Sự nhìn và cảm giác về màu sắc

Sự nhìn và cảm giác về màu sắc
Sự nhìn màu sắc nổi của con người là một quá trình rất phức tạp đến nay vẫn chưa
được hiểu trọn vẹn, mặc dù hàng trăm năm nghiên cứu và mô phỏng đã trôi qua.
Sự nhìn yêu cầu sự tương tác gần như tức thời của hai mắt và não thông qua mạng
lưới thần kinh, các cơ quan thụ cảm và những tế bào chuyên biệt khác. Bước thứ
nhất trong quá trình cảm giác này là sự kích thích của cơ quan cảm thụ ánh sáng
trong mắt, biến kích thích sáng hoặc hình ảnh thành tín hiệu, và truyền tín hiệu
điện chứa thông tin nhìn từ mỗi mắt đến não thông qua dây thần kinh thị giác.
Thông tin này được xử lí tiếp trong vài giai đoạn, sau cùng thì truyền đến phần vỏ
não có liên quan đến thị giác.





Mắt người có các thành phần quang đa dạng, gồm giác mạc, mống mắt, con ngươi,
thủy dịch và thủy tinh dịch, một thủy tinh thể có tiêu cự thay đổi, và võng mạc
(như minh họa trong hình 1). Những thành phần này phối hợp với nhau, tạo nên
ảnh của các vật rơi vào tầm nhìn của mắt. Khi một vật được quan sát, trước tiên nó
hội tụ qua thành phần giác mạc lồi và thủy tinh thể, hình thành nên ảnh lộn ngược
trên mặt võng mạc, một màng nhiều lớp chứa hàng triệu tế bào thị giác. Để đến
được võng mạc, các tia sáng bị hội tụ bởi giác mạc phải lần lượt đi qua thủy dịch
(trong khoang phía trước), thủy tinh thể, thủy tinh dịch sền sệt, và lớp mạch máu
và dây thần kinh của võng mạc trước khi chúng đi đến phần nhạy sáng bên ngoài
của các tế bào hình nón và hình que. Những tế bào thị giác này nhận diện ảnh và
biến nó thành tín hiệu điện truyền lên não.

Bất chấp một số quan niệm sai lầm do có quá nhiều thuật ngữ dùng để mô tả cấu
tạo mắt, nhưng chính giác mạc, chứ không phải thủy tinh thể, mới chịu trách nhiệm
chính cho khả năng khúc xạ toàn bộ của mắt. Nhẵn bóng và trong suốt như thủy
tinh, mềm dẻo và bền như plastic, phần trong suốt, có độ cong cao, nằm phía ngoài

này của thành trước của nhãn cầu cho phép các tia sáng tạo ảnh truyền qua vào
phần trong. Giác mạc cũng bảo vệ mắt bằng cách làm một rào chắn vật lí che chắn
phần trong của mắt khỏi vi sinh vật, bụi bặm, các sợi nhỏ, các chất hóa học và
những chất gây hại khác. Mặc dù chiều rộng nhỏ hơn nhiều so với thủy tinh thể,
nhưng giác mạc mang lại khoảng 65% khả năng khúc xạ của mắt. Đa phần sức
mạnh bẻ cong ánh sáng tập trung gần chính giữa của giác mạc, nơi tròn hơn và
mỏng hơn so với các phần ngoại biên của mô.

Như cánh cửa sổ điều khiển ánh sáng đi vào mắt, giác mạc (hình 2) là yếu tố cần
thiết cho sự nhìn tốt và cũng đóng vai trò là bộ lọc ánh sáng tử ngoại. Giác mạc
loại trừ một số bước sóng tử ngoại gây phá hủy nhất có mặt trong ánh sáng Mặt
Trời, do đó bảo vệ được võng mạc dễ thương tổn và thủy tinh thể khỏi bị phá hoại.
Nếu giác mạc cong quá nhiều, như trường hợp cận thị, các vật ở xa sẽ xuất hiện
dạng ảnh mờ, do sự khúc xạ ánh sáng chưa hoàn chỉnh tới võng mạc. Trong trường
hợp loạn thị, sự không hoàn hảo hay không đều ở giác mạc gây ra sự khúc xạ
không đồng đều, làm cho ảnh chiếu lên võng mạc bị méo dạng.




Không giống như đa số các mô của cơ thể người, giác mạc không có các mạch máu
nuôi dưỡng hoặc bảo vệ chống lại sự xâm nhiễm. Cả những mao mạch nhỏ nhất
cũng sẽ gây trở ngại cho quá trình khúc xạ chính xác. Giác mạc nhận nuôi dưỡng
từ nước mắt và thủy dịch, chúng chiếm đầy khoang nằm phía sau cấu trúc này. Lớp
biểu mô phía ngoài của giác mạc chứa hàng nghìn đầu mút dây thần kinh nhỏ,
khiến cho giác mạc cực kì nhạy với sự đau đớn khi bị chà xát hoặc cào xước.
Chiếm khoảng 10% chiều dày của mô, lớp ngoài của giác mạc chặn các đối tượng
lạ không cho đi vào mắt, đồng thời mang lại bề mặt nhẵn cho sự hấp thụ oxy và
chất dinh dưỡng. Lớp chính giữa của giác mạc, gọi là chất nền, chiếm khoảng 90%
mô, và gồm một mạng sợi protein bão hòa nước mang lại sức bền, sức đàn hồi, và

hình dạng chống đỡ cho biểu mô. Các tế bào cấp dưỡng chiếm phần còn lại của lớp
chất nền. Vì chất nền có xu hướng hấp thụ nước, nên nhiệm vụ chính của mô màng
trong là bơm nước dư thừa khỏi chất nền. Không có hoạt động bơm này, chất nền
sẽ đầy ứ nước, trở nên mờ sương, và cuối cùng chuyển thành giác mạc mờ đục, tức
là mắt bị mù.

Sự mất trong suốt một phần hoặc toàn bộ do thủy tinh thể, hoặc lớp bao ngoài của
nó, gây ra một chứng bệnh phổ biến gọi là đục nhãn mắt. Đục nhãn mắt là nguyên
nhân gây mù lòa hàng đầu trên thế giới, và là nguyên nhân quan trọng của sự suy
giảm thị lực ở nước Mĩ. Sự phát triển của bệnh đục nhãn mắt ở người trưởng thành
liên quan tới sự lão hóa bình thường, sự phơi sáng trước ánh sáng Mặt Trời, hút
thuốc, thức ăn nghèo dinh dưỡng, chấn thương mắt, các chứng bệnh như tiểu
đường, tăng nhãn áp, và tác dụng phụ phiền toái do sử dụng một số dược phẩm,
như steroid. Trong giai đoạn đầu, người bị đục nhãn mắt sẽ nhận thấy thế giới mờ
đi hoặc không sắc nét nữa. Sự nhìn rõ bị cản trở do sự suy giảm lượng ánh sáng đi
tới võng mạc và sự kéo mây của hình ảnh (do sự nhiễu xạ và tán xạ ánh sáng) cứ
như thể là người đó nhìn thế giới qua một màn sương mù (xem hình 3). Để chữa
bệnh đục nhãn mắt, người ta phẫu thuật cắt bỏ phần thủy tinh thể mờ đục, và thay
thế bằng một thủy tinh thể plastic.





