Ihmissilmä optisena järjestelmänä. Miten silmämme voivat

Näkö ja kuulo kehittyvät ihmisellä paljon paremmin kuin hajuaisti. Valoherkät solut ja ääniä sieppaavat solut kerätään meihin, kuten kaikkiin pitkälle kehittyneisiin eläimiin, erityisiin elimiin - silmiin ja korviin.

Kuten kamerassa, silmässämme on "linssiikkuna" (sarveiskalvo), kalvo (iiris), "säädettävä linssi" (kiteinen linssi) ja valoherkkä kerros (verkkokalvo, joka sijaitsee silmän takaosassa). Verkkokalvon solut lähettävät signaaleja näköhermoa pitkin aivokuoreen.

Ihmissilmässä on kahdenlaisia ​​valoherkkiä soluja: sauvat ja kartiot. Tangot erottavat tumman ja vaalean. Käpyt havaitsevat värin. Molemmat solutyypit sijaitsevat verkkokalvolla - ohuella sisäkalvolla, jonka verisuonet läpäisevät silmämuna. Yleensä silmämuna koostuu useista tiheistä sidekudoskerroksista, jotka antavat sille sen muodon.

Linssin ansiosta kaikki näkemämme heijastuu verkkokalvolle ylösalaisin. Aivot kuitenkin korjaavat vääristyneen kuvan. Yleensä hän sopeutuu helposti kaikkeen. Jos joku päättää seistä päänsä päällä viikkoja peräkkäin, hän näkee pian ylösalaisin olevien kuvien sijaan taas normaaleja, "jaloilleen laitettuja" kuvia.

1. Näköhermo; 2. Lihas; 3. etuluu; 4. Sarveiskalvo; 5. Lihas

Silmämunan etuosa - sarveiskalvo - on läpinäkyvä, kuten lasi: se siirtää valoa silmään. Sitten valo vangitaan silmän "kalvoon" - iirikseen - ja kerätään säteeksi. Iiiksen pigmenttisolut antavat silmille tietyn värin. Jos pigmenttiä on paljon, silmät värjäytyvät ruskea väri, jos se on pieni tai ei ollenkaan - vihertävänharmaan ja sinisen sävyissä. Valo pääsee sitten pupilliin, iiriksessä olevaan reikään, jota ympäröi kaksi pientä lihasta. Kirkkaassa valossa yksi lihas supistaa pupillia, toinen laajentaa sitä, jos se on tumma. Pupillin ohituksen jälkeen valonsäteet putoavat suoraan linssiin - elastiseen elimeen, joka yrittää jatkuvasti ottaa pallon muotoon. Lihasrengas häiritsee sitä: niitä venytetään jatkuvasti ja ne vähentävät linssin pullistumaa. Joten linssi muuttaa helposti kaarevuuttaan. Siksi valonsäteet putoavat juuri verkkokalvon kerrokseen, joka on täynnä sauvoja ja kartioita, ja näemme selvästi esineitä. Kun katsomme lähellä olevia esineitä, linssistä tulee kupera ja taittaa säteet voimakkaammin, ja kun esineet ovat kaukana meistä, se litistyy ja taittaa säteitä heikommin. Iän myötä linssi menettää joustavuutensa. Korjataksemme vian jotenkin, meidän on autettava luonnollista linssiämme - linssiä - ja käytettävä silmälaseja.

Kuten kamera, silmä on varustettu "linssiikkunalla", "kalvolla", "säädettävällä linssillä" ja "valoherkällä kerroksella", joka muistuttaa valokuvafilmiä. Vain tämä kerros on osa itse silmää, sen verkkokalvoa. Silti ihminen näkee enemmän kuin kameran, hän katsoo maailmaa kahdella silmällä. Sekä vasen että oikea silmä näkevät esineet eri tavalla. Aivomme vertailevat kahta vastaanotettua kuvaa ja arvioivat niiden perusteella näkemänsä muodon, siksi ihmisillä on avaruudellinen näkö. Mutta esimerkiksi kanassa silmät on asetettu pään sivuille, eikä sillä ole kolmiulotteista näköä.

