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網膜（ラテン語のrete「網」に由来。複数形はretinaeまたはretinas ）は、眼球の最も内側にある光感受性の組織層です。[ 1 ]眼球の光学系は、視覚世界の焦点の合った2次元画像を網膜上に生成し、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、視覚知覚を生み出します。[ 1 ]網膜は、多くの点でカメラのフィルムやイメージセンサーの機能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複数のニューロン層から構成され、色素上皮細胞の外層によって支えられています。[ 1 ]網膜の主要な光受容細胞は光受容細胞であり、桿体と錐体の2種類があります。[ 1 ]桿体は主に暗い場所で機能し、単色視覚を提供します。錐体は明るい場所で機能し、さまざまなオプシンを使用して色を知覚するほか、読書などの作業に使用される高解像度の視覚を担っています。3番目のタイプ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。[ 1 ]
網膜に光が当たると、一連の化学的および電気的な反応が起こり、最終的に視神経の線維を通して脳のさまざまな視覚中枢に送られる神経インパルスが引き起こされます。[ 1 ]桿体細胞と錐体細胞からの神経信号は他のニューロンによって処理され、その出力は軸索が視神経を形成する網膜神経節細胞の活動電位の形をとります。[ 1 ]
脊椎動物の胚発生において、網膜と視神経は発生中の脳、特に胚の間脳の突出部として発生する。したがって、網膜は中枢神経系（CNS）の一部と考えられており、実際には脳組織である。[ 2 ]網膜は、非侵襲的に視覚化できる神経系の唯一の部分である。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、体の中で最も継続的なエネルギー需要が高い部分である。[ 3 ]
脊椎動物の網膜は、光を感じる細胞が網膜の後ろにあるという意味で反転しており、光は桿体と錐体の光感受性部分に到達する前に、ニューロンと毛細血管の層を通過しなければなりません。 [ 4 ]軸索が視神経を形成する神経節細胞は網膜の前部にあります。したがって、視神経は脳に向かう途中で網膜を横切る必要があります。この領域には光受容体がないため、盲点が生じます。[ 5 ]対照的に、頭足類の網膜では、光受容体は前部にあり、その後ろに処理ニューロンと毛細血管があります。このため、頭足類には盲点がありません。
上層の神経組織は部分的に透明であり、付随するグリア細胞は光ファイバーチャネルとして機能し、光子を光受容体に直接伝達することが示されているが、 [ 6 ] [ 7 ]光散乱は発生する。[ 8 ]ヒトを含む一部の脊椎動物は、網膜の中心領域に高解像度の視覚に適した領域を持っている。中心窩と呼ばれるこの領域は無血管（血管がない）であり、光受容体の前に神経組織が最小限であるため、光散乱が最小限に抑えられる。[ 8 ]
頭足類は非反転網膜を持ち、その解像度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）に相当する組織はない。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、レチナールをリサイクルして脊椎動物のRPEの機能の一つを再現しているが、頭足類の光受容体は脊椎動物ほど維持されていない可能性が高く、その結果、無脊椎動物の光受容体の有効寿命は脊椎動物よりもはるかに短い。[ 9 ]柄眼（一部のロブスター）や網膜（ Deinopis [ 10 ]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。
頭足類の網膜は、脊椎動物の網膜のように脳の突出部として発生するものではない。この違いは、脊椎動物と頭足類の目が相同ではなく、別々に進化してきたことを示唆している。進化論的な観点から見ると、反転網膜のようなより複雑な構造は、一般的に2つの異なる過程の結果として生じる可能性がある。すなわち、競合する機能的制約間の有利な「良い」妥協、あるいは器官の進化と変容という複雑な過程における歴史的な不適応の遺物である。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つ目の見解は、2つの利点を兼ね備えているというものである。1つは上述の光受容体の維持、もう1つは光受容体の失明を防ぐために必要な光強度の低減であり、これは現代のヌタウナギ（非常に深く暗い水域に生息する魚）の祖先の極めて敏感な眼に基づいている。[ 11 ]
