第二講：眼睛

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第1行： 第1行：
-== Introduction to the Physiology of Perception ==+== 眼睛 The Human Eye ==
-=== 心在哪裡？ ===+=== 開始之前 ===
-* 歴史典故+* 視覺的厲害
-**課本是用西方的典故+** 墾丁沙灘上欣賞美女
-**其實早期東西方想得差不多:)+** 戲院已開演後找座位
-**心在「心」上+*** 你都可以做得到
 +*** 但亮度差1億倍
 +* 課本第二、第三、第四章
 +** Eye
 +** Visual pathway
 +** Visual centers of the brain
 +*** 其中包括
 +**** anatomy
 +**** physiology
-*圖2.1(P.24)+=== 各種眼睛 ===
-由「心」開始(Aristotle)→再想到「靈魂」(Galen)→變成「小矮人」(Descartes)→最後才到「腦」+* 演化的「眼睛」
 +** 單眼vs複眼
 +** compound eye vs chambered eye
-=== 給神經照個像 ===+* 單眼的「演變」
-*用Golgi染色的大腦一些神經元形狀《P.25 Figure2.2+
-*箭頭指的是神經原細胞體，細線條是樹突或軸突《示意圖見圖2.4(P.27)+
-==== 大腦的大結構《P.26 Figure2.3》 ====+* 毛毛蟲為何有假眼？
-*初級感覺接受續位於大腦的顳葉、枕葉、頂葉和額葉，額葉包含了整合感覺的功能+
-*其中視覺：枕葉+
-*聽覺：顳葉+
-*觸覺：頂葉+
-==== 神經活動的「示意圖」《P.27 Figure2.4》====+* Evolution!?
-*圖中右邊的神經元包含細胞體、樹突和一個軸突或神經纖維+
-*圖中左邊的神經元有一個細胞體接受器接收來自環境的刺激+
-==== 知覺接受器（receptors）《P.27 Figure2.5》 ====+=== Electromagnetic radiation ===
-*a.視覺 b.聽覺 c.觸覺 d.嗅覺 e.味覺+* 電磁輻射
-*這些特別的接受器有特定的類型去把環境能量轉成電能+** 光譜（spectrum）
-*星星處代表接受器神經元刺激動作轉變的過程+
-=== 神經／神經纖維 ===+* 可見光？
-*神經(nerves)包含很多神經纖維(nerve fibers)，視神經(optic nerve)從眼睛訊號送到後方+* Visible light?
-*剖面示意圖：視神經包含一百萬條神經纖維《P.28 Figure2.6+** 快速：每秒300,000Km
 +** 直進：穿透、繞射
-==== 量一個神經纖維的活動《P.28 Figure2.7》 ====+* 但又為何？
-*(a)當一條神經纖維處於休息的狀態時，在神經纖維內外有一個的電位差-70(mV)，測量電位差的儀表在圖的左邊，而結果在圖的右邊+** 到達地面最多
-*(b)動作電位上升階段+** 在地面上大多數物質上反射（reflection）及吸收（absorption）狀態理想
-*(c)動作電位下降階段+** surface偵測最有利
-*(d)最終回到休息狀態+
-==== 在休息（靜止）狀態《P.29 Figure2.8》 ====+* Message and Messenger
-*這個神經纖維顯示外在有高濃度的鈉，而內在有鉀。其他像是負離子氯的就沒顯示出來+** Inverse Optics
-*所以此時內部較外部為低電位+** 順/逆？
-==== 鈉鉀流量造成的動作電位《P.29 Figure2.9》 ====+=== Where should the eyes be placed? ===
-*(a)當正離子鈉流入軸突內，其內在神經元變的更正向(動作電位上升階段)+
-*(b)當正離子鉀流入軸突，其內在神經元變的更負向(動作電位下降階段)+
-*(c)在鉀離子和鈉離子經過電極後，神經纖維回到休息狀態+
-==== 神經纖維的反應《P.30 Figure2.10》 ====+* predators vs prey
-*(a)弱+** 兩種眼睛位置
-*(b)中等+** frontal vs lateral
-*(c)強+
-*增加刺激也增加頻率和神經規律性+
-==== 突觸的傳遞（synaptic transmission）《P.31 Figure2.11》 ====+* 眼睛為何要動？
-*(a)信號由軸突傳遞到末端的突觸+** 每種動物眼睛都會動嗎？
-*(b)神經衝動造成神經元的突觸囊釋放出神經傳遞物質+*** 不一定
-*(c)神經傳遞物質在接受區結合並且在接受神經元產生電位的改變+*** owls的眼睛不會動
 +**** 但頭可以動
 +*** 但動有好處
 +**** 歐洲椋鳥（European starling）兩眼分別動，可以有效避天敵已經有效適應北美洲
 +* 人眼也很會動
 +** 過馬路才不會危險
 +** 才可以讀書
 +**最左到最右只要200msec
-==== 去極化（depolarization）／過極化（hyperpolarization）《P.31 Figure2.12》 ====+* 動眼肌肉
-*(a)興奮傳遞物質造成去極化，一種增加內在正向電位+* extraocular muscles
