‌کند که به تکانه‌ٔ عصبی می‌انجامد. وقتی این مرحلهٔ نیروگردانی انجام شد تکانه‌های الکتریکی از طریق نورون‌های رابط به مغز می‌روند. پاسخ میله‌ها و مخروط‌ها نخست به سلول‌های دوقطبی و از سلول‌های دوقطبی به سلول‌های عصبی دیگری به‌نام یاخته‌های گرهی منتقل می‌شود (شکل طرحی از شبکیه). آکسون‌های بلند یاخته‌های گرهی از چشم خارج می‌شوند و عصب بینائی را تشکیل می‌دهند که به مغز می‌رسد. در جائی‌که عصب بینائی از چشم بیرون می‌رود گیرنده‌ای وجود ندارد و درنتیجه محرک‌های را که بر این نقطه وارد می‌شوند نمی‌بینیم (شکل نقطهٔ کور خود را پیدا کنید). ما متوجه این کوری جزئی یا به‌عبارتی این گودال میدان دید نمی‌شویم زیرا مغز ما این نقطهٔ خالی را پر می‌کند (راماچاندران - Ramachandran و گریگوری - Gregory در ۱۹۹۱).