網膜

網膜
人間の右目の断面図。動物によって目は大きく異なります。
詳細
発音	英国: / ˈ r ɛ t ɪ n ə /、米国: / ˈ r ɛ t ən ə /、pl.網膜/ - ni /
の一部	目
システム	視覚システム
動脈	網膜中心動脈
識別子
ラテン	眼瞼内膜
メッシュ	D012160
TA98	A15.2.04.002
TA2	6776
ＦＭＡ	58301
解剖学用語 [Wikidataで編集]

網膜（ラテン語のrete  「網」に由来、複数形はretinaeまたはretinas ）は、ほとんどの脊椎動物と一部の軟体動物の眼の最も内側にある光に敏感な組織の層です。眼の光学系は、網膜上に視覚世界の焦点の合った 2 次元画像を作成します。次に、網膜はその画像を網膜内で処理し、視神経に沿って神経インパルスを視覚皮質に送り、視覚を生じさせます。網膜は、多くの点でカメラのフィルムや画像センサーに類似した機能を果たします。  

神経網膜は、シナプスで相互接続された数層のニューロンから構成され、外層の色素上皮細胞によって支えられています。網膜の主な光受容細胞は光受容細胞で、桿体細胞と錐体細胞の 2 種類があります。桿体細胞は主に薄暗い場所で機能し、単色視覚を提供します。錐体細胞は明るい場所で機能し、さまざまなオプシンの使用による色の知覚と、読書などの作業に使用される鋭敏な視覚を担っています。3 つ目の光受容細胞である光感受性神経節細胞は、概日リズムの同調や瞳孔対光反射などの反射反応に重要です。

網膜に当たる光は、一連の化学的および電気的事象を引き起こし、最終的に神経インパルスを誘発し、視神経繊維を通じて脳のさまざまな視覚中枢に送られます。桿体と錐体からの神経信号は他のニューロンによって処理され、その出力は網膜神経節細胞の活動電位の形をとり、その軸索は視神経を形成します。^[1]

脊椎動物の胚発生において、網膜と視神経は発達中の脳、具体的には胚の間脳からの成長として発生するため、網膜は中枢神経系（CNS）の一部であると考えられており、実際は脳組織である。^{[2] [3]網膜はCNSの中で}非侵襲的に観察できる唯一の部分である。脳の大部分と同様に、網膜は血液脳関門によって血管系から隔離されている。網膜は身体の中で最も持続的にエネルギーを必要とする部分である。^[4]

脊椎動物の網膜は、光を感じる細胞が網膜の奥にあるという意味で反転しており、光は桿体と錐体の感光部に到達する前にニューロンと毛細血管の層を通過しなければならない。 ^[5]視神経を形成する軸索を持つ神経節細胞は網膜の前方にあるため、視神経は脳に向かう途中で網膜を横切らなければならない。この領域には光受容体がないため、盲点が生じる。 [ ^6]対照的に、頭足動物の網膜では、光受容体が前方にあり、処理ニューロンと毛細血管がその後方にある。このため、頭足動物には盲点がない。

上にある神経組織は部分的に透明で、付随するグリア細胞は光子を光受容器に直接運ぶ光ファイバーチャネルとして機能することが示されているが、 ^{[7] [8]} 光の散乱は起こる。^[9]人間を含む一部の脊椎動物は、高精細な視覚に適応した中心網膜領域を持っている。中心窩と呼ばれるこの領域は無血管（血管がない）で、光受容器の前にある神経組織は最小限であるため、光の散乱は最小限に抑えられている。^[9]

頭足動物は非反転網膜を持ち、その分解能は多くの脊椎動物の目に匹敵する。イカの目には脊椎動物の網膜色素上皮（RPE）の類似体はない。イカの光受容体にはレチノクロムというタンパク質が含まれており、網膜をリサイクルして脊椎動物RPEの機能の1つを再現するが、頭足動物の光受容体は脊椎動物ほど良好に維持されていない可能性があり、その結果、無脊椎動物の光受容体の耐用年数は脊椎動物よりもはるかに短い。^{[10]柄眼（一部のロブスター）や網膜（}デイノピス^[11]などの一部のクモ）が容易に交換されることはまれである。

頭足動物の網膜は、脊椎動物の網膜のように脳の突起として発生するのではない。この違いは、脊椎動物と頭足動物の目は相同ではなく、別々に進化してきたことを示唆している。進化論的観点からは、反転した網膜のようなより複雑な構造は、通常、競合する機能的制限の間の有利な「良い」妥協、または器官の進化と変化の複雑な道筋の歴史的不適応の名残という、2 つの交互のプロセスの結果として発生する。視覚は、高等脊椎動物にとって重要な適応である。

