Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь – что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы – все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам - световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.
В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.
У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.
Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. "У любых видимых нами объектов есть определенный "порог", ниже которого мы перестаем их различать", - говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.
Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета - пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.
Наша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток - палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении - например, ночью (ночное зрение).
В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.
Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа - за желто-красную (длинноволновую).
Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. "Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины", - говорит Лэнди.
Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.
По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем - спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.
Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией - отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) - способны видеть ультрафиолетовые волны.
В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.
В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны. Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).
Сколько цветов мы видим?
В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.
Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов – людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин. В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 млн цветов. (У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек - они различают не более 10 000 цветов.)
Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?
Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.
В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.
Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. "Человек способен увидеть один-единственный фотон, - говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла".
В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.
Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.
Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.
Самый маленький и самый удаленный видимые объекты
Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.
"Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, - это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, - говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов".
В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.
Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.
Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.
С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.
Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)
Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.
Предел остроты зрения
Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)
Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора - в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.
Ограничения остроты зрения зависят от нескольких факторов - таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.
В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).
Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. "По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз", - говорит Лэнди.
На этом принципе основаны таблицы , используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.
Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.
Именно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.
Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров – весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.
Анатомические вопросы всегда представляли собой определённый интерес. Ведь они касаются каждого из нас непосредственно. Практически все хоть раз, да интересовались тем, из чего состоит глаз. Ведь это - самый чувствительный орган чувств. Именно посредством глаз, визуально, мы получаем порядка 90% информации! Лишь 9% - при помощи слуха. И 1% - посредством других органов. Что ж, строение глаза - это действительно интереснейшая тема, так что стоит рассмотреть её максимально подробно.
Оболочки
Начать стоит с терминологии. Глаз человека является парным сенсорным органом, который воспринимает электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн.
Он состоит из оболочек, окружающих внутреннее ядро органа. Которое, в свою очередь, включает в себя водянистую влагу, хрусталик и Но об этом - чуть позже.
Рассказывая о том, из чего состоит глаз, отдельное внимание нужно уделить его оболочкам. Их три. Первая - наружная. Плотная, фиброзная, к ней крепятся наружные мышцы глазного яблока. Эта оболочка выполняет защитную функцию. А ещё именно она обуславливает форму глаза. Состоит из роговицы и склеры.
Средняя оболочка называется ещё сосудистой. Она отвечает за обменные процессы, обеспечивает питание глаз. Состоит из радужки, и сосудистой оболочки. В самом центре находится зрачок.
А внутреннюю оболочку нередко называют сетчатой. Рецепторная часть глаза, в котором и происходит восприятие света и передача информации в ЦНС. В общем, так можно рассказать вкратце. Но, поскольку каждая составляющая данного органа крайне важна, нужно в отдельности затронуть вниманием каждую из них. Так получится лучше усвоить, из чего состоит глаз.
Роговица
Итак, это - наиболее выпуклая часть глазного яблока, составляющая его наружной оболочки, а также светопреломляющая прозрачная среда. Выглядит роговица как выпукло-вогнутая линза.
Её основная составляющая - это соединительнотканная строма. Спереди роговица покрыта многослойным эпителием. Впрочем, научные слова не очень просты в плане восприятия, так что лучше пояснить тему популярно. Основные свойства роговицы - это сферичность, зеркальность, прозрачность, повышенная чувствительность и отсутствие кровеносных сосудов.
Всё перечисленное обуславливает и «назначение» данной части органа. По сути, роговица глаза - это то же самое, что и объектив цифрового фотоаппарата. Даже по строению они схожи, ведь как одно, так и другое является линзой, которая собирает и фокусирует в необходимом направлении световые лучи. В этом и заключается функция преломляющей среды.
Рассказывая о том, из чего состоит глаз, нельзя не затронуть вниманием и отрицательные воздействия, с которым ему приходится справляться. Роговица, например, больше всего подвержена внешним раздражителям. Если быть точнее - воздействию пыли, изменению освещения, ветру, грязи. Как только что-то во внешней среде изменяется, то происходит смыкание век (моргание), светобоязнь, и начинают течь слёзы. Так, можно сказать, активируется защита от повреждений.
Защита
Пару слов стоит сказать про слёзы. Это - естественная биологическая жидкость. Вырабатывается она слезной железой. Характерная особенность - небольшая опалесценция. Это оптическое явление, за счет которого свет начинает рассеиваться интенсивнее, что отражается на качестве зрения и восприятии окружающей картинки. на 99% состоит из воды. Один процент - это неорганические вещества, которыми является карбонат магния, хлорид натрия, а ещё фосфорнокислый кальций.