Chức năng của võng mạc giống như sự kết hợp của một bộ cảm biến ảnh kĩ thuật
số (như dụng cụ tích điện kép CCD) với một bộ chuyển đổi tương tự sang số, như
có mặt trong các hệ camera kĩ thuật số hiện đại. Cơ quan thụ cảm bắt lấy ảnh của
mắt, gọi là các tế bào hình nón và hình que, liên kết với các bó sợi dây thần kinh
thị giác qua một loạt tế bào chuyên biệt phối hợp truyền tín hiệu lên não. Lượng
ánh sáng được phép đi vào mỗi mắt được điều chỉnh bởi mống mắt, một màng

chắn tròn mở rộng ở mức ánh sáng thấp và đóng lại nhằm bảo vệ con ngươi (lỗ) và
võng mực ở mức rọi sáng rất cao.

Khi nguồn sáng thay đổi, đường kính của con ngươi (nằm phía trước thủy tinh thể)
tự điều chỉnh kích thước giữa 2 đến 8mm, điều chỉnh lượng ánh sáng đi tới võng
mạc. Khi nguồn chiếu sáng rất chói, con ngươi thu hẹp lại và các phần ngoài của
các thành phần khúc xạ bị chặn khỏi đường đi tia sáng. Kết quả là các tia sáng tạo
ảnh bị quang sai ít hơn và ảnh trên võng mạc trở nên sắc nét hơn. Con ngươi rất
hẹp (khoảng 2mm) tạo ra sự nhiễu xạ làm trải rộng ảnh của một nguồn điểm lên
trên võng mạc.

Trong não, các sợi dây thần kinh thị giác từ mỗi mắt cắt nhau một tại nơi giao thoa
quang, nơi đó thông tin thị giác từ cả hai phần võng mạc truyền song song tương
quan nhau, giống như vai trò của máy phát đồng bộ thời gian dùng trong máy ghi
video kĩ thuật số. Từ đó, thông tin thị giác truyền qua ống quang đến bộ phận cong
gập hình đầu gối, ở đó tín hiệu được phân bố qua bức xạ quang tới hai phẩn vỏ não
thị giác nằm trên phần phía sau, ở dưới của mỗi bán cầu não. Trong lớp vỏ não ở
dưới, thông tin từ mỗi mắt được duy trì dưới dạng cột vạch trội thị giác. Khi tín
hiệu thị giác được truyền tới lớp trên của vỏ não, thông tin từ hai mắt hợp nhất với
nhau và sự nhìn hai mắt được thiết lập. Trong những trường hợp mắt không bình
thường, như mắt xiên, mắt lác, sự nhìn ảnh nổi bị phá vỡ. Trong trường hợp phẫu
thuật mắt không đảm bảo, thì thấu kính gắn trên kính đeo mắt có thể chữa được
một số tật thuộc loại này. Nguyên nhân gây ra sự gián đoạn đối với sự hợp nhất tín
hiệu từ hai mắt có thể do chấn thương, do bệnh cơ thần kinh, hoặc do khuyết tật
bẩm sinh.




Hố mắt giữa nằm trong khu vực gần chính giữa võng mạc, và nằm thẳng dọc theo

trục chính của mỗi mắt. Cũng gọi là “điểm vàng”, hố mắt nhỏ (dưới 1mm2), nhưng
rất chuyên biệt. Những vùng này chứa các tế bào hình nón chi chít, mật độ cao
(trên 200.000 tế bào hình nón/mm2 đối với mắt người trưởng thành, xem hình 4).
Hố mắt giữa là khu vực nhìn sắc nét nhất, và tạo ra độ phân giải không gian, độ
tương phản và màu sắc rõ nhất. Mỗi mắt có chừng bảy triệu tế bào hình nón, chúng
rất mỏng (đường kính 3mm) và thon dài. Mật độ tế bào hình nón giảm ở bên ngoài
hố mắt do tỉ lệ tế bào hình que so với tế bào hình nón tăng dần lên (hình 4). Tại
vùng rìa của võng mạc, tổng số cả hai loại cơ quan thụ cảm thị giác này đều giảm
về cơ bản, gây ra sự mất mát sâu sắc độ nhạy thị giác tại rìa ngoài của võng mạc.
Điều này có thể bù lại bởi thực tế thì người ta nhìn liên tục các vật trong tầm nhìn
(do cử động mắt nhanh tự nhiên), nên ảnh nhận được có độ nét đồng đều. Trong
thực tế, khi ảnh bị ngăn cản không cho chuyển động tương đối so với võng mạc
(thông qua một quang cụ nào đó), thì mắt không còn cảm nhận được cảnh sau một
vài giây.

Sự sắp xếp của các cơ quan cảm giảc trong các phần bên ngoài của võng mạc một
phần xác định giới hạn độ phân giải trong những vùng khác nhau của mắt. Để phân
giải ảnh, một hàng cơ quan thụ quang ít bị kích thích phải nằm giữa hai hàng cơ
quan thụ quang bị kích thích cao. Nếu không thì không thể phân biệt được sự kích
thích xuất phát từ hai ảnh nằm rất gần nhau hay từ một ảnh nối đến hai hàng cơ
quan thụ cảm. Với khoảng cách tâm-nối-tâm biến thiên từ 1,5 đến 2 mm đối với
các tế bào hình nón trong hố mắt giữa, kích thích quang có độ phân tách chừng 3
đến 4 mm sẽ tạo ra một bộ phân giải cường độ trên võng mạc. Lấy ví dụ tham
khảo, bán kính của cực tiểu thứ nhất đối với hình ảnh nhiễu xạ hình thành trên
võng mạc khoảng chừng 4,6 mm đối với ánh sáng 550nm và đường kính con ngươi
2mm. Như vậy, sự sắp xếp của các thành phần cảm giác trong võng mạc sẽ xác
định độ phân giải giới hạn của mắt. Một nhân tố khác, gọi là độ sắc nét thị giác
(khả năng của mắt nhận ra những vật nhỏ và phân giải độ phân tách của chúng),
thay đổi theo nhiều thông số, bao gồm định nghĩa của thuật ngữ và phương pháp
người ta đo độ sắc nét. Trên võng mạc, độ sắc nét thị giác nói chung cao nhất ở hố

mắt giữa, hố này mở rộng ra tầm nhìn chừng 1,4 độ.

