2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает глаз человека

Как устроен глаз и как он работает?
Как возникают близорукость и дальнозоркость?

В повседневной жизни мы с вами часто используем устройство, которое по своему строению очень похоже на глаз и работает по такому же принципу. Это фотоаппарат. Как и во многом другом, изобретя фотографию, человек просто сымитировал то, что уже существует в природе! Сейчас вы убедитесь в этом.

Глаз человека по форме — неправильный шар диаметром примерно 2,5 см. Этот шар называют глазным яблоком. В глаз поступает свет, который отражается от окружающих нас предметов. Аппарат, который воспринимает этот свет, находится на задней стенке глазного яблока (изнутри) и называется СЕТЧАТКОЙ. Он состоит из нескольких слоев светочувствительных клеток, которые обрабатывают поступающую к ним информацию и отправляют ее в мозг по зрительному нерву.


Строение глаза

Но для того, чтобы лучи света, поступающие в глаз со всех сторон, сфокусировались на такой небольшой площади, которую занимает сетчатка, они должны претерпеть преломление и сфокусироваться именно на сетчатке. Для этого в глазном яблоке есть естественная двояковыпуклая линза — ХРУСТАЛИК. Он находится в передней части глазного яблока.

Хрусталик способен менять свою кривизну. Разумеется, он делает это не сам, а с помощью специальной цилиарной мышцы. Чтобы настроиться на видение близко расположенных объектов, хрусталик увеличивает кривизну, становится более выпуклым и сильнее преломляет свет. Для видения удалённых предметов хрусталик становится более плоским.

Свойство хрусталика менять свою преломляющую силу, а вместе с этим и фокусную точку всего глаза, называется АККОМОДАЦИЕЙ.


Принцип аккомодации

В преломлении света участвует также вещество, которым заполнена большая часть (2/3 объема) глазного яблока — стекловидное тело. Оно состоит из прозрачного желеобразного вещества, которое не только участвует в преломлении света, но также обеспечивает форму глаза и его несжимаемость.

Свет поступает на хрусталик не по всей передней поверхности глаза, а через маленькое отверстие — зрачок (мы видим его как черный кружок в центре глаза). Размер зрачка, а значит, количество поступающего света, регулируется специальными мышцами. Эти мышцы находятся в радужной оболочке, окружающей зрачок (РАДУЖКЕ). Радужка, помимо мышц, содержит пигментные клетки, которые определяют цвет наших глаз.


Радужная оболочка

Понаблюдайте за своими глазами в зеркало, и вы увидите, что если на глаз направить яркий свет, то зрачок сужается, а в темноте он, наоборот, становится большим — расширяется. Так глазной аппарат защищает сетчатку от губительного действия яркого света.

Снаружи глазное яблоко покрыто прочной белковой оболочкой толщиной 0,3-1 мм — СКЛЕРОЙ. Она состоит из волокон, образованных белком коллагеном, и выполняет защитную и опорную функцию. Склера имеет белый цвет с молочным отливом, за исключением передней стенки, которая прозрачна. Ее называют РОГОВИЦЕЙ. В роговице происходит первичное преломление лучей света

Под белковой оболочкой находится СОСУДИСТАЯ ОБОЛОЧКА, которая богата кровеносными капиллярами и обеспечивает клетки глаза питанием. Именно в ней находится радужка со зрачком. По периферии радужка переходит в ЦИЛИАРНОЕ, или РЕСНИЧНОЕ, ТЕЛО. В его толще расположена цилиарная мышца, которая, как вы помните, изменяет кривизну хрусталика и служит для аккомодации.

Между роговицей и радужкой, а также между радужкой и хрусталиком находятся пространства – камеры глаза, заполненные прозрачной, светопреломляющей жидкостью, которая питает роговицу и хрусталик.

Защиту глаза обеспечивают также веки — верхнее и нижнее — и ресницы. В толще век находятся слезные железы. Жидкость, которую они выделяют, постоянно увлажняет слизистую оболочку глаза.

Под веками находится 3 пары мышц, которые обеспечивают подвижность глазного яблока. Одна пара поворачивает глаз влево и вправо, другая — вверх и вниз, а третья вращает его относительно оптической оси.

