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眼睛是心灵的窗户，人从外部世界获得的信息中,有80%是由眼睛获取。人眼是世界上最精密的照相机，而这照相机的内部结构是如此神秘、难以窥及。今天我们来聊聊Helmholtz与检眼镜的故事。

检眼镜是眼科医生常用的检查设备，德国著名物理学家、生理学家、发明家赫尔曼·冯·亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)（1821-1894）于1850年成功发明了第一台检眼镜。检眼镜的诞生，使Helmholtz被认为是开创眼科学新时代的先驱，在此之前，人类对观察活体眼睛的内部结构束手无策。

Helmholtz自幼热衷于解决科学问题,尤其是光学问题。他的叔父是普鲁士军队里的资深军医，柏林Charité医院的外科学教授，在叔父的引荐下，Helmholtz于1838年进入柏林军事医学院学习，1842年通过拉丁文博士论文答辩。1842-1843年，他在Charité医院实习一年，Charité医院是当时欧洲最大的教学医院之一。随后，他在Johann Christian Jungken领导下的眼科轮转，并成为一名军医。在服完兵役后，Helmholtz于1848年前往柏林Konigsberg大学教授解剖学，次年，他被评为为杰出生理学教授。

灵光乍现

发明检眼镜时，Helmholtz年仅29岁，当时他在Königsberg大学任教，准备一场生理学讲座，备课时他思考为何光线照射眼睛时能观察到瞳孔发光，他推测光线进入和离开眼睛的路径应当是相同的，以往无法观察到眼睛的内部结构，可能是观察者距离眼睛太远或者是照射光源受到遮挡。他仅用8天时间解决这个问题，并发明出检眼镜。他采用与光源成一定角度的镜片，完美解决检查者头部遮挡光源的问题，最初的镜片是由三片平行的薄玻璃片组成，其角度可以将最大量的光线反射至眼内，但使用起来十分繁琐，随后他采用中央带有开口的镀银凹面镜来替代。

Helmholtz检眼镜光路图

Helmholtz于1850年12月6日向柏林物理学会口头报告了检眼镜的发明。他立即给父亲写信介绍这项发明：“在一次生理学讲座备课期间，我发明了一项对眼科学界具有深远意义的仪器。这项发明运用的皆为基础物理知识，并未涉及高深的光学理论。实在可笑，我们太过愚钝，竟未能早点让它问世。它是一种镜片组合，能够照亮黑暗的眼底，使用适当的光源照射瞳孔，即可观察到眼底视网膜的细节，这比以往能观察到的视网膜精确得多。眼底视网膜的细节可被放大二十倍，可以清晰观察到视网膜的血管、动静脉分支和视神经乳头进入眼睛的入口。迄今为止，大量眼部疾病被归类为‘黑色内障’，主要原因是对活体眼睛的病变一无所知，甚至在尸检后也不知其病理如何变化。有了这项发明，对活体眼睛的内部结构进行详细检查成为了现实。我好比哥伦布，只有我能将鸡蛋竖起来。”

当时根据检眼镜所见画的眼底

君子不爱财

事实上，这项发明能够出现并不像Helmholtz所言如此容易，它需要发明者对光学理论有深刻的理解并拥有灵活的头脑。他父亲回信道：“该仪器一旦投入使用，你将需要考虑专利的问题”。Helmholtz意识到这项发明是有利可图的，他没有回复父亲的问题，也没有申请检眼镜的专利，他更愿意让这种仪器造福于人类，而不是创造个人财富。

1851年11月11日，Helmholtz在Koenigsberg大学的科学医学学会会议上首次公开宣布检眼镜的发明，并发表了43页的检眼镜专著，因此部分学者认为1851年为检眼镜的发明日期。Helmholtz明白他的发明对于临床医学具有深远意义：“毫不夸张的说，从今以后，玻璃体和视网膜的所有病理变化，不仅只能通过尸检明确，现在也能在活体眼睛中证实，检眼镜将使眼科病理学研究取得突破性进展。”

一个世纪以前，眼科著名历史学家Thomas Shastid曾说过， “伟人之所以为伟人，原因是他的理论不仅能被专家理解，还能被普通大众所接受。没有检眼镜的时代已经成为过去，Helmholtz的检眼镜给新时代眼科带来了光明的未来。”

检眼镜的前世

在检眼镜发明之前，很多科学家尝试看清眼内的结构。最早在1703年，法国巴黎的Jean Mery成为首个在活体中观察到眼底细节的科学家，他成功观察到猫的视神经，他将猫的头浸入水中以中和角膜反光的影响，从而成功看到猫的眼底。1844年，德国海德堡的一名医学生进行了一系列动物实验，试图看见视网膜，但他无法解决照亮眼底的问题。1846年在英国工作的William Cumming和1847年在奥地利维也纳工作的Ernst Brücke两人更加接近成功看清活体的眼底，他们成功解决照亮眼底的问题，但仍无法看清眼底的细节。这些发现为Helmholtz的成功奠定了基础。