APS（米国物理学会）による、網膜の反転構造の進化上の目的に関する研究[ 12 ]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つ。しかし、我々はまた、非常に興味深いことに気づいた。グリア細胞を最もよく通過する色は緑から赤であり、これは昼間の視覚に目が最も必要とする色である。目は通常、青色を過剰に受け取っているため、青色に敏感な錐体細胞が少ない。さらに、コンピューターシミュレーションにより、緑色と赤色は青色光よりもグリア細胞によって5～10倍多く集中し、それぞれの錐体細胞に集積されることが示された。その代わりに、余分な青色光は周囲の桿体細胞に散乱される。この最適化により、昼間の色覚は向上し、夜間の視覚はほとんど損なわれない」と述べている。[ 12 ]
脊椎動物の網膜は10の異なる層から構成されている。[ 14 ]硝子体から最も近い層から最も遠い層まで：
これらの層は、光受容、双極細胞への伝達、光受容体を含む神経節細胞（光感受性神経節細胞）への伝達、視神経に沿った伝達という4つの主要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側方で接続されています。
視神経は、主に間脳（前脳の後部）にある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からなる中心的な経路です。また、上丘、視交叉上核、および視索核にも投射します。霊長類では、視神経は他の層を通過して視神経円板を形成します。[ 20 ]
視覚に直接関係しない追加の構造が、一部の脊椎動物群の網膜の突起として見られます。鳥類では、櫛状体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あり、目に酸素と栄養を供給し、視覚にも役立つ可能性があります。爬虫類は、これと似た構造ですが、はるかに単純です。[ 21 ]
成人の人間の網膜全体は、直径約 22 mm の球体の約 72% を占めています 。網膜全体には約 700 万個の錐体細胞と 7500 万～ 1億5000 万個の桿体細胞があります。網膜の一部である視神経乳頭は、光受容体がないため「盲点」と呼ばれることもあり、視神経線維が眼から出る視神経乳頭 に位置しています。視神経乳頭は、3 mm 2の楕円形の白い領域として現れます。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ります。中心窩は鮮明な中心視を担う窪みですが、桿体細胞がないため実際には光に対する感度が低くなっています。ヒトと非ヒト霊長類は中心窩を 1 つ持っていますが、タカなどの一部の鳥類は両中心窩を持ち、犬や猫は中心窩を持たず、視覚帯と呼ばれる中心帯を持っています。[ 22 ]中心窩の周囲には約 6 mm にわたって中心網膜が広がり、その後周辺網膜が続きます。網膜の最遠端は鋸状縁によって定義されます。一方の鋸状縁からもう一方の鋸状縁（または黄斑）までの距離は、水平子午線に沿って最も感度の高い領域であり、約 32 mm です。[ 23 ]
断面で見ると、網膜の厚さは0.5mm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、その中には独特なリボンシナプスも含まれています。視神経は神経節細胞の軸索を脳に運び、網膜に血液を供給する血管も視神経に繋がっています。神経節細胞は眼球の最も内側に位置し、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、光は桿体細胞と錐体細胞に到達する前に、まず神経節細胞を通過し、網膜の厚み（図示されていない毛細血管を含む）を通過しなければなりません。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。
光受容体の前面にある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見えることがあります。これは青色視野内視現象（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、シナプス結合が形成される2層の神経網が存在する。神経網層は、外網状層と内網状層である。外網状層では、桿体細胞と錐体細胞は垂直方向に走る双極細胞に接続し、水平方向に走る水平細胞は神経節細胞に接続する。
中心網膜には主に錐体細胞があり、周辺網膜には主に桿体細胞があります。網膜全体では、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、そこでは錐体細胞は細長く、六角形のモザイク状に配列されており、網膜の周辺部にあるはるかに太い錐体細胞とは対照的に、最も密度が高くなっています。[ 24 ]中心窩では、他の網膜層が移動し、中心窩の傾斜に沿って積み重なり、中心窩の縁、つまり傍中心窩に達します。この縁は網膜の最も厚い部分です。黄斑は遮蔽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。中心窩のすぐ周囲の領域には、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、中心窩は目が達成できる最も鮮明な視覚を可能にする。[ 2 ]