Likinäköisyys ja kaukonäköisyys

Lähes joka kolmas kärsii näkövammaisuudesta. Likinäköisyys ja kaukonäköisyys ovat yleisimpiä, mutta ne korjataan erittäin hyvin silmälaseilla tai piilolinssit. Likinäköisyys ilmenee silmän patologian seurauksena. likinäköinen mies näkee tarkasti läheltä, mutta kaukaa katsottuna kuva tulee hyvin epäselväksi. Kaukonäköisyys on seurausta silmän normaalista ikääntymisestä. 40-vuotiaasta lähtien näemme yhä harvemmin läheltä, koska linssi menettää joustavuuttaan vuosien myötä.

Silmä on monimutkainen ja erittäin herkkä mekanismi. Biologit eivät vieläkään ymmärrä täysin hänen robottiaan. Vaikka tiede yrittää jatkuvasti luoda jotain samanlaista kuin ihmissilmä. Joskus se todella toimii. Nyt monilla on jonkinlainen laite, joka on toiminnaltaan, toiminnaltaan ja rakenteeltaan samanlainen kuin ihmissilmä - tämä on kamera ja videokamera. Mitä samanlaista näiden laitteiden ja silmämme välillä on? Nyt otamme selvää.

Ihmissilmän muoto muistuttaa epäsäännöllistä palloa, jonka halkaisija on 2,5 cm ja jota kutsutaan tieteessä silmämunaksi. Kun näemme jotain, valo pääsee silmään. Tämä valo ei ole muuta kuin heijastuksia siitä, mitä katsomme. Valo tulee signaalien muodossa takaisin silmämuna - verkkokalvo. Verkkokalvo koostuu useista kerroksista, mutta pääosat ovat tangot ja kartiot.

Verkkokalvolla käsitellään näkemäämme tietoa ja sen kautta signaali välittyy aivoihin. Jotta verkkokalvo voi keskittyä tarvittavaan kohteeseen, silmässä on ns. Se sijaitsee silmämunan edessä ja on rakenteeltaan ja muodoltaan luonnollinen. kaksoiskupera linssi. Objektiivi tarkentaa tiedot tarkasti tarpeelliseen kohteeseen. Yleensä linssi on yksi silmän monimutkaisimmista ja "älykkäimmistä" osista. Hän omistaa majoitus – tämä on kyky muuttaa sijaintiaan, kokoaan ja taittumisvoimakkuutta tarkennuksen parantamiseksi. Linssi muuttaa kaarevuuttaan tilanteen mukaan - jos haluamme nähdä lähellä olevia kohteita, linssi lisää kaarevuutta, taittaa valoa enemmän ja tulee kuperaksi. Tämä auttaa harkitsemaan kaikkia yksityiskohtia pienimpiin yksityiskohtiin.

Jos katsomme kohteita, jotka ovat kaukana, linssistä tulee litteä ja sen taitekyky pienenee. Kaiken tämän hän voi tehdä siliaarilihaksen ansiosta. Mutta tietenkään itse linssi ei kestä - se auttaa lasimainen ruumis.
Tämä aine vie 2/3 silmämunasta ja koostuu hyytelömäisestä kudoksesta. Lasainen runko antaa valon taittumisen lisäksi myös silmälle muotoa ja kokoonpuristumattomuutta. Valo pääsee linssiin pupillin kautta. Se näkyy peilistä - tämä on mustin ympyrä silmiemme keskiosassa. Pupilli voi muuttaa halkaisijaansa ja vastaavasti ohjata tulevan valon määrää. Iiriksen lihakset auttavat häntä tässä. Näemme sen ympyränä pupillin ympärillä, ja kuten tiedämme, tämä silmän osa voi olla eri värejä, juuri iiriksen pigmenttisolut määräävät tämän.

Joten pupilli muuttaa kokoaan siihen kohdistuvan valon määrän mukaan. Jos katsot silmiäsi peilistä, voit nähdä paljon mielenkiintoisia asioita. Jos silmämme katsoo kirkasta valoa, pupilli supistuu eikä päästä kirkasta valoa sisään. suurissa määrissä päästä verkkokalvolle.

Jos ympäristö on pimeä, pupilli laajenee. Näin ollen tämä musta ympyrä ei tuhoa näkemystämme. Kovakalvo sijaitsee silmän edessä proteiinikuori, halkaisija 0,3-1 mm. Tämä silmämunan kerros koostuu proteiinikuiduista ja kollageenisoluista. Kovakalvo suojaa silmää ja suorittaa tukitoimintoa. Sen väri on valkoinen tietyllä maitomaisella sävyllä, vain keskiosassa se siirtyy sarveiskalvoon - läpinäkyvään kalvoon.

Sarveiskalvo sijaitsee pupillin ja iiriksen yläpuolella ja siinä valo taittuu heti alussa. Proteiiniturkin alla on suonikalvo, jossa pupilli ja iiris sijaitsevat. Täällä sijaitsevat myös ohuet verikapillaarit, joiden kautta silmä saa tarvittavat aineet verestä.

Per verisuonikerros on sädekehä, joka sisältää sädelihaksen, mikä tarkoittaa, että valo on taipunut siihen. Kaikkien näiden kuorien välissä on tiloja, ne on täytetty valoa taittavalla läpinäkyvällä nesteellä, joka kyllästää silmän.

Silmän ulkoosat ovat silmäluomet - alempi ja ylempi. Ne sisältävät kyynelrauhasia, joiden avulla silmämuna kostutetaan ja suojataan täpliltä. Silmäluomien alla on lihaksia. Niitä on vain 3 paria ja ne kaikki ovat mukana silmän liikkeissä - toiset liikuttavat silmää vasemmalta oikealle, toiset ylös ja alas ja toiset pyörittelevät sitä akselia pitkin. Nämä lihakset vetävät silmää eteenpäin, kun katsot jotain läheltä, ja kiertävät sitä, kun katsot kauas.

Kaikki on hyvin harmonista ja ehdottomasti kaikki silmän osat ovat mukana tarkennusprosessissa. Jos jokin on vialla optisessa laitteessa, kehittyy sairauksia, kuten likinäköisyys ja hyperopia. Näissä näkösairauksissa silmään tuleva valo ei putoa verkkokalvolle, vaan sen eteen tai taakse. Tällaisten silmän optisen järjestelmän muutosten myötä lähellä tai kaukana olevat kohteet hämärtyvät.

Likinäköisyydelle on ominaista kovakalvon venyminen edestakaisin, ja silmämuna on ellipsin muotoinen. Tämän kautta akselia pidennettiin ja valo ei kohdistettu verkkokalvolle, vaan sen eteen. Tätä sairautta sairastava henkilö käyttää linssejä vähentääkseen valon taittumista miinusmerkillä, koska kaikki kaukana olevat esineet eivät ole ollenkaan selkeitä. Kaukonäköisyyden kanssa päinvastoin kaikki tieto jää verkkokalvon taakse, ja itse omena lyhenee. Kaukonäköisyydessä vain plusmerkillä varustetut lasit auttavat hyvin.

Joten tutkittuamme kaikki silmän pääosat ja ymmärtämällä, kuinka ne toimivat, voimme tehdä joitain johtopäätöksiä - valonsäde läpi silmän sarveiskalvo siirtyy verkkokalvolle, kulkee lasiaisen ja linssin läpi, menee kartioihin ja tankoihin, jotka käsittelevät tietoa.

Mielenkiintoista on, että verkkokalvoon osuva kuva ei ole ollenkaan se, mitä näet. Se on pienennetty kooltaan ja ylösalaisin. Miksi näemme maailman oikein? Aivomme tekevät kaiken, kun ne vastaanottavat tietoa, ne analysoivat sitä ja tekevät tarvittavat korjaukset ja muutokset. Mutta alamme nähdä kaiken, koska se on tarpeen vain 3 viikossa.

Tähän ikään asti vauvat näkevät kaiken ylösalaisin, vasta sitten aivot alkavat kääntää kaiken ylösalaisin tarpeen mukaan. Muuten, tästä aiheesta on tehty monia töitä ja monia kokeiluja. Joten esimerkiksi jos ihminen laittaa silmälasit, jotka kääntävät kaiken ympäri, niin ihminen on aluksi yleensä eksyksissä avaruudessa, mutta pian aivot normaalisti havaitsevat muutokset ja niihin muodostuu uusia koordinaatiotaitoja. Otettuaan sellaiset lasit pois, henkilö ei voi jälleen ymmärtää mitä tapahtui ja rakentaa jälleen visuaalisen koordinaation ja näkee kaiken oikein. Sellaiset mahdollisuudet meillä visuaaliset laitteet ja aivojen visuaalinen keskus todistavat jälleen kerran ihmiskehon kaikkien järjestelmien rakenteen joustavuuden ja monimutkaisuuden.

Silmät ovat yksi tärkeimmistä ihmisen työkaluista saada tietoa ympäröivästä maailmasta. 80–90 prosenttia aistimuksista ihmiset saavat juuri näön kautta.

Silmien avulla henkilö tunnistaa esineiden muodon ja värin, voi seurata niiden liikettä avaruudessa. Ilman visiota sisään moderni maailma elämä on tarpeeksi kovaa: suuri osa saapuvasta tiedosta on tarkoitettu näköaisti. Ihmissilmän laite mahdollistaa sen, että se on yksi edistyneimmistä optisista instrumenteista.

Mitä me näemme?

Näön tehtävä ihmisillä ei ole vain silmät - parilliset urut sijaitsee kallon silmäkuopissa. Osa visuaalinen analysaattori sisältää myös näköhermon ja koko järjestelmä apujärjestelmät: silmäluomet, kyynelrauhaset ja silmämunan lihakset.

Muuten, jälkimmäisiä pidetään oikeutetusti yhtenä ihmiskehon nopeimmista lihaksista. Vaikka katse olisi keskittynyt yhteen pisteeseen, nämä lihakset sallivat silmän tehdä yhdessä sekunnissa yli sata synkronista liikettä.

Silmän takana, kiertoradan ontelossa, on eräänlainen rasvakudoksen "puskuri", ja silmämunan suljettuja osia suojaa sidekalvo - silmän limakalvo, jonka verisuonet läpäisevät.

Kaikkien ihmisten silmämuna on suunnilleen samankokoinen. Syntymästä lähtien sen koko on noin kaksinkertaistunut.

Miten näemme?

Ihmissilmä on kompleksi optinen järjestelmä, joka koostuu useista linsseistä ja erityisestä sensorista, joka havaitsee kuvan.

Ensinnäkin valonsäteet tulevat pupilliin, joka sijaitsee silmän sarveiskalvon takana, joka on järjestelmän ensimmäinen linssi.

Pupilli on analoginen kameran kalvon kanssa. Se sijaitsee iiriksen keskellä ja pystyy kaventamaan ja laajentamaan säätämällä silmään tulevan valovirran voimakkuutta.

Pupilli pystyy läpäisemään vain ne valonsäteet, jotka sijaitsevat suoraan sen edessä, ja iiriksen pigmentti viivästyttää sivusäteitä, jotka voivat aiheuttaa kuvan vääristymiä.

linssi

Pupillin läpi kulkevat valonsäteet taittuvat linssillä - silmän toisella linssillä. Linssin muotoa voidaan muuttaa erityisen lihaksen avulla.

Tarkentaaksesi lähempiin esineisiin, lihakset jännittyvät ja linssistä tulee kuperampi. Jos tarvitaan tarkennusta kaukaisiin kohteisiin, lihas rentoutuu ja linssistä tulee litteä. Tätä prosessia kutsutaan majoitus.

Jos se on häiriintynyt linssin lihasten heikkouden vuoksi, se kehittyy likinäköisyys(kyvyttömyys erottaa kaukaisia ​​esineitä) ja kaukonäköisyys(vaikeus erottaa lähellä olevia kohteita)

Linssin takana on lasimainen runko. Se kattaa melkein koko silmän ontelon verkkokalvoon asti ja tarjoaa silmämunan joustavuuden.

Vastaanottava laite - verkkokalvo

Linssillä tarkennuksen jälkeen valonsäteet putoavat verkkokalvolle - eräänlaiselle koveralle näytölle, jolle heijastetaan käänteinen kuva näkyvästä.

Verkkokalvon ulkokerros koostuu kahden tyyppisistä erikoissoluista: valoa havaitsevista sauvoista ja värejä tunnistavista kartioista. Avulla kemiallisia prosesseja näiden solujen stimulaatio valolla koodataan hermoimpulssiksi, joka välittyy aivoihin.

Verkkokalvon herkin osa, jonka avulla voit erottaa esineiden värit ja hienot yksityiskohdat - keltainen täplä tai makula, joka sijaitsee sen keskustassa.

Verkkokalvolla on myös sokea piste - alue, joka on täysin vailla sauvoja ja kartioita. Tässä verkkokalvosta tulee ulos näköhermo, joka välittää koodatun kuvan aivoihin, joissa se lopulta käsitellään ja tulkitaan.

silmäsairaudet

Silmäsairauksia on monia. Jotkut niistä johtuvat häiriöistä itse silmässä, loput vaikuttavat silmiin milloin yleisiä sairauksia ja seuraukset väärä kuva elämä: klo diabetes, ongelmia rauhasten toiminnassa sisäinen eritys, verenpainetauti, alkoholinkäyttö ja niin edelleen.

Silmät ovat yksi tärkeimmistä ihmisen työkaluista saada tietoa ympäröivästä maailmasta. Tämä parillinen elin on monimutkainen järjestelmä, jossa on kaksi linssiä ja vastaanottava laite - verkkokalvo.

Näkövamma on yksi epäterveellisten elämäntapojen seurauksista.

Ihmissilmä mainitaan usein esimerkkinä hämmästyttävästä luonnontekniikasta - mutta sen perusteella, että tämä on yksi 40 laitteesta, jotka ilmestyivät evoluution aikana. erilaisia ​​organismeja, meidän tulee hillitä antroposentrismiämme ja myöntää, että ihmissilmän rakenne ei ole jotain täydellistä.

Tarina silmästä on parasta aloittaa fotonilla. Sähkömagneettisen säteilyn kvantti lentää hitaasti tiukasti pahaa-aavistamattoman ohikulkijan silmiin, joka siristelee jonkun kellon odottamattomasta häikäisystä.

Silmän optisen järjestelmän ensimmäinen osa on sarveiskalvo. Se muuttaa valon suuntaa. Tämä on mahdollista sellaisen valon ominaisuuden kuin taittumisen vuoksi, joka on myös vastuussa sateenkaaresta. Valon nopeus on vakio tyhjiössä - 300 000 000 m/s. Mutta kun valo siirtyy väliaineesta toiseen (tässä tapauksessa ilmasta silmään), valo muuttaa nopeuttaan ja liikesuuntaansa. Ilman taitekerroin on 1,000293, sarveiskalvon - 1,376. Tämä tarkoittaa, että sarveiskalvon valonsäde hidastaa sen liikettä 1,376 kertaa ja poikkeaa lähemmäs silmän keskustaa.

Suosikki tapa jakaa partisaanit on loistaa kirkas lamppu heidän kasvoilleen. Se sattuu kahdesta syystä. Kirkas valo- Tämä on voimakasta sähkömagneettista säteilyä: biljoonat fotonit hyökkäävät verkkokalvoa vastaan, ja sen hermopäätteet pakotetaan välittämään kiihkeä määrä signaaleja aivoihin. Ylijännitteestä hermot, kuten johdot, palavat. Iiriksen lihakset pakotetaan supistumaan niin lujasti kuin pystyvät yrittäessään epätoivoisesti sulkea pupillia ja suojata verkkokalvoa.

Ja lentää oppilaalle. Hänen kanssaan kaikki on yksinkertaista - tämä on reikä iiriksessä. Pyöreän ja säteittäisen lihaksen ansiosta iiris voi supistaa ja laajentaa pupillia vastaavasti sääteleen silmään tulevan valon määrää, kuten kameran pallea. Ihmisen pupillin halkaisija voi vaihdella 1-8 mm valaistuksesta riippuen.

Lennettyään pupillin läpi fotoni osuu linssiin - toiseen linssiin, joka vastaa sen liikeradastaan. Linssi taittaa valoa vähemmän kuin sarveiskalvo, mutta se on liikkuva. Linssi roikkuu lieriömäisissä lihaksissa, jotka muuttavat sen kaarevuutta, jolloin voimme keskittyä eri etäisyyksillä meistä oleviin esineisiin.

Näkövammat yhdistetään keskittymiseen. Yleisimmät ovat likinäköisyys ja kaukonäköisyys. Kummassakaan tapauksessa kuva ei keskity verkkokalvoon, kuten sen pitäisi, vaan sen eteen (likinäköisyys) tai sen taakse (kaukonäköisyys). Tästä on syyllinen silmä, joka muuttaa muotoaan pyöreästä soikeaksi ja sitten verkkokalvo siirtyy pois linssistä tai lähestyy sitä.

Linssin jälkeen fotoni lentää lasiaisen läpi (läpinäkyvä hyytelö - 2/3 koko silmän tilavuudesta, 99% - vesi) suoraan verkkokalvolle. Täällä fotonit rekisteröidään ja saapumisviestit lähetetään hermoja pitkin aivoihin.

Verkkokalvo on vuorattu fotoreseptorisoluilla: kun valoa ei ole, ne tuottavat erityisiä aineita - välittäjäaineita, mutta heti kun fotoni tulee niihin, fotoreseptorisolut lopettavat niiden tuotannon - ja tämä on signaali aivoille. Näitä soluja on kahta tyyppiä: tangot, jotka ovat herkempiä valolle, ja kartiot, jotka havaitsevat paremmin liikkeen. Meillä on noin sata miljoonaa sauvaa ja vielä 6-7 miljoonaa kartiota, yhteensä yli sata miljoonaa valoherkkää elementtiä - tämä on yli 100 megapikseliä, josta yksikään "Hassel" ei voinut haaveilla.

Sokea piste on läpimurtokohta, jossa valoherkkiä soluja ei ole ollenkaan. Se on melko suuri - halkaisijaltaan 1-2 mm. Onneksi meillä on binokulaarinen näkö ja on aivot, jotka yhdistävät kaksi täpläistä kuvaa yhdeksi normaaliksi.

Signaalin lähetyshetkellä ihmisen silmä logiikassa on ongelma. Vedenalainen mustekala, joka ei oikeastaan ​​tarvitse näköä, on tässä mielessä paljon johdonmukaisempi. Mustekalalla fotoni osuu ensin verkkokalvon kartio- ja sauvakerrokseen, jonka takana neuronikerros odottaa ja lähettää signaalin aivoihin. Ihmisillä valo murtautuu ensin hermosolukerrosten läpi - ja vasta sitten osuu fotoreseptoreihin. Tämän vuoksi silmässä on ensimmäinen piste - sokea piste.

Toinen piste on keltainen, tämä on verkkokalvon keskialue suoraan pupillia vastapäätä, hieman korkeampi optinen hermo. Tämä paikka näkee silmän parhaiten: valoherkkien solujen pitoisuus täällä on lisääntynyt huomattavasti, joten näkökenttämme keskellä on paljon terävämpi kuin perifeerinen.

Verkkokalvolla oleva kuva on käännetty. Aivot osaavat tulkita kuvan oikein ja palauttavat alkuperäisen kuvan käänteisestä. Lapset näkevät kaiken ylösalaisin ensimmäisten parin päivän aikana, kun heidän aivonsa perustavat photoshoppia. Jos laitat päähän lasit, jotka kääntävät kuvan (tämä tehtiin ensimmäisen kerran jo vuonna 1896), aivomme oppivat parissa päivässä tulkitsemaan sellaisen käänteisen kuvan oikein.