-*(b)抑制傳遞物質造成過極化，一種在軸突內增加負向電位；內在電位必須達到閾值線才能產生動作電位+** rectus muscles
 +*** medial / lateral
 +*** superior / inferior
 +** oblique
 +*** superior / inferior
-=== 興奮／抑制輸入的作用《P.32 Figure2.13》 ===+* 眼睛運動
-*興奮(E)和抑制(I)輸入一個神經元的效應。興奮和抑制輸入的數量說明那些箭頭上突觸的大小。反應電極紀錄在右邊顯示+** conjugate
 +*** saccade
 +*** pursuit
 +*** drift see box 2.1
 +利用afterimage及由側照眼底血管
 +** vergence
 +*** convergence
 +*** divergence
 +** Ernst Mach
 +*** 只有動眼不能滿足視野
 +Mach (1838-1916)的單眼視野
-==== no convergence《P.33 Figure2.14》 ====+=== 眼球的保護 ===
-*神經回路無聚合（convergence）時+
-*當刺激輸入在較大或較小範圍，下面神經之活動大小不變+
-==== convergence《P.33 Figure2.15》 ====+* orbit（眼窩）
-*單純累加的聚合回路+** cushion of fat
-*左邊:一個有合流的神經連結+* eyelids
-*右邊:當接受器數量改變時，B神經元反應+** 每四秒眨一次
 +** 眨一次約三分之一秒
 +* tears
 +** 由eyelids上邊分泌
 +** 由鼻腔排出
-==== 較複雜的convergence《P.33 Figure2.16》 ====+* 為何不察覺眨眼
-*左邊：一個有抑制區的神經回路+** Volkmann, Riggs, and Moore (1980)
-*右邊：當接受器被刺激數量改變時之B神經元的反應+*** 假設眨眼時視覺系統暫時降低處理能力
 +*** 如何同等條件下測量眨眼時與不眨眼時的視覺能力？
 +*** 他們利用從口腔頂部光照眼睛
 +*** 當光線足夠可以「看」到
 +*** 不經正面（即eyelids），所以不受眨不眨眼的影響
 +*** 同時記錄控制eyelids肌肉的電位
 +*** 以利不同時間照射光線
 +*** 結果
 +*** 眨眼時比較不能察覺光線，沒有眨眼時可以察覺到
-=== 實驗過程示意圖《P.34 Figure2.17》 ===+* 眼裂
-*記錄一隻被麻醉的貓視神經裡其中一條纖維的電訊號。螢幕上每一點對應到貓視網膜的點+** 眼瞼的開口
 +*** 一般平均8mm
 +*** 睜大一點10mm
 +**** 對事物有興趣
 +**** 興奮
 +**** 集中注意
 +*** 變小
 +**** 愛睏....mm
 +** 持續睜大
 +*** dry eyes
-==== 網膜節細胞的接受區《P.34 Figure2.18》 ====+=== 眼睛的構造 ===
-*刺激對貓咪視網膜上的節細胞反應+* 直徑約24mm，稍小於乒乓球
-網膜 retina+* 眼球外層
-節細胞 ganglion cell+** fibrous tunic
-接受區 receptive field+*** sclera (Greek: hard)‏
 +**** 密實的纖維
 +**** 可抗眼壓（2倍大氣壓）
 +*** cornea (like an animals horn)‏
 +**** 透明
 +**** 光學力
 +** vascular tunic
 +*** choroid
 +**** blood vessels：供給營養
 +**** pigment：防止光散漫反射（scatter）
 +** retina（後述）
-==== 中央興奮型接受區《P.35 Figure2.19》 ====+* anterior chamber, iris, pupil
-*隨著光刺激大小增加 ，興奮中心和周圍抑制這種細胞的接受域反應+** Anterior chamber
-*a:當照在興奮區，反應變多+*** ciliary body
-*b:光刺激照滿全部興奮區，反應頻率更高+*** aqueous humor
-*c:同時照在興奮和抑制區，兩者相互抵抗（拮抗），反應與休息時差不多+**** 供給養份及代謝
 +*** 排泄不順：glaucoma
 +** Iris（虹膜）
 +*** Greek word for rainbow
 +*** 因為西方人各種顏色
 +** Pupil（瞳孔）
 +*** 不是組織，是iris所張開的孔
 +*** 調節進入光線量
 +* Pupil size and age
 +** 隨著年齡增長變小
 +* depth of field
 +** 瞳孔大小影響景深
-*觸覺接受區的例子+* Lens
-**在丘腦（thalamus）觸覺相對應的區域+** crystalline lens (直徑9mm X 厚度4mm)
-**找到一神經的接受區如圖2.20+*** capsule
-**反應情況與圖2.19相似+*** epithelial layer
 +*** 上皮組織會持續成長
 +*** 引發sclerosis（硬化症）
 +*** 質變（可能因UV）導致