脊椎動物の「反転した」眼に関する3番目の見解は、それが2つの利点を兼ね備えているというものである。1つは前述の光受容体の維持、もう1つは光受容体の失明を避けるために必要な光強度の低減である。これは現代のヌタウナギ（非常に深く暗い水に生息する魚）の祖先の極めて敏感な眼に基づいている。^[12]

APS（アメリカ物理学会）^[13]による網膜の反転構造の進化的目的に関する最近の研究では、「グリア細胞の方向性は、人間の視覚の鮮明さを高めるのに役立ちます。しかし、私たちはまた、かなり奇妙なことに気付きました。グリア細胞を最もよく通過する色は、昼間の視覚に最も必要な緑から赤でした。目は通常、青色を受け取りすぎるため、青色に敏感な錐体細胞が少なくなります。

さらにコンピューターシミュレーションを行ったところ、緑色と赤色は、青色光よりも 5 ～ 10 倍多くグリア細胞によってそれぞれの錐体に集中していることが分かりました。その代わり、余分な青色光は周囲の桿体細胞に散乱します。この最適化により、日中の色覚は強化され、夜間の視力はほとんど損なわれません。

脊椎動物の網膜は10の異なる層から構成されています。^[15]硝子体から最も近い層から最も遠い層まで：

1. 内境界膜–ミュラー細胞によって形成される基底膜
2. 神経線維層– 神経節細胞体の軸索（この層と内境界膜の間には、ミュラー細胞足板の薄い層が存在する）
3. 神経節細胞層– 神経節細胞の核、その軸索が視神経線維となり、いくつかのアマクリン細胞が移動する^[2]
4. 内網状層–双極細胞の軸索と神経節およびアマクリン細胞の樹状突起との間のシナプスを含む^[2]
5. 内核層–アマクリン細胞、双極細胞、水平細胞の核と周囲の細胞体（周核層）を含む^[2]
6. 外網状層– 桿体と錐体の突起で、それぞれ桿体球状体と錐体茎で終わり、双極細胞と水平細胞の樹状突起とシナプスを形成します。^[2]黄斑領域では、これはヘンレ線維層として知られています。
7. 外核層– 桿体と錐体の細胞体
8. 外境界膜– 光受容体の内節部分を細胞核から分離する層
9. 内節/外節層- 桿体と錐体の内節と外節。外節には高度に特殊化した光感知装置が含まれている。^{[16] [17]}
10. 網膜色素上皮– 立方上皮細胞の単層（突出部は図には示されていない）。この層は脈絡膜に最も近く、神経網膜に栄養と支持機能を提供する。色素層の黒色色素メラニンは眼球全体の光の反射を防ぐ。これは鮮明な視力にとって極めて重要である。^{[18] [19] [20]}

これらの層は、光受容、双極細胞への伝達、光受容体である感光性神経節細胞を含む神経節細胞への伝達、および視神経に沿った伝達という 4 つの主な処理段階に分類できます。各シナプス段階では、 水平細胞とアマクリン細胞も横方向に接続されています。

視神経は、主に間脳（前脳の後部）の視覚中継ステーションである外側膝状体に接続する、多数の神経節細胞の軸索の中心経路です。また、上丘、視交叉上核、視索核にも投射します。視神経は他の層を通過し、霊長類の視神経乳頭を形成します。 ^[21]

視覚に直接関連しない追加の構造は、いくつかの脊椎動物グループで網膜の突起として発見されています。鳥類では、櫛歯は網膜から硝子体液に突き出た複雑な形状の血管構造で、目に酸素と栄養を供給し、視覚を助けることもあります。爬虫類は同様の構造を持っていますが、はるかに単純です。^[22]

成人の場合、網膜全体は直径約 22 mm の球体の約 72% を占める。網膜全体には、約 700 万個の錐体細胞と 7,500 万～ 1 億 5,000 万個の桿体細胞が含まれる。視神経線維が眼球から出る視神経乳頭に位置する視神経乳頭は、光受容器がないため「盲点」と呼ばれることもある網膜の一部で、3 mm ²の楕円形の白い領域として現れる。この視神経乳頭の側頭側 (こめかみの方向) には黄斑があり、その中心には中心窩がある。中心窩は、鮮明な中心視を担う穴だが、桿体細胞がないため、実際には光に対する感度が低い。ヒトやヒト以外の霊長類は中心窩を 1 つ有するが、タカなどの特定の鳥類は 2 中心窩を持ち、イヌやネコは中心窩を持たず、視覚条線と呼ばれる中心帯を持つ。^[要出典]中心窩の周囲には中心網膜が約 6 mm 伸び、次に周辺網膜が伸びます。網膜の最も遠い端は鋸状縁で定義されます。鋸状縁からもう一方の鋸状縁 (または黄斑) までの距離は、水平子午線に沿った最も敏感な領域で、約 32 mm です。^[要説明]

