กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาของระบบการมองเห็น

ระบบการมองเห็นคือชุดของโครงสร้างที่รับแสงที่เรตินาและแปลงแสงนั้นผ่านชุดของการถ่ายทอดและพื้นที่คอร์เทกซ์ที่เป็นระเบียบ ให้กลายเป็นประสบการณ์การมองเห็นรูปร่าง การเคลื่อนไหว ความลึก และสีสัน กายวิภาคศาสตร์ของระบบนี้เป็นไปตามเส้นทางเรตินา-เจนิคูโล-คอร์ติคัลจากดวงตาไปยังคอร์เทกซ์การมองเห็นปฐมภูมิและส่วนอื่น ๆ และสรีรวิทยาของระบบนี้จัดระเบียบอยู่รอบ ๆ ลานรับสัญญาณและเซลล์ประสาทที่เลือกคุณสมบัติเฉพาะ

Definition

ระบบการมองเห็นประกอบด้วยเรตินา, เส้นประสาทตาและไคแอซึม, ทางเดินประสาทตา, นิวเคลียสเจนิคูเลตด้านข้างของทาลามัส, รังสีประสาทตา, คอร์เทกซ์การมองเห็นปฐมภูมิ (ส่วนลาย), และพื้นที่นอกส่วนลายที่วิเคราะห์ข้อมูลการมองเห็นเพิ่มเติม

Scope

บทความนี้ครอบคลุมการจัดระเบียบปกติของเส้นทางการมองเห็นตั้งแต่เรตินาไปจนถึงคอร์เทกซ์นอกส่วนลาย (extrastriate cortex) แนวคิดของลานรับสัญญาณ (receptive field) การทำแผนที่เรตินาโทปิก (retinotopic mapping) และการแบ่งกว้าง ๆ ออกเป็นกระแสคอร์เทกซ์ส่วนหลัง (dorsal stream) และส่วนหน้า (ventral stream) บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อการศึกษาและไม่ได้กล่าวถึงการประเมินทางคลินิกหรือการรักษาความผิดปกติทางการมองเห็น

Core questions

• ลานสายตาถูกทำแผนที่แบบเรตินาโทปิกไปยังคอร์เทกซ์ได้อย่างไร?
• คุณสมบัติของลานรับสัญญาณสร้างการเลือกสรรสำหรับขอบ ทิศทาง การเคลื่อนไหว และสีได้อย่างไร?
• กระแสส่วนหลังและส่วนหน้าแบบขนานสนับสนุนการมองเห็นเชิงพื้นที่และการมองเห็นวัตถุได้อย่างไร?

Key concepts

• เส้นทางเรตินา-เจนิคูโล-คอร์ติคัล
• ลานรับสัญญาณ
• การเลือกทิศทางและคอลัมน์การครอบงำของตา
• การทำแผนที่เรตินาโทปิก
• กระแสส่วนหลัง ('ที่ไหน') และส่วนหน้า ('อะไร')
• การถ่ายทอดของนิวเคลียสเจนิคูเลตด้านข้าง

Mechanisms

แสงจะถูกแปลงโดยเซลล์รับแสงในเรตินาและประมวลผลผ่านเซลล์สองขั้วและเซลล์ปมประสาท ซึ่งแอกซอนของเซลล์เหล่านี้รวมกันเป็นเส้นประสาทตา หลังจากการไขว้กันบางส่วนที่ไคแอซึมของเส้นประสาทตา เส้นใยประสาทจะไปถึงนิวเคลียสเจนิคูเลตด้านข้างและส่งผ่านรังสีประสาทตาไปยังคอร์เทกซ์การมองเห็นปฐมภูมิ (V1) ฮูเบลและวีเซลแสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทใน V1 มีลานรับสัญญาณที่มีทิศทางเฉพาะและจัดเรียงเป็นคอลัมน์ตามทิศทางและการครอบงำของตา ซึ่งเป็นการสร้างหลักการที่ว่าเซลล์ประสาทในคอร์เทกซ์จะสกัดคุณสมบัติเฉพาะและกระบวนการประมวลผลเป็นแบบลำดับชั้น นอกเหนือจาก V1 ข้อมูลจะถูกกระจายอย่างกว้างขวางไปยังกระแสท้ายทอย-ขมับส่วนหน้า (ventral occipitotemporal stream) ที่เกี่ยวข้องกับการจดจำวัตถุ และกระแสท้ายทอย-ข้างขม่อมส่วนหลัง (dorsal occipitoparietal stream) ที่เกี่ยวข้องกับการมองเห็นเชิงพื้นที่และการกระทำที่นำทางด้วยการมองเห็น ตามที่ Ungerleider และ Mishkin เสนอ

Clinical relevance

เนื่องจากเส้นทางการมองเห็นมีความยาวทางกายวิภาคและเป็นระเบียบ รอยโรคในจุดต่าง ๆ จึงทำให้เกิดความบกพร่องของลานสายตาที่มีลักษณะเฉพาะ และระบบการมองเห็นเป็นแบบจำลองคลาสสิกสำหรับการทำความเข้าใจการจัดระเบียบของคอร์เทกซ์ บทความนี้อธิบายโครงสร้างและการทำงานปกติเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงทางการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือจัดการความผิดปกติทางการมองเห็น

Evidence & guidelines

ความเข้าใจเกี่ยวกับระบบการมองเห็นขึ้นอยู่กับการศึกษาทางสรีรวิทยาไฟฟ้าของเซลล์เดี่ยว การติดตามทางกายวิภาค การศึกษาจากรอยโรค และการสร้างภาพทางประสาทวิทยาในมนุษย์ กรอบแนวคิดของลานรับสัญญาณและคอลัมน์มาจากบันทึกการบันทึกหลักของ Hubel และ Wiesel และแนวคิดสองกระแสมาจากงานวิจัยเปรียบเทียบรอยโรคและกายวิภาคศาสตร์ การอ้างอิงที่ครอบคลุมปรากฏในตำราประสาทวิทยามาตรฐาน

History

การทำแผนที่เส้นทางการมองเห็นมีความก้าวหน้าผ่านความสัมพันธ์ทางคลินิก-กายวิภาคของความบกพร่องของลานสายตาในศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ยี่สิบ ข้อมูลเชิงลึกทางสรีรวิทยาที่สำคัญมาจากการบันทึกเซลล์เดี่ยวของ Hubel และ Wiesel ในทศวรรษ 1960 ซึ่งเผยให้เห็นลานรับสัญญาณที่มีทิศทางเฉพาะและโครงสร้างแบบคอลัมน์ในคอร์เทกซ์ส่วนลาย งานวิจัยทางกายวิภาคและรอยโรคในภายหลังนำไปสู่ข้อเสนอที่มีอิทธิพลเกี่ยวกับการแยกกระแสคอร์เทกซ์ส่วนหลังและส่วนหน้า

Key figures

• David Hubel
• Torsten Wiesel
• Leslie Ungerleider
• Mortimer Mishkin
• Robert Desimone

Seminal works

• hubel-wiesel-1968
• ungerleider-mishkin-1982

Frequently asked questions

ลานรับสัญญาณในระบบการมองเห็นคืออะไร?

ลานรับสัญญาณคือบริเวณของลานสายตา และรูปแบบการกระตุ้นที่เฉพาะเจาะจงภายในบริเวณนั้น ซึ่งกระตุ้นเซลล์ประสาทการมองเห็นที่กำหนด; เซลล์ประสาทในคอร์เทกซ์การมองเห็นปฐมภูมิตอบสนองได้ดีที่สุดต่อขอบที่มีทิศทางเฉพาะที่ตกอยู่ในลานรับสัญญาณของพวกมัน

กระแสการมองเห็นส่วนหลังและส่วนหน้าคืออะไร?

หลังจากคอร์เทกซ์การมองเห็นปฐมภูมิ การประมวลผลการมองเห็นจะถูกแบ่งออกเป็นกระแสส่วนหน้าซึ่งเกี่ยวข้องกับการระบุวัตถุ และกระแสส่วนหลังซึ่งเกี่ยวข้องกับการระบุตำแหน่งของวัตถุในอวกาศและการนำทางการกระทำ ซึ่งเป็นการจัดระเบียบที่ Ungerleider และ Mishkin เสนอเป็นครั้งแรก