Какой элемент глаза отвечает за хроматическое цветное зрение

Цветовое зрение, как способность к различению цветов, функционирует за счет трех разновидностей колбочек, которые находятся в сетчатке и выполняют роль независимых приемников. У каждого типа таких рецепторов имеется своя спектральная чувствительность. Одни воспринимают красный цвет, вторые – зеленый, третьи – синий. У некоторых людей присутствует дихромазия, то есть они страдают врожденным расстройством цветоощущения.

Одна из человеческих способностей – различение цветов. Зрительный анализатор воспринимает разные по длине электромагнитные волны. Их световая часть является цветовой гаммой, которая отличается наличием постепенного перехода от красного к фиолетовому. То есть речь идет о цветовом спектре.

Основные составляющие спектра:

Первые два обладают длинными волнами, два вторых – средними, оставшиеся – короткими. Есть оттенки промежуточные, которые глаз вполне может различать. Подобное свойство является очень важным для повседневной деятельности. Цветовыми сигналами пользуются, к примеру, в промышленной отрасли и транспортной.

Основных цвета – три. П еремеш ивая красный, зеленый и синий, получаются все существующие тона. Томас Юнг в своей работе заявил о том, что цветовое зрение существует благодаря присутствию в сетчатке трех важных элементов. Каждый воспринимает один из основных тонов, хотя могут раздражаться и двумя другими.

О трехкомпонентности цветоощущения говорили также М. Ломоносов и Г. Гельмгольц. Колбочки, находящиеся в сетчатке глаза, обладают пигментом, который оказывается под влиянием определенного монохроматического излучения. Световая волна любой длины будет по-разному воздействовать на три рецептора. Если раздражение присутствует одинаковое, все будет восприниматься в белом цвете.

Цвета могут быть хроматическими и ахроматическими.

Первая категория имеет:

1. Цветовой тон (имеет значение то, насколько длинной является волна светового излучения).
2. Насыщенность.
3. Яркость.

Вторая группа отличается лишь яркостью.

Диагностика нарушений цветовосприятия

Расстройства могут иметь как врожденный характер, так и приобретенный. Зачастую врожденные дефекты цветоощущения наблюдаются у мужчин. Женщины от этого страдают намного реже.

Приобретенной патология становится, если возникают проблемы нарушения:

• сетчатки;
• зрительного нерва;
• ЦНС (центральная нервная система).

Крайне редко удается диагностировать ахромазию, то есть восприятие окружающего мира в черно-белых тонах. Подобное состояние провоцируется тяжелой патологией колбочкового аппарата.

При наличии врожденных нарушений цветоощущения никаких других изменений в зрительных органах обычно не бывает. Человек может узнать о том, что у него нарушено зрение цветное случайно, когда будет проходить медицинское обследование. Медосмотр в обязательном порядке назначается водителям и людям, работа которых связана с движущимися механизмами, а также представителям тех профессий, где нужно уметь отличать один тон от другого.

Наиболее серьезное нарушение – монохромазия. Какую бы окраску предмет ни имел, больной видит все серым. При этом отмечается сильное понижение зрительных функций. Монохроматы страдают от низкой световой адаптации. В дневное время у них практически не получается различать формы предметов, из-за чего возникает фотофобия. Поэтому такие люди вынуждены пользоваться солнцезащитными очками даже при дневном свете.

Гистологическое обследование зачастую никаких аномальных изменений в сетчатке страдающих от монохромазии не выявляет. Существует мнение, что в колбочках монохромата присутствует родопсин, а не зрительный пигмент.

Что касается дихромазии, то, когда происходит выпадение красного компонента, говорят о наличии протанопии. Если не воспринимается зеленый – дейтеранопия. Не различается синий – тританопия.

Оценивается цветоразличительная способность при помощи:

• специальных приборов – аномалоскопов;
• полихроматических таблиц.

Зачастую при обследовании пользуются методом Е. Рабкина, суть которого – применение основных цветовых свойств (тон, насыщенность, яркость).

Если человек является цветоаномалом, он будет не в состоянии различить определенную фигуру либо цифру, которая выводится кружками одного оттенка.

В процессе тестирования обследуемый сидит, повернувшись спиной к окну. Расстояние от глаз к таблице – от 0,5 до 1 м. На чтение таблицы дается не более 5 секунд. Если таблица сложная, тогда времени отводится больше.

Когда будут обнаружены расстройства цветоощущения, врач заполняет специальную форму. Нормальному трихромату удастся справиться со всеми 25 таблицами, а дихромату только с 7-9.

Следует сказать, что встречается аномальная трихромазия, то есть ослабленное различение основных тонов светового спектра. Человек с аномальной трихромазией справляется минимум с 12 таблицами.

Когда возникает потребность в обследовании большого количества людей, специалисты пользуются самыми трудными для распознавания таблицами. Так можно проверить наличие расстройств сразу у многих людей. Нормальная трихромазия диагностируется в том случае, когда обследуемые правильно распознают используемые тесты при троекратных повторах. Если человек не может пройти даже один тест, тогда диагноз уточняется при помощи имеющихся в запасе таблиц.

Лечение хромотерапией

Цвет может использоваться в качестве лечебного средства. Благодаря хромотерапии в организме происходит много положительных изменений.

Если правильно подобрать оттенки, можно достичь:

1. Нормализации вещественного обмена и различных физиологических процессов.
2. Укрепления иммунных сил.

