Как работают наши глаза — уникальное биоинженерное устройство|ЦКО «Мединвест»

 

Глаза человека могут делать уникальные вещи. Они превращают свет, представляющий собой электромагнитное излучение, в видимые изображения. Окружающий мир доступен зрению благодаря сложному поэтапному процессу, проходящему в глазах и мозге.

Как устроен глазной аппарат

Человек различает почти миллион цветовых тонов, определяет расстояние до предмета и его размер, реагирует на увеличение или уменьшение освещения. Все эти способности обеспечиваются сложным строением органов зрения.

Человеческий глаз похож на айсберг. На виду находится только небольшая часть глазного яблока. Снаружи она покрыта роговицей, защищающей от повреждений. Под ней, в передней камере находится окрашенная радужка, по которой определяют «цвет глаз». В ее центре расположен зрачок. Следом за ним находится хрусталик.

Далее самая большая часть – стекловидное тело, состоящее из студневидного вещества. Оно поддерживает форму глазного яблока и проводит световые лучи, помогая воспринимать картинку.

Задняя поверхность стекловидного тела, находящаяся в углублении черепа (глазнице), невидима снаружи без специального оборудования. Она выстлана сетчаткой. Это слой светочувствительных клеток. Специалисты называют их «палочки» и «колбочки».

Сетчатка и подходящий к ней зрительный нерв отвечают за прием изображения. По нерву картинка поступает в мозг, который должен расшифровать то, что предоставила ему оптическая система человеческого тела.

Как работает зрение

Мы воспринимаем лучи света, отражающиеся от различных предметов, и таким образом составляем представление о том, что нас окружает. Сначала луч, отходящий от солнца, электролампы или другого источника освещения, долетает до какого-либо объекта, например дерева или забора. Они непрозрачны, не пропускают свет. Поэтому он изменяет траекторию и летит назад, попадая на роговицу.

Далее начинается сложный процесс переработки полученной информации. Сначала лучи проходят через зрачок, а тот расширяется или сужается, регулируя силу проходящих через него лучевых потоков.

За зрачком находится выпуклая с обеих сторон линза. После прохождения сквозь это природное оптическое приспособление лучевой поток немного изменяет траекторию и оказывается на сетчатке. Кроме преломления, хрусталик обеспечивает аккомодацию – так называется способность видеть на дальних и ближних расстояниях. Благодаря ей люди одинаково отчетливо воспринимают звезды на небе и пылинки, кружащиеся в воздухе перед ними.

Просеянный зрачком, изменивший направление после столкновения с хрусталиком, лучевой поток попадает на сетчатку. Там формируется изображение. Неудивительно, что после столь сложного пути и множества превращений оно не соответствует реальности. Картинка получается маленькой и перевернутой.

Почему так происходит?

В школьном курсе физики есть раздел Оптика, объясняющий, что происходит с изображением. На пути лучевого потока стоит двояковыпуклая линза. Лучи, проходящие через ее кривые поверхности, изменяют траекторию.

В глазном аппарате свет проходит через 2 выпуклых и 1 вогнутую плоскость, поэтому он “ломается” три раза:

1. в роговице – переворачивается;

2. в передней стенке хрусталика – становится нормальным;

3. в задней стенке хрусталика – вновь трансформируется.

Зачем нужны такие сложности? Они не необходимость, а  следствие естественных законов физики. По-другому оптические системы не работают. Человеческий организм просто подстроился под законы природы.

Как мир приобретает привычный вид

От сетчатки отходит оптический нерв. По нему импульсы передаются в мозг. В его зрительном центре происходит обработка информации. Именно там восстанавливается нормальная картинка. 

Центр принимает сразу два изображения, отдельно от каждого яблока, накладывает их одно на другое и переворачивает. Эта работа занимает доли секунды.

Проводились эксперименты, показавшие, что от начала до конца процесс зрительного восприятия занимает 13 миллисекунд. Яблоки находятся в постоянном, почти незаметном движении, поворачиваясь в секунду три раза и глядя на разные объекты. Вся информация попадает в мозг, который ее обрабатывает и дает сигнал, куда смотреть дальше.

Вывод. Изображение, проходя через глаз, переворачивается. Только благодаря работе зрительного центра, расположенного на коре головного мозга, человек видит мир правильно.

Как видим, наша зрительная система — очень тонкий прибор. Если не следить за его настройками и состоянием, он может прийти в негодность! Сохранить здоровье ваших глаз, а при необходимости — поправить его, помогут врачи Clean View Clinic. Здесь к вашим услугам профессиональный уход и самое современное оборудование. Звоните, мы готовы вас принять!

