Ljudsko oko. Ljudsko oko kao optički sistem

Struktura ljudskog oka liči na kameru. Cilj je rožnjača, sočivo i zjenica, koji lome svjetlosne zrake i fokusiraju ih na retinu. Objektiv može promijeniti svoju zakrivljenost i radi kao autofokus za kameru - trenutno prilagođava dobar vid na blizu ili daleko. Retina, poput fotografskog filma, hvata sliku i šalje je u obliku signala u mozak, gdje se analizira.

učenik

rožnjače

iris

sočivo

cilijarno tijelo

mrežnica,

choroid

optički nerv

očne sudove

očni mišići

sclera

staklasto tijelo

Složena struktura očne jabučice čini je vrlo osjetljivom na razne štete, metabolički poremećaji i bolesti.

Oftalmolozi portala "Sve o viziji" jednostavan jezik opisana struktura ljudskog oka pruža vam jedinstvenu priliku da se vizualno upoznate s njegovom anatomijom.

Ljudsko oko je jedinstven i složen upareni senzorni organ, zahvaljujući kojem primamo do 90% informacija o svijetu oko nas. Oko svake osobe ima samo individualne, inherentne karakteristike. Ali opće karakteristike strukture važne su za razumijevanje kakvo je oko iznutra i kako funkcionira. U toku evolucije oko je dostiglo složenu strukturu i u njemu su strukture različitog porijekla tkiva usko povezane. Krvni sudovi i živci, pigmentne ćelije i elementi vezivnog tkiva – svi oni pružaju glavnu funkciju oka – vid.

Struktura glavnih struktura oka

Oko ima oblik kugle ili lopte, pa se na njega počela primjenjivati alegorija jabuke. Očna jabučica je vrlo delikatna struktura, stoga se nalazi u koštanoj šupljini lubanje - orbiti, gdje je djelomično skrivena od mogućih oštećenja. Prednji dio očne jabučice zaštićen je gornjim i donjim kapcima. Slobodno kretanje očne jabučice obezbjeđuju vanjski okulomotorni mišići, čiji precizan i dobro koordiniran rad nam omogućava da vidimo svijet sa dva oka, tj. binokularno.

Konstantnu hidrataciju cijele površine očne jabučice obezbjeđuju suzne žlijezde koje osiguravaju adekvatnu proizvodnju suza, čime se formira tanak zaštitni suzni film, a otjecanje suza se odvija kroz posebne suzne kanale.

Najudaljeniji sloj oka je konjunktiva. Tanak je i proziran i oblaže unutrašnju površinu očnih kapaka, omogućavajući lako klizanje dok se očna jabučica pomiče i trepće kapcima.

Vanjska "bijela" ljuska oka - sklera, najdeblja je od tri očne membrane, štiti unutrašnje strukture i održava tonus očne jabučice.

Skleralna membrana u središtu prednje površine očne jabučice postaje prozirna i izgleda kao konveksno staklo za sat. Ovaj prozirni dio sklere naziva se rožnjača, koja je vrlo osjetljiva zbog prisustva mnogih nervnih završetaka... Prozirnost rožnjače omogućava svjetlosti da prodre u oko, a njena sferičnost osigurava prelamanje svjetlosnih zraka. Prijelazna zona između sklere i rožnjače naziva se limbus. U ovoj zoni se nalaze matične ćelije koje obezbeđuju stalnu regeneraciju ćelija u spoljašnjim slojevima rožnjače.

Sljedeća školjka je vaskularna. Ona oblaže bjeloočnicu iznutra. Iz njegovog naziva jasno je da osigurava prokrvljenost i ishranu intraokularnih struktura, a također održava tonus očne jabučice. Horoid se sastoji od same žilnice koja je u bliskom kontaktu sa sklerom i retinom i struktura kao što su cilijarno tijelo i šarenica, koje se nalaze u prednjem dijelu očne jabučice. Sadrže mnogo krvnih sudova i nerava.

Cilijarno tijelo je dio horoidee i složenog neuromuskularno-endokrinog organa koji igra važnu ulogu u proizvodnji intraokularne tekućine i u procesu akomodacije.

Boja šarenice određuje boju oka osobe. U zavisnosti od količine pigmenta u vanjskom sloju, ima boju od blijedoplave ili zelenkaste do tamno smeđe. U središtu šarenice nalazi se rupa - zjenica kroz koju svjetlost ulazi u oko. Važno je napomenuti da su opskrba krvlju i inervacija žilnice i šarenice s cilijarnim tijelom različiti, što se odražava u kliničkoj slici bolesti tako općenito jedinstvene strukture kao što je horoid.

Prostor između rožnjače i šarenice je prednja očna komora, a ugao koji čine periferija rožnjače i šarenice naziva se ugao prednje komore. Kroz ovaj ugao dolazi do odliva intraokularne tečnosti kroz poseban složeni drenažni sistem u očne vene. Iza šarenice nalazi se sočivo koje se nalazi ispred staklastog tela. Ima oblik bikonveksnog sočiva i dobro je fiksiran mnogim tankim ligamentima za nastavke cilijarnog tijela.

Prostor između stražnje površine šarenice, cilijarnog tijela i prednje površine sočiva i staklastog tijela naziva se stražnja očna komora. Prednja i stražnja očna komora ispunjene su bezbojnom intraokularnom tekućinom ili očne vodicom, koja stalno cirkulira u oku i ispira rožnicu i sočivo, istovremeno ih hrani, jer ove strukture oka nemaju svoje žile.

Najnutarnja, najtanja i najvažnija membrana za vid je retina. To je visoko diferenciran višeslojni nervnog tkiva, koji oblaže žilnicu u njenom stražnjem dijelu. Vlakna optičkog živca potiču iz mrežnjače. Sve informacije koje oko primi u obliku nervnih impulsa prenosi složenim vizualnim putem do našeg mozga, gdje se transformira, analizira i percipira kao objektivna stvarnost. Na retini slika na kraju pada ili ne pada, a ovisno o tome, objekte vidimo jasno ili ne baš dobro. Najosjetljiviji i najtanji dio mrežnjače je centralno područje- macula. To je makula koja pruža naš centralni vid.

Šupljina očne jabučice ispunjena je prozirnom, pomalo želeastom tvari - staklastim tijelom. Održava gustinu očne jabučice i prianja na unutrašnju ljusku - mrežnicu, fiksirajući je.

Optički sistem oka

Po svojoj suštini i namjeni, ljudsko oko je složen optički sistem. U ovom sistemu se može izdvojiti nekoliko najvažnijih struktura. To su rožnjača, sočivo i retina. U osnovi, kvalitet našeg vida zavisi od stanja ovih struktura koje prenose, prelamaju i percipiraju svetlost, od stepena njihove transparentnosti.

Rožnica jače lomi svjetlosne zrake od svih drugih struktura, a zatim prolazi kroz zjenicu koja djeluje kao dijafragma. Slikovito rečeno, baš kao i kod dobrog fotoaparata, dijafragma reguliše protok svjetlosnih zraka i, ovisno o žižnoj daljini, omogućava nam da dobijemo kvalitetnu sliku, pa zenica funkcionira u našem oku. Objektiv također lomi i prenosi svjetlosne zrake dalje do strukture koja prima svjetlost - retine, svojevrsnog fotografskog filma. Tečnost očnih komora i staklastog tela takođe imaju svojstva prelamanja svetlosti, ali ne toliko značajna. Ipak, stanje staklastog tijela, stepen transparentnosti očne vodice očnih komora, prisustvo krvi ili drugih plutajućih zamućenja u njima također mogu utjecati na kvalitet našeg vida. Normalno, svjetlosne zrake, prolazeći kroz sve prozirne optičke medije, prelamaju se tako da, padajući na mrežnicu, formiraju smanjenu, obrnutu, ali stvarnu sliku. Konačna analiza i percepcija informacija koje prima oko događa se već u našem mozgu, u korteksu njegovih okcipitalnih režnjeva.

Dakle, oko je veoma kompleksno i neverovatno. Poremećaj stanja ili opskrbe krvlju bilo kojeg strukturnog elementa oka može negativno utjecati na kvalitetu vida.

Naše oko je složen optički sistem čiji je glavni zadatak prenošenje slike do optičkog živca.
Originalno vidljiva slika prolazi kroz rožnjaču. Tu dolazi do primarnog prelamanja svjetlosti. Odatle, kroz kružni otvor na šarenici, koji se zove zjenica, ulazi u sočivo. Budući da je sočivo bikonveksno sočivo, nakon prolaska kroz staklasto tijelo, vidljiva slika se preokreće kada udari u retinu. To je signal invertirane slike koji dolazi od mrežnice duž optičkog živca do mozga. A mozak je za to i mozak treba da vrati sliku.

Struktura ljudskog oka ne može se razmatrati odvojeno bez druga dva dijela vizualnog aparata - puteva i dijela mozga (vizualni korteks), koji su odgovorni za provođenje i analizu nervnih impulsa koji dolaze iz oka: osoba izgleda okom i mozgom vidi. Osim toga, s obzirom na strukturu ljudskog oka, mora se reći i o njegovom dodatnom aparatu. Očna jabučica čini integralni sistem sa pomoćnim strukturama: okulomotornim mišićima, kapcima, sluznicom (konjunktivom) i suznim aparatom.

Eksterna struktura

Ovdje se razlikuju kapci (gornji i donji), trepavice, unutrašnji ugao oka sa suznim mesom (nabor sluzokože), bijeli dio očne jabučice - bjeloočnica, koja je prekrivena prozirnom sluzokožom - konjuktiva (za više detalja o ovoj formaciji oka vidi dio Konjunktiva), prozirni dio je rožnjača, kroz koju se vide okrugla zjenica i šarenica (pojedinačno obojene, sa jedinstvenim uzorkom). Spoj sklere u rožnjaču naziva se limbus.

Očna jabučica ima nepravilan sferni oblik, anteroposteriorna veličina odrasle osobe je oko 23-24 mm.

Oči se nalaze u koštanoj posudi - očnim dupljama. Izvana su zaštićeni očnim kapcima, uz rubove očnih jabučica okruženi su okulomotornim mišićima i masnim tkivom. Iznutra, optički živac napušta oko i kroz poseban kanal ulazi u šupljinu lubanje, stižući do mozga.

Kapci

Kapci (gornji i donji) su spolja prekriveni kožom, a iznutra sluzokožom (konjunktivom). U debljini očnih kapaka nalaze se hrskavica, mišići ( kružni mišić oči i mišić levator gornji kapak) i žlijezde. Žlijezde kapaka proizvode komponente očne suze, koja normalno vlaži površinu oka. Na slobodnom rubu kapaka rastu trepavice koje obavljaju zaštitnu funkciju i otvaraju se kanali žlijezda. Palpebralna pukotina se nalazi između ivica očnih kapaka. U unutrašnjem uglu oka, na gornjem i donjem kapku, nalaze se suzne tačke - rupice kroz koje suza teče kroz nasolakrimalni kanal u nosnu šupljinu.