Sự sắp xếp không gian của các tế bào hình que và hình nón cũng với sự liên kết
của chúng với các dây thần kinh trong võng mạc được biểu diễn trong hình 5. Các
tế bào hình que, chỉ chứa sắc tố vàng, có độ nhạy cực đại với ánh sáng xanh
dương-xanh lá (bước sóng khoảng 500nm), mặc dù chúng biểu hiện sự phản ứng
rộng đối với toàn phổ khả kiến. Chúng là những tế bào thụ cảm thị giác chủ yếu
nhất, với mỗi mắt chứa khoảng 125-130 triệu tế bào hình que. Độ nhạy sáng của tế
bào hình que gấp 1000 lần so với tế bào hình nón. Tuy nhiên, ảnh phát sinh chỉ bởi
sự kích thích tế bào hình que thì tương đối không sắc nét và có bóng xám phía
ngoài, giống như ảnh chụp đen trắng. Sự nhìn hình que thường được gọi là sự nhìn
tối do trong điều kiện ánh sáng yếu, hình dạng và độ sáng của vật có thể phân biệt
được, nhưng màu của chúng thì không. Cơ chế thích nghi tối này cho phép nhận
dạng ra con mồi và động vật ăn thịt thông qua hình dáng và chuyển động ở nhiều
loài động vật có xương sống.

Hệ thị giác của con người phản ứng theo hàm mũ, chứ không tuyến tính, cho khả
năng nhận một phạm vi độ sáng khó tin đến trên 10 bậc. Trong ánh sáng ban ngày,
người ta có thể nhận dạng các vật dưới ánh sáng chói chang từ Mặt Trời, còn vào
ban đêm, những vật lớn có thể được nhận ra bởi ánh sáng sao khi Mặt Trăng tối
đen. Ở độ nhạy ngưỡng, mắt người có thể phát hiện sự có mặt của khoảng 100-150
photon ánh sáng xanh dương-xanh lá (500nm) đi vào con ngươi. Đối với bảy bậc
độ sáng trên, sự nhìn sáng chiếm ưu thế, và sự cảm quang chủ yếu do các tế bào
hình nón trên võng mạc mang lại. Trái lại, đối với bốn bậc độ sáng thấp, được gọi
là sự nhìn tối, thì các tế bào hình que đóng vai trò chính.

Sự thích nghi của mắt cho phép sự nhìn thực hiện chức năng dưới những điều kiện
độ sáng cực đoan như thế. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian trước khi sự thích
nghi xảy ra, mỗi người có thể cảm nhận một phạm vi độ sáng chỉ trong khoảng ba
bậc. Một vài cơ chế là nguyên nhân làm cho mắt thích nghi với những mức độ sáng
cao. Sự thích nghi có thể xảy ra trong vài giây (bằng phản ứng con ngươi lúc đầu)
hoặc có thể mất vài phút (đối với sự nhìn tối), tùy thuộc vào mức thay đổi độ sáng.
Độ nhạy của tế bào hoàn toàn hình nón đạt chừng 5 phút, trong khi đó phải mất
khoảng 30 phút để thích nghi từ sự nhạy sáng vừa phải sang sự nhạy tối hoàn toàn
bởi các tế bào hình que.

Khi hoàn toàn thích nghi với ánh sáng, mắt người có phản ứng bước sóng từ
khoảng 400 đến 700nm, với độ nhạy cực đại ở 555nm (trong vùng xanh lá cây của
phổ ánh sáng khả kiến). Mắt thích nghi tối phản ứng với phổ bước sóng thấp hơn,
từ 380 đến 650nm, với cực đại tại 507nm. Đối với cả sự nhìn sáng lẫn nhìn tối,
những bước sóng này là không tuyệt đối, mà thay đổi theo cường độ ánh sáng. Sự
truyền ánh sáng qua mắt trở nên thấp hơn dần ở những bước sóng ngắn. Trong
vùng xanh dương-xanh lá (500nm), chỉ khoảng 50% ánh sáng đi vào mắt tới được
điểm ảnh trên võng mạc. Ở 400nm, giá trị giảm xuống còn vừa đúng 10%, kể cả
mắt người trẻ tuổi. Sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng bởi các thành phần trong thủy
tinh thể góp phần làm giảm thêm độ nhạy ở màu xanh dương nhạt.

Các tế bào hình nón gồm có ba loại, mỗi loại “điều khiển” một phản ứng bước
sóng riêng có cực đại tập trung tại 430, 535, hoặc 590nm. Cơ sở cho từng cực đại
là việc sử dụng ba sắc tố quang khác nhau, mỗi sắc tố có một phổ hấp thụ ánh sáng
khả kiến đặc trưng. Các sắc tố thay đổi thể cấu tạo của chúng khi một photon được
phát hiện, cho phép chúng phản ứng với transducin khởi động một đợt sự kiện thị
giác. Transducin là một loại protein có mặt trong võng mạc và có khả năng chuyển
hóa hiệu quả năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện. Số lượng tế bào hình nón
nhỏ hơn nhiều so với tế bào hình que, với mỗi mắt chứa từ 5 tới 7 triệu cơ quan thụ
cảm màu sắc thuộc loại này. Sự nhìn màu sắc thực do sự kích thích của các tế bào

hình nón mang lại. Cường độ tương đối và sự phân bố bước sóng ánh sáng đi tới
mỗi một trong ba loại cơ quan thụ cảm hình nón xác định màu sắc nhìn được, theo
kiểu tương tự như màn hình video RGB cộng màu hoặc camera màu CCD.

Một chùm sáng chứa chủ yếu là bức xạ xanh dương bước sóng ngắn làm kích thích
các tế bào hình nón phản ứng với ánh sáng 430nm ở quy mô lớn hơn nhiều so với
hai loại tế bào hình nón kia. Chùm này sẽ kích hoạt sắc tố màu xanh dương trong
những tế bào hình nón nhất định, và ánh sáng đó nhận được là màu xanh dương.
Ánh sáng có đa số bước sóng tập trung ở khoảng 550nm được nhìn là màu xanh lá
cây, và chùm tia chứa hầu hết là bước sóng 600nm hoặc dài hơn được trông có
màu đỏ. Như đã nói ở phần trên, sự nhìn thuần túy bằng tế bào hình nón được gọi
là sự nhìn sáng, và nó chiếm ưu thế ở các mức sáng bình thường, cả trong nhà và
ngoài phố. Đa số động vật có vú là loài nhị sắc, thường có thể chỉ phân biệt được
giữa các thành phần màu hơi lam và hơi lục. Trái lại, một số động vật bậc cao
(đáng chú ý nhất là con người) biểu hiện sự nhìn màu tam sắc, phản ứng đáng kể
với các kích thích sáng đỏ, lục, và lam.