断面で見ると、網膜の厚さは 0.5 mm 以下です。網膜には 3 層の神経細胞と 2 層のシナプスがあり、その中には独特のリボンシナプスがあります。視神経は神経節細胞の 軸索を脳に、そして網膜に血液を供給する血管に運びます。神経節細胞は目の最も内側にあり、光受容細胞はその外側にあります。この直感に反する配置のため、光はまず神経節細胞を通り抜け、網膜の厚さ (毛細血管を含むが図示せず) を通過してから、桿体細胞と錐体細胞に到達します。光は網膜色素上皮または脈絡膜(どちらも不透明) によって吸収されます。

光受容体の前の毛細血管内の白血球は、青色光を見ると、小さな明るい動く点として知覚されます。これは、ブルーフィールド内視現象（またはシェーラー現象）として知られています。

神経節細胞層と桿体細胞および錐体細胞の間には、シナプス接触が行われる2 つの神経網層があります。神経網層は、外網状層と内網状層です。外神経網層では、桿体細胞と錐体細胞が垂直に走る双極細胞に接続し、水平に向いた水平細胞が神経節細胞に接続します。

網膜中心には主に錐体細胞が含まれ、網膜周辺には主に桿体細胞が含まれます。網膜には合計で約700万個の錐体細胞と1億個の桿体細胞があります。黄斑の中心には中心窩があり、錐体は細長く、六角形のモザイク状に並んでおり、網膜周辺部にあるはるかに太い錐体とは対照的に最も密集しています。^[23]中心窩では、他の網膜層が移動し、中心窩の縁、または網膜の最も厚い部分である傍中心窩の縁に達するまで中心窩斜面に沿って構築されます。黄斑はスクリーニング色素による黄色の色素沈着があり、黄斑として知られています。中心窩を直接囲む領域には、単一の双極細胞に収束する桿体細胞の密度が最も高くなっています。錐体細胞の信号の収束がはるかに少ないため、中心窩では目が得られる最も鮮明な視覚が得られます。^[2]

桿体と錐体は一種のモザイクですが、受容体から双極細胞、神経節細胞への伝達は直接的ではありません。受容体は約 1 億 5000 万個ありますが、視神経線維はわずか 100 万本しかないため、信号の収束と混合が必ず発生します。さらに、水平細胞とアマクリン細胞の水平作用により、網膜の 1 つの領域が別の領域を制御できます (たとえば、1 つの刺激が別の刺激を抑制する)。この抑制は、脳の上位領域に送信されるメッセージの合計を減らすための鍵です。一部の下等脊椎動物 (たとえばハト) では、メッセージの制御は「遠心的」です。つまり、1 つの層が別の層を制御したり、脳の上位領域が網膜神経細胞を駆動したりできますが、霊長類ではこれは発生しません。^[2]

光干渉断層撮影（OCT）を使用すると、網膜の18層を特定できます。層と解剖学的相関は次のとおりです。^{[24] [25] [26]}

OCT で識別できる層は、最も内側から最も外側まで次のとおりです。

網膜の発生は、 SHHおよびSIX3タンパク質によって媒介される眼野の形成から始まり、続いてPAX6およびLHX2タンパク質によって制御される眼胞の発生が起こります。 ^[33]眼の発生におけるPax6の役割は、Walter Gehringらによって見事に実証され、Pax6の異所性発現がショウジョウバエの触角、羽、脚に眼を形成できることを示しました。^[34]眼胞は、神経網膜、網膜色素上皮、および視神経柄という3つの構造を形成します。神経網膜には、網膜の7種類の細胞を形成する網膜前駆細胞（RPC）が含まれています。分化は網膜神経節細胞から始まり、ミュラーグリアの生成で終わります。^[35]各細胞型はRPCから順番に分化しますが、個々の細胞型が分化するタイミングにはかなりの重複があります。^{[33] RPC娘細胞の運命を決定する手がかりは、} bHLH因子やホメオドメイン因子を含む複数の転写因子ファミリーによってコード化されています。^{[36] [37]}

網膜には細胞運命決定を導くだけでなく、背腹軸（DV）と鼻側頭軸（NT）を決定する手がかりも存在する。DV軸はVAX2の腹側から背側への勾配によって確立され、NT軸はフォークヘッド転写因子FOXD1とFOXG1の発現によって調整される。網膜内には追加の勾配が形成される。^[37]この空間分布は、網膜トピックマップを確立する機能を果たすRGC軸索の適切な標的化に役立つ可能性がある。^[33]

網膜は明確な層に分かれており、それぞれの層には特定の細胞タイプまたは細胞区画が含まれており^[38]、代謝によって異なる栄養要件があります^[39] 。これらの要件を満たすために、眼動脈は分岐し、2つの異なる血管網を介して網膜に栄養を供給します。1つは脈絡膜と外網膜に栄養を供給する脈絡膜網、もう1つは網膜の内層に栄養を供給する網膜網です^{[40] 。}