Mišići oka

Mišići oka, kojih ima po šest na svakoj očnoj jabučici: četiri rektusna mišića: unutrašnji, vanjski, gornji i donji pravi mišići i dva kosa mišića: gornji i donji. Mišićni aparat oka omogućava rotaciju očne jabučice u svim smjerovima, kao i koordinirano fiksiranje pogleda oba oka u određenoj tački.

Suzna žlijezda se nalazi u gornjem-vanjskom dijelu orbite. Proizvodi suze kao odgovor na emocionalnu iritaciju ili iritaciju sluznice oka, rožnice ili nazofarinksa. Detaljnije strukturu suznog aparata ljudskog oka možete vidjeti u dijelu za suzni aparat.

Ljuska oka

Ljudska očna jabučica ima 3 ljuske: vanjsku, srednju i unutrašnju.

Sclera

Sklera zauzima 4/5 fibrozne membrane i sastoji se od vezivnog tkiva, dosta je gusta i pričvršćena za nju očni mišići... Glavna funkcija je zaštitna, ona daje određeni oblik i ton očne jabučice. Postoji izlazna tačka sa zadnjeg pola oka u skleri optički nerv- rešetkasta ploča.

Rožnjača

Rožnjača čini 1/5 vanjskog omotača, ima niz karakteristika: prozirnost (odsustvo krvnih sudova), sjaj, sferičnost i osjetljivost. Svi ovi znakovi su karakteristični za zdravu rožnicu. Kod bolesti rožnjače ovi znaci se mijenjaju (zamućenost, gubitak osjetljivosti itd.). Rožnjača pripada optičkom sistemu oka, provodi i lomi svjetlost (debljina joj se na različitim presjecima kreće od 0,2 do 0,4 mm, a moć prelamanja rožnice je približno 40 dioptrija). Potpuniji opis strukture rožnjače može se naći u odgovarajućem odjeljku: Rožnica.

Srednju (horoidnu) membranu oka čine šarenica, cilijarno tijelo i sama žilnica (koroida), koji se nalaze neposredno ispod sklere. Srednja membrana oka obezbeđuje ishranu očne jabučice, učestvuje u metabolički procesi i eliminaciju metaboličkih produkata tkiva oka.

Iris

Šarenica je prednji dio vaskularnog trakta oka, nalazi se iza prozirne rožnice, u sredini se nalazi podesivi okrugli otvor - zjenica. Dakle, šarenica u strukturi ljudskog oka igra ulogu dijafragme, obojene u određenu boju. Boja ljudskih očiju određena je količinom pigmenta melanina u šarenici (svijetloplave do smeđe). Ovaj pigment štiti oči od viška sunčeve svjetlosti. Prečnik zenice varira od 2 do 8 mm, u zavisnosti od osvetljenja, nervne regulacije ili delovanja lekova. Obično se zjenica sužava pri jakom svjetlu i širi pri slabom svjetlu.

Cilijarno tijelo

Cilijarno tijelo je područje žilnice koja se nalazi na dnu šarenice. U debljini cilijarnog tijela nalazi se cilijarni mišić koji mijenja zakrivljenost biološkog sočiva oka - sočiva, usmjeravajući tako fokus na željenu udaljenost (oko se akomodira).

Sama žilnica (koroida) čini veći dio vaskularnog trakta oka (2/3) i ima ulogu hranjenja unutrašnje membrane oka - retine.

Objektiv

Sočivo se nalazi iza zenice, to je biološko sočivo, koje pod uticajem cilijarnog mišića menja zakrivljenost i učestvuje u aktu akomodacije oka (fokusiranje pogleda na predmete na različitim udaljenostima). Refrakciona moć ovog sočiva varira od 20 dioptrija u mirovanju do 30 dioptrija kada cilijarni mišić radi.

Osim toga, u očnoj jabučici mogu se razlikovati prednja i stražnja očna komora - prostori ispunjeni očne vodice - tekućinom koja cirkulira unutar oka i obavlja nutritivnu funkciju za rožnicu i sočivo (normalno, ove formacije nemaju krv plovila). Prednja očna komora nalazi se između rožnjače i šarenice, a stražnja očna očna očna očna očna očna očna očna očna očna očna očna komora nalazi se između šarenice i očnog sočiva. Vodenasta vlaga nastaje procesima cilijarnog tijela, zatim teče kroz zenicu u prednju komoru, nakon čega teče kroz poseban drenažni sistem (trabekularni aparat) u vaskularnu mrežu, kao što je prikazano na slici:

Iza sočiva se nalazi volumetrijska formacija koja ispunjava oko, staklasto tijelo, koje ima konzistenciju nalik na žele. Funkcije staklastog tijela su provođenje svjetlosti i održavanje oblika očne jabučice.

Retina

Retina (unutrašnja, osjetljiva membrana oka) oblaže šupljinu očne jabučice od nutrije. To je najtanja očna membrana, čija se debljina kreće od 0,07 do 0,5 mm. Retina ima složena struktura i sastoji se od 10 slojeva ćelija. Ova očna školjka može se usporediti s filmom kamere, njena glavna uloga je formiranje slike (percepcija svjetla i boja), uz pomoć posebnih osjetljivih ćelija - štapića i čunjeva. Štapići se nalaze uglavnom na periferiji retine i odgovorni su za crno-bijeli vid u sumrak. Čunjići su koncentrisani u središnjim dijelovima mrežnjače - makuli, i odgovorni su za male detalje objekata i boja. Nervna vlakna koja dolaze iz osjetljivih stanica formiraju optički živac, koji napušta stražnji pol oka i prodire u šupljinu lubanje, u mozak.

Izvor proglaza ru

kategorija:

Ljudsko oko je veoma složen optički sistem sastavljen od raznih elemenata, od kojih je svaki odgovoran za svoje zadatke. Općenito, očni aparat pomaže u opažanju eksternu sliku, obraditi ga i prenijeti informacije u već pripremljenom obliku u mozak. Bez njegovih funkcija, organi ljudskog tijela ne bi mogli djelovati u potpunosti. Iako je organ vida složen, barem u osnovnom obliku vrijedi razumjeti opis principa njegovog funkcioniranja za svaku osobu.

Opšti princip rada

Nakon što smo shvatili šta je oko, shvativši njegov opis, razmotrit ćemo princip njegovog rada. Oko radi zahvaljujući percepciji svjetlosti koja se odbija od okolnih objekata. Ovo svjetlo pogađa rožnjaču, posebno sočivo koje omogućava fokusiranje dolazećih zraka. Nakon rožnjače, zraci prolaze kroz kameru oka (koja je ispunjena bezbojnom tečnošću), a zatim padaju na šarenicu, koja u središtu ima zenicu. Zjenica ima otvor (očni prorez) kroz koji prolaze samo centralne zrake, odnosno eliminiraju se neke od zraka koje se nalaze na rubovima svjetlosnog toka.

Učenik pomaže da se prilagodi različitim nivoima osvetljenje. On (tačnije, njegov očni prorez) filtrira samo one zrake koji ne utiču na kvalitet slike, već reguliše njihov tok. Kao rezultat toga, ono što preostane odlazi na sočivo, koje je, kao i rožnjača, sočivo, ali samo za drugo - za preciznije, "čišće" fokusiranje svjetlosti. Sočivo i rožnjača su optički mediji oka.

Nadalje, svjetlost kroz posebno staklasto tijelo, koje je uključeno u optički aparat oka, prolazi do retine, gdje se slika projektuje kao na filmskom platnu, ali samo naopako. U središtu mrežnjače nalazi se makula, područje na koje reaguje, u koje pada predmet, koji direktno gledamo.

U završnoj fazi dobivanja slike, stanice mrežnice obrađuju ono što se nalazi na njima, pretvarajući sve u elektromagnetne impulse, koji se zatim šalju u mozak. Digitalni fotoaparat funkcionira na sličan način.

Od svih elemenata oka, samo sklera, posebna neprozirna membrana koja prekriva vanjsku stranu, nije uključena u obradu signala. Gotovo u potpunosti ga okružuje, oko 80%, ali u prednjem dijelu glatko prelazi u rožnjaču. U narodu njen vanjski dio obično nazivaju proteinom, iako to nije sasvim tačno.

Broj boja koje se razlikuju

Ljudski organ vida percipira sliku u boji, a broj nijansi boja koje može razlikovati je vrlo velik. Koliko se različitih boja razlikuje po oku (tačnije, koliko nijansi) može varirati od individualnih karakteristika osobe, kao i od nivoa njegove obuke i vrste njegove profesionalne aktivnosti. Oko "radi" sa takozvanim vidljivim zračenjem, koje je elektromagnetnih talasa koji imaju talasnu dužinu od 380 do 740 nm, odnosno sa svetlošću.

Ako uzmemo prosječne pokazatelje, onda osoba ukupno može razlikovati oko 150 hiljada tonova i nijansi boja.

Međutim, ovdje postoji nejasnoća koja leži u relativnoj subjektivnosti percepcije boja. Stoga se neki naučnici slažu oko druge brojke, koliko nijansi boja osoba obično vidi / razlikuje - od sedam do deset miliona. U svakom slučaju, brojka je impresivna. Sve ove nijanse se dobijaju variranjem sedam osnovnih boja koje se nalaze u različitim delovima duginog spektra. Vjeruje se da profesionalni umjetnici i dizajneri imaju veći broj percipiranih nijansi, a ponekad se osoba rodi s mutacijom koja mu omogućava da s vremena na vrijeme vidi više boja i nijanse. Koliko različitih boja takvi ljudi vide je otvoreno pitanje.

Očne bolesti

Kao i svaki drugi sistem ljudsko tijelo, organ vida je podložan raznim bolestima i patologijama. Uvjetno se mogu podijeliti na zarazne i neinfektivne. Uobičajene vrste bolesti koje uzrokuju bakterije, virusi ili mikroorganizmi su konjuktivitis, ječam i blefaritis.

Ako je bolest neinfektivna, onda se najčešće javlja zbog jakog umora očiju, zbog nasljedne predispozicije ili jednostavno zbog promjena koje se u ljudskom tijelu dešavaju s godinama. Rjeđe, problem može biti u tome što je nastala opća patologija tijela, na primjer, razvila se hipertenzija ili dijabetes... Kao rezultat, može doći do glaukoma, katarakte ili sindroma suhog oka, a osoba na kraju lošije vidi ili razlikuje predmete.

V medicinska praksa sve bolesti su podijeljene u sljedeće kategorije:

bolesti pojedinih elemenata oka, na primjer, sočiva, konjunktiva i tako dalje;
optički nerv / patologija;
mišićne patologije, zbog kojih je poremećeno prijateljsko kretanje jabuka;
bolesti povezane sa sljepoćom i raznim poremećajima vida, oslabljen vid;
glaukom.

Kako bi se izbjegli problemi i patologije, oči se moraju zaštititi, ne držati uperene dugo u jednu tačku i održavati optimalno osvjetljenje prilikom čitanja ili rada. Tada moć vida neće pasti.