Minh họa trong hình 6 là phổ hấp thụ của bốn sắc tố thị giác của con người, biểu
hiện cực đại trong vùng đỏ, lục, và lam của phổ ánh sáng khả kiến như mong đợi.
Khi cả ba loại tế bào hình nón được kích thích như nhau, thì ánh sáng nhận được sẽ
không có màu, hoặc màu trắng. Ví dụ, ánh sáng Mặt Trời lúc giữa trưa có vẻ là ánh
sáng trắng đối với con người, do nó chứa các lượng ánh sáng đỏ, lục, và lam hầu
như bằng nhau. Một bằng chứng khác cho phổ màu sắc từ ánh sáng Mặt Trời là sự
chặn ánh sáng bằng một lăng kính thủy tinh, nó làm khúc xạ (hoặc bẻ cong) các
bước sóng khác nhau ở mức độ khác nhau, làm trải ánh sáng thành các màu thành
phần của nó. Sự cảm nhận màu sắc của con người phụ thuộc vào tương tác của tất
cả các tế bào thụ cảm với ánh sáng, và sự kết hợp này mang lại sự kích thích gần
như tam sắc. Có sự lệch độ nhạy màu sắc theo sự thay đổi mức độ sáng, nên màu
xanh trông tương đối sáng hơn trong ánh sáng lờ mờ và màu đỏ trông sáng hơn
trong ánh sáng chói chang. Hiệu ứng này có thể quan sát bằng cách trỏ một ngọn

đèn flash vào một bản in màu, sẽ thấy ngay là màu đỏ trông sáng hơn nhiều và đậm
hơn.

Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến độ nhạy màu sắc thị giác của con
người đã dẫn đến những thay đổi trong thực tế lâu nay của việc sơn các xe tình
trạng khẩn cấp, như xe chữa cháy và xe cấp cứu, toàn là màu đỏ. Mặc dù màu này
dành cho các xe dễ nhìn thấy và tránh né, nhưng sự phân bố bước sóng không dễ
nhìn thấy ở mức ánh sáng yếu và gần như trông tối đen vào ban đêm. Mắt người
nhạy hơn nhiều với màu vàng-lục hoặc các màu tương tự, đặc biệt vào ban đêm, và
ngày nay đa số các xe tình trạng khẩn cấp ít nhất phải có một phần sơn màu xanh
hơi vàng sặc sỡ hoặc màu trắng, thường vẫn giữ lại một số chỗ nổi bật nhất sơn
màu đỏ theo sở thích truyền thống.




Khi chỉ có một hoặc hai loại tế bào hình nón được kích thích, thì ngưỡng màu sắc
nhận được có giới hạn. Ví dụ, nếu một dải hẹp ánh sáng lục (540-550nm) được
dùng để kích thích tất cả các tế bào hình nón, thì chỉ có một loại chứa sắc tố lục sẽ
phản ứng lại, tạo ra cảm giác nhìn thấy màu lục. Sự cảm nhận của thị giác con nó
với các màu trừ chủ yếu, ví dụ như màu vàng, có thể tăng theo một hoặc hai cách.
Nếu tế bào hình nón đỏ và lục được kích thích đồng thời với ánh sáng đơn sắc vàng
có bước sóng 580nm, thì mỗi cơ quan thụ cảm tế bào hình nón phản ứng lại hầu
như bằng nhau do sự chồng lần phổ hấp thụ của chúng xấp xỉ như nhau trong vùng
này của phổ ánh sáng khả kiến. Cảm giác màu tương tự có thể thu được bằng cách
kích thích các tế bào hình nón đỏ và lục riêng rẽ với hỗn hợp bước sóng đỏ và lục
riêng biệt chọn lọc từ các vùng phổ hấp thụ của cơ quan thụ cảm không có sự
chồng lấn đáng kể. Kết quả, trong cả hai trường hợp, là sự kích thích đồng thời của
các tế bào hình nón đỏ và lục tạo ra cảm giác màu vàng, mặc dù kết quả cuối cùng
thu được bằng hai cơ chế khác nhau. Khả năng nhận được các màu sắc khác đòi

hỏi phải kích thích một, hai, hoặc cả ba loại tế bào hình nón, đến mức độ khác
nhau, với bảng màu bước sóng thích hợp.

Mặc dù hệ thị giác của con người có ba loại tế bào hình nón với các sắc tố màu
tương ứng của chúng, cộng với các tế bào hình que cảm thụ ánh sáng cho sự nhìn
tối, nhưng não người bù đắp cho những biến đổi bước sóng ánh sáng và nguồn
sáng trong sự cảm nhận màu sắc của nó. Đồng phân dị vị là các cặp phổ ánh sáng
khác nhau được não người nhận ra dưới dạng cùng một màu. Thật thú vị, các màu
có thể nhận thức là như nhau hoặc tương đương bởi con người đôi khi lại được
phân biệt rõ ràng bởi những động vật khác, đáng chú ý nhất là chim chóc.

Các neuron trung gian chuyên chở thông tin thị giác giữa võng mạc và não không
hề liên kết đơn giản một-nối-một với các tế bào cảm giác. Mỗi tế bào hình nón và
hình que trong hố mắt gởi tín hiệu đến ít nhất là ba tế bào tam cực, trong khi ở
những vùng ngoại vi hơn của võng mạc, tín hiệu từ một số lượng lớn tế bào hình
que cùng đổ về một tế bào hạch trung tâm. Độ phân giải không gian ở những phần
ngoài của võng mạc bị tổn hại bởi có một số lượng lớn tế bào hình que nối với một
rãnh, nhưng có nhiều tế bào cảm giác tham gia vào việc bắt lấy tín hiệu yếu làm cải
thiện đáng kể độ nhạy ngưỡng của mắt. Đặc điểm này của mắt người tương tự như
sự hoạt động của hệ camera kĩ thuật số CCD quét chậm.

