Mắt người có các cơ quan thụ cảm trong võng mạc và hệ quang học 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 tronghình 2.1). Có thể chia quá trình thụ cảm thị giác thành hai quá trình: quá trình thuộc về quang hệ và quá trình thuộc về quang lượng tử.
Quá trình thuộc về quang hệ: những thành phần của quang hệ phối hợp
với nhau, tạo nên ảnh của các vật rơi vào tầm nhìn của mắt.
Quá trình thuộc về lượng tử: gồm các phản ứng quang hóa xảy ra khi
ánh sáng tác dụng lên tế bào thị giác (tế bào hình que, hình nón) và biến nó thành tín hiệu điện truyền lên não.
Dưới tác động của ánh sáng và sự hiện diện của sinh tố A, các hợp chất hóa học cản quang trong tế bào hình nón và hình que bị phân giải, tạo nên những sản phẩm tác động đến màng các tế bào que và nón, gây nên một xung động thần kinh, truyền những thông tin thị giác theo các sợi thần kinh, qua giao thoa thị giác (optic chiasma).
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.
Hình 2.12 : Cơ chế truyền tín hiệu quang
Sự Chuyển Hóa Rhodopsin & Tế Bào Hình Que (Rod Cell)[4]:
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 500 nm). 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.
Trong các tế bào que có sắc tố rhodopsin (visual purple). Chúng gồm một
protein là opsin (opsin của tế bào que còn gọi là scotopsin) liên kết với một
nhóm phụ làretinal(aldehyde của vitamin A).
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hành động thị giác đầu tiên được bắt đầu từ sự hấp thụ năng lượng của các lượng tử bởi phân tử sắc tố cảm ứng. Dưới tác dụng của ánh sáng sẽ xảy ra quá trình phân hủy quang hóa rhodopsin thành retinal và scotopsin tự do gây kích thích các tế bào thụ cảm tạo xung thần kinh cho ta cảm giác thị giác. Để tổng hợp lại rhodopsin, retinal kết hợp với scotopsin để tạo ra rhodopsin đảm bảo khả năng kích thích tiếp các tế bào hình que. Một mặt rhodopsin có thể được tổng hợp từ retinal và scotopsin mặt khác có thể từ vitamin A và scotopsin. Các phản ứng trong võng mạc có rất nhiều men ảnh hưởng tới như men ADG, DPG ….. Chu trình biến đổi của rhodopsin diễn biến qua nhiều giai đoạn trung gian rất phúc tạp, có thể biểu diễn chu trình đó qua sơ đồHình 2.14.
Trong tất cả các thuyết giải thích cơ chế kích thích các cơ quan thụ cảm trong quá trình phân hủy sắc tố cảm sáng có hai thuyết đáng chú ý: thuyết men của Iold và thuyết ion của Bontin_Begem.
Thuyết men Iold: Iold cho rằng rhodopsin là chất sinh men. Sự hoạt hóa
men được thực hiện nhờ tác dụng của photon làm giải phóng tâm hoạt động mà trong tối bị phân tử retinal “che giấu“. Scotopsin thể hiện hoạt tính làm xuất hiện điện thế thụ cảm. Giả thiết rằng rhodopsin hoặc tự bản thân có tính chất của ATP.aza hoặc liên quan tới ATP.aza.
Thuyết ion Bontin_Begem: dựa trên sự tồn tại của các gradient ion giữa
các tế bào thụ cảm và môi trường xung quanh và về bản chất mối liên kết giữa các phân tử retinal và scotopsin.
Thuyết Thị Giác Màu Ba Thành Phần & Tế Bào Nón (Cone Cell)[4]:
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 590 nm. 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.Transducinlà 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.
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 430 nm ở quy mô lớn hơn nhiều so với hai loại tế bào hình nón kia.
được nhờ ba loại tế bào nón, mỗi loại có một loại protein làopsin (opsin của tế bào nón còn được gọi làfotopsin) riêng, kết hợp vớiretinaltạo thành sắc tố gọi chung làphotopsin (iodopsin). Ba loại tế bào nón này là tế bào đỏ, lục và lam
(tương ứng với các màu mà photosin của chúng hấp thu nhiều nhất). Phổ hấp thu của những sắc tố này chồng lên nhau và cảm giác của não phụ thuộc vào sự kích thích khác nhau của hai hay nhiều loại tế bào nón.
Minh họa trong Hình 2.15 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. 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.
.