Глаз как оптический прибор
Параллельным потоком световое излучение попадает на радужная оболочку (выполняет роль диафрагмы), с отверстием, через которое свет поступает в глаз; эластичный хрусталик — это своеобразная двояковыпуклая линза, фокусирующая изображение; эластичная полость (стекловидное тело), придающая глазу сферическую форму и удерживающая на своих местах его элементы. Хрусталик и стекловидное тело обладают свойствами передавать структуру видимого изображения с наименьшими искажениями. Регулирующие органы управляют непроизвольными движениями глаза и приспосабливают его функциональные элементы к конкретным условиям восприятия. Они изменяют пропускную способность диафрагмы, фокусное расстояние линзы, давление внутри эластичной полости и другие характеристики. Управляют этими процессами центры в среднем мозгу с помощью множества чувствительных и исполнительных элементов, распределенных по всему глазному яблоку. Измерение световых сигналов происходит во внутреннем слое сетчатки, состоящем из множества фоторецепторов, способные преобразовывать световое излучение в нервные импульсы. Фоторецепторы в сетчатке распределены неравномерно, образуя три области восприятия.
Первая — область обзора — находится в центральной части сетчатки. Плотность фоторецепторов в ней наивысшая, поэтому она обеспечивает четкое цветное изображение предмета. Все фоторецепторы в этой области по своему устройству в принципе одинаковы, отличаются они только избирательной чувствительностью к длинам волн светового излучения. Одни из них наиболее чувствительны к излучениям (средняя части), вторые — в верхней части, третьи — в нижней. У человека есть три вида фоторецепторов, реагирующих на синие, зеленые и красные цвета. Здесь же, в сетчатке, выходные сигналы этих фоторецепторов совместно обрабатываются в результате чего усиливается контраст изображения, выделяются контуры объектов и определяется их цвет.
Объемное изображение воспроизводится в коре головного мозга, куда направляются видеосигналы от правого и левого глаза. У человека область обзора охватывает всего в 5°, и только в ее пределах он может осуществлять обзорно-сравнительные измерения (ориентироваться в пространстве, распознавать объекты, следить за ними, определять их относительное расположение и направление движения). Вторая область восприятия выполняет функцию захвата целей. Она располагается вокруг области обзора и не дает четкого изображения видимой картины. Ее задача — быстрое обнаружение контрастных целей и изменений, происходящих во внешней обстановке. Поэтому в этой области сетчатки плотность обычных фоторецепторов невысока (почти в 100 раз меньше, чем в области обзора), зато имеется множество (в 150 раз больше) других, адаптивных фоторецепторов, реагирующих только на изменение сигнала. Совместная обработка сигналов тех и других фоторецепторов обеспечивает высокое быстродействие зрительного восприятия в этой области. Кроме того, человек способен быстро улавливать малейшие движения боковым зрением. Функциями захвата управляют отделы среднего мозга. Здесь интересующий объект не рассматривается и не распознается, а определяется его относительное расположение, скорость и направление движения и даётся команда глазодвигательным мышцам — быстро повернуть оптические оси глаз так, чтобы объект попал в зону обзора для детального рассмотрения.
Третью область образуют краевые участки сетчатки, на которые не попадает изображение объекта. В ней плотность фоторецепторов самая маленькая — в 4000 раз меньше, чем в области обзора. Ее задача — измерение усредненной яркости света, которая используется зрением как точка отсчета для определения интенсивности попадающих в глаз потоков света. Именно поэтому при различном освещении зрительное восприятие меняется.
Какие преимущества дает зрение двумя глазами?
Зрение двумя глазами обеспечивает нам широкое поле зрения. Мы можем видеть достаточно большое пространство перед собой.
Кроме этого, такое устройство нашего зрения позволяет различать, какие предметы находятся к нам ближе, а какие — дальше. Как это происходит?
На сетчатках правого и левого глаза получаются изображения, отличные друг от друга. Мы как бы видим предметы слева и справа. Чтобы это проверить, достаточно выбрать близкий к нам предмет и по очереди посмотреть на него сначала правым глазом, а потом левым.