桿体細胞と錐体細胞は一種のモザイク状構造をしていますが、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。約1億5000万個の受容体とわずか100万本の視神経線維が存在するため、信号の収束、ひいては混合が必ず起こります。さらに、水平細胞とアマクリン細胞の水平方向の作用により、網膜のある領域が別の領域を制御することができます（例えば、ある刺激が別の刺激を抑制するなど）。この抑制は、脳の高次領域に送られるメッセージの総量を減らす上で重要です。一部の下等脊椎動物（例えばハト）では、メッセージの制御は「遠心的」です。つまり、ある層が別の層を制御したり、脳の高次領域が網膜神経細胞を駆動したりしますが、霊長類ではこのようなことは起こりません。[ 2 ]
光干渉断層撮影（OCT）を使用すると、網膜には少なくとも13の層が識別できます。層と解剖学的相関は次のとおりです。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
OCTで識別可能な層は、内側から外側に向かって以下のとおりです。
網膜の発達は、 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視胞の発達が起こります。[ 34 ]眼の発達における Pax6 の役割は、Walter Gehring らが見事に実証しました。彼らは、Pax6 の異所性発現がショウジョウバエの触角、翅、脚に眼の形成をもたらすことを示しました。[ 35 ]視胞からは、神経網膜、網膜色素上皮、視柄の 3 つの構造が生まれます。神経網膜には、網膜の 7 種類の細胞を生み出す網膜前駆細胞 (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。[ 36 ]各細胞型は RPC から順次分化するが、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る。[ 34 ] RPC 娘細胞の運命を決定するシグナルは、bHLHおよび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る。[ 37 ] [ 38 ]
細胞の運命決定を導くことに加えて、網膜には背腹軸（DV軸）と鼻側側頭軸（NT軸）を決定する手がかりが存在する。DV軸はVAX2の腹側から背側への勾配によって確立され、一方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。[ 38 ]この空間分布は網膜局所マップを確立する機能を持つRGC軸索の適切な標的化に役立つ可能性がある。[ 34 ]
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型または細胞区画が含まれており[ 39 ]、それぞれ異なる栄養要求を持つ代謝を有している[ 40 ] 。これらの要求を満たすために、眼動脈は分岐し、2つの異なる血管ネットワークを介して網膜に血液を供給する。脈絡膜と外網膜に血液を供給する脈絡膜ネットワークと、網膜の内層に血液を供給する網膜ネットワークである[ 41 ] 。
脊椎動物の反転した網膜は直感に反するように見えるが、網膜の適切な機能には必要である。光受容体層は網膜色素上皮（RPE）に埋め込まれていなければならず、RPEは少なくとも7つの重要な機能を果たしている[ 42 ]。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。
網膜のエネルギー需要は脳のエネルギー需要よりもさらに大きい。[ 3 ] これは、光受容体外節を継続的に再生するために必要な追加エネルギーによるもので、その10%は毎日脱落する。[ 3 ]エネルギー需要は、感度が最も高まる暗順応中に最大となる。[ 43 ]脈絡膜はこれらの栄養素の約75%を網膜に供給し、網膜血管系はわずか25%しか供給しない。[ 4 ]
光が11-シスレチナール（桿体と錐体の円盤内）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、オプシンに変化を引き起こします。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[ 44 ] [ 45 ]、光受容体細胞が数十年にわたって有用な寿命を持つことを可能にします。
鳥の網膜には血管がなく、おそらく像形成のための光の通過を妨げないようにし、それによって解像度を高めていると考えられます。そのため、鳥の網膜は盲点または視神経円板にある「櫛状体」または「櫛状眼」と呼ばれる特殊な器官から栄養と酸素を供給され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、硝子体を通して拡散することで鳥の網膜に栄養と酸素を供給していると考えられています。櫛状体の橋の部分にはアルカリホスファターゼ活性と極性細胞が非常に豊富で、どちらも分泌の役割に適しています。[ 46 ]櫛状体の細胞には暗いメラニン顆粒が詰まっており、これが櫛状体に当たる迷光を吸収してこの器官を温かく保つと考えられています。これにより櫛状体の代謝率が高まり、長時間光にさらされている間の網膜の厳しいエネルギー要求を満たすために、より多くの栄養分子が放出されると考えられています。[ 47 ]
網膜内血管網の分岐やその他の物理的特性は個人によって異なることが知られており、[ 48 ]これらの個人差は生体認証や疾患発症の早期発見に利用されてきた。血管分岐のマッピングは生体認証の基本ステップの 1 つです。[ 49 ]このような網膜血管構造の解析結果は、DRIVEデータセットから取得した網膜眼底画像の血管分岐のグラウンド トゥルースデータ[ 50 ]と比較して評価できます。 [ 51 ]さらに、DRIVE データセットの血管のクラスも識別されており、[ 52 ]これらの分岐を正確に抽出するための自動化された方法も利用可能です。[ 53 ]網膜の血流の変化は加齢[ 54 ]や大気汚染への曝露[ 55 ]に見られ、高血圧や動脈硬化などの心血管疾患を示唆する可能性があります。[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]視神経乳頭付近の細動脈と細静脈の等価幅を測定することも、心血管リスクを特定するために広く用いられている手法である。[ 59 ]
網膜は、網膜の光受容細胞である桿体細胞と錐体細胞の色覚色素がパターン状に活性化されることから始まり、光学的画像を神経インパルスに変換します。この活性化は神経系と脳の様々な部位によって処理され、脳内で外部環境の表現が形成されます。
錐体は明るい光に反応し、昼光下では高解像度の色覚（明所視）を媒介します。桿体は昼光レベルでは反応が飽和しており、パターン認識には寄与しません。しかし、桿体は薄暗い光にも反応し、非常に低い照度下では低解像度の単色視（暗所視）を媒介します。ほとんどのオフィス環境の照度はこれら2つのレベルの中間に位置し、薄明視と呼ばれます。薄明視レベルでは、桿体と錐体の両方がパターン情報に積極的に寄与します。このような状況下で桿体の情報がパターン認識にどの程度寄与しているかは不明です。
錐体細胞のさまざまな波長の光に対する反応は、分光感度と呼ばれます。正常な人間の視覚では、錐体細胞の分光感度は、青、緑、赤と呼ばれることが多いものの、より正確には短波長、中波長、長波長に敏感な錐体細胞サブタイプと呼ばれる3つのサブタイプのいずれかに分類されます。これらの錐体細胞サブタイプの1つ以上が欠如していることが、色覚異常やさまざまな種類の色盲の原因となります。これらの人々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、正常な視覚を持つ人が区別できる色を区別することができません。人間はこの三色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細胞を欠いているため、二色覚が劣っています。しかし、一部の動物は4つの分光サブタイプを持っています。たとえば、マスは人間と同様の短波長、中波長、長波長サブタイプに加えて、紫外線サブグループを持っています。一部の魚は光の偏光にも敏感です。
光受容体では、光に曝されると膜が段階的に過分極します。外側の細胞節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）の正常濃度によってNa+チャネルが開いた状態が維持され、静止状態では細胞は脱分極しています。光子によって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。その結果、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）が閉じます。こう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では減少し、光量が低下すると増加します。実際の光感受性色素は強い光によって漂白され、化学反応によってのみ補充されるため、明るい場所から暗い場所へ移行する際には、目が完全な感度を取り戻すまでに最大30分かかることがある。
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を介して双極細胞に比例した応答を送り、双極細胞は網膜神経節細胞に信号を送る。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、これらの細胞はシナプス信号が神経節細胞に到達する前に信号を変化させ、神経信号は混合・結合される。網膜の神経細胞のうち、活動電位を発生させるのは網膜神経節細胞と少数のアマクリン細胞のみである。
網膜神経節細胞には、細胞の受容野に応じて2種類の応答パターンがあります。網膜神経節細胞の受容野は、中心部のほぼ円形の領域と、その周囲を囲む環状領域から構成されます。中心部では光が細胞の発火に一方的な影響を与え、周辺部では光が反対の影響を与えます。ON細胞では、受容野中心部の光強度が増加すると発火頻度が増加します。OFF細胞では、光強度が増加すると発火頻度が減少します。線形モデルでは、この応答パターンはガウス関数の差によってよく説明され、エッジ検出アルゴリズムの基礎となっています。この単純な違いに加えて、神経節細胞は色感度と空間加算の種類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、P、または小型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、M、またはパラソル網膜神経節細胞とも呼ばれる）と呼ばれるが、ネコの網膜におけるX細胞とY細胞、霊長類の網膜におけるP細胞とM細胞の対応関係は、かつて考えられていたほど単純ではない。
視覚信号を脳に伝達する視覚経路において、網膜は垂直方向に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）に分かれます。鼻側からの軸索は視交叉で脳を横断し、反対側の眼の側頭側からの軸索と合流してから外側膝状体へと進みます。
網膜には1億3000万個以上の受容体があるが、視神経には約120万本の線維（軸索）しかない。そのため、網膜内では大量の前処理が行われている。中心窩は最も正確な情報を生成する。中心窩は視野の約0.01%（視角2°未満）を占めるにすぎないが、視神経の軸索の約10%が中心窩に向けられている。中心窩の解像度限界は約1万点とされている。情報容量は、色情報を含まない場合は毎秒50万ビット（ビットの詳細については情報理論を参照）、色情報を含む場合は毎秒約60万ビットと推定されている。[ 60 ]
網膜が画像を表す神経インパルスを脳に送る際、視神経の限られた容量に収まるように、それらのインパルスを空間的に符号化（圧縮）します。光受容細胞は神経節細胞の100倍も多いため、圧縮が必要となります。これは「デコヒーレンス」と呼ばれる処理によって行われ、双極細胞と神経節細胞によって構成される「中心周辺構造」によって実現されます。
網膜には中心周辺構造が2種類あり、オンセンターとオフセンターと呼ばれる。オンセンターは中心部が正の重み付けを持ち、周辺部は負の重み付けを持つ。オフセンターはその逆である。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る。
これらの中心周辺構造は、組織標本を染色して網膜の解剖学的構造を調べても物理的に目に見えるものではない。中心周辺構造は、双極細胞と神経節細胞間の結合強度に依存するという意味で、論理的（すなわち、数学的に抽象的）である。細胞間の結合強度は、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る。
中心周辺構造は、コンピュータプログラマーがデジタル写真の輪郭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等価です。つまり、網膜は画像を表す信号に対して演算を行い、視野内の物体の輪郭を強調します。例えば、犬、猫、車が写っている写真では、これらの物体の輪郭に最も多くの情報が含まれています。脳（あるいはコンピュータ）の高次機能が犬や猫などの物体を抽出し分類するためには、網膜がシーン内の様々な物体を分離する最初のステップとなるのです。
例えば、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となるのが、以下の行列です。この行列は、中心周辺構造に相当するコンピュータ上の構造です。この例では、この行列内の各ボックス（要素）は、1つの光受容体に接続されます。中央の光受容体は、現在処理中の受容体です。中央の光受容体には、重み係数+1が乗算されます。周囲の光受容体は、中央の光受容体の「最近傍」であり、−1/8の値が乗算されます。これら9つの要素の合計が最終的に計算されます。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、次に次の行まで下に移動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れば、この行列の合計はゼロになります。ゼロという結果は、この小さな領域内で画像が均一（変化なし）であったことを示します。負または正の合計は、この9つの光受容体からなる小さな領域内で画像が変化していたことを意味します。
上記の行列は、網膜内部で実際に起こっていることの近似値にすぎません。違いは以下のとおりです。
以下に、入力画像の例と、エッジ検出によって画像がどのように変化するかを示します。
画像が中心周辺構造によって空間的に符号化されると、信号は視神経（神経節細胞の軸索を介して）を通って視交叉を通り、外側膝状体（LGN ）へと送られます。LGNの正確な機能は現時点では不明です。LGNの出力は脳の後部へと送られます。具体的には、LGNの出力は一次視覚野であるV1へと「放射状に」送られます。
簡略化された信号の流れ：光受容体 → 双極細胞 → 神経節 → 視交叉 → 外側膝状体 → V1皮質
網膜に影響を与える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。
さらに、網膜は脳と身体への「窓」と表現されており、網膜の検査によって検出された異常は、神経疾患と全身疾患の両方を発見する可能性がある。[ 62 ]
網膜に影響を与える疾患や障害の診断には、さまざまな機器が利用可能です。眼底検査や眼底写真は、網膜の検査に長年使用されてきました。最近では、適応光学が、生きた人間の網膜内の個々の桿体細胞と錐体細胞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、患者に不快感を与えることなく医師が網膜全体を観察できる技術を開発しました。[ 63 ]
網膜電図は、特定の疾患によって影響を受ける網膜の電気活動を非侵襲的に測定するために使用されます。比較的新しい技術で、現在広く利用可能になりつつあるのが光干渉断層撮影（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体積または高解像度の断面断層像を取得できます。網膜血管分析は、網膜の小動脈と静脈を検査する非侵襲的な方法であり、人体の他の場所の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[ 64 ]、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の可能性を秘めているようです[ 65 ] 。
患者が無視してはいけない視覚症状には、(1)突然の飛蚊症や新しい斑点の「シャワー」、(2)片方の目に光の閃光、(3)周辺視野にカーテン、影、または欠損領域、(4)中心視野のぼやけ、波打ち、または歪みなどがあります。[ 66 ]
治療法は、病気や障害の種類によって異なります。
網膜疾患の一般的な治療法は以下のとおりです。
網膜遺伝子治療
遺伝子治療は、広範囲の網膜疾患を治療する可能性のある手段として期待されています。これは、非感染性のウイルスを使用して遺伝子を網膜の一部に輸送することを含みます。組換えアデノ随伴ウイルス（rAAV）ベクターは、病原性の欠如、最小限の免疫原性、および分裂後細胞を安定かつ効率的に形質導入する能力など、網膜遺伝子治療に理想的に適した多くの特徴を備えています。[ 67 ] rAAVベクターは、網膜色素上皮（RPE）、光受容体細胞、および網膜神経節細胞の効率的な形質導入を媒介する能力のためにますます利用されています。各細胞タイプは、AAV血清型、プロモーター、および眼内注射部位の適切な組み合わせを選択することによって、特異的に標的に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、この治療法が安全かつ効果的であることが示されています。[ 68 ] [ 69 ]重篤な有害事象はなく、3つの研究すべてにおいて、患者はさまざまな方法で測定された視機能の改善を示しました。使用された方法は3つの試験で異なりましたが、視力[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]や機能的移動[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]などの機能的方法と、瞳孔の光に対する反応能力[ 68 ] [ 73 ]や機能的MRIの改善[ 74 ]など、バイアスを受けにくい客観的測定の両方が含まれていました。改善は長期にわたって持続し、患者は1.5年以上経過しても良好な状態を維持しています。[ 68 ] [ 69 ]
網膜の独特な構造と比較的免疫特権のある環境がこのプロセスを助ける。[ 75 ]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保護し、ベクター介在療法への反応の可能性を高める。眼の高度に区画化された解剖学的構造は、マイクロサージェリー技術を使用して直接視覚化しながら、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を容易にする。[ 76 ]網膜の保護された環境では、AAVベクターは、 1回の治療後、長期間にわたって網膜色素上皮（RPE）、光受容体、または神経節細胞で高レベルのトランスジーン発現を維持することができる。さらに、注射後の視機能や網膜構造の変化については、視力、コントラスト感度、眼底自家蛍光（FAF）、暗順応視覚閾値、血管径、瞳孔計測、網膜電図（ ERG）、多焦点ERG、光干渉断層計（OCT）などの非侵襲的な先進技術を用いて、眼および視覚系を日常的に容易にモニタリングすることができる。[ 77 ]
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対して有効です。成熟網膜の血管形成の調節には、血管内皮増殖因子（VEGF）などの内因性正成長因子と、色素上皮由来因子（ PEDF ）などの血管新生阻害因子とのバランスが関わっているため、抗血管新生タンパク質であるPEDF、アンジオスタチン、可溶性VEGF受容体sFlt-1のrAAVを介した発現は、動物モデルで異常な血管形成を減少させることが示されています。[ 78 ]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できないため、より一般的に適用可能な生存因子療法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、細胞死を遅らせました。[ 78 ]
臓器移植 2023年に顔と眼球の移植が試みられたが、成功は限定的であった。 [ 79 ]眼球全体の移植は、ドナー眼球の生存可能性、眼球を支配する神経細胞の再生、免疫学的受容、倫理的問題など、多くの合併症を伴う。[ 80 ] 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」が開発中である。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。
2017年、網膜色素変性症の患者が光を検出できるように設計された電極インプラントが患者に埋め込まれた。[ 81 ] 2025年には、眼鏡に取り付けられた小型カメラと黄斑変性症の患者の目に挿入されたワイヤレスチップにより、機能的な視覚（単なる光検出ではなく、形状や形態など）が回復した。[ 82 ] 1年間の試験の完了後、32人の患者のうち27人が標準視力検査表で少なくとも2行多く読むことができたが、重要なことに、地下鉄の標識や食品ラベルを読むことができた。
紀元前300年頃、ヘロフィロスは死体の眼球を解剖して網膜を特定した。彼は、網膜がクモの巣に似ていることからそれをクモ膜層、網状構造が投網に似ていることから網状構造と呼んだ。クモ膜という用語は脳の周囲の層を指すようになり、網状構造という用語は網膜を指すようになった。[ 83 ]
西暦1011年から1021年の間に、イブン・アル＝ハイサムは、物体から反射した光が目に入ることで視覚が生じることを示す数多くの実験を発表した。これは、光が目から放出されることで視覚が生じるという放出説に反する、入射説と一致する。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、網膜が視覚の始まりに関与しているとは考えられないと判断した。その代わりに、視覚は水晶体の表面から始まるに違いないと考えた。[ 84 ]
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づけた。彼は、網膜像が反転していることと、私たちが世界を正立しているように認識していることとの矛盾を解消するのは他の科学者に任せた。[ 85 ]
1894年、サンティアゴ・ラモン・イ・カハルは『脊椎動物の網膜』（Retina der Wirbelthiere ）の中で網膜ニューロンの最初の主要な特徴付けを発表した。[ 86 ]
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。 [ 87 ]
ペンシルベニア大学の最近の研究では、人間の網膜のおおよその帯域幅は毎秒 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ています。[ 88 ]
2006年、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンとムーアフィールズ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、光受容体細胞をマウスの網膜に移植できることを示した。[ 89 ]最近、ダブリンのアダーらは、電子顕微鏡を用いて、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た。[ 90 ]
2012年、MITのセバスチャン・スンとその研究室は、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市民科学ゲームであるEyeWireを立ち上げた。 [ 91 ] EyeWireプロジェクトの目標は、網膜細胞の既知の大まかな分類の中から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することであり、これは視覚の仕組みを解明するのに役立つ。[ 92 ] [ 93 ]
