Человеческое зрение — важная чувствительная функция визуализации окружающих человека объектов путем восприятия видимого спектра электромагнитных волн глазом и дальнейшей их обработки в области головного мозга.
Зрение, в сочетании с таким не менее важным органом чувств как слух, закладывает основной фундамент развития человека. Человеческий глаз это самый первый орган, воспринимающий видимый человеком световой диапазон, который впоследствии обрабатывается зрительной корой головного мозга.
- Из чего состоит глаз человека?
- Как работает глаз человека?
- Дефекты зрения — нарушения физики оптических свойств
- Дальтонизм и зрительные иллюзии
Из чего состоит глаз человека?
Итак, вся поступившая внешняя информации в виде видимого спектра электромагнитных волн попадает на выстелающую глазное дно сетчату, которая состоит из множества чувствительных фоторецепторов. О важности данных фоторецепторов в человеческом зрении можно судить исходя от их 70-ти процентного присутствия в человеке на фоне всех остальных рецепторов в других органах человека.
Так называемые глазные яблока располагаются в глазницах, утопленных вглубь человеческого черепа и составляют диаметр около двух с половиной сантиметров. Основная часть глазных яблок скрыта в углублениях черепа — тем самым защищена от внешних механических воздействий, и только незначительная их часть находится снаружи.
Глазные яблоки, выполняющие роль органической оптики, приводятся в движение с помощью шести мышц, которые обеспечивают движение яблока, что позволяет расматривать человеку объекты с максимально доступным углом обозрения. Ведь если бы глазное яблоко не имело бы подобных мышц, то оно было бы неподвижно статичным и угол обзора был бы не таким широким. Глаза в период бодрствования человека с помощью этих мышц сканируют внешнюю картинку под воздействием так называемого глазмного треморра — постоянного дрожания.
Глаз, по сути, это оптическая линза, через которую проходит свет. Он имеет форму сферы и его полость заполнена прозрачным упругим веществом подобным стеклу. Его прозрачность обеспечивает пропускание светового потока к сетчатке, которую можно сравнить с матрицей цифрового фотоаппарата.
Пропускная способность светового потока человеческого зрения регулируется зрачком глаза. Именно через него попадает свет в необходимом количестве в зависимости от его интенсивности. Пропускная способность регулируется путем расширения и сжатия зрачка. Как и в любой оптической системе при слабом свете зрачок максимально расширяется для того, чтобы можно было принять света максимум из возможного и сужается в случае, если если мощность светового потока высокая и достаточно лишь его часть для последующего его попадания на сетчатку, тем самым обезопасив ее от повреждения излишне ярким светом.
Это изображение сетчатки (светочувствительной оболочки глаза, выстилающей глазное дно) в разрезе. Палочки и колбочки реагируют на свет и по нервным волокнам посылают импульсы в головной мозг.
Схема человеческого глаза в разрезе
Лучи света попадают в зрачок через роговицу — переднюю прозрачную часть наружной оболочки глаза. Роговица является сильной преломляющей линзой. Радужная оболочка регулирует количество проникающего в глаз света, что позволяет видеть как при тусклом, так и при ярком свете. Хрусталик фокусирует на сетчатке свет от ближних и дальних предметов. Центральная ямка сетчатки — область наибольшей остроты зрения.
На рисунке глаз представлен в разрезе. Прежде чем попасть в зрачок, световой поток проходит через роговицу глаза. Она представляет собой ничто иное как прозрачную сферическую линзу, проходя через которую, лучи света преломляются.
Первым фильтром, который регулирует световой потом прежде чем попасть в зрачок, является радужная оболочка глаза. С ее помощью человек способен видеть как в светлое, так и в темное время суток. Основной органической сферической линзой глаза является хрусталик, с помощью которого попадающий свет от близрасположенных и удаленных предметов фокусируется на сетчатке. Выделяют на сетчатке зону наибольшей остроты зрения — центральную ямку сетчатки.
Существует участок сетчатки, в котором отсутствуют вообще фоторецепторы. В этой области, не воспринимающей световой поток, выходит зрительный нерв. Также эту область называют слепым пятном сетчатки. Данная неактивное в восприятии света слепое пятно сетчатки никаким образом не мешает корректности формирования картинки в зрительной коре головного мозга.
Как работает глаз человека?
Роговица с хрусталиком представляв собой оптические линзы в органическом исполнении, свойства которых знакомы нам из курса школьной физики. Они играют роль фокусирующей оптики светового потока на хрусталике.