浦肯野（Jan Purkinje）可能是在Helmholtz前观察到活体视网膜的第一人。浦肯野是捷克的生理学家，因首次描述晶状体和角膜反射形成的反射图像，提出心脏浦肯野氏纤维和细胞质等概念而闻名于世。他于Helmholtz第一次描述检眼镜之前27年即发表的一篇研究生论文中有一小部分提到检眼镜的组成结构。浦肯野曾公开表示：“在狗的后方放一根蜡烛，光将从用近视镜片凹面镜反射到狗的眼睛，此时可观察到狗的眼睛内部。在人眼上重复这个实验，同样能够成功。”浦肯野当时是否看到了视网膜和视神经，我们无法得知，但毫无疑问，他描述的仪器就是检眼镜的前身。在Helmholtz公开报道发明检眼镜后，浦肯野尚在人世，但他却行事低调，从未声称他是发明类似检眼镜设备的第一人。这个世界就是如此，人们只将功劳归功于为人所知的发明者身上。

浦肯野和他的检眼镜光路图，长按图片识别二维码阅读

检眼镜大流行

检眼镜很快就被几乎所有著名的欧洲眼科医生所接受。一位著名的支持者是Albrecht von Graefe，他在Helmholtz专著出版后不久就获得了一份副本，当von Graefe第一次使用检眼镜看到眼底时，他激动地喊道：“Helmholtz向我们展示了一个新世界”。1852年，Ruete设计了一种改进仪器，即间接检眼镜。1855年，来自Cincinnati的Elkanah Williams将检眼镜带到了美国，从此检眼镜走向全世界。

医疗领域的创新推广往往存在阻力，检眼镜也不例外。一部分眼科医生对这项新技术并不感兴趣，一部分医生担心检眼镜的照射会导致视网膜出现损伤，尤其是患病的眼睛。眼科医生非常清楚，强光可能导致患者出现暂时性盲点，强烈的太阳光甚至有造成永久性视力损害的可能。尽管存在这些阻力，检眼镜对眼部的损伤还是很快被证实可以忽略不计，该仪器很快就被大规模运用到了医疗实践中。

早期的检眼镜使用有一定难度，光源是一种反射火焰，其强度远低于现在使用的灯泡。来自角膜的眩光是一个重要障碍，小瞳孔增加了检查的难度，因此通常采用阿托品散大瞳孔，方便检查，但这种药物的具有长期散瞳和麻痹睫状肌的副作用。Helmholtz曾收到一位眼科医生的十几封信。该医生反复写道：“你的检眼镜很棒！但我用它看不到任何东西！” Helmholtz总是回复：练习。第十三封信终于说：“我看见了！”柏林的von Graefe诊所里，患者可以在检查暗室的天花板上看到一个痕迹，它是由一名眼科医生留下的，他第一次看到视神经时，兴奋地将检眼镜抛向了空中。

Helmholtz早期检眼镜和生理光学手册

Helmholtz是十九世纪下半叶最著名的科学家，同时也是一位政治家和科普工作者，他的工作跨越了传统学科，包括眼科、耳科、生理学、物理学和美学。他的《生理光学手册》以多种语言出版，是几代眼科医生的重要学习书籍，他发明的角膜曲率计也有十分重要的意义。对于大多数科学界人士来说，他最出名的成就是能量守恒定律，然而他的理论没有被立即接受，早期曾被《物理学年鉴》拒稿。在他发明检眼镜的那一年，他还完成了一项科学家们普遍认为不可能实现的壮举——测量神经冲动的传导速度。

Helmholtz的才智是如此受人尊敬，以至于他的大脑结构被人拿来研究。通过检查著名科学家的大脑来寻找天才历史悠久，只是，对Helmholtz、奥斯勒、爱因斯坦等人的大脑皮层进行宏观和微观的研究，并没有给我们提供任何关于天才起源的信息。

早在1858年，海德堡眼科学会在其年会上向Helmholtz颁发了一个奖杯，上面刻有“致一门新科学的创造者，致人类的恩人，以感谢检眼镜的发明”。Helmholtz认为，公众知道他的成就不算什么，同事们都认可他的成就时，他才最为感动。Helmholtz获得这一崇高荣誉时发表了以下讲话：“当我回顾检眼镜的发明历程，我不得不承认，之所以能成功，一部分原因是运气好，一部分原因是努力向前辈学习、脚踏实地地工作。检眼镜与其说是一项发明，不如说是一项发现，检眼镜的发现是建立在各种光学手段和物理学研究的基础之上的，这些是发明检眼镜所必须的。”

任何的科研成功均是如此，我们都是站在巨人的肩膀上。Helmholtz受邀访问美国，在纽约哥伦比亚大学教授Herman Knapp（Archives of Ophthalmology创始人和主编）的诊所落成典礼上发表讲话：“上世纪末期前，生理学家都认为猫、狗、牛和其他哺乳动物、鸟类等的眼睛在夜间是自己发出光的，没有人怀疑这个观点”。到了19世纪才发现看起来会发光的动物的眼睛里有一个反射层，如果有光照射进来，并且观察者角度与它路径一致，任何眼睛都可以在黑暗的房间里发光。

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Helmholtz继续说道：“在我发明检眼镜之前，有无数科学家想观察眼内的结构，但结果都不如人意。我之所以在这件事上能有所建树，是因为我提出一个问题：光是如何从照亮的眼睛中反射回来的？之前的科学家都没有提出过这个问题，他们在研究过程中遇到困难就停了下来，而不是坚持到底。当我解决这个问题后，脑海中就有了检眼镜的雏形，我只用了2天时间就完成了检眼镜的发明。我这样说是为了让你们印象深刻，在做科学研究时，勤于思考、坚持不懈至关重要。”

这就是检眼镜给我们的启示。

作者单位：福建医科大学附属漳州市医院眼科，漳州市眼科中心

策划、审校：庄 鹏

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