Synssansen

Øjets fysiologi

Øjet er opbygget og fungerer i store træk som et  camera obscura. Lyset passerer gennem øjets pupil, fokuseres vha. af linsen, så det rammer de lysfølsomme celler på nethinden, som derefter sender signaler videre til fortolkning i hjernens synscenter.

For at beskytte øjnene både fysisk og mod direkte sollys og blænding er disse placeret i huler. Afstanden mellem øjnene er ca. 7 cm og hjernen koordinerer og samler synsindtrykkene fra de to øjne til ét samlet billede. Det gør, at vi kan se 3-dimensionelt og er i stand til at afstandsbedømme, samt vurdere den fysiske størrelse af et givent objekt. Endvidere gør det os i stand til at orientere os i et område svarende til et synsfelt på ca. 180⁰.

Når vi ser, bevæger øjet sig. Dette kan ske på to måder:

  • øjet kan følge et objekt, i kontinuerte bevægelser
  • øjet kan søge, hvilket altid sker i små, hurtige ryk


Faktisk er øjet hele tiden i bevægelse i nogle små, usynlige ryk, kaldet saccader. Disse ryk "renser" nethinden for indtryk og gør, at hjernen og øjet konstant er i stand til at modtage nye informationer.

 

lme-10-10-20-oje-high.jpg

Synssignalerne fra venstre øje behandles i højre hjernehalvdel og omvendt.

 

Synet og øjet
Øjet består af forskellige dele med forskellige funktioner.

Hornhinden, på latin kaldet Cornea, består af er en klar, tyk hinde, som beskytter øjet. Bag hornhinden findes et væskefyldt kammer, og bag dette findes regnbuehinden, også kaldes iris. Lyset kommer ind gennem pupillen, som er placeret midt i regnbuehinden og kan justeres i forhold til den indkommende lysmængde. Bag pupil og regnbuehinde sidder linsen, hvis formål er at fokusere de indkomne lysstråler, så de danner et klart billede på nethinden.

På nethinden registreres lyset af lysfølsomme nerveceller, kaldet tappe og stave, som via synsnerver sender signaler videre til hjernes synscenter. I synscentret fortolkes signalerne af hjernen, som danner det endelige billede af det vi ser. På den del af nethinden, hvor ca. 1.2 mio. nervetråde samles og føres ud fra øjet og videre ind til hjernen, findes en såkaldt blind plet, som ikke indeholder synsceller.    

 

 

lme-10-10-30-øjet-low.jpg

Øjet består af forskellige dele med forskellige funktioner. Opbygningen fremgår af figuren.

 

Linsen
Øjets linse virker på samme måde som linsen i et Camera Obscura. Linsen er glasklar, og har, sammen med hornhinden og det kammervand, der findes i forkammeret, til opgave at samle lysets stråler på nethinden. På Retina tegnes på den måde et omvendt billede af det vi ser.

Fra øjet transmitteres synsindtrykket videre til hjernen. Hjernen vender herefter billedet på hovedet, således at det der er oppe i Retina bliver nede og det som er til venstre bliver til højre, det er der til højre til venstre. Selve synsindtrykket er derfor et komplekst samspil imellem øje og hjerne, hvorfor synsindtrykket er noget der indlæres og, selvom det måske virker umiddelbart og direkte, altså er hjernens bearbejdning af det øjet ser. Det er derfor først omkring 6-årsalderen at synsindtrykket er fuldt indlært og dybde- og afstandskooordineringen er fuldt udviklet.

lme-10-10-10-jan-fugl-camera-obscura-high.jpg

Camera obscura. Gennem en meget lille åbning vil det samme punkt kun modtage stråler fra et punkt udenfor rummet, hvorved der tegnes præcist og let genkendeligt billede. Figur: Jan Fugl.