脊椎動物の網膜が反転しているのは直感に反するように見えるが、網膜が適切に機能するためには必要なことである。光受容層は網膜色素上皮（RPE）に埋め込まれている必要があり、RPEは少なくとも7つの重要な機能を果たしている。^[41]最も明白な機能の1つは、光受容体が機能するために必要な酸素やその他の栄養素を供給することである。

網膜のエネルギー必要量は脳よりもさらに大きい。^[4] これは、光受容体外節を継続的に更新するために必要な追加のエネルギーによるもので、光受容体外節の10％が毎日失われます。^[4]エネルギー需要は、感度が最も高まる暗順応時に最大になります。^[42]脈絡膜はこれらの栄養素の約75％を網膜に供給し、網膜血管はわずか25％です。^[5]

光が11-シス-レチナール（桿体と錐体のディスク内）に当たると、11-シス-レチナールはオールトランス-レチナールに変化し、それがオプシンの変化を引き起こします。さて、外節は光によって変化したレチナールをシス型に再生しません。代わりに、レチナールは周囲のRPEに送り出され、そこで再生されて光受容体の外節に輸送されます。RPEのこのリサイクル機能は、光受容体を光酸化損傷から保護し^{[43] [44]}、光受容体細胞の耐用年数を数十年に渡って延ばします。

鳥の網膜には血管がありません。これはおそらく、画像を形成するために光が遮られることなく通過できるようにし、解像度を向上させるためです。したがって、鳥の網膜は栄養と酸素の供給を、盲点または視神経乳頭にある「櫛」または櫛眼と呼ばれる特殊な器官に依存していると考えられています。この器官は血管が非常に豊富で、硝子体を通じて拡散することで鳥の網膜に栄養と酸素を供給すると考えられています。櫛眼はアルカリホスファターゼ活性が非常に高く、橋の部分には極性細胞があり、どちらも分泌の役割にふさわしいものです。^[45]櫛眼細胞には暗いメラニン顆粒が詰まっており、櫛眼に当たる迷光を吸収してこの器官を暖かく保つと考えられています。これにより櫛眼の代謝率が高まり、長時間光にさらされている網膜の厳しいエネルギー要件を満たすために、より多くの栄養分子が輸出されると考えられています。^[46]

網膜内血管網の分岐やその他の物理的特性は個人間で異なることが知られており^{[47] 、これらの個人差は}生体認証や病気の早期発見に利用されている。血管分岐のマッピングは生体認証の基本的なステップの1つである。 ^[48]網膜血管構造のこのような分析の結果は、DRIVEデータセット[ ^50]から得られた網膜眼底画像の血管分岐のグランドトゥルースデータ^[49]に対して評価することができる。さらに、DRIVEデータセットの血管のクラスも特定されており^[51]、これらの分岐を正確に抽出する自動化された方法も利用可能である。^{[52]網膜血液循環の変化は加齢[53]}や大気汚染への曝露^[54]に伴って見られ、高血圧や動脈硬化などの心血管疾患を示している可能性がある。^{[55] [56] [57]}視神経乳頭付近の細動脈と細静脈の等価幅を決定することも、心血管リスクを特定するために広く使用されている技術である。^[58]

網膜は、網膜の光受容細胞である桿体と錐体の色に敏感な色素のパターン化された興奮から始まり、光学画像を神経インパルスに変換します。この興奮は神経系によって処理され、脳のさまざまな部分が並行して働き、脳内に外部環境の表現を形成します。^{[引用が必要]}

錐体は明るい光に反応し、日光下では高解像度の色覚を媒介します（明所視とも呼ばれます）。桿体細胞の反応は日光レベルでは飽和し、パターン視覚には寄与しません。しかし、桿体は薄暗い光に反応し、非常に低い照度下では解像度の低い単色視覚を媒介します（暗所視と呼ばれます）。ほとんどのオフィス環境の照明はこれら 2 つのレベルの中間であり、薄明視と呼ばれます。薄明視レベルでは、桿体細胞と錐体細胞の両方がパターン情報を積極的に提供します。このような状況下で桿体情報がパターン視覚にどのような寄与をするかは不明です。

錐体がさまざまな波長の光に反応することを分光感度といいます。通常の人間の視覚では、錐体の分光感度は 3 つのサブタイプ (青、緑、赤と呼ばれることが多いが、より正確には短、中、長波長に敏感な錐体サブタイプとして知られている) のいずれかに分類されます。1 つまたは複数の錐体サブタイプが欠如していると、個人が色覚に欠陥があったり、さまざまな種類の色盲になったりします。これらの個人は特定の色の物体が見えなくなるわけではありませんが、通常の視力を持つ人々が区別できる色を区別することができません。人間はこの3 色型視覚を持っていますが、他のほとんどの哺乳類は赤色に敏感な色素を持つ錐体を欠いているため、2 色型色覚は劣っています。ただし、一部の動物には 4 つの分光サブタイプがあり、たとえばマスは、人間に似た短、中、長のサブタイプに紫外線サブグループを追加しています。一部の魚は光の偏光にも敏感です。

