Žmogaus akis. Žmogaus akis kaip optinė sistema

Žmogaus akies struktūra primena fotoaparatą. Objektyvas yra ragena, lęšiukas ir vyzdys, kurie laužia šviesos spindulius ir sutelkia juos į tinklainę. Objektyvas gali keisti savo kreivumą ir veikia kaip fotoaparato automatinis fokusavimas – akimirksniu sureguliuoja gerą regėjimą į arti ar toli. Tinklainė, kaip ir fotojuosta, užfiksuoja vaizdą ir signalų pavidalu siunčia jį į smegenis, kur jis analizuojamas.

mokinys

ragena

rainelė

objektyvas

ciliarinis kūnas

tinklainė,

gyslainė

regos nervas

akies kraujagysles

akių raumenys

sklera

stiklakūnis

Dėl sudėtingos akies obuolio struktūros jis labai jautrus įvairios žalos, medžiagų apykaitos sutrikimai ir ligos.

Portalo „Viskas apie regėjimą“ gydytojai oftalmologai paprasta kalba aprašyta žmogaus akies sandara suteikia unikalią galimybę vizualiai susipažinti su jos anatomija.

Žmogaus akis yra unikalus ir sudėtingas porinis jutimo organas, kurio dėka mes gauname iki 90% informacijos apie mus supantį pasaulį. Kiekvieno žmogaus akis turi tik individualių, būdingų savybių. Tačiau bendrosios struktūros ypatybės yra svarbios norint suprasti, kokia akis yra iš vidaus ir kaip ji veikia. Evoliucijos eigoje akis pasiekė sudėtingą struktūrą ir joje yra glaudžiai tarpusavyje susijusios skirtingos audinių kilmės struktūros. Kraujagyslės ir nervai, pigmentinės ląstelės ir jungiamojo audinio elementai – visi jie užtikrina pagrindinę akies funkciją – regėjimą.

Pagrindinių akies struktūrų sandara

Akis turi rutulio ar rutulio formą, todėl jai pradėta taikyti alegorija apie obuolį. Akies obuolys yra labai subtilus darinys, todėl jis yra kaukolės kaulinėje ertmėje – orbitoje, kur yra iš dalies paslėptas nuo galimų pažeidimų. Priekinę akies obuolio dalį saugo viršutinis ir apatinis vokai. Laisvus akies obuolio judesius užtikrina išoriniai okulomotoriniai raumenys, kurių tikslus ir gerai koordinuotas darbas leidžia matyti pasaulis dviem akimis, t.y. žiūronai.

Nuolatinį viso akies obuolio paviršiaus drėkinimą užtikrina ašarų liaukos, kurios užtikrina adekvačią ašarų gamybą, kuri suformuoja ploną apsauginę ašarų plėvelę, o ašarų nutekėjimas vyksta specialiais ašarų latakais.

Išorinis akies sluoksnis yra junginė. Jis yra plonas ir skaidrus, taip pat išlygina vidinį vokų paviršių, todėl lengvai slysta akies obuoliui judant ir mirkstant vokais.

Išorinis „baltas“ akies apvalkalas – sklera, yra storiausias iš trijų akies membranų, saugo vidines struktūras ir palaiko akies obuolio tonusą.

Sklerinė membrana akies obuolio priekinio paviršiaus centre tampa skaidri ir atrodo kaip išgaubtas laikrodžio stiklas. Ši skaidri skleros dalis vadinama ragena, kuri yra labai jautri dėl daugelio nervų galūnės... Ragenos skaidrumas leidžia šviesai prasiskverbti į akį, o jos sferiškumas užtikrina šviesos spindulių lūžimą. Pereinamoji zona tarp skleros ir ragenos vadinama limbusu. Šioje zonoje yra išsidėsčiusios kamieninės ląstelės, kurios užtikrina nuolatinį ląstelių atsinaujinimą išoriniuose ragenos sluoksniuose.

Kitas apvalkalas yra kraujagyslių. Ji iškloja sklerą iš vidaus. Iš jo pavadinimo aišku, kad jis aprūpina kraują ir maitina akies vidines struktūras, taip pat palaiko akies obuolio tonusą. Gyslainė susideda iš paties gyslainės, kuri glaudžiai liečiasi su sklera ir tinklaine, ir tokių struktūrų kaip ciliarinis kūnas ir rainelė, esančios priekinėje akies obuolio dalyje. Juose yra daug kraujagyslių ir nervų.

Ciliarinis kūnas yra gyslainės dalis ir sudėtingas neuromuskulinis-endokrininis organas, kuris atlieka svarbų vaidmenį akies skysčio gamyboje ir akomodacijos procese.