Метод показан для применения в любых условиях – и в больнице, и дома. Если назначается лечение в домашних условиях, понадобится запастись цветными бумажными листами. Необходимо расположить лист на расстоянии 1,5 м и сконцентрироваться на нем. Достаточно 10 минут для одной процедуры, чтобы появились улучшения в эмоциональном и гормональном фонах. Подобное состояние отобразится на внутренних органах.

Если для занятий взять разноцветные лампочки, то процедура может длиться намного дольше – от часа до двух.

Домашняя хромотерапия предполагает использование ванн и душевых кабин, которые отличаются наличием разнообразных цветов. Метод хорош тем, что комбинируется с гидротерапией.

Когда пациент обращается в лечебное учреждение, специалисты применяют специальное оборудование, при этом сами принимают решение, какие оттенки на данный момент будут уместными.

Врач-психотерапевт также может помочь пациенту справиться с определенной проблемой. Для этого используется метод визуализации. Пациент в воображении рисует картины, которые озвучивает врач. Успокоение наступает, если мысленно представить, к примеру, зеленый лес, а над ним голубое небо. Когда нужна активизация, пациент рисует в мыслях предметы красных тонов.

Со временем человек самостоятельно сможет заниматься подобными упражнениями.

Благодаря влиянию красного происходит:

• активизация организма в стрессовых ситуациях;
• повышенная работоспособность;
• улучшение настроения;
• нормализация вещественного обмена;
• налаживание функций сердечно-сосудистой, дыхательной и центральной нервной систем;
• усиление защитных сил;
• повышение артериального давления;
• улучшение аппетита;
• усиление полового влечения и волевых качеств.

Действие синего приводит к таким эффектам:

• уменьшению возбужденности;
• успокоению, расслаблению;
• исчезновению тревожности;
• подавлению активности инфекции;
• уменьшению сердцебиения;
• понижению давления, в том числе и внутриглазного;
• устранению расстройств нервного характера;
• уменьшению эпилептических припадков, а также воспалительных процессов.

Результат влияния зеленого:

• внутреннее спокойствие;
• уменьшение сердцебиения;
• понижение давления;
• устранение спазматических явлений;
• исчезновение возбуждения и эмоционального напряжения.

Как показывает практика, при любой болезни хромотерапия благоприятным образом сказывается на самочувствии пациента.

У большинства людей цветовое зрение находится в нормальном состоянии, что существенно облегчает выполнять ту или иную работу. Однако следует регулярно появляться на консультацию к офтальмологу, чтобы исключить вероятность возникновения приобретенного расстройства цветоощущения. Эффективные методы помогут выявить имеющуюся аномалию.

Физиология цветоощущения

Цветоощущение (цветовая чувствительность, цветовое восприятие) — способность зрения воспринимать и преобразовывать световое излучение определённого спектрального состава в ощущение различных цветовых оттенков и тонов, формируя целостное субъективное ощущение («хроматичность», «цветность», колорит).

Цвет характеризуется тремя качествами:

• цветовым тоном, который является основным признаком цвета и зависит от длины световой волны;
• насыщенностью, определяемой долей основного тона среди примесей другого цвета;
• яркостью, или светлотой, которая проявляется степенью близости к белому цвету (степень разведения белым цветом).

Человеческий глаз замечает изменения цвета только в случае превышения так называемого цветового порога (минимального изменения цвета, заметного глазом).

Физическая сущность света и цвета

Светом или световым излучением называются видимые электромагнитные колебания.

Световые излучения подразделяются на сложные и простые.

Белый солнечный свет — сложное излучение, которое состоит из простых цветных составляющих – монохроматических (одноцветных) излучений. Цвета монохроматических излучений называют спектральными.

Если луч белого цвета разложить с помощью призмы в спектр, то можно увидеть ряд непрерывно изменяющихся цветов: темно-синий, синий, голубой, сине-зеленый, желто-зеленый, желтый, оранжевый, красный.

Цвет излучения определяется длиной волны. Весь видимый спектр излучений расположен в диапазоне длин волн от 380 до 720 нм (1 нм = 10 -9 м, т.е. одной миллиардной доли метра).

Всю видимую часть спектра можно разделить на три зоны

• Излучением длиной волны от 380 до 490 нм называется синей зоной спектра;
• от 490 до 570 нм — зеленой;
• от 580 до 720 нм — красной.

Различные предметы человек видит окрашенными в разные цвета потому, что монохроматические излучения отражаются от них по-разному, в разных соотношениях.

Все цвета делятся на ахроматические и хроматические

• Ахроматические (бесцветные) — это серые цвета различной светлоты, белый и черный цвета. Ахроматические цвета характеризуются светлотой.
• Все остальные цвета – хроматические (цветные): синий, зеленый, красный, желтый и т.д. Хроматические цвета характеризуются цветовым тоном, светлотой и насыщенностью.

Цветовой тон — это субъективная характеристика цвета, которая зависит не только от спектрального состава излучений, попавших в глаз наблюдателя, но и от психологических особенностей индивидуального восприятия.

Светлота субъективно характеризует яркость цвета.

Яркость определяет силу света, излучаемую или отражаемую с единицы поверхности в перпендикулярном к ней направлении (единица яркости – кандела на метр, кд/м).

Насыщенность субъективно характеризует интенсивность ощущения цветового тона.
Поскольку в возникновении зрительного ощущения цвета участвует не только источник излучения и окрашенный предмет, но и глаз и мозг наблюдателя, то следует рассмотреть некоторые основные сведения о физической сущности процесса цветового зрения.

Восприятие цвета глазом

Известно, что глаз по устройству представляет собой подобие фотоаппарата, в котором сетчатка играет роль светочувствительного слоя. Излучения различного спектрального состава регистрируются нервными клетками сетчатки (рецепторами).