Чем ближе к нам предмет, тем сильнее будет различие в изображениях разных глаз. Именно это различие и создает впечатление разницы в расстояниях. Когда мы смотрим двумя глазами, эти изображения сливаются в одно. Это наш мозг, получив информацию от каждого глаза по отдельности, выдает нам итоговую картинку. Из-за этого мы видим предметы объемными, а не плоскими.
{"questions":,"answer":}}}]}
Коррекция зрения с помощью линз
Недостатки зрения могут быть врожденные, а могут проявляться с возрастом. Например, многие люди к старости становятся дальнозоркими, хотя всю жизнь имели нормальное зрение.
Дело в том, что со временем хрусталик уплотняется и теряет способность сжиматься. Мышцы, прежде способные сжимать его, ослабевают и способность аккомодации уменьшается. Поэтому изображение образовывается за сетчаткой такого глаза.
Близорукость и дальнозоркость можно уменьшить или совсем убрать при использовании линз (очков или контактных линз).
У близорукого глаза изображение образовывается внутри глаза перед сетчаткой. Необходимо его передвинуть на сетчатку.
Для этого нужно уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Поэтому применяют рассеивающую линзу (рисунок 4).
Рисунок 4. Коррекция близорукости с помощью рассеивающей линзы
Оптическая сила таких линз отрицательная. Если вы видите очки, оптическая сила которых равна -1 дптр, -4,5 дптр, -6 дптр, то это очки для близоруких людей.
У дальнозоркого человека изображение получается за сетчаткой глаза. Его, наоборот, нужно пододвинуть, чтобы оно оказалось на сетчатой оболочке глаза (рисунок 5). Для этого нужно усилить оптическую систему глаза.
Рисунок 5. Коррекция дальнозоркости с помощью собирающей линзы
Здесь используют собирающие линзы. Такие очки для дальнозорких людей могут иметь, например, оптическую силу +0,5 дптр, +3 дптр, +4,25 дптр.
{"questions":,"answer":0},"fill_choice-4":{"type":"fill_choice","options":,"answer":0}}}]}
На данный момент популярны операции лазерной коррекции зрения. В их ходе врачи изменяют форму роговицы. Основной принцип заключается в придании ей новой формы. Это необходимо, чтобы сфокусировать световые лучи на сетчатке.
Гигиена зрения
Основная задача гигиены 3. — сохранение полноценного 3., позволяющего человеку на протяжении всей жизни успешно выполнять задачи, связанные с учебой, работой и бытом. Гигиена 3. разрабатывает правила для создания зрительного комфорта в разных условиях: 1) рациональное освещение; 2) оптимальный подбор цветовых контрастов; 3) создание благоприятной эмоциональной обстановки. Эти три основных фактора должны предупреждать зрительное утомление, приводящее к расстройству 3.
Основные требования, предъявляемые к естественному и искусственному освещению, — интенсивность света, его равномерность, спектральный состав и др. Необходимость адекватной интенсивности света обусловлена тем, что при слабом освещении трудно выполнять тонкую работу, а при очень интенсивном возникает ослепленность. Регулирование качества искусственного освещения заключается в приближении его спектрального состава к видимому спектру излучения Солнца как наиболее привычному для человеческого глаза. В гиг. отношении прямое освещение неблагоприятно, поскольку источники света, находящиеся в поле зрения, слепят глаза. Полуотраженное освещение в большинстве случаев наиболее целесообразно.
Физиол. исследованиями установлена оптимальная величина освещенности на рабочем месте — 200—3000 лк. Естественное освещение часто создает большие светящие и отражающие поверхности, дающие высокую диффузную освещенность на рабочем месте, что благоприятно отражается на работоспособности. Вопросы, связанные с разработкой оптимального естественного и искусственного освещения, комплексно разрабатываются различными специалистами, а их нормативы находят отражение в специальных правилах (см. Освещение).