 

Linsen er ophængt lige bag regnbuehinden, hvor den centrale del af linsen ses i pupillen. Linsen i øjet kan justeres, så den bliver mere eller mindre krum og lysbrydningen i et normalt øje gør os i stand til  at danne skarpe billeder på nethinden af både fjerne og nære genstande. Linsens evne til at ændre krumning (brændvidde), dvs. stille skarpt på genstande i forskellige afstande, kaldes også for akkommodation. Evnen til at stille skarpt svækkes med alderen, fordi linsen bliver mindre elastisk.

 

 

lme-10-10-40-synstyrken-som-funktion-high.jpg

Fordelingen af tappe og stave er tættest i den gule plet på nethinden, på latin kaldet Fovea. I dette område kan vi se detaljer og farver helt skarpt inden for et område, der nogenlunde svarer til tommelfingerneglen på en udstrakt hånd. Dette kaldes detaljesynet.

 

Nethinden
Nethinden kaldes også for Retina (Retina betyder net på latin). Nethindens lysfølsomme celler omdanner det indkommende lys til elektriske signaler, som sendes videre til hjernens synscenter. I den centrale del af nethinden er der flest lysfølsomme celler og altså den højeste billedopløsning og præcision.

Vores synsceller, dvs. tappe og stave, er altså ulige fordelt på øjets nethinde og det har indflydelse på vores oplevelse af lys. Flest tappe er centreret omkring den gule plet, der på latin kaldes Fovea, hvor det centrale synsfelt er placeret. De mere lysfølsomme stave er derimod primært placeret i periferisynet, altså i yderområdet rundt på nethinden udenom den gule plet. De lysfølsomme gangliaceller, som bl.a. styrer døgnrytmen, er fortrinsvist placeret på den nedre del af nethinden, nemlig den del, der modtager mest himmellys, og som derfor i øvrigt ikke er så blændingsfølsom over for lys.

Tappe og stave
Øjets lysfølsomhed kan overordnet inddeles i to tilstande.

Øjets stave kan registrere kontraster og lys helt ned til det allermindste kvantum, én foton, imens øjets tappe kan registrere detaljer og lys i mængder på helt op til ca. 1 mia fotoner. Øjets følsomhed over for lys er på den måde meget fleksibel og underordner sig de eksisterende lysforhold ved at have forskellige tærskelværdier for bedst muligt at kunne se ved varierende lysintensiteter. Øjets evne til at indstille sig efter lysets niveau kaldes adaptation.

Tappene og stavene understøtter vores syn på forskellige vis og er aktive ved forskellige lysintensiteter. Tappene er mest aktive ved høje lysintensiteter, mens stavene er mest aktive ved lavere lysintensiter. I 2002 fandt man en ny og 3. type lysfølsom celle, den såkaldte lysfølsomme gangliacelle som bl.a. styrer vores døgnrytme. Alle tre typer celler er placeret i øjets nethinde.

 

lme-10-10-50-tappe-og-stave-low.jpg 

Tappe og stave.

 

På nethinden findes 6 ‐ 8 mio. tappe, som primært er lokaliseret på den centrale del af nethinden. Tappene kan inddeles i tre typer, som hver især er følsomme overfor rødt (R), blåt (B) og grønt (G) lys. Tappene har størst lysfølsomhed i den gul‐grønne del af det synlige spektrum (555 nm), som også er det dominerende område i sollys.

 

lme-10-10-60-øjets-følsomhedskurve-high.jpg

Øjets følsomhedskurve også kaldet V-lambdakurven.

 

Den største del af tappene (63 %) er følsomme over for rødt lys, mens 31 % er følsomme over for grønt lys og kun 6 % er følsomme over for blåt lys. Dette skyldes øjets tilpasning til den såkaldte kromatiske aberration, dvs. den måde hvorpå lyset brydes i øjet. Det blåspektrede lys brydes før øjets fokus, hvilket betyder, at denne del mindskes i forhold til de øvrige bølgelængder.

