Có thể nói thị giác là giác quan quan trọng hàng đầu trong ngũ
quan của con người. Nhờ vào đôi mắt sáng con người có thể dễ dàng tự do đi
đứng, tư duy và sáng tạo. Cũng nhờ cặp mắt con người có thể chiêm ngưỡng vẻ đẹp
muôn màu muôn vẻ của thiên nhiên. Các thi sĩ do đó thường ví cặp mắt như là
ngưỡng cửa của tâm hồn. Mất đi thị giác mọi hoạt động căn bản con người đều bị
đình trệ
Gần đây khi càng hiểu rõ làm thế nào cặp mắt con người có thể để tạo nên những cảm nhận chính xác về kích thước, hình dáng, vị trí, chiều sâu, và màu sắc của sự vật bên ngoài, các nhà khoa học đã hết sức thán phục những đặc tính diệu kỳ của thị giác con người. Ngày nay nhiều khoa học gia đang tìm cách sử dụng những hiểu biết về thị giác để phát minh mắt nhân tạo thay thế cặp mắt tự nhiên. Tiếc thay ngay cả những máy móc tinh vi nhất hiện nay vẫn chưa thể thay thế khả năng thâu nhận, tổng hợp và phân tích của cặp mắt tự nhiên. Về nhiều phương diện chẳng hạn như khả năng phân biệt màu sắc và cường độ ánh sáng, cử động nhanh chậm, hình thể kích thước, khoảng cách xa gần của vật thể, mắt nhân tạo vẫn thua xa mắt tự nhiên. Bài viết sau đây giúp đọc giả có khái niệm tổng quát về chức năng và hoạt động của mắt tự nhiên.
Về phương diện giải phẫu học (anatomy), cặp mắt con người hoạt động như một bộ máy thâu hình tinh vi. Một chiếc máy thâu hình thông thường có hai bộ phận căn bản - bộ phận quang tụ (focusing optics) dùng để điều chỉnh điểm tập trung của ánh sáng đến từ vật thể đang được quan sát, và bộ phận thâu nhận (detection and processing) dùng để lưu trữ và phân tích những hình ảnh ghi nhận được từ vật thể. Bộ phận quang tụ thường bao gồm một hoặc nhiều thấu kính (lens) làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo (plastic) trong suốt, có khả năng hướng các tia sáng đến từ vật thể vào điểm hội tụ nằm tập trung trên bộ phận thâu nhận. Bộ phận thâu nhận bao gồm một hệ thống nhạy cảm với ánh sáng (sensors) có khả năng thâu nhận tín hiệu ánh sáng và chuyển các tín hiệu này đến hệ thống trung ương để lưu trữ và phân tích. Thị giác con người cũng có bộ phận quang tụ và thâu nhận. Bộ phận quang tụ của mắt bao gồm lớp giác mạc trong suốt ở ngoài cùng (cornea), tròng đen (iris), và đồng tử (pupil). Bộ phận thâu nhận bao gồm lớp võng mạc (retina) nằm phía sau bộ phận quang tụ của mắt. Tia sáng đến từ vật thể xuyên qua lớp giác mạc được hội tụ lại tạo nên hình ảnh (projected image) tập trung trên lớp võng mạc. Những tín hiệu ánh sáng từ hình ảnh này được so sánh, gạn lọc, kết hợp (preprocessing ) theo phương pháp song song (parallel) hoặc nối tiếp (series) nhờ váo một hệ thống mạng lưới neuron phức tạp nằm trên võng mạc và được chuyển lên hệ thống trung ương của não bộ để phân tích và tổng hợp thành hình ảnh sống động với màu sắc trung thực.
Khả năng càm nhận ánh sáng của mắt rất phong phú. Mắt có thể phân biệt ánh sáng với cường độ từ sáng qua tối khác nhau với tỉ lệ 1010 :1 trong khi các máy thâu hình tối tân chỉ có thể cảm nhận độ sáng khác nhau với tỉ lệ dưới 105:1. Nếu ánh sáng có cường độ quá cao, tròng đen sẽ điều chỉnh kích thước đồng tử để vừa đủ ánh sáng xuyên đến võng mạc. Nếu điểm hội tụ của các tia sáng xuyên qua lớp giác mạc không nằm trên võng mạc, những cơ mắt sẽ tự điều chỉnh phần thấu kính (lens) gắn liền phía sau giác mạc để thay đổi độ cong và độ dày của hệ thống giác mạc, khiến cho điểm hội tụ được dịch chuyển trở lại đúng vị trí nằm trên võng mạc. Theo thời gian, độ dày của lớp thấu kính này thường thay đổi, hoặc các cơ mắt trở nên kém linh động, tạo nên hiện tượng cận thị (nearsightedness) hoặc viễn thị (farsightedness). Các loại kính cận hoặc viễn thị có thể được dùng để giúp điều chỉnh điểm hội tụ trở lại đúng vị trí trên võng mạc. Ngày nay trong giời y khoa các bác sĩ có thể dùng tia sáng laser hoặc phẫu thuật điều chỉnh độ cong và độ dày của lớp giác mạc để chữa cận thị và viễn thị.