Rainelės spalva lemia žmogaus akių spalvą. Priklausomai nuo pigmento kiekio išoriniame sluoksnyje, jis yra nuo šviesiai mėlynos arba žalsvos iki tamsiai rudos spalvos. Rainelės centre yra skylutė – vyzdys, pro kurią šviesa patenka į akį. Svarbu pažymėti, kad gyslainės ir rainelės aprūpinimas krauju ir inervacija su ciliariniu kūnu skiriasi, o tai atsispindi tokios apskritai vieningos struktūros, kaip gyslainės, ligų klinikiniame paveiksle.

Tarpas tarp ragenos ir rainelės yra priekinė akies kamera, o ragenos ir rainelės periferijos suformuotas kampas vadinamas priekinės kameros kampu. Šiuo kampu akies vidinis skystis nuteka per specialią sudėtingą drenažo sistemą į akies venas. Už rainelės yra lęšis, esantis prieš stiklakūnio humorą. Jis turi abipus išgaubto lęšio formą ir daugeliu plonų raiščių yra gerai pritvirtintas prie ciliarinio kūno procesų.

Tarpas tarp užpakalinio rainelės paviršiaus, ciliarinio kūno ir priekinio lęšiuko paviršiaus bei stiklakūnio yra vadinamas užpakaline akies kamera. Priekinė ir užpakalinė kameros užpildytos bespalviu akies skysčiu arba vandeniniu humoru, kuris nuolat cirkuliuoja akyje ir plauna rageną bei lęšį, tuo pačiu juos maitindamas, nes šios akies struktūros neturi savo kraujagyslių.

Vidinė, ploniausia ir svarbiausia regėjimo akto membrana yra tinklainė. Tai labai diferencijuotas daugiasluoksnis sluoksnis nervinis audinys, kuri iškloja gyslainę jo užpakalinėje dalyje. Regos nervo skaidulos kyla iš tinklainės. Jis visą informaciją, kurią akis gauna nervinių impulsų pavidalu, sudėtingu regėjimo keliu perneša į mūsų smegenis, kur ji transformuojama, analizuojama ir suvokiama kaip objektyvi tikrovė. Būtent ant tinklainės vaizdas galiausiai nukrenta arba nenukrenta, ir priklausomai nuo to, mes matome objektus aiškiai arba nelabai gerai. Jautriausia ir ploniausia tinklainės dalis yra centrinė sritis- dėmės. Tai yra geltonoji dėmė, kuri užtikrina mūsų centrinį regėjimą.

Akies obuolio ertmė užpildyta skaidria, kiek želė pavidalo medžiaga – stiklakūniu. Jis palaiko akies obuolio tankį ir prilimpa prie vidinio apvalkalo – tinklainės, ją fiksuodamas.

Optinė akies sistema

Pagal savo esmę ir paskirtį žmogaus akis yra sudėtinga optinė sistema. Šioje sistemoje galima išskirti keletą svarbiausių struktūrų. Tai ragena, lęšiukas ir tinklainė. Iš esmės mūsų regėjimo kokybė priklauso nuo šių skleidžiančių, laužančių ir suvokiančių šviesą struktūrų būklės, skaidrumo laipsnio.

Ragena laužia šviesos spindulius stipriau nei visos kitos struktūros, tada praeina pro vyzdį, kuris atlieka diafragmos vaidmenį. Vaizdžiai tariant, kaip ir geroje kameroje, diafragma reguliuoja šviesos spindulių srautą ir, priklausomai nuo židinio nuotolio, leidžia gauti kokybišką vaizdą, todėl mūsų akyje funkcionuoja vyzdys. Objektyvas taip pat laužia ir perduoda šviesos spindulius toliau į šviesą priimančią struktūrą – tinklainę, savotišką fotografinę juostą. Akių kamerų skystis ir stiklakūnis taip pat turi šviesą laužančių savybių, bet ne tokias reikšmingas. Nepaisant to, stiklakūnio būklė, akies kamerų vandeninio humoro skaidrumo laipsnis, kraujo ar kitų plūduriuojančių neskaidrumų buvimas jose taip pat gali turėti įtakos mūsų regėjimo kokybei. Paprastai šviesos spinduliai, praėję per visas skaidrias optines laikmenas, lūžta taip, kad, patekę ant tinklainės, susidaro sumažintas, apverstas, bet tikras vaizdas. Galutinė akies gaunamos informacijos analizė ir suvokimas vyksta jau mūsų smegenyse, jos pakaušio skilčių žievėje.

