Anatomie van het visuele systeem

Het oog is het belangrijkste zintuig dat bij het zien betrokken is (figuur 1). Lichtgolven worden doorgegeven over het hoornvlies en komen het oog binnen via de pupil. Het hoornvlies is de transparante bedekking van het oog. Het dient als barrière tussen het inwendige oog en de buitenwereld, en is betrokken bij het focussen van lichtgolven die het oog binnenkomen. De pupil is de kleine opening in het oog waardoor licht passeert, en de grootte van de pupil kan veranderen als functie van het lichtniveau en de emotionele opwinding. Bij weinig licht wordt de pupil verwijdt, of vergroot, om meer licht door het oog te laten. Bij veel licht zal de pupil vernauwen, of kleiner worden, om de hoeveelheid licht die het oog binnenkomt te verminderen. De grootte van de pupil wordt geregeld door spieren die verbonden zijn met de iris, het gekleurde deel van het oog.

Figuur 1. De anatomie van het oog wordt in dit diagram geïllustreerd.

Nadat het licht door de pupil is gegaan, gaat het door de lens, een gebogen, transparante structuur die dient om extra scherp te stellen. De lens is verbonden met spieren die de vorm ervan kunnen veranderen om te helpen bij het scherpstellen van licht dat wordt weerkaatst door nabije of verre voorwerpen. Bij een normaal ziende persoon zal de lens beelden perfect scherpstellen op een kleine inkeping in de achterkant van het oog, de fovea genaamd, die deel uitmaakt van het netvlies, de lichtgevoelige bekleding van het oog. De fovea bevat dicht opeengepakte, gespecialiseerde fotoreceptorcellen (figuur 2). Deze fotoreceptorcellen, kegeltjes genaamd, zijn lichtdetecterende cellen. De kegeltjes zijn gespecialiseerde types van fotoreceptoren die het best werken bij helder licht. Kegeltjes zijn zeer gevoelig voor scherpe details en zorgen voor een enorme ruimtelijke resolutie. Ze zijn ook direct betrokken bij ons vermogen om kleur waar te nemen.

Terwijl kegeltjes geconcentreerd zijn in de fovea, waar beelden meestal worden scherpgesteld, bevinden staafjes, een ander type fotoreceptor, zich in de rest van het netvlies. Staafjes zijn gespecialiseerde fotoreceptoren die goed werken bij weinig licht, en hoewel ze de ruimtelijke resolutie en kleurfunctie van de kegeltjes missen, zijn ze betrokken bij ons zicht in slecht verlichte omgevingen en bij onze waarneming van beweging in de periferie van ons gezichtsveld.

Figuur 2. De twee typen fotoreceptoren worden in deze afbeelding getoond. Kegeltjes zijn groen gekleurd en staafjes blauw.

We hebben allemaal wel eens ervaren hoe verschillend de gevoeligheid van staafjes en kegeltjes is wanneer we de overgang maken van een felverlichte omgeving naar een zwakverlichte omgeving. Stelt u zich eens voor dat u op een heldere zomerdag naar een kaskrakerfilm gaat kijken. Als u vanuit de felverlichte lobby de donkere bioscoopzaal inloopt, merkt u dat u meteen al moeite hebt om veel te zien. Na een paar minuten begint u zich aan te passen aan de duisternis en kunt u het interieur van de bioscoopzaal zien. In de lichte omgeving werd uw zicht voornamelijk gedomineerd door kegelactiviteit. Als u naar de donkere omgeving gaat, overheerst de staafactiviteit, maar er is een vertraging in de overgang tussen de fasen. Als uw staafjes licht niet zo gemakkelijk en efficiënt omzetten in zenuwimpulsen als ze zouden moeten, zult u moeite hebben met zien bij weinig licht, een aandoening die bekend staat als nachtblindheid.

Rods en kegeltjes zijn verbonden (via verschillende interneuronen) met retinale ganglioncellen. Axonen van de retinale ganglioncellen komen samen en verlaten het oog via de achterkant van het oog om de oogzenuw te vormen. De oogzenuw draagt visuele informatie van het netvlies naar de hersenen. Er is een punt in het gezichtsveld dat de blinde vlek wordt genoemd: Zelfs wanneer het licht van een klein voorwerp op de blinde vlek wordt gericht, zien wij het niet. Wij zijn ons om twee redenen niet bewust van onze blinde vlekken: Ten eerste krijgt elk oog een iets ander beeld van het gezichtsveld; daarom overlappen de blinde vlekken elkaar niet. Ten tweede vult ons visuele systeem de blinde vlek in, zodat we weliswaar niet kunnen reageren op visuele informatie die zich in dat deel van het gezichtsveld voordoet, maar ons er ook niet van bewust zijn dat er informatie ontbreekt.

De oogzenuw van elk oog komt net onder de hersenen samen op een punt dat het optische chiasme wordt genoemd. Zoals uit figuur 3 blijkt, is het optische chiasme een X-vormige structuur die zich net onder de hersenschors aan de voorzijde van de hersenen bevindt. Op het punt van het optische chiasme wordt informatie uit het rechter gezichtsveld (dat van beide ogen afkomstig is) naar de linkerkant van de hersenen gezonden, en informatie uit het linker gezichtsveld naar de rechterkant van de hersenen.

Figuur 3. Deze afbeelding toont het optische chiasme aan de voorkant van de hersenen en de paden naar de occipitale kwab aan de achterkant van de hersenen, waar visuele gewaarwordingen worden verwerkt tot zinvolle percepties.

Eenmaal in de hersenen wordt visuele informatie via een aantal structuren naar de occipitale kwab aan de achterkant van de hersenen gestuurd voor verwerking. Visuele informatie kan worden verwerkt via parallelle paden die in het algemeen kunnen worden omschreven als de “wat”-route (de ventrale route) en de “waar/hoe”-route (de dorsale route). De “wat-route” is betrokken bij objectherkenning en -identificatie, terwijl de “waar/hoe-route” betrokken is bij plaatsbepaling in de ruimte en hoe men zou kunnen interageren met een bepaalde visuele stimulus (Milner & Goodale, 2008; Ungerleider & Haxby, 1994). Wanneer u bijvoorbeeld een bal door de straat ziet rollen, identificeert het “wat-pad” wat het object is, en het “waar/hoe-pad” identificeert de locatie of beweging in de ruimte.