Меню Рубрики

Процесс видения одним глазом называется зрением

Механизмы, обеспечивающие ясное видение в различных условиях

При рассмотрении объектов, находящихся на разном удалении от наблюдателя, ясному видению способствуют следующие процессы.

Конвергенционные и дивергенционные движения глаз, благодаря которым осуществляется сведение или разведение зрительных осей. Если оба глаза двигаются в одном направлении, такие движения называются содружественными.

Реакция зрачка, которая происходит синхронно с движением глаз. Так, при конвергенции зрительных осей, когда рассматриваются близко расположенные предметы, происходит сужение зрачка, т.е. конвергентная реакция зрачков. Эта реакция способствует уменьшению искажения изображения, вызываемого сферической аберрацией. Сферическая аберрация обусловлена тем, что преломляющие среды глаза имеют неодинаковое фокусное расстояние в разных участках. Центральная часть, через которую проходит оптическая ось, имеет большее фокусное расстояние, чем периферическая часть. Поэтому изображение на сетчатке получается нерезким. Чем меньше диаметр зрачка, тем меньше искажения, вызываемые сферической аберрацией. Конвергентные сужения зрачка включают в действие аппарат аккомодации, обусловливающий увеличение преломляющей силы хрусталика.

Зрачок является также аппаратом устранения хроматической аберрации, которая обусловлена тем, что оптический аппарат глаза, как и простые линзы, преломляет свет с короткой волной сильнее, чем с длинной волной. Исходя из этого, для более точной фокусировки предмета красного цвета требуется большая степень аккомодации, чем для синего. Именно поэтому синие предметы кажутся более удаленными, чем красные, будучи расположенными на одном и том же расстоянии.

Аккомодация является главным механизмом, обеспечивающим ясное видение разноудаленных предметов, и сводится к фокусированию изображения от далеко или близко расположенных предметов на сетчатке. Основной механизм аккомодации заключается в непроизвольном изменении кривизны хрусталика глаза.

Механизм аккомодации глаза

Благодаря изменению кривизны хрусталика, особенно передней поверхности, его преломляющая сила может меняться в пределах 10 — 14 диоптрий. Хрусталик заключен в капсулу, которая по краям (вдоль экватора хрусталика) переходит в фиксирующую хрусталик связку (циннова связка), в свою очередь, соединенную с волокнами ресничной (цилиарной) мышцы. При сокращении цилиарной мышцы натяжение цинновых связок уменьшается, а хрусталик вследствие своей эластичности становится более выпуклым. Преломляющая сила глаза увеличивается, и глаз настраивается на видение близко расположенных предметов. Когда человек смотрит вдаль, циннова связка находится в натянутом состоянии, что приводит к растягиванию сумки хрусталика и его утолщению. Иннервация цилиарной мышцы осуществляется симпатическими и парасимпатическими нервами. Импульсация, поступающая по парасимпатическим волокнам глазодвигательного нерва, вызывает сокращение мышцы. Симпатические волокна, отходящие от верхнего шейного узла, вызывают ее расслабление. Изменение степени сокращения и расслабления цилиарной мышцы связано с возбуждением сетчатки и находится под влиянием коры головного мозга. Преломляющая сила глаза выражается в диоптриях (Д). Одна диоптрия соответствует преломляющей силе линзы, главное фокусное расстояние которой в воздухе равно 1 м. Если главное фокусное расстояние линзы равно, например, 0,5 или 2 м, то ее преломляющая сила составляет, соответственно, 2Д или 0,5Д. Преломляющая сила глаза без явления аккомодации равна 58 — 60 Д и называется рефракцией глаза.

При нормальной рефракции глаза лучи от далеко расположенных предметов после прохождения через светопреломляющую систему глаза собираются в фокусе на сетчатке в центральной ямке. Нормальная рефракция глаза носит название эмметропии, а такой глаз называют эмметропическим. Наряду с нормальной рефракцией наблюдаются ее аномалии.

Миопия ( близорукость) — это такой вид нарушения рефракции, при котором лучи от предмета после прохождения через светопреломляющий аппарат фокусируются не на сетчатке, а впереди нее. Это может зависеть от большой преломляющей силы глаза или от большой длины глазного яблока. Близкие предметы близорукий видит без аккомодации, отдаленные предметы видит неясными, расплывчатыми. Для коррекции применяются очки с рассеивающими двояковогнутыми линзами.

Гиперметропия ( дальнозоркость) — вид нарушения рефракции, при котором лучи от далеко расположенных предметов в силу слабой преломляющей способности глаза или при малой длине глазного яблока фокусируются за сетчаткой. Даже удаленные предметы дальнозоркий глаз видит с напряжением аккомодации, вследствие чего развивается гипертрофия аккомодационных мышц. Для коррекции применяют двояковыпуклые линзы.

Астигматизм — вид нарушения рефракции, при котором лучи не могут сходиться в одной точке, в фокусе (от греч. stigme

точка), обусловлен различной кривизной роговицы и хрусталика в различных меридианах (плоскостях). При астигматизме предметы кажутся сплющенными или вытянутыми, его коррекцию осуществляют сфероцилиндрическими линзами.

Следует отметить, что к светопреломляющей системе глаза относятся также: роговица, влага передней камеры глаза, хрусталик и стекловидное тело. Однако их преломляющая сила, в отличие от хрусталика, не регулируется и в аккомодации участия не принимает. После прохождения лучей через преломляющую систему глаза на сетчатке получается действительное, уменьшенное и перевернутое изображение. Но в процессе индивидуального развития сопоставление ощущений зрительного анализатора с ощущениями двигательного, кожного, вестибулярного и других анализаторов, как отмечалось выше, приводит к тому, что человек воспринимает внешний мир таким, какой он есть на самом деле.

Бинокулярное зрение ( зрение двумя глазами) играет важную роль в восприятии разноудаленных предметов и определении расстояния до них, дает более выраженное ощущение глубины пространства по сравнению с монокулярным зрением, т.е. зрением одним глазом. При рассматривании предмета двумя глазами его изображение может попадать на симметричные (идентичные) точки сетчаток обоих глаз, возбуждения от которых объединяются в корковом конце анализатора в единое целое, давая при этом одно изображение. Если изображение предмета попадает на неидентичные (диспаратные) участки сетчатки, то возникает раздвоение изображения. Процесс зрительного анализа пространства зависит не только от наличия бинокулярного зрения, существенную роль в этом играют условно-рефлекторные взаимодействия, складывающиеся между зрительным и двигательным анализаторами. Определенное значение имеют конвергенционные движения глаз и процесс аккомодации, которые управляются по принципу обратных связей. Восприятие пространства в целом связано с определением пространственных отношений видимых предметов — их величины, формы, отношения друг к другу, что обеспечивается взаимодействием различных отделов анализатора; значительную роль при этом играет приобретенный опыт.

При движении объектов ясному видению способствуют следующие факторы:

1) произвольные движения глаз вверх, вниз, влево или вправо со скоростью движения объекта, что осуществляется благодаря содружественной деятельности глазодвигательных мышц;

2) при появлении объекта в новом участке поля зрения срабатывает фиксационный рефлекс — быстрое непроизвольное движение глаз, обеспечивающее совмещение изображения предмета на сетчатке с центральной ямкой. При слежении за движущимся объектом происходит медленное движение глаз — следящее движение.

При рассматривании неподвижного предмета для обеспечения ясного видения глаз совершает три типа мелких непроизвольных движений: тремор — дрожание глаза с небольшой амплитудой и частотой, дрейф — медленное смещение глаза на довольно значительное расстояние и скачки (флики) — быстрые движения глаз. Также существуют саккадические движения (саккады) — содружественные движения обоих глаз, совершаемые с большой скоростью. Наблюдаются саккады при чтении, просматривании картин, когда обследуемые точки зрительного пространства находятся на одном удалении от наблюдателя и других объектов. Если заблокировать эти движения глаз, то окружающий нас мир вследствие адаптации рецепторов сетчатки станет трудно различимым, каким он является у лягушки. Глаза лягушки неподвижны, поэтому она хорошо различает только движущиеся предметы, например бабочек. Именно поэтому лягушка приближается к змее, которая постоянно выбрасывает наружу свой язык. Находящуюся в состоянии неподвижности змею лягушка не различает, а ее движущийся язык принимает за летающую бабочку.

В условиях изменения освещенности ясное видение обеспечивают зрачковый рефлекс, темновая и световая адаптация.

