Inimsilm kui optiline süsteem. Kuidas meie silmad on

Nägemine ja kuulmine on inimestel palju paremini arenenud kui haistmismeel. Valgustundlikud ja helisid püüdvad rakud kogunevad meisse, nagu kõikidesse kõrgelt arenenud loomadesse, spetsiaalsetesse organitesse - silmadesse ja kõrvadesse.

Nagu kaameral, on ka meie silmal "läätse aken" (sarvkest), diafragma (iiris), "reguleeritav lääts" (kristalllääts) ja valgustundlik kiht (võrkkest, mis asub silma tagaosas). Võrkkesta rakud saadavad signaale mööda nägemisnärvi ajukooresse.

Inimese silmas on kahte tüüpi valgustundlikke rakke: vardad ja koonused. Vardad eristavad tumedat ja heledat. Käbid tajuvad värvi. Mõlemat tüüpi rakud asuvad võrkkestal – õhukesel sisemembraanil, millesse tungivad läbi veresooned silmamuna. Üldiselt koosneb silmamuna mitmest tihedast sidekoe kihist, mis annavad sellele kuju.

Tänu läätsele peegeldub võrkkestale tagurpidi kõik, mida näeme. Aju aga parandab moonutatud pilti. Üldiselt kohaneb ta kõigega kergesti. Kui keegi otsustab nädalaid järjest pea peal seista, hakkab ta peagi ümberpööratud piltide asemel taas nägema tavalisi, "jalgadele pandud" pilte.

1. Nägemisnärv; 2. Lihas; 3. eesmine luu; 4. Sarvkest; 5. Lihas

Silmamuna esiosa – sarvkest – on läbipaistev, nagu klaas: see laseb valgust silma. Seejärel haarab valguse silma "diafragma" – iiris – ja kogub valgusvihku. Iirise pigmendirakud annavad silmadele teatud värvi.Kui pigmenti on palju, värvuvad silmad Pruun värv, kui see on väike või üldse mitte - rohekashallides ja sinistes toonides. Seejärel siseneb valgus pupilli, iirise auku, mida ümbritsevad kaks väikest lihast. Ereda valguse käes ahendab üks lihas pupilli, teine ​​laiendab seda, kui see on tume. Pärast pupilli möödumist langevad valguskiired otse läätsele – elastsele organile, mis püüab pidevalt palli kuju võtta. Lihasrõngas segab seda: need on pidevalt venitatud ja vähendavad läätse kühmu. Seega muudab objektiiv kergesti oma kumerust. Seetõttu langevad valguskiired täpselt võrkkesta varraste ja koonustega täpilisele kihile ning me näeme objekte selgelt. Kui vaatame lähedalasuvaid objekte, muutub lääts kumeraks ja murrab kiiri tugevamini ning meist kaugel asuvate objektide puhul muutub see lamedamaks ja murrab kiiri nõrgemalt. Vanusega kaotab lääts oma elastsuse. Et häda kuidagi parandada, peame aitama oma loomulikku läätse – läätse – ja kasutama prille.

Sarnaselt kaameraga on silm varustatud "objektiiviakna", "diafragma", "reguleeritava objektiivi" ja fotofilmi meenutava "valgustundliku kihiga". Ainult see kiht on osa silmast endast, selle võrkkestast. Ja ometi näeb inimene rohkem kui kaamera.Ta vaatab ju maailma kahe silmaga. Nii vasak kui ka parem silm näevad objekte erinevalt. Meie aju võrdleb kahte saadud pilti ja hindab nende põhjal nähtu kuju, mistõttu on inimestel ruumiline nägemine. Kuid näiteks kanal on silmad paigutatud pea külgedele ja tal ei ole kolmemõõtmelist nägemist.

Lühinägelikkus ja kaugnägelikkus

Peaaegu iga kolmas kannatab nägemispuude all. Kõige sagedamini esineb lühinägelikkust ja kaugnägelikkust, kuid neid korrigeeritakse väga hästi prillidega või kontaktläätsed. Müoopia tekib silma patoloogia tagajärjel. lühinägelik mees näeb lähedalt selgelt, kuid kaugele vaadates muutub pilt väga uduseks. Kaugnägelikkus on silma normaalse vananemise tagajärg. Alates 40. eluaastast näeme järjest harvemini lähedalt, kuna aastatega kaotab lääts oma painduvuse.