Vanjska struktura oka

Ljudsko oko ima ne samo unutrašnja struktura ali i spoljašnje koje je predstavljeno vekovima. To su posebne pregrade koje štite oči od ozljeda i negativnih faktora okoline. Uglavnom se sastoje od mišićnog tkiva, koje je sa vanjske strane prekriveno tankom i nježnom kožom. U oftalmologiji je općenito prihvaćeno da su očni kapci jedan od bitnih elemenata, u slučaju problema sa kojima mogu nastati problemi.

Iako je očni kapak mekan, njegovu snagu i konzistenciju osigurava hrskavica, koja je u suštini kolagenska formacija. Kretanje očnih kapaka vrši se zahvaljujući mišićnom sloju. Kada se kapci zatvore, to ima funkcionalnu ulogu - očna jabučica se navlaži, a male strane čestice, koliko god ih ima na površini oka, se uklanjaju. Osim toga, zbog vlaženja očne jabučice, kapak može slobodno kliziti u odnosu na njegovu površinu.

Važna komponenta očnih kapaka je i opsežan sistem opskrbe krvlju i brojni nervni završeci koji pomažu kapcima da obavljaju svoje funkcije.

Pokret očiju

Oči osobe pokreću se uz pomoć posebnih mišića koji osiguravaju da oči neprestano funkcionišu normalno. Vizualni aparat se kreće uz pomoć koordiniranog rada desetaka mišića, od kojih su glavni četiri ravna i dva kosa mišićna procesa. okružuju sa različite strane i pomažu u rotaciji očne jabučice oko različitih osa. Svaka grupa vam omogućava da okrenete pogled osobe u svom smjeru.

Također, mišići pomažu podizanju i spuštanju očnih kapaka. Kada svi mišići rade u harmoniji, to ne samo da vam omogućava da odvojeno kontrolišete oči, već i da obavljate njihov dobro koordiniran rad i koordinaciju njihovog pravca.

) osoba koja ima sposobnost da percipira elektromagnetno zračenje u opsegu talasnih dužina svetlosti i obezbeđuje funkciju vida. Oči se nalaze na prednjem dijelu glave i, zajedno sa kapcima, trepavicama i obrvama, važan su dio lica. Područje lica oko očiju aktivno je uključeno u izraze lica.

Maksimalni optimum dnevne osjetljivosti ljudskog oka pada na maksimum kontinuiranog spektra sunčevog zračenja, koji se nalazi u "zelenom" području od 550 (556) nm. U prijelazu iz dnevne svjetlosti u sumrak, maksimum svjetlosne osjetljivosti kreće se prema kratkotalasnom dijelu spektra, a crveni objekti (npr. mak) izgledaju crni, plavi (različak) - vrlo svijetli (fenomen Purkinje).

Struktura ljudskog oka

Oko, ili organ vida, sastoji se od očne jabučice, optičkog živca (vidi. Vizualni sistem). Postoje odvojeni pomoćni organi (očni kapci, suzni aparat, mišići očne jabučice).

Lako se rotira oko različitih osa: vertikalne (gore-dole), horizontalne (levo-desno) i takozvane optičke ose. Oko oka postoje tri para mišića odgovornih za kretanje očne jabučice [i aktivnu pokretljivost]: 4 ravna (gornji, donji, unutrašnji i vanjski) i 2 kosa (gornji i donji). Ovi mišići su kontrolirani signalima koje očni živci primaju iz mozga. Oko sadrži možda najbrže motorne mišiće u ljudskom tijelu. Dakle, pri ispitivanju (fokusirano fokusiranje) ilustracije, oko pravi ogroman broj mikropokreta u stotinki sekunde]. Ako je pogled zadržan (fokusiran) na jednoj tački, oko kontinuirano čini male, ali vrlo brze pokrete-oscilacije. Njihov broj dostiže 123 u sekundi.

Očna jabučica je od ostatka orbite odvojena gustom vlaknasto-tenonskom kapsulom (fascijom), iza koje se nalazi masno tkivo... Ispod masnog tkiva sakriven je kapilarni sloj.

Samo oko, ili očna jabučica(latinski bulbus oculi), je uparena tvorevina nepravilnog sfernog oblika, koja se nalazi u svakoj od očnih duplji (orbita) lubanje ljudi i drugih životinja.

Vanjska struktura ljudskog oka

Za pregled je dostupan samo prednji, manji, najkonveksniji dio očne jabučice - rožnjače, i okolni dio (sklera); ostatak, većina, leži u dubini orbite.

Oko ima nepravilan sferični (gotovo sferičan) oblik, prečnika oko 24 mm. Dužina njegove sagitalne ose je u prosjeku 24 mm, horizontalne - 23,6 mm, vertikalne - 23,3 mm. Prosječna zapremina odrasle osobe je 7,448 cm³. Masa očne jabučice je 7-8 g.

Veličina očne jabučice je u prosjeku ista za sve ljude, razlikuju se samo u dijelovima milimetra.

U očnoj jabučici razlikuju se dva pola: prednji i stražnji. Prednji stub odgovara najkonveksnijem središnjem dijelu prednje površine rožnjače, i zadnji stub nalazi se u središtu stražnjeg segmenta očne jabučice, nešto izvan mjesta izlaza vidnog živca.

Zove se linija koja povezuje oba pola očne jabučice vanjske ose očne jabučice... Udaljenost između prednjeg i stražnjeg pola očne jabučice je njegova najveća veličina i jednaka je oko 24 mm.

Druga os u očnoj jabučici je unutrašnja os - ona povezuje tačku na unutrašnjoj površini rožnice, koja odgovara njenom prednjem polu, sa tačkom na retini, koja odgovara stražnjem polu očne jabučice, njena veličina je u prosjeku 21,5 mm.

Sa dužom unutrašnjom osom, svjetlosni snopovi, nakon prelamanja u očnu jabučicu, prikupljaju se u fokusu ispred mrežnjače. Istovremeno, dobar vid objekata moguć je samo iz blizine - miopija, miopija.

Ako je unutrašnja os očne jabučice relativno kratka, tada se svjetlosni zraci nakon prelamanja skupljaju u fokusu iza retine. U ovom slučaju, vid na daljinu je bolji od blizu - hiperopija, hipermetropija.

Najveća poprečna veličina ljudske očne jabučice je u prosjeku 23,6 mm, a vertikalna veličina je 23,3 mm. Refrakciona moć optičkog sistema oka (u mirovanju, akomodacija ( zavisi od radijusa zakrivljenosti prelamajućih površina (rožnica, sočivo - prednja i zadnja površina obe, - samo 4) i od njihove udaljenosti jedna od druge) u prosjeku iznosi 59,92. Za prelamanje oka važna je dužina ose oka, odnosno udaljenost od rožnjače do macula; u proseku iznosi 25,3 mm (B.V. Petrovsky). Dakle, refrakcija oka ovisi o omjeru između refrakcijske moći i dužine ose, što određuje položaj glavnog fokusa u odnosu na mrežnicu i karakterizira optičku postavku oka. Postoje tri glavna prelamanja oka: "normalna" refrakcija (fokus na mrežnjači), dalekovidost (iza mrežnjače) i miopija (fokus sprijeda prema van).

Također se razlikuje vizualna os očne jabučice, koja se proteže od njenog prednjeg pola do fovee retine.

Linija koja povezuje tačke najvećeg kruga očne jabučice u frontalnoj ravni naziva se ekvator... Nalazi se 10-12 mm iza ivice rožnjače. Linije povučene okomito na ekvator i koje spajaju oba pola na površini jabuke nazivaju se meridijani... Vertikalni i horizontalni meridijani dijele očnu jabučicu u zasebne kvadrante.

Unutrašnja struktura očne jabučice

Očna jabučica se sastoji od membrana koje okružuju unutrašnje jezgro oka, predstavljajući njegov prozirni sadržaj - staklasto tijelo, sočivo, očnu očnicu u prednjoj i stražnjoj komori.

Jezgro očne jabučice okruženo je s tri ljuske: vanjskom, srednjom i unutrašnjom.

Vanjski - vrlo gust vlaknasteškoljka očne jabučice ( tunica fibrosa bulbi), za koji su pričvršćeni vanjski mišići očne jabučice, obavlja zaštitnu funkciju i zahvaljujući turgoru određuje oblik oka. Sastoji se od prednjeg prozirnog dijela - rožnjače, i zadnjeg neprozirnog dijela bjelkaste boje - sklere.
Prosjek, ili vaskularni, školjka očne jabučice ( tunica vasculosa bulbi), igra važnu ulogu u metaboličkim procesima, osiguravajući ishranu oka i izlučivanje metaboličkih produkata. Bogat je krvnim sudovima i pigmentom (koroidne ćelije bogate pigmentima sprečavaju prolazak svetlosti kroz skleru, eliminišući raspršivanje svetlosti). Formira ga šarenica, cilijarno tijelo i sama žilnica. U središtu šarenice nalazi se okrugla rupa - zjenica, kroz koju zraci svjetlosti prodiru u očnu jabučicu i dopiru do mrežnice (veličina zenice se mijenja (ovisno o intenzitetu svjetlosnog toka: pri jakom svjetlu) je uži, pri slabom svjetlu i u mraku – širi) kao rezultat interakcije glatkih mišićnih vlakana – sfinktera i dilatatora, zatvorenog u šarenicu i inerviranog parasimpatikusom i simpatikusom; kod niza bolesti dolazi do proširenja zenice – midrijaze , ili sužavanje - mioza). Šarenica sadrži različitu količinu pigmenta, koji određuje njenu boju - "boju očiju".
Interni, ili mesh, školjka očne jabučice ( tunica interna bulbi), - retina je receptorski dio vizuelnog analizatora, ovdje postoji direktna percepcija svjetlosti, biohemijske transformacije vizuelni pigmenti, promjene električnih svojstava neurona i prijenos informacija do centralnog nervnog sistema.

Smještajni aparati

Retina takođe ima slojevitu strukturu. Uređaj retina izuzetno teško. Mikroskopski se u njemu razlikuje 10 slojeva. Najudaljeniji sloj percipira svjetlost (boju), okrenut je ka žilnici (unutrašnje) i sastoji se od neuroepitelnih ćelija - štapića i čunjeva koji percipiraju svjetlost i boje (kod ljudi je površina mrežnjače koja percipira svjetlost vrlo mala - 0,4-0,05 mm², sledeće slojeve formiraju ćelije i nervna vlakna koja provode nervnu stimulaciju).

Svjetlost ulazi u oko kroz rožnicu, prolazi uzastopno kroz tekućinu prednje i zadnje komore, sočivo i staklasto tijelo, prolazeći kroz cijelu debljinu mrežnice, ulazi u procese ćelija osjetljivih na svjetlost - štapiće i čunjeve. To su fotohemijski procesi koji daju viziju boja (za više detalja pogledajte Prepoznavanje boja i boja). Retina kičmenjaka je anatomski "okrenuta iznutra prema van", tako da su fotoreceptori smješteni u stražnjem dijelu očne jabučice (u konfiguraciji "pozadi naprijed"). Da bi do njih došlo, svjetlost mora proći kroz nekoliko slojeva ćelija.