光受容体では、光にさらされると、段階的な一連の変化で膜が過分極します。外側の細胞セグメントには光色素が含まれています。細胞内では、環状グアノシン一リン酸(cGMP)の正常レベルがNa+ チャネルを開いたままにするため、休止状態では細胞は脱分極しています。光子により、受容体タンパク質に結合したレチナールがトランスレチナールに異性化します。これにより、受容体は複数のG タンパク質を活性化します。これにより、タンパク質の Ga サブユニットがホスホジエステラーゼ (PDE6) を活性化し、cGMP を分解して、Na+環状ヌクレオチド依存性イオンチャネル(CNG) を閉じます。このようにして、細胞は過分極します。放出される神経伝達物質の量は、明るい光の下では減少し、光レベルが低下するにつれて増加します。実際の光色素は明るい光の中では脱色され、化学的なプロセスによってのみ置き換えられるため、明るい光から暗闇に移行すると、目が完全に感度に達するまでに最大 30 分かかることがあります。

このように光によって刺激されると、光受容体はシナプス的に比例反応を双極細胞に送り、双極細胞は網膜神経節細胞に信号を送ります。光受容体は水平細胞とアマクリン細胞によっても架橋されており、シナプス信号が神経節細胞に到達する前に修正され、神経信号が混合され、組み合わされます。網膜の神経細胞のうち、網膜神経節細胞といくつかのアマクリン細胞のみが活動電位を生成します。

網膜神経節細胞には、細胞の受容野に応じて 2 種類の応答があります。網膜神経節細胞の受容野は、光が細胞の発火に 1 つの効果をもたらす中央のほぼ円形の領域と、光が反対の効果をもたらす環状の周囲から構成されます。ON 細胞では、受容野の中心の光強度が増加すると発火率が上がります。OFF 細胞では、発火率は下がります。線形モデルでは、この応答プロファイルはガウス分布の差によってうまく説明され、エッジ検出アルゴリズムの基礎となります。この単純な差以外にも、神経節細胞は色感度と空間加算のタイプによっても区別されます。線形空間加算を示す細胞は X 細胞 (小細胞細胞、P 細胞、または小神経節細胞とも呼ばれる) と呼ばれ、非線形加算を示す細胞は Y 細胞 (大細胞細胞、M 細胞、またはパラソル網膜神経節細胞とも呼ばれる) と呼ばれますが、X 細胞と Y 細胞 (猫の網膜) および P 細胞と M 細胞 (霊長類の網膜) の対応は、かつて思われていたほど単純ではありません。

視覚信号を脳に伝達する視覚経路では、網膜は垂直に2つに分割され、側頭側（こめかみに近い側）と鼻側（鼻に近い側）に分かれています。鼻側半分からの軸索は視交叉で脳を横切り、もう一方の目の側頭側半分からの軸索と結合してから外側膝状体に入ります。

網膜受容体は1億3000万個以上あるが、視神経には約120万本の繊維（軸索）しかない。そのため、網膜内で大量の前処理が行われる。中心窩は最も正確な情報を生成する。視野の約0.01％（視角2°未満）を占めるにもかかわらず、視神経の軸索の約10％が中心窩に向けられている。中心窩の解像度の限界は約10,000点と測定されている。情報容量は、色なしで500,000ビット/秒（ビットの詳細については情報理論を参照）、色を含む場合は約600,000ビット/秒と推定されている。^[59]

網膜が画像を表す神経インパルスを脳に送るとき、網膜はそれらのインパルスを空間的にエンコード (圧縮) して、視神経の限られた容量に合わせます。圧縮が必要なのは、光受容細胞の数が神経節細胞の100 倍あるためです。これは「無相関化」によって行われ、これは双極細胞と神経節細胞によって実現される「中心-周囲構造」によって実行されます。

網膜には、オンセンターとオフセンターという 2 種類の中心-周囲構造があります。オンセンターは、中心が正に重み付けされ、周囲が負に重み付けされます。オフセンターは、その逆です。正の重み付けは一般的に興奮性、負の重み付けは抑制性として知られています。

これらの中心-周囲構造は、組織サンプルを染色したり網膜の構造を調べたりしても見ることができないという意味で、物理的に明らかではありません。中心-周囲構造は、双極細胞と神経節細胞間の接続の強さに依存するという意味で論理的 (つまり、数学的に抽象的) です。細胞間の接続の強さは、双極細胞と神経節細胞間のシナプスに埋め込まれたイオンチャネルの数と種類によって決まると考えられています。

