Глаз ● Орган зрения ● Один из наиболее важных и сложно организованных органов человека. ● Источник получения до 90% всей информации об окружающем нас мире.
Глаз позволяет оценить красоту окружающего мира http: //club. foto. ru Гренландские колокольчики (slavado)
ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА Анаксагор «Зрение есть явление невидимого» (ок. 500 — 428 до н. э. ) — древнегреческий философ, математик и астроном. Основоположник афинской философской школы. Глаз решает задачу превращения исходящего от отдельных точек предмета света в отдельное ощущение, воссоздающее точное подобие излучающей поверхности, которое далее корректируется мозгом. Глаз – результат длительного процесса «естественного отбора» , итог изменений организма под действием внешней среды и борьбы за существование, за лучшую приспособленность к внешнему миру.
ЭВОЛЮЦИЯ ГЛАЗА а – одноклеточный организм, б – светочувствительные клетки в коже дождевого червя, в – зрительный орган в виде углубления у ракушки, г – глаз в виде камеры обскуры у моллюсков, д – глаз скорпиона с концентрирующей линзой, е – глаз улитки, ж – глаз головоногого Loliga, з – глаз позвоночного; с – кутикула, е – эпителий, l – линза, n – нервные волокна, р – зрачок, r – сетчатка, s – внутренняя прозрачная среда
Глаз по представлениям Леонардо да Винчи
Ход лучей в глазу согласно Иоганну Кеплеру В трактате «Дополнение к Вителлию» Кеплер высказывает свою точку зрения на работу глаза: «…Геометрические построения не оставляют сомнений в том, что правая сторона отображается на сетчатке слева, левая – справа, верх – внизу, а низ – наверху» . Кеплер не стал придумывать искусственный способ переворачивания изображения «ногами вниз» внутри глаза. Для него было очевидно, что картинка, полученная на задней стенке глазного яблока, «…не завершает акта зрения до тех пор, пока изображение, воспринятое сетчаткой в таком виде, не будет передано мозгу» .
СХЕМА СТРОЕНИЯ ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА В сетчатке глаза около 125 миллионов светочувствительных клеток – фоторецепторов. От них к мозгу идут 800 тысяч нервных волокон, формирующих зрительный нерв. На каждые 150 клеток приходится одно нервное волокно – значит, уже на уровне сетчатки происходит переработка информации. По глазному нерву сигналы поступают в наружное коленчатое тело, а затем в зрительную кору полушарий головного мозга.
Представление изображения в мозгу Изображение от сетчатки передается к наружным коленчатым телам – 4, а затем к затылочным областям коры головного мозга – 5. Зрительные поля правого и левого глаза перекрываются, но не полностью. Благодаря перекресту зрительных нервов – 3 (хиазма) центральная, наиболее важная часть зрительного поля представлена в обоих полушариях сигналами от обоих глаз.
Вспомогательный аппарат глаза ● Брови, веки с ресницами ● Слезный аппарат ● Мышцы глазного яблока
Глазодвигательные мышцы
Оптическая система глаза Стекловидное тело Ретина (сетчатка) Желтое пятно Передняя камера Зрительная ось Главная оптическая ось Роговица Зрительный нерв Хрусталик Оптическая система глаза Слепое пятно Светопроводящая система Световоспринимающая система Роговица, хрусталик, стекловидное тело Сетчатка, зрительный нерв
ФИЗИКА СВЕТОПРОВОДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ ГЛАЗА Хрусталик n = 1. 386 Роговица n = 1. 376 Стекловидное тело n = 1. 336 Воздух n = 1. 0 Влага передней камеры n = 1. 336 Наибольший показатель преломления имеет роговица наибольшее преломление света происходит на роговице
Радужная оболочка, зрачок ● Регулирование светового потока ● Цвет глаз Очень светло Темно Зрачок – отверстие в центре радужки, регулирующее световой поток, воспринимаемый светочувствительными структурами глаза. Определяет состояние вегетативной нервной регуляции, эмоциональную активность, оценку уровня световой адаптации, реактивность. Некоторые патологические процессы в организме могут влиять на размеры зрачка. Диаметр зрачка, в среднем 3 мм, но может быть от 2 до 8 мм.