Зрачок регулирует интенсивность светового потока, действующего на сетчатку, путем изменения своего диаметра. Ширина зрачка может колебаться от 1,5 до 8,0 мм. Сужение зрачка ( миоз) происходит при увеличении освещенности, а также при рассматривании близко расположенного предмета и во сне. Расширение зрачка ( мидриаз) происходит при уменьшении освещенности, а также при возбуждении рецепторов, любых афферентных нервов, при эмоциональных реакциях напряжения, связанных с повышением тонуса симпатического отдела нервной системы (боль, гнев, страх, радость и т.д.), при психических возбуждениях (психозы, истерии и т.д.), при удушье, наркозе. Зрачковый рефлекс при изменении освещенности хотя и улучшает зрительное восприятие (в темноте расширяется, что увеличивает световой поток, падающий на сетчатку, на свету сужается), однако главным механизмом все же является темновая и световая адаптация.

Темповая адаптация выражается в повышении чувствительности зрительного анализатора (сенситизация), световая адаптация — в снижении чувствительности глаза к свету. Основу механизмов световой и темновой адаптации составляют протекающие в колбочках и палочках фотохимические процессы, которые обеспечивают расщепление (на свету) и ресинтез (в темноте) фоточувствительных пигментов, а также процессы функциональной мобильности: включение и выключение из деятельности рецепторных элементов сетчатки. Кроме того, адаптацию определяют некоторые нейронные механизмы и, прежде всего, процессы, происходящие в нервных элементах сетчатки, в частности способы подключения фоторецепторов к ганглиозным клеткам с участием горизонтальных и биполярных клеток. Так, в темноте возрастает число рецепторов, подключенных к одной биполярной клетке, и большее их число конвергирует на ганглиозную клетку. При этом расширяется рецептивное поле каждой биполярной и, естественно, ганглиозной клеток, что улучшает зрительное восприятие. Включение же горизонтальных клеток регулируется ЦНС.

Снижение тонуса симпатической нервной системы (десимпатизация глаза) уменьшает скорость темновой адаптации, а введение адреналина оказывает противоположный эффект. Раздражение ретикулярной формации ствола мозга повышает частоту импульсов в волокнах зрительных нервов. Влияние ЦНС на адаптивные процессы в сетчатке подтверждается также тем, что чувствительность неосвещенного глаза к свету изменяется при освещении другого глаза и при действии звуковых, обонятельных или вкусовых раздражителей.

Цветовая адаптация. Наиболее быстрая и резкая адаптация (снижение чувствительности) происходит при действии сине-фиолетового раздражителя. Красный раздражитель занимает среднее положение.

Зрительное восприятие крупных объектов и их деталей обеспечивается за счет центрального и периферического зрения — изменений угла зрения. Наиболее тонкая оценка мелких деталей предмета обеспечивается в том случае, если изображение падает на желтое пятно, которое локализуется в центральной ямке сетчатки глаза, так как в этом случае имеет место наибольшая острота зрения. Это объясняется тем, что в области желтого пятна располагаются только колбочки, их размеры наименьшие, и каждая колбочка контактирует с малым числом нейронов, что повышает остроту зрения. Острота зрения определяется наименьшим углом зрения, под которым глаз еще способен видеть отдельно две точки. Нормальный глаз способен различать две светящиеся точки под углом зрения в Г. Острота зрения такого глаза принимается за единицу. Острота зрения зависит от оптических свойств глаза, структурных особенностей сетчатки и работы нейрональных механизмов проводникового и центрального отделов зрительного анализатора. Определение остроты зрения осуществляется с помощью буквенных или различного вида фигурных стандартных таблиц. Крупные объекты в целом и окружающее пространство воспринимаются в основном за счет периферического зрения, обеспечивающего большое поле зрения.

Поле зрения — пространство, которое можно видеть фиксированным глазом. Различают отдельно поле зрения левого и правого глаз, а также общее поле зрения для двух глаз. Величина поля зрения у людей зависит от глубины положения глазного яблока и формы надбровных дуг и носа. Границы поля зрения обозначаются величиной угла, образуемого зрительной осью глаза и лучом, проведенным к крайней видимой точке через узловую точку глаза к сетчатке. Поле зрения неодинаково в различных меридианах (направлениях). Книзу — 70°, кверху — 60°, кнаружи — 90°, кнутри — 55°. Ахроматическое поле зрения больше хроматического в силу того, что на периферии сетчатки нет рецепторов, воспринимающих цвет (колбочек). В свою очередь, цветное поле зрения неодинаково для различных цветов. Самое узкое поле зрения для зеленого, желтого, больше для красного, еще больше для синего цветов. Величина поля зрения изменяется в зависимости от освещенности. Ахроматическое поле зрения в сумерках увеличивается, на свету уменьшается. Хроматическое поле зрения, наоборот, на свету увеличивается, в сумерках уменьшается. Это зависит от процессов мобилизации и демобилизации фоторецепторов (функциональной мобильности). При сумеречном зрении увеличение количества функционирующих палочек, т.е. их мобилизация, приводит к увеличению ахроматического поля зрения, в то же самое время уменьшение количества функционирующих колбочек (их демобилизация) ведет к уменьшению хроматического поля зрения (П.Г. Снякин). Зрительный анализатор имеет также механизм для различения длины световой волны — цветовое зрение.

Люди с одним глазом не могут смотреть 3D-фильмы, поскольку их зрительный анализатор не в состоянии воспринимать красочные эффекты. Они с трудом играют в футбол, волейбол и другие игры, в которых необходимо правильно оценивать дистанцию к мячу или другим предметам.

Мы расскажем, какие еще неудобства испытывает одноглазый человек и реально ли их преодолеть. Также выясним, можно ли лицам с одним глазом управлять автомобилем и получить водительские права.

Как жить с одним глазом? Этим вопросом задаются люди, которые потеряли глазное яблоко из-за травмы или болезни. Естественно, они сильно комплексуют и всячески стараются скрыть дефект от окружающих с помощью темных очков или повязки на глаз. Однако подобная «маскировка» далеко не идеальна и имеет массу недостатков.

Повязка на глаз привлекает излишнее внимание окружающих, заставляя человека стесняться. Справедливо будет заметить, что пугающие повязки хорошо смотрятся на пиратах из исторических фильмов, но отнюдь не на людях в повседневной жизни. Что касается затемненных очков – они не всегда уместны и в зимнее время вызывают недоумение прохожих. Да и в помещении они смотрятся довольно странно. Следовательно, оба эти метода подходят далеко не всем и не всегда.

Благодаря развитию науки и современных технологий сегодня существует отличный способ скрыть отсутствие глаза. Сделать это можно и помощью протеза, который внешне практически не отличается от глазного яблока. Имплант помещается в специально сформированную полость и находится там определенное время. Разные виды протезов подлежат плановой замене раз в несколько лет.

Виды глазных протезов:

  • Стеклянные. Довольно легкие, имеют гладкую поверхность и хорошо смачиваются слезной жидкостью. Требуют бережного отношения и аккуратного использования. Менять такие протезы необходимо раз в год.
  • Пластиковые. Намного прочнее и безопасней в использовании, чем стеклянные. Они устойчивы к воздействиям внешней среды, благодаря чему пациенты с одним глазом могут носить их гораздо дольше. Срок эксплуатации таких протезов – два года.
  • Стандартные. Изготавливаются в массовом порядке. Имеют разную форму, размер, цвет и т. д. Отметим, что для правого и левого глаза существуют разные виды протезов. Каждому человеку стараются подобрать наиболее подходящий имплант.
  • Индивидуальные. Делаются на заказ, с учетом всех индивидуальных характеристик и желаний человека. Имплантация такого протеза позволяет добиться наиболее качественного косметического эффекта.

Мужчинам и женщинам, которые потеряли глазное яблоко, не стоит отчаиваться. Многие люди живут без глаза долгие годы и при этом ведут полноценный образ жизни. Неприглядный дефект скрывается с помощью протеза, а к монокулярному зрению постепенно можно приспособиться.

Можно ли управлять автомобилем и получить права?

Можно ли людям с одним глазом получить права и водить машину? Да, но только при соблюдении определенных условий. Давайте разберемся, можно ли управлять автомобилем человеку с анофтальмией (недоразвитое или полностью отсутствующее глазное яблоко) и что в этом случае необходимо для получения водительских прав.

Согласно законодательству Российской Федерации (статья 23 Федерального закона №196 «О безопасности дорожного движения»), каждый водитель должен проходить обязательные медицинские осмотры. Если во время обследования у него выявляют болезни, мешающие ездить за рулем, он не сможет получить права.