Мышцы обеспечивают не только повороты глазного яблока, но и изменение его формы. Дело в том, что глаз в целом тоже принимает участие в фокусировке изображения. Если фокус находится за пределами сетчатки, глаз немного вытягивается, чтобы видеть вблизи. И наоборот, округляется, когда человек рассматривает далёкие предметы.

Если в оптической системе есть изменения, то в таких глазах появляются близорукость или дальнозоркость. У людей, страдающих этими заболеваниями, фокус попадает не на сетчатку, а перед ней или за ней, и поэтому они видят все предметы размытыми.


Близорукость и дальнозоркость

При близорукости в глазу происходит растяжение плотной оболочки глазного яблока (склеры) в передне-заднем направлении. Глаз вместо шаровидной приобретает форму эллипсоида. Из-за такого удлинения продольной оси глаза изображения предметов фокусируются не на самой сетчатке, а перед ней, и человек стремится все приблизить к глазам или пользуется очками с рассеивающими («минусовыми») линзами для уменьшения преломляющей силы хрусталика.

Дальнозоркость развивается, если глазное яблоко укорочено в продольном направлении. Световые лучи при этом состоянии собираются за сетчаткой. Для того чтобы такой глаз хорошо видел, перед ним нужно поместить собирающие — «плюсовые» очки.


Коррекция близорукости (А) и дальнозоркости (Б)

Суммируем всё, что было сказано выше. Свет входит в глаз через роговицу, проходит последовательно сквозь жидкость передней камеры, хрусталик и стекловидное тело, и в конечном итоге попадает на сетчатку, состоящую из светочувствительных клеток

А теперь вернемся к устройству фотоаппарата. Роль светопреломляющей системы (хрусталика) в фотоаппарате играет система линз. Диафрагма, регулирующая размер светового пучка, который поступает в объектив, играет роль зрачка. А «сетчатка» фотоаппарата — это фотопленка (в аналоговых фотоаппаратах) или светочувствительная матрица (в цифровых фотоаппаратах). Однако важное отличие сетчатки от светочувствительной матрицы фотоаппарата состоит в том, что в ее клетках происходит не только восприятие света, но и начальный анализ зрительной информации и выделение наиболее важных элементов зрительных образов, например направления и скорости движения объекта, его размеров.

Принцип работы фотоаппарата

Кстати.

На сетчатке глаза и светочувствительной матрице фотоаппарата формируется уменьшенное перевернутое изображение внешнего мира — результат действия законов оптики. Но вы видим мир не перевернутым, потому что в зрительном центре мозга происходит анализ полученной информации с учетом этой «поправки».

А вот новорожденные видят мир перевёрнутым примерно до трех недель. К трём неделям мозг обучается переворачивать увиденное.

Известен такой интересный эксперимент, автор которого — Джордж М. Стрэттон из Калифорийского университета. Если человеку надеть очки, которые переворачивают зрительный мир вверх ногами, то в первые дни у него происходит совершенная дезориентация в пространстве. Но уже через неделю человек привыкает к «перевернутому» миру вокруг него, и даже все меньше осознает, что окружающий мир перевернут; у него формируются новые зрительно-двигательные координации. Если после этого снять очки-перевертыши, то у человека снова происходит нарушение ориентации в пространстве, которое вскоре проходит. Этот эксперимент демонстрирует гибкость работы зрительного аппарата и мозга в целом.

Обучающий видеофильм:
Как мы видим

Человеческое зрение — из чего состоит глаз и как он работает

Человеческое зрение — важная чувствительная функция визуализации окружающих человека объектов путем восприятия видимого спектра электромагнитных волн глазом и дальнейшей их обработки в области головного мозга.

Зрение, в сочетании с таким не менее важным органом чувств как слух, закладывает основной фундамент развития человека. Человеческий глаз это самый первый орган, воспринимающий видимый человеком световой диапазон, который впоследствии обрабатывается зрительной корой головного мозга.

Из чего состоит глаз человека?

Итак, вся поступившая внешняя информации в виде видимого спектра электромагнитных волн попадает на выстелающую глазное дно сетчату, которая состоит из множества чувствительных фоторецепторов. О важности данных фоторецепторов в человеческом зрении можно судить исходя от их 70-ти процентного присутствия в человеке на фоне всех остальных рецепторов в других органах человека.