中心-周囲構造は、コンピュータ プログラマーがデジタル写真のエッジを抽出または強調するために使用するエッジ検出アルゴリズムと数学的に同等です。したがって、網膜は、画像を表すインパルスに対して操作を実行し、視野内のオブジェクトのエッジを強調します。たとえば、犬、猫、車の写真では、これらのオブジェクトのエッジに最も多くの情報が含まれています。脳 (またはコンピューター) の高次機能が犬や猫などのオブジェクトを抽出して分類するには、網膜がシーン内のさまざまなオブジェクトを分離する最初のステップになります。

たとえば、次のマトリックスは、エッジ検出を実装するコンピュータアルゴリズムの中核です。このマトリックスは、中心-周囲構造のコンピュータ版です。この例では、このマトリックス内の各ボックス (要素) は、1 つの光受容体に接続されます。中心の光受容体は、現在処理されている受容体です。中心の光受容体には、+1 の重み係数が掛けられます。周囲の光受容体は、中心に最も近いもので、-1/8 の値が掛けられます。最終的に、これら 9 つの要素の合計が計算されます。この合計は、画像内のすべての光受容体に対して、行の末尾まで左にシフトしてから次の行までシフトすることで繰り返されます。

9 つの光受容体からの入力がすべて同じ値である場合、このマトリックスの合計はゼロになります。ゼロの結果は、この小さなパッチ内で画像が均一 (変化なし) であったことを示します。合計が負または正の場合は、9 つ​​の光受容体のこの小さなパッチ内で画像が変化する (変化する) ことを意味します。

上記のマトリックスは、網膜内で実際に起こっていることの近似値にすぎません。違いは次のとおりです。

• 上記の例は「バランスが取れている」と呼ばれます。バランスが取れているというのは、負の重みの合計が正の重みの合計に等しく、完全に相殺されることを意味します。網膜神経節細胞が完全にバランスが取れていることはほとんどありません。
• テーブルは正方形ですが、網膜の中心と周囲の構造は円形です。
• ニューロンは、神経細胞の軸索に沿って伝わるスパイク列に基づいて動作します。コンピュータは、各入力ピクセルから得られる基本的に一定の単一の浮動小数点数に基づいて動作します。(コンピュータのピクセルは、基本的に生物の光受容体に相当します。)
• 網膜はこれらすべての計算を並行して実行しますが、コンピューターは各ピクセルを 1 つずつ操作します。網膜はコンピューターのように繰り返し合計やシフトを実行しません。
• 最後に、水平細胞とアマクリン細胞はこのプロセスで重要な役割を果たしますが、ここでは示されていません。

以下は入力画像の例と、エッジ検出によってそれがどのように変更されるかを示しています。

イメージが中心-周囲構造によって空間的にエンコードされると、信号は視神経に沿って（神経節細胞の軸索を介して）視交叉からLGN（外側膝状体核）に送られます。LGN の正確な機能は現時点では不明です。LGN の出力はその後、脳の後部に送られます。具体的には、LGN の出力は V1一次視覚皮質に「放射」されます。

簡略化された信号の流れ: 光受容体 → 双極性 → 神経節 → 視交叉 → LGN → V1皮質

網膜に影響を及ぼす可能性のある遺伝性および後天性の疾患や障害は数多くあります。その一部を以下に示します。

• 網膜色素変性症は、網膜に影響を及ぼし、夜間視力と周辺視力の喪失を引き起こす一群の遺伝性疾患です。
• 黄斑変性症は、黄斑細胞の死滅または障害により中心視力が失われる一群の疾患を指します。
• 錐体桿体ジストロフィー(CORD) は、網膜の錐体および/または桿体の劣化によって視力喪失が引き起こされるいくつかの疾患を指します。
• 網膜剥離では、網膜が眼球の後ろから剥がれます。網膜穿刺は時代遅れの治療法です。網膜剥離という用語は、神経感覚網膜が網膜色素上皮から剥がれることを指すために使用されます。^[60]網膜剥離を修復するための現代的な治療法には、気体網膜復位術、強膜バックル、凍結療法、レーザー光凝固、硝子体切除術などがあります。
• 高血圧と糖尿病はどちらも網膜に血液を供給する小さな血管に損傷を与え、高血圧性網膜症と糖尿病性網膜症を引き起こす可能性があります。
• 網膜芽細胞腫は網膜の癌です。
• 犬の網膜疾患には、網膜異形成、進行性網膜萎縮、突発性網膜変性症などがあります。
• 網膜脂肪血症は網膜が白く見える症状で、リポタンパク質リパーゼ欠乏症による脂質沈着によって起こることがあります。
• 網膜剥離。神経網膜は色素上皮から剥離することがあります。いくつかの例では、このような剥離の原因は、眼球の損傷により神経網膜と色素上皮の間に液体や血液が溜まることです。剥離は、硝子体液中の微細コラーゲン原線維の拘縮によって引き起こされる場合があり、これが網膜の一部を眼球の内側に引っ張ります。 ^[23]
• 夜盲症：夜盲症は、重度のビタミンA欠乏症の人に起こります。その理由は、ビタミンAがないと、形成される網膜色素変性症とロドプシンの量が著しく減少するためです。この症状は、夜間に利用できる光の量が少なすぎて、ビタミンA欠乏症の人が十分な視力を得ることができないため、夜盲症と呼ばれます。 ^[18]