Рецепторы, обеспечивающие цветовое зрение, подразделяются на три типа. Каждый тип рецепторов по-разному поглощает излучение трех основных зон спектра — синей, зеленой и красной, т.е. обладает различной спектральной чувствительностью. Если на сетчатку глаза попадает излучение синей зоны, то оно будет воспринято только одним типом рецепторов, которые и передадут информацию о мощности этого излучения в мозг наблюдателя. В результате возникнет ощущение синего цвета. Аналогично будет протекать процесс и в случае попадания на сетчатку глаза излучений зеленой и красной зон спектра. При одновременном возбуждении рецепторов двух или трех типов будет возникать цветовое ощущение, зависящее от соотношения мощностей излучения различных зон спектра.

При одновременном возбуждении рецепторов, регистрирующих излучения, например, синей и зеленой зон спектра, может возникнуть световое ощущение, от темно-синего до желто-зеленого. Ощущение в большей степени синих оттенков цвета будет возникать в случае большей мощности излучений синей зоны, а зеленых оттенков — в случае большей мощности излучения зеленой зоне спектра. Равные по мощности излучения синей и зеленой зон вызовут ощущение голубого цвета, зеленый и красной зон — ощущение желтого цвета, красной и синей зон — ощущение пурпурного цвета. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются в связи с этим двухзональными. Равные по мощности излучения всех трех зон спектра вызывают ощущение серого цвета различной светлоты, который превращается в белый цвет при достаточной мощности излучений.

Аддитивный синтез света

Это процесс получения различных цветов за счет смешивания (сложения) излучений трех основных зон спектра — синего, зеленого и красного.

Эти цвета называются основными или первичными излучениями адаптивного синтеза.

Различные цвета могут быть получены этим способом, например, на белом экране с помощью трех проекторов со светофильтрами синего (Blue), зеленого (Green) и красного (Red) цветов. На участках экрана, освещаемых одновременно из разных проекторов могут быть получены любые цвета. Изменение цвета достигается при этом изменением соотношения мощности основных излучений. Сложение излучений происходит вне глаза наблюдателя. Это одна из разновидностей аддитивного синтеза.

Еще одна разновидность аддитивного синтеза — пространственное смещение. Пространственное смещение основано на том, что глаз не различает отдельно расположенных мелких разноцветных элементов изображения. Таких, например, как растровые точки. Но вместе с тем мелкие элементы изображения перемещаются по сетчатке глаза, поэтому на одни и те же рецепторы последовательно воздействует различное излучение соседних разноокрашенных растровых точек. В связи с тем, что глаз не различает быстрой смены излучений, он воспринимает их как цвет смеси.

Субтрактивный синтез цвета

Это процесс получения цветов за счет поглощения (вычитания) излучений из белого цвета.

В субтрактивном синтезе новый цвет получают с помощью красочных слоев: голубого (Cyan), пурпурного (Magenta) и желтого (Yellow). Это основные или первичные цвета субтрактивного синтеза. Голубая краска поглощает (вычитает из белого) красные излучения, пурпурная — зеленые, а желтая — синие.

Для того, чтобы субтрактивным способом, получить, например, красный цвет нужно на пути белого излучения поместить желтый и пурпурный светофильтры. Они будут поглощать (вычитать) соответственно синие и зеленые излучения. Такой же результат будет получен, если на белую бумагу нанести желтую и пурпурные краски. Тогда до белой бумаги дойдет только красное излучение, которое отражается от нее и попадает в глаз наблюдателя.

• Основные цвета аддитивного синтеза — синий, зеленый и красный и
• основные цвета субтрактивного синтеза — желтый, пурпурный и голубой образуют пары дополнительных цветов.

Дополнительными называют цвета двух излучений или двух красок, которые в смеси делают ахроматический цвет: Ж + С, П + З, Г + К.

При аддитивном синтезе дополнительные цвета дают серый и белый цвета, так как в сумме представляют излучение всей видимой части спектра, а при субтрактивном синтезе смесь указанных красок дает серый и черный цвета, в виде того, что слои этих красок поглощают излучения всех зон спектра.

Рассмотренные принципы образования цвета лежат и в основе получения цветных изображений в полиграфии. Для получения полиграфических цветных изображений используют так называемые триадные печатные краски: голубую, пурпурную и желтую. Эти краски прозрачны и каждая из них, как уже было указано, вычитает излучение одной из зон спектра.

Однако, из-за неидеальности компонентов субтактивного синтеза при изготовлении печатной продукции используют четвертую дополнительную черную краску.

Из схемы видно, что если наносить на белую бумагу триадные краски в различном сочетании, то можно получить все основные (первичные) цвета как для аддитивного синтеза, так и для субтрактивного. Это обстоятельство доказывает возможность получения цветов необходимых характеристик при изготовлении цветной полиграфической продукции триадными красками.

Изменение характеристик воспроизводимого цвета происходит по-разному, в зависимости от способа печати. В глубокой печати переход от светлых участков изображения к темным осуществляется благодаря изменению толщины красочного слоя, что и позволяет регулировать основные характеристики воспроизводимого цвета. В глубокой печати образование цветов происходит субтрактивно.

В высокой и офсетной печати цвета различных участков изображения передаются растровыми элементами различной площади. Здесь характеристики воспроизводимого цвета регулируются размерами растровых элементов различного цвета. Ранее уже отмечалось, что цвета в этом случае образуются аддитивным синтезом – пространственным смешиванием цветов мелких элементов. Однако, там, где растровые точки различных цветов совпадают друг с другом и краски накладываются одна на другую, новый цвет точек образуется субтрактивным синтезом.