 +*** cataract（白內障）
 +** 作用
 +*** accommodation
-=== grandmother cell（？）《P.36 Figure2.21》 ===+* Vitreous chamber
-*每張臉都有特定的神經元去編碼+** lens之後
-*這樣的想法的來源？？+** 充滿vitreous
 +*** 類似蛋白
 +** 封閉空間
 +*** 不代謝、流通
 +*** 會累積不透明物質
 +**** floaters
 +**** 多了變成一種飛蚊症
-*對特定對象反應的細胞+* Retina
-**研究方法：因癲癇（Epilepsy）埋入電極在hippocampus 或medial temporal lobe+** 構造
-**結果：有僅對「特定對象」反應之細胞+*** Retina有什麼？
-***對別的對象不反應+**** photoreceptors
-***對特定對象之各種均反應+***** cones
-****如圖2.22 反應Halle Berry+***** rods
 +**** bipolar, amacrine, horizontal cells
 +**** retinal ganglion cells
-==== 分散編碼《P.38 Figure2.23》 ====+* 衛教插播
-*分散編碼（distributed coding）+** Retina的細胞不能再生
-*幾乎每個神經對每一個對象（在此為人臉）反應+** 一定要保護！
-*但反應大小不一樣+
-*有何優點？+
-=== Mind-Body problem ===+* 觀察眼底
-*回到原點：心在哪裡？+** Hermann von Helmholtz (1821-1894)
-*neural correlate of consciousness (NCC)+*** physicist, physician, mathematician, philosopher
-*P.39 Figure2.24+** Ophthalmoscope
-**easy problem+
-***神經反應直接對應於（知覺）經驗+
-**hard problem+
-***生理學歴程對應於（知覺）經驗+
 +=== 光學工具 ===
 +* 網膜成像與視覺
 +** pinhole camera
 +** 針孔相機
 +* focus
 +** 閱讀與成像
 +** image formation
 +*** 擴散光（divergent light）需要調焦才能看
 +*** focusing the diverging light
 +**利用凸透鏡（convex lens）
 +*** focal point
 +**** 透鏡的focal power
 +**** 像距、物距、焦距
 +**** 1/f= 1/u + 1/v
 +
 +* 三種「視力」狀態
 +** emmertopic
 +** 正常視力
 +*** 平行光距焦於網膜
 +** myopic
 +** 近視
 +*** 平行光距焦於網膜之前
 +** hyperopic
 +** 遠視
 +*** 平行光距焦於網膜之後
 +* Hyperopia
 +** 可能眼球過短
 +* Myopia
 +** 眼球可能過長
 +* Presbyopia
 +** 老花眼
 +* astigmatism
 +** 散光，角膜曲度不均勻
 +
 +* LASIK
 +** laser-assisted in situ keratomileusis
 +*** 原理是用laser重新將角膜塑形，使改變角膜的optical power，讓視力不正常者恢復正常
 +*** 但仍可能有危險性
 +** check list如下
 +[http://www.fda.gov/cdrh/LASIK/reduce.htm FDA檢查表]
 +
 +=== 再看網膜 ===
 +* 橫斷面
 +** Photoreceptors
 +*** cones & rods
 +* distribution of rods and cones
 +** distribution over retina
 +** 接受器分佈特徵與盲點
 +*** rods的分佈較為廣
 +**** 最週邊也有100,000/mm2
 +*** cones集中在fovea
 +**** 密度約為150,000/mm2
 +** fovea中心附近只有cones沒有rods
 +** optic disk處沒有rods及cones
 +*** 形成盲點
 +**** 參見box 2.4
 +
 +*Outer segment
 +** photopigment
 +*** opsin: very large protein
 +*** retinal: derived from vitamin A
 +
 +* 當光線進來
 +** bleaching（漂白）
 +*** 形成isomerize
 +*** 在synapses分泌transmitter
 +** phototransduction
 +
 +* computing visual angle
 +** visual angel=57.3*object size/viewing distance
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當前修訂版本

目錄

[編輯] 眼睛 The Human Eye

[編輯] 開始之前

  • 視覺的厲害
    • 墾丁沙灘上欣賞美女
    • 戲院已開演後找座位
      • 你都可以做得到
      • 但亮度差1億倍
  • 課本第二、第三、第四章
    • Eye
    • Visual pathway
    • Visual centers of the brain
      • 其中包括
        • anatomy
        • physiology

[編輯] 各種眼睛

  • 演化的「眼睛」
    • 單眼vs複眼
    • compound eye vs chambered eye
  • 單眼的「演變」
  • 毛毛蟲為何有假眼？
  • Evolution!?

[編輯] Electromagnetic radiation

  • 電磁輻射
    • 光譜（spectrum）
  • 可見光？
  • Visible light?
    • 快速：每秒300,000Km
    • 直進：穿透、繞射
  • 但又為何？
    • 到達地面最多
    • 在地面上大多數物質上反射（reflection）及吸收（absorption）狀態理想
    • surface偵測最有利
  • Message and Messenger
    • Inverse Optics
    • 順/逆？

[編輯] Where should the eyes be placed?

  • predators vs prey
    • 兩種眼睛位置
    • frontal vs lateral
  • 眼睛為何要動？
    • 每種動物眼睛都會動嗎？
      • 不一定
      • owls的眼睛不會動
        • 但頭可以動
      • 但動有好處
        • 歐洲椋鳥（European starling）兩眼分別動，可以有效避天敵已經有效適應北美洲
  • 人眼也很會動
    • 過馬路才不會危險
    • 才可以讀書
    • 最左到最右只要200msec
  • 動眼肌肉
  • extraocular muscles
    • rectus muscles
      • medial / lateral
      • superior / inferior
    • oblique
      • superior / inferior
  • 眼睛運動
    • conjugate
      • saccade
      • pursuit
      • drift see box 2.1

利用afterimage及由側照眼底血管

    • vergence
      • convergence
      • divergence
    • Ernst Mach
      • 只有動眼不能滿足視野

Mach (1838-1916)的單眼視野

[編輯] 眼球的保護

  • orbit（眼窩）
    • cushion of fat
  • eyelids
    • 每四秒眨一次
    • 眨一次約三分之一秒
  • tears
    • 由eyelids上邊分泌
    • 由鼻腔排出
  • 為何不察覺眨眼
    • Volkmann, Riggs, and Moore (1980)
      • 假設眨眼時視覺系統暫時降低處理能力
      • 如何同等條件下測量眨眼時與不眨眼時的視覺能力？
      • 他們利用從口腔頂部光照眼睛
      • 當光線足夠可以「看」到
      • 不經正面（即eyelids），所以不受眨不眨眼的影響
      • 同時記錄控制eyelids肌肉的電位
      • 以利不同時間照射光線
      • 結果
      • 眨眼時比較不能察覺光線，沒有眨眼時可以察覺到
  • 眼裂
    • 眼瞼的開口
      • 一般平均8mm
      • 睜大一點10mm
        • 對事物有興趣
        • 興奮
        • 集中注意
      • 變小
        • 愛睏....mm
    • 持續睜大
      • dry eyes