Слёзы обладают бактерицидными свойствами. Именно они омывают глазное яблоко. И его поверхность, таким образом, остаётся защищённой от воздействия пылинок, инородных тел и ветра.
Ещё одна составляющая глаза - это ресницы. На верхнем веке их количество составляет примерно 150-250. На нижнем - 50-150. И основная функция ресниц такая же, как и у слёз - защитная. Они предотвращают попадание на поверхность глаза грязи, песка, пыли, а в случае с животными - даже мелких насекомых.
Радужка
Итак, выше было рассказано о том, из чего наружная состоит. Теперь можно рассказать про среднюю. Естественно, речь пойдёт про радужку. Она представляет собой тонкую и подвижную диафрагму. Находится за роговицей и между камерами глаза - прямо перед хрусталиком. Интересно, что она практически не пропускает свет.
Радужка состоит из пигментов, определяющих её цвет, и круговых мышц (за счёт них сужается зрачок). Кстати, эта часть глаза тоже включает в себя слои. Их всего два - мезодермальный и эктодермальный. Первый отвечает за цвет глаза, так как в нём содержится меланин. Во втором слое находятся пигментные клетки с фусцином.
Если у человека синие глаза, значит, его эктодермальный слой неплотный и содержит мало меланина. Такой оттенок является результатом рассеивания света в строме. Кстати, чем меньше её плотность - тем более насыщенным является цвет.
Голубые глаза имеют люди с мутацией в гене HERC2. У них вырабатывается минимум меланина. Плотность стромы в данном случае выше, чем в предыдущем случае.
В зелёных глазах меланина больше всего. Кстати, в формировании данного оттенка играет немаловажную роль ген рыжих волос. Чистый зелёный цвет встречается очень редко. Но если есть хотя бы «намёк» на этот оттенок, то их называют таковыми.
Но всё же больше всего меланина содержится в карих глазах. Они поглощают весь свет. Как с высокими, так и с низкими частотами. А отраженный свет даёт коричневый оттенок. Кстати, изначально, много тысяч лет тому назад, все люди были кареглазыми.
Есть ещё черный цвет. Глаза такого оттенка содержат так много меланина, что весь попадающий в них свет поглощается целиком. И, кстати, нередко такой «состав» обуславливает сероватый оттенок глазного яблока.
Сосудистая оболочка
Её также необходимо отметить вниманием, рассказывая, из чего состоит глаз человека. Находится она прямо под склерой (белковой оболочкой). Главное её свойство - аккомодация. То есть умение приспособиться к динамично меняющимся внешним условиям. В данном случае это касается изменения преломляющей силы. Простой наглядный пример аккомодации: если нам нужно прочитать то, что написано на упаковке мелким шрифтом - мы можем присмотреться и различить слова. Необходимо увидеть нечто вдалеке? Мы тоже можем это сделать. В этой способности заключается наше умение ясно воспринимать объекты, расположенные на том или иной расстоянии.
Естественно, рассказывая о том, из чего состоит глаз человека, нельзя забыть и про зрачок. Это тоже довольно «динамичная» его часть. Диаметр зрачка не фиксированный, а постоянно сужающийся и расширяющийся. Это происходит из-за того, что поток света, который идёт в глаз, регулируется. Зрачок, изменяясь в размерах, «отсекает» чересчур яркие солнечные лучи в особенно ясный день, и пропускает максимальное их количество в туманную погоду или темное время суток.
Следует знать
На такой удивительной составляющей глаза, как зрачок, стоит заострить внимание. Это, пожалуй, самое необычное в обсуждаемой теме. Почему? Хотя бы потому, что ответ на вопрос о том, из чего состоит зрачок глаза, такой - ни из чего. По сути, так и есть! Ведь зрачок - это отверстие в тканях глазного яблока. Но вот рядом с ним находятся мышцы, позволяющие ему выполнять выше названную функцию. То есть, регулировать поток света.
Уникальной мышцей является сфинктер. Он окружает крайнюю часть радужки. Состоит сфинктер из сплетённых между собой волокон. Ещё есть дилататор - та мышца, которая отвечает за расширение зрачка. Состоит она из эпителиальных клеток.