Оценка цвета

Для измерения, передачи и хранения информации о цвете необходима стандартная система измерений. Человеческое зрение может считаться одним из наиболее точных измерительных приборов, но оно не в состоянии ни присваивать цветам определенные числовые значения, ни в точности их запоминать. Большинство людей не осознает, насколько значительно воздействие цвета на их повседневную жизнь. Когда дело доходит до многократного воспроизведения, цвет, кажущийся одному человеку «красным», другим воспринимается как «красновато-оранжевый».

Методы, которыми осуществляется объективная количественная характеристика цвета и цветовых различий, называют колориметрическими методами.

Трехцветная теория зрения позволяет объяснить возникновение ощущений различного цветового тона, светлоты и насыщенности.

Цветовые пространства

В 1931 г. Международная комиссия по освещению – CIE (Commission Internationale de L`Eclairage) предложила математически рассчитанное цветовое пространство XYZ, в котором весь видимый человеческим глазом спектр лежал внутри. В качестве базовых была выбрана система реальных цветов (красного, зеленого и синего), а свободный пересчет одних координат в другие позволял проводить различного рода измерения.

Недостатком нового пространства была его неравноконтрастность. Понимая это, ученые проводили дальнейшие исследования, и в 1960 г. Мак-Адам внес некоторые дополнения и изменения в существовавшее цветовое пространство, назвав его UVW (или CIE-60).

Затем в 1964 г. по предложению Г. Вышецкого было введено пространство U*V*W* (CIE-64).
Вопреки ожиданию специалистов предложенная система оказалась недостаточно совершенной. В одних случаях используемые при расчете цветовых координат формулы давали удовлетворительные результаты (в основном при аддитивном синтезе), в других (при субтрактивном синтезе) погрешности оказывались чрезмерными.

Это заставило CIE принять новую равноконтрастную систему. В 1976 г. были устранены все разногласия и на свет появились пространства Luv и Lab, базирующиеся на том же XYZ.

Эти цветовые пространства принимают за основу самостоятельных колориметрических систем CIELuv и CIELab. Считается, что первая система в большей мере отвечает условиям аддитивного синтеза, а вторая — субтрактивного.

В настоящее время цветовое пространство CIELab (CIE-76) служит международным стандартом работы с цветом. Основное преимущество пространства — независимость как от устройств воспроизведения цвета на мониторах, так и от устройств ввода и вывода информации. С помощью стандартов CIE могут быть описаны все цвета, которые воспринимает человеческий глаз.

Количество измеряемого цвета характеризуется тремя числами, показывающими относительные количества смешиваемых излучений. Эти числа называются цветовыми координатами. Все колориметрические методы основаны на трехмерности т.е. на своего рода объемности цвета.

Эти методы дают столь же надежную количественную характеристику цвета, как например измерение температуры или влажности. Отличие состоит лишь в количестве характеризующих значений и их взаимосвязи. Эта взаимосвязь трех основных цветных координат выражается в согласованном изменении при изменении цвета освещения. Поэтому «трехцветные» измерения проводятся в строго определенных условиях при стандартизованном белом освещении.

Таким образом, цвет в колориметрическом понимании однозначно определяется спектральным составом измеряемого излучения, цветовое же ощущение не однозначно определяется спектральным составом излучения, а зависит от условий наблюдения и в частности от цвета освещения.

Физиология рецепторов сетчатки

Восприятие цвета связано с функцией колбочковых клеток сетчатки глаза. Пигменты, содержащиеся в колбочках поглощают часть падающего на них света и отражающее остальную. Если какие-то спектральные компоненты видимого света поглощаются лучше других, то этот предмет мы воспринимаем как окрашенный.

Первичное различение цветов происходит в сетчатке- в палочках и колбочках свет вызывает первичное раздражение, которое превращается в электрические импульсы для окончательного формирования воспринимаемого оттенка в коре головного мозга.

В отличие от палочек, содержащих родопсин, колбочки содержат белок йодопсин. Йодопсин — общее название зрительных пигментов колбочек. Существует три типа йодопсина:

• хлоролаб («зелёный», GCP),
• эритролаб («красный», RCP) и
• цианолаб («синий», BCP).

В настоящее время известно, что светочувствительный пигмент йодопсин находящийся во всех колбочках глаза, включает в себя такие пигменты, как хлоролаб и эритролаб. Оба эти пигмента чувствительны ко всей области видимого спектра, однако первый из них имеет максимум поглощения, соответствующий жёлто-зеленой (максимум поглощения около 540 нм.), а второй жёлто-красной (оранжевой) (максимум поглощения около 570 нм.) частям спектра. Обращает на себя внимание тот факт, что их максимумы поглощения расположены рядом. Это не соответствуют принятым «основным» цветам и не согласуется с основными принципами трёхкомпонентной модели.

Третий, гипотетический пигмент, чувствительный к фиолетово-синей области спектра, заранее получивший название цианолаб, на сегодняшний день так и не найден.

Кроме того, найти какую-либо разницу между колбочками в сетчатке глаза не удалось, не удалось и доказать наличие в каждой колбочке только одного типа пигмента. Более того, было признано, что в колбочке одновременно находятся пигменты хлоролаб и эритролаб.

