Het visueel systeem
Functies: zien, houding, evenwicht, voortbeweging, fijne motoriek, regelen circadiaanse ritme
® Grootste sensoriële systeem
Stimuli: lichtsterkte, kleur, contrast, snelheid en richting van beweging
1 Het oog
1.1 Licht
Licht = elektromagnetische straling die zichtbaar is met het oog
® Ondergaat: reflectie (weerkaatsing aan oppervlak), absorptie of refractie (afbuiging)
In het oog, afh. van vertraging licht tussen 2 media ↲
1.2 Anatomie
Uitwendig:
- Pupil
- Iris/ regenboogvlies: + m. sphincter pupillae en m. dilatator pupillae
- Cornea/ hoornvlies: doorschijnend, zonder bloedvaten, met zenuwvezels (gevoelig)
- Sclera
- Uitwendige oogspieren (oogbewegingen dankzij 3 paar extra-oculaire spieren)
Doorsnede:
- Lens: opgehangen aan de ciliaire spieren (regelen kromming lens = accommodatie)
- Voorste kamer: met kamervocht
- Corpus vitreum: glasvocht, gelatineuze substantie, vitreous humor, tussen lens en retina
- Fovea: klein putje, zone van hoge gezichtsscherpte, centrale deel retina
Filling in door hersenen:
- n. opticus: posterieur, t.h.v. papil → hier geen receptoren → blinde vlek ⇒ filling in
- Grote retina bloedvaten komen uit papil → schaduw → geen visuele input ⇒ filling in
↪ t.h.v. macula weinig bloedvaten (in fovea geen) ⇒ gezichtsscherpte
Pathologie:
- Strabisme: scheel kijken, kan op jonge leeftijd aanleiding geven tot amblyopie: verlies van acuiteit
door centrale suppressie van het beeld afkomstig van 1 oog
- Cataract: vertroebelen lens
- Glaucoom: chronisch verhoogde oogdruk → aftserven axonen n. opticus, silent verloop ⇒ screening
vanaf 40y
o Beeldvorming
Lichtstralen (< lichtbron op ∞) vallen parallel in → breking door
cornea → convergeren naar 1 punt op retina
Focusafstand: afstand tussen brekingsoppervlak en punt van convergentie
® 1/focusafstand (m) = dioptrie = eenheid refractieve vermogen
Ø Cornea: 42 D ⇒ lichtstralen convergeren na 24 mm
(1/0,024m = 42)
, Ø Lens: +18 D → +32 D = lens wordt boller (bij dichte lichtbronnen: divergerende
lichtstralen, moeten meer gebroken worden) = accommodatie; ciliaire qpieren
contraheren → spanning ligamenten lens daalt → lens wordt boller (door elasticiteit)
= accommodatie-convergentiesynkinese
↳ beeld omgekeerd geprojecteerd op retina
1.2.1 Bijziendheid en verziendheid
Elasticiteit lens vermindert met leeftijd → presbyopie = ouderdomsverziendheid
Oogbol te lang: beelden worden voor retina geprojecteerd ⇒ myopie: bijziendheid ⇒ divergerende lens
Oogbol te kort: beelden worden achter retina geprojecteerd ⇒ hypermetropie: verziendheid ⇒
convergerende lens
Alternatieve oplossing: Laser assisted in situ keratomileusis (LASK): corneaflap gevolgd door laser die stroma
brandt waardoor de kromming van de oogbol wordt afgeplat
1.2.2 Pupilgrootte
Pupilgrootte regelt hoeveelheid licht die binnenvalt
® Vernauwen = miosis, dilatatie = mydriasis
Ø Scherptediepte: focussen op voorwerpen of verschillende afstand
Ø Correctie sferische aberraties van lens: licht dat op randen lens zou vallen waar er geen
perfecte lichtbreking gebeurt, wordt tegengehouden
Pupilreflex
® Direct: lichtinval in L oog → pupilconstrictie in L oog
Indirect/ consensueel: lichtinval in L oog → pupilconstrictie in R oog
® Onafhankelijk van cortex, via hersenstam en sommige craniale zenuwen bij comateuze patiënten
Ø Test integriteit: afwezige indirecte en directe ⇒ vermoed letsel efferente baan (n.
oculomotorius), afferent intact
Grootte stimulus (t.h.v. retina) uitgedrukt in visuele graden:
§ 280 𝝁m (op retina) = 1 visuele graad
§ 1 cm groot voorwerp op 57 cm afstand projecteert onder hoek van 1 visuele graad
® Belang: afmetingen uitdrukken ongeacht van afstand tot waarnemer (stimuli, visuele veld, receptieve
veld, gezichtscherpte)
Visuele veld van 1 oog = 150° in horizontale vlak, kleiner aan nasale zijde dan temporale zijde
1.3 Microscopische anatomie van de retina
Retina = uitstulping van de hersenen (⇒ reeds hier gedeeltelijke informatieverwerking)
® Lagen van binnen naar buiten:
* Ganglioncellen: axonen lopen naar papil om in myelineschede de n. opticus te vormen
* Bipolaire cellen
* Fotoreceptorcellen
+ interneuronen:
§ Horizontale cellen: laterale synapsen tussen fotoreceptor-bipolaire cel
§ Amacriene cellen: laterale synapsen tussen ganglioncel-bipolaire cel
® Zones
* Papilla nervi (blinde vlek): geen fotoreceptoren
* Macula lutea (gele vlek): geen bloedvaatjes, met in het midden fovea centralis;
- binnenste lagen wijken uit naar lateraal
, - hier wordt het centraal zicht geprojecteerd (gezichtsscherpte)
- centrum retina; scheiding nasale-temporale en superieure-inferieure retina
1.3.1 Fotoreceptoren
Fotoreceptorcel = licht-gevoelige ganglioncel die melanopsine tot expressie brengt
Fotoreceptor Staafje Kegeltje
Gevoeligheid HOOG → NACHT LAAG → DAG
Bouw: outer segment Lang cilindrisch kort
Fotopigment (in Meer minder
sacculi)
Amplificatie Hoog, single Laag
fotondetectie
Temporale resolutie Laag: trage respons, Hoog: snelle respons, korte
lange integratietijd integratietijd
Meer gevoelig aan Strooistraling Directe lichtinval
Systeem Staafjessysteem Kegeltjessysteem
Acuïteit laag: periferie, Hoog: fovea, dispersie
(gezichtsscherpte) convergentie
Pigmentatie Achromatisch: één Chromatisch: 3 types pigment
pigment
Mesopisch zicht: staafjes (scotopisch zicht) en kegeltjes (fotopisch zicht) actief
⇒ centrale zicht hogere resolutie, perifere retina hoge gevoeligheid
- Centraal vooral kegeltjes (geen staafjes in fovea), perifeer vooral staafjes
- Totale densiteit receptoren daalt met afstand tot fovea
- In fovea ganglioncellaag lateraal verplaatst → licht kan directer invallen op fotoreceptoren
- In fovea: 2 ganglioncellen per kegeltje + 1 kegeltje per ganglioncel (↔ perifeer: 600 staafjes per
ganglioncel → sterke convergentie fotoreceptoren → lage gezichtsscherpte)
→ reden: voor overal hoge acuïteit is de cortex te klein (en mens kent al fysiologische vroeggeboorte;
schedelomtrek (breedste) moet erdoor kunnen), oplossing: klein scherp gebied GECOMPSENSEERD DOOR
systeem van snelle oogbewegingen
1.4 Spatiotemporele vermogen van het oog
1.4.1 Spatiale resolutie
Spatiale resolutie = gezichtsscherpte, acuïteit, limiet van het spatiale vermogen = kleinste afstand tussen 2
punten die nog als verschillend worden gezien
® Bepaald door:
§ Kwaliteit lenzensysteem
§ Densiteit receptoroppervlak
§ Neuronale factor: mate van convergentie van fotoreceptor op ganglioncel
® Neemt af met excentriciteit
® Test: 2 punten waarbij afstand tussen de 2 progressief verkleint
Ø Normaal (perfect) oog: 0,007 graden (26 boogsec) = 2 𝜇m op retina = 1 mm op 10m
afstand
Ø Klinische grens: 20/20 indien letters van 0,083 graden (op afstand van 20 voet) leesbaar
® Test: sinusoidaal strepenpatroon (gratings) van maximaal contrast, met
progressief toenemende frequentie (↷ aantal cycli per visuele graad;
, 1 cyclus = 1 witte streep + 1 zwarte streep) tot homogeen grijs
Ø Optimale frequentie: 3 cycli per graad
Ø Hoogste frequentie: 60 cycli per graad
Ø Spatiale contrastgevoeligheidscurve: gevoeligheid (1/drempel)
i.f.v. spatiale frequentie
* Per frequentie drempel bepalen: vermindering
contrast tot homogeen grijs per frequentie
* Curve verschuiven naar links onder:
o Excentriciteit (afstand tot fovea) ↗
o Snelheid (bewegend strepenpatroon) ↗
o Belichting ↘
1.4.2 Temporele resolutie
Kritische flikkerfusiefrequentie (KFFF) = maximale frequentie flitsen die nog als verschillend worden aanzien
® Bepaald door:
§ Retinale belichting
§ Afmeting flits
§ Excentriciteit
® (Oude) computer display: 60 Hz MAAR veel visuele gebieden hebben hogere temporele resolutie →
neuronen reageren op elke flits → vermoeidheid
1.5 Fotochemie
1.5.1 Fotopigment
- In sacculi fotoreceptoren
- Bestaat uit opsine (eiwit) + retinal (vitA afgeleide)
o Staafjes: rhodopsine: gevoelig aan golflengte rond 500 nm
o Kegeltjes: iodopsine; 3 soorten (trichromatisme): elk met maximale gevoeligheid voor
bepaalde golflengte
§ S-kegeltjes: 430 nm (blauw)
§ M-kegeltjes: 530 nm (groen)
§ L-kegeltjes: 560 nm (rood)
⇒ kleurperceptie door relatieve activiteit S-, M-, L-kegeltjes
(wit = alle golflengtes, activeert de 3 soorten in gelijke mate)
Pathologieën:
- Kleuranomalieen (trichromatisme): fotopigmenten hebben een licht verschillende gevoeligheid
- Kleurenblindheid (dichromatisme): defect in gen voor rode of groene fotopigment (XGB)
- Geen kleurperceptie (monochromatisme)
1.5.2 Donker- en lichtadaptatie
Daglicht: cGMP in staafjes wordt zo laag dat het antwoord satureert → zicht hangt volledig af van kegeltjes
Donkeradaptatie (duur: 30 min): verhoogt gevoeligheid met factor 106 door:
- Dilatatie pupil
- Regeneratie van grote hoeveelheid niet-geactiveerd rhodopsine (staafjes)
- Aanpassing in het retinale netwerk: meer input van staafjes (scotopisch zicht), informatie van meer
staafjes beschikbaar voor elke ganglioncel
Lichtadaptatie:
- Constrictie pupil
Functies: zien, houding, evenwicht, voortbeweging, fijne motoriek, regelen circadiaanse ritme
® Grootste sensoriële systeem
Stimuli: lichtsterkte, kleur, contrast, snelheid en richting van beweging
1 Het oog
1.1 Licht
Licht = elektromagnetische straling die zichtbaar is met het oog
® Ondergaat: reflectie (weerkaatsing aan oppervlak), absorptie of refractie (afbuiging)
In het oog, afh. van vertraging licht tussen 2 media ↲
1.2 Anatomie
Uitwendig:
- Pupil
- Iris/ regenboogvlies: + m. sphincter pupillae en m. dilatator pupillae
- Cornea/ hoornvlies: doorschijnend, zonder bloedvaten, met zenuwvezels (gevoelig)
- Sclera
- Uitwendige oogspieren (oogbewegingen dankzij 3 paar extra-oculaire spieren)
Doorsnede:
- Lens: opgehangen aan de ciliaire spieren (regelen kromming lens = accommodatie)
- Voorste kamer: met kamervocht
- Corpus vitreum: glasvocht, gelatineuze substantie, vitreous humor, tussen lens en retina
- Fovea: klein putje, zone van hoge gezichtsscherpte, centrale deel retina
Filling in door hersenen:
- n. opticus: posterieur, t.h.v. papil → hier geen receptoren → blinde vlek ⇒ filling in
- Grote retina bloedvaten komen uit papil → schaduw → geen visuele input ⇒ filling in
↪ t.h.v. macula weinig bloedvaten (in fovea geen) ⇒ gezichtsscherpte
Pathologie:
- Strabisme: scheel kijken, kan op jonge leeftijd aanleiding geven tot amblyopie: verlies van acuiteit
door centrale suppressie van het beeld afkomstig van 1 oog
- Cataract: vertroebelen lens
- Glaucoom: chronisch verhoogde oogdruk → aftserven axonen n. opticus, silent verloop ⇒ screening
vanaf 40y
o Beeldvorming
Lichtstralen (< lichtbron op ∞) vallen parallel in → breking door
cornea → convergeren naar 1 punt op retina
Focusafstand: afstand tussen brekingsoppervlak en punt van convergentie
® 1/focusafstand (m) = dioptrie = eenheid refractieve vermogen
Ø Cornea: 42 D ⇒ lichtstralen convergeren na 24 mm
(1/0,024m = 42)
, Ø Lens: +18 D → +32 D = lens wordt boller (bij dichte lichtbronnen: divergerende
lichtstralen, moeten meer gebroken worden) = accommodatie; ciliaire qpieren
contraheren → spanning ligamenten lens daalt → lens wordt boller (door elasticiteit)
= accommodatie-convergentiesynkinese
↳ beeld omgekeerd geprojecteerd op retina
1.2.1 Bijziendheid en verziendheid
Elasticiteit lens vermindert met leeftijd → presbyopie = ouderdomsverziendheid
Oogbol te lang: beelden worden voor retina geprojecteerd ⇒ myopie: bijziendheid ⇒ divergerende lens
Oogbol te kort: beelden worden achter retina geprojecteerd ⇒ hypermetropie: verziendheid ⇒
convergerende lens
Alternatieve oplossing: Laser assisted in situ keratomileusis (LASK): corneaflap gevolgd door laser die stroma
brandt waardoor de kromming van de oogbol wordt afgeplat
1.2.2 Pupilgrootte
Pupilgrootte regelt hoeveelheid licht die binnenvalt
® Vernauwen = miosis, dilatatie = mydriasis
Ø Scherptediepte: focussen op voorwerpen of verschillende afstand
Ø Correctie sferische aberraties van lens: licht dat op randen lens zou vallen waar er geen
perfecte lichtbreking gebeurt, wordt tegengehouden
Pupilreflex
® Direct: lichtinval in L oog → pupilconstrictie in L oog
Indirect/ consensueel: lichtinval in L oog → pupilconstrictie in R oog
® Onafhankelijk van cortex, via hersenstam en sommige craniale zenuwen bij comateuze patiënten
Ø Test integriteit: afwezige indirecte en directe ⇒ vermoed letsel efferente baan (n.
oculomotorius), afferent intact
Grootte stimulus (t.h.v. retina) uitgedrukt in visuele graden:
§ 280 𝝁m (op retina) = 1 visuele graad
§ 1 cm groot voorwerp op 57 cm afstand projecteert onder hoek van 1 visuele graad
® Belang: afmetingen uitdrukken ongeacht van afstand tot waarnemer (stimuli, visuele veld, receptieve
veld, gezichtscherpte)
Visuele veld van 1 oog = 150° in horizontale vlak, kleiner aan nasale zijde dan temporale zijde
1.3 Microscopische anatomie van de retina
Retina = uitstulping van de hersenen (⇒ reeds hier gedeeltelijke informatieverwerking)
® Lagen van binnen naar buiten:
* Ganglioncellen: axonen lopen naar papil om in myelineschede de n. opticus te vormen
* Bipolaire cellen
* Fotoreceptorcellen
+ interneuronen:
§ Horizontale cellen: laterale synapsen tussen fotoreceptor-bipolaire cel
§ Amacriene cellen: laterale synapsen tussen ganglioncel-bipolaire cel
® Zones
* Papilla nervi (blinde vlek): geen fotoreceptoren
* Macula lutea (gele vlek): geen bloedvaatjes, met in het midden fovea centralis;
- binnenste lagen wijken uit naar lateraal
, - hier wordt het centraal zicht geprojecteerd (gezichtsscherpte)
- centrum retina; scheiding nasale-temporale en superieure-inferieure retina
1.3.1 Fotoreceptoren
Fotoreceptorcel = licht-gevoelige ganglioncel die melanopsine tot expressie brengt
Fotoreceptor Staafje Kegeltje
Gevoeligheid HOOG → NACHT LAAG → DAG
Bouw: outer segment Lang cilindrisch kort
Fotopigment (in Meer minder
sacculi)
Amplificatie Hoog, single Laag
fotondetectie
Temporale resolutie Laag: trage respons, Hoog: snelle respons, korte
lange integratietijd integratietijd
Meer gevoelig aan Strooistraling Directe lichtinval
Systeem Staafjessysteem Kegeltjessysteem
Acuïteit laag: periferie, Hoog: fovea, dispersie
(gezichtsscherpte) convergentie
Pigmentatie Achromatisch: één Chromatisch: 3 types pigment
pigment
Mesopisch zicht: staafjes (scotopisch zicht) en kegeltjes (fotopisch zicht) actief
⇒ centrale zicht hogere resolutie, perifere retina hoge gevoeligheid
- Centraal vooral kegeltjes (geen staafjes in fovea), perifeer vooral staafjes
- Totale densiteit receptoren daalt met afstand tot fovea
- In fovea ganglioncellaag lateraal verplaatst → licht kan directer invallen op fotoreceptoren
- In fovea: 2 ganglioncellen per kegeltje + 1 kegeltje per ganglioncel (↔ perifeer: 600 staafjes per
ganglioncel → sterke convergentie fotoreceptoren → lage gezichtsscherpte)
→ reden: voor overal hoge acuïteit is de cortex te klein (en mens kent al fysiologische vroeggeboorte;
schedelomtrek (breedste) moet erdoor kunnen), oplossing: klein scherp gebied GECOMPSENSEERD DOOR
systeem van snelle oogbewegingen
1.4 Spatiotemporele vermogen van het oog
1.4.1 Spatiale resolutie
Spatiale resolutie = gezichtsscherpte, acuïteit, limiet van het spatiale vermogen = kleinste afstand tussen 2
punten die nog als verschillend worden gezien
® Bepaald door:
§ Kwaliteit lenzensysteem
§ Densiteit receptoroppervlak
§ Neuronale factor: mate van convergentie van fotoreceptor op ganglioncel
® Neemt af met excentriciteit
® Test: 2 punten waarbij afstand tussen de 2 progressief verkleint
Ø Normaal (perfect) oog: 0,007 graden (26 boogsec) = 2 𝜇m op retina = 1 mm op 10m
afstand
Ø Klinische grens: 20/20 indien letters van 0,083 graden (op afstand van 20 voet) leesbaar
® Test: sinusoidaal strepenpatroon (gratings) van maximaal contrast, met
progressief toenemende frequentie (↷ aantal cycli per visuele graad;
, 1 cyclus = 1 witte streep + 1 zwarte streep) tot homogeen grijs
Ø Optimale frequentie: 3 cycli per graad
Ø Hoogste frequentie: 60 cycli per graad
Ø Spatiale contrastgevoeligheidscurve: gevoeligheid (1/drempel)
i.f.v. spatiale frequentie
* Per frequentie drempel bepalen: vermindering
contrast tot homogeen grijs per frequentie
* Curve verschuiven naar links onder:
o Excentriciteit (afstand tot fovea) ↗
o Snelheid (bewegend strepenpatroon) ↗
o Belichting ↘
1.4.2 Temporele resolutie
Kritische flikkerfusiefrequentie (KFFF) = maximale frequentie flitsen die nog als verschillend worden aanzien
® Bepaald door:
§ Retinale belichting
§ Afmeting flits
§ Excentriciteit
® (Oude) computer display: 60 Hz MAAR veel visuele gebieden hebben hogere temporele resolutie →
neuronen reageren op elke flits → vermoeidheid
1.5 Fotochemie
1.5.1 Fotopigment
- In sacculi fotoreceptoren
- Bestaat uit opsine (eiwit) + retinal (vitA afgeleide)
o Staafjes: rhodopsine: gevoelig aan golflengte rond 500 nm
o Kegeltjes: iodopsine; 3 soorten (trichromatisme): elk met maximale gevoeligheid voor
bepaalde golflengte
§ S-kegeltjes: 430 nm (blauw)
§ M-kegeltjes: 530 nm (groen)
§ L-kegeltjes: 560 nm (rood)
⇒ kleurperceptie door relatieve activiteit S-, M-, L-kegeltjes
(wit = alle golflengtes, activeert de 3 soorten in gelijke mate)
Pathologieën:
- Kleuranomalieen (trichromatisme): fotopigmenten hebben een licht verschillende gevoeligheid
- Kleurenblindheid (dichromatisme): defect in gen voor rode of groene fotopigment (XGB)
- Geen kleurperceptie (monochromatisme)
1.5.2 Donker- en lichtadaptatie
Daglicht: cGMP in staafjes wordt zo laag dat het antwoord satureert → zicht hangt volledig af van kegeltjes
Donkeradaptatie (duur: 30 min): verhoogt gevoeligheid met factor 106 door:
- Dilatatie pupil
- Regeneratie van grote hoeveelheid niet-geactiveerd rhodopsine (staafjes)
- Aanpassing in het retinale netwerk: meer input van staafjes (scotopisch zicht), informatie van meer
staafjes beschikbaar voor elke ganglioncel
Lichtadaptatie:
- Constrictie pupil
