Anatomia oka
Oczy znajdują się w oczodołach czaszki, które zapewniają ochronę dla oczu, jak również stanowią miejsce zakotwiczenia tkanek miękkich, które wspierają funkcje oka. Powieki, z rzęsami na ich wiodących krawędziach, pomagają chronić oko przed otarciami poprzez blokowanie cząstek, które mogą dostać się na jego powierzchnię. Od wewnętrznej powierzchni każdej powieki odchodzi cienka błona śluzowa zwana spojówką, która pokrywa powierzchnię oka. Łzy są produkowane przez gruczoły łzowe, które znajdują się powyżej i po bokach oczodołu w każdym oku, i przepływają przez spojówkę, aby zmyć cząsteczki, które mogły przedostać się przez rzęsy i powieki. Łzy spływają przez przewody nosowo-łzowe, znajdujące się po przyśrodkowej stronie każdego oczodołu, do jamy nosowej.
Anatomiczne cechy tkanek otaczających oko (a) i układ łzowy (b). This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Komponenty oka
Samo oko jest pustą kulą składającą się z trzech warstw tkanki. Najbardziej zewnętrzną warstwą jest tunika włóknista, która jest białą twardówką i przejrzystą rogówką. Obie części tuniki włóknistej są ciągłe, choć mają różne właściwości. Twardówka stanowi 5/6 powierzchni oka, z czego większość jest niewidoczna (choć ludzie są wyjątkowi, gdyż tak duża część „białkówki” jest widoczna). Rogówka pokrywa przednią część oka i przepuszcza światło do wnętrza oka, gdzie ostatecznie stymuluje fotoreceptory. Kolejną warstwą oka jest tunika naczyniowa, która składa się głównie z naczyniówki, silnie unaczynionej tkanki łącznej, która zapewnia dopływ krwi do sąsiadujących tkanek. Naczyniówka znajduje się za ciałem rzęskowym, strukturą mięśniową, która jest połączona z soczewką za pomocą więzadła zawieszającego. Ciało rzęskowe skupia światło na tylnej części oka. Nad ciałem rzęskowym, widocznym w przedniej części oka, znajduje się tęczówka, kolorowa część oka, która otwiera się w centrum jako źrenica. Najbardziej wewnętrzną warstwą oka jest tunika nerwowa, która jest siatkówką lub tkanką nerwową, która jest odpowiedzialna za fotorecepcję.
Anatomiczne cechy oka. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Komory oka
Oko jest również podzielone na dwie jamy, przednią i tylną. Komora przednia, czyli przednia jama, to przestrzeń między rogówką a tęczówką. Tylna komora znajduje się pomiędzy tęczówką a soczewką. Zarówno komora przednia, jak i tylna wypełnione są wodnistym płynem zwanym humorem wodnistym. Tylna komora ciała szklistego (również tylna jama) znajduje się za soczewką i jest wypełniona bardziej lepkim płynem zwanym humorem szklistym (ciałem szklistym).
Ruch gałki ocznej
Ruch gałki ocznej w obrębie oczodołu jest realizowany przez skurcz sześciu mięśni zewnątrzgałkowych, które wywodzą się z kości oczodołu i wchodzą na powierzchnię oka.
Mięśnie kontrolujące ruch gałki ocznej. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
Każdy z tych mięśni jest unerwiony przez jeden z nerwów czaszkowych, jak podsumowano w poniższej tabeli.
Skupianie światła na siatkówce
Siatkówka, gdzie znajdują się fotoreceptory, znajduje się w tylnej części oka. Aby siatkówka mogła przekazywać najbardziej odpowiednie informacje do mózgu, promienie świetlne muszą trafiać do komórek siatkówki w odpowiednim skupieniu i z odpowiednią intensywnością. Rogówka, źrenica (środek tęczówki) i soczewka są odpowiedzialne za spełnienie tych wymagań.
Gdy światło przechodzi z jednego ośrodka (takiego jak powietrze) do innego (takiego jak rogówka lub soczewka), promienie, które nie wchodzą pod kątem 90 stopni, zostaną załamane lub zgięte. Ponieważ zarówno rogówka, jak i soczewka mają zakrzywione powierzchnie, załamują one część promieni świetlnych wpadających do oka. W ten sposób kompresują obraz tego, co widzimy, tak aby duża ilość informacji wizualnych mogła zostać przetworzona przez niewielką ilość tkanki siatkówki. Rogówka załamuje więcej światła niż soczewka, ponieważ jej powierzchnia jest bardziej zakrzywiona, ale soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a tym samym precyzyjnego dostrojenia ilości załamania niezbędnego do skupienia promieni świetlnych na siatkówce. Proces ten znany jest jako akomodacja.
