Биофизика зрительного восприятия реферат
Обновлено: 19.05.2024
Презентация на тему: " Биофизические аспекты зрения" — Транскрипт:
1 1 Биофизические аспекты органов зрения Проверила : Коваленко О.Л. Выполнила: Ашанова Маргарита БН-32
2 2 Живое существо не имеет более верного и надежного помощника, чем глаз. Видеть – значит различать окружающее во всех подробностях, значит различать опасность. Другие органы чувств выполняют то же, но грубее и слабее. Наши слова поживем – увидим равносильны тому, что видимость – это достоверность. В этом смысле надо понимать изречение Анаксагора: Зрение – есть явление невидимого. Невидимый мир становится реальностью, явлением посредством зрения. Сегодня на уроке мы и будем вести речь о зрении человека, а также о нарушениях зрения и методах их коррекции.
3 3 План. 1. Глаз – орган зрения. 1. Глаз – орган зрения Основные функции глаза. Строение глаза Основные функции глаза. Строение глаза. 2. Оптическая система зрения. 2. Оптическая система зрения. 3. Аккомодация глаза. Расстояние наилучшего зрения. 3. Аккомодация глаза. Расстояние наилучшего зрения. 4. Нормальный глаз 4. Нормальный глаз 4.1. Дефекты зрения. Исправление дефектов зрения Дефекты зрения. Исправление дефектов зрения. 5. Чувствительные рецепторы сетчатки глаз. 5. Чувствительные рецепторы сетчатки глаз Диоптрическая система глаза. Главная оптическая ось глаза Диоптрическая система глаза. Главная оптическая ось глаза. 6. Рефракция. Виды рефракции. Анномодация. 6. Рефракция. Виды рефракции. Анномодация. 7. Биофизический механизм восприятия света. 7. Биофизический механизм восприятия света. 8. Заключение. 8. Заключение. 9. Приложение. 9. Приложение.
4 4 Глаз – орган зрения. Глаз человека парный сенсорный орган человека, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. Глаза расположены в передней части головы и вместе с веками, ресницами и бровями, являются важной частью лица. Область лица вокруг глаз активно участвует в мимике.
5 5 Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв в определенные области головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор, или зрительную систему.
8 8 Строение глаза.
10 10 Строение глаза. Сетчатка – состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида – колбочки и падочки. В этих клетках происходит преобразование энергии света в электрическую энергию нервной ткани. Склера – непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. Сосудистая оболочка – выстилает задний отдел склеры; к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка отвечает за кровоснабжение внутриглазных структур. Зрительный нерв – передает сигналы от нервных окончаний в головной мозг.
11 11 Основные элементы строения глаза Функции этих элементов Склера Роговица Радужная оболочка Зрачок Хрусталик Стекловидное тело Сосудистая оболочка Сетчатка Зрительный нерв Слепое пятно Центральная ямка Защищает глаз, обеспечивает его жесткость. Пропускает и преломляет свет. Меняет размеры зрачка, регулирует поступление света в глаз. Отверстие в радужке, через которое проходит свет в глаз. Обеспечивает фокусировку лучей света на сетчатке. Поддерживает форму глаза, пропускает свет Снабжает кровью сетчатку, препятствует отражению света от внутренних поверхностей глаза Содержит фоторецепторные клетки Проводит импульсы от сетчатки в мозг Место на сетчатке, не обладающее светочувствительностью. Область наибольшей остроты зрения.
12 12 Оптическая система глаза Свет, преломляясь в оптической системе глаза, дает на сетчатке действительное, уменьшенное, обратное изображение рассматриваемого предмета.
13 13 Аккомодация глаза Аккомодация – способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на более далеком расстоянии.
14 14 Расстояние наилучшего зрения Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см.
15 15 Нормальный глаз Нормальный глаз собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке глаза.
16 16 Дефекты зрения. Близорукость – недостаток зрения, при котором параллельные лучи после преломления в глазу собираются не на сетчатке, а ближе к хрусталику.
17 17 Причины близорукости. Избыточная оптическая сила глаза. Удлинение глаза вдоль его оптической оси.
18 18 Дефекты зрения. Дальнозоркость – недостаток зрения, при котором параллельные лучи после преломления в глазу сходятся под таким углом, что фокус оказывается расположенным не на сетчатке, а за ней.
19 19 Причины дальнозоркости. Понижение оптической силы глаза. Уменьшение длины глаза вдоль его оптической оси.
20 20 Исправление дефектов зрения Для исправления близорукости применяют очки с рассеивающими (вогнутыми) линзами.
21 21 Исправление дефектов зрения Для исправления дальнозоркости применяют очки с собирающими (выпуклыми) линзами.
22 22 Чувствительные рецепторы сетчатки глаз. Па́дочки один из двух типов фоторецепторов, периферических отростков светочувствительных клеток сетчатки глаза, названный так за свою цилиндрическую форму. В сетчатке глаза человека содержится приблизительно около 120 миллионов палочек. Размеры их невелики: длина палочек 0,06 мм, диаметр 0,002 мм. Это высокоспециализированные клетки, преобразующие световые раздражения в нервное возбуждение. Ко́лбочки один из двух типов фоторецепторов, периферических отростков светочувствительных клеток сетчатки глаза, названный так за свою коническую форму. Это высокоспециализированные клетки, преобразующие световые раздражения в нервное возбуждение.