Изменение диаметра зрачка глаза при увеличении яркости света
ИРИДОДИАГНОСТИКА Радужка человека совершенно неповторима. И нет людей с одинаковой радужкой, точно так же как нет индивидов с одинаковыми пальцевыми узорами на руках и стопах ног Иридодиагностика — диагностика болезней по изменению формы, структуры, цвета и подвижности радужной оболочки глаза (от греческого iris — радужка). Сейчас иридодиагностику в основном проводят при помощи компьютерных программ. Сотни известных патологических изменений на радужке имеют конкретную интерпретацию для определения выраженности патологических изменений в организме. Локальные иридознаки позволяют судить о патологии конкретных органов
хрусталик Максимальная толщина хрусталика взрослого человека примерно 3, 6— 5 мм (в зависимости от напряжения аккомодации), его диаметр около 9— 10 мм. Радиус кривизны передней поверхности хрусталика в покое аккомодации равен 10 мм, а задней — 6 мм, при максимальном напряжении аккомодации передний и задний радиус сравниваются, уменьшаясь до 5, 33 мм.
Аккомодация глаза — способность ясно видеть предметы, находящиеся на различных расстояниях от глаза за счет изменения кривизны хрусталика Наиболее близкая к глазу точка, которую он в состоянии ясно видеть при максимальном напряжении аккомодации, называется ближайшей точкой ясного зрения; наиболее отдаленная точка, ясно видимая при отсутствии аккомодации, называется дальнейшей точкой ясного зрения. Линейное расстояние между ближайшей и дальнейшей точками ясного зрения, называют длиной, или областью, аккомодации глаза. Расстояние наилучшего зрения – расстояние от предмета до глаза, при котором аккомодация происходит без напряжения (в норме 25 см).
Жидкости глаза Стекловидное тело Передняя камера глаза жидкость передней камеры– густая жидкость с показателем преломления Стекловидное тело – тело гелеобразная масса с показателем преломления Оптическая сила стекловидного тела составляет
В 1909 г. шведский офтальмолог А. Гульстранд предложил первую модель редуцированного глаза. В 1911 г. он получил за это Нобелевскую премию
Схема редуцированного (приведенного) глаза Вербицкого В 1928 году русский физиолог В. К. Вербицкий предложил более точную схему редуцированного глаза Параметры глаза В покое (аккомодация без напряжения) Оптическая сила, дптр 58, 82 Длина глаза, мм 23, 40 Радиус кривизны, мм 6, 80 Показатель преломления стекловидного тела 1, 40 Радиус кривизны поверхности сетчатки, мм 10, 20
REDUCED EYE– physical model where an eye is represented as Редуцированный глаз– упрощенная физическая модель в EYE глаз a simple optical system которой глаз представляется как простая оптическая система В глазу есть только одна преломляющая поверхность (передняя поверхность роговицы). Слева–воздух (n 1=1), справа– жидкость (n 2=1, 336). n 1=1 n 2=1, 336 N N – единая узловая точка B А 1 N А B 1 а 2=22, 4 мм
Стандартные расстояния от глаза до предмета Дальняя точка глаза– расстояние между глаза глазом и предметом, при котором получается четкое изображение на сетчатке без напряжения Ближняя точка глаза– наименьшее глаза расстояние, при котором четкое изображение на сетчатке получается при максимальном напряжении Расстояние наилучшего зрения– зрения расстояние, на котором глаз различает мелкие детали предмете с минимальным напряжением
УГОЛ ЗРЕНИЯ В РЕДУЦИРОВАННОМ ГЛАЗУ AC=B C b А A 1 C 1=b N А 1 b L C 1 b – угол зрения l Угол между лучами, соединяющими оптический центр глаза (единую узловую точку) с крайними точками рассматриваемого предмета называется УГЛОМ ЗРЕНИЯ.