さらに、網膜は脳と身体の「窓」とも言われており、網膜の検査で異常が検出されると神経疾患と全身疾患の両方が発見される可能性がある。^[61]

網膜に影響を与える病気や障害の診断には、さまざまな機器が利用できる。網膜の検査には、眼底検査や眼底写真撮影が長年使用されてきた。最近では、適応光学が人間の網膜の個々の桿体と錐体を画像化するために使用されており、スコットランドに拠点を置く企業は、医師が患者に不快感を与えることなく網膜全体を観察できる技術を開発している。^[62]

網膜電図は、特定の疾患の影響を受ける網膜の電気的活動を非侵襲的に測定するために使用されます。現在広く利用可能になりつつある比較的新しい技術は、光干渉断層撮影（OCT）です。この非侵襲的な技術により、組織学的品質で網膜の微細構造の3D体積断層写真または高解像度の断面断層写真を得ることができます。網膜血管分析は、網膜の小動脈と静脈を調べる非侵襲的な方法であり、人体の他の場所にある小血管の形態と機能について結論を導き出すことができます。これは心血管疾患の予測因子として確立されており^[63]、2019年に発表された研究によると、アルツハイマー病の早期発見に可能性があるようです。^[64]

治療は病気や障害の性質によって異なります。

網膜疾患の一般的な治療法は次のとおりです。

• 抗VEGF薬やコルチコステロイド薬などの硝子体内投薬
• 硝子体網膜手術
• 栄養補助食品の使用
• 網膜疾患の全身的危険因子の修正

網膜遺伝子治療

遺伝子治療は、さまざまな網膜疾患を治療する潜在的な手段として期待されています。これは、非感染性ウイルスを使用して遺伝子を網膜の一部に送り込むことを意味します。組み換えアデノ随伴ウイルス（rAAV）ベクターは、病原性がないこと、免疫原性が最小限であること、有糸分裂後の細胞を安定して効率的に形質導入できることなど、網膜遺伝子治療に最適な多くの特徴を備えています。^{[65] rAAVベクターは、}網膜色素上皮（RPE）、光受容細胞、網膜神経節細胞の効率的な形質導入を媒介する能力があるため、ますます利用されています。AAV血清型、プロモーター、眼内注射部位 の適切な組み合わせを選択することで、各細胞タイプを特異的に標的とすることができます。

すでにいくつかの臨床試験で、レーバー先天性黒内障の治療にrAAVを使用した肯定的な結果が報告されており、この治療法は安全かつ効果的であることが示されています。^{[66] [67]}重篤な有害事象はなく、3つの研究すべてで、さまざまな方法で測定した視覚機能が患者で改善しました。使用された方法は3つの試験間で異なりますが、視力^{[67] [68] [69]}や機能的可動性^{[68] [69] [70]}などの機能的方法と、瞳孔の光反応能力^{[66] [71]}や機能的MRIの改善など、バイアスの影響を受けにくい客観的な指標の両方が含まれていました。^[72]改善は長期にわたって持続し、患者は1.5年以上経っても良好な状態が続いています。^{[66] [67]}

網膜の独特な構造と比較的免疫に恵まれた環境がこの過程を助けている。^[73] 血液網膜関門を形成するタイトジャンクションは網膜下腔を血液供給から分離し、微生物やほとんどの免疫介在性損傷から網膜下腔を保護し、ベクター介在性治療に対する反応性を高めている。眼の高度に区画化された構造により、顕微手術技術を用いた直接観察下で治療用ベクター懸濁液を特定の組織に正確に送達することができる。^[74]網膜の保護された環境では、AAVベクターは1回の治療後、網膜色素上皮（RPE）、光受容体、または神経節細胞で長期間にわたって高レベルの遺伝子発現を維持することができる。さらに、非侵襲性の高度な技術により、注射後の眼と視覚系の視覚機能や網膜の構造変化を、視力、コントラスト感度、眼底自己蛍光（FAF）、暗順応視覚閾値、血管径、瞳孔測定、網膜電気記録（ERG）、多焦点ERG、光干渉断層撮影（OCT）など、日常的に簡単にモニタリングすることができる。^[75]

