Understanding Vision

人類眼睛

我們對人體視覺中心應了解的解剖學、結構和功能等所有資訊

2021 Nov 24

眼睛是我們最重要的感知器官之一——幾乎比所有器官更為複雜。人類眼睛每秒能擷取並即時處理超過一千萬條資訊。但你可曾想過我們的眼睛是如何運作的嗎？我們看到的影像是如何產生的？我們身體的哪些部位參與了這個錯綜複雜的過程？BETTER VISION將為我們一一說明——從眼睛的解剖學、結構以至功能。

眼睛的運作原理與攝影機非常相似——簡而言之，眼睛的各個不同部位共同合作，讓我們看見周圍的世界。繼續了解眼睛運作的原理。但首先，我們先來認識眼睛的主要部位和結構。

解剖學：人類眼睛的結構

角膜

角膜是眼睛的最外層，由於覆蓋着淚液，因此是濕潤的。角膜嵌在鞏膜（即眼白）中；兩者形成了專家所稱的眼球纖維膜（tunica externa bulbi）。角膜就像是一個窗戶：呈透明薄片狀，能讓光線進入眼睛。它也能保護眼鏡，避免受到外在因素的影響，如：髒污、灰塵或表面傷害。它本身具有很強大的彈性。更重要的是，它的彎度賦予它具備光學特性，並在協助我們擁有清晰視覺方面扮演關鍵的角色。
鞏膜

鞏膜——即眼白的部位——比角膜厚，也比較結實，因此能保護眼睛避免受到傷害。鞏膜幾乎覆蓋整個眼睛——只有前面角膜和後面的視神經纖維兩處例外。
瞳孔

瞳孔是人類眼睛中央的黑色圓點。它會對入射光線產生反應，並因應其強度作出調整。但這並不是瞳孔本身的功能，而是虹膜的作用。我們的情緒狀態也會影響瞳孔的大小。例如：恐懼和喜悅可能會導致瞳孔擴張，而酒精和毒品也會改變瞳孔的大小。
虹膜

虹膜是環繞瞳孔外圍的彩色環狀，其運作原理和照相機的光圈相同：它能控制進入眼睛的光線量。光線充足時，它會縮小瞳孔，讓較少光線進入眼睛。光線昏暗時，則反之：瞳孔括約肌會打開，瞳孔便會擴張。因此，當光線昏暗時，能讓更多光線進入眼睛，光線充足時，則讓較少光線進入眼睛。虹膜也是決定我們眼睛顏色的因素，每個人的虹膜結構都是獨一無二的。虹膜的英文名稱是以希臘女神"Iris"命名的。有趣的是，虹膜的顏色對視覺沒有任何影響力。棕色瞳孔和藍色瞳孔的人所看到的世界沒有差異。
眼房（camerae bulbi）

人類眼睛有分前房和後房，其充滿稱為房水的透明液體。這種液體含有晶狀體和角膜所需的主要養分，能為它們提供氧氣，並協助它們對抗病原體。眼房中的房水還有另一項任務：有助於保持眼睛的形狀。
晶狀體（lens crystallina）

晶狀體負責聚焦進入瞳孔的光線，確保在視網膜上形成清晰的影像。晶狀體具有彈性，睫狀肌可以調整其形狀，以聚焦近距和遠距的物體。也就是說，當我們看近物時，晶狀體的曲率增加，讓我們能看得清晰。但看遠物時，晶狀體曲率減少——同樣也是為了讓我們能看清遠物。晶狀體會將我們看見的物件以顛倒的方向投射在視網膜上。後續經過大腦處理後，物件的影像才會導正。
睫狀體（corpus ciliare）

睫狀體對我們的視力扮演重要的角色：它會分泌房水，同時包含睫狀肌（musculus ciliaris）。睫狀肌能調節晶狀體，確保我們看近和看遠同樣清晰。
玻璃體（corpus vitreum）

玻璃體填充於晶狀體與視網膜之間。玻璃體佔有眼睛絕大部分的體積，顧名思義就是眼睛的身體。它是透明的，由百分之98的水和百分之2的玻尿酸鈉和膠原蛋白纖維組成。
視網膜

視網膜負責處理光和色彩刺激，並透過視神經將這些資訊傳遞給大腦。簡而言之，視網膜的作用就像催化劑：它利用感光細胞將入眼光線進行轉化，然後再經由大腦進行處理。這些感光細胞是由視錐細胞（用於識別顏色）和視桿細胞（用於分辨光暗）組成。視網膜中心或黃斑點是眼睛裡感光細胞最密集的地方：約有百分之95的感光細胞聚集在這約5平方毫米的地方，相當於一個針頭的大小。
脈絡膜（chorioidea）

人眼的脈絡膜位於鞏膜和視網膜之間，並延伸至睫狀體和虹膜。它負責視網膜上感知器官的養分供應，保持視網膜的溫度不變，同時支持眼睛的調節機制，即近距和遠距視覺之間的聚焦轉變——類似照相機鏡頭的聚焦方式。
視神經（nervis opticus）

視神經負責將資訊從視網膜傳遞到大腦。視神經由大約100萬個神經纖維（軸突）組成，厚度約0.5厘米，並透過視神經頭離開視網膜。這個位置又稱"盲點"，因為視網膜的該處是沒有任何感光細胞。盲點在大腦產生的影像事實上是個黑點——但通常我們腦內的灰質細胞能補償這個現象，因此視覺上不會察覺到那個黑點。然而，這一個點通常不會被認為是大腦"彌補"了視野中的盲點。
中央窩（fovea centralis）