Ako samo na minut zatvorite oči i pokušate živjeti u potpunom mraku, počinjete shvaćati koliko je vid važan za osobu. Kako bespomoćni postaju ljudi koji su izgubili sposobnost da vide. A ako su oči ogledalo duše, onda je zjenica naš prozor u svijet.

Struktura oka

Ljudski organ vida je složen optički sistem. Njegova glavna svrha je prenošenje slike preko optičkog živca do mozga.

Očna jabučica, koja ima oblik kugle, nalazi se u orbiti i ima tri vaskularne i mrežnice. Unutar njega su očna vodica, sočivo i staklasto telo.

Bijeli segment očne jabučice prekriven je mukoznom membranom (sklerom). Prednji prozirni dio, nazvan rožnica, je optičko sočivo s velikom snagom prelamanja. Ispod njega je iris, koji djeluje kao dijafragma.

Svjetlosni tok reflektiran od površina predmeta najprije pogađa rožnicu i, prelomljen, ulazi u sočivo kroz zenicu, koja je takođe bikonveksno sočivo i ulazi u optički sistem oka.

Sljedeća tačka na putu ljudski vidljivi slike - retina. To je membrana ćelija osjetljivih na svjetlost: čunjeva i štapića. Retina prekriva unutrašnju površinu oka i, putem nervnih vlakana, prenosi informacije u mozak preko optičkog živca. U njemu se odvija konačna percepcija i svijest o onome što se vidi.

Funkcija zenice

U narodu je popularna frazeološka jedinica: "brinuti o tome kao zenicu oka", ali malo ljudi danas zna da se zjenica u stara vremena zvala zjenica oka. Ovaj izraz se davno koristio i najbolji je način da pokažemo kako se prema svojim očima treba odnositi kao prema najvrednijim i najdražim.

Ljudsku zjenicu regulišu dva mišića: sfinkter i dilatator. Oni su pod kontrolom različitih simpatičkih i parasimpatičkih sistema.

Zjenica je, u stvari, rupa kroz koju ulazi svjetlost. Djeluje kao regulator, sužava se pri jakom svjetlu i širi kada nedostaje. Tako štiti mrežnicu od opekotina i poboljšava vidnu oštrinu.

Midrijaza

Da li je normalno da osoba ima proširenu zjenicu? Zavisi od niza faktora. U medicinskom okruženju ovaj fenomen se naziva midrijaza.

Ispostavilo se da zenice ne reaguju samo na svetlost. Njihovo širenje može biti izazvano uzbuđenim emocionalnim stanjem: jakim interesovanjem (uključujući i seksualne prirode), nasilnom radošću, nepodnošljivim bolom ili strahom.

Gore navedeni faktori uzrokuju prirodnu midrijazu, koja ne utiče na oštrinu vida i zdravlje očiju. U pravilu, ovo stanje zjenice brzo prolazi ako se emocionalna pozadina vrati u normalu.

Fenomen midrijaze karakterističan je za osobu koja je pijana ili pijana. Osim toga, proširene zjenice često ukazuju na ozbiljno trovanje, kao što je butulizam.

Patološka midrijaza se često vidi kod pacijenata sa traumatskim ozljedama mozga. Stalno govore o prisutnosti niza mogućih bolesti kod osobe:

glaukom;
migrena;
paraliza;
encefalopatija;
disfunkcija štitne žlijezde;
Eddie sindrom.

Mnogi ljudi iz filmova znaju da kada se onesvijeste, ljekari hitne pomoći prvo pregledaju oči. Reakcija zenica na svetlost, kao i njihova veličina, mogu mnogo reći lekarima. Blago povećanje ukazuje na plitak gubitak svijesti, dok "staklene", gotovo crne oči signaliziraju vrlo ozbiljno stanje.

Mioza

Preterano sužena zjenica je suprotnost midrijazi. Oftalmolozi to zovu mioza. I ovo odstupanje ima više razloga, može biti bezopasan vid vida, ali je to često razlog da se odmah obratite ljekaru.

Stručnjaci razlikuju nekoliko vrsta mioze:

Funkcionalni, u kojem se suženje javlja iz prirodnih razloga, kao što su loše osvjetljenje, uslovi spavanja, djetinjstvo ili starost, dalekovidost, preopterećenost.
Medicinska mioza je posljedica uzimanja lijekova koji osim svoje glavne funkcije djeluju i na rad očnih mišića.
Paralitička - karakterizirana potpunim ili djelomičnim odsustvom motoričke sposobnosti dilatatora.
Mioza iritacije - uočena sa spazmom sfinktera. Često se nalazi kod tumora na mozgu, meningitisa, encefalitisa, kao i kod osoba koje pate od multipla skleroza i epilepsiju.
Sifilitička mioza - može se manifestirati u bilo kojoj fazi bolesti, iako se uz pravovremenu terapiju razvija izuzetno rijetko.

Anisokorija

Prema statistikama, svaka peta osoba na Zemlji ima zenice različite veličine. Ova asimetrija se naziva anizokorija. U većini slučajeva razlike su zanemarljive i vidljive samo oftalmologu, ali kod nekih je ta razlika vidljiva golim okom. Regulacija promjera zenica sa ovom osobinom se odvija asinhrono, au nekim slučajevima se veličina mijenja samo na jednom oku, dok drugo ostaje nepomično.

Anizokorija može biti nasljedna ili stečena. U prvom slučaju, takva struktura oka je posljedica genetike, u drugom - ozljede ili neke bolesti.

Zjenice različitog promjera nalaze se kod ljudi koji pate od takvih bolesti:

oštećenje optičkog živca;
aneurizma;
ozljeda mozga;
tumori;
neurološke bolesti.

Polycoria

Dvostruka zjenica je najrjeđa vrsta očne abnormalnosti. Ovaj urođeni efekat, nazvan polikorija, karakterizira prisustvo dvije ili više zjenica u istoj šarenici.

Postoje dvije vrste ove patologije: lažna i istinita. Lažna opcija podrazumijeva da membrana neravnomjerno zatvara zenicu, a čini se da ima nekoliko rupa. U ovom slučaju, reakcija na svjetlost je prisutna samo u jednom.

Prava polikorija povezana je s patologijom u razvoju optičke čašice. Istovremeno, oblik zjenica nije uvijek okrugao, postoje rupe u obliku ovala, kapi, Reakcija na svjetlost, iako nije izražena, je u svakoj od njih.

Osobe s ovom patologijom osjećaju značajnu nelagodu, defektno oko vidi mnogo gore nego normalno. Ako je broj zjenica veći od 3, a oni su dovoljno veliki (2 mm ili više), dijete mlađe od godinu dana će najvjerovatnije biti podvrgnuto operaciji. Odraslima je propisano nošenje korektivnih kontaktnih sočiva.

Dobne karakteristike

Mnoge mlade majke često primjećuju da dijete ima proširene zjenice. Vrijedi li dizati paniku zbog ovoga? Izolirani slučajevi nisu opasni, mogu biti uzrokovani lošim osvjetljenjem u prostoriji i osobitostima uzbuđenja. nervni sistem... Ugledavši lijepu igračku ili uplašeno strašnim Barmaleyem, dijete će refleksno proširiti zjenice, koje će se uskoro vratiti u normalu.

Ako se ovo stanje stalno promatra, to je razlog da se oglasi alarm i hitno se obratite liječniku. To može ukazivati na neurološke bolesti, a dodatna konzultacija sa specijalistom sigurno neće škoditi.

Reakcija učenika na svjetlost se mijenja s godinama. Kod adolescenata se uočava maksimalno moguće proširenje, za razliku od starijih osoba, za koje su stalno sužene zjenice varijanta norme.

3-11-2013, 19:05

Opis

Uvod

Ljudski vizuelni sistem je dostigao najveće savršenstvo. Naučnici koji rade na stvaranju elektronskih ili hemijskih sistema sa uporedivim karakteristikama mogu samo da se dive njegovoj osetljivosti, kompaktnosti, izdržljivosti, visokom stepenu ponovljivosti i gracioznoj prilagodljivosti potrebama ljudskog tela. Iskrenosti radi, treba, naravno, napomenuti da su pokušaji stvaranja odgovarajućih veštačkih sistema započeti pre manje od jednog veka, dok je ljudski vizuelni sistem formiran milionima godina. Nastala je iz svojevrsnog "kosmičkog" skupa elemenata - biranih, biranih i biranih sve dok nije ispala uspješna kombinacija. Malo ko sumnja da je ljudska evolucija bila "slijepa", probabilistička i da je apsolutno nemoguće pratiti je korak po korak. Troškovi evolucije su odavno potonuli u zaborav, ne ostavljajući nikakav trag.

Vizija zauzima gotovo jedinstveno mjesto u evolucijskoj shemi. Može se pretpostaviti, na primjer, da će dalji evolucijski razvoj dovesti do povećanja volumena mozga, komplikacija nervnog sistema ili do raznih poboljšanja postojećih funkcija. Međutim, nemoguće je zamisliti da će se osjetljivost vizualnog procesa primjetno povećati. Vizualni proces predstavlja apsolutnu krajnju prekretnicu u lancu evolucije. Ako uzmemo u obzir da se svaki apsorbirani foton "broji" u vizualnom procesu, onda je malo vjerovatno daljnje povećanje osjetljivosti ako se apsorpcija ne poveća. Zakoni kvantne fizike postavljaju čvrstu granicu kojoj se naš vizuelni sistem veoma približio.

Rezervisali smo da vizija zauzima gotovo jedinstveno mesto, jer su prema određenim podacima i neki drugi procesi percepcije dostigli apsolutnu granicu u svojoj evoluciji. Sposobnost brojnih insekata (na primjer, moljaca) da "otkriju" pojedinačne molekule dokaz je da je čulo mirisa u drugim slučajevima dostiglo kvantnu granicu. Isto tako, naš sluh je do krajnjih granica ograničen termičkom bukom okoline.

Visoka osjetljivost vizualnog procesa nije privilegija samo osobe. Postoje jasni dokazi da su manje napredne životinjske vrste i noćne ptice dosegle sličan nivo... Očigledno, ribe koje žive u mračnim dubinama okeana također moraju do krajnjih granica koristiti oskudne informacije koje prodiru u njih nasumičnim zracima svjetlosti. Konačno, možemo ukazati na fotosintezu kao dokaz da su različiti oblici biljnog svijeta odavno naučili da koriste gotovo svaki upadni foton, barem unutar određenog spektralnog područja.

Glavna svrha ovog poglavlja je da pokaže visoku kvantnu efikasnost ljudskog oka u širokom rasponu intenziteta svjetlosti. Da bismo početne podatke o ljudskom vidu izrazili kroz gustinu fotona po jedinici površine retine, potrebno je poznavati "optičke parametre ljudskog oka". Pogledaćemo ih u sledećem odeljku.