Các tế bào cảm giác, tam cực, và các tế bào hạch trung tâm của võng mạc cũng liên
kết với các neuron khác, tạo nên một mạng đường dẫn ngăn chặn và kích thích
phức tạp. Kết quả là tín hiệu từ 5 đến 7 triệu tế bào hình nón và 125 triệu tế bào
hình que trong võng mạc người được xử lí và chuyên chở đến phẩn vỏ não thị giác
bằng chỉ khoảng 1 triệu sợi thần kinh thị giác. Cơ mắt được kích thích và điều
khiển bởi tế bào hạch trung tâm trong phần cong gập hình đầu gối, đóng vai trò
như bộ điều khiển phản hồi giữa võng mạc và vỏ não thị giác.

Mạng đường dẫn kích thích và ngăn cản phức tạp ở võng mạc sắp xếp trong ba lớp

tế bào thần kinh phát sinh từ một vùng đặc biệt của não trong sự phát triển thời kì
đầu. Các mạch điện và vòng phản hồi này mang lại sự kết hợp các hiệu ứng tạo ra
sự sắc nét cạnh, tăng cường độ tương phản, lấy tổng không gian, tính trung bình
nhiễu, và các dạng khác của việc xử lí tín hiệu, có lẽ bao gồm cả một số dạng đến
nay chưa khám phá ra. Trong sự nhìn của con người, một mức độ đáng kể của việc
xử lí ảnh xảy ra trong não, nhưng chính võng mạc cũng có liên quan ở quy mô
rộng của nhiệm vụ xử lí.

Một khía cạnh khác của sự nhìn của con người được gọi là bất biến màu, giá trị
màu của một vật không thay đổi trên một phạm vi chiếu sáng rộng. Năm 1672,
Isaac Newton chứng minh được bất biến màu ở cảm giác thị giác của con người và
mang lại manh mối cho lí thuyết cổ điển về sự cảm nhận màu sắc và hệ thần kinh.
Edwin H.Land, nhà sáng lập tập đoàn Polaroid, đã đề xuất lí thuyết Retinex của sự
nhìn màu, dựa trên những quan sát của ông về bất biến màu. Khi một màu (hoặc
một giá trị xám xịt) được quan sát dưới một ngọn đèn tương xứng, thì mảng màu sẽ
không thay đổi màu sắc của nó ngay cả khi độ chói của quang cảnh thay đổi. Trong
trường hợp này, gradient của nguồn chiếu sáng quang cảnh không làm thay đổi
màu nhận được hoặc sắc thái xám xịt của màng quan sát. Nếu mức độ rọi sáng đạt
đến ngưỡng đối với sự nhìn tối, thì cảm giác màu sẽ tan biến. Trong thuật toán của
Land, giá trị sáng của các khu vực màu được tính toán, và năng lượng tại một khu
vực đặc biệt trong quang cảnh được đem so sánh với tất cả các khu vực khác trong
quang cảnh đối với dải sóng đó. Tính toán được thực hiện ba lần, một cho mỗi dải
sóng (sóng dài, sóng ngắn, và sóng trung), và bộ ba giá trị sáng thu được xác định
một vị trí đối với khu vực đó trong không gian màu ba chiều được định nghĩa bởi lí
thuyết Retinex.

Thuật ngữ mù màu là một từ không chính xác, thường được sử dụng trong trò
chuyện hàng ngày, để ám chỉ bất cứ sự khó khăn nào trong việc phân biệt giữa các
màu. Sự mù màu thật sự, hay không có khả năng nhìn thấy bất cứ màu nào, thì cực
kì hiếm, mặc dù có đến 8% nam giới và 0,5% phụ nữ sinh ra có một số dị tật về sự

nhìn màu (xem bảng 1). Sự khiếm khuyết di truyền ở sự nhìn màu thường là kết
quả của những khuyết tật ở các tế bào thụ quang trong võng mạc, một màng thần
kinh đóng vai trò màn ảnh nằm ở phía sau của mắt. Các khuyết tật về sự nhìn màu
cũng có thể do bệnh tật, do tác dụng phụ của việc dùng một số loại dược phẩm nhất
định, hoặc do quá trình lão hóa tự nhiên, và những khiếm khuyết này có lẽ ảnh
hưởng đến các bộ phận của mắt chứ không phải các tế bào thụ quang.





Các tế bào hình nón bình thường và độ nhạy sắc tố cho phép một người phân biệt
tất cả các màu khác nhau cũng như các hỗn hợp màu tinh vi. Loại nhìn màu bình
thường này được gọi là tam sắc và dựa trên sự tương tác qua lại từ ngưỡng độ nhạy
chồng lấn của ba loại tế bào hình nón thụ quang. Một tật nhìn màu nhẹ xảy ra khi
sắc tố thuộc một trong ba loại tế bào hình nón bị mất, và độ nhạy cực đại của nó bị
lệch sang bước sóng khác, tạo ra một sự khiếm khuyết thị giác gọi là tam sắc dị
thường, một trong ba loại tật nhìn màu phổ biến. Nhị sắc, một dạng mù màu nặng
hơn, xảy ra khi một trong các sắc tố bị nhầm một cách nghiêm trọng trong đặc
trưng hấp thụ của nó, hoặc khi một sắc tố nhất định không được tạo ra. Sự thiếu
hoàn toàn cảm giảc màu, hay tật đơn sắc, cực kì hiếm, còn những người bị mù màu
toàn phần chỉ nhìn thấy sự thay đổi mức độ sáng, và thế giới trước mắt có màu đen,
trắng và bóng xám. Tật này chỉ xảy ra với những cá nhân thừa hưởng một gen rối
loạn từ cả bố lẫn mẹ.

Người bị tật nhị sắc có thể phân biệt một số màu, và do đó ít bị ảnh hưởng đến
cuộc sống hàng ngày hơn so với người bị tật đơn sắc, nhưng họ luôn luôn lo lắng
rằng họ có vấn đề với sự nhìn màu của mình. Tật nhị sắc chia nhỏ thành ba loại:
mù màu đỏ, mù màu lục, và mù màu lam (xem hình 7). Xấp xỉ 2% nam giới trên
thế giới thừa hưởng một trong hai loại đầu, còn loại thứ ba hiếm thấy hơn nhiều.