23 23 Диоптрическая система глаза. Главная оптическая ось глаза. Зрительная сенсорная система включает в себя фоторецепторы: падочки и колбочки, сосредоточенные в сетчатке глаза, а так же различные вспомогательные элементы системы, не участвующие в переработке зрительной информации, но способствующие световосприятию. Важнейшим элементом световосприятия является диоптрическая система глаза, который состоит из роговицы, кристаллика, камерной влаги и стекловидного тела. Преломляя свет, эти элементы обеспечивают формирование изображения на сетчатке глаза. Отрезок прямой, проходящий через геометрический центр хрусталика и роговицы, называется главной оптической осью глаза. Изображение, в области желтого пятна сетчатки, формируется за счет постоянного показателя преломления роговицы, стекловидного тела и камерной влаги и изменяющегося кривизны поверхности хрусталика. В результате на сетчатке формируется действительное уменьшенное обратное изображение предмета.
24 24 Рефракция Рефракция- это преломляющаяся или оптическая сила диоптрической системы, равная обратной величине фокусного расстояния хрусталика. Оптическая сила хрусталика изменяется в зависимости от его радиуса:
25 25 Рефракция Физическая Физиологическая Клиническая Физическая рефракция равна алгебраической сумме хрусталика, роговицы, камерной влаги и стекловидного тела:
26 26 Анномадация Приспособление глаза к оптическому резкому изображению предметов, находящихся на разном расстоянии от глаза, называется анномодацией и осуществляется за счет изменения радиуса кривизны хрусталика. При помощи сокращения соответствующих мышц глаза, рефракция хрусталика изменяется:
27 27 Биофизический механизм восприятия света. Свет, сфокусированный диоптрической системой на сетчатке, возбуждает фоторецепторы. Падочки и колбочки расположены на дне сетчатки, которые прилегают к сосудистой оболочке глаза, они непосредственно контактируют с пигментным эпителием. Общее число рецепторов глаза : 1,25 * 108 и 106 колбочек. Падочки состоят из внутреннего и наружного сегмента, диаметр 2 мкм, а длинна мкм причем наружный сегмент равен мкм. Внутри наружного сегмента находиться до 100 органелл, диаметр которых почти совпадает с диаметром наружного сегмента, а толщина лишь нм, поэтому эти органеллы – диски. Мембрана, образующая диски, называется фоторецепторной и обладает рядом существующих отличий по сравнению с мембранами клеток, хотя основу составляют липиды и белки. Однако. Основным белковым компонентом дисковых мембран является особый белок-родопсин, составляющий до 90% всех белков мембраны и более 40 липидов, образующих дисковую мембрану приходится на полиненасыщенные жирные кислоты, которые обеспечивают гидрофобному бимолекулярному каркасу дополнительную подвижность, 75% поверхности мембраны дисков приходиться на мембраны, а 25 % на родопсин.
29 29 Приложение biofizike/ biofizika-organov-zreniya.html biofizike/ biofizika-organov-zreniya.html biofizike/ biofizika-organov-zreniya.html biofizike/ biofizika-organov-zreniya.html fotoretseptornykh-kletok-retseptornye-potentsialy fotoretseptornykh-kletok-retseptornye-potentsialy fotoretseptornykh-kletok-retseptornye-potentsialy fotoretseptornykh-kletok-retseptornye-potentsialy Вит В.В. Строение зрительной системы человека, 2003 Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. –М.: Просвещение, 1974
32 32 Гигиена зрения. 1. Читайте только при хорошем освещении. 2. При дневном свете рабочий стол должен стоять так, чтобы окно находилось слева. 3. При искусственном освещении настольная лампа должна находиться слева и быть обязательно прикрытой абажуром. 4. Не следует смотреть телевизор слишком долго. 5. После каждых минут работы на компьютере необходима пауза
33 33 Это прямые или нет?
34 34 Иллюзия У.Эренштейна
35 35 Девушка или старуха?
36 36 Тут одно лицо или два?
37 37 Классический пример соотношения фигуры и фона. Можно увидеть как вазу, так и два лица.
40 40 Интересно, что… У орла очень высокая острота зрения. Он может увидеть зайца с высоты 3 километров. У самого большого в мире животного (голубого кита) – самые большие глаза. Они у него величиной с футбольный мяч – около 23 см в поперечнике Сидя в засаде, лягушка видит только движущиеся предметы: насекомых или своих врагов. В зависимости от размера предмета, она нападает или удирает. Глаза хамелеона могут вращаться в разные стороны независимо друг от друга и передавать две картинки в мозг. А уж дальше хамелеон решает, куда ему двигаться. У пауков-скакунов восемь глаз: два больших и шесть маленьких. Большие снабжены мышцами и позволяют пауку следить за добычей, оставаясь неподвижным. А маленькие расположены так, что паук замечает все происходящее сзади и сверху.