Цветовые контрасты имеют большое значение в обеспечении зрительного комфорта, оказывают эстетическое воздействие на человека, также влияют на его работоспособность. Специальными исследованиями установлено, что наиболее благоприятное влияние на 3. оказывают относительно малонасыщенные цвета средней части видимого спектра (желто-зелено-голубые) — так наз. оптимальные цвета. Для сигнализации используются наиболее насыщенные (предохранительные) цвета. Применение различных условных цветов в промышленности и транспорте облегчает запоминание безопасных и опасных ситуаций. Отрицательно влияют на нормальное цветоощущение некоторые профессиональные вредности, интенсивное курение, злоупотребление алкоголем и др. (см. Цветовое зрение).
Благоприятная эмоциональная обстановка для 3. (отсутствие постоянных непрерывных смен полей зрения, резких цветовых контрастов, сильной освещенности, слепящих поверхностей и т. д.) способствует повышению безопасности в выполнении производственных процессов, производительности труда, в т. ч. у лиц, работа которых требует интенсивного участия 3., напр, на конвейере, транспорте и др.
Зрительное утомление может приводить к понижению производительности труда, способствовать развитию патол, состояний глаза (см. Амблиопия, Астенопия, Близорукость, Нистагм и др.). Под влиянием длительной и неблагоприятной зрительной работы уменьшается объем аккомодации глаза, несколько ухудшается баланс наружных мышц глаза (см. Конвергенция глаз, Дивергенция глаз).
В системе мероприятий по сохранению и укреплению здоровья у детей гигиена 3. имеет особое значение
Среди них важное место занимает качество печати школьных учебников (см. Книга), хорошее освещение в учебных классах и дома (особенно при выполнении домашних заданий), регулирование продолжительности и характера зрительной работы, правильная посадка во время занятий, соблюдение режима дня, предупреждение переутомления 3., к-рое может повлечь за собой его расстройства, в частности близорукость.
Детям с аномалиями рефракции необходима своевременная и правильная коррекция 3. (см. Астигматизм глаза, Близорукость, Дальнозоркость).
Гигиена 3. — Аветисов Э. С. Охрана зрения детей, М., 1975; Многотомное руководство по глазным болезням, под ред. В. Н. Архангельского, т. 1, кн. 2, с. 171, М., 1962; Руководство по рациональному цветовому оформлению, под ред. В. Н. Черниговского, М., 1964, библиогр.; Baumgardt E. L’hygiene de la vue, P., 1962.
А. И. Богословский, В. В. Волков; Ю. Г. Григорьев (рад.), А. И. Колотова (невр.).
Зрение в животном мире[править | править код]
Зрением обладают многие биологические классы. Филогенетически это относительно позднее сенсорное чувство, особенно по сравнению с тактильным восприятием, или с различными видами хеморецепции — обонянием и вкусом.
Однако для многих биологических видов зрение стало одним из основных каналов информации об окружающем мире.
Эволюционно ранними проявлениями зрительного восприятия можно считать фототаксис у некоторых галобактерий, когда разные диапазоны падающего на бактерии излучения приводят к двум различным реакциям: либо к фотоаттракции, либо к избеганию.
В зрительной системе млекопитающих сигналы, поступающие от сетчатки глаз, обрабатываются несколькими отделами мозга. Мозговые центры также управляют движениями глаз, регулируют состояние зрачков и кривизну линз-хрусталиков. Зрение многих организмов позволяет оценить цвет, яркость, форму и объем (стереоскопия).
Очистка глаз
Учитывая то, что глаз – это один из наиболее важных органов человеческого организма, он нуждается в непрерывном уходе. Именно для этого как раз и предусмотрена, если так можно назвать, «интегрированная система очистки», которая состоит из бровей, век, ресниц и слёзных желёз:
При помощи слёзных желёз регулярно производится липкая жидкость, с медленной скоростью движущаяся вниз по внешней поверхности глазного яблока. Эта жидкость смывает различный сор (пыль и т.п.) с роговицы, после чего входит во внутренний слёзный канал и затем стекает по носовому каналу, выводясь из организма.