 

Зрение как оно есть

В самом простом смысле зрение — это в первую очередь два глаза, которые получают и обрабатывают информацию об окружающем нас мире. На самом деле человеческое зрение, разумеется, устроено гораздо сложнее, и информация от органов чувств (то есть глаз) проходит несколько этапов обработки: как самим глазом, так и далее — мозгом. Вместе с офтальмологической клиникой 3Z рассказываем, как зрительная система человека формирует изображение действительности, и объясняем, почему мы не видим мир перевернутым, маленьким, трясущимся и разделенным на две части.

Из школьного курса физики вы можете помнить про линзы — приборы из прозрачного материала с преломляющей поверхностью, способные, в зависимости от своей формы, собирать или рассеивать попадающий на них свет. Именно линзам мы обязаны тому, что в мире существуют фотоаппараты, видеокамеры, телескопы, бинокли и, конечно, контактные линзы и очки, которые носят люди. Человеческий глаз — это точно такая же линза, а точнее — сложная оптическая система, состоящая из нескольких биологических линз.

Первая из них — роговица, внешняя оболочка глаза, наиболее выпуклая его часть. Роговица — это вогнуто-выпуклая линза, которая принимает лучи, исходящие из каждой точки предмета, и передает их дальше через переднюю камеру, заполненную влагой, и зрачок к хрусталику. Хрусталик, в свою очередь, представляет собой двояковыпуклую линзу, по форме напоминающую миндаль или сплющенную сферу.

Двояковыпуклая линза — собирающая: лучи, проходящие через ее поверхность, собираются за ней в одну точку, после чего формируется копия наблюдаемого предмета. Интересный момент состоит в том, что изображение объекта, сформированное на заднем фокусе такой линзы, — действительное (то есть соответствует тому самому наблюдаемому предмету), перевернутое и уменьшенное. Изображение, которое формируется за хрусталиком, поэтому, точно такое же.

То, что изображение уменьшенное, позволяет глазу видеть объекты, по величине в несколько десятков, сотен и тысяч раз превосходящие его по размеру. Другими словами, хрусталик компактно складывает изображение и в таком же виде отдает его сетчатке, выстилающей бо́льшую часть внутренней поверхности глаза — места заднего фокуса хрусталика. Вместе роговица и хрусталик, таким образом, — это компонент зрительной системы, который собирает рассеянные лучи, исходящие от объекта, в одну точку и формирует их проекцию на сетчатке. Строго говоря, никакой «картинки» на сетчатке на самом деле нет: это всего лишь следы фотонов, которые затем преобразуются рецепторами и нейронами сетчатки в электрический сигнал.

Этот электрический сигнал затем проходит в головной мозг, где обрабатывается отделами зрительной коры. Все вместе эти отделы отвечают за то, чтобы преобразовать сигналы о расположении фотонов — единственную информацию, которую получает сам глаз — в имеющие смысл образы. При этом мозг — система взаимосвязанная, и за то, как мы воспринимаем то, что происходит в действительности, отвечают не только наши глаза и зрительная система, но и другие органы чувств, способные получать информацию. Мы не видим мир перевернутым благодаря тому, что у нашего вестибулярного аппарата есть информация о том, что мы стоим ровно, двумя ногами на земле, и дерево, растущее из земли, соответственно, перевернутым быть не должно.

Подтверждение этому — эксперимент, который поставил на самом себе американский психолог Джордж Стрэттон (George Stratton) в 1896 году: ученый изобрел специальное устройство — инвертоскоп, чьи линзы также могут переворачивать изображение, на которое смотрит тот, кто их носит. В своем устройстве Стрэттон проходил неделю и при этом не сошел с ума от необходимости передвигаться в перевернутом пространстве. Его зрительная система быстро адаптировалась под измененные обстоятельства, и уже через пару дней ученый видел мир таким, каким привык видеть его с детства.

Другими словами, в мозге нет специального отдела, который переворачивает изображение, поступившее на сетчатку: за это отвечает вся зрительная система головного мозга, которая, с учетом информации от других органов чувств, позволяет нам точно определить ориентацию объектов в пространстве.

Клиники 3Z

Что касается самой сетчатки, то для того, чтобы понять, как работает зрение, нужно также подробнее рассмотреть ее функционирование и строение. Сетчатка представляет собой тонкую многослойную структуру, в которой находятся нейроны, принимающие и обрабатывающие световые сигналы от оптической системы глаза и отправляющие их друг другу и в мозг для дальнейшей обработки. Всего в сетчатке выделяют три слоя нейронов и еще два слоя синапсов, получающих и передающих сигналы от этих нейронов.