この戦略は、加齢黄斑変性、糖尿病網膜症、未熟児網膜症の特徴である新生血管疾患など、研究されている多くの網膜疾患に有効です。成熟網膜の血管新生の調節には、血管内皮増殖因子（VEGF）などの内因性の正の成長因子と、色素上皮由来因子（ PEDF ）などの血管新生の阻害因子のバランスが関係しているため、rAAVを介したPEDF、アンジオスタチン、可溶性VEGF受容体sFlt-1（すべて抗血管新生タンパク質）の発現は、動物モデルで異常血管形成を減少させることが示されています。^[76]特定の遺伝子治療は、網膜ジストロフィー患者のかなりの割合を治療するために容易に使用することができないため、より一般的に適用可能な生存因子治療の開発に大きな関心が寄せられています。神経栄養因子は、発達中の神経細胞の成長を調節して、既存の細胞を維持し、眼内の損傷した神経細胞集団の回復を可能にする能力を持っています。線維芽細胞増殖因子（FGF）ファミリーのメンバーやGDNFなどの神経栄養因子をコードするAAVは、光受容体をアポトーシスから保護するか、細胞死を遅らせます。^[76]

臓器移植網膜 移植は試みられてきたが、あまり成功していない。MIT、南カリフォルニア大学、アーヘン工科大学、ニューサウスウェールズ大学では、「人工網膜」の開発が進められている。これは、網膜の光受容体を迂回し、デジタルカメラからの信号で付着した神経細胞を直接刺激するインプラントである。

紀元前300年頃、ヘロフィロスは死体の眼の解剖から網膜を特定した。彼はそれを蜘蛛の巣に似ていることからクモ膜層と呼び、投網に似ていることから網状層と呼んだ。クモ膜という用語は脳の周りの層を指すようになり、網状という用語は網膜を指すようになった。^[77]

1011年から1021年の間に、イブン・アル＝ハイサムは、視覚は物体から反射した光が目に入ることで生じることを実証する多数の実験を発表しました。これは、視覚は目から放射される光線によって生じるという理論である入射理論と一致し、放射理論に反しています。しかし、イブン・アル＝ハイサムは、網膜上に形成される像が反転しているため、視覚の始まりは網膜によるものではないと判断しました。代わりに、彼は、視覚はレンズの表面から始まるに違いないと判断しました。^[78]

1604年、ヨハネス・ケプラーは眼の光学を解明し、視覚は網膜から始まると結論付けました。彼は、網膜の反転像と、世界を直立したものとして認識する私たちの認識を調和させることを他の科学者に委ねました。^[79]

1894年、サンティアゴ・ラモン・イ・カハールはRetina der Wirbelthiere（脊椎動物の網膜）において網膜神経細胞の最初の主要な特徴付けを発表しました。^[80]

ジョージ・ウォルド、ハルダン・ケファー・ハートライン、ラグナル・グラニットは網膜に関する科学的研究により1967年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。 ^[81]

ペンシルバニア大学の最近の研究では、人間の網膜の帯域幅はおよそ毎秒8.75メガビットであるのに対し、モルモットの網膜の転送速度は毎秒875キロビットであると計算されました。 ^[82]

2006年、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジとロンドンのムーアフィールド眼科病院のマクラーレンとピアソンらは、ドナー細胞が重要な発達段階にある場合、マウスの網膜に光受容体細胞を移植することに成功することを示した。 ^[83]最近、ダブリンのアダーらは、電子顕微鏡を使用して、移植された光受容体がシナプス結合を形成することを示しました。^[84]

2012年、セバスチャン・スンとMITの研究室は、プレイヤーが網膜のニューロンをトレースするオンラインの市民科学ゲームであるEyeWireを立ち上げました。 ^[85] EyeWireプロジェクトの目標は、既知の網膜細胞の広範なクラス内で特定の細胞タイプを特定し、網膜のニューロン間の接続をマッピングして、視覚がどのように機能するかを決定することです。^{[86] [87]}

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  目の構造はラベル付けされている
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  目の別のビューとラベルの付いた目の構造
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  視神経と線条体皮質の処理とは独立して網膜で「見られる」画像のイラスト

• アデノ随伴ウイルスとヒト網膜の遺伝子治療
• チャールズ・シェペンス– 「近代網膜手術の父」
• 目の進化
• 二重網膜
• 網膜スキャン
• 網膜静脈閉塞症
• 高リポタンパク血症のサブタイプに関連する黄色腫の変異体のリスト
• ロドプシン
• 視覚の持続

• S. Ramón y Cajal、Histologie du Système Nerveux de l'Homme et des Vertébrés、マロワーヌ、パリ、1​​911 年。
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