Человек не имеет права управления транспортным средством категории В, имея остроту зрения ниже 0,6 на одном и менее 0,2 на втором глазу. Отметим, что зрение проверяют с коррекцией, то есть в очках или контактных линзах. Это значит, что даже больной с высокой степенью близорукости может садиться за руль, предварительно подобрав себе средство коррекции.

По закону людям с одним глазом можно водить машину, оснащенную парктроником – акустической парковочной системой. Поскольку у лиц с анофтальмией нарушено бинокулярное зрение, АПС необходима им для избежания аварий.

Адаптация к монокулярному зрению

Люди, которые слепы на один глаз с рождения, никогда не смогут иметь нормальное бинокулярное зрение. Дело в том, что их мозг попросту не способен обеспечить глубину восприятия мира. Таким больным не с чем сравнивать свое зрение, поэтому они считают его вполне удовлетворительным.

А вот у людей с одним глазом, потерявших второй в течение жизни, со временем зрение может частично восстановиться. Оно никогда не будет таким, как прежде, однако улучшиться может. Как правило, для этого необходимо 1–2 года. Со временем человек привыкает к своему состоянию и учится выполнять повседневную работу. По окончании периода адаптации ему даже можно ездить с одним глазом за рулем.

Особенности жизни с одним глазом

Людям, которые недавно потеряли глаз, приходится заново учиться двигаться и ориентироваться в пространстве. На первых порах жизнь с одним глазом может показаться им чересчур сложной и непривычной, однако со временем это пройдет. Главное – не переживать и не отчаиваться.

Советы, которые помогут людям с одним глазом быстрее адаптироваться к новому состоянию:

  • Препятствия со стороны отсутствующего глаза. У людей с анофтальмией сужено поле зрения, из-за чего они могут не замечать предметы, которые расположены сбоку от них. Поэтому в незнакомом месте или новом помещении им необходимо внимательно оглядываться, чтобы не наткнуться на препятствие.
  • Захват предметов. Чтобы взять любую вещь со стола, открыть дверь или без промаха пожать протянутую руку, необходимо двигаться очень медленно. Поворачивая голову, можно лучше оценить расстояние до объекта и его расположение в пространстве.
  • Ходьба по лестнице. Спускаясь по ступенькам, человеку с одним глазом нужно внимательно следить за перилами – это поможет избежать лишнего шага вниз и болезненного толчка. На улице лестницу можно заменить, понаблюдав за тенями от предметов.
  • Оценка расстояния к объектам. Пребывая на улице, расстояние можно определять с помощью зрительных нюансов. Для этого нужно внимательно рассматривать деревья, светофоры, тротуары. Величина того или иного предмета дает понятие о том, насколько далеко он расположен.

В медицине анофтальмией называют отсутствие глазного яблока. Это состояние возникает после хирургического удаления травмированного или больного глаза. Люди с анофтальмией теряют бинокулярное зрение, из-за чего им становится крайне трудно ориентироваться в пространстве.

Читайте также:  Упражнения со свечой для восстановления зрения

После потери глаза жизнь не заканчивается. Дефект можно скрыть с помощью протеза, а к монокулярному зрению вполне реально приспособиться. Люди, потерявшие глазное яблоко, могут вести нормальный образ жизни, заниматься спортом и даже водить автомобиль. Все, что для этого нужно, – желание и упорство.

Глаз и зрение

Глаз — орган зрения животных и человека. Глаз человека состоит из глазного яблока, соединенного зрительным нервом с головным мозгом, и вспомогательного аппарата (веки, слезные органы и мышцы, двигающие глазное яблоко).

Глазное яблоко (рис. 94) защищено плотной оболочкой, называемой склерой. Передняя (прозрачная) часть склеры 1 называется роговицей. Роговица является самой чувствительной наружной частью человеческого тела (даже самое легкое ее касание вызывает мгновенное рефлекторное смыкание век).

За роговицей расположена радужная оболочка 2, которая у людей может иметь разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость. В радужной оболочке есть небольшое отверстие — зрачок 3. Диаметр зрачка может изменяться от 2 до 8 мм, уменьшаясь на свету и увеличиваясь в темноте.

За зрачком расположено прозрачное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу, — хрусталик 4. Снаружи он мягкий и почти студенистый, внутри более твердый и упругий. Хрусталик окружен мышцами 5, прикрепляющими его к склере.

За хрусталиком расположено стекловидное тело 6, представляющее собой бесцветную студенистую массу. Задняя часть склеры — глазное дно — покрыто сетчатой оболочкой (сетчаткой) 7. Она состоит из тончайших волокон, устилающих глазное дно и представляющих собой разветвленные окончания зрительного нерва.

Как возникают и воспринимаются глазом изображения различных предметов?

Свет, преломляясь в оптической системе глаза, которую образуют роговица, хрусталик и стекловидное тело, дает на сетчатке действительные, уменьшенные и обратные изображения рассматриваемых предметов (рис. 95). Попав на окончания зрительного нерва, из которых состоит сетчатка, свет раздражает эти окончания. По нервным волокнам эти раздражения передаются в мозг, и у человека появляется зрительное ощущение: он видит предметы.

Изображение предмета, возникающее на сетчатке глаза, является перевернутым. Первым, кто это доказал, построив ход лучей в оптической системе глаза, был И. Кеплер. Чтобы проверить этот вывод, французский ученый Р. Декарт (1596—1650) взял глаз быка и, соскоблив с его задней стенки непрозрачный слой, поместил в отверстии, проделанном в оконном ставне. И тут же на полупрозрачной стенке глазного дна он увидел перевернутое изображение картины, наблюдавшейся из окна.

Почему же тогда мы видим все предметы такими, как они есть, т. е. неперевернутыми? Дело в том, что процесс зрения непрерывно корректируется мозгом, получающим информацию не только через глаза, но и через другие органы чувств. В свое время английский поэт Уильям Блейк (1757—1827) очень верно подметил:

Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум.

В 1896 г. американский психолог Дж. Стреттон поставил на себе эксперимент. Он надел специальные очки, благодаря которым на сетчатке глаза изображения окружающих предметов оказывались не обратными, а прямыми. И что же? Мир в сознании Стреттона перевернулся. Все предметы он стал видеть вверх ногами. Из-за этого произошло рассогласование в работе глаз с другими органами чувств. У ученого появились симптомы морской болезни. В течение трех дней он ощущал тошноту. Однако на четвертые сутки организм стал приходить в норму, а на пятый день Стреттон стал чувствовать себя так же, как и до эксперимента. Мозг ученого освоился с новыми условиями работы, и все предметы он снова стал видеть прямыми. Но, когда он снял очки, все опять перевернулось. Уже через полтора часа зрение восстановилось, и он снова стал видеть нормально.

Любопытно, что подобная приспосабливаемость характерна лишь для человеческого мозга. Когда в одном из экспериментов переворачивающие очки надели обезьяне, то она получила такой психологический удар, что, сделав несколько неверных движений и упав, пришла в состояние, напоминающее кому. У нее стали угасать рефлексы, упало кровяное давление и дыхание стало частым и поверхностным. У человека ничего подобного не наблюдается.

Однако и человеческий мозг не всегда способен справиться с анализом изображения, получающегося на сетчатке глаза. В таких случаях возникают иллюзии зрения — наблюдаемый предмет нам кажется не таким, каков он есть на самом деле (рис. 96).

Есть еще одна особенность зрения, о которой нельзя не сказать. Известно, что при изменении расстояния от линзы до предмета меняется и расстояние до его изображения. Каким же образом на сетчатке сохраняется четкое изображение, когда мы переводим свой взгляд с удаленного предмета на более близкий?

Оказывается, те мышцы, которые прикреплены к хрусталику, способны изменять кривизну его поверхностей и тем самым оптическую силу глаза. Когда мы смотрим на далекие предметы, эти мышцы находятся в расслабленном состоянии и кривизна хрусталика оказывается сравнительно небольшой. При переводе взгляда на близлежащие предметы глазные мышцы сжимают хрусталик, и его кривизна, а следовательно, и оптическая сила увеличиваются.

Способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на более далеком расстоянии называется аккомодацией (от лат. accomodatio — приспособление). Благодаря аккомодации человеку удается фокусировать изображения различных предметов на одном и том же расстоянии от хрусталика — на сетчатке глаза.

Однако при очень близком расположении рассматриваемого предмета напряжение мышц, деформирующих хрусталик, усиливается, и работа глаза становится утомительной. Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см. Это расстояние называют расстоянием ясного (или наилучшего) зрения.