Неаллельные гены хлоролаба (кодируется генами OPN1MW и OPN1MW2) и эритролаба (кодируется геном OPN1LW) находятся в Х-хромосомах. Эти гены давно хорошо выделены и изучены. Поэтому чаще всего встречаются такие формы дальтонизма, как дейтеронопия (нарушение образования хлоролаба) (6 % мужчин страдают этим заболеванием) и протанопия (нарушение образования эритолаба) (2 % мужчин). При этом некоторые люди, имеющие нарушения восприятия оттенков красного и зелёного, лучше людей с нормальным восприятием цветов воспринимают оттенки других цветов, например, цвета хаки.

Ген цианолаба OPN1SW расположен в седьмой хромосоме, поэтому тританопия (аутосомная форма дальтонизма, при которой нарушено образования цианолаба) — редкое заболевание. Человек, больной тританопией, всё видит в зеленых и красных цветах и не различает предметы в сумерках.

Нелинейная двухкомпонентная теория зрения

По другой модели (нелинейная двухкомпонентная теория зрения С. Ременко), третий «гипотетический» пигмент цианолаб не нужен, приёмником синей части спектра служит палочка. Это объясняется тем, что при яркости освещения достаточной для различения цветов, максимум спектральной чувствительности палочки (благодаря выцветанию содержащегося в ней родопсина) смещается от зелёной области спектра к синей. По этой теории колбочка должна содержать в себе всего два пигмента с рядом расположенными максимами чувствительности: хлоролаб (чувствительный к жёлто-зелёной области спектра) и эритролаб (чувствительный к жёлто-красной части спектра). Эти два пигмента давно найдены и тщательно изучены. При этом колбочка является нелинейным датчиком отношений, выдающем не только информацию о соотношении красного и зелёного цвета, но и выделяющем уровень жёлтого цвета в этой смеси.

Доказательством того, что приёмником синей части спектра в глазу является палочка, может служить и тот факт, что при цветоаномалии третьего типа (тританопия), глаз человека не только не воспринимает синей части спектра, но и не различает предметы в сумерках (куриная слепота), а это указывает именно на отсутствие нормальной работы палочек. Сторонники трёхкомпонентных теорий объяснить, почему всегда, одновременно с прекращением работы синего приёмника, перестают работать и палочки до сих пор не могут.

Кроме того, подтверждением этого механизма является и давно известный Эффект Пуркинье, суть которого заключается в том, что при наступлении сумерек, когда освещённость падает, красные цвета чернеют, а белые кажутся голубоватыми. Ричард Филлипс Фейнман отмечает, что: «это объясняется тем, что палочки видят синий край спектра лучше, чем колбочки, но зато колбочки видят, например, тёмно красный цвет, тогда как палочки его совершенно не могут увидеть».

В ночное время, когда поток фотонов недостаточен для нормальной работы глаза, зрение обеспечивают в основном палочки, поэтому ночью человек не может различать цвета.

На сегодняшний день придти к единому мнению о принципе цветовосприятия глазом пока не удалось.

Особенности цветного зрения человека

Зрение – одно из важнейших чувств для восприятия окружающего мира. С помощью него мы видим объекты и предметы вокруг нас, можем оценить их размеры и форму. Если верить исследованиям, при помощи зрения мы получаем не менее 90% информации об окружающей реальности. За цветное зрение отвечает несколько зрительных компонентов, что позволяет более точно и правильно передавать изображение объектов в головной мозг для дальнейшей обработки информации. Существует несколько патологий нарушения передачи цветов, которые существенно ухудшают взаимодействие с миром и снижают качество жизни в целом.

Как устроен орган зрения?

Глаз представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из множества элементов, связанных между собой. Восприятие различных параметров окружающих объектов (величина, удалённость, форма и другие) обеспечивает периферическая часть зрительного анализатора, представленная глазным яблоком. Это орган шаровидной формы с тремя оболочками, который имеет два полюса – внутренний и внешний. Глазное яблоко размещено в защищенной с трех сторон костной впадине – глазнице или орбите, где окружено тонкой жировой прослойкой. Спереди находятся веки, необходимые для защиты слизистой оболочки органа и его очистки. Именно в их толще находятся железы, необходимые для постоянного увлажнения глаз и беспрепятственной работы смыкания и размыкания непосредственно век. Движение глазного яблока обеспечивают 6 разных по функциям мышц, что позволяет выполнять содружественные действия этого парного органа. Помимо этого глаз соединен с кровеносной системой разными по величине многочисленными кровеносными сосудами, а с нервной системой – несколькими нервными окончаниями.

Особенность зрения в том, что мы не видим непосредственно объект, а лишь лучи, отражающиеся от него. Дальнейшая обработка информации происходит в головном мозге, точнее его затылочной части. Лучи света изначально поступают на роговицу, а затем переходят на хрусталик, стекловидное тело и сетчатку. За восприятие лучей света отвечает естественная линза человека – хрусталик, а за его восприятие ответственна светочувствительная оболочка – сетчатка. Она имеет сложное строение, в котором выделяют 10 различных слоев клеток. Среди них особенно важными являются колбочки и палочки, которые неравномерно распределены по всему слою. Именно колбочки являются необходимым элементом, который отвечает за цветовое зрение человека.

Наибольшая концентрация колбочек отмечается в центральной ямке – воспринимающей изображения области в желтом пятне. В ее пределах плотность колбочек достигает 147 тыс. на 1 мм 2 .

Цветовое восприятие

Человеческий глаз является самой сложной и совершенной зрительной системой среди всех млекопитающих. Он способен воспринимать более 150 тыс. различных цветов и их оттенков. Восприятие цвета возможно благодаря колбочкам – специализированным фоторецепторам, расположенным в желтом пятне. Вспомогательную роль выполняют палочки – клетки, отвечающие за сумеречное и ночное зрение. Воспринимать весь цветовой спектр возможно с помощью всего трех видов колбочек, каждый их которых восприимчив к определенному участку цветовой гаммы (зеленый, синий и красный) за счет содержания в них йодопсина. У человека с полноценным зрением имеется 6-7 млн. колбочек, а если их количество меньше или имеются патологии в их составе, возникают различные нарушения цветовосприятия.