Optički parametri

Na sl. 10 prikazuje strukturu ljudskog oka.

Otvor zenice sočiva varira od 2 mm pri visokom osvetljenju do oko 8 mm blizu praga vizuelne percepcije. Ove promjene se dešavaju u vremenu od desetinki sekunde. Žižna daljina objektiv je 16 mm. To znači da se relativni otvor optičkog sistema menja od 1:2 pri slabom osvetljenju do 1:8 pri visokom osvetljenju. Približna zavisnost površine zenice od nivoa osvetljenja prikazana je na Sl. jedanaest.

Sloj osjetljiv na svjetlost, nazvan retina, sastoji se od diskretnih ćelija osjetljivih na svjetlost, štapića i čunjića, međusobno razmaknutih oko 2 mikrona. Cijela mrežnica - njena površina je blizu 10 cm 2 - sadrži 10 8 takve elemente. Konusi, koji se nalaze uglavnom u području centralne fovee, imaju ugaonu veličinu od oko 1 °, rade pri srednjem i visokom osvjetljenju i prenose osjećaje boja. Štapići, koji zauzimaju veći dio retinalnog područja, djeluju do najmanjeg osvjetljenja i nemaju osjetljivost na boje. Konusi definišu granicu rezolucije pri visokim nivoima osvetljenja, koja je 1-2", što je blisko veličini difrakcionog diska koji odgovara prečniku zjenice sočiva, jednakom 2 mm. Pregled oka i anatomski proučavanja njene strukture pokazuju da se sa udaljavanjem od centra mrežnjače štapići udružuju u sve veće grupe od po nekoliko hiljada elemenata.. Svetlost koja ulazi u retinu prolazi kroz sloj nervnih vlakana koja zrače od optičkog živca do ćelija mrežnjače.

Prostor između sočiva i mrežnjače ispunjen je vodenim medijem, takozvanim staklastim tijelom, koje ima indeks prelamanja 1,5. Prema različitim procjenama, samo polovina svjetlosti koja pada na oko dospijeva do mrežnice. Ostatak svjetlosti se reflektira ili apsorbira.

Fizičko vrijeme akumulacije fotona okom je u rasponu od 0,1 do 0,2 s i vjerovatno je bliže posljednjoj cifri. Vrijeme fizičke akumulacije je ekvivalentno vremenu ekspozicije na fotografiji. U prijelazu s visokog osvjetljenja na prag vizualne percepcije, vrijeme akumulacije se povećava ne više od dva puta. "Rad" oka poštuje zakon zamjenjivosti: kada je vrijeme ekspozicije manje od 0,1-0,2 s, njegova reakcija ovisi samo o proizvodu intenziteta svjetlosti u vrijeme izlaganja potonjem.

Kvalitativni pokazatelji Tokom proteklih stotinu godina došlo je do kontinuiranog prikupljanja podataka o ljudskom vidu. Blackwell je objavio najnovija i najsveobuhvatnija mjerenja sposobnosti oka da razlikuje pojedinačne mrlje različite veličine i kontrasta pri variranju osvjetljenja u širokom rasponu. Na sl. 12 prikazuje podatke koje je dobio Blzkuzll u rasponima osvjetljenja 10-9 - 10-1 jagnje, kontrasta 1 - 100% i ugaone rezolucije 3-100". da karakteristike oka u ovoj oblasti nisu ograničene faktorima buke, ali iz drugih razloga; potonji postavljaju apsolutnu granicu razlikovnosti kontrasta od 0,5% i kutnu rezoluciju od 1-2". Geometrijska granica rezolucije određena je konačnom veličinom štapova i čunjeva. 13 prikazuje slične podatke koje su ranije dobili Conner i Gunung (1935), kao i Cobb i Moss (1928). Kao što vidite, podaci prikazani na sl. 12 i 13, in generalni nacrt u skladu jedni s drugima. Međutim, značajna razlika je u tome što Blackwellovi podaci ne poboljšavaju performanse sa varijacijom svjetline od 10-2-10-1 lamb, dok Cobb i Moss pokazuju da postoji takvo poboljšanje.ugao od 45°, predstavlja karakteristike koje bi bile očekivano ako su svojstva sistema ograničena bukom, prema relaciji (1.2). Na sl. 13 eksperimentalnih tačaka se prilično dobro uklapaju na prave linije koje odgovaraju ograničenjima buke i idu pod uglom od 45°. Na sl. 12, eksperimentalne krive imaju oblik zakrivljenih linija koje dodiruju naznačene prave linije samo u ograničenim područjima. Ovakva odstupanja se očigledno mogu objasniti uticajem ograničenja koja nisu povezana sa fotonskim šumom. Kvantna efikasnost ljudskog vida

Za procjenu kvantne efikasnosti oka, podaci prikazani na sl. 12 i 13, treba izraziti u vidu broja fotona koji upadaju na 1 cm 2 retine. Za ovo pretpostavljamo da je vrijeme akumulacije 0,2 s, transmisija sočiva 0,5, a granice otvaranja zenice određene su Reeveovim podacima prikazanim na Sl. 11. Nakon takve transformacije, zamjenjujemo gustinu fotona u omjer (1.3) napisano u formi

C 2 * d 2 *? * N=k 2=25 ,

gdje? - kvantni prinos oka (kvantna efikasnost? 100 *?%) - granični odnos signal-šum k uzeti jednako 5.

Na sl. 14 prikazuje zavisnost kvantne efikasnosti oka (izračunate iz Blackwellovih podataka) od svjetline objekata. Ono što je najupečatljivije u ovim rezultatima je relativno mala promjena kvantne efikasnosti kada se intenzitet svjetlosti promijeni za 8 redova veličine. Kvantna efikasnost je 3% pri ekstremno maloj svjetlini blizu apsolutnog praga (približno 10 -10 janjetina) i polako opada na oko 0,5% kod 0,1 janjetine.

Naravno, ovo je desetostruka promjena efikasnosti. Međutim, treba imati na umu da je u ranim radovima za objašnjenje fenomena mrakom adaptacije u takvim slučajevima pretpostavljena 1000- ili 10000-struka promjena kvantne efikasnosti. (Ovo ćemo detaljnije pogledati u nastavku.) Štaviše, čak i ova desetostruka promjena može biti jako precijenjena. Prilikom izračunavanja kvantne efikasnosti, pretpostavili smo da su vrijeme ekspozicije i faktor k su konstantne, ali, prema nekim izvještajima, pri slabom osvjetljenju vrijeme ekspozicije može biti dvostruko duže nego pri visokom. Ako je tako, onda se kvantna efikasnost mijenja samo pet puta. Nadalje, moguće je da je faktor k manje svjetla pri slabom svjetlu nego pri jakom svjetlu. Takva promjena k(preciznije, k 2) može lako dovesti do pojave drugog faktora 2, kao rezultat toga, ispada da se kvantna efikasnost mijenja samo za faktor 2 kada se intenzitet svjetlosti promijeni za 10 8 jednom.

Druga važna tačka koju treba napomenuti kada analiziramo Sl. 14 je relativno velika količina kvantne efikasnosti.

U literaturi se procjenjuje da osjetljiva supstanca retine (rodopsin) apsorbira samo 10% upadne svjetlosti. Ako je tako, onda je kvantna efikasnost (za belu svetlost) u odnosu na apsorbovanu svetlost oko 60% pri slabom osvetljenju. Stoga, ostaje vrlo malo prostora za poboljšanje samog mehanizma za brojanje fotona.
Međutim, teško je razumjeti šta je uzrokovalo tako nisku apsorpciju (samo 10%) upadne svjetlosti, koja je nastala u toku evolucije. Moguće je da je razlog tome bio ograničen izbor bioloških materijala.

Određeno smanjenje kvantne efikasnosti pri visokom osvetljenju može se pripisati specifičnim zahtevima za sistem sposoban da razlikuje boje. Ako, kao što pokazuju nedavni podaci, postoje 3 vrste čunjeva sa različitim spektralnim karakteristikama, tada se područje osjetljivo na svjetlost sa datom talasnom dužinom prepolovi pri visokom osvjetljenju.

Vrijednosti kvantne efikasnosti prikazane na Sl. 14 donje krive se odnosi na bijelo svjetlo. Poznato je da je vizuelni odgovor na zeleno svjetlo oko tri puta veći nego na isti ukupan broj "bijelih" fotona, odnosno fotona raspoređenih po cijelom vidljivom spektru. Upotreba zelenog svjetla (ili zeleno-plavog pri slabom osvjetljenju) trebala bi dovesti do trostrukog povećanja kvantne efikasnosti, kao što je prikazano na Sl. 14. U ovom slučaju, kvantna efikasnost pri slabom osvjetljenju bi bila oko 10%, a morali bismo pretpostaviti da retina apsorbuje ne 10%, već najmanje 20% upadne svjetlosti.

Treba još jednom naglasiti da su vrijednosti kvantnih efikasnosti prikazane na Sl. 14, zavise od izbora parametara: vremena akumulacije (0,2 s) i graničnog odnosa signal-šum ( k= 5). Vrijednosti ovih parametara nisu dovoljno precizno određene, posebno za Blackwellove podatke.

Možda će odgovarajuća pojašnjenja dovesti do više visoke vrijednosti kvantna efikasnost. Na primjer, ako pretpostavimo da je vrijeme akumulacije 0,1 s, tada će kvantna efikasnost biti dvostruko veća od onih prikazanih na Sl. 14. Međutim, teško da treba ulagati napore da se ovi parametri preciziraju; Nije li bolje započeti razvoj poboljšane eksperimentalne tehnike za mjerenje kvantne efikasnosti koja ne zavisi od ovih parametara?

Preferirana metoda za određivanje kvantne efikasnosti

Trenutno postoji isključivo jednostavna tehnika prilično pouzdana definicija kvantne efikasnosti oka. Novorazvijena televizijska kamera sa silicijumskim pojačalom sposobna je da prenosi slike pri niskim nivoima osvetljenja kada su ove slike jasno ograničene bukom, tačnije bukom izazvanom delom upadnih fotona koji stvaraju fotoelektrone na fotokatodi.

Bitno je da takve slike, ograničene samo šumom, omogućavaju pouzdano određivanje kvantne efikasnosti fotokatode. Postupak se sastoji u tome da posmatrač i televizijska kamera "pregledaju" isti slabo osvijetljeni predmet sa iste udaljenosti. Dijafragma na optici kamere je postavljena u skladu sa otvorom zenice oka posmatrača. Zatim posmatrač poredi slabo osvetljen objekat koji mu je direktno vidljiv sa slikom na cijevnoj cevi televizijskog sistema. Ako je informacija ista, onda je kvantna efikasnost oka posmatrača jednaka izmjerenoj efikasnosti fotokatode odašiljačke cijevi. Ako posmatrač vidi više ili manje od kamere, tada se otvor blende podešava dok razlika ne nestane, nakon čega se izračunava kvantna efikasnost oka posmatrača u odnosu na otvore sočiva.

Glavna prednost metode uporednog poređenja je u tome što ne zavisi od vremena vizuelne ekspozicije ili izbora odgovarajućeg praga odnosa signal-šum. Ovi parametri, bez obzira na njihove tačne vrijednosti, u suštini ostaju isti kada posmatrač ispituje sam objekat i njegovu sliku na televizijskom ekranu, stoga su isključeni prilikom poređenja. Štaviše, efekat memorije na efektivno vreme ekspozicije u ova dva slučaja će verovatno biti isti.

Odlučili smo se na ovu metodu jer je sada lako dostupna eksperimentatorima s iskustvom u proučavanju vizualnog procesa. I autor ove knjige i drugi istraživači koristili su različite uređaje pogodne za poređenje kako bi napravili preliminarne procjene kvantne efikasnosti pri slabom osvjetljenju. U jednom od eksperimenata korišćen je uređaj za skeniranje sa pokretnom svetlosnom tačkom (slika 15); J. E. Ryudy je koristio superortikon kao pojačivač slike, a T. D. Reynolde je koristio višestepeni pojačivač slike. Svi ovi uređaji proizvodili su slike ograničene fotonskim šumom, a u svim slučajevima kvantna efikasnost je procijenjena na oko 10% pri niskom svjetlu.

Serija slika prikazana na sl. 15 pokazuje koja je maksimalna količina informacija koja se može prenijeti različitim unaprijed određenim brojem fotona. Svaki foton se snima kao diskretna vidljiva tačka. Informacije koje dobijamo ograničene su samo statističkim fluktuacijama, koje se neizbežno pojavljuju prilikom registracije fotonskog fluksa. Tabela daje ukupan broj fotona N. koji bi bili sadržani u slici da su svi jednoliko osvijetljeni intenzitetom koji odgovara njenim najsjajnijim područjima.

Osvetljenosti prikazane u tabeli su izračunate pod pretpostavkom da oko koristi jedan od svakih deset upadnih fotona. U proračunu su uzeti u obzir i drugi parametri: vrijeme akumulacije je bilo 0,2 s, prečnik zenice je bio približno 6 mm. Drugim riječima, ako se predmet zamijeni bijelim listom s naznačenom svjetlinom, izračuna se broj fotona koji ulaze u oko za 0,2 s, i ovaj broj se podijeli sa 10, a rezultat je broj fotona N. odgovarajući na datu vrijednost svjetline. Shodno tome, data serija slika pokazuje koliku maksimalnu količinu informacija zapravo može da percipira posmatrač pri naznačenom sjaju, ako je kvantna efikasnost njegovog vizuelnog procesa 10%, a udaljenost od objekta do posmatrača iznosi 120 cm. .

Poređenje različitih procjena kvantne efikasnosti

Prije više od jednog stoljeća postalo je poznato da se na apsolutnom pragu vidljivosti jedva razlikuje bljesak iz malog izvora, u kojem oko 100 fotona ulazi u oko. Tako je postavljena donja granica kvantne efikasnosti, jednaka oko 1%. Zatim je nekoliko istraživačkih grupa sprovelo niz eksperimenata kako bi otkrilo koliko od tih 100 fotona zapravo koristi oko. Kada bi, na primjer, oko koristilo svih 100 fotona, tada bi prijelaz iz nevidljivosti u vid bio prilično nagao i dogodio bi se kada bi se tok fotona povećao na 100. Ako bi oko koristilo samo nekoliko fotona, tada bi prijelaz bio zamagljen zbog haotičnoj prirodi emisije fotona. Dakle, oštrina prijelaza može poslužiti kao mjera broja upotrijebljenih fotona i, prema tome, kvantne efikasnosti oka.

Ideja ovakvog eksperimenta nije bila lišena određene jednostavnosti i elegancije. Nažalost, kao rezultat ovakvih eksperimenata, pokazalo se da broj fotona koje oko koristi za percepciju praga varira u širokom rasponu od 2 do 50. Stoga je pitanje kvantne efikasnosti ostalo otvoreno. Raspršivanje dobijenih rezultata, po svemu sudeći, neće iznenaditi inženjera specijaliste u oblasti elektronike ili fizike. Mjerenja su obavljena blizu apsolutnog praga vidljivosti, kada se šum iz stranih izvora unutar samog oka lako miješa sa šumom fotonskog fluksa. Na primjer, ako bi se slična mjerenja izvršila s fotomultiplikatorom, onda bi takvo širenje bilo uzrokovano utjecajem buke povezane s termoionskom emisijom iz fotokatode ili slučajnim električnim kvarom koji se javlja između elektroda. Sve ovo vrijedi za mjerenja blizu apsolutnog praga. Međutim, ako se mjerenja odnosa signal-šum vrše pri osvjetljenju znatno većem od praga, kada šum fotona premašuje šum povezan sa stranim izvorima, ovaj postupak daje pouzdanu vrijednost kvantne efikasnosti. Zato su pouzdaniji rezultati merenja vizuelne kvantne efikasnosti, sprovedenih pri osvetljenju koje znatno prelazi apsolutni vizuelni prag.

R. Clark Jones je analizirao iste podatke na osnovu kojih je kriva kvantne efikasnosti predstavljena na Sl. 14. Efikasnosti koje je on odredio, generalno gledano, su oko deset puta manje nego što je prikazano na sl. 14; pri proračunu je polazio od kraćeg vremena akumulacije (0,1 s) i mnogo manje vrijednosti k (1,2) ... Jones smatra da budući da promatrač mora odabrati samo jednu od osam mogućih pozicija testnog objekta, onda takva vrijednost k pruža 50% pouzdanosti. U kvantitativnom smislu, ova izjava je, naravno, tačna.

Glavno je pitanje da li posmatrači na ovaj način zaista izvode svoje zaključke o vidljivom. Ako se okrenemo sl. 4, a, onda nalazimo to k= 1,2 znači da posmatrač može uočiti iz koje je od osam mogućih oblasti operater uklonio jedan ili dva fotona. Jednostavan pogled na sl. 4, a pokazuje da je to nemoguće. Pitanja poput ovih naglašavaju potrebu za razvojem metode mjerenja koja izbjegava dvosmislenost povezane s odabirom ispravnih vrijednosti. k ili vrijeme akumulacije. Gore navedeni način poređenja "uporedo" ljudskog oka i elektronski uređaj ograničen fotonskim šumom upravo je takav postupak i zaslužuje najširu moguću primjenu.

U svojim ranim procenama vizuelne kvantne efikasnosti, De Vries je takođe polazio od vrednosti k= 1, a njegovi rezultati su bili znatno niži od vrijednosti prikazanih na Sl. 14. De Vries je, međutim, bio jedan od prvih koji je istakao da se uočena rezolucija oka i njegova kontrastna osjetljivost mogu objasniti fotonskim šumom. Osim toga, on je, kao i autor ove knjige, skrenuo pažnju na činjenicu da je fluktuirajuća, zrnasta priroda slika dobijenih pri slabom svjetlu dokaz diskretnosti svjetlosti.

Barlou je uglavnom izbegao dvosmislenost u svom izboru k merenjem sa dve susedne ispitne svetlosne tačke. Njegova svrha je bila da ustanovi koja je tačka svetlija, pri čemu se relativni intenziteti tačaka razlikuju. Kao što pokazuje statistička analiza rezultata, izvedena pod pretpostavkom da je sposobnost razlikovanja svjetline ograničena fotonskim šumom, vrijednosti kvantne efikasnosti oka leže u rasponu od 5-10% kada je svjetlina se mijenja do vrijednosti 100 puta veće od apsolutnog vizuelnog praga. Barlow se poziva na rad Baumgardta i Hechta, koji su analizom krive vjerovatnoće detekcije blizu apsolutnog praga dobili kvantnu efikasnost blizu 7%.

Sumirajući, možemo reći da većina istraživača vjeruje da je kvantna efikasnost ljudskog oka unutar 5-10% kada se intenzitet svjetlosti promijeni od apsolutnog praga do vrijednosti 100 puta veće. Ova efikasnost je određena za valne dužine blizu maksimuma krivulje osjetljivosti oka (zeleno-plava regija) i odnosi se na svjetlost koja pada na rožnicu oka. Ako pretpostavimo da samo polovina ove svjetlosti dospijeva do retine, tada će efikasnost na mrežnjači biti 10-20%. Budući da se, prema dostupnim procjenama, u ovim granicama nalazi i dio svjetlosti koju apsorbira retina, efikasnost oka, u odnosu na apsorbirano svjetlo, je blizu 100%. Drugim riječima, oko je sposobno izbrojati svaki apsorbirani foton.

Podaci prikazani na sl. 14, pokažite na drugu unutra najviši stepen bitna okolnost: u području od apsolutnog praga osjetljivosti do 0,1 janje, odnosno kada se intenzitet promijeni za faktor 10, kvantna efikasnost se smanjuje za najviše 10 puta. U budućnosti se može ispostaviti da ovaj faktor ne prelazi 2-3. Dakle, oko održava visok nivo kvantne efikasnosti dok mijenja intenzitet svjetlosti 10 8 jednom! Ovaj zaključak koristimo kada tumačimo fenomen adaptacije na mrak i pojavu vizualnog šuma.

Mračna adaptacija

Jedan od najpoznatijih i istovremeno neverovatnih aspekata vizuelnog procesa je mračna adaptacija... Osoba koja ulazi u mračnu salu sa gradskom ulicom preplavljenom svjetlom ispada bukvalno slijepa na nekoliko sekundi ili čak minuta. Zatim postepeno počinje da vidi sve više i više i nakon pola sata potpuno se navikne na mrak. Sada može vidjeti predmete više od hiljadu puta tamnije od onih koje je jedva razaznao u prvom trenutku.

Ove činjenice ukazuju da se u procesu adaptacije na mrak osjetljivost oka povećava više od hiljadu puta. Takva zapažanja navela su istraživače da traže mehanizam ili hemijski model koji bi objasnio tako dramatične promjene u osjetljivosti. Na primjer, Hecht je posebnu pažnju posvetio fenomenu reverzibilnog blijeđenja osjetljivog materijala mrežnice, takozvanoj vizualnoj purpuri. Tvrdio je da u uslovima slabog osvetljenja, vizuelna ljubičasta je potpuno nepromenjena i stoga ima maksimalnu apsorpciju. Sa povećanjem osvjetljenja, sve više gubi boju i, shodno tome, apsorbira sve manje i manje upadne svjetlosti. Vjerovalo se da dugo vrijeme tamna adaptacija je posljedica dugog trajanja procesa obnavljanja visoke gustoće vizualne purpure. Na taj način, oko vraća svoju osjetljivost.

Međutim, takvi zaključci su u suprotnosti s rezultatima buke analize osjetljivosti oka, koja je pokazala da se intrinzična osjetljivost oka ne može promijeniti više od 10 puta od prijelaza iz tame u jako svjetlo. Prednost metode analize buke je što njeni rezultati ne zavise od specifičnih fizičkih ili hemijskih modela samog vizuelnog procesa. Osjetljivost je mjerena na apsolutnoj skali, uz postuliranje samo kvantne prirode svjetlosti i haotične prirode distribucije fotona.

Kako se onda može objasniti hiljadustruko i još veće povećanje sposobnosti gledanja uočeno u procesu adaptacije na mrak? Nametnula se određena analogija između ovog procesa i rada uređaja kao što su radio i televizijski prijemnici. Ako se pri podešavanju prijemnika sa jake stanice na slabu, zvuk ispostavi da je gotovo nečujan, slušalac hvata dugme za kontrolu jačine zvuka i dovodi nivo zvuka slabe stanice na ugodan nivo. Bitno je da osjetljivost radio prijemnika ostane konstantna kako pri prelasku sa jake stanice na slabu, tako i pri podešavanju jačine zvuka. Određuje se samo karakteristikama antene i prve cijevi pojačala. Proces "okretanja dugmeta za jačinu zvuka" ne menja osetljivost prijemnika, već samo "nivo prezentacije" slušaocu. Čitava operacija podešavanja od jake do slabe stanice, uključujući i trajanje procesa kontrole jačine zvuka, potpuno je analogna vrlo dugom procesu prilagođavanja vizualnog mraka.

Tokom vremena u kojem se vrši adaptacija na tamu, pojačanje "pojačala" se povećava kao rezultat hemijskih reakcija do željenog "nivoa prezentacije". Intrinzična osjetljivost oka ostaje gotovo konstantna tokom perioda adaptacije na mrak. Ne preostaje nam ništa drugo nego pretpostaviti da je određeno pojačalo uključeno u vizualni proces, djelujući između mrežnice i mozga, te da se njegovo pojačanje mijenja ovisno o osvjetljenju: pri visokom osvjetljenju ono je malo, a pri slabom osvjetljenju veliko. .

Automatska kontrola pojačanja

Zaključak da vizualni proces nužno uključuje automatsku kontrolu pojačanja donesen je u prethodnom dijelu na osnovu jake promene u prividnoj osjetljivosti s kojom se susrećemo tokom adaptacije na mrak i relativnoj postojanosti naše vlastite osjetljivosti, koja slijedi iz analize buke vizualnog procesa.
Do sličnog ćemo zaključka doći ako uzmemo u obzir druge, direktnije podatke koji se nalaze u literaturi. Poznato je da je energija nervnog impulsa mnogo redova veličine veća od energije onih nekoliko fotona koji su potrebni za pokretanje nervnog impulsa na apsolutnom pragu osjetljivosti. Stoga je za generiranje nervnih impulsa potreban mehanizam sa odgovarajućim visokim pojačanjem direktno na retini. Iz Hartlineovog ranog rada na električnom snimanju vizualnih nervnih impulsa potkovice, poznato je da se frekvencija nervnih impulsa povećava sa povećanjem intenziteta svjetlosti ne linearno, već samo logaritamski. To znači da je pojačanje niže u uslovima jakog osvetljenja nego pri slabom osvetljenju.

Iako energija nervnog impulsa nije tačno poznata, može se grubo procijeniti uz pretpostavku da pohranjena energija impulsa odgovara naponu od 0,1 V na kondenzatoru 10-9 F (ovo je kapacitet 1 cm vanjske ljuske nervno vlakno). Onda Električna energija je 10 -11 J to u 10 8 puta više energije fotona vidljive svjetlosti. Naravno, možemo pogriješiti u procjeni energije nervnog impulsa za nekoliko redova veličine, ali to ne dovodi u pitanje naš zaključak da se izuzetno veliki proces pojačanja mora odvijati direktno na mrežnjači, a samo zahvaljujući tome energija nekoliko fotona može izazvati nervni impuls...

Progresivno smanjenje pojačanja sa povećanjem intenziteta svetlosti jasno je uočeno u Hartlineovim podacima, prema kojima učestalost nervnih impulsa sa povećanjem intenziteta svetlosti polako raste prema logaritamskom zakonu. Konkretno, s povećanjem intenziteta svjetlosti u 10 4 frekvencija se povećava samo 10 puta. To znači da se dobitak smanjuje za 10 3 jednom.

Iako specifične hemijske reakcije koje su u osnovi procesa amplifikacije nisu poznate, čini se da se malo toga može očekivati osim nekog oblika katalize. Foton koji apsorbira molekul osjetljivog materijala (rodopsin) uzrokuje promjenu njegove konfiguracije. Naredne faze procesa, tokom kojih pobuđeni rodopsin ima katalitički efekat na okolni biohemijski materijal, još nisu jasne. Međutim, razumno je pretpostaviti da će se katalitički dobitak smanjiti s povećanjem intenziteta svjetlosti ili broja pobuđenih molekula, jer bi to trebalo smanjiti količinu kataliziranog materijala po pobuđenoj molekuli. Također se može pretpostaviti da je stopa iscrpljivanja kataliziranog materijala ( adaptacija na svjetlost) je velika u poređenju sa brzinom njegove regeneracije (tamna adaptacija). Poznato je da se svjetlosna adaptacija događa u djeliću sekunde, dok adaptacija na tamu može trajati i do 30 minuta.

Vizuelna buka

Kao što smo više puta naglašavali, naše vizuelne informacije su ograničene na slučajne fluktuacije u distribuciji upadnih fotona. Stoga bi ove fluktuacije trebale biti vidljive. Međutim, to ne primjećujemo uvijek, barem pod normalnim svjetlosnim uvjetima. Iz ovoga proizilazi da se na svakom nivou osvjetljenja pojačanje pokazuje upravo takvim da se fotonski šum jedva primjećuje, ili bolje reći, gotovo ne razlikuje. Da je dobitak veći, onda ovo ne bi dalo Dodatne informacije, ali bi samo doprinijelo povećanju buke. Ako bi dobitak bio manji, to bi dovelo do gubitka informacija. Slično, pojačanje televizijskog prijemnika treba odabrati tako da šum bude na pragu vidljivosti.

Iako fotonski šum nije lako uočiti pri normalnom osvjetljenju, autor se, na osnovu vlastitih zapažanja, uvjerio da pri sjaju od oko 10 -8 -10 -7 jagnjetina, ujednačeno osvijetljen zid poprima isti fluktuirajući, zrnasti izgled kao TV slika sa puno šuma. Štaviše, stepen vidljivosti ove buke u velikoj meri zavisi od stepena uzbuđenja samog posmatrača. Zgodno je napraviti takva zapažanja neposredno prije spavanja. Ako se tijekom promatranja u kući čuje zvuk koji nagovještava pojavu neočekivanog ili neželjenog posjetitelja, tada se protok adrenalina trenutno povećava, a istovremeno se "vidljivost" buke primjetno povećava. U tim uslovima, mehanizmi samoodržanja izazivaju povećanje faktora pojačanja vizuelnog procesa (tačnije, amplitude signala koji dolaze iz svih čula) do nivoa koji garantuje punu percepciju informacija, odnosno do nivoa gde se šum se lako uočava.

Naravno, takva zapažanja su subjektivna. De Vries je jedan od rijetkih koji se, osim autora ove knjige, usudio objaviti svoja uporedna zapažanja. Međutim, mnogi istraživači su privatno govorili autoru o sličnim rezultatima.

Očigledno je da su gornji obrasci šuma uzrokovani upadnim fotonskim fluksom, budući da ih nema u "potpuno crnim" područjima slike. Dovoljno je imati samo nekoliko osvijetljenih područja da se pojačanje stabilizira na nivou koji čini da druga, mnogo tamnija područja izgledaju potpuno crna.

S druge strane, ako se posmatrač nalazi u potpuno mračnoj prostoriji ili su mu oči zatvorene, on nema vizuelni osećaj ujednačenog crnog polja. Umjesto toga, on vidi niz blijedih, pokretnih sivih slika koje su se u ranijoj literaturi često spominjale pod nazivom "E15ENCY;" , odnosno kao nešto što nastaje unutar samog vizuelnog sistema. Opet, postoji iskušenje da se ova zapažanja racionalno interpretiraju, pod pretpostavkom da u nedostatku prave svjetlosne slike, što bi dovelo do uspostavljanja određene vrijednosti pojačanja, potonja dostiže svoju maksimalnu vrijednost u potrazi za objektivnim vizualnim informacijama. Sa takvim pojačanjem detektuju se šumovi samog sistema, koji su očigledno povezani sa procesima termičke ekscitacije u retini ili nastaju u nekom od nje udaljenom delu STEMB1 nervnog sistema.

Posljednja primjedba se posebno odnosi na proces pojačavanja vidnih senzacija, za koji se kaže da nastaje kao rezultat uzimanja različitih supstanci koje izazivaju halucinacije. Čini se vrlo vjerojatnim da su efekti uzrokovani ovim supstancama posljedica povećanja pojačanja snažnog pojačivača koji se nalazi u samoj mrežnjači.

Kao što smo već primijetili, emocionalno stanje povezano s nekom vrstom napetosti ili povećane pažnje promatrača dovodi do značajnog povećanja pojačanja.

Ostale slike

Postojanje mehanizma kontrole pojačanja na mrežnjači daje očigledno objašnjenje za različita opažanja u kojima osoba gleda u svijetli predmet, a zatim gleda u neutralni sivi zid. Istovremeno, u prvom trenutku osoba još uvijek vidi određenu prijelaznu sliku, koja zatim postepeno nestaje. Na primjer, svijetli crno-bijeli objekt proizvodi prijelaznu komplementarnu sliku (posljednju sliku) u obliku fotografskog negativa originala. Jarko crveni predmet daje komplementarnu boju - zelenu. U svakom slučaju, u dijelu mrežnjače gdje pada slika svijetlog objekta, pojačanje je smanjeno, tako da kada se na mrežnici prikaže uniformna površina, prethodno svijetla područja mrežnice šalju manji signal u mozak. a slike koje se pojavljuju na njima izgledaju tamnije od okolne pozadine. Zelena boja naknadna slika svijetlocrvenog objekta pokazuje da se mehanizam pojačanja ne mijenja samo lokalno u različitim područjima mrežnjače, već i na istom području djeluje nezavisno za tri kanala u boji. U našem slučaju, pojačanje za crveni kanal se odmah smanjilo, što je dovelo do pojave na neutralno sivom zidu slike u komplementarnoj boji.

Vrijedi napomenuti da naknadne slike nisu nužno uvijek negativne. Ako, gledajući u jako osvijetljen prozor, zatvorite oči, a zatim ih odmah otvorite na neko vrijeme, kao da koristite fotografski zatvarač, a zatim ih ponovo čvrsto zatvorite, tada će u roku od nekoliko sekundi ili čak minuta post-slika biti pozitivna (barem u početku Ovo je sasvim prirodno, budući da je vrijeme raspada bilo kojeg procesa fotoekscitacije u čvrstom tijelu konačno. Poznato je da oko akumulira svjetlost 0,1-0,2 s, pa bi prosječno vrijeme njegove fotoekscitacije također trebalo biti 0,1-0,2 s, a za vrijeme reda od sekundi fotoekscitacija se smanjuje na sve niži nivo; naknadna slika ostaje vidljiva, jer pojačanje nastavlja da raste nakon što zatvorimo oči. Ako se tokom procesa posmatranja pozitivne slike malo strana svjetlost ulazi u oko, tada se ova slika odmah pretvara u negativnu iz razloga navedenih u prethodnom dijelu Kako se strano svjetlo pojavljuje ili nestaje, možemo se pomaknuti s pozitivne Slika u negativ i obrnuto. Ako se pogleda kraj upaljene cigarete koji se kreće u krugu u mračnoj prostoriji, tada će se upaljeni kraj percipirati kao svjetlosna traka konačne dužine zbog inercije vizualne percepcije (pozitivna naknadna slika). U ovom slučaju, posmatrana slika, poput komete, ima jarko crvenu glavu i plavkasti rep. Očigledno, plave komponente svjetla za cigarete imaju veću inerciju od crvenih. Možemo primijetiti sličan efekat gledajući crvenkasti zid: kako se svjetlina smanjuje na nivo ispod približno 10 -6 jagnjetina, poprima plavu nijansu. Obje serije zapažanja mogu se objasniti pretpostavkom da je pojačanje za plavo veće od onog za crvenu; kao rezultat toga, percepcija plave boje se održava na nižim nivoima ekscitacije mrežnjače od crvene.

Vidljivost zračenja visoke energije

Vizuelna percepcija je pokrenuta elektronskom ekscitacijom molekula. Stoga možemo pretpostaviti postojanje određenog energetskog praga, ali, općenito govoreći, moguće je da će visokoenergetska zračenja također uzrokovati elektronske prijelaze i biti vidljiva. Ako je tranzicija koja izaziva vizualno uzbuđenje oštra rezonancija između dva elektronska energetska nivoa, onda fotoni sa višom energijom neće efikasno pobuđivati ovu tranziciju. S druge strane, elektroni ili visokoenergetski joni mogu pobuđivati prelaze u širokom rasponu energija i tada bi trebali biti vidljivi, budući da na svom putu ostavljaju guste regije pobude i jonizacije. U ranije objavljenom radu koji govori o problemima vidljivosti visokoenergetskog zračenja, autor je izrazio iznenađenje činjenicom da do sada niko nije prijavio direktna vizuelna posmatranja kosmičkih zraka.

Trenutno postoje podaci koji se tiču problema vidljivosti zračenja u širokom rasponu visokih energija. Prije svega, već je poznato da je prekid ultraljubičastog zračenja posljedica apsorpcije u rožnjači. Ljudi koji su, iz ovog ili onog razloga, ili uklonili rožnicu ili je zamijenili transparentnijom supstancom, zapravo mogu vidjeti ultraljubičasto zračenje.

Mnogo je rečeno o mogućnosti da se rendgenski zraci vide ranim fazama rendgenske studije. Publikacije u ovoj oblasti su prestale kada se za to saznalo štetnih efekata rendgenski snimak... Ova rana zapažanja bila su kontroverzna jer je ostalo nejasno da li je to uzbuđenje X-zrake mrežnjače direktno ili putem ekscitacije fluorescencije u staklastom tijelu. Neki noviji i precizniji eksperimenti sugeriraju da postoji direktna ekscitacija retine; o tome posebno svjedoči percepcija oštrih sjenki od neprozirnih objekata.

Mogućnost vizuelnog posmatranja kosmičkih zraka sada je potvrđena pričama astronauta da su vidjeli pruge i bljeskove svjetlosti kada je kokpit letjelice bio u mraku. Međutim, još uvijek je nejasno da li je to direktno povezano s ekscitacijom mrežnice ili stvaranjem rendgenskih zraka u staklastom tijelu. Kosmičke zrake stvaraju gust trag ekscitacije u bilo kojem čvrstom tijelu, pa bi bilo čudno da ne mogu direktno uzbuditi mrežnicu.

Vizija i evolucija

Sposobnost živih ćelija da broje fotone, ili barem reaguju na svaki foton, nastala je ranim fazama razvoj biljnog sveta. Kvantna efikasnost fotosinteze za crvenu svjetlost procjenjuje se na oko 30%. U procesu fotosinteze energija fotona se direktno koristi u određenim hemijskim reakcijama. Ne postaje jače. Biljka koristi svjetlost za ishranu, ali ne i za informaciju, ako su isključeni heliotropni efekti i sinhronizacija biološkog sata.

Upotreba svjetlosti za dobivanje informacija znači da se direktno na receptoru mora stvoriti vrlo složen pojačavač, zahvaljujući kojem se zanemarljiva energija fotona pretvara u mnogo veću energiju nervnih impulsa. SAMO na taj način oko može prenijeti informacije do mišića ili mozga. Takav se pojačivač, očigledno, pojavio u ranim fazama razvoja životinjskog svijeta, budući da mnoge od najjednostavnijih životinja žive u mraku. Posljedično, umjetnost brojanja fotona savladana je mnogo prije pojave čovjeka.

Brojanje fotona je, naravno, bilo značajno dostignuće evolucionog procesa. Pokazalo se i kao najteži korak u razvoju vizuelnog sistema. Da bi preživjeli, bilo je potrebno osigurati da se sve dostupne informacije mogu zabilježiti. Uz takvu garanciju, prilagođavanje vidnog sistema u zavisnosti od specifičnih potreba određene životinje čini se lakšim i sporednim uspehom.

Ova adaptacija je poprimila širok spektar oblika. Čini se da je većina njih iz očiglednih razloga. Ovdje ćemo navesti samo nekoliko primjera kako bismo potvrdili blisku vezu između optičkih parametara i životnih uvjeta životinje.

Struktura mrežnice dnevnih ptica kao što je jastreb je nekoliko puta tanja od strukture noćnih životinja kao što je lemur. Očigledno, kod sokola koji visoko leti, veća rezolucija vizuelnog sistema i, shodno tome, finija struktura mrežnjače opravdani su visokim sjajem osvjetljenja usred dana. Štaviše, u potrazi za poljskim mišem, jastrebu svakako treba više detalja u vizuelnoj slici. S druge strane, lemur se sa svojim noćnim načinom života nosi s tim niske nivoe osvjetljenje, da su njegove vizualne slike, čiji je kvalitet ograničen fotonskim šumom, krupnozrnate i ne zahtijevaju više od grubo zrnate strukture mrežnjače. Zaista, pri tako niskim intenzitetima svjetlosti, korisno je imati sočiva sa velikim otvorom blende (f / D) = 1,0), iako ova sočiva neizbježno moraju dati loš optički kvalitet slike (slika 16).

Kriva spektralne osjetljivosti ljudskog oka dobro se poklapa s maksimalnom distribucijom dnevne sunčeve svjetlosti (5500A). U sumrak, maksimalna osjetljivost oka se pomjera na 5100 A, što odgovara plavičastom nijansama svjetlosti raspršene nebom nakon zalaska sunca. Očekivalo bi se da bi se osjetljivost oka trebala proširiti na crvenu regiju, barem do one valne dužine na kojoj toplinska ekscitacija retine počinje da se takmiči s fotonima koji dolaze izvana. Na primjer, pri apsolutnom vizualnom pragu od 10 -9 jagnjeta, spektralna osjetljivost oka mogla bi se proširiti na oko 1,4 µm, gdje takva konkurencija već postaje značajna. Ostaje nejasno zašto je, u stvarnosti, granica osjetljivosti oka na 0,7 μm, osim ako ovo ograničenje nije povezano s nedostatkom odgovarajućeg biološkog materijala.

Vrijeme akumulacije informacija u oku (0,2 s) je u dobroj saglasnosti sa vremenom nervnog i mišićnog reagovanja ljudskog sistema u cjelini. Ova dosljednost je podržana činjenicom da su posebno dizajnirane televizijske kamere s vremenom opuštanja od 0,5 sekundi ili više očigledno nezgodne i neugodne za korištenje. Moguće je da je kod ptica vrijeme akumulacije vizualnih informacija kraće zbog njihove veće pokretljivosti. Indirektna potvrda za to je i činjenica da neki trilovi ili serije nota ptica "pjevaju" tako brzo da ih ljudsko uho percipira kao refren.

Postoji striktna korespondencija između prečnika štapića i čunjeva ljudskog oka i prečnika difrakcionog diska u trenutku kada je otvor zenice blizu svoje minimalne veličine (oko 2 mm), što se uspostavlja pri visokim intenzitetima svetlosti. . Kod mnogih životinja zjenice nisu okrugle, već prorezane i orijentirane su okomito (na primjer, kod zmija, aligatora) ili horizontalno (na primjer, kod koza, konja). Vertikalni prorez pruža visoku oštrinu slike, ograničen za vertikalne linije aberacijama sočiva, a za horizontalne linije efektima difrakcije.

Pokušaji da se uvjerljivo objasni prilagodljivost ovih optičkih parametara načinu života određenih životinja potpuno su opravdani. ...
Vizualni sistem žabe je upečatljiv primjer prilagođavanja njenom načinu života. Njegove neuronske veze su dizajnirane da istaknu pokrete muva koje su privlačne žabama i da ignorišu strane vizualne informacije. Čak iu ljudskom vizuelnom sistemu primećujemo blago povećanu osetljivost perifernog vida na treperavu svetlost, što se, očigledno, može protumačiti kao bezbednosni sistem koji upozorava na nadolazeću opasnost.

Završićemo naše rezonovanje pomalo "domaćom" napomenom. S jedne strane, naglasili smo da se ljudsko oko približilo granici zbog kvantne prirode svjetlosti. S druge strane, postoji, na primjer, izraz "vidi kao mačka", što znači da vizualna osjetljivost domaća mačka u njenim noćnim avanturama daleko prevazilazi naše. Očigledno, ove dvije izjave treba pomiriti, uz napomenu da bismo, ako bismo noću odlučili hodati četveronoške, stekli istu sposobnost navigacije u mraku koju posjeduje mačka.

Dakle, kvantna efikasnost ljudskog oka varira od oko 10% pri slabom osvjetljenju do nekoliko posto pri visokom osvjetljenju. Cijeli raspon osvjetljenja u kojem funkcionira naš vizualni sistem proteže se od 10 -10 jagnjetina na apsolutnom pragu do 10 jagnjetina na jakom suncu.

Postoji biohemijski pojačivač direktno na mrežnjači sa pojačanjem, verovatno i više 10 6 , koji pretvara malu energiju upadnih fotona u mnogo veću energiju vizualnih nervnih impulsa. Pojačanje ovog pojačala se mijenja sa svjetlom, opadajući u uvjetima jakog osvjetljenja. Ove promjene objašnjavaju fenomen adaptacije na tamu i niz efekata povezanih s pojavom naknadnih slika. Vizualni sistem ljudi i životinja služi kao dokaz njihove evolucije i prilagođavanja vanjskim uvjetima.

Članak iz knjige:.