Какое преимущество дает зрение двумя глазами?

Во-первых, именно благодаря наличию двух глаз мы можем различать, какой из предметов находится ближе, какой дальше от нас. Дело в том, что на сетчатках правого и левого глаза получаются отличающиеся друг от друга изображения (соответствующие взгляду на предмет как бы справа и слева). Чем ближе предмет, тем заметнее это различие. Оно и создает впечатление разницы в расстояниях. Эта же способность зрения позволяет видеть предмет объемным, а не плоским.

Во-вторых, благодаря наличию двух глаз увеличивается поле зрения. Поле зрения человека изображено на рисунке 97, а. Для сравнения рядом с ним показаны поля зрения лошади (рис. 97, в) и зайца (рис. 97, б). Глядя на эти рисунки, легко понять, почему хищникам так трудно подкрасться к этим животным, не выдав себя.

Зрение позволяет людям видеть друг друга. Возможно ли самому видеть, но для других быть невидимым? Впервые на этот вопрос попытался ответить в своем романе «Человек-невидимка» английский писатель Герберт Уэллс (1866—1946). Человек окажется невидимым после того, как его вещество станет прозрачным и обладающим той же оптической плотностью, что и окружающий воздух. Тогда отражения и преломления света на границе человеческого тела с воздухом не будет, и он превратится в невидимку. Так, например, толченое стекло, имеющее на воздухе вид белого порошка, тут же исчезает из виду, когда его помещают в воду — среду, обладающую примерно той же оптической плотностью, что и стекло.

В 1911 г. немецкий ученый Шпальтегольц пропитал препарат мертвой ткани животного специально приготовленной жидкостью, после чего поместил его в сосуд с такой же жидкостью Препарат стал невидимым.

Однако человек-невидимка должен быть невидимым на воздухе, а не в специально приготовленном растворе. А этого достигнуть не удается.

Но допустим, что человеку все-таки удастся стать прозрачным. Люди перестанут его видеть. А сможет ли он сам их видеть? Нет, ведь все его части, в том числе и глаза, перестанут преломлять световые лучи, и, следовательно, никакого изображения на сетчатке глаза возникать не будет. Кроме того, для формирования в сознании человека видимого образа световые лучи должны поглощаться сетчаткой, передавая ей свою энергию. Эта энергия необходима для возникновения сигналов, поступающих по зрительному нерву в мозг человека. Если же у человека-невидимки глаза станут совершенно прозрачными, то этого происходить не будет. А раз так, то он вообще перестанет видеть. Человек-невидимка будет слепым.

Герберт Уэллс не учел этого обстоятельства и потому наделил своего героя нормальным зрением, позволяющим ему, оставаясь незамеченным, терроризировать целый город.

. 1. Как устроен глаз человека? Какие его части образуют оптическую систему? 2. Охарактеризуйте изображение, возникающее на сетчатке глаза. 3. Как передается изображение предмета в мозг? Почему мы видим предметы прямыми, а не перевернутыми? 4. Почему, переводя взгляде близкого предмета на удаленный, мы продолжаем видеть его четкий образ? 5. Чему равно расстояние наилучшего зрения? 6. Какое преимущество дает зрение двумя глазами? 7. Почему человек-невидимка должен быть слепым?

Урок 1. Как устроено зрение человека

Зрение является каналом, посредством которого человек получает примерно 70% всех данных о мире, который его окружает. И возможно это только по той причине, что именно зрение человека представляет собой одну из самых сложных и поражающих воображение зрительных систем на нашей планете. Если бы не было зрения, все мы, скорее всего, просто жили бы в темноте.

Человеческий глаз обладает совершенным строением и обеспечивает зрение не только в цвете, но также в трёх измерениях и с высочайшей резкостью. Он обладает способностью моментально менять фокус на самые разные расстояния, осуществлять регуляцию объёма поступающего света, различать между собой огромное количество цветов и ещё большее количество оттенков, производить коррекцию сферических и хроматических аберраций и т.д. С мозгом глаз связывают шесть уровней сетчатки, в которых ещё перед тем, как информация будет отправлена в мозг, данные проходят через этап компрессии.

Но как же устроено наше с вами зрение? Как посредством усиления цвета, отражённого от предметов, мы трансформируем его в изображение? Если подумать об этом серьёзно, можно сделать вывод, что устройство зрительной системы человека до мельчайших подробностей «продумано» создавшей его Природой. Если же вы предпочитаете верить в то, что за создание человека ответственен Создатель или некая Высшая Сила, то эту заслугу можете приписать им. Но давайте не будем разбираться в тайнах бытия, а продолжим разговор об устройстве зрения.

Огромное количество деталей

Строение глаза и его физиологию можно без обиняков назвать действительно идеальными. Подумайте сами: оба глаза находятся в костных впадинах черепа, которые защищают их от всевозможных повреждений, однако выступают из них они именно так, чтобы обеспечивался максимально широкий горизонтальный обзор.

Расстояние, на котором глаза находятся друг от друга, обеспечивает пространственную глубину. А сами глазные яблоки, как доподлинно известно, обладают шарообразной формой, благодаря чему способны вращаться в четырёх направлениях: влево, вправо, вверх и вниз. Но каждый из нас воспринимает всё это, как само собой разумеющееся – мало кому приходит в голову представить, что было бы, если бы наши глаза были квадратными или треугольными или их движение было бы хаотичным – это бы сделало зрение ограниченным, сумбурным и малоэффективным.

Итак, устройство глаза предельно сложно, но как раз это и делает возможным работу примерно четырёх десятков его различных составляющих. И даже если бы не было хоть одного из этих элементов, процесс зрения перестал бы осуществляться так, как ему следует осуществляться.

Чтобы убедиться в том, насколько сложно устроен глаз, предлагаем вам обратить своё внимание на рисунок ниже.

Давайте же поговорим о том, как реализуется на практике процесс зрительного восприятия, какие элементы зрительной системы в этом участвуют, и за что каждый из них отвечает.

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…

Фокусировка

Минуя названные выше этапы, свет начинает проходить через хрусталик, находящийся за радужкой. Хрусталик является оптическим элементом, имеющим форму выпуклого продолговатого шара. Хрусталик абсолютно гладок и прозрачен, в нём нет кровеносных сосудов, а сам он расположен в эластичном мешочке.

Проходя сквозь хрусталик, свет преломляется, после чего происходит его фокусировка на ямке сетчатки – самом чувствительном месте, содержащем максимальное количество фоторецепторов.

Важно заметить, что уникальное строение и состав обеспечивают роговице и хрусталику большую силу преломления, гарантирующую короткое фокусное расстояние. И как же удивительно, что такая сложная система вмещается всего в одном глазном яблоке (подумайте только, как бы мог выглядеть человек, если бы для фокусировки световых лучей, идущих от предметов, требовался бы, например, метр!).

Не менее интересно и то, что совместная преломляющая сила этих двух элементов (роговицы и хрусталика) находится в прекрасном соотношении с глазным яблоком, а это можно смело назвать ещё одним доказательством того, что зрительная система создана просто непревзойдённо, т.к. процесс фокусирования слишком сложен, чтобы говорить о нём, как о чём-то, что произошло лишь благодаря пошаговым мутациям – эволюционным стадиям.

Если же речь идёт о предметах расположенных близко к глазу (как правило, близким считается расстояние менее 6 метров), то здесь всё ещё любопытнее, ведь в этой ситуации преломление световых лучей оказывается ещё более сильным. Обеспечивается же это увеличением кривизны хрусталика. Хрусталик соединён посредством цилиарных поясков с ресничной мышцей, которая, сокращаясь, даёт хрусталику возможность принимать более выпуклую форму, тем самым увеличивая свою преломляющую силу.

И здесь снова нельзя не упомянуть о сложнейшем строении хрусталика: составляют его множество ниточек, которые состоят из соединённых друг с другом клеточек, а тонкие пояски связывают его с цилиарным телом. Фокусировка осуществляется под контролем головного мозга крайне быстро и на полном «автомате» — осуществить такой процесс осознанно для человека невозможно.

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 137 000 000 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.

Читайте также:  Что такое запахи с точки зрения химии

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.

Восприятие мозга

После того как обработанная зрительная информация поступает в мозг, он начинает её сортировку, обработку и анализ, а также формирует цельное изображение из отдельных данных. Конечно же, о работе человеческого мозга ещё много чего неизвестно, однако даже того, что научный мир может предоставить сегодня, вполне достаточно, чтобы поразиться.