Так называемые глазные яблока располагаются в глазницах, утопленных вглубь человеческого черепа и составляют диаметр около двух с половиной сантиметров. Основная часть глазных яблок скрыта в углублениях черепа — тем самым защищена от внешних механических воздействий, и только незначительная их часть находится снаружи.

Глазные яблоки, выполняющие роль органической оптики, приводятся в движение с помощью шести мышц, которые обеспечивают движение яблока, что позволяет расматривать человеку объекты с максимально доступным углом обозрения. Ведь если бы глазное яблоко не имело бы подобных мышц, то оно было бы неподвижно статичным и угол обзора был бы не таким широким. Глаза в период бодрствования человека с помощью этих мышц сканируют внешнюю картинку под воздействием так называемого глазмного треморра — постоянного дрожания.

Глаз, по сути, это оптическая линза, через которую проходит свет. Он имеет форму сферы и его полость заполнена прозрачным упругим веществом подобным стеклу. Его прозрачность обеспечивает пропускание светового потока к сетчатке, которую можно сравнить с матрицей цифрового фотоаппарата.

Пропускная способность светового потока человеческого зрения регулируется зрачком глаза. Именно через него попадает свет в необходимом количестве в зависимости от его интенсивности. Пропускная способность регулируется путем расширения и сжатия зрачка. Как и в любой оптической системе при слабом свете зрачок максимально расширяется для того, чтобы можно было принять света максимум из возможного и сужается в случае, если если мощность светового потока высокая и достаточно лишь его часть для последующего его попадания на сетчатку, тем самым обезопасив ее от повреждения излишне ярким светом.

Это изображение сетчатки (светочувствительной оболочки глаза, выстилающей глазное дно) в разрезе. Палочки и колбочки реагируют на свет и по нервным волокнам посылают импульсы в головной мозг.

Схема человеческого глаза в разрезе

Лучи света попадают в зрачок через роговицу — переднюю прозрачную часть наружной оболочки глаза. Роговица является сильной преломляющей линзой. Радужная оболочка регулирует количество проникающего в глаз света, что позволяет видеть как при тусклом, так и при ярком свете. Хрусталик фокусирует на сетчатке свет от ближних и дальних предметов. Центральная ямка сетчатки — область наибольшей остроты зрения.

На рисунке глаз представлен в разрезе. Прежде чем попасть в зрачок, световой поток проходит через роговицу глаза. Она представляет собой ничто иное как прозрачную сферическую линзу, проходя через которую, лучи света преломляются.

Первым фильтром, который регулирует световой потом прежде чем попасть в зрачок, является радужная оболочка глаза. С ее помощью человек способен видеть как в светлое, так и в темное время суток. Основной органической сферической линзой глаза является хрусталик, с помощью которого попадающий свет от близрасположенных и удаленных предметов фокусируется на сетчатке. Выделяют на сетчатке зону наибольшей остроты зрения — центральную ямку сетчатки.

Существует участок сетчатки, в котором отсутствуют вообще фоторецепторы. В этой области, не воспринимающей световой поток, выходит зрительный нерв. Также эту область называют слепым пятном сетчатки. Данная неактивное в восприятии света слепое пятно сетчатки никаким образом не мешает корректности формирования картинки в зрительной коре головного мозга.

Как работает глаз человека?

Роговица с хрусталиком представляв собой оптические линзы в органическом исполнении, свойства которых знакомы нам из курса школьной физики. Они играют роль фокусирующей оптики светового потока на хрусталике.

А вот за количество попадаемого света на сетчатку, подобно диафрагме фотоаппарата, отвечает радужная оболочка с ее мышцами постоянно изменяющими диаметр зрачка для необходимого дозирования света на сетчатке глаза; уменьшая диаметр — снижает световой поток и пропускает только необходимую порцию света, увеличивая диаметр — увеличивает поток попадаемого света на сетчатку в случае если его мощность слаба и сетчатке необходимо получить как можно больше света для последующего восприятия объекта головным мозгом.

Фоторецепторов палочек насчитывается порядка 125 млн. и они отличаются от кобочек своей сверхчувствительностью к слабому свету, но при этом не воспринимают цветов. Фоторецепторов колбочек насчитывают около 7 млн, и они отвечают за восприятие цветового спектра света, а именно зеленого, красного и синего цвета при условиии обеспечения высокой яркости света. За каждый отдельный цвет отвечает отдельный тип колбочек.

