نگاهی به ساختار چشم و سازوکار بینایی

تصادفی نیست که عملکرد اصلی خورشید در مرکز منظومه‌ی شمسی ما تولید نور است. نور عنصری است که زندگی را به پیش می‌برد. تصور این که نور در جهان و در زندگی ما وجود نداشته باشد بسیار سخت است.

توانایی تشخیص نور تقریباً در تمام موجودات زنده اعم از جانوران و گیاهان وجود دارد. گیاهان از طریق فرایند فوتوسنتز از نور برای رشد خود استفاده می‌کنند. جانوران از نور برای شکار کردن یا تشخیص و فرار از دست شکارچی استفاده می‌کنند.

برخی معتقدند که توسعه‌ی دید استریوسکوپیک در کنار بزرگ شدن مغز انسان و همچنین استفاده نکردن از دست‌ها برای حرکت و در نتیجه آزاد شدن دست‌ها برای انجام کارهای پیچیده‌تر باعث شده است انسان به چنین سطح بالایی از هوش و توانمندی دست یابد. گفتنی است دید استریوسکوپیک اغلب به توانایی درک عمق و دید سه‌بعدی اشاره دارد که ناشی از اطلاعات بصری است که از دو چشم دریافت می‌شود. ما در این مقاله قصد داریم به‌طور خلاصه به آناتومی و عملکرد قسمت‌های داخلی چشم بپردازیم.

آناتومی اساسی چشم

چشم با وجود اندازه‌ی کوچکی که دارد یک ارگان پیچیده به شمار می‌آید. چشم انسان ۲.۵۴ سانتی‌متر‌ عرض، ۲.۵۴ سانتی‌متر عمق و ۲.۳ سانتی‌متر ارتفاع دارد.

لایه‌ی بیرونی و محکم چشم صلبیه نام دارد که همان سفیدی چشم است. صلبیه فشار داخل چشم را نگه تحمل می‌کند و به آن شکل می‌دهد. قسمت جلویی این لایه، شفاف بوده و قرنیه نام دارد. تمام نوری که وارد چشم می‌شود باید ابتدا از قرنیه عبور کند. دومین لایه‌ی چشم مشیمیه نام دارد که درواقع ماهیچه‌هایی است که به صلبیه چسبیده است و باعث حرکت چشم می‌شود. مشمیه دارای رگ‌های خونی است که وظیفه‌ی خون‌رسانی به ساختار چشم را بر عهده دارند. قسمت جلویی مشیمیه از دو بخش تشکیل شده است:

جسم مژگانی: جسم مژگانی یک ناحیه‌ی ماهیچه‌ای است که به عدسی یا لنز چشم متصل است. این ماهیچه می‌تواند عدسی را منقبض کند و درواقع با تغییر اندازه‌ی عدسی به فوکوس نور کمک کند.

عنبیه: عنبیه قسمت رنگی چشم است. رنگ عنبیه توسط رنگ بافت‌های همبند و سلول‌های رنگدانه‌ای تعیین می‌شود. وجود رنگدانه‌های کم‌تر باعث می‌شود چشم به رنگ آبی در بیاید و از طرف مقابل وجود رنگدانه‌های بیشتر چشم را قهوه‌ای رنگ می‌کند. درواقع عنبیه یک دیافراگم قابل تنظیم است که دورتادور یک گشودگی به نام مردمک را احاطه کرده است.

داخلی‌ترین لایه‌ی چشم شبکیه است. شبکیه قسمتی از چشم است که نور را تشخیص می‌دهد. شبکیه دو نوع سلول دارد، سلول‌های استوانه‌ای‌شکل که مسئول بینایی در نور کم هستند و سلول‌های مخروطی‌شکل که مسئول دیدن رنگ‌ها و جزئیات اجسام هستند. در قسمت عقبی چشم و در مرکز شبکیه لکه‌ی زرد یا ماکولا قرار دارد. این ناحیه تنها دارای سلول‌های مخروطی شکل است و مسئول دیدن جزئیات ریز اجسام به‌صورت واضح است.

شبکیه‌ی چشم حاوی یک ماده‌ی شیمیایی به نام رودوپسین است. رودوپسین یک ماده‌ی شیمیایی است که نور را به پالس‌های الکتریکی تبدیل می‌کند، پالس‌های اکتریکی که در مغز به‌صورت تصاویر تفسیر می‌شوند. عصب‌های شبکیه در پشت چشم به یکدیگر می‌پیوندند و عصب بینایی چشم را تشکیل می‌دهند. پالس‌های الکتریکی از طریق عصب بینایی به مغز فرستاده می‌شود، همچنین از مرکز عصب بینایی سیاه‌رگ‌ و سرخرگ اصلی چشم عبور می‌کنند. نقطه‌ای که در آن عصب بینایی و رگ‌های خونی از شبکیه خارج می‌شوند دیسک بینایی نام دارد. در این قسمت از شبکیه هیچ سلول استوانه‌ای یا مخروطی شکل وجود ندارد در نتیجه یک نقطه کور محسوب می‌شود. با این حال شما از وجود این نقطه‌ی کور آگاه نیستید زیرا تصویر هر چشم می‌تواند نقطه‌ی کور چشم دیگر را پوشش دهد.

وقتی یک چشم‌پزشک به وسیله‌ی افتالموسکوپ به پشت چشم شما نگاه می‌کند چیزی که می‌بیند این است:

در داخل کره‌ی چشم دو ناحیه‌ی دارای مایع وجود دارند که توسط عدسی چشم از یکدیگر جدا شده‌اند. بخش بزرگ‌تر که در پشت عدسی قرار دارد زجاجیه نام دارد که حاوی یک ماده‌ی شفاف ژله مانند است. بخش جلویی که کوچکتر از زجاجیه است و حاوی یک مایع آبکی شفاف است زلالیه نام دارد. زلالیه از دو قسمت تشکیل شده است. یک بخش که در جلوی عنبیه قرار دارد اتاق قدامی نام دارد و بخش دیگر که در پشت عنبیه است اتاق خلفی نام دارد. زلالیه‌ی چشم در جسم مژگانی تولید می‌شود و از طریق کانال اشلم تخلیه می‌شود. وقتی این کانال مسدود شود یک بیماری به نام گلوکاما یا آب‌سیاه بروز می‌کند.

عدسی یا لنز چشم ساختاری شفاف دارد که از دو طرف برآمده بوده و قطر آن در حدود ۱ سانتی‌متر است. اندازه‌ی عدسی توسط ماهیچه‌هایی که در جسم مژگانی قرار دارند کنترل می‌شود. چشم از عدسی برای تنظیم نور روی شبکیه استفاده می‌کند تا یک تصویر واضح به دست آید. وقتی نور از فاصله‌ی دور به چشم وارد می‌شود عدسی چشم به حالت استراحت در می‌آید اما وقتی نور از فاصله‌ی نزدیک به چشم برسد عدسی قطور و کروی‌تر می‌شود. شما می‌توانید با نگاه کردن به اجسام دور و نزدیک با فاصله‌ی زمانی کم احساس تغییر اندازه عدسی را تجربه کنید.

برای به حداکثر رساندن میدان دید، چشم توانایی حرکت در تمام جهات را دارد و از این لحاظ یک ارگان استثنایی به شمار می‌رود. با وجود توانایی حرکت در جهات مختلف، چشم در داخل یک حفره‌ی استخوانی به نام حدقه قرار گرفته است. چربی موجود در ساختار چشم تا حدی باعث انعطاف‌پذیری آن در مقابل ضربات شده است. از طریف دیگر پلک‌ها بالایی و پایینی در مواقع خطر به‌طور ناخودآگاه بسته می‌شود و از چشم محافظت می‌کنند. با پلک زدن اشک در سطح چشم پخش می‌شود. مژه‌ها و ابروها نیز از چشم در مقابل ذرات ریزی که ممکن به آن آسیب برسانند محافظت می‌کند.

اشک‌ها در غدد اشکی چشم تولید می‌شوند. این غدد در قسمت فوقانی چشم و پشت پلک بالایی هر چشم جای گرفته‌اند. اشک تولید شده از طریق ۱۲ مجرا وارد فضای میان پلک بالایی و چشم می‌شود و در نهایت به سوی دو سوراخ ریز در گوشه‌ی داخلی چشم هدایت شده و از آنجا وارد کیسه‌ی اشک شده و در نهایت وارد مجرای بینی می‌شود. به همین دلیل است که در هنگام گریه کردن دچار آب ریزش بینی می‌شوید. غدد اشکی روزانه در حدود دو قاشق چای‌خوری اشک تولید می‌کنند. اشک وظیفه‌ی شست‌وشوی سطح چشم، ضد عفونی کردن چشم‌ها، لغزنده کردن چشم‌ها برای حرکت آسان کره چشم و پلک، جلوگیری از خشک شدن چشم‌ها و پلک‌ها و تغذیه‌ی قرنیه را بر عهده دارد، زیرا اشک حاوی آب، چربی‌ها، مواد معدنی، نمک و پروتئین است.

شش ماهیچه به صلبیه متصل هستند که وظیفه‌ی کنترل حرکت چشم را بر عهده دارند. اسامی و وظیفه‌ی این ماهیچه به این ترتیب است:

در قسمت بعدی مقاله درمورد نحوه‌ی تشخیص نور توسط چشم می‌پردازیم.

دریافت نور

وقتی نور وارد چشم می‌شود ابتدا از قرنیه عبور می‌کند، سپس از زلالیه گذشته و وارد عدسی شده و از آنجا هم وارد زجاجیه می‌شود و در نهایت به شبکیه می‌رسد. شبکیه قسمتی از چشم از است که وظیفه‌ی تشخیص نور را بر عهده دارد. در شبکیه دو نوع یاخته‌ی عصبی وجود دارد، سلول‌های استوانه‌ای شکل و سلول‌های مخروطی‌ شکل. سلول‌های استوانه‌ای شکل با بینایی در نور کم سر و کار دارند و سلول‌های مخروطی شکل با بینایی رنگی و جزییات اشیا. وقتی نور به این دو نوع سلول می‌رسد، یک سری واکنش‌های شیمیایی پیچیده به وقوع می‌پیوندد. ماده‌ی شیمیایی ایجاد شده در نتیجه‌ی این واکنش‌های رودوپسین فعال نام دارد که باعث ایجاد پالس‌های الکتریکی در اعصاب بینایی می‌شود. در حالت کلی قسمت بیرونی سلول‌های استوانه‌ای شکل دراز و نازک هستند درحالی‌که قسمت بیرونی سلول‌های مخروطی شکل همان‌طور که می‌توانید حدس بزنید به شکل مخروط هستند.

قسمت بیرونی سلول‌های استوانه‌ای شکل و مخروطی شکل حاوی مواد شیمیایی حساس به نور هستند. در سلول‌های استوانه‌ای شکل این ماده‌ی شیمیایی رودوپسین نام دارد اما در سلول‌های مخروطی شکل این ماده‌ی شیمیایی رنگدانه نام دارد. شبکیه‌ی چشم حاوی ۱۰۰ میلیون سلول استوانه‌ای شکل و ۷ میلیون سلول مخروطی شکل است. در داخل شبکه رنگدانه‌ی سیاه نیز وجود دارد، همان‌طور که داخل دوربین عکسی سیاه است، تا از پخش نور جلوگیری کند و نورهای اضافی را جذب کرده و از انعکاس آن جلوگیری کند. در مرکز و قسمت عقبی شبکیه نقطه‌ای به نام لکه زرد وجود دارد که دارای تمرکز زیادی از سلول‌های مخروطی شکل است. لکه‌ی زرد مسئول دریافت و تفسیر جزییات تصاویر است.

اما رودوپسین تجزیه شده باید دوباره تشکل شود تا فرایند ایجاد پالس‌های الکتریکی ادامه یابد. در این فرایند رتینال ترنس دوباره به ۱۱ سیس رتینال تبدیل شده و با اسکوتوپسین ترکیب می‌شود تا رودوپسین ساخته شود. رودوپسین ساخته شده دوباره وارد چرخه‌ی تجزیه و ایجاد پالس الکتریکی می‌شود.

تشخیص رنگ‌ها و دریافت ‌آن‌ها توسط چشم

مواد شیمیایی حساس به رنگ در سلول‌های مخروطی شکل رنگدانه‌های مخروطی نام دارند که بسیار شبیه به ماده‌ی شیمیایی حساس به نور در سلول‌های استوانه‌ای شکل هستند. قسمت رتینال این ماده همانند رودوپسین است اما قسمت اسکوتوپسین با فوتوپسین جایگزین شده است. در نتیجه می‌توان گفت ماده‌ی شیمایی حساس به رنگ از دو قسمت رتینال و فوتوپسین تشکیل شده است. سه نوع رنگدانه‌ی حساس به رنگ وجود دارد:

سلول‌های مخروطی شکل دارای این سه نوع رنگدانه هستند و در نتیجه به ترکیب این رنگها با یکدیگر یا به عبارت دیگر به تمام رنگ‌ها حساس هستند. درواقع چشم انسان تقریبا تمام رنگ‌هایی که از ترکیب سه رنگ آبی، سبز و قرمز به وجود آمده‌اند را می‌تواند تشخیص دهد.

در دیاگرام بالا طول موج هر سه نوع از سلول‌های استوانه‌ای شکل نشان داده شده است. حداکثر جذب رنگ توسط رنگدانه‌ی حساس به رنگ آبی در طول موج ۴۴۵ روی می‌دهد، این عدد برای رنگ سبز ۵۳۵ نانومتر و برای رنگ قرمز ۵۷۰ نانومتر است.

کوررنگی چیست؟

کوررنگی به معنای عدم توانایی تشخیص تفاوت بین رنگ‌های مختلف است. شایع‌ترین نوع کوررنگی از نوع کوری رنگ‌های قرمز-سبز است. این نوع کوررنگی در ۸ درصد مردان و ۴/۰ درصد جمعیت زنان روی می‌دهد. کوررنگی قرمز-سبز زمانی روی می‌دهد که یکی یا هر دو نوع از سلول‌های مخروطی حساس به رنگ قرمز و سبز وجود نداشته باشند یا به درستی کار نکنند. افرادی که دارای این نوع کوررنگی هستند به این معنی نیست که اصلا نمی‌توانند رنگ‌های قرمز و سبز را ببینند بلکه توانایی تشیص تفاوت بین این دو رنگ را از دست داده‌اند.

کوررنگی یک اختلال ژنتیکی است و بیشتر در مردان مشاهده می‌شود. دلیل این امر این است که توانایی تشخیص رنگ در کروموزوم X قرار گرفته است و از آنجا که زنان دارای دو کروموزوم X هستند از این رو احتمال این که هر دو کروموزوم X بدون توانایی تشخیص رنگ باشند بسیار کم‌ است. اما از سوی دیگر مردان تنها یک کروموزم X دارند ازین رو احتمال وقوع کوررنگی در آن‌ها بیشتر است. عدم توانایی تشخیص تمام رنگ‌ها یا احتمال این که یک شخص تنها به‌صورت سیاه و سفید ببیند بسیار نادر است.

کمبود ویتامین A

زمانی که کمبود ویتامین A شدید باشد ممکن است شخص دچار شب‌کوری شود. وجود ویتامین A برای تشکیل رتینال که بخشی از مولکول رودوپسین است بسیار ضروری است. زمانی که تعداد مولکول‌های حساس به نور به خاطر کمبود ویتامین A کم باشد، حداقل میزان نور لازم برای بینایی افزایش خواهد یافت. بنابراین افراد دارای شب‌کوری توانایی بینایی کمی در طول شب دارند اما در طول روز به‌دلیل وجود میزان زیادی نور، تحریک و فعال شدن رودوپسین در شبکیه با مشکل روبه‌رو نمی‌شود.

شکست نور در چشم

وقتی نور به یک سطح زاویه‌دار از یک ماده‌ی دیگر می‌رسد دچار شکست می‌شود و پرتوهای آن دچار انحراف می‌شوند، به این پدیده شکست نور یا انکسار می‌گویند. وقتی نور به عدسی محدب می‌رسد اشعه‌ی نور به سمت مرکز تحدب خمیده می‌شود و وقتی نور به عدسی مقعر می‌رسد اشعه‌های نور از مرکز دور می‌شوند.

ساختار چشم دارای لایه‌های خمیده‌ی متعددی است که باعث شکست نور می‌شوند:

وقتی تمام لایه‌های چشم به خوبی کار کنند، ‌نور پس از عبور از این لایه‌ها و مرزها و پس از شکست چند باره در نهایت با فوکوس عالی به شبکیه تابیده می‌شود.

