導語：通過視覺，人和動物感知外界物體的大小、明暗、顏色、動靜，獲得對機體生存具有重要意義的各種資訊，至少有80%以上的外界資訊經視覺獲得，視覺是人和動物最重要的感覺。
第三節 感覺和知覺
視覺
(一)視覺的適宜刺激
視覺的適宜刺激是波長在380奈米~780奈米(nm)之間的電磁波;
比380奈米短的電磁波，如紫外線我們是看不到的;
比780奈米長的電磁波，如紅外線，我們也是看不到的。
二)視覺器官
視細胞層上有兩種視覺神經細胞：錐體細胞和杆體細胞;
錐體細胞主要集中在中央窩及其附近，呈圓錐狀，在強光下起作用，叫明視覺器官 ;
杆體細胞呈桿狀，集中在視網膜邊緣及其附近，對弱光敏感，叫暗視覺器官。
顏色的特性
色調： 光波的波長
明度： 光波的物理強度
飽和度： 彩色中灰色的比例
顏色視覺
1.顏色的特性
在較強光線下，人眼靠錐體細胞分辨顏色。
2.顏色混合
色光混合(+)、顏料混合(—)
3.色覺異常
色弱、部分色盲和全色盲。
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眼和視網膜
眼呈球形，由鞏膜所包圍。鞏膜在前方與透明的角膜相接續。角膜之後為晶體，相當於照相機的鏡頭，是眼睛的主要屈光系統。在晶體和角膜間的前房和後房包含房水，在晶體後的整個眼球充滿膠狀的玻璃體，可向眼的各種組織提供營養，也有助於保持眼球的形狀。在眼球的內面緊貼著一層厚度僅0.3毫米的視網膜，這是視覺神經系統的周邊部分。在視網膜與鞏膜之間是佈滿血管的脈絡膜，對視網膜起營養作用。
角膜和晶體組成眼的屈光系統，使外界物體在視網膜上形成倒像。角膜的曲率是固定的，但晶體的曲率可經懸韌帶由睫狀肌加以調節。當觀察距離變化時，通過晶體曲率的變化，使整個屈光系統的焦距改變，從而保證外界物體在視網膜上成象清晰。這種功能叫做視覺調節。視覺調節失常時物體即不能在視網膜上清晰成象，可以發生近視或遠視，此時需用合適透鏡來矯正。
在角膜與晶體之間，有虹膜形成的瞳孔起著光闌的作用。瞳孔在光照時縮小，在暗處擴大來調節著進入眼的光量，也有助於提高屈光系統的成象質量，瞳孔及視覺調節均受自主神經系統控制。
眼球的運動由六塊眼外肌來實現，這些肌肉的協調動作，保證了眼球在各個方向上隨意運動，使視線按需要改變。兩眼的眼外肌的活動必須協調，否則會造成視網膜雙像(複視)或斜視。
視網膜是一層包含上億個神經細胞的神經組織，按這些細胞的形態、位置的特徵可分成六類，即光感受器、水平細胞、雙極細胞、無長突細胞、神經節細胞，以及近年新發現的網間細胞。其中只有光感受器才是對光敏感的，光所觸發的初始生物物理化學過程即發生在光感受器中。脊椎動物視網膜由於胚胎髮育上的原因是倒轉的，即光進入眼球后，先通過神經細胞的網路，最後再到達光感受器。但因神經細胞透明度很高，並不影響成象的質量。
視網膜的神經網路及其資訊處理
視網膜上億的神經細胞排列成三層，通過突觸組成一個處理資訊的複雜網路。第一層是光感受器，第二層是中間神經細胞，包括雙極細胞、水平細胞和無長突細胞等，第三層是神經節細胞。它們間的突觸形成兩個突觸層，即光感受器與雙極細胞、水平細胞間突觸組成的外網狀層，以及雙極細胞、無長突細胞和神經節細胞間突觸組成的內網狀層。光感受器興奮後，其訊號主要經過雙極細胞傳至神經節細胞，然後，經後者的軸突(視神經纖維)傳至神經中樞。但在外網狀層和內網狀層訊號又由水平細胞和無長突細胞進行調製。這種訊號的傳遞主要是經由化學性突觸實現的，但在光感受器之間和水平細胞之間還存在電突觸(縫隙連線)，聯絡彼此間的相互作用。
視杆細胞的訊號和視錐細胞的訊號，在視網膜中的傳遞通路是相對獨立的，直到神經節細胞才匯合起來。接收視杆細胞訊號的雙極細胞只有一類(杆雙極細胞)，但接收視錐細胞訊號的雙極細胞，按其突觸的特徵可分為陷入型和扁平型兩種，這兩種細胞具有不同的功能特性。在外網狀層，水平細胞在廣闊的範圍內從光感受器接收訊號，並在突觸處與雙極細胞發生相互作用。此外，水平細胞還以向光感受器反饋的.形式調製訊號。在內網狀層雙極細胞的訊號傳向神經節細胞，而無長突細胞則把鄰近的雙極細胞聯絡起來。視杆和視錐細胞訊號的匯合也可能發生在無長突細胞。
光感受器的訊號主要通過改變化學性突觸釋放的遞質的量，向中間神經細胞傳遞。雙極細胞和水平細胞的活動仍表現為分級電位的形式，並無神經脈衝。但它們不再象光感受器那樣，只是在光照射視網膜某一點時才有反應，而是泛及一個區域，它們感受的視網膜的範圍明顯增大。有的水平細胞甚至對光照視網膜的任何部位都有反應，這表明不同空間部位光感受器訊號的匯聚。特別重要的是，雙極細胞的感受野呈現一定的空間構型。有些細胞在光照感受野中心時發生去極化，而在光照外周區時反應的極性發生了顛倒——超極化;另一些細胞的反應型式正好相反;水平細胞在這種中心-外周頡頏型的感受野的形式中起了重要的作用。這兩種細胞在形態上分別與陷入型和扁平型雙極細胞相當。
在無長突細胞，開始有些脈衝型反應，但仍以分級電位為主。到神經節細胞對光反應則完全是脈衝形式，其中心-外周頡頏型的感受野發展得更完全。高等動物神經節細胞的感受野通常呈同心圓形，由中心和周圍區兩部分組成。有些細胞，在光照其感受野中心區時，會出現一連串脈衝，光越強脈衝頻率越高;而當光照時其外周區時，細胞的自發脈衝會受到抑制，這種細胞常叫給光-中心細胞。另一些所謂撤光-中心細胞，在光照其感受野中心區時，不僅不出現脈衝，反而使自發脈衝受到抑制，但在光照停止後卻突然出現一連串脈衝。如把光照移至外周區時，反應型式正相反。如光照射全部感受野，神經節細胞常無反應或只有微弱的反應;而在暗背景上的一個充滿感受野中心區的光點(對給光-中心細胞)或亮背景光上充滿感受野中心區的暗點(對撤光-中心細胞)則引起細胞最強烈的反應。
中心-外周頡頏型感受野的出現標誌著視覺資訊處理的一個重要階段。視覺最重要的功能是辨別影象，而任何圖象歸根結底是不同亮暗部分的組合。當光感受器檢測到光的存在後，需要神經機制把明暗對比的資訊加以特異處理，中心-外周頡頏型感受野，正是這種神經機制的一種重要表現形式。
色覺是視覺的另一個重要方面。雖然顏色資訊在光感受器這一水平上是以紅、綠、藍3種不同的訊號編碼的，但這三種訊號卻並非像三色理論所假設的，各自由專線向大腦傳遞。在水平細胞，不同顏色的訊號以一種特異的方式匯合起來。例如，有的細胞在用紅光照射時呈去極化，而用綠光照射時反應極性改變為超極化。另一些細胞的反應型式正相反。同樣，也有對綠-藍顏色呈頡頏反應的細胞。視網膜的其他神經細胞雖反應型別不同(或是分級型電位，或是神經脈衝)，但對顏色訊號都是以頡頏方式作出反應。在神經節細胞，這種頡頏式反應的形式更加完整，其中許多細胞在空間反應上也是頡頏的。例如，有一種所謂雙頡頏型細胞，當紅光照射其感受野中心區時呈給光反應，照射其感受野周圍區時呈撤光反應;而對綠光的反應型式正相反。這種頡頏型的編碼形式，保證了不同光感受器訊號在傳遞的過程中不會混淆起來。這種方式正是色覺的另一種理論——頡頏色理論所假設的。因此三色理論和頡頏色理論隨著對客觀規律認識的深化，已經在新的水平上辯證地統一起來了。
網間細胞的細胞體與無長突細胞排列在同一水平，其突起在兩個突觸層廣泛伸展。它們從無長突細胞接收訊號，又反饋到水平細胞，這種離心的反饋通路，與光感受器→雙極細胞→神經節細胞的資訊向心傳遞的主要通路相組合，使視網膜成為一個完整的神經網路。
視網膜的感光換能作用
已如前述視網膜內有感光細胞層，人類和大多數脊椎動物的感光細胞有視杆細胞和視錐細胞兩種。感光細胞可通過終足和雙極細胞發生突觸聯絡，雙極細胞再和神經節細胞聯絡，由節細胞發生的突起在視網膜表面聚合成束，然後穿過脈絡膜和鞏膜後構成視神經，視神經出眼球后穿視神經管入顱腔，經視交叉連於間腦。
目前認為，物像落在視網膜上首先引起光化學反應，已從視網膜上提取出感光物質。這些物質在暗處呈紫紅色，受到光照時則迅速退色而轉變為白色。如將蛙或兔放在暗室中，使動物跟朝向明亮的窗子一定時間，然後遮光立即摘出眼球，剔出視網膜，用適當化學物質如明礬處理視網膜，則可發現動物視網膜留有窗子的影象，窗子的透光部分呈白色，窗框部分呈暗紅色。這些都說明視網膜上感光物質在光線作用下所出現的光化學反應。在感光細胞的大量研究中，對視杆細胞研究得比較清楚。視杆細胞的感光物質稱為視紫紅質，它由視蛋白和視黃醛結合而成。視黃醛由維生素A轉變而來。視紫紅質在光照時迅速分解為視蛋白和視黃醛，與此同時，可看到視杆細胞出現感受器電位，再引起其他視網膜細胞的活動。
視紫紅質在亮處分解，在暗處又可重新合成。人在暗處視物時，實際上既有視紫紅質的分解，又有它的合成。光線愈暗，合成過程愈超過分解過程，這是人在暗處能不斷看到物質的基礎。相反在強光作用下，視紫紅質分解增強，合成減少，視網膜中視紫紅質大為減少，因而對弱光的敏感度降低。故視杆細胞對弱光敏感，與黃昏暗視覺有關。視紫紅質在分解和再合成過程中，有一部分視黃醛將被消耗，主要靠血液中的維生素A補充。如維生素A缺乏，則將影響人在暗處的視力稱為夜盲症。
視錐細胞也含有特殊的感光色素。稱為視紫藍質。根據多種動物視錐細胞感光色素的研究，認為它們也是視黃醛和視蛋白的結合物。
視網膜中存在著分別對紅、綠和藍的光線特別敏感的三種視錐細胞或相應的感光色素。由於紅、綠、藍三種色光作適當混合可以引起光譜上任何顏色的感覺。因此認為視錐細胞與色覺有關。色盲可能由於缺乏相應的視錐細胞所致。三種視錐細胞感光的不同與其感光物質不同有關。而三種感光色素都由視黃醛與視蛋白組成。其中視黃醛基本相同，而三者的視蛋白則存在著微小差異。這一差異可能是它們感光特性不同的原因。