[編輯] 眼睛的構造

  • 直徑約24mm，稍小於乒乓球
  • 眼球外層
    • fibrous tunic
      • sclera (Greek: hard)‏
        • 密實的纖維
        • 可抗眼壓（2倍大氣壓）
      • cornea (like an animals horn)‏
        • 透明
        • 光學力
    • vascular tunic
      • choroid
        • blood vessels：供給營養
        • pigment：防止光散漫反射（scatter）
    • retina（後述）
  • anterior chamber, iris, pupil
    • Anterior chamber
      • ciliary body
      • aqueous humor
        • 供給養份及代謝
      • 排泄不順：glaucoma
    • Iris（虹膜）
      • Greek word for rainbow
      • 因為西方人各種顏色
    • Pupil（瞳孔）
      • 不是組織，是iris所張開的孔
      • 調節進入光線量
  • Pupil size and age
    • 隨著年齡增長變小
  • depth of field
    • 瞳孔大小影響景深
  • Lens
    • crystalline lens (直徑9mm X 厚度4mm)
      • capsule
      • epithelial layer
      • 上皮組織會持續成長
      • 引發sclerosis（硬化症）
      • 質變（可能因UV）導致
      • cataract（白內障）
    • 作用
      • accommodation
  • Vitreous chamber
    • lens之後
    • 充滿vitreous
      • 類似蛋白
    • 封閉空間
      • 不代謝、流通
      • 會累積不透明物質
        • floaters
        • 多了變成一種飛蚊症
  • Retina
    • 構造
      • Retina有什麼？
        • photoreceptors
          • cones
          • rods
        • bipolar, amacrine, horizontal cells
        • retinal ganglion cells
  • 衛教插播
    • Retina的細胞不能再生
    • 一定要保護！
  • 觀察眼底
    • Hermann von Helmholtz (1821-1894)
      • physicist, physician, mathematician, philosopher
    • Ophthalmoscope

[編輯] 光學工具

  • 網膜成像與視覺
    • pinhole camera
    • 針孔相機
  • focus
    • 閱讀與成像
    • image formation
      • 擴散光（divergent light）需要調焦才能看
      • focusing the diverging light
    • 利用凸透鏡（convex lens）
      • focal point
        • 透鏡的focal power
        • 像距、物距、焦距
        • 1/f= 1/u + 1/v
  • 三種「視力」狀態
    • emmertopic
    • 正常視力
      • 平行光距焦於網膜
    • myopic
    • 近視
      • 平行光距焦於網膜之前
    • hyperopic
    • 遠視
      • 平行光距焦於網膜之後
  • Hyperopia
    • 可能眼球過短
  • Myopia
    • 眼球可能過長
  • Presbyopia
    • 老花眼
  • astigmatism
    • 散光，角膜曲度不均勻
  • LASIK
    • laser-assisted in situ keratomileusis
      • 原理是用laser重新將角膜塑形，使改變角膜的optical power，讓視力不正常者恢復正常
      • 但仍可能有危險性
    • check list如下

FDA檢查表

[編輯] 再看網膜

  • 橫斷面
    • Photoreceptors
      • cones & rods
  • distribution of rods and cones
    • distribution over retina
    • 接受器分佈特徵與盲點
      • rods的分佈較為廣
        • 最週邊也有100,000/mm2
      • cones集中在fovea
        • 密度約為150,000/mm2
    • fovea中心附近只有cones沒有rods
    • optic disk處沒有rods及cones
      • 形成盲點
        • 參見box 2.4
  • Outer segment
    • photopigment
      • opsin: very large protein
      • retinal: derived from vitamin A
  • 當光線進來
    • bleaching（漂白）
      • 形成isomerize
      • 在synapses分泌transmitter
    • phototransduction
  • computing visual angle
    • visual angel=57.3*object size/viewing distance

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