Mắt có thể nhìn thấy hình ảnh một cách rất chi tiết nhờ vào số lượng cảm quang (photoreceptor) khổng lồ - trung bình khoảng 120 triệu. Các máy thâu hình hiện đại cũng chỉ có khoảng vài triệu đơn vị cảm quang (photodetector). Mắt cũng có thể phân biệt khá chính xác chiều sâu, chiều rộng, chiều cao của cảnh vật nhờ vào độ sâu của lớp fovea trên võng mạc, trong khi đó các máy thâu hình đa số chỉ ghi nhận chiều cao và rộng. Để phân tích các tín hiệu nhận được, mỗi tế bào neuron cảm quang của mắt hoạt động như một computer chip riêng biệt, thực hiện các phép tính cộng trừ nhân chia, phóng đại (amplification), và các phép tính phức tạp khác. Hệ thống mạng lưới neuron của mắt hoạt động tương tự như một máy ảnh vi tính (image computer) hết sức tinh vi và phức tạp mà ngày nay khoa học vẫn chưa hoàn toàn hiễu rõ chi tiết.
Để phân biệt màu sắc, những tế bào cảm quang của mắt chia làm ba thành phần khác nhau, mỗi thành phần cảm nhận một loại màu sắc chính: đỏ (red), xanh lá cây (green) , hoặc xanh (blue). Tùy theo tỉ lệ của ba màu này kết hợp tạo nên đủ loại màu sắc khác nhau trong não bộ trung ương. Màu sắc ánh sáng thật ra chỉ là sản phẩm của thị giác. Ánh sáng được phân loại theo bước sóng (wavelength) dái ngắn, chớ không được phân loại theo màu sắc.
Thị giác con người chỉ có thể cảm nhận bước sóng khoảng 400 - 700 nm (1 nm = 10-9 m). Ánh sáng với bước sóng khoảng 650 nm gọi là ánh sáng 'đỏ'. Khoảng 550 nm là ánh sáng 'xanh lá cây', và 450 nm là ánh sáng 'xanh'. Mắt hầu như không thể phân biệt được màu 'vàng' của tia sáng 'vàng' (khoảng 600 nm) và tia sáng 'đỏ' (650 nm) kết hợp với tia sáng 'xanh lá cây' (550 nm) theo cường độ tỉ lệ 1:1. Nếu cường độ ánh sáng 'xanh' kết hợp với ánh sáng 'xanh lá cây' và ánh sáng 'đỏ' theo tỉ lệ 2:1:1, sẽ tạo nên ánh sáng 'trắng' đối với một người có thị giác bình thường. Các nhà sản xuất màn ảnh tivi đã tận dụng nguyên tắc trên để chế tạo hình ảnh màu (color display). Màu sắc của các hóa phẩm chế biến cũng được pha trộn theo nguyên tắc tương tự. Điều đặc biệt là tỉ lệ và tổng số các loại tế bào cảm quan hầu như không thay đổi bao nhiêu trong số những người có thị giác bình thường. Chỉ cần thiếu đi một trong ba loại cảm quan hoặc các loại cảm quang có tỉ lệ khác nhau sẽ tạo nên hiện tượng mù màu (color deficiency).
Ngày nay việc tìm hiểu những đặc tính chẳng hạn như sự khác biệt và tương đồng về khả năng cảm nhận màu sắc ánh sáng của thị giác giữa người và người hoặc giữa người và vật đang trở nên một trong những bộ môn khoa học nghiên cứu quan trọng và thịnh hành của thế kỷ hai mươi.
Có thể nói các công trình nghiên cứu về thị giác con người đã thỏa mãn phần nào sự hiếu kỳ về chức năng của mắt con người. Tuy nhiên khoa học vẫn còn chưa thấu hiểu rất nhiều bí ẩn của thị giác. Một trong những bí ẩn đó là với số lượng và kích thước nhỏ bé làm thế nào các tế bào cảm quang (photoreceptor) của võng mạc có thể thực hiện những phép tính (operation) khổng lồ và cực kỳ phức tạp một cách hết sức hữu hiệu, chính xác, và nhanh chóng ngay cả trước khi các tín hiệu này được chuyển lên não bộ trung ương để hình thành thị giác và điều khiển các cơ quan của mắt (feedback) hoặc các bộ phận khác trong cơ thể. Hoặc làm thế nào mắt có thể tự thích hợp với cường độ và màu sắc của ánh sáng ngoại cảnh trong nhiều tình huống khác nhau để luôn ghi nhận chính xác và trung thực bản chất của hình ảnh thâu nhận được.
Mặc dầu còn nhiều bí ẩn, những khám phá và hiểu biết về hiệu năng của mắt trong nhiều thập niên qua cho thấy cặp mắt con người không thể nào là một sản phẩm tình cờ của tự nhiên, nhưng là một sắp đặt khôn ngoan để đem lại cuộc sống phong phú và an lành cho xã hội loài người. Có thể nói thị giác của con người là một bằng chứng rõ rệt cho sự hiện hữu của một trí tuệ siêu phàm của Đấng đã sáng tạo và quan tâm đến con người và muôn vật.
Ân-Điển Nguyễn, Ph. D.
San Jose, 5-5-99