Первые и главные нейроны, участвующие в обработке светового стимула, — это фоторецепторы (светочувствительные сенсорные нейроны). Два основных вида фоторецепторов в сетчатке — это палочки и колбочки, получившие свои название за палочко- и колбочкообразную форму, соответственно. Палочки и колбочки заполнены светочувствительными пигментами — родопсином и йодопсином соответственно. Родопсин в разы чувствительнее к свету, чем йодопсин, но только к свету с одной длиной волны (около 500 нанометров в видимой области) — именно поэтому палочки, содержащие родопсин, отвечают за зрение человека в темноте: они улавливают даже мельчайшие лучи, помогая нам различать очертания предметов, при этом не позволяя точно определить их цвет.

А вот за цветовосприятие уже как раз отвечают «дневные» фоторецепторы — колбочки.

Светочувствительный йодопсин, входящий в состав колбочек, бывает трех видов в зависимости от того, к свету с какой длиной волны он чувствителен. В нормальном состоянии колбочки человеческого глаза реагируют на свет с длинной, средней и короткой волной, что примерно соответствует красно-желтому, желто-зеленому и сине-фиолетовому цветам (а если проще — красному, зеленому и синему). Колбочек, которые содержат тот или иной вид йодопсина, в сетчатке разное количество, и их баланс как раз и помогает различать все краски окружающего мира. В случае, когда колбочек с тем или иным видом йодопсина, недостаточно или просто нет, говорят о наличии дальтонизма — особенности зрения, при котором недоступно распознавание всех или некоторых цветов. Вид дальтонизма напрямую зависит от того, какие именно колбочки «не работают», но самым распространенным у человека считается дейтеранопия — при ней отсутствуют колбочки, чей йодопсин чувствителен к свету со средней длиной волны (то есть плохо воспринимают зеленый цвет или не воспринимают его вообще).

При этом палочки и колбочки покрывают не весь соответствующий слой поверхности сетчатки: в ней присутствует так называемое слепое пятно, не содержащее светочувствительных рецепторов вообще. Так как их нет, свет в границах пятна обрабатывать нечему — именно поэтому те объекты, которые попадают в «поле зрения» слепого пятна, для человека невидимы. Зрение любого человека (к счастью или к сожалению) не позволяет увидеть эти слепые пятна, но некоторые заболевания приводят к появлению скотомы (то есть слепого участка в поле зрения) и вне соответствующего места на сетчатке.

Сигнал, получаемый и обрабатываемый фоторецепторами, затем переходит к другому слою нейронов — биполярным клеткам. Такие клетки — своеобразные посредники, которые связывают колбочки и палочки с ганглионарными клетками — нейронами сетчатки, которые генерируют нервные импульсы и затем передают их по зрительному нерву в зрительную кору головного мозга через латеральное коленчатое тело (небольшой бугорок на поверхности таламуса).

Латеральное коленчатое тело, принявшее сигналы от ганглионарных клеток сетчатки, сначала передает их первичной зрительной коре — наиболее эволюционно древней части зрительной системы головного мозга (для удобства и лаконичности ее также называют V1). В этом месте начинается формирование действительного изображения того, что происходит вокруг нас, — фотоны, принятые глазом, начинают обретать форму, и цвет, очертания, наличие движения и другие аспекты изображения превращаются в электрическую активность. В зависимости от того, что эти сигналы передают (движение объекта в пространстве или же его форму), они далее посылаются для обработки по вентральному и дорсальному пути в другие отделы зрительной коры. К примеру, средняя височная зрительная область (ее порядковый номер — пять, то есть кратко ее называют V5) считается частью дорсального пути, так как отвечает за обработку движения, а четвертая зона (V4) отвечает за обработку цвета, поэтому относится к вентральному пути.

Современные технологии помогают решить проблемы со зрением. Для коррекции близорукости, дальнозоркости и астигматизма в клиниках 3Z собраны 6 лучших мировых практик коррекции зрения: ReLEx SMILE, ReLEx FLEx, Femto Super LASIK, Super LASIK, ФРК и имплантация факичных интраокулярных линз. Каждому пациенту технология подбирается индивидуально, чтобы обеспечить наилучший результат. Поэтому острота зрения после операции часто составляет 120% или даже 150%.

Отделы, отвечающие за обработку информации от органов чувств и, как мы уже выяснили, помогающие воссоздавать картину реального мира зрительной системе, — не единственные участки мозга, которые участвуют в процессе зрения. Важную роль также играет и моторная кора головного мозга, отвечающая за обработку движений. Важна моторная кора потому, что глаза все время двигаются: перемещение взгляда помогает следить за движущимся изображением или рассмотреть то, что не попадает в поле зрения целиком. 