Taigi akis yra labai sudėtinga ir nuostabi. Bet kurio akies struktūrinio elemento būklės ar aprūpinimo krauju sutrikimas gali neigiamai paveikti regėjimo kokybę.

Mūsų akis yra sudėtinga optinė sistema, kurios pagrindinė užduotis yra perduoti vaizdus į regos nervą.
Iš pradžių matomas vaizdas praeina per rageną. Ten įvyksta pirminis šviesos lūžis. Iš ten per apskritą rainelės angą, vadinamą vyzdžiu, jis patenka į lęšį. Kadangi lęšiukas yra abipus išgaubtas lęšis, prasiskverbęs pro stiklakūnį matomas vaizdas pasikeičia, kai atsitrenkia į tinklainę. Tai apversto vaizdo signalas, kuris ateina iš tinklainės išilgai regos nervo į smegenis. Ir smegenys yra tam skirtos, o smegenys turi pasukti vaizdą atgal.

Žmogaus akies sandara negali būti nagrinėjama atskirai be dviejų kitų regos aparato dalių – takų ir smegenų dalies (regos žievės), kurios yra atsakingos už iš akies sklindančių nervinių impulsų vedimą ir analizę: žmogus žiūri. akimis ir mato smegenimis. Be to, atsižvelgiant į žmogaus akies struktūrą, reikia pasakyti apie jo priedą. Akies obuolys sudaro vientisą sistemą su pagalbinėmis struktūromis: okulomotoriniais raumenimis, akių vokais, gleivine (jungine) ir ašarų aparatu.

Išorinė struktūra

Čia galite atskirti akių vokus (viršutinį ir apatinį), blakstienas, vidinį akies kamputį su ašarų minkštimu (gleivinės raukšle), baltąją akies obuolio dalį - sklerą, kuri yra padengta skaidria gleivine. - junginė (išsamiau apie šį akies darinį žr. Skyriuje Konjunktyva), skaidrioji dalis yra ragena, pro kurią matosi apvalus vyzdys ir rainelė (individualios spalvos, unikalaus rašto). Skleros jungtis su ragena vadinama limbusu.

Akies obuolys yra netaisyklingos sferinės formos, suaugusio žmogaus anteroposteriorinis dydis yra apie 23-24 mm.

Akys yra kaulų talpykloje - akiduobėse. Išorėje juos saugo akių vokai, išilgai akių obuolių kraštų juosia okulomotoriniai raumenys ir riebalinis audinys. Iš vidaus regos nervas palieka akį ir specialiu kanalu patenka į kaukolės ertmę, pasiekdamas smegenis.

Akių vokai

Akių vokus (viršutinį ir apatinį) iš išorės dengia oda, iš vidaus – gleivinė (junginė). Akių vokų storyje yra kremzlės, raumenys ( apskritas raumuo akis ir kėlimo raumenis viršutinis akies vokas) ir liaukos. Akių vokų liaukos gamina akies ašarų komponentus, kurie paprastai drėkina akies paviršių. Laisvajame vokų krašte auga blakstienos, kurios atlieka apsauginę funkciją, atsiveria liaukų latakai. Palpebrinis plyšys yra tarp vokų kraštų. Vidiniame akies kamputyje, ant viršutinio ir apatinio vokų, yra ašarų taškai – skylutės, pro kurias nosies ašarų kanalu teka ašara į nosies ertmę.

Akies raumenys

Akies raumenys, kurių kiekviename akies obuolyje yra šeši: keturi tiesieji raumenys: vidiniai, išoriniai, viršutiniai ir apatiniai tiesieji raumenys ir du įstrižieji raumenys: viršutinis ir apatinis. Raumeninis akies aparatas užtikrina akies obuolio sukimąsi visomis kryptimis, taip pat koordinuotą abiejų akių žvilgsnio fiksavimą tam tikrame taške.

Ašarų liauka yra viršutinėje-išorinėje orbitos dalyje. Jis gamina ašaras reaguodamas į emocinį dirginimą arba akies gleivinės, ragenos ar nosiaryklės sudirginimą. Išsamiau žmogaus akies ašarų aparato sandarą galite pamatyti ašarų aparato skyriuje.

Akies apvalkalas

Žmogaus akies obuolys turi 3 apvalkalus: išorinį, vidurinį ir vidinį.

Sklera

Sklera užima 4/5 pluoštinės membranos ir susideda iš jungiamojo audinio, ji yra gana tanki ir prie jos prisitvirtinusi akių raumenys... Pagrindinė funkcija yra apsauginė, suteikia tam tikrą akies obuolio formą ir toną. Skleroje yra išėjimo taškas iš užpakalinio akies poliaus regos nervas- grotelių plokštė.