Silm on keeruline ja väga õrn mehhanism. Tema robotit ei mõista bioloogid ikka veel täielikult. Kuigi teadus püüab pidevalt luua midagi inimsilma sarnast. Mõnikord see tõesti toimib. Nüüd on paljudel inimestel mõni seade, mis on oma funktsioonilt, töölt ja ülesehituselt sarnane inimsilmaga - see on kaamera ja videokaamera. Mis on nende seadmete ja meie silma vahel sarnast? Nüüd saame teada.

Inimsilma kuju meenutab ebakorrapärast 2,5 cm läbimõõduga palli ja seda nimetatakse teaduses silmamunaks. Kui me midagi näeme, siseneb valgus meie silma. See valgus pole midagi muud kui peegeldus sellest, mida me vaatame. Valgus tuleb signaalide kujul tagasi silmamuna - võrkkest. Võrkkesta koosneb paljudest kihtidest, kuid peamised osad on vardad ja koonused.

Võrkkestale töödeldakse teavet, mida oleme näinud, ja selle kaudu edastatakse signaal ajju. Selleks, et võrkkest saaks keskenduda vajalikule objektile, on silmas nn lääts. See asub silmamuna ees ning on loomuliku struktuuri ja kujuga. kaksikkumer lääts. Objektiiv teravustab teabe täpselt vajalikule objektile. Üldiselt on lääts silma üks keerukamaid ja "targemaid" osi. Talle kuulub majutus – see on võime muuta oma asendit, suurust ja murdumistugevust paremaks fokuseerimiseks. Objektiiv muudab oma kumerust olenevalt olukorrast – kui meil on vaja lähedalasuvaid objekte näha, siis lääts suurendab kumerust, murrab valgust rohkem ja muutub kumeraks. See aitab kaaluda kõiki üksikasju väikseima detailini.

Kui vaatame kaugel asuvaid objekte, muutub objektiiv tasaseks ja vähendab selle murdumisvõimet. Seda kõike saab ta teha tänu ripslihasele. Aga loomulikult ei saa objektiiv ise hakkama – aitab klaaskeha.
See aine hõivab 2/3 silmamunast ja koosneb tarretiselaadsest koest. Klaaskeha annab lisaks valguse murdumisele ka silmale kuju ja kokkusurumatust. Valgus siseneb läätsesse läbi pupilli. Seda on näha peeglist – see on kõige mustem ring meie silmade keskosas. Pupill saab muuta oma läbimõõtu ja vastavalt juhtida sissetuleva valguse hulka. Iirise lihased aitavad teda selles. Näeme seda ringina pupilli ümber ja nagu me teame, võib see silma osa olla erinevad värvid, seda määravad just vikerkesta pigmendirakud.

Seega muudab õpilane oma suurust sõltuvalt sellele suunatud valguse hulgast. Kui vaatate oma silmi peeglist, näete palju huvitavat. Kui meie silm vaatab eredat valgust, siis pupill tõmbub kokku ega lase seega eredal valgusel siseneda. suurel hulgal sattuda võrkkestale.

Kui keskkond on pime, pupill laieneb. Seega see must ring meie nägemist ei hävita. Sklera asub silma ees valgu kest, 0,3-1 mm läbimõõduga. See silmamuna kiht koosneb valgukiududest ja kollageenirakkudest. Kõvakest kaitseb silma ja täidab toetavat funktsiooni. Selle värvus on valge, teatud piimja varjundiga, ainult keskosas läheb see sarvkestasse - läbipaistvasse kilesse.

Sarvkest asub pupilli ja vikerkesta kohal ning just selles murdub valgus kohe alguses. Valkkatte all on soonkesta, kus asuvad pupill ja iiris. Siin asuvad ka õhukesed verekapillaarid, mille kaudu saab silm verest vajalikke aineid.

Per veresoonte kiht seal on tsiliaarkeha, mis sisaldab ripslihast, mis tähendab, et valgus on selles painutatud. Kõigi nende kestade vahel on tühikud, need on täidetud valgust murdva läbipaistva vedelikuga, mis küllastab silma.

Silma välimised osad on silmalaud - alumised ja ülemised. Need sisaldavad pisaranäärmeid, mille abil silmamuna niisutatakse ja kaitstakse täppide eest. Silmalaugude all on lihased. Neid on ainult 3 paari ja kõik on seotud silma liikumisega - ühed liigutavad silma vasakult paremale, teised üles-alla ja teised pööravad seda mööda telge. Need lihased tõmbavad silma ettepoole, kui vaatate midagi lähedalt ja ümber, kui vaatate kaugele.

Kõik on väga harmooniline ja teravustamise protsessis osalevad absoluutselt kõik silma osad. Kui optilise aparaadiga on midagi valesti, tekivad sellised haigused nagu lühinägelikkus ja hüperoopia. Nende nägemishaiguste puhul ei lange silma sattuv valgus võrkkestale, vaid selle ette või taha jäävale alale. Selliste muutustega silma optilises süsteemis muutuvad lähedal või kaugemal asuvad objektid häguseks.

Müoopiat iseloomustab kõvakesta venitamine edasi-tagasi suunas ning silmamuna on ellipsi kuju. Selle kaudu pikendati telge ja valgus keskendus mitte võrkkestale, vaid selle ette. Selle haigusega inimene kannab läätsi, et vähendada valguse murdumist miinusmärgiga, kuna kõik kaugemal asuvad objektid pole üldse selged. Vastupidi, kaugelenägelikkusega jääb kogu teave võrkkesta taha ja õun ise lüheneb. Kaugnägelikkusega aitavad hästi ainult plussmärgiga prillid.

Seega, olles uurinud kõiki silma põhiosi ja mõistnud, kuidas need töötavad, võime teha mõned järeldused – valguskiir läbi silma sarvkest siseneb võrkkesta, läbides klaaskeha ja läätse, siseneb koonustesse ja vardadesse, mis töötlevad teavet.

Huvitav on see, et võrkkesta tabav pilt pole üldse see, mida näete. Selle suurus on vähendatud ja tagurpidi. Miks me näeme maailma õigesti? Kõike teeb meie aju, kes infot vastu võttes analüüsib seda ning teeb vajalikud parandused ja muudatused. Kuid me hakkame kõike nägema, kuna see on vajalik alles 3 nädala pärast.

Kuni selle vanuseni näevad beebid kõike tagurpidi, alles siis hakkab aju kõike vastavalt vajadusele tagurpidi keerama. Muide, sellel teemal on tehtud palju töid ja palju katsetusi. Nii et näiteks kui inimene paneb ette prillid, mis kõik ümber pööravad, siis algul on inimene üldiselt ruumis ära eksinud, kuid peagi tajub aju tavapäraselt muutusi ja selles tekivad uued koordinatsioonioskused. Pärast selliste prillide äravõtmist ei saa inimene uuesti juhtunust aru ja taastab visuaalse koordinatsiooni ja näeb jälle kõike õigesti. Sellised meie võimalused visuaalne aparaat ja aju visuaalne keskus tõestavad taas inimkeha kõigi süsteemide struktuuri paindlikkust ja keerukust.

Silmad on inimese üks peamisi tööriistu meid ümbritseva maailma kohta teabe hankimiseks. 80–90 protsenti aistingutest saavad inimesed just nägemise kaudu.

Silmade abil tunneb inimene ära objektide kuju ja värvi, saab jälgida nende liikumist ruumis. Ilma nägemiseta sisse kaasaegne maailm elu on piisavalt raske: suur osa sissetulevast teabest on mõeldud visuaalne taju. Inimsilma seade võimaldab sellel olla üks arenenumaid optilisi instrumente.

Mida me näeme?

Nägemisfunktsiooni inimestel ei täida mitte ainult silmad - paarisorgan asub kolju silmakoobastes. osa visuaalne analüsaator hõlmab ka nägemisnärvi ja kogu süsteem abisüsteemid: silmalaud, pisaranäärmed ja silmamuna lihased.

Muide, viimaseid peetakse õigustatult inimkeha üheks kiiremaks lihaseks. Isegi kui pilk on suunatud ühele punktile, võimaldavad need lihased ühe sekundi jooksul silmadel teha üle saja sünkroonse liigutuse.

Silma taga, orbiidi õõnes, on omamoodi rasvkoe "puhver" ja silmamuna suletud osi kaitseb sidekesta - silma limaskesta, millesse tungivad läbi veresooned.

Kõigi inimeste silmamuna on umbes sama suur. Sünnist saati on selle suurus ligikaudu kahekordistunud.

Kuidas me näeme?

Inimese silm on kompleks optiline süsteem, mis koosneb mitmest objektiivist ja spetsiaalsest sensorist, mis pilti tajub.

Esiteks sisenevad valguskiired silma sarvkesta taga asuvasse pupilli, mis on süsteemi esimene lääts.

Pupill on analoogne kaamera diafragmaga. See asub iirise keskel ja on võimeline kitsenema ja laienema, reguleerides silma siseneva valgusvoo intensiivsust.

Pupill suudab läbida ainult neid valguskiiri, mis asuvad otse tema ees ning iirise pigment lükkab edasi külgkiiri, mis võivad põhjustada pildimoonutusi.

objektiiv

Pupilli läbivad valguskiiri murdub lääts – silma teine ​​lääts. Läätse kuju saab muuta spetsiaalse lihase abil.

Lähematele objektidele keskendumiseks lihased pingestuvad ja lääts muutub kumeramaks. Kui on vaja fokuseerida kaugel asuvatele objektidele, lõdvestub lihas ja lääts muutub tasaseks. Seda protsessi nimetatakse majutus.

Kui see on häiritud, tekib läätse lihaste nõrkuse tõttu lühinägelikkus(võimetus eristada kaugeid objekte) ja kaugnägelikkus(raskused üksteisega lähedal asuvate objektide eristamisel)

Objektiivi taga on klaaskeha. See hõivab peaaegu kogu silmaõõne kuni võrkkesta endani ja tagab silmamuna elastsuse.

Vastuvõtuseade - võrkkest

Pärast objektiiviga teravustamist langevad valguskiired võrkkestale – omamoodi nõgusale ekraanile, millele projitseeritakse nähtu äraspidine pilt.

Võrkkesta välimine kiht koosneb kahte tüüpi spetsiaalsetest rakkudest: vardad, mis tajuvad valgust ja koonused, mis tunnevad ära värve. Abiga keemilised protsessid nende rakkude stimuleerimine valgusega kodeeritakse närviimpulssiks, mis edastatakse ajju.

Võrkkesta kõige tundlikum osa, mis võimaldab teil eristada esemete värve ja peeneid detaile - kollane laik või makula, mis asub selle keskel.

Võrkkestal on ka pimeala - piirkond, kus vardad ja koonused puuduvad. Siin väljub võrkkestast nägemisnärv, mis edastab kodeeritud kujutise ajju, kus seda lõpuks töödeldakse ja tõlgendatakse.

silmahaigused

Silmahaigusi on palju. Osa neist on põhjustatud häiretest silmas endas, ülejäänud mõjutavad silmi, kui levinud haigused ja tagajärjed vale pilt elu: kl diabeet, probleemid näärmete funktsioonidega sisemine sekretsioon, hüpertensioon, alkoholi tarbimine ja nii edasi.

Silmad on inimese üks peamisi tööriistu meid ümbritseva maailma kohta teabe hankimiseks. See paarisorgan on kahe läätse ja vastuvõtuseadme – võrkkesta – kompleksne süsteem.

Nägemispuue on üks ebatervisliku elustiili tagajärgi.

Inimsilma tuuakse sageli näitena hämmastavast loodustehnoloogiast, kuid otsustades selle järgi, et see on üks 40 seadmest, mis ilmusid erinevad organismid, peaksime oma antropotsentrismi modereerima ja tunnistama, et inimsilma struktuur pole midagi täiuslikku.

Lugu silmast on kõige parem alustada footonist. Elektromagnetkiirguse kvant lendab aeglaselt rangelt silma pahaaimamatule möödujale, kes kellegi kella ootamatust pilgust kissitab.

Silma optilise süsteemi esimene osa on sarvkest. See muudab valguse suunda. See on võimalik tänu sellisele valguse omadusele nagu murdumine, mis vastutab ka vikerkaare eest. Valguse kiirus on vaakumis konstantne – 300 000 000 m/s. Kuid ühest keskkonnast teise (antud juhul õhust silma) liikudes muudab valgus oma kiirust ja liikumissuunda. Õhu murdumisnäitaja on 1,000293, sarvkesta puhul 1,376. See tähendab, et sarvkesta valguskiir aeglustab selle liikumist 1,376 korda ja kaldub silma keskkohale lähemale.

Lemmikviis partisanide lõhestamiseks on särada neile näkku särav lamp. See teeb haiget kahel põhjusel. Ere valgus- see on võimas elektromagnetkiirgus: triljonid footonid ründavad võrkkesta ja selle närvilõpmed on sunnitud edastama meeletult palju signaale ajju. Ülepingest põlevad närvid nagu juhtmedki läbi. Vikerkesta lihased on sunnitud kokku tõmbuma nii kõvasti kui võimalik, püüdes meeleheitlikult pupilli sulgeda ja võrkkesta kaitsta.

Ja lendab kuni õpilase juurde. Temaga on kõik lihtne - see on auk iirises. Tänu ringikujulistele ja radiaalsetele lihastele võib iiris pupilli vastavalt kitsendada ja laiendada, reguleerides silma siseneva valguse hulka nagu kaamera diafragma. Inimese pupilli läbimõõt võib olenevalt valgustusest varieeruda 1 kuni 8 mm.

Läbi pupilli lennanud footon tabab läätse - teist läätse, mis vastutab selle trajektoori eest. Lääts murrab valgust vähem kui sarvkest, kuid see on liikuv. Objektiiv ripub silindriliste lihaste küljes, mis muudavad selle kumerust, võimaldades seeläbi keskenduda meist erineval kaugusel asuvatele objektidele.

Just keskendumisega seostatakse nägemispuudeid. Kõige tavalisemad on lühinägelikkus ja kaugnägelikkus. Kujutis ei keskendu mõlemal juhul võrkkestale, nagu peaks, vaid selle ette (lühinägelikkus) või selle taha (kaugnägelikkus). Selles on süüdi silm, mis muudab kuju ümarast ovaalseks ja siis võrkkest eemaldub läätsest või läheneb sellele.

Pärast läätse lendab footon läbi klaaskeha (läbipaistev tarretis - 2/3 kogu silma mahust, 99% - vesi) otse võrkkesta. Siin registreeritakse footonid ja saadetakse saabumise teated mööda närve ajju.

Võrkkesta on vooderdatud fotoretseptori rakkudega: kui valgust pole, toodavad nad erilisi aineid – neurotransmittereid, kuid niipea, kui footon neisse siseneb, lõpetavad fotoretseptorrakud nende tootmise – ja see on signaal ajule. Neid rakke on kahte tüüpi: vardad, mis on valguse suhtes tundlikumad, ja koonused, mis suudavad paremini liikumist tuvastada. Meil on umbes sada miljonit varrast ja veel 6-7 miljonit koonust, kokku üle saja miljoni valgustundliku elemendi – see on rohkem kui 100 megapikslit, millest ükski "Hassel" ei osanud unistadagi.

Pimeala on läbimurdekoht, kus valgustundlikke rakke üldse pole. See on üsna suur - 1-2 mm läbimõõduga. Õnneks on meil binokulaarne nägemine ja seal on aju, mis ühendab kaks täppidega pilti üheks normaalseks.

Signaali edastamise ajal inimese silm loogikaga on probleem. Veealune kaheksajalg, kes tegelikult nägemist ei vaja, on selles mõttes palju järjekindlam. Kaheksajalgadel tabab footon esmalt võrkkesta koonuste ja varraste kihti, mille taga ootab neuronite kiht ja edastab signaali ajju. Inimestel murrab valgus esmalt läbi neuronite kihtide – ja alles siis tabab fotoretseptoreid. Selle tõttu on silmas esimene koht – pimeala.

Teine koht on kollane, see on võrkkesta keskosa, mis asub vahetult pupilli vastas, veidi kõrgem silmanärv. See koht näeb silma kõige paremini: siin on valgustundlike rakkude kontsentratsioon oluliselt suurenenud, mistõttu on meie nägemine vaatevälja keskel palju teravam kui perifeerne.

Võrkkesta kujutis on tagurpidi. Aju teab, kuidas pilti õigesti tõlgendada, ja taastab ümberpööratud pildi algse pildi. Lapsed näevad esimesel paaril päeval kõike tagurpidi, kuni nende aju Photoshopi seadistab. Kui panna ette prillid, mis pilti pööravad (seda tehti esimest korda juba 1896. aastal), siis paari päevaga õpib meie aju sellist tagurpidi pilti õigesti tõlgendama.