Каждый вид фоторецепторов человеческого зрения — коробочек и колбочек после восприятия свойственного им спектра света формирует импульсы для дальнейшей передачи по зрительному нерву в зрительную кору головного мозга, где после обработки человек получает визуальные изображения. Восприятие окружающих объектов двумя человеческими глазами незначительно отличаются друг от друга. Совмещая полученные изображения от двух глаз алгоритмы зрительной коры головного мозга совмещают картинки в единое трехмерное изображение, которое и позволяет человеку оценить относительную величину объекта и удаленность от него.

Фоторецепторы посылают нервные импульсы в мозг.

Обрабатывая сигналы, мозг снова переворачивает изображение, так что мы все видим правильно.

Слезная жидкость вырабатывается слезными железами. Она омывает поверхность глаза, когда мы моргаем. В слезах содержится убивающий бактерии фермент лизоцим. Через 2 отверстия в углу глаза слезы стекают в слезный проток и по нему — в полость носа.

Дефекты зрения — нарушения физики оптических свойств

Зрительные органы могут обладать врожденной оптической патологией либо приобреать ее в процессе жизни. Наиболее распространенные из них это близорукость или дальнозоркость. Здесь, судя логике названий, все очевидно.

Близорукость

В случае, если человек неспособен различать удаленные объекты, но при этом совершенно четко видит близрасположенные объекты, — называют близорукостью. Неспособность чеко видеть удаленные предметы обусловнена дефектом цилиарной мышцы хрусталика, которая утратила способность достаточного расслабления, вследствие чего световой поток лучей фокусируется не на сетчатке, а перед ней. В итоге близорукий человек видит получаемое изображение удаленного объекта расплывчатым. Современная медицина научилась решать данную проблему путем индивидуального подбора контантных линз или очков с вогнутыми линзами.

Дальнозоркость

С дальнозоркостью все ровным счетом наоборот. Такой дефект сопровождается неспособностью четко видеть близрасположенные предметы. Мышца хрусталика утрачивает физическую способность достаточным образом сжимать хрусталик. Световой фокус в данном случае укладывается позади за границами хрусталика. Эффек тот же, что и в случае с дальнозоркостью, только в отношении близких предметов — расплывчатость. Одним из решением победить близорукость — подобрать очки с выпуклыми линзами.

Дальтонизм и зрительные иллюзии

Также существует дефект отсутствия воприятия цветного спектра света даже при условии нормальной яркости света. Этот дефект называют дальтонизмом или цветовой слепотой.

Существует простой тест-картинка, глядя на которую можно определить сущесвует ли у человека дефект дальтонизма.

Картинка теста на дальтонизм

Эта картинка из цветных точек позволяет провести тест на дальтонизм. У дальтоников отсутствует 1 из 3 видов колбочек, различающих красный, зеленый и синий цвета. Чаще всего дальтонизм не различают красные и зеленые цвета.

Если вы способны разглядеть в этом кружочке цифру 7, значит вы не страдаете цветовой слепотой. У мужчин цветовая слепота встречается чаще, чем у женщин.

Зрительные иллюзии «сбивают с толку» мозг. Обе пары красных линий прямые, но слева они кажутся вогнутыми, а справа выгнутыми наружу. Хотя, повторимся, на самом деле они прямые идущие параллельно друг другу.

Устройство глаза

Глаза человека – это сложнейшая оптическая система, состоящая из множества функциональных элементов. Благодаря их слаженной работе мы воспринимаем 90 % поступающей информации, то есть именно от зрения по большей части зависит качество нашей жизни. Знание особенностей строения глаза поможет нам лучше понять его работу и важность здоровья каждого из элементов его структуры.

Как устроены глаза человека, многие помнят еще со школы. Основными частями являются роговица, радужная оболочка, зрачок, хрусталик, сетчатка, макула и зрительный нерв. К глазному яблоку подходят мышцы, обеспечивающие им согласованное движение, а человеку – качественное объемное зрение. Как же взаимодействуют между собой все эти элементы?

Устройство глаза человека: взгляд изнутри

Устройство глаза напоминает мощную линзу, которая собирает лучи света. Эту функцию выполняет роговица – передняя прозрачная оболочка глаза. Интересно, что ее диаметр увеличивается с рождения и до 4 лет, после чего не изменяется, хотя само яблоко продолжает расти. Поэтому у маленьких детей глаза кажутся больше, чем у взрослых. Пройдя сквозь нее, свет достигает радужной оболочки – светонепроницаемой диафрагмы глаза, в центре которой находится отверстие – зрачок. Благодаря его способности сужаться и расширяться наш глаз может быстро адаптироваться к свету разной интенсивности. Из зрачка лучи попадают на двояковыпуклую линзу – хрусталик. Его функция заключается в преломлении лучей и фокусировке изображения. Хрусталик играет важную роль в составе светопреломляющего аппарата, поскольку способен настраиваться на видение объектов, расположенных на разном расстоянии от человека. Такое устройство глаза позволяет нам хорошо видеть и вблизи, и вдали.

Многие из нас со школы помнят о таких частях человеческого глаза, как роговица, зрачок, радужка, хрусталик, сетчатка, макула и зрительный нерв. В чем же заключается их предназначение?

Перевернутый мир

Из зрачка лучи света, отраженные от предметов, проецируются на сетчатку глаза. Она представляет некое подобие экрана, на котором «передается» изображение окружающего мира. Интересно, что изначально оно является перевернутым. Так, земля и деревья передаются на верхнюю часть сетчатки глаза, солнце и облака – на нижнюю. То, на что в данный момент направлен наш взгляд, проецируется на центральную часть сетчатки (ямку фовеа). Она в свою очередь является центром макулы, или зоны желтого пятна. Именно этот участок глаза отвечает за ясное центральное зрение. Анатомические особенности фовеа определяют ее высокую разрешающую способность. У человека имеется по одной центральной ямке, у ястреба – по две в каждом глазу, а, например, у кошек она и вовсе представлена длинной зрительной полоской. Именно поэтому зрение некоторых птиц и животных более острое, чем у нас. Благодаря такому устройству наши глаза четко видят даже мелкие предметы и детали, а также различают цвета.

Палочки и колбочки

Отдельно стоит упомянуть о фоторецепторах сетчатки глаза – палочках и колбочках. Они помогают нам видеть. Колбочки отвечают за цветное зрение. В основном они сосредоточены в центре сетчатки. Их порог чувствительности выше, чем у палочек. С помощью колбочек мы видим цвета при условии достаточного освещения. Палочки также расположены в сетчатке, но их концентрация максимальна на ее периферии. Данные фоторецепторы активны при тусклом освещении. Именно благодаря им мы можем различать объекты в темноте, но не видим их цвета, поскольку колбочки остаются неактивными.

Чудо зрения

Чтобы мы видели мир «правильно», к работе глаза должен подключиться мозг. Поэтому информация, которая была собрана светочувствительными клетками сетчатки, передается зрительному нерву. Для этого она преобразуется в электрические импульсы. По нервным тканям они передаются от глаза в мозг человека. Именно здесь начинается анализаторская работа. Мозг обрабатывает поступившую информацию, и мы воспринимаем мир таким, какой он есть – солнце в небе сверху, а под ногами – земля. Чтобы проверить этот факт, можно надеть на глаза специальные очки, переворачивающие изображение. Через какое-то время мозг приспособится, и человек снова будет видеть картинку в привычном для себя ракурсе.

В результате описанных процессов наши глаза способны видеть окружающий мир во всей его полноте и яркости!

Как работает человеческий глаз и зачем мозгу фотошоп

Леша Ивановский

Человеческий глаз часто приводят в качестве примера удивительной природной инженерии — но судя по тому, что это один из 40 вариантов устройств, которые появлялись в процессе эволюции у разных организмов, нам стоит поумерить свой антропоцентризм и признать, что по строению человеческий глаз не является чем-то совершенным.

Рассказ про глаз учше всего начать с фотона. Квант электромагнитного излучения неспешно влетает строго в глаз ничего не подозревающего прохожего, который жмурится от неожиданного блика с чьих-то часов.