При помощи двух глаз формируются две «картинки» мира, который окружает человека – по одной на каждую сетчатку. Обе «картинки» передаются в мозг, и в действительности человек видит два изображения в одно и то же время. Но как?

А дело вот в чём: точка сетчатки одного глаза точно соответствует точке сетчатки другого, а это говорит о том, чтоб оба изображения, попадая в мозг, могут накладываться друг на друга и сочетаться вместе для получения единого изображения. Информация, полученная фоторецепторами каждого из глаз, сходится в зрительной коре головного мозга, где и появляется единое изображение.

По причине того, что у двух глаз может быть разная проекция, могут наблюдаться и некоторые несоответствия, однако мозг сопоставляет и соединяет изображения таким образом, что человек никаких несоответствий не ощущает. Мало того – эти несоответствия могут быть использованы с целью получения чувства пространственной глубины.

Как известно, из-за преломления света зрительные образы, поступающие в мозг, изначально являются очень маленькими и перевёрнутыми, однако «на выходе» мы получаем то изображение, которое привыкли видеть.

Помимо этого в сетчатке изображение делится мозгом надвое по вертикали – через линию, которая проходит через ямку сетчатки. Левые части изображений, полученных обоими глазами, перенаправляются в правое полушарие, а правые части – в левое. Так, каждое из полушарий смотрящего человека получает данные только от одной части того, что он видит. И снова – «на выходе» мы получаем цельное изображение без каких бы то ни было следов соединения.

Разделение изображений и крайне сложные оптические пути делают так, что мозг видит отдельно каждым из своих полушарий с использованием каждого из глаз. Это позволяет ускорить обработку потока входящей информации, а также обеспечивает зрение одним глазом, если вдруг человек по какой-либо причине перестаёт видеть другим.

Можно заключить, что мозг в процессе обработки зрительной информации убирает «слепые» пятна, искажения из-за микродвижений глаз, морганий, угла зрения и т.п., предлагая своему хозяину адекватное целостное изображение наблюдаемого.

Движение глаз

Ещё одним из важных элементов зрительной системы является движение глаз. Умалять значение этого вопроса никак нельзя, т.к. чтобы вообще иметь возможность использовать зрение должным образом мы должны уметь поворачивать глаза, поднимать их, опускать, короче говоря – двигать глазами.

Всего можно выделить 6 внешних мышц, которые соединяются с внешней поверхностью глазного яблока. К этим мышцам относятся 4 прямые (нижняя, верхняя, боковая и средняя) и 2 косые (нижняя и верхняя).

В тот момент, когда какая-либо из мышц сокращается, мышца, являющаяся для неё противоположной, расслабляется – это обеспечивает ровное движение глаз (в противном случае все движения глазами осуществлялись бы рывками).

При повороте двух глаз автоматически изменяется движение всех 12 мышц (по 6 мышц на каждый глаз). И примечательно то, что процесс этот является непрерывным и очень хорошо скоординированным.

По словам знаменитого офтальмолога Питера Джени, контроль и координация связи органов и тканей с центральной нервной системой посредством нервов (это называется иннервацией) всех 12 глазных мышц представляет собой один из очень сложных процессов, происходящих в мозге. Если же добавить к этому точность перенаправления взора, плавность и ровность движений, скорость, с которой может вращаться глаз (а она составляет в сумме до 700° в секунду), и соединить всё это, мы получим на самом деле феноменальную по части исполнения подвижную глазную систему. А то, что человек имеет два глаза, делает её ещё более сложной – при синхронном движении глаз необходима одинаковая мускульная иннервация.

Мышцы, которые вращают глаза, отличны от мышц скелета, т.к. их составляет множество всевозможных волокон, а контролируются они ещё большим числом нейронов, иначе точность движений стала бы невозможной. Данные мышцы можно назвать уникальными ещё и потому, что они способны быстро сокращаться и практически не устают.

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.

Глаза как показатель состояния

Глаза человека способны передавать немало информации в процессе его взаимодействия с другими людьми и окружающим миром. Глаза могут излучать любовь, гореть от гнева, отражать радость, страх или беспокойство, говорить о тревоге или усталости. Глаза показывают, куда смотрит человек, заинтересован он в чём-либо или же нет.

Например, когда люди закатывают глаза, беседуя с кем-то, это можно расценивать совершенно иначе, нежели обычный взгляд, направленный вверх. Большие глаза у детей вызывают у окружающих восторг и умиление. А состояние зрачков отражает то состояние сознания, в котором в данный момент времени находится человек. Глаза – это показатель жизни и смерти, если уж говорить в глобальном смысле. Наверное, именно по этой причине их называют «зеркалом» души.

Вместо заключения

В этом уроке мы с вами рассмотрели устройство зрительной системы человека. Естественно, мы упустили немало деталей (сама по себе эта тема очень объёмна и вместить её в рамки одного урока проблематично), но всё же постарались донести материал так, чтобы вы имели чёткое представление о том, КАК видит человек.

Вы не могли не заметить, что как сложность, так и возможности глаза позволяют этому органу многократно превосходить даже самые современные технологии и научные разработки. Глаз является наглядной демонстрацией сложности инженерии в огромном количестве нюансов.

Но знать об устройстве зрения – это, конечно же, хорошо и полезно, однако наиболее важно знать о том, как зрение можно восстанавливать. Дело в том, что и образ жизни человека, и условия, в которых он живёт, и некоторые другие факторы (стрессы, генетика, вредные привычки, заболевания и многое другое) – всё это нередко способствует тому, что с годами зрение может ухудшаться, т.е. зрительная система начинает давать сбои.

Но ухудшение зрения в большинстве случаев не является необратимым процессом – зная определённые методики, данный процесс можно повернуть вспять, и сделать зрение, если уж и не таким, как у младенца (хотя иногда возможно и это), то хорошим настолько, насколько вообще это возможно для каждого отдельно взятого человека. Поэтому следующий урок нашего курса по развитию зрения будет посвящён методам восстановления зрения.

Проверьте свои знания

Если вы хотите проверить свои знания по теме данного урока, можете пройти небольшой тест, состоящий из нескольких вопросов. В каждом вопросе правильным может быть только 1 вариант. После выбора вами одного из вариантов, система автоматически переходит к следующему вопросу. На получаемые вами баллы влияет правильность ваших ответов и затраченное на прохождение время. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты перемешиваются.

Краткие сведения об устройстве глаза и зрительных ощущениях

Глаз человека представляет собой почти шарообразное тело, которое покоится в костной черепной полости, открытой с одной стороны. На рис. 1

изображен разрез глазного яблока и показаны основные детали глаза.

Основная часть глазного яблока с внешней стороны ограничена трехслойной оболочкой. Внешняя твердая оболочка называется склерой (по-гречески — твердость), или белковой оболочкой. Она охватывает со всех сторон внутреннее содержание глаза и непрозрачна на всем своем протяжении, за исключением передней части. Здесь склера выдается вперед, совершенно прозрачна и носит название роговой оболочки.

К склере примыкает сосудистая оболочка, переполненная кровеносными сосудами. В передней части глаза, там, где склера переходит в роговую оболочку, сосудистая оболочка утолщается, отходит под углом от склеры и направляется к середине передней камеры, образуя поперечную радужную оболочку.

Если задняя сторона радужной оболочки окрашена только в черный цвет, глаза кажутся синими, чернота просвечивает через кожицу синеватым отливом, подобно жилам на руках. Если бывают еще другие цветные включения, что зависит и от количества черного цветного вещества, то глаз нам кажется зеленоватым, серым и карим и т. д. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества (как, например, у белых кроликов), то она нам кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света — они иногда страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Радужная оболочка отделяет передний выпуклый сегмент глаза от его остальной части и имеет отверстие, называемое зрачком. Сам зрачок глаза черен по той же причине, что и окна соседнего дома при дневном освещении, которые кажутся нам черными, потому что прошедший через них снаружи свет почти не выходит обратно. Зрачок пропускает внутрь глаза в каждом отдельном случае определенное количество света. Зрачок увеличивается и уменьшается независимо от нашей воли, но в зависимости от условий освещения. Зрачок при больших яркостях поля зрения имеет диаметр порядка 1,5 мм, в темноте же он увеличивается до 7—8 мм и таким образом светосила глаза) (при неизменном его фокусном расстоянии), а значит и яркость изображения на сетчатке (при неизменной яркости рассматриваемых предметов) увеличиваются в 25 раз. Заметим, что фотоаппараты располагают сейчас значительно большими возможностями.

Явление приспособления глаза к яркости поля зрения называется адаптацией. Однако основную роль в процессе адаптации играет не зрачок, а сетчатка.

Сетчаткой называется третья, внутренняя оболочка, представляющая собой свето- и цветочувствительный слой. Несмотря на незначительную толщину, она имеет очень сложную и многослойную структуру. Светочувствительная часть сетчатки состоит из нервных элементов, заключенных в особую поддерживающую их ткань. Светочувствительность сетчатки не на всем ее протяжении одинакова. Сетчатка представляет собой разветвления по дну глаза нервных волокон, которые затем сплетаются между собой и образуют зрительный нерв, который сообщается с головным мозгом человека. Основными элементами зрительного восприятия являются два вида клеток, не имеющих длинных нервных отростков: одни в виде стебелька и относительно длинные, называемые палочками, и другие более короткие и более толстые, называемые колбочками.

Палочки и колбочки через подходящие к ним нервные волокна, через зернистые слои сетчатки и ганглиозные клетки (нервные узлы), связаны с разветвлениями зрительного нерва. Около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек насчитывают на сетчатке. Как палочки, так и колбочки очень малы и видны только при увеличении в 150—200 раз под микроскопом: толщина палочек около 2 микрон (0,002 мм), а колбочек 6—7 микрон (мкм). В месте наиболее отчетливого и резкого видения сетчатки при дневном освещении против зрачка расположены почти одни колбочки, плотность их здесь достигает 100 000 на 1 мм2. Здесь находится так называемая центральная ямка диаметром 0,4 мм. Вследствие этого глаз обладает способностью различать мельчайшие детали лишь только в центре поля зрения, ограничиваемом углом в 1°,3. Так, например, опытные шлифовщики различают просветы в 0,6 мкм, тогда как обычно человек способен заметить просвет в 10 мкм.

Ближайшая к центральной ямке область, так называемое желтое пятно, имеет угловое протяжение 6—8°. Палочки расположены в пределах всей сетчатки, причем наибольшая концентрация их наблюдается в зоне, смещенной на 10—12° от центра. Здесь на одно волокно зрительного нерва приходится несколько десятков и даже сотен палочек. Периферическая часть сетчатки служит для общей зрительной ориентировки в пространстве. Кроме того, преобладание палочек на этой части сетчатки объясняет секрет видения в темноте, когда для лучшего различения предмета надо смотреть не на него, а чуть в сторону.

При помощи специального глазного зеркала, предложенного Г. Гельмгольцем, можно видеть на сетчатке второе пятно, имеющее белую окраску. Это пятно расположено на месте ствола зрительного нерва, и так как здесь уже нет ни колбочек, ни палочек, то этот участок сетчатки не чувствителен к свету и называется поэтому слепым пятном. Слепое пятно сетчатки имеет диаметр 1,88 мм, что соответствует 6° по углу зрения. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не видеть предмета, имеющего диаметр около 10 см, если изображение этого предмета проектируется на слепое пятно. Палочки и колбочки различаются по своим функциям: палочки обладают большой чувствительностью, но не «различают» цветов и являются аппаратом сумеречного зрения, т. е. зрения при слабом освещении; колбочки чувствительны к цветам, но зато менее светочувствительны и поэтому являются аппаратом дневного зрения.

У многих животных за сетчаткой находится тонкий мерцающий зеркальный слой, усиливающий действие попадающего в глаз света путем отражения. Глаза таких животных блестят в темноте как раскаленные уголья. Речь идет не о полной темноте, где это явление, конечно, наблюдаться не будет.

Адаптация зрения является сложным процессом переключения глаза с работы колбочковым аппаратом на палочковый (темновая адаптация) или наоборот (световая адаптация). При этом до сих пор остаются неизвестными процессы изменения концентрации светочувствительных элементов в клетках сетчатки, когда чувствительность ее повышается при темновой адаптации в десятки тысяч раз, а также и прочие изменения свойств сетчатки в различных фазах адаптации. Фактические данные процесса адаптации определены достаточно строго и могут быть здесь приведены. Так, в процессе темновой адаптации чувствительность глаза к свету сначала быстро повышается, и это продолжается около 25—40 мин, причем время зависит от уровня начальной адаптации. При длительном пребывании в темноте чувствительность глаза к свету повышается в 50 000 раз и достигает абсолютного светового порога. Выражая абсолютный порог в люксах освещенности на зрачке, получают в среднем величину порядка 10-9 лк (люкс). Это значит, грубо говоря, что в условиях полной темноты наблюдатель смог бы заметить свет от одной стеариновой свечи, удаленной от него на расстояние 30 км. Чем выше яркость начального поля адаптации, тем медленнее приспосабливается глаз к темноте, и в этих случаях пользуются понятием относительных порогов чувствительности.

При обратном переходе от темноты к свету процесс адаптации до восстановления некоторой «постоянной» чувствительности длится всего лишь 5—8 мин, и чувствительность колбочкового аппарата изменяется всего лишь в 20—40 раз. Таким образом, адаптация — это не просто изменение диаметра зрачка, но и сложные процессы на сетчатке и в связанных с нею через зрительный нерв участках коры головного мозга.

Сразу же за зрачком глаза расположено совершенно прозрачное, эластичное тело, заключенное в особую сумку, прикрепленную к радужной оболочке системой мышечных волокон. Это тело имеет форму собирательной двояковыпуклой линзы и носит название хрусталика. Назначение хрусталика состоит в том, чтобы преломлять световые лучи и давать на сетчатке глаза ясное и отчетливое изображение предметов, находящихся в поле зрения.

Следует заметить, что в образовании изображения на сетчатке, кроме хрусталика, принимают участие и роговица, и внутренние полости глаза, заполненные средами с показателями преломления, отличающимися от единицы. Имея в виду процесс образования изображения на сетчатке глава с помощью его сложной оптической системы, можно условно заменить эту систему приведенной, допустим, к одной линзе (хрусталику).

Преломляющая способность всего глаза в целом, а также отдельных частей его оптической системы зависит от радиусов ограничивающих их поверхностей, от показателей преломления веществ и взаимного расстояния между ними. Все эти величины для разных глаз имеют различные значения, поэтому и оптические данные разных глаз различны. В связи с этим вводится понятие схематического или приведенного (редуцированного) глаза, у которого: радиус кривизны преломляющей поверхности 5,73 мм, показатель преломления 1,336, длина глаза 22,78 мм, переднее фокусное расстояние 17,054 мм, заднее фокусное расстояние 22,78 мм.

Хрусталик глаза образует на сетчатке (так же как объектив фотоаппарата на матовой пластинке) перевернутое изображение тех предметов, на которые мы смотрим. В этом легко убедиться. Возьмем кусок плотной бумаги или почтовую открытку и проколем в ней булавкой маленькое отверстие. Затем поставим булавку головкой вверх на расстояние 2—3 см от глаза и будем смотреть этим глазом через отверстие в бумаге, поставленной на расстояние 4—5 см, на яркое дневное небо или на лампу в молочной колбе. Если подобраны благоприятные для данного глаза расстояния между глазом и булавкой, булавкой и бумагой, то в светлом отверстии мы будем видеть то, что изображено на рис. 2.

Тень булавки на сетчатке будет прямой, но изображение булавки нам будет казаться перевернутым. Любое перемещение булавки в стороны будет восприниматься нами как перемещение ее изображения в обратном направлении. Очертание булавочной головки, не очень четкое, будет казаться при этом находящимся по ту сторону листка бумаги.

Читайте также:  Как принимать витамин а для зрения

Тот же опыт можно проделать иным способом. Если в куске плотной бумаги проколоть три отверстия, расположенные в вершинах равностороннего треугольника со сторонами, приблизительно равными 1,5—2 мм, и затем расположить, так же как и ранее, булавку и бумагу перед глазом, то будут видны три обратных изображения булавки. Эти три изображения образуются благодаря тому, что лучи света, проходящие через каждое из отверстий, не пересекаются, так как отверстия находятся в передней фокальной плоскости хрусталика. Каждый пучок дает прямую тень на сетчатке, и каждая тень воспринимается нами как перевернутое изображение.

Если приставить к глазу бумагу с тремя отверстиями, а к источнику света — бумагу с одним отверстием, то наш глаз будет видеть обращенный треугольник. Все это убедительно доказывает, что наш глаз все предметы воспринимает в прямом виде потому, что рассудок переворачивает их изображения, получающиеся на сетчатке.