Глаз
Сенсорная часть сетчатки
Фоторецепторы(колбочки и палочки)
Строение колбочек и палочек
Дальтонизм. История термина
Смешение цветов
Трихроматичность
Теория цветного зрения
Цветное зрение с точки зрения физики
Цветное зрение с точки зрения нелинейной теории
Цветное зрение с точки зрения биологии
Теория оппонентных цветов
Зонная теория
Причины нарушения цветового зрения
Аномалии цветового зрения
Полная цветовая слепота
Нарушения палочкового аппарата
Диагностика цветового зрения
Биофизика восстановления цвета
10 Список литературы
Файлы: 1 файл
реферат по биофизике (1).docx
В области желтого пятна "синие" колбочки встречаются редко (3-5% от общего числа фоторецепторов) и лежат изолированно либо полностью отсутствуют в зоне пика наибольшей плотности колбочек. Диаметр этой зоны равен 1000 мкм (0,35 градуса). Пик плотности "синих" колбочек (более 2000 в мм) выявлен в области фовеального склона (около 12%) в зоне шириной 0,1-0,3 мм.
Внутренние сегменты фоторецепторов.
Ультраструктурная организация внутренних сегментов палочек и колбочек одинаковая, за исключением того, что в колбочках значительно больше митохондрий. Внутренние сегменты обоих видов фоторецепторов имеют цилиндрическую форму и состоят из двух частей - наружной (эллипсоид) и внутренней (миоид). В эллипсоидной части содержится большое количетво митохондрий, гладкая эндоплазматическая сеть, свободные рибосомы, нейротрубочки и гранулы гликогена. Миоидная область является центром белкового синтеза. По этой причине в ней содержится шероховатая эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, микротрубочки, микрофиламенты и гранулы гликогена. Таким образом, основной функцией этой части фоторецептора является обеспечение метаболических и синтетических функций клетки.
Наружная поверхность миоидной части фоторецепторов покрыта воловоподобными цитоплазматическими отростками клеток Мюллера, формирующих "корзины Шульца". Благодаря этому никакого контакта между клетками нет. Отростки клеток Мюллера участвуют также в регуляции состава внеклеточной среды фоторецепторов и служат для жесткой пространственной фиксации палочек и колбочек.
Наружные волокна - дендритоподобные отростки, соединяющие внутренние сегменты с телом фоторецептора. Их длина различается в палочках и колбочках в зависимости от расположения в сетчатке. Содержат множество микротрубочек и несколько митохондрий.
Тело клетки (сома) - эта область включает в себя ядро, размер которого в палочках меньше. Вокруг ядра цитоплазма формирует относительно узкую щель, включающую небольшое число органелл.
Внутренние волокна - аксоноподобные образования, содержащие митохондрии, везикулы, свободные рибосомы, нейрофиламенты и микротрубочки. В области желтого пятна и вокруг него внутренние волокна колбочек расположены косо, а за пределами макулы образуют почти горизонтальный слой (волокна Хенле).
Cферулы палочек и "ножки" колбочек по сути являются местом синаптических контактов фоторецепторов с биполярными и горизонтальными клетками, а также друг с другом.
Внутренние волокна (аксоны) палочек заканчиваются в наружном сетчатом (плексиформном) слое грушевидным или овальными окончаниями - сферулами. Аксоны колбочек образуют более широкие, уплощенные "ножки". Оба типа окончаний формируют множественные соединения с биполярными и горизонтальными нейронами, нейриты которых приходят из внутреннего ядерного слоя и, во многих случаях, глубоко погружаются в основание сферулы или "ножки".
Cферулы палочек . Синаптический комплекс палочек состоит из самой сферулы, синаптической ленты и постсинаптических отростков, принадлежащих горизонтальным или биполярным клеткам. Кроме того, сферулы посредством щелевых соединений соединяются со сферулами или "ножками" других палочек и колбочек. Основание сферулы глубоко вогнуто и вмещает в своей полости триаду - характерное синаптическое устройство, содержащее многочисленные синаптические пузырьки и синаптическую ленту, направленную на комбинацию из одного или больше дендритов центральных биполяров, окруженных двумя аксонами HI горизонтальных клеток. Это устройство обеспечивает комплексное синаптическое взаимодействие между тремя видами клеток за счет возбуждающих и тормозящих воздействий. Синаптическая летна представляет собой перпендикуляр, проходящий через пресинаптическую мембрану и состоящий из трех электронноплотных слоев толщиной 12 мкм каждый. Сферулы палочек содержат только две синаптические ленты, которые ассоциируются с двумя боковыми элементами - окончаниями аксонов горизонтальных клеток и двумя дендритами биполярных клеток палочек.
С одной сферулой палочки может входить в контакт несколько различных горизонтальных клеток (1-4) и 4 биполярные клетки. В то же время каждая биполярная клетка контактирует с 50 палочками вне фовеолы и несколькими сотнями палочек - по периферии. Эти различия в характере межнейронных связей соответствуют различиям в разрешающей способности зрительной системы.
