นัยน์ตากับการมองเห็น

ตาและการมองเห็น

นักเรียนอาจสงสัยว่าสมองสามารถแปลความรู้สึกได้อย่างไรกระแสประสาทมาจากอวัยวะรับความรู้สึกชนิดใดก็ตามเป็นสัญญาณทางไฟฟ้าทางเคมีทั้งสิ้น ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าสมองแปลสัญญาณเหล่านี้อย่างไร แต่ที่สมองแปลความรู้สึกได้แตกต่างกันนั้น เกิดจากสมองมีบริเวณจำเพราะหน้าที่รับกระแสประสาทจากอวัยวะรับความรู้สึกชนิดต่างๆกัน  นักเรียนทราบไหมว่าอวัยวะรับความรู้สึกรับความรู้สึกได้อย่างไร

การมองเห็นวัตถุ เกิดจากการที่แสงไปตกกระทบสิ่งต่างๆ แล้วเกิดการสะท้อนเข้าสู่ตาเรา และผ่านเข้ามาในลูกตา ไปทำให้เกิดภาพบนจอ (Retina) ที่อยู่ด้านหลังของลูก ข้อมูลของวัตถุที่มองเห็นจะส่งขึ้นไปสู่สมองตามเส้นประสาท (optic nerve) สมองจะแปลข้อมูลเป็นภาพของวัตถุนั้น  

 

ภาพจาก : http://physic-krusom.blogspot.com/p/physic_8981.html

นัยน์ตาของคนมีรูปร่างค่อนข้างกลม อยู่ภายในเบ้าตามีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2.5 เซนติเมตร ผนังลูกตาเรียงจากด้านนอกเข้าไปด้านในตามลำดับ คือ สเคลอรา (sclera) โครอยด์ (choroid) และเรตินา (retina)

          สเคลอรา เป็นชั้นที่เหนียวแต่ไม่ยืดหยุ่น ตอนหน้าสุดของเยื่อนี้จะโปร่งใสและนูนออกมา เรียกว่า กระจกตา (cornea)กระจกตามีความสำคัญมากเพราะถ้าเป็นอันตรายหรือพิการ เช่นเป็นฝ่าทึบจะมีผลกระทบติอการมองเห็น

          โครอยด์ เป็นชั้นที่มีหลอดเลือดมาเลี้ยง และมีสารสีแผ่กระจายอยู่เป็นจำนวนมาก เพื่อป้องกันไม่ให้แสงสว่างทะลุผ่านชั้นเรตินาไปยังด้านหลังของนัยน์ตาโดยตรง ถ้านักเรียนดูภาพที่ 8-30ซึ่งแสดงรูปด้านข้างของนัยน์ตา จะเห็นว่าด้านหลังของเลนส์ตามี ม่านตา (iris) ยื่นลงมาจากด้านบนและด้านล่างของผนังโครอยด์คล้ายเป็นกับผนังกั้นบางส่วนของเลนส์ ส่วนช่องกลางที่เหลือให้แสงผ่านเข้านั้นมีลักษณะกลม เรียก รูม่านตา  (pupil) ถ้านักเรียนส่องกระจกดูนัยน์ตาของตนเองหรือจ่องนัยน์ตาเพื่อนใกล้ๆ จะเห็นส่วนที่เป็นสีดำอยู่ตรงตาส่วนนี้ คือ รูม่านตา ขนาดของรูม่านตาจะแคบหรือกว้างขึ้นอยู่กับม่านตา ซึ่งประกอบด้วยกล้ามเนื้อวงและกล้ามเนื้อที่เรียงตัวตามรัศมี ม่านตาควบคุมปริมาณแสงที่ผ่านเข้าสู่นัยน์ตา นักเรียนคิดว่าม่านตาเทียบได้กับส่วนใดของกล้องถ่ายรูปหรือกล้องจุลทรรศน์

            เรตินา เป็นบริเวณที่มีเซลล์รับแสง แบ่งได้เป็น 2 ชนิด ตามรูปร่างลักษณะของเซลล์ คือ เซลล์รูปแท่ง (rod cell) ซึ่งไวต่อการรับแสงสว่าง แม้ในที่มีแสงสว่างน้อย เซลล์ชนิดนี้ไม่สามารถแยกความแตกต่างของสีได้ ส่วนเซลล์อีกประเภทหนึ่งเป็นเซลล์รูปกรวย  (cone cell) เป็นเซลล์ที่แยกความแตกต่างของสีต่างๆได้แต่ต้องการแสงสว่างมากจึงจะบอกสีของวัตถุได้ถูกต้อง เรตินาในนัยน์ตาข้างหนึ่งจะมีเซลล์รูปแท่งประมาณ 125 ล้านเซลล์และเซลล์รูปกรวย 7 ล้านเซลล์ นอกจากนี้ชั้นเรตินาจะมีเซลล์ที่ไวต่อแสงแล้วยังมีเซลล์ประสาทอื่นอีกที่รับกระแสประสาท ส่งไปยังใยประสาทของเส้นประสาทสมองคู่ที่ 2 ซึ่งอยู่รวมกันเป็นมัด ดังนั้นเมื่อกระตุ้นเซลล์รับแสงจะเกิดกระแสประสาทและถ่ายทอดสัญญาณดังกล่าวไปยังเส้นประสาทคู่ที่ 2 แล้วยังส่งไปยังสมองส่วนเซรีบรัมเพื่อแปลเป็นภาพตามที่ตามองเห็น

ภาพโครงสร้างและตำแหน่งของเซลล์ในชั้นเรตินา

โดยปกติแล้วชั้นเรตินาจะมีเซลล์รูปแท่ง หนาแน่นกว่าเซลล์รูปกรวยแต่บริเวณตรงกลางของเรตินาที่ เรียกว่า โฟเวีย (fovea) นั้นจะมีเซลล์รูปกรวยหนาแน่นกว่าบริเวณอื่น 

ดังนั้นแสงที่ตกบริเวณนี้จึงเกิดเป็นภาพได้ชัดเจน ส่วนบริเวณเรตินาที่มีแต่แอกซอนออกจากนัยน์ตา เพื่อเข้าสู่เส้นประสาทตาจะไม่มีเซลล์รูปแท่งและเซลล์รูปกรวยอยู่เลย ดังนั้นแสงที่ตกบริเวณนี้จึงไม่เกิดเป็นภาพเรียกบริเวณนี้ว่า จุดบอด (blind spot)

ภาพ : ก. การเปลี่ยนแปลงของเลนส์ตา ขณะมองวัตถุขณะใกล้ ข.การเปลี่ยนแปลงของเลนส์ตา ขณะมองวัตถุขณะไกล

        เลนส์ตา ถูกยึดด้วยเอ็นยึดเลนส์ (suspensory ligament)โดยเส้นเอ็นดังกล่าวจะอยู่ติดกับกล้ามเนื้อยึดเลนส์ (ciliary muscle)ดังนั้นการหดตัวและคลายตัวของกล้ามเนื้อยึดเลนส์จึงมีผลทำให้เอ็นที่ยึดอยู่หย่อนหรือตึงได้ หากกล้ามเนื้อยึดเลนส์หดตัวเอ็นยึดเลนส์หย่อนลงทำให้เลนส์โป่งออก ผิวของเลนส์จึงโค้งนูนมากขึ้น

    ทำให้จุดโฟกัสใกล้เลนส์มากขึ้น จึงเหมาะสำหรับการมองภาพในระยะใกล้ ขณะเดียวกันถ้าวัตถุนั้นอยู่ไกล เลนส์ตาจะต้องมีความนูนลดลงซึ่งเกิดจากการคลายตัวของกล้ามเนื้อยึดเลนส์นั่นเอง จากหลักการนักเรียนสามารถตอบได้ว่า ทำไมเวลาอ่านหนังสือนานๆจึงรู้สึกเมื่อยตา แต่ถ้าหากมองภาพวิวจะมองได้นาน

          บางคนมองภาพที่ไกลหรือใกล้ไม่ชัดเจน เนื่องจากเลนส์ตาไม่สามารถปรับรูปร่างได้เป็นปกติ ทำให้เกิดสายตาสั้นหรือสายตายาว ปัจจุบันสามารถแก้ไขได้ โดยการใส่แว่นตาที่ประกอบด้วยเลนส์เว้าสำหรับคนสายตาสั้น และเลนส์นูนสำหรับคนที่สายตายาว

ภาพ : การแก้ไขสายตาสั้นโดยเลนส์เว้า (ก.) และแก้ไขสายตายาวด้วยเลนส์นูน (ข.)

            ในกรณีของคนสายตาเอียงที่เกิดจากความโค้งของกระจกตาในแนวต่างๆไม่เท่ากัน ทำให้เห็นเส้นในแนวหนึ่งแนวใดไม่ชัดเจนดังภาพที่ 8-34 แก้ไขได้โดยใช้เลนส์ทรงกระบอก (cylindrical lens)ซึ่งมีด้านหน้าเว้าด้านหลังนูน ดังภาพ

ภาพ : การแก้ไขสายตาเอียงโดยใช้เลนส์ทรงกระบอก

กลไกการมองเห็น

 

เยื่อหุ้มเซลล์รูปแท่งจะมีสารสีม่วงแดงชื่อ โรดอปซิน (rhodopsin) ฝังตัวอยู่ สารชนิดนี้ประกอบด้วยโปรตีนออปซิน (opsin) รวมกับสารเรตินอล  (retinol) ซึ่งไวต่อแสงจะมีการเปลี่ยนแปลง ดังแผนภาพ

ภาพ : การเปลี่ยนแปลงโรดอปซินในเซลล์รูปแท่ง

เมื่อแสงมากระตุ่นเซลล์รูปแท่ง โมเรกุลของเรตินอลจะเปลี่ยนแปลงไปจนเกาะกับโมเลกุลของออปซินไม่ได้ ขณะนี้เองจะเกิดกระแสประสาทเดินทางไปยังเส้นประสาทสมองคู่ที่ 2 เพื่อส่งไปยังสมองให้แปลเป็นภาพ ถ้าไม่มีแสงออปซินและเรตินอลจะรวมตัวเป็นโรดอปซินใหม่

      สำหรับเรตินอลเป็นสารที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นได้จากวิตามินเอ ถ้าร่างกายขาดวิตามินเอจะทำให้เกิดโรคตาฟางในช่วงเวลาที่มีแสงสว่างน้อย เช่น ตอนพลบค่ำเมื่อเรามองภาพหรืออ่านหนังสือ ในขณะที่มีแสงสว่างจ้าหรือใช้สายตามากจะรู้สึกตาพร่ามัวที่เป็นเพราะเช่นนั้นเพราะเหตุใด

เซลล์รูปกรวยแบ่งตามความไวต่อช่วงความยาวคลื่นของแสงได้ ชนิด คือ เซลล์รูปกรวยที่ไวต่อแสงสีน้ำเงิน เซลล์รูปกรวยที่ไวต่อแสงสีแดง และเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อแสงสีเขียว

     การที่สมองสามารถแยกสีต่างๆ ได้ มากกว่า3 สี เพราะมีการกระตุ้นเซลล์รูปกรวยแต่ละชนิดพร้อมๆ กันด้วยความเข้มของแสงสีต่างกัน จึงเกิดการผสมของแสงสีต่างๆ ขึ้น เช่น ขณะมองวัตถุสีม่วงเกิดจากเซลล์รูปกรวยที่มีความไวต่อแสงสีแดงและแสงสีน้ำเงินถูกกระตุ้นพร้อมกัน ทำให้เห็นวัตถุนั้นเป็นสีม่วง เป็นต้น ดังภาพ

ภาพ : การมองเห็นแสงสีต่างๆ

ความบกพร่องของเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อแสงสีใดก็ตามย่อมทำให้เกิดอาการตาบอดสีขึ้น ดังนั้นตาบอดสีจึงเป็นลักษณะที่เกี่ยวกับการบกพร่องในการแยกแยะความแตกต่างของสี ตาบอดสีที่พบมากที่สุด คือ ตาบอดสีแดงและสีเขียว อย่างไรก็ตามตาบอดสียังไม่จัดเป็นความปกติร้ายแรง แต่เป็นลักษณะที่ถ่ายทอดได้ทางพันธุกรรม และพบในเพศชายมากกว่าเพศหญิง

ข้อมูลจาก : http://www.vcharkarn.com/lesson/view.php?id=1282

                                                                                                                ค้นเมื่อ : 29 กรกฎาคม 2556

การมองเห็นสี

เมื่อให้แสงสีขาวตกกระทบวัตถุต่าง ๆ เราจะเห็นวัตถุมีสีแตกต่างกัน การมองเห็นสีต่าง ๆ นอกจากจะขึ้นอยู่กับ เซลล์รูปกรวยในเรตินาของตา แล้วยังมีสิ่งอื่นอีกที่มีอิทธิพลต่อการเห็นสีของวัตถุ คือ การที่จากนั้นผ่านสีต่าง ๆ ของตัวกลาง ก่อนเข้าสู่ตาเรา เช่น แสงขาวของดวงอาทิตย์ เมื่อผ่านปริซึม จะมองเห็นแสงสีถึง 7 สี เป็นต้น หรือ แสงสีต่าง ๆ ผ่านแผ่นกรองแสงสี เพื่อต้องการให้ได้แสงสีที่ต้องการ  ในกรณีที่แสงขาวตกกระทบวัตถุทึบแสง วัตถุนั้นจะดูดกลืนแสงแต่ละสีที่ประกอบเป็นแสงขาวนั้นไว้ในปริมาณต่าง ๆ กัน แสงส่วนที่เหลือจากการดูดกลืนจะสะท้อนกลับเข้าตา ทำให้เราเห็นวัตถุเป็นสีเดียวกับแสงที่สะท้อนมาเข้าตามากที่สุด ตามปกติวัตถุมีสารที่เรียกว่า สารสีทำหน้าที่ดูดกลืนแสง วัตถุที่มีสีต่างกันจะมีสารสีต่างกัน การเห็นใบไม้เป็นสีเขียว เป็นเพราะใบไม้มีคลอโรฟิลเป็นสารดูดกลืนแสงสีม่วงและสีแดง แล้วปล่อยแสงสีเขียวและสีใกล้เคียงให้สะท้อนกลับเข้าตามากที่สุด ส่วนดอกไม้ที่มีสีแดงเพราะดอกมีสารสีแดงซึ่งดูดกลืนแสงสีม่วง สีน้ำเงิน และสีเขียวส่วนใหญ่ไว้ แล้วปล่อยให้แสงสีแดงปนสีส้มและสีเหลืองให้สะท้อนกลับมาเข้าตามากที่สุด ส่วนสารที่มีสีดำนั้นจะดูดกลืนแสงทุกสีที่ตกกระทบทำให้ไม่มีแสงสีใดสะท้อน กลับเข้าสู่ตาเลย เราจึงเห็นวัตถุเป็นสีดำ แต่สารสีขาวนั้นจะสะท้อนแสงทุกสีที่ตกกระทบ  

ภาพจาก : http://kruphysics-satri5.blogspot.com/p/blog-page_760.html

Comments

comments