面積雖小，影響重大：中央窩的大小不到兩毫米，但負責我們光學系統的關鍵任務。中央窩位於視網膜中央，聚集了很多的感光細胞，讓我們全天保持清晰的彩色視覺。當我們看物件時，我們的眼睛會自動旋轉，讓物件能投影在中央窩上。

人類眼睛的外圍

"環繞人類眼睛外圍的部位"對於我們的視覺扮演着重要的角色：其中包括眼瞼、睫毛、淚管和眉毛。

淚管（glandula lacrimalis）

淚管的大小與杏仁一般大，位於眼窩的外側，需要時會產生淚液。其分泌物是由鹽、蛋白質、脂肪和酵素組成，用於提供角膜養分和保護角膜，協助清除眼球上的異物。
眼瞼（palpebrae）

每當我們眨眼睛時，眼瞼都會潤濕眼睛，它們會以自然反射方式閉合，以防止風、液體和異物襲擊眼睛。人類平均每分鐘眨眼八到十二次，眨眼的瞬間就能讓淚液散佈在眼睛表面上，滋潤角膜，避免其乾涸。
睫毛（cilia）

睫毛不僅是為了外觀美麗，它們還有一項特別的功能：防止灰塵、污物和異物進入眼睛。當睫毛一接觸到任何外物或大腦預期即將發生這種事時，眼瞼便會自然反射性地閉合。
眉毛（supercilium）

眉毛能防止汗水從前額流入眼睛。

視覺說明：人眼的運作原理

我們看見物件的方式是一個很複雜的過程：在看見物件之前，我們的眼睛和大腦中會進行一連串的步驟。我們稱之為"視網膜-大腦皮層的途徑"，從眼睛開始一直延伸到大腦。簡而言之，視覺的形成是：人類眼睛吸收來自環境的光線，然後將光線集中到視網膜上，形成最初的視覺印象。然後再由每隻眼睛透過視神經將影像傳到大腦去處理，最後產生我們所謂的"視覺"。光線是我們視覺的基礎。在完全黑暗的環境裡，我們是完全看不見的。

具體來說，物件上必須要有光線，我們才有可能看見它。物件反射光線，然後再經過我們的視覺器官處理。當我們看到一棵樹，我們的眼睛吸收了樹反射出來的光線：這些光線會先穿過我們的結膜和角膜，再穿過前房和瞳孔，然後透過晶狀體聚焦於對光敏感（=光敏）的視網膜上。視覺資訊會聚集在視網膜上，並進行分類：視桿細胞負責識別光暗，視錐細胞則負責清晰度和分辨顏色。這些資訊會被傳送到視神經，再由視神經直接傳送到大腦，進行再次評估和詮釋，最後形成我們最終看到的影像。

雖然我們擁有人類眼睛解剖學和其結構的詳細研究結果，但有關我們的意識如何運作的許多問題至今依然無解。因此，雖然我們知道當我們看物件時，大腦的哪一部位運作最為活躍，但沒有人確實了解我們是如何感受這個世界的。

看近和看遠

健康的眼睛能自動調節至不論遠近的視物距離，無須任何輔助——因此我們能在近距和遠距視覺之間自由轉換，同時保持清晰視力。這種看清不同視距物件的能力稱之眼睛的調節能力。該能力的基礎在於晶狀體的彈性。晶狀體只要沒有缺損，就能改變其形狀，根據我們想看的物件遠近來調節。正常的晶狀體呈扁長形——適合看遠的物件。但當我們看近物時，晶狀體的曲率便會增加：它會變換到適合看近距物件，讓我們看清近物。當物件投射在中央窩上的影像是模糊的時候，眼睛就會啟動調節能力。

日間視力——眼睛的運作原理

光線充足時看物件（明視覺或日間視力）是負責識別顏色的視錐細胞的任務。瞳孔也會參與日間視力的過程：光線越充足，瞳孔越小。瞳孔會根據不同的光線強度進行調節，並控制進入眼睛的光線量。這就是所謂的調節能力。太陽眼鏡和變色鏡片能保護眼睛，避免眼睛暴露在強烈的光線下。

夜間視力與光線不足時的視力

在夜間，我們的眼睛會從日間視力（明視覺）轉換為夜間視力（暗視覺）。健康的眼睛需要約25分鐘的時間來適應昏暗的環境。光線越少，眼睛的感知細胞越活躍；這些負責分辨光暗的感光細胞，稱之視桿細胞。同時，瞳孔會擴張，盡可能讓更多的光線進入眼睛。健康的眼睛能根據光線變化進行調節。遺傳性疾病、部分藥物、眼睛創傷以及缺乏維他命A都可能導致夜間或光線不足時的視力受限制。這個問題影響到很多眼鏡配戴者。光線不足的情況下，瞳孔必須更擴張。從而令景深難以控制，空間視覺受到限制，同時反射光線和低對比度也造成眼睛疲勞。蔡司的i.Scription^®技術在設計鏡片時考慮到配戴者的瞳孔在夜間會擴張的因素，有助提升眼睛在光線條件不佳下的視覺表現。

你知道眼睛分辨光暗的能力在航空安全方面也扮演重要的角色嗎？飛機在起飛和降落過程中，機艙燈會變暗，這是為了讓乘客和機組人員的眼睛在發生碰撞事故時能夠立即適應新的光線條件。這可在緊急情況下節省寶貴的時間。