På nethinden findes tilsvarende 110 - 120 mio. stave, som primært er lokaliseret på nethindens yderområde. Stavene danner ikke så skarpe billeder som tappene, og lysfølsomheden er størst i det blå‐grønne område (507 nm), hvilket svarer fint til lysets spektralfordeling om natten.

Når det er mørkt, udvides øjets pupil, og de perifere områder af nethinden blotlægges. Når der er stærkt sollys trækker pupillen sig tilsvarende sammen, så kun tappene bliver blotlagt.

Meget tyder på, at øjets øgede følsomhed i den grøn/gule del af det synlige spektrum skyldes, at vi som mennesker har udviklet os i tætte skovområder med netop denne spektralfordeling, som skyldes lysets filtrering gennem det grønne løv. 

 

lme-10-20-40-normaliseret-spektralfølsomhed-high.jpg

Kurver over de forskellige følsomhedsområder for henholdsvis R-, G- og B-tappe samt stave (stiplet linie).

 

Da nattesynet er mest følsomt i det blå‐grønne område, medvirker det til, at farveoplevelsen forskydes, så øjet bliver dårligere i stand til at opfatte f.eks. rødt, når det er mørkt. Det er årsagen til, at biografsæder ofte røde.

Lysfølsomme gangliaceller
En tredje type celler i øjet er de lysfølsomme gangliaceller. De blev først for nyligt opdaget af amerikaneren David Berson (2002). Gangliacellerne fungerer vha. lyspigmentet melanopsin og er mest lysfølsomme over for det kortbølgede, blå lys (460-480 nm). Gangliacellerne reducerer hjernens produktion af melatonin vha. lys. Melatonin er et søvnhormon, som er gavnligt for kroppens restitution samt vedligeholdelse og helbredelse. Lys er derved med til at reducere produktionen af melatonin om dagen og gøre os aktive, imens manglen på lys om natten omvendt er med til at fremme produktionen af søvnhormon.

Signaler til hjernens synscenter
Når vi ser, sker det ved hjælp af elektriske impulser, som sendes fra øjet til hjernen. De lysfølsomme celler i øjet omdanner, vha. A-vitaminet biopsin, det indkommende lys til elektriske impulser, som sendes videre til hjernen. Signalerne genopbygges ca. 1-100 gange i sekundet, alt afhængigt af lysintensiteten. Jo mere lys øjet modtager, jo mere biopsin bliver omdannet til elektriske impulser, kaldet firings. Kurven for disse elektriske impulser er logaritmisk, idet grænsen for, hvad vi kan opfange i den ene ende, stræber imod nul, og grænsen for, hvad vi kan modtage i den anden ende, stræber imod en øvre maksimumsværdi i form af den maksimale elektriske frekvens på ca. 100 Hz.

 

lme-10-10-70-dcl-tappe-og-staves-følsomhed-overfor-lys-low.jpg

Tappenes og stavenes følsomhed overfor lys i forhold til lysets intensitet. Stavene (t.v.) er mest følsomme overfor lys, imens tappene (t.h.) kræver mere lys, til gengæld er de følsomme over et større område. Figur: DCL.

 

Når lysmængden øges, forbedres synsevnen kun til en vis grænse, hvorefter synsevnen ikke øges yderligere. Den oplevede lysintensitet er ikke direkte proportional med den indkommende lysmængde, idet lysfølsomheden hos de lysfølsomme celler i øjet reduceres i takt med, at lysheden øges.

Øjets lysfølsomhed kan overordnet inddeles i to tilstande. Øjets stave kan registrere kontraster og lys helt ned til det allermindste kvantum, nemlig én foton, mens øjets tappe kan registrere detaljer og lys i mængder på helt op til ca. 1 mia fotoner. Øjets lysfølsomhedskurve er på den måde imponerende fleksibel og indordner sig under de eksisterende lysforhold ved at have forskellige tærskelværdier for bedst muligt at kunne opfatte varierende lysintensiteter. 

 

Relaterede emner: