視覚の仕組み

視覚の仕組みを知ると、私達の見え方は他の生物から比べると特別であり、優れている部分と、逆に劣っている部分もあります。例えば、複眼を持つ昆虫は動体視力に優れていたり、私達よりも多くの視物質を持つ生物もいます。このページでは、私達が光や色を感じる仕組みを解説しています。

目の構造と機能

光は網膜にある視細胞によって受容され、その情報は大脳へと送られます。視細胞には、桿体細胞と錐体細胞があり、光は、視細胞に含まれる視物質に吸収されます。

目の構造について以下のの画像でご確認ください。

視神経細胞は片方の眼に約80万~100万個存在しています。

1個の視神経細胞には1~多数の視細胞からの情報が送られます。特に網膜の周辺部では、1個の視神経細胞に対して、100個以上の桿体細胞からの情報が送られます。 これに対して、黄斑の中心部では、1個の視神経細胞に対して一個の錐体細胞が情報を送っているため、黄斑付近の分解のは高くなっています。

明暗調節

暗いとき
瞳孔括約筋が弛緩し、瞳孔散大筋が収縮します。

明るいとき
瞳孔散大筋が弛緩し、瞳孔括約筋が収縮します。

遠近調節

近くを見るとき
毛様筋が収縮し、毛様体のつくる輪が小さくなり、チン小帯が緩み、水晶体は弾性で丸くなります。

遠くを見るとき
毛様体の弛緩で、毛様体のつくる輪は大きくなり、 チン小帯に引っ張られて、水晶体は薄くなります。

視細胞(桿体細胞・錐体細胞)

光を感じることの出来る視細胞は桿体細胞と錐体細胞に分類されます。少し難しい言葉に感じますが、英語ではrod cellとcorn cellであり、ロッド細胞とコーン細胞といった具合に形を示した言葉になります。。

桿体細胞

弱光でも働き、明暗を識別しますが、色彩の識別には関与はしません。
黄斑の周辺部に多いので暗所では視野の周辺部がよく見えます。
視物質はロドプシンという物質です。ロドプシンはオプシンというたんぱく質にビタミンAがから作られるレチナールが結合した物質です。 レチナールは光を吸収すると構造が変化します。

錐体細胞

明所で働き、色彩の識別に関与しています。黄斑付近に多く存在しています。よって、色彩は視野の中心部でよく感じます。
錐体細胞の視物質は三種類存在し、まとめてフォトプシンと呼ばれています。 フォトプシンもロドプシンとした構造を持っていて、オプシンのアミノ酸配列が微妙に異なるだけの構造となっています。

黄斑と似た音の網斑という部分ですが、ここは黄斑とは全く異なった特性を持っています。ここは視神経繊維が網膜を貫いている部分で、視細胞が存在しません。

黄斑と網斑は混乱しやすい点となっているため、しっかりと抑えておきましょう。

視物質(ロドプシン=オプシン+レチナール)

光を感じる視物質のロドプシンは、オプシンと呼ばれるタンパク質とレチナールから構成されています。レチナールはビタミンAとしても知られるレチノールのアルデヒド型です。つまり、ビタミンAが欠乏すると特に夜間の視力が低下するのは、ビタミンAが視物質の一部であるからです。

上記の画像は、ロドプシンの模式図です。赤い部分がレチナールで、それ以外の部分がオプシンタンパク質です。オプシンは、7回膜貫通型であることやGタンパク質共役型であることなど、嗅覚受容体や味覚受容体と共通点があります。

光を感じる仕組みとして、レチナールが光を受けると形が変化し (シス型からトランス型) 、そのことによりオプシンも形が変化します。匂い物質や味物質が受容体に結合した際と同様にGタンパク質が活性化され、視細胞が反応します。

参考資料

・【高校生物】 動物生理7 受容器:視覚器(2)https://www.youtube.com/watch?v=B7W2P_HndRA
・解剖生理学 38話「感覚器・視覚」byWEB玉塾https://www.youtube.com/watch?v=Go9jXxKH1yU
・目の構造と働き 参天製薬 https://www.santen.co.jp/ja/healthcare/eye/eyecare/structure/
・春月の『ちょこっと健康術』 https://ameblo.jp/harutsuki-ryu/entry-10492124965.html
・全薬工業株式会社  若くても老眼に!?いま気をつけたいスマホ老眼  https://www.zenyaku.co.jp/k-1ban/detail/sumahorougan.html

・講義動画:https://youtu.be/9BYA22hgBi4