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ГЛАЗА – способность глаза оценивать (различать) две близкие точки предмета как раздельные Две точки предмета считаются разрешенными, т. е. воспринимаются глазом раздельно, если они попадают на два разных фоторецептора на сетчатке. Для характеристики разрешающей способности глаза используют: 1 НАИМЕНЬШИЙ УГОЛ ЗРЕНИЯ – угол зрения, под которым две соседние точки видны раздельно, т. е. не сливаются в зрительном восприятии. bmin 2 b = 5 мкм l = 17 мм L = 25 см Bmin = 70 мкм ОСТРОТА ЗРЕНИЯ – величина, обратная наименьшему углу зрения, выраженному в минутах.
Видимый свет 750 нм 400 нм Длина волны (м) g-излучение РИ УФ ИК радиоволны Частота (Гц) Солнечный спектр для поверхности Земли кончается длинами волн около 290 нм, биологически нецелесообразно существование глаза, чувствительного к меньшим длинам волн. Кроме того, фотоны с меньшими длинами волн обладают слишком большой энергией (ионизирующая способность). Хрусталик служит предохранительным светофильтром для сетчатки от волн длиной менее 400 нм. Другая граница видимости со стороны длинных волн обусловлена собственным тепловым излучением тела человека. Внутренние стенки глаза излучают инфракрасные волны. Если бы невидимый инфракрасный свет стал видимым, по сравнению с этим внутренним свечением потухло бы Солнце и все окружающее. Человек видел бы только внутренность своего глаза и больше ничего, а это равносильно слепоте.
Световоспринимающая система глаза
Световоспринимающая система глаза Cхема сетчатки, как она видна под электронным микро скопом К — колбочка, П : — палочка; в продолговатых члениках этих рецепторов находится множество мембран, к которым при креплены молекулы веществ, реагирующих на фотоны; H — нож ки фоторецепторов, с которыми вступают в контакт горизонталь ные клетки г, а также карликовые биполярные клетки кб, палоч ковые биполярные клетки пб, плоские биполярные клетки плб. Амакриноиые клетки а — следующий после биполярных слой ней ронов, обрабатывающих информацию, переданную фоторецептора ми. Ганглиозные клетки г — последняя ступень обработки инфор мации в сетчатке и «передаточная станция» : именно от этих кле ток ачинаются н волокна зрительного нерва. В прямоугольнике показано, как диадный синапс (сверху) контактирует с отростка ми ганглиозных и амакриновых клеток
На сетчатке глаза располагается около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Колбочки и палочки распределены по сетчатке неравномерно. Колбочки расположены, главным образом, в центральной части сетчатки, в желтом пятне (диаметр желтого пятна около 0, 4 мм). В центре желтого пятна находятся исключительно колбочки. На периферии сетчатки сосредоточены палочки. Колбочки обеспечивают восприятие цвета (цветное зрение), а палочки реагируют на интенсивность света (сумеречное зрение)
Палочки и колбочки содержат вещества, которые распадаются под действием света, в результате возбуждаются нервные волокна, выходящие из глаза. Светочувствительное вещество в палочках называют родопсином; состав светочувствительных веществ в колбочках, называемых пигментами колбочек, или цветными пигментами, лишь немного отличается от родопсина. Родопсин (зрительный пурпур) — основной зрительный пигмент — относится к сложным белкам хромопротеинам. При поглощении кванта света (фотона) хромофорная группа белка (11 цис ретиналь) изомеризуется в транс форму. Возбуждение зрительного нерва происходит при фотолитическом разложении родопсина за счёт изменения ионного транспорта в фоторецепторе. Впоследствии родопсин восстанавливается (регенерирует) в результате синтеза 11 цис ретиналя и опсина. Те же явления применимы и к пигментам колбочек
Цис транс фотоизомеризация ретиналя Copyright © 1998, Lynne Larson
В зависимости от освещенности рассматриваемых предметов следует различать дневное, сумеречное и ночное зрение. Дневное зрение, осуществляемое колбочками при большой интенсивности освещения, характеризуется высокой остротой и хорошим восприятием цвета. Сумеречное зрение обеспечивают палочки при слабой степени освещенности. Оно характеризуется низкой остротой и отсутствием восприятия цветов. Ночное зрение также осуществляется палочками при очень низкой (так называемой пороговой и надпороговой) освещенности и сводится лишь к ощущению света.
Дневное зрение — механизм восприятия света зрительной системой человека, действующий в условиях относительно высокой освещенности. Осуществляется с помощью колбочек. Палочки в этих условиях не функционируют. Особенности дневного зрения: Низкая светочувствительность. Её величина примерно в сто раз ниже, чем при ночном зрении. Обусловлена меньшей светочувствительностью колбочек по сравнению с палочками. - Высокая разрешающая способность (острота зрения). Достигается за счет того, что плотность расположения колбочек на сетчатке глаза существенно выше, чем плотность расположения палочек. Способность воспринимать цвета. Осуществляется вследствие того, что на сетчатке имеются колбочки трех типов, при этом колбочки каждого из типов воспринимают свет только из одной свойственной для данного типа части спектра. Бо льшую часть визуальной информации человек получает, используя дневное зрение.
Чувствительность (поглощательная способность) палочек и трех видов колбочек
Цветоощущение или цветовое зрение Человек в состоянии воспринимать около 180 цветовых тонов, а с учетом яркости и насыщенности — более 13 тысяч. Это происходит благодаря смешению в разных сочетаниях красного, зеленого и синего цветов. Человек с правильным ощущением всех трех цветов считается нормальным трихроматом. Если функционируют два или один компонент, наблюдается цветоаномалия. Отсутствие восприятия красного цвета называется протаномалией, зеленого — дейтераномалией и синего — тританомалией. Известны врожденные и приобретенные расстройства цветового зрения. Врожденные расстройства называются дальтонизмом по имени английского ученого Дальтона, который сам не воспринимал красный цвет и впервые описал это состояние При врожденных нарушениях цветового зрения может быть полная цветовая слепота, и тогда все предметы человеку кажутся серыми. Причиной такого дефекта является недоразвитие или отсутствие в сетчатке колбочек.
Особенности зрительного восприятия Как мозг перерабатывает плоский узор, ложащийся на сетчатку, в представление о предмете? Так движется глаз, «ощупывая» предмет и формируя изображение на сетчатке.
Особенности зрительного восприятия Зрительный аппарат человека принимает как наиболее информационно важные участки контура с сильным искривлением. В одном из опытов испытуемым предложили отметить на рисунке лежащей кошки точки, наиболее важные для опознания смысла фигуры. Эти точки оказались точками максимальной кривизны данного участка контура. Было выделено около 40 таких пунктов. Их соединили прямыми линиями: в результате рисунок практически не пострадал, четкость опознания осталась прежней. Эту особенность зрительного восприятия использовали кубисты, «гранившие» изображаемые ими предметы.
Пабло Пикассо «Домик в саду»
«Скрипка»
«Мужчина с гитарой»
Особенности зрительного восприятия При пространственных восприятиях корректирующая роль мозга очень велика. Пространственная картина куба из линейных элементов – результат работы мозга. На этом основана возможность правильных перспективных изображений в живописи.
Особенности зрительного восприятия Однако именно работа мозга заставляет делать в ряде случаев психологические ошибки: на приведенном рисунке на пестром фоне прочерчены прерывистые строго концентрические окружности. Но мы получаем полное и зрительно не устранимое впечатление, что нарисована спираль. Пестрота штриховки заставляет глаз невольно двигаться, перебегая от штриха к штриху. Эта пространственная задача не совершенно разрешается человеческими глазами и мозгом.
Особенности зрительного восприятия Картина американского психолога Э. Боринга «Неоднозначная теща» иллюстрирует, как «одно и то же» предстает в виде двух разных объектов. Картина воспринимается то как портрет очаровательной девушки, то как лицо ужасной старухи. При таком альтернативном восприятии значение каждого элемента картины меняется настолько разительно, что трудно поверить в объективную неизменность рисунка.
Р. Грегори: «Мы окружены предметами. Всю жизнь мы опознаем, классифицируем, оцениваем и используем предметы. Наши инструменты, жилища, оружие, пища – предметы. Почти все, что мы ценим, чем любуемся, чему пугаемся, по чему скучаем, предметы. Мы привыкли к тому, что предметы (объекты) видны повсюду, и поэтому, наверное, трудно представить себе, что способность нашего зрения видеть предметы все еще загадочна. Тем не менее это так. Спасибо за внимание