Załamanie promieni świetlnych podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego (a), np. przez rogówkę i soczewkę (b). This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Soczewka zmienia swój kształt w odpowiedzi na zmiany w napięciu mięśni rzęskowych na więzadłach zawieszających (zwanych również zonulami), które utrzymują soczewkę na miejscu. Kiedy mięśnie rzęskowe kurczą się, więzadła zawieszające są mniej uczone, co powoduje, że soczewka staje się nieco bardziej kulista i bardziej załamuje światło. Dzieje się tak, gdy oglądane obiekty znajdują się blisko lub są przesunięte bliżej. Światło pochodzące od przedmiotów oddalonych nie wymaga tak dużego załamania i jest oglądane z rozluźnionymi mięśniami rzęskowymi i większym napięciem na soczewce, co powoduje, że staje się ona bardziej podłużna. Związek między mięśniami rzęskowymi a wyuczalnością więzadeł podwieszających jest dla większości osób sprzeczny z intuicją, ale oko ma unikalną anatomię, która prowadzi do tego związku. Zobacz poniższy film.
Akomodacja soczewki przy widzeniu dalekim i bliskim. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Wraz z akomodacją soczewki, gdy przedmioty są blisko, źrenica ma również tendencję do zwężania się, aby mniej światła peryferyjnego dostało się do tylnej komory oka. W ten sposób, obiekty mogą być postrzegane bardziej wyraźnie. Źrenica zwęża się również, gdy warunki są jasne i rozszerza się przy słabym oświetleniu. W ten sposób siatkówka może otrzymać odpowiednią ilość światła, aby aktywować swoje fotoreceptory bez wybielania ich zbyt dużą ilością światła.
Zmiany w widzeniu
Czasami struktury oka nie załamują światła odpowiednio, przez co skupia się ono albo przed (krótkowzroczność) albo za (nadwzroczność) siatkówką. Może się to zdarzyć na przykład wtedy, gdy oko nie jest idealnie okrągłe. W celu skorygowania nieprawidłowości w refrakcji światła, okulary lub soczewki kontaktowe mogą być dodane do systemu, aby lepiej skupić światło na siatkówce i poprawić widzenie.
Korekcja nieprawidłowości w refrakcji światła w oku. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Normalne załamanie światła prowadzi do tego, że promienie świetlne zbiegają się na siatkówce (a). W przypadku nadwzroczności, promienie świetlne skupiają się za siatkówką. Koryguje się to za pomocą soczewki wypukłej, która zaczyna uginać światło, zanim dotrze ono do rogówki (b). W przypadku krótkowzroczności promienie świetlne skupiają się przed siatkówką. Koryguje się to za pomocą soczewki wklęsłej, aby rozproszyć promienie świetlne zanim dotrą do rogówki (c).
Siatkówka
Przedyskutowaliśmy już struktury oka, które dostarczają i skupiają światło na siatkówce. Siatkówka składa się z kilku warstw i zawiera wyspecjalizowane komórki do wstępnego przetwarzania bodźców wizualnych, podczas gdy reszta przetwarzania wizualnego odbywa się w centralnym układzie nerwowym.
Fotoreceptory znajdują się w warstwie siatkówki najbliższej tylnej części oka (warstwa najbardziej zewnętrzna). Kiedy są one stymulowane przez energię świetlną, zmieniają swój potencjał błonowy i ilość neuroprzekaźnika uwalnianego do komórek dwubiegunowych. Komórki dwubiegunowe łączą się z komórkami zwojowymi siatkówki (RGC), gdzie komórki amakrynowe również biorą udział w przetwarzaniu siatkówki, takim jak wzmocnienie kontrastu i wykrywanie krawędzi. Aksony RGC, które znajdują się w najbardziej wewnętrznej części siatkówki, zbierają się w tarczy nerwu wzrokowego i opuszczają oko jako nerw wzrokowy. Ponieważ aksony przechodzą przez ścianę oka na tarczy nerwu wzrokowego, nie ma tam fotoreceptorów, co powoduje powstanie „ślepej plamki” w siatkówce. Ślepa plamka w obu siatkówkach przypada na siatkówkę przyśrodkową i nie przetwarza odpowiednich regionów pola widzenia.
Warstwy siatkówki w zabarwionej tkance (a) i jako rysunek (b). This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
W samym centrum siatkówki znajduje się punkt, w którym światło jest skupiane przez soczewkę i w którym występuje największa ostrość widzenia. Jest to tzw. fovea i jest to małe wgłębienie w warstwach siatkówki, gdzie nie ma naczyń krwionośnych, komórek zwojowych ani komórek dwubiegunowych, które przeszkadzałyby w dotarciu światła do komórek receptorowych. Ponieważ więcej światła dociera do komórek receptorowych w okolicy fovea, to właśnie w tym rejonie ostrość widzenia jest największa. Od tego centralnego punktu siatkówki ostrość widzenia spada w kierunku siatkówki obwodowej. Różnicę tę można łatwo zaobserwować, patrząc bezpośrednio na słowo w środku tego akapitu. Bodziec wzrokowy znajdujący się dokładnie w środku pola widzenia pada na fovea i jest najostrzejszy. Nie odrywając wzroku od tego słowa, zauważ, że słowa na początku lub końcu akapitu nie są w centrum uwagi. Poza słowami na ekranie komputera, bodźce wzrokowe są mniej ostre do tego stopnia, że na krawędziach pola widzenia pojawiają się niewyraźne, rozmazane kształty, których nie można jednoznacznie zidentyfikować. Duża część funkcji neuronalnych wspierających system wizualny dotyczy poruszania oczami i głową tak, aby ważne bodźce wizualne były wyśrodkowane na fovea siatkówki.
Anatomia fovea. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Komórki fotoreceptorowe
Światło padające na siatkówkę powoduje zmiany chemiczne w cząsteczkach pigmentu (zwanych opsynami) w fotoreceptorach, co ostatecznie prowadzi do zmiany aktywności komórek zwojowych siatkówki. Komórki fotoreceptorowe składają się z dwóch części, segmentu wewnętrznego i segmentu zewnętrznego (Rysunek 9). 
Struktura komórek fotoreceptorowych. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Segment wewnętrzny zawiera jądro i inne wspólne organelle komórki, podczas gdy segment zewnętrzny jest wyspecjalizowanym regionem komórki, w którym odbywa się fotorecepcja. Istnieją dwa rodzaje fotoreceptorów, pręciki i czopki, w zależności od kształtu ich segmentu zewnętrznego. Segmenty zewnętrzne fotoreceptorów pręcikowych zawierają stos dysków związanych z błoną, które zawierają światłoczuły pigment opsynowy zwany rodopsyną, wrażliwy na szerokie pasmo światła (światło białe). Zewnętrzne segmenty komórek stożkowych w kształcie stożka zawierają jeden z trzech światłoczułych pigmentów opsynowych, zwanych fotopsynami. Każda z trzech fotopin jest wrażliwa na określone pasmo światła, odpowiadające kolorom: czerwonemu, zielonemu lub niebieskiemu, co pozwala na rozróżnianie kolorów. 
Wrażliwość fotoreceptorów pręcikowych i czopkowych na długość fali światła. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Gdy komórka fotoreceptorowa jest aktywowana przez foton o długości fali bliskiej długości, na którą jest wrażliwa, energia światła powoduje zmianę w jej cząsteczce opsyny zwaną fotoizomeryzacją. Fotoizomeryzacja jest pierwszym krokiem w procesie, który ostatecznie prowadzi do zmiany potencjału membranowego fotoreceptora. Dopóki opsyna nie zmieni swojego pierwotnego kształtu, komórka fotoreceptora nie może reagować na energię świetlną, co nazywane jest wybielaniem. Gdy duża grupa opsyn ulegnie wybieleniu, widzenie będzie zaburzone do czasu, gdy wystarczająca liczba opsyn powróci do stanu receptywnego. Być może doświadczyłeś tego po jasnym błysku z aparatu fotograficznego.
Adaptacja do światła i ciemności
Ponieważ rodopsyna znajdująca się w komórkach pręcików jest najbardziej wrażliwa na światło białe, podczas gdy komórki czopków są specyficzne dla koloru, pręciki są przystosowane do widzenia w warunkach słabego oświetlenia, a czopki są przystosowane do jaśniejszych warunków. W normalnym świetle słonecznym rodopsyna jest stale wybielana, a czopki są aktywne. W zaciemnionym pomieszczeniu nie ma wystarczającej ilości światła, aby aktywować opsynę czopków, a widzenie jest całkowicie zależne od pręcików. Pręciki są tak wrażliwe na światło, że pojedynczy foton może wywołać potencjał czynnościowy w odpowiednim RGC. Trzy fotopsyny czopkowe, wrażliwe na różne długości fal świetlnych, mogą pomóc w widzeniu barwnym. Porównując aktywność trzech różnych czopków, mózg może wydobyć informacje o kolorze z bodźców wizualnych. Ponieważ pręciki są wybielane, gdy czopki są aktywne, a czopki nie mogą reagować na światło o niskim natężeniu, pręciki powodują widzenie monochromatyczne. W ciemnym pokoju wszystko jawi się jako cień szarości. Jeśli wydaje Ci się, że widzisz kolory w ciemności, to najprawdopodobniej dlatego, że Twój mózg wie, jakiego koloru jest coś i opiera się na tej pamięci. Jeśli idziesz przez ciemny salon i jesteś pewien, że kanapa wydaje się zielona, to dlatego, że już wiesz jaki to kolor, a nie dlatego, że postrzegasz ją za pomocą fotoreceptorów pręcikowych.
Przetwarzanie informacji wizualnych
Fotoreceptory i inne komórki neuronalne siatkówki wysyłają różne rodzaje informacji do mózgu. Obejmują one intensywność światła, kolory i rozkład przestrzenny otrzymanych informacji. Wszystkie te informacje są następnie przenoszone wzdłuż nerwu wzrokowego i do dróg wzrokowych, aby zostały rozprowadzone do jąder w mózgu. W miejscu, w którym nerw wzrokowy przechodzi w drogę wzrokową, znajduje się skrzyżowanie wzrokowe. W tym miejscu włókna przenoszące informacje z nosowej połowy siatkówki po każdej stronie dekusują się (krzyżują), tak że informacje z nosowej połowy siatkówki lewego oka przechodzą na prawą stronę mózgu i odwrotnie. W ten sposób lewa strona mózgu otrzymuje informacje z prawego pola widzenia każdego oka, a prawa strona mózgu otrzymuje informacje z lewego pola widzenia każdego oka. W ten sposób dopasowuje się stronność mózgu do kontroli motorycznej. Na przykład, informacje wizualne z lewej strony ciała i kontrola motoryczna lewych kończyn, są przetwarzane przez prawą półkulę mózgu.
Przedstawienie, w jaki sposób informacja wzrokowa ma boczność w mózgu. Diagram pokazuje, jak informacja z prawego pola widzenia jest dostarczana do lewego mózgu i jak informacja z lewego pola widzenia jest dostarczana do prawej strony mózgu. This work by Cenveo is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Informacje wzrokowe z dróg wzrokowych są przesyłane do różnych jąder w mózgu. Jądra te, wraz z rodzajem przetwarzania, w które są zaangażowane, są podsumowane w tabeli below.
Większość informacji wizualnych przepływa przez jądro boczne genitalne wzgórza do płata potylicznego w celu percepcji wizji. Stąd włókna będą przenosić niektóre informacje do regionów płatów ciemieniowych i skroniowych, zwanych wizualnymi obszarami asocjacyjnymi. Obszary te przyczyniają się do rozpoznawania obiektów (takich jak rozpoznawanie twarzy) i przetwarzania ruchu (takich jak łapanie poruszającej się piłki).
Jest ważne, aby rozpoznać, kiedy popularne media i źródła internetowe nadmiernie upraszczają złożone procesy fizjologiczne, aby nie generować nieporozumień. Ten film został stworzony przez producenta urządzeń medycznych, który może próbować podkreślić inne aspekty systemu wizualnego niż przetwarzanie siatkówki. Oświadczenie nie jest niepoprawne, po prostu łączy kilka kroków, co sprawia, że brzmi to tak, jakby RGC były tropicielami, a nie fotoreceptorami.