Зрение мужчины и женщин существенно отличается. Доказано, что женщины способы распознавать больше различных оттенков цветов, в то время как представители сильного пола обладают лучшей способностью распознавать движущиеся предметы и дольше удерживать концентрацию на конкретном объекте.

Отклонения цветового зрения

Аномалии цветового зрения – редкая группа офтальмологических нарушений, которая характеризуется искажением восприятия цветов. Практически всегда эти заболевания передаются по наследству по рецессивному типу. С физиологической точки зрения все люди являются трихроматами – для полного различения цвета используют три части спектра (синий, зеленый и красный), но при патологии нарушается пропорция цветов или какой-то из них полностью или частично выпадает. Дальтонизм является лишь частным случаем патологии, при котором наблюдается полная или частичная слепота к какому-либо цвету.

Выделяют три группы аномалий цветового зрения:

• Дихроматизм или дихромазия. Патология заключается в том, что для получения любого цвета используются только два участка спектра. Существует большое количество дихроматических нарушений, в зависимости от выпадающего участка цветовой палитры. Наиболее часто встречается дейтеранопия – невозможность воспринимать зеленый цвет;
• Полная цветовая слепота. Встречается лишь у 0,01% всех людей. Существует две разновидности патологии: ахроматопсия (ахромазия), при которой полностью отсутствует пигмент в колбочках на сетчатке, а любые цвета воспринимаются как оттенки серого, и колбочковая монохромазия – разные цвета воспринимаются одинаково. Аномалия является генетической и связана с тем, что в составе цветовых фоторецепторов вместо йодопсина содержится родопсин;

Читайте более подробно о том, что это такое ахроматопсия.

• Никталопия («куриная слепота») или гемералопия. Редкое нарушение колбочкового аппарата, при котором частично или полностью отсутствует способность видеть и различать цвета при недостаточном освещении и в сумерках. Считается, что аномалия возникает вследствие нехватки витамина А и РР в организме или может возникать при патологиях внутриутробного развития. Изначально гемералопия описывалась, как невозможность различать цвета при дневном свете, но из-за путаницы с терминологией сегодня оба названия являются синонимами.

Любые цветовые отклонения являются причиной множества ограничений, например, для вождения транспортных средств или службы в армии. В некоторых случаях аномалии цветовосприятия являются поводом получения инвалидности по зрению.

Определение и виды дальтонизма

Одна из самых частых патологий восприятия цвета, которая имеет генетическую природу или развивается на фоне тяжелых заболеваний сетчатки. Существует полная (ахромазия) или частичная невозможность (дихромазия и монохромазия) воспринимать цвета, подробнее патологии описаны выше.

Традиционно выделяют несколько видов дальтонизма в форме дихромазии, в зависимости от выпадения участка цветового спектра.

• Протанопия. Возникает цветовая слепота красного участка спектра, встречается у 1% мужчин и у менее 0,1% женщин;
• Дейтеранопия. Из воспринимаемой гаммы цветов выпадает зеленый участок спектра, встречается чаще всего;
• Тританопия. Невозможность различать оттенки цветов сине-фиолетовой гаммы, плюс к этому нередко наблюдается отсутствие сумеречного зрения из-за нарушений работы палочек.

Отдельно выделяют трихромазию. Это редкий вид дальтонизма, при котором человек различает все цвета, но из-за нарушения концентрации йодопсина происходит искажение цветовосприятия. Особенную сложность люди с этой аномалией испытывают при интерпретации оттенков. Кроме того, нередко наблюдается эффект гиперкомпенсации при этой патологии, например, при невозможности отличить зеленый и красный цвет возникает улучшенное различение оттенков цвета хаки.

Аномалия носит имя Дж. Дальтона, который описал заболевание еще в 18 веке. Большой интерес к болезни связан с тем, что сам исследователь и его братья страдали от протанопии.

Тест на определение дальтонизма

В последние годы для определения аномалий цветовосприятия применяются полихроматические таблицы Рабкина, которые представляют собой изображения цифр и фигур, нанесенные на подобранный фон при помощи различных по диаметру кругов. Всего разработано 27 картинок, каждая из которых имеет определённую цель. Плюс к этому, в стимульном материале имеются специальные изображения для выявления симулирования заболевания, поскольку тест является важным при прохождении некоторых профессиональных медицинских комиссий и при постановке на воинский учет. Интерпретацию теста должен проводить только специалист, поскольку анализ результатов – довольно сложный и трудоемкий процесс.

Считается, что можно использовать только распечатанные карточки, так как на мониторе или экране может происходить искажение цветов.

Зрение человека – сложный и многогранный процесс, за который отвечает множество элементов. Любые аномалии восприятия окружающего мира не только снижают качество жизни, но могут быть угрозой для жизни в некоторых ситуациях. Большинство зрительных патологий являются врожденными, поэтому при диагностировании у ребенка отклонения нужно не только пройти необходимое лечение и грамотно подобрать корректирующую оптику, но и научить его жить с этой проблемой.

Всё о зрении

Зрение человека

Зрение в жизни человека является окном в мир. Все знают, что 90 % инфы мы приобретаем благодаря глазам, поэтому понятие 100% острота зрения является очень значимым для полноценной жизни. Орган зрения в человеческом теле не занимает много места, но является уникальным, очень интересным, сложным образованием, до сих времен не исследованным до конца.