Стоит отметить вниманием ещё один интересный факт. Средняя состоит из нескольких элементов, но зрачок - самый хрупкий. Если верить врачебной статистике, то у 20% населения встречается патология под названием анизокория. Она представляет собой состояние, при котором размеры зрачков отличаются. Ещё они могут быть деформированы. Но не у всех этих 20% симптом ярко выраженный. Большинство даже не знает о наличии анизокории. Многим становится о ней известно лишь после посещения врача, на которое люди решаются, ощущая затуманенность, боль, и т. д. Но у некоторых встречается диплопия - «двойной зрачок».
Сетчатка
Это - часть, которую нужно отметить особым вниманием, рассказывая о том, из чего состоит человеческий глаз. Сетчатка представляет собой тонкую оболочку, вплотную прилегающую к стекловидному телу. Которое, в свою очередь, является тем, что заполняет 2/3 части глазного яблока. Стекловидное тело придаёт глазу правильную и неизменную форму. А также преломляет свет, поступающий на сетчатку.
Как уже было сказано, глаз состоит из трёх оболочек. Но это - лишь основа. Ведь ещё из 10 слоёв состоит сетчатка глаза! А если быть точнее, её зрительная часть. Есть ещё «слепая», в которой отсутствуют фоторецепторы. Эта часть делится на ресничную и радужную. Но стоит вернуться к десяти слоям. Первые пять такие: пигментный, фотосенсорный и три наружных (мембранный, зернистый и сплетениевидный). Остальные слои похожи по названиям. Это три внутренних (тоже зернистый, сплетениевидный и мембранный), а также ещё два, один из которых состоит из нервных волокон, а другой - из ганглионарных клеток.
Но что именно отвечает за остроту зрения? Части, из которых состоит глаз - это интересно, но хочется же знать самое главное. Так вот, за остроту зрения отвечает центральная ямка сетчатки. Её ещё называют «жёлтым пятном». Оно имеет овальную форму, а находится напротив зрачка.
Фоторецепторы
Интересный орган чувств - наш глаз. Из чего состоит - фото предоставлено выше. Но ещё не было ничего сказано про фоторецепторы. А, если быть точнее, про находящиеся на сетчатке. А ведь это тоже немаловажная составляющая.
Именно они способствуют преображению светового раздражения в информацию, которая поступает в ЦНС по волокнам зрительного нерва.
Колбочки отличаются высокой чувствительностью к свету. А всё из-за содержания в них йодопсина. Это - пигмент, обеспечивающий цветовое зрение. Есть ещё родопсин, но это - полная йодопсину противоположность. Поскольку данный пигмент ответственен за сумеречное зрение.
У человека с хорошим 100-процентным зрением насчитывается примерно 6-7 миллионов колбочек. Интересно, что они отличаются меньшей чувствительностью к свету (она у них хуже примерно в 100 раз), чем палочки. Однако лучше воспринимают быстрые движения. Палочек, кстати, больше - примерно 120 миллионов. В них как раз и содержится пресловутый родопсин.
Именно палочки обеспечивают зрительную способность человека в тёмное время суток. Колбочки ночью не активны вообще - поскольку им для работы нужен хотя бы минимальный поток фотонов (излучения).
Мышцы
О них тоже необходимо рассказать, обсуждая части, из которых состоит глаз. Мышцы - это то, что обеспечивает прямое расположение яблок в глазнице. Все они берут начало от пресловутого соединительнотканного плотного кольца. Основные мышцы называются косыми, поскольку они крепятся к глазному яблоку под углом.
Тему лучше объяснить простым языком. Каждое движение глазного яблока зависит от того, как именно закреплены мышцы. Мы можем посмотреть налево, не поворачивая головы. Это благодаря тому, что прямые двигательные мышцы совпадают по своему расположению с горизонтальной плоскостью нашего глазного яблока. Кстати, ещё они, в совокупности с косыми, обеспечивают круговые повороты. Которые включает в себя каждая гимнастика для глаз. Почему? Потому что при выполнении данного упражнения задействованы все глазные мышцы. А всем известно: чтобы та или иная тренировка (неважно, с чем она связана) дала хороший эффект, нужно, чтобы работала каждая составляющая организма.
Но это, конечно же, не всё. Есть ещё продольные мышцы, которые начинают работать в тот момент, когда мы смотрим вдаль. Нередко люди, деятельность которых связана с кропотливой или компьютерной работой, ощущают боль в глазах. И становится легче, если их помассировать, зажмурить, повращать. Из-за чего возникают боли? Из-за перенапряжения мышц. Одни из них работают постоянно, в то время как другие отдыхают. То есть, по той же причине, по которой могут болеть руки, если человек нёс какую-то тяжелую вещь.
Хрусталик
Рассказывая о том, из каких частей состоит глаз, нельзя не затронуть вниманием и этот «элемент». Хрусталик, о котором уже выше упоминалось, представляет собой прозрачное тело. Это - биологическая линза, если выражаться простым языком. И, соответственно, важнейшая составляющая светопреломляющего глазного аппарата. Кстати, хрусталик даже выглядит, как линза - он двояковыпуклый, округлый и эластичный.
У него очень хрупкое строение. Снаружи хрусталик покрыт тончайшей капсулой, защищающей его от воздействия внешних факторов. Её толщина равна всего лишь 0.008 мм.
Хрусталик подвержен различным заболеваниям. Самое тяжелое - это катаракта. При этом заболевании (возрастном, как правило) человек видит мир мутно, размыто. И в таких случаях требуется замена хрусталика на новый, искусственный. К счастью, он в нашем глазу находится в таком месте, что его удаётся поменять, не задевая остальных частей.
В общем, как можно видеть, строение нашего главного органа чувств очень сложное. Глаз небольшой, но включает в себя просто огромное количество элементов (вспомнить, хотя бы 120 миллионов палочек). И можно было бы ещё долго рассказывать про его составляющие, но самые основные перечислить удалось.
Глаза – орган, который дает возможность человеку жить полноценной жизнью, любоваться красотами окружающей природы и комфортно существовать в обществе. Люди понимают, насколько важную функцию выполняют глаза, но редко задумываются над тем, почему они моргают, не могут чихнуть с закрытыми глазами и других интересных фактах, связанных с уникальным органом.
10 интересных фактов о человеческом глазе
Проводником информации об окружающем мире являются глаза
У человека кроме зрения, есть органы осязания и обоняния, но именно глаза являются проводниками 80% информации, которая рассказывает о том, что происходит вокруг. Свойство глаз фиксировать изображения очень важно, поскольку именно зрительные образы дольше хранит память. При повторной встрече с конкретным человеком или предметом орган зрения активизирует воспоминания и дает почву для размышлений.
Ученые сравнивают глаза с фотоаппаратом, качество которого во много раз превышает суперсовременную технику. Яркие и насыщенные содержанием картинки позволяют человеку легко ориентироваться в окружающем мире.
Роговица глаза — единственная ткань организма, к которой не поступает кровь
Роговица глаза получает кислород непосредственно из воздуха
Уникальность такого органа, как глаза, заключается в том, что в его роговицу не поступает кровь. Присутствие капилляров негативно сказывалось бы на качестве изображения, фиксируемого глазом, поэтому кислород, без которого не может эффективно работать ни один орган человеческого тела, получает кислород непосредственно из воздуха.
Высокочувствительные датчики, передающие сигнал мозгу
Глаз — миниатюрный компьютер
Офтальмологи (специалисты в области зрения) сравнивают глаза с миниатюрным компьютером, который фиксирует информацию и моментально передает ее мозгу. Ученые подсчитали, что «оперативка» органа зрения может в течение часа перерабатывать около 36 тысяч бит информации, программисты знают, насколько велик этот объем. Между тем, вес миниатюрных портативных компьютеров составляет всего 27 граммов.
Что дает близкое расположение глаз человеку?
Человек видит лишь то, что происходит непосредственно перед ним
Расположение глаз у животных, насекомых и человека разное, это объясняется не только физиологическими процессами, но и характером жизни и седой обитания живого существа. Близкое расположение глаз обеспечивает глубину изображения и объемность объектов.
Люди – более совершенные существа, поэтому имеют качественное зрение, особенно, если сравнивать с морскими обитателями и животными. Правда, в подобном расположении есть свой минус – человек видит лишь то, что происходит непосредственно перед ним, обзор значительно снижен. У многих животных, примером может служить лошадь, глаза располагаются по бокам головы, такое строение позволяет «захватывать» больше пространства и вовремя реагировать на приближающуюся опасность.
Все ли обитатели земли имеют глаза?
Примерно 95 процентов живых существ нашей планеты имеют орган зрения
Примерно 95 процентов живых существ нашей планеты имеют орган зрения, но у большинства из них строение глаза разное. У жителей морских глубин орган зрения представляет собой светочувствительные клетки, которые не способны различать цвет и форму все, на что способно такое зрение – воспринимать свет и его отсутствие.
Некоторые животные определяют объем и фактурность предметов, но при этом видят их исключительно в черно-белом варианте. Характерной особенностью насекомых является свойство видеть одновременно много картинок, при этом цветовую гамму они не распознают. Способность качественно передавать цвета окружающих предметов есть только у человеческих глаз.
Правда ли, что глаз человека самый совершенный?
Бытует миф, что человек может распознавать только семь цветов, но ученые готовы его развенчать. По мнению специалистов, орган зрения человека способен воспринимать свыше 10 миллионов цветов, ни одно живое существо такой особенностью не обладает. Однако есть другие критерии, которые не свойственны глазу человека, к примеру, некоторые насекомые способны распознавать инфракрасные лучи и ультрафиолетовые сигналы, а глаза мух обладают свойством очень быстро определять движение. Назвать человеческий глаз самым совершенным можно лишь в области распознавания цветов.
У кого на планете самое острове зрение?
Вероника Сейдер — девушка с самым острым зрением на планете
В Книгу рекордов Гиннеса занесено имя студентки из Германии Вероники Сейдер, девушка обладает самым острым зрением на планете. Вероника распознает лицо человека на расстоянии 1 километра 600 метров, данный показатель примерно в 20 раз превышает норму.
Почему человек моргает?
Если бы человек не моргал, его глазное яблоко быстро бы высохло и о качественном зрении не могло идти речи. Моргание способствует тому, что глаз покрывается слезной жидкостью. В сутки на моргание у человека уходит примерно 12 минут – 1 раз за 10 секунд, за это время веки закрываются свыше 27 тысяч раз.
Человек впервые начинает моргать в полгода.
Почему люди при ярком свете начинают чихать?
Глаза и носовая полость человека связаны нервными окончаниями, поэтому часто при воздействии яркого света мы начинаем чихать. Кстати, никто не может чихнуть с открытыми глазами, этот феномен тоже связан с реакцией нервных окончаний на внешние возбудители спокойствия.
Восстановление зрения с помощью морских существ
Ученые нашли сходство в строении глаза человека и морских существ, в данном случае речь идет об акулах. Методы современной медицины позволяют восстановить зрение человека, трансплантировав роговицу акулы. Подобные операции весьма успешно практикуются в Китае.
С уважением,
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.
Глаз иногда называют живым фотоаппаратом, так как оптическая система глаза, дающая изображение, сходна с объективом фотоаппарата, но она значительно сложнее.
Глаз человека (и многих животных) имеет почти шарообразную форму (рис. 163), он защищен плотной оболочкой, называемой склерой. Передняя часть склеры - роговая оболочка 1 прозрачна. За роговой оболочкой (роговицей) расположена радужная оболочка 2, которая у разных людей может иметь разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость.
Рис. 163. Глаз человека
В радужной оболочке есть отверстие - зрачок 3, диаметр которого в зависимости от освещения может изменяться примерно от 2 до 8 мм. Меняется он потому, что радужная оболочка способна раздвигаться. За зрачком расположено прозрачное тело, по форме похожее на собирающую линзу, - это хрусталик 4, он окружён мышцами 5, прикрепляющими его к склере.
За хрусталиком расположено стекловидное тело 6. Оно прозрачно и заполняет всю остальную часть глаза. Задняя часть склеры - глазное дно - покрыто сетчатой оболочкой 7 (сетчаткой). Сетчатка состоит из тончайших волокон, которые, как ворсинки, устилают глазное дно. Они представляют собой разветвлённые окончания зрительного нерва, чувствительные к свету.
Как получается и воспринимается глазом изображение?
Свет, падающий в глаз, преломляется на передней поверхности глаза, в роговице, хрусталике и стекловидном теле (т. е. в оптической системе глаза), благодаря чему на сетчатке образуется действительное, уменьшенное, перевёрнутое изображение рассматриваемых предметов (рис. 164).
Рис. 164. Формирование изображения на сетчатке глаза
Свет, падая на окончания зрительного нерва, из которых состоит сетчатка, раздражает эти окончания. Раздражения по нервным волокнам передаются в мозг, и человек получает зрительное впечатление, видит предметы. Процесс зрения корректируется мозгом, поэтому предмет мы воспринимаем прямым.
А каким образом создаётся на сетчатке чёткое изображение, когда мы переводим взгляд с удалённого предмета на близкий или наоборот?
В оптической системе глаза в результате его эволюции выработалось замечательное свойство, обеспечивающее получение изображения на сетчатке при разных положениях предмета. Что же это за свойство?
Кривизна хрусталика, а значит, и его оптическая сила могут изменяться. Когда мы смотрим на дальние предметы, то кривизна хрусталика сравнительно невелика, потому что мышцы, окружающие его, расслаблены. При переводе взгляда на близлежащие предметы мышцы сжимают хрусталик, его кривизна, а следовательно, и оптическая сила увеличиваются.
Способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на далёком расстоянии называется аккомодацией глаза (в пер. с лат. «приспособление»). Предел аккомодации наступает, когда предмет находится на расстоянии 12 см от глаза. Расстояние наилучшего видения (это расстояние, при котором детали предмета можно рассматривать без напряжения) для нормального глаза равно 25 см. Это следует учитывать, когда пишете, читаете, шьёте и т. п.
Во-первых, мы видим большее пространство, т. е. увеличивается поле зрения. Во-вторых, зрение двумя глазами позволяет различать, какой предмет находится ближе и какой - дальше от нас. Дело в том, что на сетчатках правого и левого глаза получаются отличные друг от друга изображения, мы как бы видим предметы слева и справа. Чем ближе предмет, тем заметнее это различие, оно и создаёт впечатление разницы в расстояниях, хотя, конечно, изображения сливаются в нашем сознании в одно. Благодаря зрению двумя глазами мы видим предмет объёмным, не плоским.
Вопросы
- Как получается и воспринимается изображение глазом?
- Как создаётся чёткое изображение на сетчатке, когда переводят взгляд с удалённого предмета на близкий?
- Какое преимущество даёт зрение двумя глазами?
Задание
- Используя дополнительную литературу и Интернет, начертите схему построения изображения в фотоаппарате.
- Подготовьте презентацию о современных фотоаппаратах и их использовании в быту и технике.
Это любопытно...
Близорукость и дальнозоркость. Очки
Благодаря аккомодации изображение рассматриваемых предметов получается как раз на сетчатке глаза. Это выполняется, если глаз нормальный.
Глаз называется нормальным, если он в ненапряжённом состоянии собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке (рис. 165, а). Наиболее распространены два недостатка глаза - близорукость и дальнозоркость.
Близоруким называется такой глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит внутри глаза (рис. 165, б). Близорукость может быть обусловлена большим удалением сетчатки от хрусталика по сравнению с нормальным глазом. Если предмет расположен на расстоянии 25 см от близорукого глаза, то изображение предмета получится не на сетчатке (как у нормального глаза), а ближе к хрусталику, впереди сетчатки. Чтобы изображение оказалось на сетчатке, нужно приблизить предмет к глазу. Поэтому у близорукого глаза расстояние наилучшего видения меньше 25 см.
Рис. 165. Недостатки зрения
Дальнозорким называется глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит за сетчаткой (рис. 165, е).
Дальнозоркость может быть обусловлена тем, что сетчатка расположена ближе к хрусталику по сравнению с нормальным глазом. Изображение предмета получается за сетчаткой такого глаза. Если предмет удалить от глаза, то изображение попадает на сетчатку, отсюда и название этого недостатка - дальнозоркость.
Разница в расположении сетчатки даже в пределах одного миллиметра уже может приводить к заметной близорукости или дальнозоркости.
Люди, имевшие в молодости нормальное зрение, в пожилом возрасте становятся дальнозоркими. Это объясняется тем, что мышцы, сжимающие хрусталик, ослабевают и способность аккомодации уменьшается. Происходит это и из-за уплотнения хрусталика, теряющего способность сжиматься. Поэтому изображение получается за сетчаткой.
Близорукость и дальнозоркость устраняются применением линз. Изобретение очков явилось великим благом для людей, имеющих недостатки зрения.
Какие же линзы следует применять для устранения этих недостатков зрения?
У близорукого глаза изображение получается внутри глаза впереди сетчатки. Чтобы оно передвинулось на сетчатку, нужно уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающую линзу (рис. 166, а).
Рис. 166. Коррекция недостатков зрения с помощью линз
Оптическую силу системы дальнозоркого глаза нужно, наоборот, усилить, чтобы изображение попало на сетчатку. Для этого используют собирающую линзу (рис. 166,6).
Итак, для исправления близорукости применяют очки с вогнутыми, рассеивающими линзами. Если, например, человек носит очки, оптическая сила которых равна -0,5 дптр (или -2 дптр, -3,5 дптр), то, значит, он близорукий.
В очках для дальнозорких глаз используют выпуклые, собирающие линзы. Такие очки могут иметь, например, оптическую силу +0,5 дптр, +3 дптр, +4,25 дптр.