Ragena

Ragena sudaro 1/5 išorinio apvalkalo, jai būdingos kelios savybės: skaidrumas (kraujagyslių nebuvimas), blizgesys, sferiškumas ir jautrumas. Visi šie požymiai būdingi sveikai ragenai. Sergant ragenos ligomis, šie požymiai keičiasi (drumstumas, jautrumo praradimas ir kt.). Ragena priklauso akies optinei sistemai, laidi ir laužianti šviesą (jos storis skirtinguose pjūviuose svyruoja nuo 0,2 iki 0,4 mm, o ragenos laužiamoji galia – apie 40 dioptrijų). Išsamesnį ragenos struktūros aprašymą rasite atitinkamame skyriuje: Ragena.

Vidurinė (gyslainė) akies membrana susideda iš rainelės, ciliarinio kūno ir pačios gyslainės (gyslainės), esančios tiesiai po sklera. Vidurinė akies membrana maitina akies obuolį, dalyvauja medžiagų apykaitos procesai ir akies audinių medžiagų apykaitos produktų pašalinimas.

Irisas

Rainelė yra priekinė akies kraujagyslinio trakto dalis, ji yra už skaidrios ragenos, centre yra reguliuojama apvali anga – vyzdys. Taigi, rainelė žmogaus akies struktūroje atlieka diafragmos, nudažytos tam tikra spalva, vaidmenį. Žmogaus akių spalvą lemia melanino pigmento kiekis rainelėje (nuo šviesiai mėlynos iki rudos). Šis pigmentas apsaugo akis nuo saulės šviesos pertekliaus. Vyzdžio skersmuo svyruoja nuo 2 iki 8 mm, priklausomai nuo apšvietimo, nervų reguliavimo ar vaistų poveikio. Paprastai vyzdys susiaurėja ryškioje šviesoje ir išsiplečia esant silpnam apšvietimui.

Ciliarinis kūnas

Ciliarinis kūnas yra gyslainės sritis, esanti prie rainelės pagrindo. Ciliarinio kūno storyje yra ciliarinis raumuo, kuris keičia akies biologinio lęšiuko – lęšiuko – kreivumą, taip nukreipdamas židinį į norimą atstumą (akis apgyvendinama).

Pati gyslainė (gyslainė) sudaro didžiąją dalį akies kraujagyslinio trakto (2/3) ir atlieka vidinės akies membranos – tinklainės – maitinimo vaidmenį.

Objektyvas

Lęšiukas yra už vyzdžio, tai biologinis lęšis, kuris, veikiamas ciliarinio raumens, keičia kreivumą ir dalyvauja akies akomodacijos veiksme (sufokusuojant žvilgsnį į skirtingais atstumais esančius objektus). Šio lęšio lūžio galia svyruoja nuo 20 dioptrijų ramybės būsenoje iki 30 dioptrijų, kai dirba ciliarinis raumuo.

Be to, akies obuolyje gali būti skiriamos priekinės ir užpakalinės akies kameros – erdvės, užpildytos vandeniniu humoru – akies viduje cirkuliuojančiu skysčiu, atliekančiu ragenos ir lęšiuko mitybos funkciją (paprastai šiose dariniuose kraujo nėra laivai). Priekinė akies kamera yra tarp ragenos ir rainelės, užpakalinė – tarp rainelės ir akies lęšiuko. Vandeningą drėgmę gamina ciliarinio kūno procesai, tada ji teka per vyzdį į priekinę kamerą, o po to per specialią drenažo sistemą (trabekulinį aparatą) patenka į kraujagyslių tinklą, kaip parodyta paveikslėlyje:

Už lęšio yra tūrinis darinys, užpildantis akį, stiklakūnis, kurio konsistencija yra želė. Stiklakūnio kūno funkcijos yra šviesos laidumas ir akies obuolio formos palaikymas.

Tinklainė

Tinklainė (vidinė jautri akies membrana) iškloja akies obuolio ertmę nuo nutrijos. Tai yra ploniausia akies membrana, kurios storis svyruoja nuo 0,07 iki 0,5 mm. Tinklainė turi sudėtinga struktūra ir susideda iš 10 ląstelių sluoksnių. Šį akies apvalkalą galima palyginti su fotoaparato plėvele, jo pagrindinis vaidmuo yra vaizdo formavimas (šviesos ir spalvų suvokimas), specialių jautrių ląstelių - strypų ir kūgių pagalba. Strypai yra daugiausia tinklainės periferijoje ir yra atsakingi už juodos ir baltos spalvos, prieblandos regėjimą. Kūgiai susitelkę centrinėse tinklainės dalyse – geltonojoje dėmėje, atsakingi už smulkias daiktų detales ir spalvas. Iš jautrių ląstelių gaunamos nervinės skaidulos sudaro regos nervą, kuris palieka užpakalinį akies polių ir prasiskverbia į kaukolės ertmę, į smegenis.