Первая деталь оптической системы глаза — это роговица. Она меняет направление движения света. Это возможно благодаря такому свойству света, как преломление, ответственного в том числе за радугу. Скорость света постоянна в вакууме — 300 000 000 м/с. Но при переходе из одной среды в другую (в данном случае из воздуха в глаз) свет меняет свою скорость и направление движения. У воздуха коэффициент преломления равен 1,000293, у роговицы — 1,376. Это значит, что луч света в роговице замедляет свое движение в 1,376 раз и отклоняется ближе к центру глаза.

Любимый способ раскалывать партизан — светить им яркой лампой в лицо. Это больно по двум причинам. Яркий свет — это мощное электромагнитное излучение: триллионы фотонов атакуют сетчатку, и ее нервные окончания вынуждены передавать бешеное количество сигналов в мозг. От перенапряжения нервы, как провода, перегорают. При этом мышцы радужки вынуждены сжиматься так сильно, как только могут, отчаянно пытаясь закрыть зрачок и защитить сетчатку.

И подлетает к зрачку. С ним все просто — это отверстие в радужной оболочке. За счет круговых и радиальных мышц радужная оболочка может соответственно сужать и расширять зрачок, регулируя количество света, проникающего в глаз, как диафрагма в фотоаппарате. Диаметр зрачка человека может меняться от 1 до 8 мм в зависимости от освещенности.

Пролетев сквозь зрачок, фотон попадает на хрусталик — вторую линзу, ответственную за его траекторию. Хрусталик преломляет свет слабее, чем роговица, зато он подвижен. Хрусталик висит на цилинарных мышцах, которые меняют его кривизну, тем самым позволяя нам фокусироваться на предметах на разном расстоянии от нас.

Именно с фокусом связаны нарушения зрения. Самые распространенные — близорукость и дальнозоркость. Изображение в обоих случаях фокусируется не на сетчатке, как должно, а перед ней (близорукость), или за ней (дальнозоркость). Виноват в этом глаз, который меняет форму с круглой на овальную, и тогда сетчатка удаляется от хрусталика или приближется к нему.

После хрусталика фотон пролетает сквозь стекловидное тело (прозрачный студень — 2/3 объема всего глаза, на 99% — вода) прямиком на сетчатку. Здесь регистрируются фотоны, и сообщения о прибытии отправляются по нервам в мозг.

Сетчатка устлана клетками-фоторецепторами: когда света нет, они вырабатывают специальные вещества — нейротрансмиттеры, но как только в них попадает фотон, клетки-фоторецепторы перестают их вырабатывать — и это сигнал для мозга. Есть два типа этих клеток: палочки, которые более чувствительны к свету, и колбочки, которые лучше различают движение. Палочек у нас около ста миллионов и еще 6-7 миллионов колбочек, итого больше ста миллионов светочувствительных элементов — это больше 100 мегапикселей, что никакому «хасселю» не снилось.

Слепое пятно — точка прорыва, где совсем нет светочувствительных клеток. Оно довольно большое — 1-2 мм в диаметре. К счастью, у нас бинокулярное зрение и есть мозг, который совмещает две картинки c пятнами в одну нормальную.

На моменте передачи сигнала в человеческом глазу возникает проблема с логикой. Подводный, не особо нуждающийся в зрении житель осьминог в этом смысле гораздо последовательней. У осьминогов фотон сначала врезается в слой колбочек и палочек на сетчатке, сразу за которым ждет слой нейронов и передает сигнал в мозг. У человека свет сперва продирается сквозь слои нейронов — и только потом ударяется в фоторецепторы. Из-за этого в глазу есть первое пятно — слепое.

Второе пятно — желтое, это центральная область сетчатки прямо напротив зрачка, чуть выше зрительного нерва. Этим местом глаз видит лучше всего: концентрация светочувствительных клеток здесь сильно увеличена, поэтому наше зрение по центру визуального поля значительно острее периферийного.

Изображение на сетчатке перевернуто. Мозг умеет правильно интерпретировать картинку, и восстанавливает из перевернутого оригинальное изображение. Дети первые пару дней видят все вверх ногами, пока их мозг устанавливает свой фотошоп. Если надеть очки, переворачивающие изображение (это впервые проделали еще в 1896 году), то через пару дней наш мозг научится интерпретировать и такую перевернутую картинку правильно.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Какие компрессионные чулки лучше меди или сигварис
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector