Как видит глаз человека: Как работает человеческий глаз и зачем мозгу фотошоп — T&P
Как работает человеческий глаз и зачем мозгу фотошоп — T&P
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.
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.
Леша Ивановский
Теги
#оптика
#просто о сложном
#глаз
29 566
Процесс работы зрительной системы
Глаза помогают нам ориентироваться в окружающем мире, узнавать новое, наслаждаться увиденным. Большую часть информации мы получаем с помощью зрения. Зрение – довольно сложный процесс, в котором задействованы не только глаза, но и мозг человека. С рождения люди не обладают совершенной зрительной системой, ее окончательное формирование длится до 8 месяцев, но может затянуться и до 3 лет. Подробнее о формировании зрительной функции у новорожденных читайте в этой статье.
Устройство глаза можно сравнить с мощной линзой.
- Передняя часть глаза называется роговицей, она собирает на себе лучи света, которые проходят сквозь нее и попадают на радужную оболочку. Интересно, что диаметр роговицы увеличивается с самого рождения приблизительно до четырехлетнего возраста. В связи с этим детские глаза кажутся нам довольно большими.
- На радужной оболочке находится зрачок. Благодаря тому, что зрачок может сужаться и расширяться в зависимости от освещения, человеческий глаз способен привыкать к разной интенсивности освещения. Зрачок пропускает сквозь себя только те лучи, которые направлены прямо на него. Радужная оболочка, напротив, удерживает лучи, что способствует отсутствию зрительных искажений.
- Из зрачка лучи света попадают на хрусталик. Хрусталик преломляет поступающие к нему лучи и фокусирует изображение. У хрусталика есть специальные мышцы, которые позволяют ему менять свою форму в зависимости от того, на дальний или ближний объект смотрит человек. Когда мы рассматриваем предметы, находящиеся вблизи, мышца напрягается, и хрусталик приобретает выпуклую форму. Если смотрим вдаль, то, наоборот, расслабляются, и хрусталик становится плоским. При нарушении работы этих мышц развивается близорукость или дальнозоркость.
- За хрусталиком расположено стекловидное тело, оно обеспечивает упругость глазному яблоку.
- Когда свет сфокусировался с помощью хрусталика, то он попадает на сетчатку. Там проецируется изображение, правда, в перевернутом виде. На сетчатке расположена макула – желтое пятно небольшого диаметра, в котором находятся нервные клетки под названием колбочки. Колбочки выполняют функцию распознавания цветов. Также на сетчатке есть палочки, благодаря ним мы можем видеть в темноте.
- Информация, которую мы получаем светочувствительными клетками, передается по нервным тканям в мозг. Мозг анализирует ее и выдает изображение в привычном для нас виде.
Теперь вы понимаете, насколько сложен процесс работы зрительной системы. Если в каком-то из звеньев этого процесса возникает нарушение, то это отражается на способности человека видеть. Относитесь как можно внимательнее к своему зрению!
- Здоровье глаз
Как работают глаза? Части глаза
Наши глаза отвечают за
80 процентов всей информации, которую получает наш мозг. Здесь вы можете узнать больше о том, как мы видим.
Как мы видим вещи?
Когда мы смотрим на объект, свет отражается от него в наши глаза, что позволяет нам видеть. Свет входит через роговица , которая действует как окно в передней части глаза. Количество света, попадающего в глаз, контролируется зрачком , который окружен радужной оболочкой — цветной частью глаза. Зрачок меняет размер в зависимости от того, сколько света присутствует; он меньше при ярком свете и становится больше, когда света меньше.
Изогнутая роговица преломляет свет, попадающий в глаз, создавая на сетчатке перевернутое изображение. сетчатка — это сложная часть глаза, и его задача — преобразовывать свет в сигналы изображений, понятные мозгу. Только самая задняя часть сетчатки чувствительна к свету: эта часть размером примерно с монету в 10 пенсов. Он заполнен светочувствительными клетками, называемыми колбочками и палочками , которые помогают нам видеть днем и ночью.
Части глаза
На приведенной ниже диаграмме показаны части человеческого глаза, которые работают вместе, чтобы мы могли видеть. К ним относятся хрусталик, сетчатка и зрительный нерв.
Другие части глаза включают водянистую влагу , которая представляет собой жидкость, находящуюся в камере за роговицей. Он питает глаз и помогает ему поддерживать оптимальное давление, чтобы глазное яблоко оставалось сферическим. Стекловидное тело представляет собой прозрачный гель, который заполняет пространство между хрусталиком и сетчаткой. Он также поддерживает здоровье глаз и поддерживает их круглую форму.
склера — это белая часть глаза, образующая внешний слой, который защищает все, что находится внутри, в то время как хориоидея — это слой глаза, который лежит между сетчаткой и склерой. Он состоит из слоев кровеносных сосудов, которые питают заднюю часть глаза.
Как мы видим изображения?
Наш мозг работает вместе с нашими глазами, чтобы обрабатывать информацию, которую мы видим, и преобразовывать ее в узнаваемые образы. Прозрачная дискообразная часть глаза, называемая линзой , помогает фокусировать свет на сетчатке. Цилиарная мышца регулирует форму хрусталика, помогая ему фокусироваться на предметах, находящихся на разном расстоянии. Эта автоматическая фокусировка является рефлекторной реакцией и не контролируется мозгом.
Как только изображение четко сфокусировано на чувствительной части сетчатки, энергия света, из которого состоит это изображение, создает электрический сигнал. Затем нервные импульсы могут передавать информацию об этом изображении в мозг через зрительный нерв , который представляет собой совокупность более миллиона нервных волокон. Так как роговица преломляет свет, когда он попадает в глаз, мозг получает перевернутые изображения, поэтому он переворачивает их правильным образом при обработке информации.
Как мы видим в цвете?
Колбочки , расположенные на сетчатке в задней части глаза, отвечают за дневное зрение. Они позволяют нам видеть изображения в цвете и деталях. Существует три типа колбочек, каждый из которых чувствителен к разной длине волны света: красный (длинные волны), зеленый (средние длины волн) и синий (короткие волны).
Мы можем видеть цвета, отличные от красного, зеленого и синего, потому что колбочки могут обнаруживать дополнительные длины волн света и работать вместе, чтобы производить разные цвета. Мозг способен интерпретировать сигналы, посылаемые колбочками, в цвета. Считается, что человеческий глаз может воспринимать около миллиона цветов, хотя люди, чьи глаза имеют четвертую колбочку, могут видеть еще больше.
Палочки , расположенные рядом с колбочками, отвечают за ночное зрение. Они чувствительны к свету, но не к цвету, а это означает, что мы можем видеть только оттенки серого в условиях низкой освещенности. В темноте колбочки вообще не работают. Животные, которые активны ночью, могут видеть в темноте, потому что их глаза содержат миллионы дополнительных палочек.
Общие заболевания глаз
Аномалии рефракции — это нарушения зрения, вызванные неправильной формой глаза. Это мешает глазам четко сфокусировать изображение, а зрение может стать нечетким и ухудшиться.
Близорукость (близорукость) и дальнозоркость (гиперметропия) являются распространенными состояниями, вызванными тем, что роговица и хрусталик не фокусируются должным образом на сетчатке. Близорукость — это когда глазное яблоко вытянуто или хрусталик слишком толстый, в результате чего изображение фокусируется перед сетчаткой. Дальнозоркость — это когда глазное яблоко слишком короткое или хрусталик слишком тонкий, в результате чего изображение фокусируется за сетчаткой. Очки по рецепту могут помочь как при дальнозоркости, так и при близорукости.
Катаракта является основной причиной слепоты. В этом состоянии глаза хрусталик становится мутным или менее прозрачным, блокируя прохождение света на сетчатку и приводя к нечеткому зрению, которое может прогрессировать до слепоты. Существуют и другие угрожающие зрению заболевания глаз и глазные болезни, которые не так легко исправить, в том числе глаукома и запущенные тропические болезни, такие как трахома и речная слепота, все из которых могут привести к слепоте, если их не лечить.
Что мы делаем для защиты зрения
Более 70 лет компания Sightsavers работает с партнерами над профилактикой или лечением этих и других предотвратимых причин слепоты, от которых страдают сотни миллионов людей в странах с низким и средним уровнем дохода. . Мы делаем это не только за счет распространения лечения и проведения операций по восстановлению зрения, но и за счет улучшения здравоохранения в местных сообществах, чтобы больше людей могли проверить свое зрение и получить лечение, если оно им необходимо.
Вы можете узнать больше о том, что мы делаем, или поддержать работу Sightsavers и помочь людям снова видеть, сделав пожертвование.
Пейшнс из Либерии получила очки для коррекции аномалий рефракции.© Sightsavers/Carielle Doe
Как работает глаз?
Примерно 80 процентов всего, что мы узнаем, приходит через наши глаза — вопрос в том, как?Глаз содержит более двух миллионов рабочих частей и считается вторым по сложности органом в теле — самым сложным является мозг.
Внутренние структуры глаза работают вместе, создавая изображение, понятное вашему мозгу.
Чтобы получить четкое изображение, глаза должны пройти пятиэтапный процесс:
Этап 1: Свет проникает в глаз через роговицуКогда мы смотрим на объект, свет, отраженный от объект попадает в глаз через прозрачный передний слой глаза, называемый роговицей . Роговица преломляет свет, прежде чем он пройдет через водянистую субстанцию, которая заполняет область за роговицей, называемую 9.0093 водянистая влага .
Шаг 2: Зрачок приспосабливается к светуСвет продолжает проходить через черное отверстие в центре радужной оболочки, называемое зрачком . Радужная оболочка — это красочная часть вашего глаза, которая придает ему голубой, зеленый, ореховый, коричневый или темный вид.
Зрачок автоматически увеличивается или уменьшается в зависимости от интенсивности света.
Как расширяется и сужается зрачок?
Радужная оболочка состоит из мышц, которые расширяются и сокращаются, чтобы контролировать зрачок и регулировать его размер. Поэтому, когда вы видите, что ваш зрачок становится больше или меньше, это на самом деле радужная оболочка контролирует открытие зрачка в ответ на интенсивность света, попадающего в глаз.
Этап 3: Линза фокусирует свет на сетчаткеСвет проходит через зрачок к линзе за ней. Линза меняет свою форму, чтобы изгибать и фокусировать свет во второй раз, чтобы у вас было четкое изображение того, на что вы смотрите.
В этот момент свет преломился дважды — когда он двигался от роговицы через хрусталик, а затем от хрусталика к сетчатке. Этот «двойной изгиб» фактически перевернул изображение вверх ногами.
Если вы подозреваете, что у вас нечеткое зрение или заболевание глаз, обратитесь к ближайшему окулисту, который может диагностировать и лечить это состояние.
СМ. СВЯЗАННЫЕ: Анатомия глаза: передняя часть глаза
Найдите ближайшего офтальмолога
Этап 4: Свет фокусируется на сетчаткеЗатем свет проходит от хрусталика к задней части глаза, которая заполнена прозрачным желеобразным веществом, называемым стекловидным телом , пока не достигнет сетчатки , светочувствительный слой в задней части глаза.
Затем свет фокусируется на сетчатке, содержащей нервы, называемые фоторецепторами . Фоторецепторы состоят из палочек и колбочек и отвечают за преобразование световых лучей в электрические импульсы. В то время как свет фокусируется по всей сетчатке, большая часть света, попадающего в глаз, фокусируется на фокальная точка на сетчатке, известная как макула .
Этап 5: Зрительный нерв передает визуальную информацию в мозгНервы сетчатки собирают все электрические импульсы, которые затем проходят через зрительный нерв от самой задней части глаза до затылочной кости доля в задней части мозга .
В этот момент свет проходит от хрусталика к задней части глаза, которая заполнена прозрачным желеобразным веществом, называемым стекловидное тело пока не достигнет сетчатки , светочувствительного слоя в задней части глаза.
Связь между глазами и мозгомЗрение зависит от связей между глазами и мозгом.
Свет, попадающий в глаз, должен пройти определенный процесс, чтобы правильно сфокусироваться на сетчатке.
Если связи между глазом и мозгом недостаточно развиты, визуальная информация, посылаемая в мозг, не будет интерпретироваться должным образом, и изображение будет трудно увидеть.
Глаз в его совершенствеПроцесс зрения зависит от совершенства глаза и всех его компонентов, включая:
- Форма глазного яблока
- Форма и целостность роговицы
- Прозрачность и кривизна линз
- Здоровье сетчатки
Если какой-либо из этих компонентов не функционирует должным образом или имеет неправильную форму, могут возникнуть проблемы со зрением — чаще всего развивается нечеткость зрения .
Когда это происходит, назначаются корректирующие линзы в виде очков или контактных линз, чтобы помочь свету точно сфокусироваться на сетчатке и обеспечить четкое зрение.
Части глазаРоговица: Прозрачная куполообразная структура, покрывающая переднюю часть глаза и отвечающая за преломление света, попадающего в глаз.
Зрачок: Темное отверстие в центре глаза, которое открывается и закрывается в зависимости от интенсивности света.
Радужка: Цветная часть глаза, состоящая из мышц, которые контролируют зрачок — сужают зрачок при ярком свете и расширяют зрачок при слабом освещении.
Склера: Белая часть глаза, окружающая радужную оболочку. Эта структура состоит из волокнистой ткани, которая защищает внутренние структуры глаза.
Линза: Расположенная позади зрачка, эта прозрачная структура фокусирует свет на сетчатке.
Цилиарное тело: Эта структура, расположенная за радужной оболочкой, содержит мышцу, помогающую фокусировать хрусталик.