Каково же строение нашего глаза? Не все знают, что мы видим не глазами, а головным мозгом, где синтезируется конечное изображение.

Зрительный анализатор формируется из четырех частей:

1. Периферическая часть, включающая в себя:
   — непосредственно глазное яблоко;
   — верхние и нижние веки, глазница;
   — придатки глаза (слезная железа, конъюнктива);
   — глазодвигательный мышцы.
2. Проводящие пути в головном мозге: зрительный нерв, перекрест, тракт.
3. Подкорковые центры.
4. Высшие зрительные центры в затылочных долях коры мозга.

В глазном яблоке распознают:

• роговицу;
• склеру;
• радужку;
• хрусталик;
• ресничное тело;
• стекловидное тело;
• сетчатку;
• сосудистую оболочку.

Склера – непрозрачная часть плотной фиброзной оболочки. Ее из-за цвета еще называют белковой оболочкой, хоть ничего совместного с яичными белками она не имеет.

Роговица – прозрачная, бесцветная часть фиброзной оболочки. Основное обязательство – фокусирование света, проведение его на сетчатку.

Передняя камера – зона между роговицей и радужкой, заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужная оболочка определяющая цвет глаз, расположена за роговицей, перед хрусталиком, делит глазное яблоко на два отдела: передний и задний, дозирует количество света, которое достигает сетчатки.

Зрачок – круглое отверстие, находящееся посредине радужки, и регулирующее количество попадающего света

Хрусталик – бесцветное формирование, которое выполняет лишь одну задачу– фокусирование лучей на сетчатке (аккомодация). С годами глазной хрусталик уплотняется и зрение человека ухудшается, в связи с чем большинству необходимы очки для чтения.

Ресничное или цилиарное тело находится позади хрусталика. Внутри его вырабатывается водянистая жидкость. А еще тут имеются мышцы, благодаря которым глаз может фокусироваться на предметах на разных расстояниях.

Стекловидное тело – прозрачная гелеподобная масса объемом 4,5 мл, которая заполняет полость между хрусталиком и сетчаткой.

Сетчатая оболочка складывается из нервных клеток. Она выстилает заднюю поверхность глаза. Сетчатка под действием света создаёт импульсы, которые через зрительный нерв передаются в мозг. Поэтому мы воспринимаем мир не глазами, как многие думают, а головным мозгом.

Примерно в центре сетчатки есть маленький, но очень чувствительный участок, называемый – макула или желтое пятно. Центральная ямка или фовеа – это самый центр желтого пятна, где концентрация зрительных клеток максимальная. Макула отвечает за четкость центрального зрения. Важно знать, что основным критерием зрительной функции есть центральная острота зрения. Если лучи света фокусируются впереди или за макулой, то возникает состояние, которое называется аномалия рефракции: дальнозоркость или близорукость соответственно.

Сосудистая оболочка находится между склерой и сетчаткой. Ее сосуды питают наружный слой сетчатки.

Наружные мышцы глаза – это те 6 мускулов, которые двигают глаз в разных направлениях. Есть мышцы прямые: верхняя, нижняя, латеральная (к виску), медиальная (к носу) и косые: верхняя и нижняя.

Наука о зрении называется офтальмологией. Она изучает анатомию, физиологию глазного яблока, диагностику и профилактику глазных заболеваний. Отсюда и происходит название врача, который лечит проблемами очей — офтальмолог. А слово-синоним – окулист – сейчас используется менее часто. Есть другое направление – оптометрия. Специалисты в этой области диагностируют, лечат органы зрения человека, исправляют с помощью очков, контактных линз различные аномалии рефракции – близорукость, дальнозоркость, астигматизм, косоглазие… Эти учения создавались из давних времен и активно развиваются сейчас.

Исследование глаз.

На приеме в поликлинике врач может провести диагностику глаз с помощью внешнего осмотра, специальных инструментов и функциональных методов исследований.

Внешний осмотр проходит при дневном или искусственном освещении. Производится оценка состояния век, глазницы, видимой части глазного яблока. Иногда может применяться пальпация, например, пальпаторное исследование внутриглазного давления.

Инструментальные методы исследования позволяют намного точнее выяснить что с глазами не так. Большинство из них проводятся в темной комнате. Применяются прямая и непрямая офтальмоскопия, осмотр с помощью щелевой лампы (биомикроскопия), используются гониолинза, разные приборы для измерения внутриглазного давления.

Так, благодаря биомикроскопии, можно увидеть структуры передней части глаза в очень большом увеличении, как под микроскопом. Это позволяет с точностью выявить коньюнктивиты, заболевания роговицы, помутнение хрусталика (катаракта).

Офтальмоскопия помогает получить картину заднего отдела глаза. Ее проводят с помощью обратной или прямой офтальмоскопии. Зеркальный офтальмоскоп служит для применения первого, древнего способа. Здесь доктор получает перевернутое изображение, увеличенное в 4 – 6 раз. Лучше применять современный электрический ручной прямой офтальмоскоп. Полученное изображение глаза при использовании этого прибора, увеличенное в 14 – 18 раз, прямое и соответствует действительности. При обследовании оценивают состояние диска зрительного нерва, макулу, сосуды сетчатки, периферические участки сетчатки.

Периодически измерять внутриглазное давление после 40-ка лет обязан каждый человек для своевременного выявления глаукомы, которая на начальных этапах протекает незаметно и безболезненно. Для этого используют тонометр Маклакова, тонометрию за Гольдманом и недавний метод бесконтактной пневмотонометрии. При первых двух вариантах нужно капать анестетик, обследуемый ложится на кушетку. При пневмотонометрии глазное давление измеряется безболезненно, при помощи струи воздуха, направленного на роговицу.