بینایی عادی

حدت بینایی یا وضوح بینایی یک شخص با خواندن چارت اسنلن که در فاصله‌ی ۲۰ فوتی او قرار گرفته است اندازه‌گیری می‌شود. چشم‌پزشکان با انجام تحقیق روی افراد مختلف به یک استاندارد در مورد وضوح بینایی دست‌یافته‌اند. این استاندارد مشخص می‌کند که یک شخص با بینایی عادی وقتی در فاصله‌ی ۲۰ فوتی از چارت اسنلن قرار می‌گیرد چه حروفی را می‌تواند یا نمی‌تواند تشحیص دهد. اگر شما دارای بینایی ۲۰/۲۰ باشید به این معنی است که وقتی در فاصله‌ی ۲۰ متری چارت قرار گیرد همان چیزی را می‌توانید ببینید که یک شخص با بینایی طبیعی می‌تواند ببیند (البته در کشورهایی که سیستم متریک دارند این استاندارد به‌صورت ۶/۶ تعریف شده است). به عبارت دیگر وقتی شما دارای بینایی ۲۰/۲۰ هستید یعنی مشکل بینایی ندارید. گفتنی است اکثر جمعیت جهان همان چیزی را در فاصله‌ی ۲ فوتی می‌بینند که شما می‌توانید ببینید.

شما همین‌‌طور ممکن است دارای بینایی بهتر از یک شخص عادی باشید. افرادی در جهان وجود دارند که دارای بینایی ۱۰/۲۰ هستند یعنی وقتی در فاصله‌ی ۲۰ متری از چارت ایستاده‌اند همان چیزی را می‌بینند که یک شخص با بینایی عادی در فاصله‌ی ۱۰ متری می‌بیند.

پرندگانی مانند شاهین، جغد و برخی پرندگان دیگر وضوح بینایی بیشتری نسبت به انسان دارند. برای مثال شاهین چشمانی بسیار کوچک‌تر از انسان دارد اما حسگرهای زیادی در شبکیه‌ی کوچک خود دارد (از نوع مخروطی). همین موضوع باعث شده است که چشم شاهین ۸ برابر نسبت به چشم انسان تیزتر باشد. یک شاهین ممکن است دارای بینایی ۲/۲۰ باشد.

مشکلات انکسار نور در چشم

در حالت عادی چشم می‌تواند نور را دقیقا روی شبکیه فوکوس کند. نزدیک‌بینی و دوربینی زمانی اتفاق می‌افتد که فوکوس نور دچار اشکال شود.

وقتی شخصی دارای نزدیک‌بینی است، می‌تواند اشیای نزدیک را به خوبی ببیند اما در دیدن اشیای دور دچار مشکل است. در این حالت اشعه‌های نور در جلوی شبکیه متمرکز می‌شوند. این پدیده زمانی روی می‌دهد که کره‌ی چشم طولانی‌تر از حد معمول باشد یا عدسی چشم شخص توانایی بیش از حد در متمرکز کردن نور داشته باشد. نزدیک‌بینی را می‌توان با عدسی‌های مقعر درمان کرد. این نوع عدسی‌ها باعث می‌شوند اشعه‌های نور قبل از رسیدن به چشم کمی واگرا شوند.

اگر شخصی دچار دوربینی باشد در دیدن اشیای دور مشکلی نخواهد داشت اما اشیای نزدیک را با وضوح کم‌تری خواهد دید. در این حال اشعه‌های نور در پشت شبکیه متمرکز می‌شوند. افرادی که کره چشم آن‌ها کوتاه‌تر از حد معمول باشد یا توانایی عدسی چشم آن‌ها در فوکوس نور پایین باشد دچار نزدیک‌بینی می‌شوند. برای درمان نزدیک‌بینی از عدسی‌های محدب استفاده می‌کنند. این نوع عدسی‌ها باعث می‌شوند نور قبل از رسیدن به چشم همگراتر شوند.

آستیگماتیسم چیست؟

آستیگامیسم زمانی پدید می‌آید که منحنی قرنیه چشم دارای یک سطح نا‌هموار باشد. در این صورت تصاویر دریافتی توسط چشم دچار اعوجاج شده یا وضوح آن‌ها کم‌تر می‌شود.

