Η εμπειρία της όρασης ξεκινά όταν φωτόνια από τον κόσμο χτυπούν τον φακό του ματιού μας και εστιάζονται σε ένα μικρό κομμάτι φωτοδεκτικών κυττάρων σε ένα μέρος του ματιού που ονομάζεται αμφιβληστροειδής. Αυτά τα κύτταρα διατίθενται σε δύο τύπους – ράβδους και κώνους. Οι κώνοι είναι για ανίχνευση χρώματος, λειτουργούν καλά σε έντονο φως και οι ράβδοι είναι πιο ευαίσθητες αλλά και αχρωματοψίες. Οι άνθρωποι έχουν περίπου 125 εκατομμύρια ράβδους και 6 εκατομμύρια κωνικά κύτταρα. Ορισμένα είδη έχουν πολύ περισσότερες ράβδους, ειδικά εκείνες που είναι προσαρμοσμένες να ζουν τη νύχτα. Μερικές κουκουβάγιες έχουν νυχτερινή όραση 100 φορές πιο οξεία από αυτή που έχουμε συνηθίσει.
Οι ράβδοι και οι κώνοι εκτελούν μια λειτουργία που ονομάζεται φωτομετατροπή, η οποία απλώς σημαίνει μετατροπή του εισερχόμενου φωτός σε ηλεκτρικά σήματα που θα σταλούν στον εγκέφαλο, καθιστώντας δυνατή την όραση. Όλα αυτά τα κύτταρα περιέχουν φωτοδεκτικές πρωτεΐνες με διάφορα μόρια χρωστικής. Στις ράβδους αυτές ονομάζονται ροδοψίνη. Στους κώνους, μπορούν να βρεθούν διάφορες χρωστικές, επιτρέποντας στο μάτι να διακρίνει τα διαφορετικά χρώματα. Όταν το φως που σχετίζεται με τη χρωστική ουσία επηρεάζει το κύτταρο του φωτοϋποδοχέα, στέλνει ένα σήμα προς τα κάτω στην οπτική ίνα, διαφορετικά δεν το κάνει. Τα κύτταρα φωτοϋποδοχέων και η ικανότητα της όρασης είναι εξαιρετικά παλιές εξελικτικές καινοτομίες, που χρονολογούνται από την περίοδο της Κάμβριας πριν από περισσότερα από 540 εκατομμύρια χρόνια.
Υπάρχουν δύο αξιοσημείωτα δομικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς. Το πρώτο είναι το βοθρίο, μια εξαιρετικά συμπυκνωμένη περιοχή κυττάρων φωτοϋποδοχέων που βρίσκεται στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς. Η κυτταρική πυκνότητα εδώ είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από ό,τι στην περιφέρεια, εξηγώντας γιατί όταν κοιτάμε απευθείας κάτι είναι πολύ πιο καθαρό από το να το κοιτάμε με την άκρη του ματιού μας.
Το βοθρίο είναι επίσης υπεύθυνο για τις συμπεριφορικές προσαρμογές που μας προκαλούν να γυρίσουμε γρήγορα το κεφάλι μας και να κοιτάξουμε επίμονα κάτι αν μας τρομάζει. Εάν δεν υπήρχε το βοθρίο και η πυκνότητα των φωτοϋποδοχέων ήταν ομοιόμορφη σε όλη την επιφάνεια του αμφιβληστροειδούς, δεν θα χρειαζόταν να το κάνουμε αυτό – θα έπρεπε μόνο να γυρίσουμε ελαφρά το κεφάλι μας, έτσι ώστε το συμβάν τουλάχιστον να εμπίπτει στο οπτικό μας πεδίο . Η περιοχή του βοθρίου είναι ένα σχετικά μικρό τμήμα του οπτικού πεδίου, περίπου 10 μοίρες πλάτος.
Το δεύτερο αξιοσημείωτο δομικό χαρακτηριστικό στον αμφιβληστροειδή είναι το τυφλό μας σημείο. Αυτό είναι όπου η οπτική ίνα συνδέεται μέχρι το πίσω μέρος του αμφιβληστροειδούς για να λάβει οπτικές πληροφορίες, αποκλείοντας την ύπαρξη φωτοϋποδοχέων σε ένα μικρό σημείο. Ο εγκέφαλός μας γεμίζει αυτόματα τα τυφλά μας σημεία για εμάς, αλλά διάφορες οπτικές ασκήσεις μπορούν να αποδείξουν ότι είναι εκεί.
Μόλις το φως μετατραπεί σε ηλεκτρικά ερεθίσματα και σταλεί η οπτική ίνα, πηγαίνει μέχρι το πίσω μέρος του εγκεφάλου (μετά από μερικές στάσεις), όπου βρίσκεται ο οπτικός φλοιός. Στον οπτικό φλοιό, μια ιεραρχία κυττάρων ανιχνευτών απομονώνει χρήσιμες κανονικότητες στα οπτικά δεδομένα, απορρίπτοντας περιττές πληροφορίες. Ένα στρώμα κυττάρων ανιχνεύει πράγματα όπως γραμμές και καμπύλες.
Ένα υψηλότερο επίπεδο θα ανιχνεύει κανονικότητες όπως κίνηση και τρισδιάστατα σχήματα. Το υψηλότερο επίπεδο είναι το σημείο όπου εμφανίζονται τα gestalts – συνολικά σύμβολα –, υπεύθυνα για τη συνειδητή εμπειρία της όρασης υπό κανονικές συνθήκες. Ο οπτικός φλοιός είναι ένας από τους καλύτερα κατανοητούς από όλες τις περιοχές του εγκεφάλου, με μια ογκώδη βιβλιογραφία για τις νευροεπιστήμες.