А вот за количество попадаемого света на сетчатку, подобно диафрагме фотоаппарата, отвечает радужная оболочка с ее мышцами постоянно изменяющими диаметр зрачка для необходимого дозирования света на сетчатке глаза; уменьшая диаметр — снижает световой поток и пропускает только необходимую порцию света, увеличивая диаметр — увеличивает поток попадаемого света на сетчатку в случае если его мощность слаба и сетчатке необходимо получить как можно больше света для последующего восприятия объекта головным мозгом.
Фоторецепторов палочек насчитывается порядка 125 млн. и они отличаются от кобочек своей сверхчувствительностью к слабому свету, но при этом не воспринимают цветов. Фоторецепторов колбочек насчитывают около 7 млн, и они отвечают за восприятие цветового спектра света, а именно зеленого, красного и синего цвета при условиии обеспечения высокой яркости света. За каждый отдельный цвет отвечает отдельный тип колбочек.
Каждый вид фоторецепторов человеческого зрения — коробочек и колбочек после восприятия свойственного им спектра света формирует импульсы для дальнейшей передачи по зрительному нерву в зрительную кору головного мозга, где после обработки человек получает визуальные изображения. Восприятие окружающих объектов двумя человеческими глазами незначительно отличаются друг от друга. Совмещая полученные изображения от двух глаз алгоритмы зрительной коры головного мозга совмещают картинки в единое трехмерное изображение, которое и позволяет человеку оценить относительную величину объекта и удаленность от него.
Фоторецепторы посылают нервные импульсы в мозг.
Обрабатывая сигналы, мозг снова переворачивает изображение, так что мы все видим правильно.
Слезная жидкость вырабатывается слезными железами. Она омывает поверхность глаза, когда мы моргаем. В слезах содержится убивающий бактерии фермент лизоцим. Через 2 отверстия в углу глаза слезы стекают в слезный проток и по нему — в полость носа.
Дефекты зрения — нарушения физики оптических свойств
Зрительные органы могут обладать врожденной оптической патологией либо приобреать ее в процессе жизни. Наиболее распространенные из них это близорукость или дальнозоркость. Здесь, судя логике названий, все очевидно.
Близорукость
В случае, если человек неспособен различать удаленные объекты, но при этом совершенно четко видит близрасположенные объекты, — называют близорукостью. Неспособность чеко видеть удаленные предметы обусловнена дефектом цилиарной мышцы хрусталика, которая утратила способность достаточного расслабления, вследствие чего световой поток лучей фокусируется не на сетчатке, а перед ней. В итоге близорукий человек видит получаемое изображение удаленного объекта расплывчатым. Современная медицина научилась решать данную проблему путем индивидуального подбора контантных линз или очков с вогнутыми линзами.
Дальнозоркость
С дальнозоркостью все ровным счетом наоборот. Такой дефект сопровождается неспособностью четко видеть близрасположенные предметы. Мышца хрусталика утрачивает физическую способность достаточным образом сжимать хрусталик. Световой фокус в данном случае укладывается позади за границами хрусталика. Эффек тот же, что и в случае с дальнозоркостью, только в отношении близких предметов — расплывчатость. Одним из решением победить близорукость — подобрать очки с выпуклыми линзами.
Дальтонизм и зрительные иллюзии
Также существует дефект отсутствия воприятия цветного спектра света даже при условии нормальной яркости света. Этот дефект называют дальтонизмом или цветовой слепотой.
Существует простой тест-картинка, глядя на которую можно определить сущесвует ли у человека дефект дальтонизма.
Картинка теста на дальтонизм
Эта картинка из цветных точек позволяет провести тест на дальтонизм. У дальтоников отсутствует 1 из 3 видов колбочек, различающих красный, зеленый и синий цвета. Чаще всего дальтонизм не различают красные и зеленые цвета.
Если вы способны разглядеть в этом кружочке цифру 7, значит вы не страдаете цветовой слепотой. У мужчин цветовая слепота встречается чаще, чем у женщин.
Зрительные иллюзии «сбивают с толку» мозг. Обе пары красных линий прямые, но слева они кажутся вогнутыми, а справа выгнутыми наружу. Хотя, повторимся, на самом деле они прямые идущие параллельно друг другу.
А представьте будущая наука в будущем научился внимать картинку того, что видит человек и проецировать ее на экране монитора! Хотя может я не знаю, может есть такие наработки? Вот зачастую можно слышать, что кошка или собака видит все таким-то образом? Эти выводы были сделаны исходя от реакции на внешние раздражители?
К сожалению подобных наработок получения картинки того, что видит человек, на экране сегодня точно нет. Ведь нервные окончания глаза это вам не провода и не оптоволокно. Вся картинка формируется у человека в коре головного мозга. Хотя в будущем, возможно, расшифрован информацию, которые несут в себе нервные импульсы в кору головного мозга, и захватывая непрерывный ее поток формировать видео на экране.