Еще в начале 20-х годов американец А. Стрэттон и в 1961 г. профессор Калифорнийского института доктор Ирвин Муд поставили на себе интересный эксперимент. В частности, И. Муд надел плотно прилегающие к лицу специальные очки, через которые видел все так, как на матовом стекле фотоаппарата. Восемь дней он, проходя несколько десятков шагов, ошущал симптомы морской болезни, путал левую сторону с правой, верх и низ. А потом, хотя очки по-прежнему были перед глазами, снова увидел все таким, каким видят все люди. Ученый снова обрел свободу движений и способность к быстрой ориентировке. В своих очках он проехал на мотоцикле по самым оживленным улицам Лос-Анжелоса, водил автомобиль, пилотировал самолет. А затем Муд снял очки — и мир вокруг него опять «перевернулся». Пришлось ждать еще несколько дней, пока все вошло в норму. Эксперимент еще раз подтвердил, что воспринимаемые зрением образы попадают в мозг не такими, какими их передает на сетчатку оптическая система глаза. Зрение — это сложный психологический процесс, зрительные впечатления согласуются с сигналами, получаемыми другими органами чувств. Требуется время, прежде чем вся эта сложная система настроится и начнет функционировать нормально.

Поскольку сетчатка не является плоским экраном, а имеет скорее сферическую форму, то и изображение на ней не будет плоским. Однако и этого мы не замечаем в процессе зрительного восприятия, так как наш рассудок способствует тому, чтобы мы воспринимали предметы такими, какие они есть в действительности.

Сумка, в которой укреплен хрусталик, представляет собой кольцеобразную мышцу. Эта мышца может находиться в состоянии натяжения, что заставляет хрусталик принимать наименее искривленную форму. Когда натяжение этой мышцы уменьшается, хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну. Когда хрусталик растянут, он дает на сетчатке глаза резкое изображение предметов, находящихся на больших расстояниях; когда же он не растянут и кривизна его поверхностей велика, то на сетчатой оболочке глаза получается резкое изображение близких предметов. Изменение кривизны хрусталика и приспособление глаза к отчетливому восприятию далеких и близких предметов представляет собой еще одно весьма важное свойство глаза, которое называется аккомодацией.

Явление аккомодации легко наблюдать следующим образом: будем смотреть одним глазом вдоль натянутой длинной нити. При этом, желая видеть близкие и дальние участки нити, мы будем менять кривизну поверхностей хрусталика. Заметим, что на расстоянии до 4 см от глаза нить вообще не видна; только начиная с 10—15 см мы ее видим четко и хорошо. Это расстояние различно для людей молодых и старых, для близоруких и дальнозорких, причем для первых оно меньше, а для вторых больше. Наконец, наиболее удаленная от нас часть нити, видимая четко при данных условиях, будет также различно удалена для этих людей. Близорукие люди не будут видеть нить далее 3 м.

Оказывается, например, что для рассматривания одного и того же печатного текста у различных людей будут различные расстояния наилучшего видения. Расстояние наилучшего видения, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета, составляет 25—30 см.

Пространство между роговицей и хрусталиком известно под названием передней камеры глаза. Эта камера заполнена студенистой прозрачной жидкостью. Вся внутренность глаза между хрусталиком и глазным нервом заполнена несколько иного рода стекловидным телом. Являясь средой прозрачной и преломляющей, это стекловидное тело в то же время способствует сохранению формы глазного яблока.

В заключении к своей книге «О летающих тарелках» американский астроном Д. Мензел пишет: «Во всяком случае помните, что летающие тарелки: 1) действительно существуют; 2) их видели; 3) но они совсем не то, за что их принимают».

В книге описаны многие факты, когда наблюдатели видели летающие тарелки или подобные им необычные светящиеся предметы, и приведено несколько исчерпывающих объяснений различных оптических явлений в атмосфере. Одним из возможных объяснений появления в поле зрения светящихся или темных предметов могут быть так называемые энтоптические явления в глазу, заключающиеся в следующем.

Иногда, устремляя взгляд на яркое дневное небо или на освещенный солнцем чистый снег, мы видим одним глазом или двумя маленькие темные кружочки, которые опускаются вниз. Это не обман зрения и не какой-либо недостаток глаза. Небольшие включения в стекловидное тело глаза (например, крошечные сгустки крови, попавшие туда из кровеносных сосудов сетчатки) при фиксации взгляда на очень светлый фон отбрасывают тени на сетчатку глаза и становятся ощутимыми. Каждое движение глаза как бы подбрасывает эти мельчайшие частички, а потом они под действием силы тяжести опускаются.

Предметы самого различного вида, например пылинки, могут находиться на поверхности нашего глаза. Если такая пылинка попадет на зрачок и будет озарена ярким светом, она покажется большим светлым шаром с неясными очертаниями. Ее можно принять за летающую тарелку, и это уж будет иллюзия зрения.

Подвижность глаза обеспечивается действием шести мышц, прикрепленных, с одной стороны, к глазному яблоку, а с другой— к глазной орбите.

Когда человек рассматривает, не поворачивая головы, неподвижные предметы, расположенные в одной фронтальной плоскости, то глаза или остаются неподвижными (фиксированными) или быстро меняют точки фиксации скачками. A. Л. Ярбусом разработана точная методика определения последовательных перемещений глаза при рассматривании различных предметов. В результате опытов установлено, что глаза остаются неподвижными 97% времени, но зато время, затраченное на каждый акт фиксации, мало (0,2—0,3 сек), и в течение одной минуты глаза могут менять точки фиксации до 120 раз. Интересно, что у всех людей продолжительность скачков (для одних и тех же углов) совпадает с изумительной точностью: ±0,005 сек. Продолжительность скачка не зависит от попыток наблюдателя «совершить» скачок побыстрее или помедленнее. Она зависит только от величины угла, на который совершается скачок. Скачки обоих глаз совершаются синхронно.

Когда человек «плавно» обводит взором какую-нибудь неподвижную фигуру (например, круг), ему кажется, что глаза движутся непрерывно. В действительности же и в этом случае движение глаз скачкообразно, причем величина скачков очень мала.

При чтении глаз читающего останавливается не на каждой букве, а только на одной из четырех — шести, и несмотря на это, мы понимаем смысл прочитанного. Очевидно, при этом используется заранее накопленный опыт и сокровища зрительной памяти.

При наблюдении движущегося объекта процесс фиксации происходит при скачкообразном перемещении глаз, с той же результирующей угловой скоростью, с которой движется и объект наблюдения; при этом изображение объекта на сетчатке остается относительно неподвижным.

Укажем вкратце на другие свойства глаза, которые имеют отношение к нашей теме.

На сетчатой оболочке глаза получается изображение рассматриваемых предметов, причем всегда предмет нам виден на том или ином фоне. Это означает, что некоторая часть светочувствительных элементов сетчатки раздражается световым потоком, распределенным по поверхности изображения предмета, а окружающие светочувствительные элементы раздражаются потоком от фона. Способность глаз обнаруживать рассматриваемый объект по его контрасту с фоном называется контрастной чувствительностью глаза. Отношение разности яркостей предмета и фона к яркости фона называется контрастом яркости. Контраст увеличивается, когда при неизменной яркости фона увеличивается яркость объекта или при неизменной яркости объекта уменьшается яркость фона).

Способность глаза различать форму предмета или его детали называют остротой различения. Если изображение двух близких точек на сетчатой оболочке глаза возбудит соседние светочувствительные элементы (причем если разность яркостей этих элементов выше пороговой разности яркостей, а между изображениями точек будет хотя бы один иначе возбужденный элемент), то эти две точки видны раздельно. Наименьший размер видимого предмета определяется наименьшим размером его изображения на сетчатке глаза. Для нормального глаза этот размер равен 3,6 мкм. Такое изображение получается от предмета размером 0,06 мм, расположенного на расстоянии 25 см от глаза.

Правильнее определить предел углом зрения; для указанного случая он составит 50 угловых минут. Для больших расстояний и ярко светящихся предметов предельный угол зрения уменьшается. Условно считается, что острота различения равна единице, если минимальный угол между двумя точками, при котором эти точки видны раздельными, равен одной минуте. Это относится как к двум рассматриваемым светящимся точкам, так и к двум штрихам или линиям. Пороговой разностью яркостей в данных условиях мы называем наименьший перепад яркостей, воспринимаемый нашим глазом.

Практически глаз обнаруживает разность яркостей в 1,5—2%, а в благоприятных условиях до 0,5—1%. Однако пороговая разность яркостей сильно зависит от многих причин: от яркости, к которой глаз был предварительно приспособлен, от яркости фона, на котором будут видны сравниваемые поверхности. Замечено, что сравнивать темные поверхности лучше на фоне более темном, чем сравниваемые поверхности, а светлые поверхности, наоборот,— на более ярком фоне.

Источники света, находящиеся достаточно далеко от глаза, мы называем «точечными», хотя в природе светящихся точек не существует. Видя эти источники, мы ничего не можем сказать о их форме и диаметре, они нам кажутся лучистыми, как и далекие звезды. Эта иллюзия зрения обусловлена недостаточной остротой различения (разрешающей способностью) глаза.

Во-первых, вследствие неоднородности хрусталика лучи, проходящие через него, преломляются так, что звезды окружаются лучистым ореолом.

Во-вторых, изображение звезды на сетчатке настолько мало, что не перекрывает двух светочувствительных элементов, разделенных хотя бы одним нераздраженным элементом. Разрешающая способность глаза увеличивается при помощи оптических приборов наблюдения и, в частности, телескопов, через которые, например, все планеты видны нам как круглые тела.

Приведение осей обоих глаз в положение, необходимое для наилучшего восприятия расстояний, называется конвергенцией. Результат действия мышц, перемещающих глаз для лучшего видения близких и дальних предметов, можно наблюдать следующим образом. Если мы будем смотреть через сетку на окно, то неясные отверстия сетки будут нам казаться большими, а если же смотреть на карандаш перед этой сеткой, то отверстия сетки будут казаться значительно меньшими.

Точки сетчаток двух глаз, обладающие тем свойством, что раздражающий объект виден нам находящимся в одной точке пространства, называются корреспондирующими.

Благодаря тому что два наших глаза находятся на некотором расстоянии и их оптические оси скрещиваются определенным образом, изображения предметов на разных (некорреспондирующих) участках сетчаток получаются тем более отличными одно от другого, чем ближе к нам находится рассматриваемый предмет. Автоматически, как нам кажется, как бы без участия сознания, мы учитываем эти особенности изображений на сетчатках, и по ним не только судим об удаленности предмета, но и воспринимаем рельеф и перспективу. Эта способность нашего зрения называется стереоскопическим эффектом (греческое стерео — объем, телесность). Нетрудно понять, что наш мозг при этом так же выполняет определенную работу, как и при переворачивании изображения предмета на сетчатке.

Наш орган зрения обладает еще одним замечательным свойством: он различает огромное многообразие цветов предметов. Современная теория цветового зрения объясняет эту способность глаза наличием на сетчатой оболочке трех видов первичных аппаратов.

Видимый свет (волны электромагнитных колебаний длиной от 0,38 до 0,78 мкм) возбуждает эти аппараты в разной степени. Опытом установлено, что колбочковый аппарат обладает наибольшей чувствительностью к желто-зеленым излучениям (длина волны 0,555 мкм). В условиях же действия сумеречного (палочкового) аппарата зрения максимум чувствительности глаза смещается в сторону более коротких волн фиолетово-синего участка спектра на 0,45—0,50 мкм. Эти возбуждения первичных аппаратов сетчатки обобщаются корой головного мозга, и мы воспринимаем определенный цвет видимых предметов.

Все цвета принято делить на хроматические и ахроматические. Каждый хроматический цвет имеет цветовой тон, чистоту цвета и яркость (красный, желтый, зеленый и т. д.). Ахроматические цвета в сплошном спектре отсутствуют — они бесцветны и отличаются друг от друга только яркостью. Эти цвета образуются благодаря избирательному отражению или пропусканию дневного света (белый, все серые и черный цвет). Текстильщики, например, способны различать до 100 оттенков черного цвета.

Таким образом, зрительные ощущения позволяют нам судить о цвете и яркости предметов, о их размерах и форме, о их движении и взаимном расположении в пространстве. Следовательно, и восприятие пространства является в основном функцией зрения.

В этой связи уместно остановиться еще на одном способе определения взаимного расположения предметов в пространстве — на способе зрительного параллакса.

Расстояние до предмета оценивают или по тому углу, под которым виден этот предмет, зная угловые размеры других видимых предметов, или пользуясь стереоскопической способностью зрения, которая и создает впечатление рельефности. Оказывается, что на удалении, большем 2,6 км, рельеф уже не воспринимается. Наконец, расстояние до предмета оценивается просто степенью изменения аккомодации или путем наблюдения положения этого предмета по отношению к положению других предметов, находящихся на известных нам расстояниях.

При ложном представлении о размере предмета можно допустить большую ошибку в определении расстояния до него. Оценка расстояния с помощью обоих глаз значительно точнее, чем при помощи одного глаза. Один глаз оказывается полезнее, чем два при определении направления на предмет, например при прицеливании. Когда глаз рассматривает не предмет, а изображение, полученное с помощью линз или зеркал, то все указанные выше способы определения расстояния до предмета иногда оказываются неудобными, а то и вовсе непригодными.

Как правило, размеры изображения совершенно не совпадают с размерами самого предмета, поэтому ясно, что мы не можем судить о расстоянии по видимым размерам изображения. При этом очень трудно отделить изображение от самого предмета, и это обстоятельство может явиться причиной очень сильного оптического обмана. Например, предмет, рассматриваемый через вогнутые чечевицы, кажется находящимся от нас на гораздо большем расстоянии, чем в действительности, ибо его видимые размеры меньше истинных. Эта иллюзия настолько сильна, что она более чем нейтрализует определение расстояния, к которому нас приводит аккомодация глаза. Поэтому нам остается прибегнуть только к единственному способу, при помощи которого мы можем, без всяких приборов, судить о расстоянии до предмета, а именно, к определению положения данного предмета по отношению к другим предметам. Этот метод и именуется методом параллакса. Если наблюдатель встанет перед окном (рис. 3),

а между окном и наблюдателем будет находиться какой-нибудь предмет, скажем штатив на столе, и если, далее, наблюдатель передвинется, например влево, то он увидит, что штатив как бы передвинулся вдоль окна вправо. С другой стороны, если наблюдатель взглянет через окно на какой-нибудь предмет, скажем на ветви деревьев, и передвинется в том же направлении, то и предмет за окном передвинется туда же. Заменяя окно линзой и наблюдая через линзу изображение печатного текста, можно определить, где находится это изображение: если за линзой, то оно будет перемещаться при перемещении глаза в ту же сторону, что и глаз. Если же изображение ближе к глазу, чем линза, то оно будет перемещаться в направлении, обратном перемещению глаза.

Акт зрительного восприятия рассматривается теперь как сложная цепь различных процессов и превращений, еще до сих пор недостаточно изученных и понятых. За сложным фотохимическим процессом в сетчатой оболочке глаза следуют нервные возбуждения волокон зрительного нерва, которые затем передаются коре головного мозга. Наконец, в пределах коры головного мозга происходит оформление зрительных восприятий; здесь они, возможно, взаимосвязываются с другими нашими ощущениями и контролируются на основании заранее приобретенного нами опыта, и только после этого начальное раздражение превращается в законченный зрительный образ.

Оказывается, мы видим в данный момент только то, что нас интересует, и это очень полезно для нас. Все поле зрения всегда заполнено разнообразными впечатляющими объектами, но наше сознание из всего этого выделяет лишь то, на что мы в данный момент обращаем особое внимание. Однако все неожиданно появляющееся в поле нашего зрения способно невольно привлечь наше внимание. Например, при интенсивной умственной работе нам может сильно помешать качающаяся лампа: глаза поневоле фиксируют это движение, а это в свою очередь рассеивает внимание.

Наше зрение обладает наибольшей пропускной способностью и может передать в мозг в 30 раз больше информации, чем наш слух, хотя зрительный сигнал достигает мозга через 0,15 сек, слуховой через 0,12 сек, а осязательный через 0,09 сек.

Следует заметить, что все важнейшие свойства глаза тесно связаны между собой; они не только зависят друг от друга, но и проявляются в различной степени, например при изменении яркости поля адаптации, т. е. яркости, к которой приспособлен человеческий глаз в данных конкретных условиях и в данный момент времен».

Указанные здесь способности органа зрения человека часто имеют у различных людей различную степень развитости и чувствительности. «Глаз — это чудо для пытливого ума», — говорил английский физик Д. Тиндаль.

Источники:
  • http://okulist.pro/interesno/lyudi-s-odnim-glazom.html
  • http://phscs.ru/physics9g/sight
  • http://4brain.ru/zrenie/kak-ustroeno.php
  • http://zreni.ru/articles/aboutvision/1792-illyuzii-zreniya-poyavlyayuschiesya-samoproizvolno.html