چرا با افزایش سن بینایی ما ضعیف‌تر می‌شود؟

یکی از بیماری‌های رایج چشمی پیری چشم است که در نتیجه‌ی سفت‌تر شدن عدسی چشم ایجاد می‌شود. درواقع عدسی چشم توانایی خود را در تغییر اندازه و متمرکز کردن نور از دست می‌دهد. این بیماری زمانی بیشتر خودش را نشان می‌دهد که شخص سعی کند اشیای کوچکی که در نزدیکی او قرار دارند را ببیند. برای دیدن اشیای نزدیک، جسم مژگانی باید عدسی را جمع کند تا آن را ضخیم‌تر کند، اما کم‌ شدن الاستیک عدسی از ضخیم‌ شدن آن به وسیله‌ی جسم مژگانی جلوگیری می‌کند از این رو شخص توانایی خود برای متمرکز کردن نور دریافتی از اشیای نزدیک را از دست می‌دهد. در ابتدا افراد مبتلا به پیرچشمی سعی می‌کنند اجسام را کمی‌ دورتر از چشم خود بگیرند تا جزییات آن را بهتر ببینند. پیرچشمی از اواسط دهه‌ی پنجم زندگی شروع می‌شود. به تدریج عدسی چشم توانایی خود در حرکت و تغییر شکل را بیش از پیش از دست می‌دهد تا جایی که به‌طور کامل سفت شده و روی یک مسافت ثابت فوکوس می‌کند. این فاصله برای هر شخص می‌تواند متفاوت باشد. برای اصلاح بینایی این افراد از عدسی‌های دوکانونی استفاده می‌کنند. در این نوع عدسی‌ها دو کانون یکی در بالا برای دیدن مسافت‌های دور و یکی در پایین برای فواصل کم وجود دارد.

تشخیص عمق توسط چشم‌ها

چشم انسان برای تشخیص عمق از سه روش استفاده می‌کند:

·       اندازه‌ای که یک شی در شبکیه ایجاد می‌کند: اگر شما از اندازه‌ی یک شی از پیش آگاهی داشته باشید، مغز از این آگاهی و مقایسه‌ی آن با تصویر فعلی در شبکیه برای سنجش فاصله استفاده می‌کند.

·       اختلاف منظر حرکتی: وقتی شما سر خود را از یک سو به سوی دیگر حرکت می‌دهید، اشیایی که در نزدیک شما هستند نسبت به اشیای دورتر با سرعت بیشتر در شبکیه‌ی چشم شما جابه‌جا می‌شوند. در این صورت مغز شما به‌صورت تقریبی می‌تواند بفهمد که یک شی در چه فاصله‌ای از شما قرار دارد.

·       دید استریویی (دید استریوسکوپیک): هر چشم تصویر متفاوتی نسبت به دیگری از یک شی در شبکیه‌ی خود تشکیل می‌دهد چون چشم‌ها تقریبا ۵ سانتی‌متر با یکدیگر فاصله دارند. این موضوع وقتی مشهودتر می‌شود که یک شی در نزدیکی چشم شما قرار داشته باشد. مغز از این تفاوت بین تصاویر برای سنجش مسافت استفاده می‌کند. اما اگر یک شی در فاصله‌ی زیادی از شما قرار داشته باشد این روش کارایی خود را از دست می‌دهد چون در این صورت تصاویر دو چشم از آن شی تقریبا با یکدیگر تفاوتی نمی‌کنند.

تعریف علمی کوری و برخی علل آن

از لحاظ قانونی کوری در ایالات متحده با استاندارد ۲۰۰/۲۰ تعریف می‌شود، یعنی اگر شما حتی با وجود عینک‌های اصلاحی بینایی برابر با ۲۰۰/۲۰ یا کم‌تر داشته باشید یک شخص نابینا محسوب می‌شوید. اکنون که شما با آناتومی چشم و کارکرد آن آشنا شده‌اید، درک شرایط و بیماری‌هایی که منجر به کوری می‌شوند آسان‌تر خواهد بود:

دلایل متعدد دیگری برای کوری وجود دارد که از آن جمله می‌توان به کمبود ویتامین A، تومور، سکته‌ی مغزی، بیماری‌های عصبی، بیماری‌های عفونی دیگر، بیماری‌های ارثی و سم‌ها شاره کرد.