Функциональные методы исследуют светочувствительность глаз, центральное и периферическое зрение, цветовое восприятие, бинокулярное зрение.

Чтобы проверить зрение используют всем известную таблицу Головина-Сивцева, где нарисованы буквы и разорванные кольца. Нормальное зрение у человека считается тогда, когда он сидит от таблицы на расстоянии 5 м, угол зрения равен 1 градусу и видны детали рисунков десятой строчки. Тогда можно утверждать о 100%-м зрении. Для точной характеристики рефракции глаза, чтобы наиболее точно выписать очки или линзы, используют рефрактометр – специальный электрический прибор для измерения силы преломляющих сред глазного яблока.

Периферическое зрение или поле зрения – это все то, что человек воспринимает вокруг себя при условии, что глаз недвижим. Наиболее распространённое и точное исследование этой функции — динамическая и статическая периметрия с помощью компьютерных программ. По результатам исследования можно выявить и подтвердить глаукому, дегенерацию сетчатки, заболевания зрительного нерва.

В 1961 году появилась флюоресцентная ангиография, позволяющая с помощью пигмента в сосудах сетчатки в малейших деталях выявить дистрофические заболевания сетчатки, диабетическую ретинопатию, сосудистые и онкологические патологии глаза.

В последнее время исследование заднего отдела глаза и лечение его сделали огроменный шаг вперед. Оптическая когерентная томография превышает за информативностью возможности других диагностических приборов. С помощью безопасного, бесконтактного метода возможно увидеть глаз в разрезе или как карту. ОКТ-сканер прежде всего применяют для мониторинга изменений макулы и зрительного нерва.

Современное лечение.

Сейчас у всех на слуху лазерная коррекция глаз. Лазером можно скорректировать плохое зрение при миопии, дальнозоркости, астигматизме, а также успешно лечить глаукому, заболевания сетчатки. Люди с проблемами зрения навсегда забывают о своем дефекте, перестают носить очки, контактные линзы.

Инновационные технологии в виде факоэмульсификации и фемтохирургии успешно и широко пользуются спросом при лечении катаракты. Человек с плохим зрением в виде тумана перед глазами начинает видеть, как в молодости.

Совсем недавно появился метод введения лекарств непосредственно вовнутрь глаза – интравитреальная терапия. С помощью инъекции в скловидное тело вводится необходимый препарат. Таким способом лечат возрастную макулярную дегенерацию, диабетический макулярный отек, воспаление внутренних оболочек глаза, внутриглазные кровоизлияния, заболевания сосудов сетчатки.

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.

1. Не читать лежа, потому что в таком положении ухудшается кровоснабжение глаз.
2. Не читать в транспорте – хаотичные движения увеличивают нагрузку на глаза.
3. Правильно использовать компьютер: устранить отсвечивание от монитора, верхний край его установить немного ниже уровня глаз.
4. Делать перерывы при длительной работе, гимнастику для глаз.
5. Использовать при необходимости слезозаменители.
6. Правильно питаться и вести здоровый способ жизни.

oglaze

Информационый развлекательно-познавательный журнал

Удивительные способности человеческого глаза: космическое зрение и невидимые лучи

Предлагаем вам узнать об удивительных свойствах нашего зрения — от способности видеть далекие галактики до возможности улавливать невидимые, казалось бы, световые волны.

Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь – что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы – все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам — световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.

В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.

У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.

Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. «У любых видимых нами объектов есть определенный «порог», ниже которого мы перестаем их различать», — говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.

Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета — пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.

Колбочки отвечают за цветовосприятие, а палочки помогают нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении

Наша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток — палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении — например, ночью (ночное зрение).

Содержащиеся в светочувствительных клетках рецепторы — опсины — поглощают электромагнитную энергию фотонов и производят электрические импульсы. Эти сигналы по оптическому нерву попадают в мозг, который и создает цветную картину происходящего вокруг нас.

В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.

Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа — за желто-красную (длинноволновую).

Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. «Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины», — говорит Лэнди.

Не весь спектр полезен для наших глаз

Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.

По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем — спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.

Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией — отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) — способны видеть ультрафиолетовые волны.

В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.

В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны. Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).

Сколько цветов мы видим?

В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.

«Точно подсчитать, сколько мы видим цветов, не представляется возможным, — говорит Кимберли Джемесон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвайне. – Некоторые видят больше, некоторые — меньше».

Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов – людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин. В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 млн цветов. (У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек — они различают не более 10 000 цветов.)

Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?

Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.

В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.

После операции на глазе некоторые люди приобретают способность видеть ультрафиолетовое излучение

Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. «Человек способен увидеть один-единственный фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла».

В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.

Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.

Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.

Самый маленький и самый удаленный видимые объекты

Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.

«Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, — это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, — говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов».

Глазу достаточно небольшого количества фотонов, чтобы увидеть свет

В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.

Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.

Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.

С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.

Острота зрения снижается по мере увеличения расстояния до объекта

Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)

Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.

Предел остроты зрения

Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)

Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора — в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.

Достаточно яркие объекты можно разглядеть на расстоянии в несколько световых лет

Ограничения остроты зрения зависят от нескольких факторов — таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.

В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).

Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. «По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз», — говорит Лэнди.

На этом принципе основаны таблицы, используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.

Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.

В таблицах для проверки остроты зрения используются черные буквы на белом фоне

Именно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.

Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров – весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.