Схематическое изображение синаптических тел колбочек и палочек
"Ножки" колбочек. Это более обширный комплекс: он объединяет в себе 20-30 синаптических вдавлений на "ножку". Каждое синаптическое вдавление объединяет в себе три нейрона - типичная триада, состоящая из аксона биполяра колбочки ("ON"-биполяры) и двух обнимающих его дендрита разных горизонтальных клеток. Один аксон может входить в контакт с одной и то же колбочкой в 10-25 различных точках. Одна "ножка" колбочки контактирует с одной биполярной клеткой, которая, в свою очередь, имеет контакты с 6-8 горизонтальными клетками. Такая ножка имеет также множество небольших поверхностных вдавлений (так называемых базальных соединений), которые контактируют с плоской диффузной колбочковой биполярной клеткой ("OFF"-биполяры). Подобный тип синапсов биполярных клеток формируется сразу с 6 колбочками. Каждая "ножка" может иметь соединения с двумя карликовыми и 15 диффузными биполярными клетками.
Кроме биполярных и горизонтальных клеток, фоторецепторы контактируют и между собой. Происходит это благодаря щелевидным контактам. От "ножки" колбочки отходят тонкие отростки (телодендриты), которые подходят к сферулам палочек и "ножкам" других колбочек и формируют так называемый "электрический контакт", где передача импульса осуществляется без нейротрансмиттера. На одной сферуле палочки определяется 3-5 подобных контактов. Одна "ножка" колбочки может иметь до 10 контактов с соседними палочками. "Ножки" S-колбочек не содержат такого большого количества контактов. По этой причине "синие" колбочки довольно изолированы.
Функциональное значение приямой электрической связи между различными типами фоторецепторов не совсем понятно. Первоначально предполагалось, что такие связи разрушают пространственную интеграцию фоторецепторов и, соответственно, возможность анализа работы цветового зрения, смешивая информацию, полученную от палочек и колбочек. Тем не менее, на основании многих исследований установлено, что колбочки, благодаря этим связям, могут нести информацию палочек
Трансформации световой энергии.
Световой луч проходит через прозрачную роговую оболочку , далее световой луч проходит через переднюю камеру глаза — пространство, заполненное бесцветной прозрачной жидкостью. Глубина ее в среднем 3 миллиметра. Задней стенкой передней камеры является радужная оболочка, придающая цвет глазу, в центре ее находится круглое отверстие — зрачок. При осмотре глаза он нам кажется черным. Благодаря мышцам, заложенным в радужной оболочке, зрачок может изменять свою ширину: сужаться на свету и расширяться в темноте. Это как бы диафрагма фотоаппарата, которая автоматически ограждает глаз от поступления большого количества света при ярком освещении и, наоборот, при пониженном освещении, расширяясь, помогает глазу улавливать даже слабые световые лучи. После прохождения через зрачок луч света попадает на своеобразное образование, которое называется хрусталиком. Его легко себе представить — это чечевицеобразное тело, напоминающее обычную лупу. Свет может свободно проходить через хрусталик, но при этом он преломляется так же, как по законам физики преломляется световой луч, проходящий через призму, т. е. отклоняется к основанию.
Мы можем себе представить хрусталик, как две призмы, сложенные основаниями. Хрусталик обладает еще одной чрезвычайно интересной особенностью: может изменять свою кривизну. По краю хрусталика прикрепляются тонкие нити, называемые цинновыми связками, которые другим своим концом сращены с ресничной мышцей, находящейся за корнем радужной оболочки. Хрусталик стремится принять шарообразную форму, но этому мешают натянутые связки. При сокращении ресничной мышцы связки расслабляются, и хрусталик становится более выпуклым. Изменение кривизны хрусталика не остается бесследным для зрения, так как лучи света в связи с этим изменяют степень преломления. Это свойство хрусталика изменять свою кривизну, как мы увидим ниже, имеет очень большое значение для зрительного акта.
После хрусталика свет проходит через стекловидное тело, заполняющее всю полость глазного яблока. Стекловидное тело состоит из тонких волокон, между которыми находится бесцветная прозрачная жидкость, обладающая большой вязкостью; эта жидкость напоминает расплавленное стекло. Отсюда и произошло его название — стекловидное тело.
. Внутренние и наружные сегменты фоторецепторов являются местом трансформации световой энергии в нервный импульс. Это раздражение передается по сетчатке на слой нервных волокон, из которых составляется зрительный нерв. Зрительный нерв через специальное отверстие проходит в полость черепа. Здесь зрительные волокна проделывают длинный и сложный путь и в конечном итоге заканчиваются в затылочной части коры головного мозга. Эта область является высшим зрительным центром, в котором и воссоздается зрительный образ, точно соответствующий рассматриваемому предмету.
Впервые случай цветовой слепоты описан Пристли и датирован 1777г. Последующие наблюдения показали что у людей с цветовой слепотой функция глаза сохранена в полной мере во всех отношениях, кроме ощущения цветов.
Дальтонизм назван в честь Джона Дальтона, который впервые дал широкодоступное описание одного из видов цветовой слепоты,на основании собственных ощущений, в 1794 году. Дальтон с рождения не различал некоторые оттенки красного и зеленого цвета, но не осознавал этого до 26 лет. Позже Дальтон исследовал свой семейный дефект зрения( у него в семье были еще 2 брата, которые страдали цветоанамалией в красной области), и подробно описал в небольшой книге. Позже были обнаружены другие аномалии цветового зрения, и тогда им дали соответствующие названия:мужчин, у которых отсутствует красный пигмент- это протанопические дихроматы ( от греч.- первый),а те у кого отсутствует зеленый пигмент-дейтеранопические дихроматы (от греч. – второй). Люди с дефектом синего пигмента в колбочках встречаются крайне редко(такой дефект называется тританопией), так же как и люди у которых полностью отсутствует цветное зрение, т.е. когда человек плохо видит все три цвета.
5. Смешение цветов
а (красный, 671) + b (зеленый, 546) ~ c (желтый, 589) (1)
Символ ~ означает эквивалентность ощущения и не имеет математического смысла, a, b и c – коэффициенты освещенности. Для человека с нормальным цветовым зрением для красной составляющей коэффициент должен быть взят примерно равным 40, а для зеленой составляющей – примерно 33 относительным единицам (если за 100 единиц взять освещенность для желтой составляющей).
Если взять два монохроматических световых стимула, один в диапазоне от 430 до 555 нм, а другой в диапазоне от 492 до 660 нм, и смешать их аддитивно, то цветовой тон получившейся цветовой смеси либо будет белым, либо будет соответствовать чистому цвету с длиной волны между длинами волн смешиваемых цветов. Однако, если длина волны одного из монохроматических стимулов превышает 660, а другого – не достигает 430 нм, то получаются пурпурные цветовые тона, которых в спектре нет.
Белый цвет. Для каждого цветового тона на цветовом круге имеется такой другой цветовой тон, который при смешении дает белый цвет. Константы (весовые коэффициенты a и b) уравнения смешения
Субтрактивное смешение цветов. Оно отличается от аддитивного смешения цветов тем, что является чисто физическим процессом. Если белый цвет пропустить через два фильтра с широкой полосой пропускания – сначала через желтый, а затем через голубой, – то получившаяся в результате субтрактивная смесь будет иметь зеленый цвет, поскольку световые лучи только зеленого цвета могут пройти через оба фильтра. Художник, смешивая краски, производит субтрактивное смешение цветов, поскольку отдельные гранулы красок действуют как цветные фильтры с широкой полосой пропускания.
Для нормального цветового зрения любой заданный цветовой тон (F4) может быть получен путем аддитивного смешения трех определенных цветовых тонов F1-F3. Это необходимое и достаточное условие описывается следующим уравнением цветоощущения:
Согласно международной конвенции, в качестве первичных (главных) цветов F1, F2, F3, которые могут использоваться для построения современных цветовых систем, выбраны чистые цвета с длинами волн 700 нм (красный цвет), 546 нм (зеленый цвет) и 435 нм (голубой). Для получения белого цвета при аддитивном смешивании весовые коэффициенты этих основных цветов (a, b и c) должны быть связаны следующим соотношением:
a + b + c + d = 1 (4)
Цвета, используемые в цветном телевидении, получаются путем аддитивного смешения трех цветов, выбранных по аналогии с уравнением (3).
7.Теории цветного зрения
7.1. Цветное зрение с точки зрения физики
7.2 Цветное зрение с точки зрения нелинейной теории
В 1975 году появилась нелинейная теория цветного зрения советского ученого С.Раменко, предполагающая наличие в глазе человека только двух типов светочувствительных элементов- одного типа палочек и всего одного типа колбочек, содержащих в себе пигменты светочувствительных сразу к нескольким областям спектра,а также нелинейность процессов формирования сигналов цветности. В отличие от всех остальных существующих на сегодня теорий она единственная,которая так объясняет механизмы обработки сигналов рецепторами,поддержание баланса белого цвета и моделирует работу глаза в целом.
Человеческий глаз - замечательное достижение эволюции и отличный оптический инструмент. Порог чувствительности глаза близок к теоретическому пределу, обусловленному квантовыми свойствами света, в частности дифракцией света. Диапазон воспринимаемых глазом интенсивностей составляет , фокус может быстро перемещаться от очень короткого расстояния до бесконечности.
Глаз является системой линз, которая формирует перевернутое действительное изображение на светочувствительной поверхности. Глазное яблоко имеет приблизительно сферическую форму с диаметром около 2, 3см. Внешняя его оболочка является почти волокнистым непрозрачным слоем, называемым склерой. Свет поступает в глаз через роговицу, представляющую собой прозрачную оболочку на внешней стороне поверхности глазного яблока. В центре роговицы расположено цветное кольцо – радужкой (радужная оболочка) со зрачком посредине. Они действуют подобно диафрагме, осуществляя регуляцию поступления света в глаз.
Хрусталик представляет собой линзу, состоящую из волокнистого прозрачного материала. Его форма и, следовательно, фокусное расстояние могут изменяться с помощью цилиарных мышц глазного яблока. Пространство между роговицей и линзой заполнено водянистой жидкостью и называется передней камерой. За линзой расположено прозрачное желеобразное вещество, называемое стекловидным телом.
Внутренняя поверхность глазного яблока покрыта сетчаткой, которая содержит многочисленные нервные клетки - зрительные рецепторы: палочки и колбочки, которые отвечают на зрительные раздражения, генерируя биопотенциалы. Наиболее чувствительной областью сетчатки является желтое пятно, где содержится наибольшее число зрительных рецепторов. Центральная часть сетчатки содержит только плотно упакованные колбочки. Глаз вращается, чтобы рассмотреть изучаемый объект.
Рис. 1. Глаз человека
Преломление в глазе
Глаз является оптическим эквивалентом обычной фотографической камеры. В нем есть система линз, апертурная система (зрачок) и сетчатка, на которой фиксируется изображение.
Система линз глаза сформирована из четырех преломляющих сред: роговицы, водяной камеры, хрусталика, стеклянного тела. Показатели их преломления не имеют значительных отличий. Они составляют 1, 38 для роговицы, 1, 33 для водяной камеры, 1, 40 для хрусталика и 1, 34 для стекловидного тела (рис. 2).
Рис. 2. Глаз как система преломляющих сред (числа являются показателями преломления)
В этих четырех преломляющих поверхностях происходит преломление света: 1) между воздухом и передней поверхностью роговицы; 2) между задней поверхностью роговицы и водяной камерой; 3) между водяным камерой и передней поверхностью хрусталика; 4) между задней поверхностью хрусталика и стекловидным телом.
Наиболее сильное преломление происходит на передней поверхности роговицы. Роговица имеет небольшой радиус кривизны, и показатель преломления роговицы в наибольшей степени отличается от показателя преломления воздуха.
Преломляющая способность хрусталика меньше, чем у роговицы. Она составляет около одной трети общей преломляющей мощности систем линз глаза. Причина этого различия в том, что жидкости, окружающие хрусталик, имеют показатели преломления, которые существенно не отличаются от показателя преломления хрусталика. Если хрусталик удалить из глаза, окруженный воздухом он имеет показатель преломления почти в шесть раз больший, чем в глазе.
Хрусталик выполняет очень важную функцию. Его кривизна может изменяться, что обеспечивает тонкое фокусирование на объекты, расположенные на различных расстояниях от глаза.
Редуцированный глаз
Редуцированный глаз является упрощенной моделью реального глаза. Он схематически представляет оптическую систему нормального глаза человека. Редуцированный глаз представлен единственной линзой (одной преломляющей средой). В редуцированном глазе все преломляющие поверхности реального глаза суммируются алгебраически, формируя единственную преломляющую поверхность.
Редуцированный глаз позволяет провести простые вычисления. Общая преломляющая способность сред составляет почти 59 диоптрий, когда линза аккомодирована на зрение отдаленных объектов. Центральная точка редуцированного глаза лежит впереди сетчатки на 17 миллиметров. Луч из любой точки объекта приходит в редуцированный глаз и проходит через центральную точку без преломления. Так же, как стеклянная линза формирует изображение на листе бумаги, система линз глаза образует изображение на сетчатке. Это уменьшенное, действительное, перевернутое изображение объекта. Головной мозг формирует восприятие объекта в прямом положении и в реальном размере.
Аккомодация
Для ясного видения объекта необходимо, чтобы после преломления лучей, изображение формировалось на сетчатке. Изменение преломляющей силы глаза для фокусировки близких и отдаленных объектов называется аккомодацией.
Наиболее отдаленная точка, на которую фокусируется глаз, называется дальней точкой видения - бесконечность. В этом случае параллельные лучи, входящие в глаз, фокусируются на сетчатку.
Объект виден в деталях, когда он установлен как можно ближе к глазу. Минимальное расстояние четкого видения – около 7 см при нормальном зрении. В этом случае аппарат аккомодации находится в максимально напряжённом состоянии.
Точка, расположенная на расстоянии 25см, называется точкой наилучшего видения, поскольку в данном случае различимы все детали рассматриваемого объекта без максимального напряжения аппарата аккомодации, вследствие чего глаз может длительное время не утомляться.
Если глаз сфокусирован на объект в ближней точке, он должен отрегулировать свое фокусное расстояние и увеличить преломляющую силу. Этот процесс происходит путем изменений формы хрусталика. Когда объект подносят ближе к глазу, форма хрусталика изменяется от формы умеренно выпуклой линзы в форму выпуклой линзы.
Хрусталик образован волокнистым желеобразным веществом. Он окружен прочной гибкой капсулой и имеет специальные связки, идущие от края линзы к внешней поверхности глазного яблока. Эти связки постоянно напряжены. Форма хрусталика изменяется цилиарной мышцей. Сокращение этой мышцы уменьшает натяжение капсулы хрусталика, он становится более выпуклым и из-за естественной эластичности капсулы принимает сферическую форму. И наоборот, когда цилиарная мышца полностью расслаблена, преломляющая сила линзы наиболее слабая. С другой стороны, когда цилиарная мышца находится в максимально сокращенном состоянии, преломляющая сила линзы становится наибольшей. Этот процесс управляется центральной нервной системой.
Рис. 3. Аккомодация в нормальном глазе
Старческая дальнозоркость
Преломляющая сила хрусталика может увеличиваться от 20 диоптрий до 34 диоптрий у детей. Средняя аккомодация составляет 14 диоптрий. В результате общая преломляющая сила глаза составляет почти 59 диоптрий, когда глаз аккомодирован для дальнего зрения, и 73 диоптрия - при максимальной аккомодации.
При старении человека хрусталик становиться более толстым и менее эластичным. Следовательно, способность линзы изменять свою форму уменьшается с возрастом. Сила аккомодации уменьшается от 14 диоптрий у ребенка до менее 2 диоптрий в возрасте от 45 до 50 лет и становится равной 0 в возрасте 70 лет. Поэтому линза почти не аккомодируется. Это нарушение аккомодации называется старческой дальнозоркостью. Глаза при этом сфокусированы всегда на постоянном расстоянии. Они не могут аккомодироваться как для ближнего, так и дальнего зрения. Следовательно, чтобы видеть ясно на различных расстояниях, старый человек должен носить бифокальные очки с верхним сегментом, сфокусированным для дальнего видения, и более низким сегментом, сфокусированным для ближнего видения.
Ошибки преломления
Эмметропия. Считается, что глаз будет нормальным (эмметропичным), если параллельные световые лучи с отдаленных объектов фокусируются в сетчатку при полном расслаблении цилиарной мышцы. Такой глаз видит ясно отдаленные объекты, когда расслаблена цилиарная мышца, то есть без аккомодации. При фокусировании объектов ближнего диапазона расстояний в глазе сокращается цилиарная мышца, обеспечивая подходящую степень аккомодации.
Рис. 4. Преломление параллельных световых лучей в глазе человека.
Гиперметропия (гиперопия). Гиперметропия также известна как дальнозоркость. Она обусловлена либо малым размером глазного яблока, либо слабой преломляющей силой системы линз глаза. В таких условиях параллельные световые лучи не преломляются системой линз глаза достаточно для того, чтобы фокус (соответственно изображение) находился на сетчатке. Для преодоления этой аномалии цилиарная мышца должна сократиться, увеличив оптическую силу глаза. Следовательно, дальнозоркий человек способен фокусировать отдаленные объекты на сетчатке, используя механизм аккомодации. Для видения более близких объектов мощности аккомодации не хватает.
При небольшом резерве аккомодации дальнозоркий человек часто не способный аккомодировать глаз достаточно для фокусирования не только близких, но даже отдаленных объектов.
Для коррекции дальнозоркости необходимо увеличить преломляющую силу глаза. Для этого используют выпуклые линзы, которые добавляют преломляющую силу к силе оптической системе глаза.
Миопия. При миопии (или близорукости) параллельные световые лучи с отдаленных объектов фокусируются перед сетчаткой, несмотря на то, что цилиарная мышца полностью расслаблена. Это бывает из-за слишком длинного глазного яблока, а также вследствие слишком высокой преломляющей силы оптической системы глаза.
Нет механизма, с помощью которого глаз мог бы уменьшить преломляющую силу своего хрусталика менее, чем возможно при полном расслаблении цилиарной мышцы. Процесс аккомодации приводит к ухудшению видения. Следовательно, человек с миопией не может фокусировать отдаленные объекты на сетчатку. Изображение может сфокусироваться только, если объект находится достаточно близко от глаза. Следовательно, у человека с миопией ограничена дальняя точка ясного видения.
Известно, что лучи, проходящие через вогнутую линзу, преломляются. Если преломляющая сила глаза слишком велика, как при миопии, иногда она может быть нейтрализована вогнутой линзой. Используя лазерную технику, можно также откорректировать слишком большую выпуклость роговицы.
Астигматизм. В астигматическом глазе преломляющая поверхность роговицы является не сферической, а эллипсоидальной. Это происходит из-за слишком большой кривизны роговицы в одной из своих плоскостей. В результате световые лучи, проходящие через роговицу в одной плоскости, не преломляются так же сильно, как лучи, проходящие через нее в другой плоскости. Они не собираются в общем фокусе. Астигматизм не может компенсироваться глазом с помощью аккомодации, но корректировать его можно с помощью цилиндрической линзы, которая исправит ошибку в одной из плоскостей.
Коррекция оптических аномалий контактными линзами
Недавно для коррекции различных аномалий зрения стали использовать пластические контактные линзы. Они устанавливаются против передней поверхности роговицы и фиксируются тонким слоем слез, который заполняет пространство между контактной линзой и роговицей. Жесткие контактные линзы делают из жесткой пластмассы. Их размеры составляют 1мм в толщину и 1см в диаметре. Также существуют мягкие контактные линзы.
Контактные линзы заменяют роговицу как внешнюю сторону глаза и почти полностью аннулируют долю преломляющей способности глаза, которая происходит в норме на передней поверхности роговицы. При использовании контактных линз передняя поверхность роговицы не играет значимой роли в преломлении глаза. Основную роль начинает выполнять передняя поверхность контактной линзы. Особенно важно это у лиц с ненормально сформированной роговицей.