В спокойном состоянии (тогда, когда мы смотрим на статичный предмет или даже на фон) глаза все равно двигаются, совершая очень быстрые синхронные движения (до 80 миллисекунд) — саккады. Информация о том, что глазу нужно изменить положение, посылается к нему из моторной коры. Чуть раньше точно такой же (или, по крайней мере, похожий) сигнал посылается к зрительной коре в качестве так называемой «эфферентной копии». Благодаря этому зрительная кора получает информацию о том, что глаз будет двигаться, еще до того, как это движение начнется — это помогает зрительной коре игнорировать возможные мелкие движения. 

Наконец, осталось разобраться еще с одним моментом — тем, почему картинка действительности, которую мы видим, не разделена на две части. У человека, как и других позвоночных, одна пара глаз. Расположены они достаточно близко друг к другу: отверстия в глазницах черепа обеспечивают расположение глаз таким образом, что у каждого из глаз, с одной стороны, свое поле зрения (около 90 градусов на каждый глаз — то есть чуть больше 180 всего), а с другой — по 60 градусов центрального поля зрения, которые пересекаются с каждого глаза. Благодаря этому пересечению, изображения, получаемые одним и другим глазом, складываются в одно изображение в центре общего поля зрения.  То же пересечение полей зрения обеспечивает нам стереоскопическое (или бинокулярное) зрение и способность воспринимать глубину. Бинокулярность зрения теряется при некоторых формах косоглазия — и при них же теряется нормальная возможность воспринимать глубину.

Поэтому механизм того, как формируется в нашем мозге изображение действительности, — это не только оптика и химические реакции, происходящие на сетчатке. Важнейшую роль в создании этой картинки играет наш мозг — причем не только зрительная кора, которая делает фигуры объемными, отделяет их от фона и раскрашивает в нужные цвета, но и остальные отделы, которые отвечают за жизненно важные функции.

В клинике 3Z работают со всеми видами нарушения зрения, возникающими из-за неправильной формы глаза (близорукость и дальнозоркость) или чрезмерной кривизны роговицы (астигматизм). До 15 июля коррекцию зрения в 3Z можно сделать в рассрочку без предварительного взноса и переплат. Акция действует на все виды лазерной коррекции зрения, а также на имплантацию факичных интраокулярных линз (ФИОЛ).

Елизавета Ивтушок

Глаза (для подростков) — Nemours KidsHealth

Что такое глаза и как они работают?

Одним взглядом наши глаза работают с нашим мозгом, чтобы сообщить нам размер, форму, цвет и текстуру объекта. Они сообщают нам, насколько близко он находится, стоит ли он на месте или приближается к нам, и как быстро он движется.

На лице человека видна только часть глаза. Весь глаз — глазное яблоко — имеет размер и форму шарика для пинг-понга.

Все части глаза чрезвычайно деликатны, поэтому наш организм защищает их несколькими способами. Глазное яблоко находится в глазнице (также называемой орбитой) в черепе, где оно окружено костью. Видимая часть глаза защищена веками и ресницами, которые защищают глаза от грязи, пыли и даже вредного яркого света.

Глаза также защищены слезами, которые увлажняют их и очищают от грязи, пыли и других раздражителей, проникающих через защиту ресниц и век. Слезы также помогают защитить от инфекции.

При каждом моргании наши веки наносят слой слизи, жира и слез на роговицу, которая покрывает переднюю часть глаза. Слезные (произносится: ЛАК-рух-мул) железы в верхнем наружном углу каждой глазницы вырабатывают слезы, которые после увлажнения глаз стекают в каналы век. Эти каналы впадают в слезный мешок, мешочек в нижнем внутреннем углу каждой глазницы. Затем слезы выходят через проход, который ведет к носу.

Чтобы видеть, глаз должен двигаться. Шесть экстраокулярных мышц окружают глазное яблоко и действуют как нити на марионетке, перемещая глаз в разных направлениях. Мышцы каждого глаза обычно двигаются одновременно, позволяя двум глазам оставаться на одной линии.

Как мы видим?

Стенка глазного яблока состоит из трех слоев, как слои луковицы:

1. склера (произносится: SLEER-э-э) является защитным слоем. Эта жесткая волокнистая ткань окружает глазное яблоко и прикрепляется к роговице, которая представляет собой прозрачную переднюю поверхность глаза. То, что мы видим как белок глаза, и есть склера. Над склерой находится конъюнктива, прозрачный слой кожи, который защищает глаз от пересыхания.
2. Сосудистая оболочка (произносится: КОР-ойд) — это средний слой, который содержит кровеносные сосуды, доставляющие кислород и питательные вещества во внутренние части глаза.
3. Сетчатка (произносится: RET-nuh), самый внутренний из трех слоев, выстилает внутреннюю часть глазного яблока. Сетчатка представляет собой мягкий, светочувствительный слой ткани нервной системы. Зрительный нерв передает сигналы от сетчатки к мозгу, который интерпретирует их как зрительные образы.

Пространство в центре глазного яблока заполнено прозрачным желеобразным веществом, называемым стекловидным телом (произносится: VIH-tree-us). Этот материал позволяет свету проходить к сетчатке. Это также помогает глазу сохранять свою круглую форму.

Зрение — это процесс, при котором изображения, получаемые глазом, интерпретируются мозгом, а видимая часть глаза — это место, где начинается процесс зрения. На передней поверхности глаза находится прозрачная круглая роговица. Вы не можете видеть роговицу человека так, как можете видеть цветную часть глаза за ней — роговица подобна прозрачному окну, которое фокусирует свет в глазу.

За роговицей находится водянистая жидкость, называемая водянистой влагой. Роговица и водянистая влага образуют внешнюю линзу, которая преломляет (преломляет) свет на пути к глазу. Именно здесь выполняется большая часть фокусирующей работы глаза.

Цветная круглая оболочка глаза сразу за роговицей называется радужной оболочкой. Радужная оболочка контролирует количество света, попадающего в глаз через зрачок, который представляет собой отверстие в центре радужной оболочки, похожее на крошечный черный кружок.

Подобно фотоаппарату, который контролирует количество поступающего света для предотвращения как передержки, так и недодержки, радужная оболочка становится шире и уже, изменяя размер зрачка, чтобы контролировать количество света, попадающего в глаз. Зрачок увеличивается, когда требуется больше света, чтобы лучше видеть, и уменьшается, когда света много.

Хрусталик глаза находится сразу за радужной оболочкой. Точно так же, как линза камеры, линза глаза фокусирует свет, формируя четкие, четкие изображения. Свет, который был сфокусирован через роговицу и водянистую влагу, попадает на хрусталик, который затем фокусирует его дальше, направляя световые лучи через стекловидное тело на сетчатку.

Чтобы четко сфокусироваться на объектах, находящихся на разном расстоянии, хрусталик глаза должен изменить форму. Цилиарное (произносится: SIL-ee-air-ee) тело содержит мышечную структуру глаза, которая изменяет форму хрусталика глаза. У людей с нормальным зрением цилиарное тело уплощает хрусталик в достаточной степени, чтобы сфокусировать объекты на расстоянии 20 футов и более. Чтобы увидеть более близкие объекты, эта мышца сокращается, чтобы утолщать хрусталик. Маленькие дети могут видеть предметы на очень близком расстоянии; многим людям старше 45 лет приходится держать предметы все дальше и дальше, чтобы четко их видеть. Это связано с тем, что с возрастом хрусталик становится менее эластичным.

Сетчатка (мягкий, светочувствительный слой ткани, выстилающий заднюю стенку глазного яблока) состоит из миллионов рецепторов света, называемых палочками и колбочками. Палочки гораздо более чувствительны к свету, чем колбочки. Каждый глаз имеет около 120 миллионов палочек, которые помогают нам видеть при тусклом свете и различать оттенки серого, но не различают цвета. Для сравнения, 6 миллионов колбочек в каждом глазу позволяют нам видеть при ярком свете, а также различать цвета и детали.

Макула (произносится: МАК-йух-лух) — это небольшая специализированная область на сетчатке, которая помогает глазам видеть мелкие детали, когда мы смотрим прямо на объект. Содержит в основном колбочки и несколько палочек.

Когда сфокусированный свет проецируется на сетчатку, он стимулирует палочки и колбочки. Затем сетчатка посылает нервные сигналы через заднюю часть глаза к зрительному нерву. Зрительный нерв передает эти сигналы в мозг, который интерпретирует их как зрительные образы. Часть мозга, которая обрабатывает визуальный ввод и интерпретирует сообщения, которые посылает глаз, называется зрительной корой.

Как и в фотоаппарате, хрусталик глаза переворачивает световые узоры. Мозг узнает, что импульсы, полученные от верхней части сетчатки, на самом деле исходят от нижней части объекта, который мы видим, и наоборот.

Большинство людей используют оба глаза, чтобы видеть объект. Это называется бинокулярным зрением, и изображения формируются на сетчатке каждого глаза. Эти изображения немного отличаются, потому что объект рассматривается под немного разными углами. Нервные сигналы, представляющие каждое изображение, отправляются в мозг, где они интерпретируются как два вида одного и того же объекта. Некоторые нервные волокна от каждого глаза пересекаются, поэтому каждая сторона мозга получает сообщения от обоих глаз. С опытом мозг учится оценивать расстояние до объекта по степени различия изображений, которые он получает от двух глаз. Эта способность ощущать расстояние называется восприятием глубины.

Что вызывает проблемы со зрением?

Зрение — это отлаженный процесс. Все части глаза — и мозга — должны работать вместе, чтобы человек мог видеть правильно. Однако, поскольку структура глаза настолько сложна, многое может пойти не так.

Одной из наиболее распространенных проблем со зрением являются аномалии рефракции. Это те проблемы, которые офтальмологи регулярно проверяют при проверке зрения. Преломление означает искривление световых лучей, чтобы сфокусировать свет, исходящий от изображения. Аномалии рефракции — это проблемы с фокусировкой глаза из-за формы глаза, из-за которой изображение, которое вы видите, размыто.

Аномалии рефракции включают:

Астигматизм. При астигматизме (произносится: э-стиг-мух-тих-зум) возникает проблема с изгибом роговицы. Это приводит к тому, что часть изображения глаза становится размытой. Корригирующие линзы, такие как контактные линзы или очки, обычно могут корректировать зрение у людей с астигматизмом.

Близорукость. Также называемая близорукостью или близорукостью, миопия (произносится: моя-OP-ee-uh) возникает, когда глаз фокусирует изображение объекта перед сетчаткой, а не прямо на ней. В большинстве случаев люди плохо видят вдаль, но хорошо видят объекты вблизи. Состояние имеет тенденцию несколько ухудшаться в детстве и подростковом возрасте, но стабилизируется во взрослом возрасте. Людям с этим заболеванием может потребоваться носить очки или контактные линзы, чтобы исправить свое зрение. Лазерная хирургия глаза иногда используется у взрослых для постоянной коррекции близорукости путем изменения формы роговицы. Лазерная хирургия не используется для подростков, потому что глаз может все еще расти, а аномалия рефракции может измениться.

Дальнозоркость. Также называемая дальнозоркостью или дальнозоркостью, дальнозоркость (произносится: hy-per-OP-ee-uh) возникает, когда входящее изображение фокусируется не на сетчатке, а за ней. Из-за этого может быть трудно четко видеть близкие объекты, а удаленные объекты видны легче. Многие дети младшего возраста страдают дальнозоркостью, но из-за способности глаза самостоятельно фокусироваться им могут не понадобиться очки, чтобы исправить это. Очки или контактные линзы могут исправить эту проблему у детей и подростков, когда это необходимо. У большинства взрослых с возрастом развивается форма дальнозоркости, называемая пресбиопией.

Отзыв: Лариса Хирш, MD

Дата пересмотра: июнь 2019 г.

Как работает зрение — Любопытно

С небольшой помощью оптической иллюзии загляните себе в глаза, чтобы попытаться понять, как работает ваше зрение и как его можно обмануть.

ХЭНК ГРИН: Внимательно посмотри на это. Мы собираемся возиться с вашим мозгом. Это первая стадия оптической иллюзии. Многие иллюзии используют узоры света или перспективы, чтобы использовать разрыв, существующий между ощущением и восприятием — между тем, что видят ваши глаза, и тем, что понимает ваш мозг. Но не все иллюзии так работают. Некоторые производят призрачные эффекты или остаточные изображения, которые используют сбои в физиологии человеческого зрения. Как этот флаг. Я не пытаюсь сделать здесь политическое заявление, и я не собираюсь просить вас присягнуть на верность Республике Хэнк или что-то в этом роде. Я имею в виду, что если бы я собирался создать свою собственную страну, мой флаг был бы намного круче этого, не то чтобы я много думал об этом. А теперь посмотрите на этот белый экран. Если вы смотрели на этот флаг не менее 30 секунд, не двигая глазами, вы что-то увидите, даже если экран пуст, — остаточное изображение флага. Но вместо бирюзового, черного и желтого, он красный, белый и синий.

Хорошо, это довольно круто, но я здесь не только для того, чтобы развлекать вас. Этот вид иллюзии на самом деле является отличным способом объяснить ваше очень сложное чувство видения. И я имею в виду сложные. Почти 70 процентов всех сенсорных рецепторов во всем теле находятся в глазах. И не только это, но для того, чтобы вы что-то увидели, восприняли и узнали — будь то флаг или красивый парень в очках и спортивной куртке, сидящий за столом, — должна быть задействована почти половина всей коры головного мозга.

Зрение считается доминирующим чувством человека, и хотя мы можем обойтись без него и его можно обмануть, то, что вы собираетесь узнать, не является иллюзией.

Когда мы говорили о вашем слухе, мы начали с механики звука. Поэтому, прежде чем мы перейдем к тому, как работают ваши глазные яблоки, имеет смысл поговорить о том, что они на самом деле видят — свет, отражающийся от предметов.

Свет — это электромагнитное излучение, распространяющееся волнами. Помните, как высота и громкость звука определяются частотой и амплитудой его волны? Что ж, это похоже на свет, за исключением того, что частота световой волны определяет ее оттенок, а амплитуда связана с ее яркостью.

Мы воспринимаем короткие волны высоких частот как голубоватые цвета, в то время как длинные низкие частоты кажутся нам красноватыми. Между тем, этот красный цвет может казаться тусклым и приглушенным, если волна движется с меньшей амплитудой, но очень ярким, если волна имеет большую амплитуду и, следовательно, более высокую интенсивность.

Но видимый свет, который мы можем видеть, — это лишь крошечная часть полного электромагнитного спектра, который варьируется от коротких гамма- и рентгеновских лучей до длинных радиоволн.

Точно так же, как механорецепторы уха или хеморецепторы языка преобразуют звуки и химические вещества в потенциалы действия, фоторецепторы ваших глаз также преобразуют световую энергию в нервные импульсы, понятные мозгу.

Чтобы понять, как все это работает, давайте начнем с понимания анатомии глаза.

Первое, что вы заметите вокруг своей обычной пары глаз, — это все внешние аксессуары, такие как брови, которые помогают защититься от пота, если вы забыли повязку на голове во время игры в ракетбол, и сверхчувствительные ресницы, которые вызывают рефлекторное моргание. , как будто вы находитесь на песчаном пляже во время шторма.

Эти особенности, наряду с веками и слезоточивым слезным аппаратом, помогают защитить ваши хрупкие глазные яблоки.

Глазное яблоко имеет неправильную сферическую форму, его диаметр у взрослых составляет около 2,5 сантиметров. Он по существу полый, наполненный жидкостью, которая помогает ему сохранять форму, и вы можете видеть только переднюю шестую часть всего шара. Остальное спрятано в защитном жировом кармане, закреплено шестью внешними глазными мышцами, похожими на ремешки, и втиснуто в костную орбиту вашего черепа.

Несмотря на то, что все эти приспособления в целом отлично удерживают ваши глазные яблоки внутри головы, что хорошо, в очень редких случаях, возможно, после травмы головы или даже очень сильного чихания, эти присоски могут сразу же выскочить — условие называется вывихом земного шара, который вы действительно не хотите, чтобы Google. Я просто посижу здесь, пока ты гуглишь.

Теперь вам не нужно выпячивать глазное яблоко, чтобы узнать, как оно устроено. Я избавлю вас от хлопот и скажу, что его стенка состоит из трех отдельных слоев — волокнистого, сосудистого и внутреннего слоев. Внешний волокнистый слой состоит из соединительной ткани. Большая его часть — это белое вещество, называемое склерой, а самая передняя часть — прозрачная роговица.

Роговица подобна окну, пропускающему свет в глаз, и если вы когда-либо испытывали мучительную боль от царапины, вы знаете, как ужасно повредить что-то, нагруженное болевыми рецепторами.

Спускаясь немного глубже, средний сосудистый слой стенки содержит заднюю сосудистую оболочку, мембрану, которая снабжает кровью все слои. В передней части находится также цилиарное тело, кольцо мышечной ткани, окружающее хрусталик, но самой известной частью этого среднего слоя является радужная оболочка. Радужная оболочка — это та часть глаза, которая имеет характерный цвет и является уникальной для вас. Он состоит из гладкой мышечной ткани, имеет форму сплющенного пончика и зажат между роговицей и хрусталиком. Эти круговые сфинктерные мышцы — да, верно, сфинктеры повсюду! — сокращаются и расширяются, изменяя размер темной точки вашего зрачка.

Сам по себе зрачок представляет собой отверстие в радужной оболочке, через которое свет попадает в глаз. Вы можете увидеть, как радужная оболочка защищает глаз от попадания слишком большого количества света, если посветите фонариком в глаз своего друга в темной комнате. Их зрачки из расширенных станут точечными за пару секунд.

Свет проходит через роговицу и зрачок и попадает на хрусталик — выпуклый прозрачный диск, который фокусирует этот свет и проецирует его на сетчатку, составляющую внутренний слой в задней части глазного яблока.

Ваша сетчатка заполнена миллионами фоторецепторов, которые выполняют важнейшую работу по преобразованию световой энергии в электрические сигналы, которые получает ваш мозг. Эти рецепторные клетки бывают двух видов — палочки и колбочки, к которым я вернусь через минуту. Но сама сетчатка имеет два слоя: внешний пигментированный слой, который помогает поглощать свет, чтобы он не рассеивался вокруг глазного яблока, и внутренний нейронный слой. И этот слой, как следует из названия, содержит нейроны — не только фоторецепторы, но и биполярные нейроны, и ганглиозные нейроны. Эти два вида нервных клеток объединяются, чтобы создать своего рода путь для света или, по крайней мере, данные о свете.

Биполярные нейроны имеют синапсы на обоих концах, образуя своего рода мостик — на одном конце он синапизируется с фоторецептором, а на другом — с ганглиозным нейроном, который далее образует зрительный нерв.

Допустим, вас только что ослепил луч фонарика. Этот свет попадает на заднюю часть сетчатки и распространяется от фоторецепторов к биполярным клеткам прямо под ними, к самым внутренним ганглиозным клеткам, где они затем генерируют потенциалы действия.

Аксоны всех этих ганглиозных клеток сплетаются вместе, образуя толстый скрученный зрительный нерв — ваш второй черепной нерв, — который выходит из задней части глазного яблока и несет эти импульсы вверх к таламусу, а затем к зрительной коре головного мозга.

Итак, это основная анатомия и последовательность событий человеческого зрения, но я действительно хочу поговорить о двух типах фоторецепторов — палочках и колбочках.

Колбочки располагаются ближе к центру сетчатки и обнаруживают мелкие детали и цвета. Их можно разделить на типы, чувствительные к красному, зеленому и синему, в зависимости от того, как они реагируют на разные типы света. Но они не очень чувствительны и действительно достигают своего порога активации только при ярком освещении. Палочки, напротив, более многочисленны и более светочувствительны. Но они не могут подобрать реальный цвет. Вместо этого они регистрируют только оттенки серого из черного и белого. Они свисают по краям вашей сетчатки и управляют вашим периферийным зрением.

Так как эти рецепторы функционируют по-разному, вы не удивитесь, узнав, что ваши палочки и колбочки также по-разному связаны с сетчаткой.

С одной ганглиозной клеткой может соединяться до 100 различных стержней, но поскольку все они одновременно посылают информацию в ганглий, мозг не может сказать, какие отдельные стержни были активированы, и поэтому они не очень хорош в предоставлении детализированных изображений. Все, что они действительно могут сделать, это дать вам информацию об общей форме объектов, а также о том, светлые они или темные.

Каждая колбочка, напротив, получает свою личную ганглиозную клетку, с которой можно соединиться, что обеспечивает очень детальное цветовое зрение, по крайней мере, при достаточно ярком освещении.

И все это возвращает нас к тому странному флагу. Почему, глядя на этот флаг, а затем глядя на пустое белое пространство, мы видим призрачный флаг разных цветов? Ну, это начинается с того факта, что наши фоторецепторы могут заставить нас видеть остаточные изображения.

Некоторые стимулы, такие как очень яркие цвета или очень яркий свет, настолько сильны, что наши фоторецепторы будут продолжать активировать потенциалы действия даже после того, как мы закроем глаза или отведем взгляд. Другая часть иллюзии связана с другой ошибкой в ​​нашем визуальном программировании… и просто наши колбочки могут устать.

Если вы достаточно долго смотрите на яркое изображение, ваши колбочки слишком долго будут получать одни и те же стимулы и в основном перестанут реагировать. В случае с флагом вы смотрели на изображение с яркими бирюзовыми полосами. Поскольку ваши сетчатки содержат колбочки, чувствительные к зеленому, красному и синему, синие и зеленые через некоторое время устают, и остаются активными только красные. Затем вы посмотрели на белый экран. Этот белый свет включал в себя все цвета и длины волн видимого света. Таким образом, ваши глаза все еще получали красный, зеленый и синий свет, но только красные колбочки были способны реагировать. В результате, когда стало появляться остаточное изображение, эти полосы выглядели красными.

То же самое произошло и с вашими стержнями, за исключением того, что они регистрируют только черное и белое, остаточное изображение было похоже на просмотр негатива фотографии — темное сменяется светлым. Вот так черные звезды и полосы стали белыми.

Так что да, человеческое зрение подвержено ошибкам, но те ошибки, которые оно совершает, могут помочь нам понять эту удивительно сложную систему. И эта удивительно сложная система, вероятно, помогла вам сегодня узнать об анатомии и физиологии зрения, начиная со строения глаза и его трех слоев: волокнистого, сосудистого и внутреннего слоев. Мы потратили большую часть времени на изучение внутреннего слоя, состоящего из сетчатки и трех видов ее нейронов: фоторецепторов, биполярных клеток и ганглиозных нейронов.