В слезах содержится очень сильное антибактериальное вещество, уничтожающее вирусы и бактерии. Веки выполняют функцию стеклоочистителей – они очищают и увлажняют глаза благодаря непроизвольному морганию с интервалом в 10-15 секунд. Вместе с веками работают ещё и ресницы, предотвращая попадание в глаз любого сора, грязи, микробов и т.п.
Если бы веки не выполняли свою функцию, глаза человека постепенно бы засохли и покрылись рубцами. Если бы не было слёзного протока, глаза бы постоянно заливались слёзной жидкостью. Если бы человек не моргал, в его глаза попадал бы мусор, и он мог бы даже ослепнуть. Вся «очистительная система» должна включать в себя работу всех элементов без исключения, в противном случае она просто перестала бы функционировать.
Зрительный нерв (проводящие пути)
Сетчатка глаза является первичным нервным центром обработки зрительной информации. Место выхода из сетчатки зрительного нерва называется диском зрительного нерва (слепое пятно). В центре диска в сетчатку входит центральная артерия сетчатки. Зрительные нервы проходят в полость черепа через каналы зрительных нервов.
На нижней поверхности головного мозга образуется перекрест зрительных нервов — хиазма, но перекрещиваются только волокна, идущие от медиальных частей сетчаток. Эти перекрещивающиеся зрительные пути называются зрительными трактами. Большинство волокон зрительного тракта устремляются в латеральное коленчатое тело, головного мозга. Латеральное коленчатое тело имеет слоистое строение и названо так потому, что его слои изгибаются наподобие колена. Нейроны этой структуры направляют свои аксоны через внутреннюю капсулу, затем в составе зрительной радиации к клеткам затылочной доли коры больших полушарий возле шпорной борозды. По этому пути идет информация только о зрительных стимулах.
Значение «фотоплёнки»
Результатом фокусировки становится сосредоточение изображения на сетчатке, представляющей собой многослойную ткань, чувствительную к свету, покрывающую заднюю часть глазного яблока. В сетчатке содержится примерно 130 миллионов фоторецепторов (для сравнения можно привести современные цифровые фотоаппараты, в которых подобных сенсорных элементов не более 10 000 000) . Такое громадное количество фоторецепторов обусловлено тем, что расположены они крайне плотно – примерно 400 000 на 1 мм².
Здесь не будет лишним привести слова специалиста по микробиологии Алана Л. Гиллена, говорящего в своей книге «Тело по замыслу» о сетчатке глаза, как о шедевре инженерного проектирования. Он считает, что сетчатка является самым удивительным элементом глаза, сравнимым с фотоплёнкой. Светочувствительная сетчатка, расположенная на задней стороне глазного яблока, намного тоньше целлофана (её толщина составляет не более 0,2 мм) и гораздо чувствительнее, чем любая, созданная человеком фотоплёнка. Клетки этого уникального слоя способны обрабатывать до 10 миллиардов фотонов, в то время как самый чувствительный фотоаппарат способен обработать лишь несколько их тысяч . Но ещё удивительнее то, что человеческий глаз может улавливать единицы фотонов даже в темноте:
Всего сетчатку составляют 10 слоёв фоторецепторных клеток, 6 слоёв из которых являются слоями светочувствительных клеток. 2 вида фоторецепторов имеют особую форму, по причине чего их называют колбочками и палочками. Палочки крайне восприимчивы к свету и обеспечивают глазу чёрно-белое восприятие и ночное зрение. Колбочки, в свою очередь, не так восприимчивы к свету, но способны различать цвета – оптимальная работа колбочек отмечается в дневное время суток.
Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в комплексы электрических импульсов и посылаются в мозг на невероятно большой скорости, а сами эти импульсы за доли секунд преодолевают свыше миллиона нервных волокон.
Связь фоторецепторных клеток в сетчатке очень сложна. Колбочки и палочки никак напрямую с мозгом не связаны. Получив сигнал, они переадресовывают его биполярным клеткам, а те перенаправляют уже обработанные собою сигналы ганглиозным клеткам, более миллиона аксонов (нейритов, по которым передаются нервные импульсы) которых составляют единый зрительный нерв, по которому данные и поступают в мозг:
Два слоя промежуточных нейронов, до того как зрительные данные будут отправлены в мозг, способствуют параллельной обработке этой информации шестью уровнями восприятия, находящимися в сетчатке глаза. Необходимо это для того чтобы изображения распознавались как можно быстрее.
Прохождение света
По мере приближения света к глазу световые лучи сталкиваются с роговицей (иначе её называют роговой оболочкой). Прозрачность роговицы позволяет свету проходить сквозь неё во внутреннюю поверхность глаза. Прозрачность, кстати, является важнейшей характеристикой роговицы, и прозрачной она остаётся по причине того, что особый протеин, который в ней содержится, сдерживает развитие кровеносных сосудов – процесс, происходящий практически в каждой из тканей человеческого тела. В том случае если бы роговица прозрачной не была, остальные компоненты зрительной системы не имели бы никакого значения.
Помимо прочего, роговица не даёт попадать во внутренние полости глаза сору, пыли и каким-либо химическим элементам. А кривизна роговой оболочки позволяет ей преломлять свет и помогать хрусталику фокусировать световые лучи на сетчатке.
После того как свет прошёл сквозь роговицу, он проходит через маленькое отверстие, расположенное посередине радужки глаза. Радужка же представляет собой круглую диафрагму, которая находится перед хрусталиком сразу за роговицей. Радужка также является тем элементом, который придаёт глазу цвет, а цвет зависит от преобладающего в радужке пигмента. Центральное отверстие в радужке – это и есть знакомый каждому из нас зрачок. Размер этого отверстия имеет возможность изменяться, чтобы контролировать количество поступающего в глаз света.
Размер зрачка изменятся непосредственно радужкой, а обусловлено это её уникальнейшим строением, ведь состоит она из двух различных видов мышечных тканей (даже здесь есть мышцы!) Первая мышца является круговой сжимающей – она располагается в радужке кругообразно. Когда свет яркий, происходит её сокращение, вследствие чего зрачок сокращается, как бы втягиваясь мышцей внутрь. Вторая мышца является расширяющей – она расположена радиально, т.е. по радиусу радужки, что можно сравнить со спицами в колесе. При тёмном освещении происходит сокращение этой второй мышцы, и радужка раскрывает зрачок.
Многие специалисты-эволюционисты до сих пор испытывают некоторые затруднения, когда пытаются объяснить, каким же всё-таки образом происходит формирование вышеназванных элементов зрительной системы человека, ведь в любой другой промежуточной форме, т.е. на каком-либо эволюционном этапе работать они просто не смогли бы, но человек видит с самого начала своего существования. Загадка…
Общие сведения[]
В процессе зрительного восприятия можно выделить следующие этапы:
- проецирование оптического изображения на сетчатку (фокальная поверхность глаза),
- обработка и передача информации нейронными сетями и в мозгу, с обратной связью,
- создание (субъективного) образа в мозгу, его запоминание и последующие интерпретации.
Каждый этап зрительного восприятия, различные стороны зрительного процесса у человека детально исследуют с точки зрения офтальмологии, физики, оптики, биохимии, физиологии, психологии; для обсуждения и детализации каждой модели широко используется математическое моделирование.
Угол зрения
Угол, под которым объект виден, характеризует взаимосвязь между удаленностью объекта от глаза и его величиной. Этот показатель определяется как угол зрения, он определяется как расстояние между крайними точками видимого предмета и узловой точкой глаза. Чем меньше угол зрения, тем выше острота зрения, то есть она обратно пропорциональна углу зрения. Острота зрения определяется по минимальному углу зрения, который позволяет воспринимать две точки предмета раздельно.
Минимальный угол зрения человеческого глаза научились определять около трехсот лет назад. В 1674 году астроном Гук установил, что при наблюдении в телескоп, минимальное расстояние между звездами, которое позволяет воспринимать их раздельно невооруженным глазом, равно 1 угловой минуте. Спустя почти 200 лет, эта величина была использована Г. Снелленом при создании своих таблиц для определения остроты зрения. При этом, угол зрения 1′, был принят за физиологическую норму.
Интернациональный конгресс офтальмологов, который проходил в Неаполе в 1909 году, окончательно принял как международный эталон нормы угол зрения в 1′. Правда, для измерения остроты зрения более удобно применять относительные величины, а не угловые. То есть нормой остроты зрения, которая равна единице (1,0 D), стала величина, обратная углу зрения. К примеру, когда угол зрения велик, допустим, 5, то острота зрения пропорционально снижается (1/5 = 0,2). Когда этот угол мал, к примеру, 0,5′, тогда острота зрения вдвое повышается (2,0 D). Таким образом, принятая за норму острота зрения 1,0 — скорее нижняя граница нормы, а вовсе не предел. Ведь существует достаточно много людей, имеющих остроту зрения 1,5; 2,0; 3,0 единиц и даже больше.
Дефекты зрения[править | править код]
Профилактика.
Зрение современного человека сейчас подвергается такой нагрузке, как никогда. Компьютеризация приводит к миопизации человечества, то есть глаза не успевают отдохнуть, перенапрягаются от экранов разнообразных гаджетов и как результат, возникает потеря зрения, близорукость или миопия. Более того, все больше людей страдают от синдрома сухих глаз, который тоже является последствием длительного сидения за компьютером. Особенно «садится» зрение у детей, потому что глаз до 18 лет сформирован еще не в полной мере.
Для предупреждения возникновения угрожающих заболеваний должна проводиться профилактика зрения. Чтобы не шутить со зрением нужна проверка зрения в соответствующих медицинских учреждениях или, на крайний случай, квалифицированными оптометристами в оптиках. Люди нарушениями зрения должны носить соответствующую очковую коррекцию и регулярно посещать офтальмолога во избежание возникновения осложнений.
Если следовать следующим правилам, то можно снизить риск возникновений глазных заболеваний.
- Не читать лежа, потому что в таком положении ухудшается кровоснабжение глаз.
- Не читать в транспорте – хаотичные движения увеличивают нагрузку на глаза.
- Правильно использовать компьютер: устранить отсвечивание от монитора, верхний край его установить немного ниже уровня глаз.
- Делать перерывы при длительной работе, гимнастику для глаз.
- Использовать при необходимости слезозаменители.
- Правильно питаться и вести здоровый способ жизни.
Зрение человека
Различительная способность глаза
Ее предел в основном зависит от анатомических размеров фоторецепторов макулы. Так, на сетчатке, угол зрения 1′ соответствует линейной величине 0,004 мм, это соответствует диаметру одной колбочки. Если расстояние меньше, изображение попадает на одну либо две колбочки по соседству, точки воспринимаются слитно. Возможность раздельно воспринимать точки существует лишь в случае, когда две возбужденные колбочки разделяет одна интактная.
Если распределение колбочек в сетчатке происходит неравномерно, ее различные участки, по остроте зрения не одинаковы. Самая высокая острота зрения человека приходится на область центральной ямки макулы и падает по мере удаления от нее. На удалении 10 °С от центральной ямки, величина остроты зрения составляет всего 0,2 и продолжает снижаться к периферии. В связи с этим, правильно говорить об остроте центрального зрения, а не вообще об остроте зрения.
В разные годы человеческой жизни, острота центрального зрения изменяется. К примеру, она довольно низкая у новорожденных. У детей форменное зрение формируется только когда устойчивая центральная фиксация устанавливается полностью. Она немного меньше 0,01 в четырехмесячном возрасте младенца, а одному году достигает 0,1-0,3 D. К норме она приходит к 5-15 годам.
Проверка остроты зрения у детей в Москве цена