Другой особенностью контактных линз является то, что, поворачиваясь вместе с глазом, они дают более широкую область ясного видения, чем это делают обычные очки. Они являются также более удобными в использовании для художников, спортсменов и т.п.
Острота зрения
Способность человеческого глаза ясно видеть мелкие детали ограничена. Нормальный глаз может различать различные точечные источники света, расположенные на расстоянии 25 секунд дуги. То есть, когда световые лучи с двух отдельных точек попадают в глаз под углом более 25 секунд между ними, они видны в качестве двух точек. Лучи с меньшим угловым разделением не могут быть различены. Это означает, что человек с нормальной остротой зрения может различить две точки света на расстоянии 10 метров, если они друг от друга находятся на расстоянии 2 миллиметра.
Рис. 7. Максимальная острота зрения для двух точечных источников света.
Наличие этого предела предусмотрено структурой сетчатки. Средний диаметр рецепторов в сетчатке составляет почти 1, 5 микрометров. Человек может нормально различить две отдельные точки, если в сетчатке расстояние между ними составляет 2 микрометра. Таким образом, чтобы различать два небольших объекта, они должны возбудить две разных колбочки. По крайней мере, между ними один будет находиться 1 невозбужденная колбочка.
Строение
глаза
Глазное яблоко имеет
почти сферическую
форму. Его диаметр
около 2,3 cm.
Снаружи глаз покрыт защитной оболочкой белого цвета – склерой. Передняя
прозрачная часть глазного яблока называется роговицей. На некотором расстоянии позади нее расположена радужная оболочка, окрашенная пигментом. Отверстие в радужной оболочке представляет собой зрачок.
Между роговицей и радужной оболочкой находится передняя камера,
а позади радужной оболочки –задняя камера. Они заполнены водянистой влагой. Хрусталик – эластичное линзоподобное тело. Он
прикреплен к ресничному телу.
Остальная часть глаза заполнена
стекловидным телом. Задняя поверхность глазного яблока покрыта
изнутри сетчатой оболочкой, В
ней расположены нервные клетки, а
также палочки и колбочки, которые являются светочувствительными рецепторами..
• На сетчатке глаза создается действительное,
умень-шенное и перевернутое изображение
объекта.
Редуцированный глаз – упрощенная модель реального глаза
Аккомодация
Роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую
систему, оптический центр которой расположен на расстоянии около 5 мм от
роговицы. При расслабленной цилиарной мышце оптическая сила глаза
приблизительно равна 59 Д, при максимальном напряжении мышцы – 70 Д.
Основная особенность глаза
как оптического инструмента
состоит в способности
рефлекторно изменять
оптическую силу глазной
оптики в зависимости от
положения предмета. Такое
приспособление глаза к
изменению положения
наблюдаемого предмета
называется аккомодацией.
Аккомодация происходит
благодаря изменению кривизны хрусталика за счет
сокрашения цилиарной
мышцы.
Length of Eyeball + Curvature of
Миопия (близорукость):
Cornea
Осевая миопия: увеличенное в длину глазное яблоко
Рефракционная миопия: роговица слишком выпуклая
Лечение миопии
Собирающие линзы,
обычные и контактные .
Лазерная хирургия:
удаление ткани роговицы в
центре, чтобы уменьшить ее
кривизну
Лечение дальнозоркости:
• рассеивающие линзы обычные и контактные.
лазерная хирургия: удаление ткани роговицы
со сторон, чтобы увеличить кривизну
Палочки и колбочки
Темный пигментный слой
поглощает рассеянный
свет и уменьшает
отражение.
Палочки и колбочкирецепторные клетки,
расположенные на
сетчатке
неравномерно(палочки
на периферии,колбочки
в центре)
. являются селективными
световыми рецепторами
Фоторецепторы : палочки и
колбочки
• Имеются два типа фоторецепторов на сетчатке глаза- палочки
и колбочки.
• Палочки служат для восприятия света и контрастности
изображения и гораздо более чувствительны, чем колбочки.
Их в 20 раз больше, чем колбочек. Палочки содержат
светочувствительный пигмент родопсин .
• Колбочки обеспечивают цветное зрение и восприятие
зрительных образов при ярком освещении.
Палочки и колбочки состоят из наружного сегмента, содержащего
светочувствительные зрительные пигменты в дисках, и внутреннего
сегмента, содержащего клеточные органеллы..
Адаптация глаза к свету и темноте
Адаптация глаза — приспособление глаза к меняющимся условиям
освещения.
При переходе от яркого света в полную темноту происходит темновая
адаптация.
При темновой адаптации чувствительность глаз возрастает
вначале быстро, а затем более медленно.
Процесс занимает несколько часов, и уже к концу первого часа чувствительность глаза увеличивается , так что зрительный анализатор оказывается
способным различить изменения яркости очень слабого источника света.
Переход от темноты к свету называют
световой адаптацией.
Световая адаптация происходит значительно
быстрее и занимает при средних яркостях 1-3
минуты.
Читайте также: