Ludzkie oko jako układ optyczny. Jak nasze oczy

Wzrok i słuch rozwijają się u ludzi znacznie lepiej niż zmysł węchu. Komórki światłoczułe i komórki wychwytujące dźwięki gromadzą się w nas, jak u wszystkich wysoko rozwiniętych zwierząt, w specjalnych narządach - oczach i uszach.

Podobnie jak aparat, nasze oko ma „okienko soczewki” (rogówkę), przysłonę (tęczówkę), „soczewkę regulowaną” (soczewkę krystaliczną) i warstwę światłoczułą (siatkówkę, która znajduje się w tylnej części oka). Komórki siatkówki wysyłają sygnały wzdłuż nerwu wzrokowego do kory mózgowej.

W ludzkim oku występują dwa rodzaje światłoczułych komórek: pręciki i czopki. Pręciki rozróżniają ciemność i światło. Szyszki postrzegają kolor. Oba rodzaje komórek znajdują się na siatkówce - cienkiej błonie wewnętrznej, przez którą przechodzą naczynia krwionośne gałka oczna. Ogólnie rzecz biorąc, gałka oczna składa się z kilku gęstych warstw tkanki łącznej, które nadają jej kształt.

Dzięki soczewce wszystko, co widzimy, odbija się do góry nogami na siatkówce. Jednak mózg koryguje zniekształcony obraz. Ogólnie rzecz biorąc, łatwo dostosowuje się do wszystkiego. Jeśli ktoś postanowi całymi tygodniami stać na głowie, wkrótce zamiast odwróconych obrazów znów zacznie widzieć normalne, „postawione na nogi” obrazy.

1. Nerw wzrokowy; 2. Mięsień; 3. kość czołowa; 4. Rogówka; 5. Mięśnie

Przednia część gałki ocznej - rogówka - jest przezroczysta jak szkło: przepuszcza światło do oka. Następnie światło jest wychwytywane przez „przeponę” oka – tęczówkę – i zbierane w wiązkę. Komórki pigmentowe tęczówki nadają oczom określony kolor.Jeśli jest dużo pigmentu, oczy są zabarwione brązowy kolor, jeśli jest mały lub wcale - w tonacji zielonkawo-szarej i niebieskiej. Następnie światło wpada do źrenicy, dziury w tęczówce otoczonej dwoma małymi mięśniami. W jasnym świetle jeden mięsień zwęża źrenicę, drugi rozszerza ją, jeśli jest ciemno. Po przejściu przez źrenicę promienie światła padają bezpośrednio na soczewkę - elastyczny organ, który nieustannie stara się przybrać kształt kuli. Pierścień mięśni przeszkadza w tym: są one stale rozciągane i zmniejszają wybrzuszenie soczewki. Tak więc soczewka łatwo zmienia swoją krzywiznę. Dlatego promienie światła padają dokładnie na warstwę siatkówki usianą pręcikami i czopkami, a my wyraźnie widzimy przedmioty. Kiedy patrzymy na pobliskie obiekty, soczewka staje się wypukła i silniej załamuje promienie, a gdy obiekty znajdują się daleko od nas, staje się bardziej płaska i słabiej załamuje promienie. Wraz z wiekiem soczewka traci swoją elastyczność. Aby jakoś zaradzić kłopotowi, musimy wspomóc naszą naturalną soczewkę - soczewkę - i używać okularów.

Oko, podobnie jak aparat fotograficzny, wyposażone jest w „okienko soczewki”, „przysłonę”, „soczewkę nastawną” oraz „warstwę światłoczułą” przypominającą kliszę fotograficzną. Tylko ta warstwa jest częścią samego oka, jego siatkówki. A przecież człowiek widzi więcej niż aparat, w końcu patrzy na świat dwojgiem oczu. Zarówno lewe, jak i prawe oko widzi przedmioty inaczej. Nasz mózg porównuje dwa otrzymane obrazy i na ich podstawie ocenia formę tego, co widzi.Dlatego ludzie mają widzenie przestrzenne. Ale na przykład u kurczaka oczy są osadzone po bokach głowy i nie są wyposażone w trójwymiarowe widzenie.

Krótkowzroczność i dalekowzroczność

Niemal co trzecia osoba ma problemy ze wzrokiem. Najczęstsze są krótkowzroczność i dalekowzroczność, ale bardzo dobrze koryguje się je okularami lub szkła kontaktowe. Krótkowzroczność występuje w wyniku patologii oka. krótkowzroczny człowiek widzi wyraźnie z bliska, ale patrząc z daleka obraz staje się bardzo rozmyty. Dalekowzroczność jest konsekwencją normalnego starzenia się oka. Od 40 roku życia z bliska widzimy coraz mniej wyraźnie, ponieważ soczewka z biegiem lat traci swoją elastyczność.

Oko to złożony i bardzo delikatny mechanizm. Jego robot wciąż nie jest w pełni zrozumiały dla biologów. Chociaż nauka nieustannie próbuje stworzyć coś podobnego do ludzkiego oka. Czasami to naprawdę działa. Teraz wiele osób ma jakieś urządzenie, które jest podobne pod względem funkcji, działania i budowy do ludzkiego oka - jest to aparat i kamera wideo. Co jest podobne między tymi urządzeniami a naszym okiem? Teraz się dowiemy.

Kształt ludzkiego oka przypomina nieregularną kulę o średnicy 2,5 cm i w nauce nazywany jest gałką oczną. Kiedy coś widzimy, światło wpada do naszego oka. To światło to nic innego jak odbicia tego, na co patrzymy. Światło przychodzi w postaci sygnałów do plecy gałka oczna - siatkówka. Siatkówka składa się z wielu warstw, ale głównymi częściami są pręciki i czopki.

To na siatkówce przetwarzane są informacje, które widzieliśmy i to przez nią sygnał jest przekazywany do mózgu. Aby siatkówka mogła skupić się na potrzebnym obiekcie, w oku znajduje się tak zwana soczewka. Znajduje się przed gałką oczną i ma naturalną strukturę i kształt. soczewka dwuwypukła. Soczewka skupia informacje dokładnie na wymaganym temacie. Ogólnie rzecz biorąc, soczewka jest jedną z najbardziej złożonych i „inteligentnych” części oka. Posiada akomodację - jest to możliwość zmiany swojej pozycji, wielkości i siły załamania dla lepszego skupienia. Soczewka zmienia swoją krzywiznę w zależności od sytuacji - jeśli potrzebujemy zobaczyć pobliskie obiekty, soczewka zwiększa krzywiznę, bardziej załamuje światło i staje się wypukła. Pomaga to rozważyć wszystkie szczegóły w najdrobniejszych szczegółach.

Jeśli patrzymy na obiekty znajdujące się daleko, soczewka staje się płaska i zmniejsza swoją zdolność refrakcyjną. Wszystko to może zrobić dzięki mięśniowi rzęskowemu. Ale oczywiście sam obiektyw sobie nie radzi - pomaga ciało szkliste.
Substancja ta zajmuje 2/3 gałki ocznej i składa się z galaretowatej tkanki. Ciało szkliste, oprócz załamania światła, zapewnia również oku kształt i nieściśliwość. Światło wpada do soczewki przez źrenicę. Widać to w lustrze - to najczarniejsze kółko w centralnej części naszych oczu. Źrenica może zmieniać swoją średnicę i odpowiednio kontrolować ilość wpadającego światła. Pomagają mu w tym mięśnie tęczówki. Widzimy to jako okrąg wokół źrenicy, a jak wiemy, ta część oka może mieć różne kolory, determinują to właśnie komórki barwnikowe tęczówki.

Tak więc źrenica zmienia swój rozmiar w zależności od ilości skierowanego na nią światła. Jeśli spojrzysz na swoje oczy w lustrze, możesz zobaczyć wiele interesujących rzeczy. Jeśli nasze oko patrzy na jasne światło, źrenica zwęża się i nie przepuszcza jasnego światła. w dużych ilościach dostać się na siatkówkę.

Jeśli otoczenie jest ciemne, źrenica rozszerza się. Zatem to czarne kółko nie niszczy naszej wizji. Twardówka znajduje się przed okiem otoczka białkowa, 0,3-1 mm średnicy. Ta warstwa gałki ocznej składa się z włókien białkowych i komórek kolagenowych. Twardówka chroni oko i pełni funkcję podporową. Jego kolor jest biały z pewnym mlecznym odcieniem, tylko w środkowej części przechodzi do rogówki - przezroczystej błony.

Rogówka znajduje się nad źrenicą i tęczówką i to w niej na samym początku załamuje się światło. Pod płaszczem białkowym znajduje się naczyniówka, w której znajduje się źrenica i tęczówka. Znajdują się tu również cienkie naczynia krwionośne, przez które oko otrzymuje niezbędne substancje z krwi.

Za warstwa naczyniowa istnieje ciało rzęskowe, które zawiera mięsień rzęskowy, co oznacza, że ​​światło jest w nim zakrzywione. Pomiędzy tymi wszystkimi muszlami znajdują się przestrzenie wypełnione załamującym światło przezroczystym płynem, który nasyca oko.

Zewnętrzne części oka to powieki - dolna i górna. Zawierają gruczoły łzowe, za pomocą których gałka oczna jest nawilżana i chroniona przed plamkami. Pod powiekami znajdują się mięśnie. Są ich tylko 3 pary i wszystkie są zaangażowane w ruch oka - niektóre poruszają okiem od lewej do prawej, inne w górę iw dół, a jeszcze inne obracają je wzdłuż osi. Mięśnie te przyciągają oko do przodu, gdy patrzy się na coś z bliska i zaokrąglają je, gdy patrzy się daleko.

Wszystko jest bardzo harmonijne iw proces ogniskowania zaangażowane są absolutnie wszystkie części oka. Jeśli coś jest nie tak z aparatem optycznym, rozwijają się choroby, takie jak krótkowzroczność i nadwzroczność. W przypadku tych chorób wzroku światło wpadające do oka nie pada na siatkówkę, ale na obszar przed nią lub za nią. Przy takich zmianach w układzie optycznym oka bliskie lub odległe obiekty stają się rozmyte.

Krótkowzroczność charakteryzuje się rozciąganiem twardówki w kierunku tam iz powrotem, a gałka oczna przybiera kształt elipsy. Dzięki temu oś została wydłużona, a światło skupiało się nie na siatkówce, ale przed nią. Osoba z tą chorobą nosi soczewki, aby zmniejszyć załamanie światła ze znakiem minus, ponieważ wszystkie odległe obiekty nie są wcale jasne. Przeciwnie, w przypadku dalekowzroczności wszystkie informacje znajdują się za siatkówką, a samo jabłko jest skracane. Przy dalekowzroczności dobrze pomagają tylko okulary ze znakiem plus.

Tak więc, po zbadaniu wszystkich głównych części oka i zrozumieniu, jak działają, możemy wyciągnąć pewne wnioski - wiązkę światła rogówka oka wchodzi do siatkówki, mijając ciało szkliste i soczewkę, wchodzi do czopków i pręcików, które przetwarzają informacje.

Co ciekawe, obraz, który trafia na siatkówkę, wcale nie jest tym, co widzisz. Jest zmniejszony i odwrócony do góry nogami. Dlaczego właściwie widzimy świat? Wszystko robi nasz mózg, kiedy otrzymuje informacje, analizuje je i dokonuje niezbędnych poprawek i zmian. Ale zaczynamy widzieć wszystko, ponieważ jest to konieczne dopiero za 3 tygodnie.

Niemowlęta do tego wieku widzą wszystko do góry nogami, dopiero wtedy mózg zaczyna wszystko odwracać do góry nogami, jeśli to konieczne. Nawiasem mówiąc, było wiele prac i wiele eksperymentów na ten temat. Na przykład, jeśli dana osoba zakłada okulary, które wszystko obracają, to na początku osoba jest generalnie zagubiona w przestrzeni, ale wkrótce mózg normalnie dostrzega zmiany i kształtują się w nim nowe umiejętności koordynacyjne. Po zdjęciu takich okularów osoba ponownie nie może zrozumieć, co się stało i ponownie odbudowuje swoją koordynację wzrokową i ponownie widzi wszystko poprawnie. Takie możliwości naszego aparat wzrokowy i centrum wzrokowe mózgu po raz kolejny dowodzą elastyczności i złożoności struktury wszystkich układów ludzkiego ciała.

Oczy są jednym z głównych narzędzi człowieka do pozyskiwania informacji o otaczającym nas świecie. Od 80 do 90 procent doznań ludzie odbierają właśnie poprzez wzrok.

Za pomocą oczu osoba rozpoznaje kształt i kolor przedmiotów, może śledzić ich ruch w przestrzeni. Bez wizji w nowoczesny światżycie jest wystarczająco trudne: duża część napływających informacji jest przeznaczona dla percepcja wzrokowa. Urządzenie ludzkiego oka pozwala mu być jednym z najbardziej zaawansowanych instrumentów optycznych.

Co widzimy?

Funkcję widzenia u ludzi pełnią nie tylko oczy - sparowane organy zlokalizowane w oczodołach czaszki. Część analizator wizualny obejmuje również nerw wzrokowy i cały system układy pomocnicze: powieki, gruczoły łzowe i mięśnie gałki ocznej.

Nawiasem mówiąc, te ostatnie są słusznie uważane za jeden z najszybszych mięśni w ludzkim ciele. Nawet jeśli wzrok jest skupiony na jednym punkcie, w ciągu jednej sekundy mięśnie te pozwalają oczom wykonać ponad sto synchronicznych ruchów.

Za okiem, w jamie oczodołu, znajduje się swoisty „bufor” tkanki tłuszczowej, a zamknięte części gałki ocznej chronione są przez spojówkę – błonę śluzową oka, przez którą przenikają naczynia krwionośne.

Gałka oczna u wszystkich ludzi ma mniej więcej ten sam rozmiar. Od urodzenia powiększył się prawie dwukrotnie.

Jak widzimy?

Ludzkie oko to kompleks system optyczny, składający się z kilku soczewek i specjalnego czujnika, który odbiera obraz.

Najpierw promienie świetlne wpadają do źrenicy znajdującej się za rogówką oka, która jest pierwszą soczewką układu.

Źrenica jest analogiczna do przepony w aparacie. Znajduje się w centrum tęczówki i może się zwężać i rozszerzać, dostosowując intensywność strumienia światła wpadającego do oka.

Źrenica jest w stanie przepuszczać tylko te promienie światła, które znajdują się bezpośrednio przed nią, a pigment tęczówki opóźnia promienie boczne, które mogą powodować zniekształcenie obrazu.

obiektyw

Promienie świetlne przechodzące przez źrenicę są załamywane przez soczewkę - drugą soczewkę oka. Kształt soczewki można zmienić za pomocą specjalnego mięśnia.

Aby skupić się na bliższych przedmiotach, mięśnie napinają się, a soczewka staje się bardziej wypukła. Jeśli wymagane jest skupienie się na odległych obiektach, mięsień rozluźnia się, a soczewka staje się płaska. Proces ten nazywa się zakwaterowanie.

Jeśli jest zaburzony, z powodu osłabienia mięśni soczewki, rozwija się krótkowzroczność(niemożność rozróżnienia odległych obiektów) i dalekowzroczność(trudności w rozróżnianiu blisko położonych obiektów)

Za soczewką znajduje się ciało szkliste. Zajmuje prawie całą jamę oka aż do samej siatkówki i zapewnia elastyczność gałki ocznej.

Urządzenie odbiorcze - siatkówka

Po zogniskowaniu soczewką promienie światła padają na siatkówkę – rodzaj wklęsłego ekranu, na który rzutowany jest odwrócony obraz tego, co widać.

Zewnętrzna warstwa siatkówki składa się z dwóch rodzajów specjalnych komórek: pręcików odbierających światło i czopków rozpoznających kolory. Z pomocą procesy chemiczne stymulacja tych komórek światłem jest zakodowana w impulsie nerwowym, który jest przekazywany do mózgu.

Najbardziej wrażliwa część siatkówki, która pozwala rozróżniać kolory i drobne szczegóły obiektów - żółta plama lub plamka żółta, zlokalizowana w jej centrum.

Na siatkówce występuje również ślepa plamka – obszar całkowicie pozbawiony pręcików i czopków. Tutaj z siatkówki wyłania się nerw wzrokowy, który przekazuje zakodowany obraz do mózgu, gdzie jest on ostatecznie przetwarzany i interpretowany.

choroby oczu

Istnieje wiele chorób oczu. Niektóre z nich są spowodowane zaburzeniami w samym oku, inne wpływają na oczy, gdy pospolite choroby i konsekwencje błędny obrazżycie: godz cukrzyca, problemy z funkcjami gruczołów wydzielina wewnętrzna, nadciśnienie, spożywanie alkoholu i tak dalej.

Oczy są jednym z głównych narzędzi człowieka do pozyskiwania informacji o otaczającym nas świecie. Ten sparowany narząd to złożony system dwóch soczewek i urządzenia odbiorczego - siatkówki.

Wady wzroku to jedna z konsekwencji niezdrowego trybu życia.

Ludzkie oko jest często przytaczane jako przykład niesamowitej inżynierii naturalnej - ale sądząc po tym, że jest to jedno z 40 urządzeń, które pojawiły się podczas ewolucji różne organizmy, powinniśmy złagodzić nasz antropocentryzm i przyznać, że budowa ludzkiego oka nie jest czymś doskonałym.

Opowieść o oku najlepiej zacząć od fotonu. Kwant promieniowania elektromagnetycznego powoli wlatuje prosto w oko niczego niepodejrzewającego przechodnia, który mruży oczy przed nieoczekiwanym blaskiem czyjegoś zegarka.

Pierwszą częścią układu optycznego oka jest rogówka. Zmienia kierunek światła. Jest to możliwe dzięki takiej właściwości światła jak refrakcja, która jest również odpowiedzialna za tęczę. Prędkość światła jest stała w próżni - 300 000 000 m/s. Ale przechodząc z jednego ośrodka do drugiego (w tym przypadku z powietrza do oka), światło zmienia swoją prędkość i kierunek ruchu. Dla powietrza współczynnik załamania wynosi 1,000293, dla rogówki - 1,376. Oznacza to, że wiązka światła w rogówce spowalnia swój ruch 1,376 razy i odchyla się bliżej środka oka.

Ulubionym sposobem rozbijania partyzantów jest świecenie im w twarz jasną lampą. Boli z dwóch powodów. Jasne światło- to potężne promieniowanie elektromagnetyczne: biliony fotonów atakują siatkówkę, a jej zakończenia nerwowe są zmuszone do przesyłania szaleńczej ilości sygnałów do mózgu. Od przepięcia nerwy, podobnie jak druty, wypalają się. Mięśnie tęczówki są zmuszone skurczyć się tak mocno, jak tylko mogą, w desperackiej próbie zamknięcia źrenicy i ochrony siatkówki.

I leci do ucznia. Z nim wszystko jest proste - to dziura w tęczówce. Dzięki okrągłym i promieniowym mięśniom tęczówka może odpowiednio zwężać i rozszerzać źrenicę, regulując ilość światła wpadającego do oka, podobnie jak przysłona w aparacie. Średnica źrenicy człowieka może wahać się od 1 do 8 mm w zależności od oświetlenia.

Przelatując przez źrenicę, foton uderza w soczewkę - drugą soczewkę odpowiedzialną za jego trajektorię. Soczewka załamuje światło mniej niż rogówka, ale jest ruchoma. Soczewka wisi na cylindrycznych mięśniach, które zmieniają jej krzywiznę, co pozwala nam skupić się na przedmiotach znajdujących się w różnych odległościach od nas.

To z naciskiem związane są wady wzroku. Najczęściej spotykane to krótkowzroczność i dalekowzroczność. Obraz w obu przypadkach nie skupia się na siatkówce, jak powinien, ale przed nią (krótkowzroczność) lub za nią (dalekowzroczność). Winne jest temu oko, które zmienia kształt z okrągłego na owalny, a następnie siatkówka oddala się od soczewki lub się do niej zbliża.

Po soczewce foton przelatuje przez ciało szkliste (przeźroczystą galaretkę - 2/3 objętości całego oka, 99% - woda) prosto do siatkówki. To tutaj rejestrowane są fotony, a komunikaty o przybyciu są przesyłane nerwami do mózgu.

Siatkówka jest wyłożona komórkami fotoreceptorów: gdy nie ma światła, wytwarzają one specjalne substancje - neuroprzekaźniki, ale gdy tylko foton w nie wejdzie, komórki fotoreceptorów przestają je wytwarzać - i jest to sygnał dla mózgu. Istnieją dwa rodzaje tych komórek: pręciki, które są bardziej wrażliwe na światło, oraz czopki, które lepiej wykrywają ruch. Mamy około stu milionów pręcików i kolejnych 6-7 milionów czopków, w sumie ponad sto milionów elementów światłoczułych – to ponad 100 megapikseli, o których żaden „Hassel” nie mógł marzyć.

Martwy punkt to punkt przełomu, w którym w ogóle nie ma komórek światłoczułych. Jest dość duży - ma średnicę 1-2 mm. Na szczęście mamy widzenie obuoczne i jest mózg, który łączy dwa obrazy z plamami w jeden normalny.

W czasie transmisji sygnału ludzkie oko jest problem z logiką. Podwodna ośmiornica, która tak naprawdę nie potrzebuje wzroku, jest pod tym względem znacznie bardziej konsekwentna. U ośmiornic foton najpierw uderza w warstwę czopków i pręcików na siatkówce, tuż za którą czeka warstwa neuronów i przekazuje sygnał do mózgu. U ludzi światło najpierw przebija się przez warstwy neuronów - a dopiero potem uderza w fotoreceptory. Z tego powodu w oku pojawia się pierwsza plamka - ślepa plamka.

Druga plamka jest żółta, jest to centralny obszar siatkówki naprzeciwko źrenicy, nieco wyżej nerw wzrokowy. To miejsce najlepiej widzi oko: stężenie komórek światłoczułych jest tutaj znacznie zwiększone, dzięki czemu nasze widzenie w centrum pola widzenia jest znacznie ostrzejsze niż peryferyjne.

Obraz na siatkówce jest odwrócony. Mózg wie, jak poprawnie zinterpretować obraz i odtwarza oryginalny obraz z odwróconego. Dzieci widzą wszystko do góry nogami przez pierwsze kilka dni, podczas gdy ich mózgi ustawiają photoshopa. Jeśli założysz okulary, które odwracają obraz (po raz pierwszy zrobiono to w 1896 roku), to za kilka dni nasz mózg nauczy się poprawnie interpretować taki odwrócony obraz.