Mù màu đỏ là chứng thiếu màu đỏ-lục, nguyên nhân do mất cảm giác màu đỏ, gây
ra sự thiếu phân biệt có thể nhận thấy được giữa màu đỏ, cam, vàng, và lục. Ngoài
ra, độ sáng của các màu đỏ, cam, và vàng giảm đột ngột so với mức bình thường.
Hiệu ứng cường độ suy giảm có thể làm cho đèn tín hiệu giao thông màu đỏ trông
tối đen (không có ánh sáng), và màu đỏ (nói chung) trông đen nghịt hoặc xám đen.
Người bị mù màu đỏ thường học cách phân biệt chính xác giữa màu đỏ và màu lục,
và màu đỏ từ màu vàng, chủ yếu dựa trên độ sáng biểu kiến của chúng, chứ không
dựa trên bất kì sự khác biệt màu sắc có thể nhận thức được nào. Màu lục nói chung
thường trông sáng hơn màu đỏ đối với những người này. Vì ánh sáng đỏ xuất hiện
ở một đầu của phổ khả kiến, nên có một chút chồng lấn trong độ nhạy với hai loại
tế bào hình nón kia, và người mù màu đỏ bị mất cảm giác rõ rệt với ánh sáng ở
phía bước sóng dài (màu đỏ) của quang phổ. Những người có khiếm khuyết về sự
nhìn màu này có thể phân biệt giữa màu lam và màu vàng, nhưng nhạt hơn, màu
tím, và màu tía không thể phân biệt từ các bóng khác nhau màu lam, do sự suy
giảm thành phần đỏ trong những màu này.

Những người bị mù màu lục, chứng thiếu cảm giác màu lục, có nhiều vấn đề về
phân biệt màu sắc tương tự như người mù màu đỏ, nhưng có mức độ nhạy khá bình
thường trong phổ khả kiến. Do vị trí của ánh sáng lục nằm ở giữa của phổ ánh sáng
khả kiến, và đường cong độ nhạy chồng lấn của các cơ quan thụ cảm hình nón, nên
có một số phản ứng của các cơ quan thụ quang đỏ và lam với các bước sóng lục.
Mặc dù mù màu lục có liên quan với ít nhất là một phản ứng độ sáng với ánh sáng
lục (và ít suy giảm cường độ dị thường), nhưng những cái tên đỏ, cam, vàng, và lục
đối với người mù màu lục dường như là quá nhiều thuật ngữ cho những màu trông
y hệt nhau. Tương tự, các màu lam, tím, tía, và những màu nhạt hơn cũng không
thể phân biệt được với những người mắc chứng mù màu này.

Mù màu lam là sự thiếu cảm giác màu lam, và tạo ra sự thiếu màu lam-vàng trong
sự nhìn màu. Những người bị khuyết tật này không thể phân biệt màu lam và màu
vàng, nhưng thật sự có thể ghi nhận sự khác biệt giữa màu đỏ và màu lục. Chứng
này khá hiếm, và xảy ra ngang ngửa ở cả hai giới. Những người mù màu lam
thường không có nhiều khó khăn trong việc thực hiện những công việc hàng ngày
như những người mắc chứng nhị sắc đỏ-lục. Vì các bước sóng lam chỉ xuất hiện ở
một đầu của quang phổ, và có một chút sự chồng lấn độ nhạy với hai loại tế bào
hình nón kia, nên toàn bộ sự mất cảm giác trong vùng phổ đó có thể khá gay gắt
đối với kiểu tật này.

Khi có một sự mất cảm giác màu do một tế bào thụ cảm hình nón, nhưng các tế
bào hình nón vẫn hoạt động, thì sự khiếm khuyết màu sắc nhìn được xem là tam
sắc bất thường, và chúng được phân loại tương tự như loại nhị sắc. Sự lộn xộn
thường tăng thêm do các chứng tật này lại được đặt tên tương tự, nhưng có thêm
hậu tố dị thường. Như vậy, sự mù màu đỏ dị thường và mù màu lục dị thường
mang lại các vấn đề ghi nhận màu sắc tương tự như chứng nhị sắc đỏ-lục, mặc dù
không rõ rệt lắm. Mù màu đỏ dị thường được xem là sự nhìn màu “yếu màu đỏ”,
với màu đỏ (hoặc bất kì màu nào có thành phần đỏ) trông nhạt hơn bình thường, và
màu sắc lệch về phía màu lục. Người bị mù màu lục biểu hiện “sự yếu màu lục”,
và có những khó khăn tương tự trong việc phân biệt giữa những dao động nhỏ
trong màu sắc rơi vào vùng đỏ, cam, vàng, và lục của phổ khả kiến. Điều này xảy
ra do màu sắc trông có vẻ lệch về phía đỏ. Trái lại, những người mù màu lục không
bị mất độ sáng như người mù màu đỏ. Nhiều người có các biến thể tam sắc dị
thường này có chút ít khó khăn trong việc thực hiện công việc đòi hỏi sự nhìn màu
bình thường, và một số thậm chí còn không nhận thức được là sự nhìn màu của họ
bị suy yếu. Mù màu lam dị thường, hay sự yếu màu lam, không được xem là một
khiếm khuyết di truyền. Trong một số trường hợp sự khiếm khuyết đó được ghi
nhận, người ta cho rằng nó là do tự có chứ không phải di truyền. Một số bệnh về
mắt (như bệnh tăng nhãn áp, tấn công các tế bào hình nón lam) có thể gây ra chứng

mù màu lam. Sự mất tế bào hình nón màu lam vùng ngoại biên là phổ biến nhất
trong số các bệnh này.

Không kể các hạn chế, có một số lợi thế thị giác độc đáo đối với bệnh mù màu,
như tăng khả năng phân biệt các vật ngụy trang. Đường nét, chứ không phải màu
sắc, chịu trách nhiệm ghi nhận hình ảnh, và sự cải thiện tình trạng nhìn đêm có thể
do những khiếm khuyết nhìn màu nhất định. Trong quân sự, những người lính bắn
tỉa và chỉ điểm mù màu có giá trị cao vì những lí do này. Hồi đầu những năm 1900,
trong một nỗ lực nhằm đánh giá sự nhìn màu bất thường của con người, kính nhìn
Nagel đã được phát triển. Sử dụng thiết bị này, người quan sát điều chỉnh các nút
điều khiển để canh chỉnh hai trường màu cho màu sắc và độ sáng. Một phương
pháp đánh giá khác, phép kiểm tra đĩa Ishihara cho chứng mù màu, đặt theo tên
tiến sĩ Shinobu Ishihara, phân biệt giữa sự nhìn màu sắc bình thường và chứng mù
màu đỏ-lục (xem hình 7). Một phép kiểm tra đưa ra cho sự nhìn màu bình thường
có thể phát hiện sự khác biệt màu sắc giữa hình và nền. Với nhà quan sát bị khiếm
khuyết màu đỏ-lục, các đĩa trông cùng một màu, không có sự phân biệt giữa hình
và hoa văn nền.

Là một phần tự nhiên của quá trình lão hóa, mắt người bắt đầu nhận màu sắc khác
đi trong những năm về sau, nhưng không trở nên “mù màu” như ý nghĩa thật sự
của thuật ngữ. Sự lão hóa làm vàng và tối thủy tinh thể cùng giác mạc, hiệu ứng
thoái hóa cũng đi cùng với sự co rút kích thước con ngươi. Với sự vàng hóa, các
bước sóng ngắn của ánh sáng khả kiến bị hấp thụ, nên màu lam trông tối đi. Hệ quả
là những người già thường gặp khó khăn trong việc phân biệt giữa các màu sắc
khác biệt cơ bản ở thành phần lam của chúng, như màu lam và xám, hoặc màu đỏ
và tía. Ở tuổi 60, khi so với năng lực nhìn ở tuổi 20, chỉ có 33% ánh sáng tới trên
giác mạc đi tới các tế bào thụ quang trong võng mạc. Giá trị này giảm xuống còn
khoảng 12,5% khi tuổi giữa 70.

Sự điều tiết của mắt là hoạt động sinh lí điều chỉnh thành phần thủy tinh thể nhằm

làm thay đổi hệ số khúc xạ và mang các vật ở gần mắt vào điểm hội tụ sắc nét. Các
tia sáng ban đầu bị khúc xạ tại bề mặt giác mạc sẽ bị hội tụ thêm sau khi đi qua
thủy tinh thể. Trong sự điều tiết, sự co cơ tròn làm thư giãn sức căng trên thủy tinh
thể, mang lại sự thay đổi hình dạng của mô trong suốt và mềm dẻo đó, đồng thời
cũng hơi đưa nó ra trước. Kết quả dây chuyền của sự biến đổi thủy tinh thể là điều
chỉnh tiêu cự của mắt để mang ảnh chính xác vào tiêu điểm trên lớp tế bào nhạy
sáng có trên võng mạc. Sự điều tiết cũng làm giãn sức căng tác dụng lên thủy tinh
thể bởi các sợi zoule, và cho phép mặt trước của thủy tinh thể tăng độ cong của nó.
Mức độ tăng khúc xạ, cùng với sự hơi lệch vị trí của thủy tinh thể, mang vật ở gần
mắt vào tiêu điểm.

Tiêu điểm trong mắt được điều khiển bởi sự kết hợp của các thành phần gồm mống
mắt, thủy tinh thể, giác mạc, và mô cơ, có thể làm thay đổi hình dạng của thủy tinh
thể sao cho mắt có thể hội tụ cả những vật ở gần lẫn ở xa. Tuy nhiên, trong một số
trường hợp, các cơ này không hoạt động thích đáng hoặc mắt hơi bị biến đổi hình
dạng, và tiêu điểm không cắt qua võng mạc (một trạng thái thường gọi là sự nhìn
hội tụ). Khi già, thủy tinh thể trở nên cứng hơn và không thể làm hội tụ một cách
chính xác, dẫn đến sự nhìn nghèo nàn. Nếu điểm hội tụ rơi vào phía trước võng
mạc, trạng thái được gọi là cận thị, và những người có tật này không thể hội tụ các
vật ở xa. Trong trường hợp mà tiêu điểm nằm phía sau võng mạc, mắt sẽ gặp rắc
rối khi hội tụ những vật ở gần, tạo ra một trạng thái gọi là viễn thị. Những tật này
của mắt luôn có thể chữa bằng cách đeo kính (hình 8), dùng một thấu kính lõm để
chữa cận thị và một thấu kính lồi để chữa viễn thị.





Sự nhìn hội tụ không phải hoàn toàn do sinh lí và có thể ảnh hưởng bằng cách tập
luyện, nếu như mắt không bị dị tật. Những bài tập lặp đi lặp lại có thể được sử

dụng để phát triển sự nhìn hội tụ mạnh. Các vận động viên, ví dụ vận động viên
bóng rỗ, có sự nhìn hội tụ tốt. Tại mỗi thời điểm, hai mắt phải phối hợp với nhau
để duy trì sự nhìn hai mắt, với hệ thống cơ thần kinh phản ứng nhanh và chính xác
thường không biết mệt mỏi, điều khiển tính linh động và sự phối hợp của chúng.
Những thay đổi độ tụ của mắt hoặc chuyển động của đầu được xem xét trong
những tính toán thực hiện bởi hệ thị giác phức tạp nhằm tạo ra thông tin thần kình
thích hợp cho cơ mắt. Một chuyển động 10 độ của mắt có thể hoàn thành trong
khoảng 40 mili giây, với những tính toán xảy ra nhanh hơn mắt có thể đạt tới mục
tiêu dự định của nó. Chuyển động nhỏ của mắt được gọi là giật mắt, và chuyển
động lớn hơn từ điểm này đến điểm khác được gọi là xoay mắt.

Hệ thị giác của con người không phải chỉ phát hiện ánh sáng và màu sắc, mà như
trong quang hệ, nó phải có thể phân biệt rõ giữa các vật, hoặc một vật và phông
nền của nó. Được gọi là độ tương phản sinh lí, hoặc sự nhận thức độ tương phản,
mối quan hệ giữa độ sáng khả kiến của hai vật nhìn tại cùng một thời điểm (tương
phản đồng thời) hoặc nhìn liên tiếp (tương phản liên tiếp) so với nền, có thể, hoặc
không thể giống nhau. Với hệ thị giác của con người, độ tương phản giảm trong
môi trường tối và người ta sẽ chịu sự khiếm khuyết màu sắc giống như người mù
màu đỏ-lục. Độ tương phản phụ thuộc vào sự nhìn hai mắt, độ sắc thị giác, và việc
xử lí ảnh bởi vỏ não thị giác. Một vật có độ tương phản thấp, không thể nào phân
biệt được nó với phông nền trừ khi nó đang chuyển động, được gọi là ngụy trang.
Tuy nhiên, những người mù màu thường có khả năng phát hiện các vật ngụy trang
do tăng sự nhìn bởi tế bào hình que và mất khả năng xử lí các màu sai lạc. Sự tăng
độ tương phản có nghĩa là tăng độ khả kiến, và giá trị định lượng cho sự tương
phản thường được biểu diễn bằng phần trăm hoặc tỉ số. Dưới những điều kiện tốt
nhất, mắt trần có thể phát hiện sự có mặt của 2% độ tương phản.

Với sự nhìn của con người, sự tăng biểu kiến độ tương phản nhận được trong một
vùng hẹp trên mỗi mặt ranh giới giữa hai khu vực có độ sáng và/hoặc màu sắc khác
nhau. Vào cuối thế kỉ 19, nhà vật lí học người Pháp Michel E. Chevreul đã phát

hiện thấy độ tương phản đồng thời. Là một chức năng đặc biệt của nhận thức thị
giác của con người, phần rìa hay đường biên của vật luôn trông nổi bật, tách vật ra
khỏi phông nền của nó và làm dịu đi sự định hướng không gian. Khi đặt trên một
nền sáng chói, vùng rìa của một vật tối trông nhạt hơn phần còn lại của nền (trong
thực tế, độ tương phản đã tăng lên). Với hiện tượng nhận thức này, màu sắc có độ
tương phản mạnh nhất, màu bù, được tạo ra (bởi não) tại vùng rìa. Vì màu sắc và
phần bù của nó được nhận thức đồng thời, nên thu được kết quả là sự tương phản
đồng thời. Khung viền và các đường ranh giới khác tách rời khu vực tương phản có
xu hướng làm giảm hiệu ứng (hoặc sự chiếu sáng) bằng việc loại trừ sự tương phản
ở mép rìa. Nhiều dạng kính hiển vi quang học, đáng chú ý nhất là kính hiển vi rọi
sáng tương phản pha, đã khai thác đặc điểm này của hệ thị giác con người. Bằng
cách làm tăng độ tương phản vật lí của ảnh mà không phải làm biến đổi vật thông
qua nhuộm màu hoặc những kĩ thuật khác, mẫu vật tương phản pha được bảo vệ
khỏi bị phá hủy hoặc chết (trong trường hợp mẫu vật sống).

Phản ứng tần số không gian của mắt người có thể đánh giá bằng việc xác định khả
năng phát hiện một dãy vạch trong cách tử điều biến sin. Cách tử kiểm tra có các
vùng (vạch) xen kẽ sáng và tối, tăng tuyến tính từ tần số cao đến tần số thấp dọc
theo trục ngang, còn độ tương phản giảm theo hàm mũ từ trên xuống dưới. Ranh
giới giữa các vạch chỉ có thể phân biệt bởi những người có sự nhìn bình thường từ
7 đến 10 chu kì/độ. Đối với sự nhìn không màu, khi tần số không gian rất thấp
(khoảng cách giữa các vạch rộng), yêu cầu phải có độ tương phản cao mới phát
hiện được sự biến đổi cường độ theo dạng sin. Khi tần số không gian tăng, con
người có thể phát hiện những chu kì có độ tương phản thấp, đạt tới cực đại khoảng
8 chu kì/độ trong trường thị giác. Bên ngoài điểm đó, một lần nữa phải yêu cầu có
độ tương phản cao hơn nữa mới có thể phát hiện các vạch sin mảnh hơn.

Việc kiểm tra hàm truyền điều tiết của hệ thị giác con người cho thấy độ tương
phản là cần thiết để phát hiện ra sự biến đổi độ chói ở cách tử dạng sin chuẩn hóa
khi tăng lẫn giảm tần số không gian. Về mặt thì mắt xử sự hơi khác với một dụng

cụ tạo ảnh đơn giản (ví dụ như camera phim hoặc bộ cảm biến CCD). Hàm truyền
điều biến của một hệ camera hội tụ, đơn giản đạt cực đại tại tần số không gian bằng
không, với mức độ điều biến giảm xuống 0 tại tần số ngưỡng của camera.

Khi độ chói của quang cảnh dao động tuần hoàn vài lần trong một giây (như xảy ra
với màn hình máy tính và tivi), con người nhận thức được một cảm giác kích thích,
mặc dù các cảnh liên tiếp là tách rời nhau. Khi tần số dao động tăng, sự kích thích
cũng tăng và đạt tới cực đại ở khoảng 10 hertz, nhất là khi lóe sáng xen kẽ với cảnh
tối. Ở những tần số cao hơn, các cảnh không còn xuất hiện rời rạc, và các vật bị dời
chỗ từ cảnh này sang cảnh khác bây giờ được nhận thức là đang chuyển động êm
ái. Thường được gọi là sự rung hình, cảm giác dao động sáng kích thích có thể duy
trì lên đến 50-60 hertz. Ở ngoài một tần số và độ chói nhất định, gọi là tần số rung
hình tới hạn, sự rung màn ảnh không còn được nhận thấy. Đây là nguyên nhân chủ
yếu vì sao mà việc tăng tốc độ làm tươi màn hình máy tính từ 60 lên 85-100 hertz
tạo ra sự hiển thị ổn định, không rung hình.




Những tiến bộ trong công nghệ chế tạo bán dẫn, đặc biệt là kĩ thuật oxit kim loại
bổ chính (CMOS) và CMOS lưỡng cực (BiCMOS) đã đưa tới một thế hệ mới của
các bộ cảm quang mini có phạm vi động học khác lạ và phản ứng nhanh. Gần đây,
dãy chip cảm biến CMOS đã được sắp xếp để mô phỏng hoạt động của võng mạc
con người. Những cái gọi là mắt chip này, bằng cách kết hợp quang học, sự nhìn
của con người, và các bộ vi xử lí, đang phát triển khoa mắt qua lĩnh vực mới quang
sinh thái học. Võng mạc bị hỏng do các chứng bệnh suy nhược thị giác, như viêm
màng lưới võng mạc hoặc thoái hóa, cũng như sự lão hóa và các thương tổn đến
võng mạc, cướp đi sự nhìn, đang được chữa bằng cách cấy mắt chip. Mắt chip
silicon chứa khoảng 3500 bộ dò sáng mini gắn trên các điện cực kim loại bắt chước
chức năng của các tế bào hình que và hình nón ở mắt người. Các bộ dò sáng hấp

thụ ánh sáng tới khúc xạ bởi giác mạc và thủy tinh thể và tạo ra một lượng nhỏ
điện tích kích thích các neuron võng mạc. Có đường kính 2mm (xem hình 9), võng
mạc thay thế dày phân nửa một mảnh giấy bình thường, và được cấy vào một lỗ
nằm phía dưới võng mạc bị hỏng.

Là một sự thay thế cho mắt chip, việc thay ghép võng mạc bằng một bộ xử lí tín
hiệu số và một camera gắn trên một cặp kính, thu lấy và truyền hình ảnh của vật
hoặc quang cảnh. Không có dây truyền, ảnh được gởi tới một chip nhận ghép phía
sau lớp võng mạc, nơi các xung thần kinh được truyền lên não. Tuy nhiên, võng
mạc nhân tạo sẽ không trị được bệnh tăng nhãn áp hoặc các tật nhìn hỏng các sợi
thần kinh dẫn tới dây thần kinh thị giác. Khi quang sinh thái học phát triển, người
ta có thể hiểu tốt hơn về hệ thị giác phức tạp của con người.