Šaltinis proglaza ru

Kategorija:

Žmogaus akis yra labai sudėtinga optinė sistema, sudaryta iš įvairių elementų, kurių kiekvienas yra atsakingas už savo užduotis. Apskritai akies aparatas padeda suvokti išorinis vaizdas, apdoroti jį ir perduoti informaciją jau paruošta forma į smegenis. Be jo funkcijų žmogaus kūno organai negalėtų taip visapusiškai sąveikauti. Nors regėjimo organas yra sudėtingas, bent jau pagrindine forma verta suprasti jo veikimo principo aprašymą kiekvienam žmogui.

Bendras veikimo principas

Išsiaiškinę, kas yra akis, supratę jos aprašymą, apsvarstysime jos veikimo principą. Akis veikia dėl šviesos, atsispindinčios nuo aplinkinių objektų, suvokimo.Ši šviesa patenka į rageną – specialų lęšį, leidžiantį sufokusuoti gaunamus spindulius. Po ragenos spinduliai praeina per akies kamerą (kuri užpildyta bespalviu skysčiu), o tada patenka ant rainelės, kurios centre yra vyzdys. Vyzdys turi angą (akies plyšį), pro kurią praeina tik centriniai spinduliai, tai yra, kai kurie spinduliai, esantys šviesos srauto kraštuose, yra pašalinami.

Mokinys padeda prisitaikyti prie skirtingi lygiai apšvietimas. Jis (tiksliau, jo akies plyšys) išfiltruoja tik tuos spindulius, kurie neturi įtakos vaizdo kokybei, bet reguliuoja jų srautą. Dėl to kas lieka, atitenka lęšiui, kuris, kaip ir ragena, yra lęšiukas, bet skirtas tik kitam – tikslesniam, „švaresniam“ šviesos fokusavimui. Lęšis ir ragena yra akies optinė terpė.

Toliau šviesa per specialų stiklakūnį, įtrauktą į akies optinį aparatą, patenka į tinklainę, kur vaizdas projektuojamas kaip kino ekrane, bet tik apverstas. Tinklainės centre yra geltonoji dėmė, reaguojanti sritis, į kurią patenka objektas, į kurį žiūrime tiesiogiai.

Paskutiniuose vaizdo gavimo etapuose tinklainės ląstelės apdoroja tai, kas ant jų yra, viską paverčiant elektromagnetiniais impulsais, kurie vėliau siunčiami į smegenis. Skaitmeninis fotoaparatas veikia panašiai.

Iš visų akies elementų signalo apdorojime nedalyvauja tik sklera – speciali nepermatoma membrana, dengianti išorę. Jis supa jį beveik visiškai, apie 80%, tačiau priekinėje dalyje sklandžiai patenka į rageną. Žmonės išorinę jo dalį paprastai vadina baltymu, nors tai nėra visiškai teisinga.

Skiriamų spalvų skaičius

Žmogaus regėjimo organas vaizdą suvokia spalvotai, o spalvų atspalvių, kuriuos jis gali išskirti, skaičius yra labai didelis. Kiek skirtingų spalvų skiriasi akimis (tiksliau, kiek atspalvių), gali skirtis nuo individualių žmogaus savybių, taip pat nuo jo išsilavinimo lygio ir profesinės veiklos pobūdžio. Akis „dirba“ su vadinamąja matoma spinduliuote, kuri yra elektromagnetines bangas kurių bangos ilgis yra nuo 380 iki 740 nm, tai yra su šviesa.

Jei imsime vidutinius rodiklius, tada žmogus iš viso gali atskirti apie 150 tūkstančių spalvų tonų ir atspalvių.

Tačiau čia yra dviprasmiškumo, kuris slypi santykiniame spalvų suvokimo subjektyvume. Todėl kai kurie mokslininkai susitaria dėl kito skaičiaus, kiek spalvų atspalvių dažniausiai mato/išskiria žmogus – nuo septynių iki dešimties milijonų. Bet kokiu atveju figūra įspūdinga. Visi šie atspalviai gaunami keičiant septynias pagrindines spalvas, esančias skirtingose vaivorykštės spektro dalyse. Manoma, kad profesionalūs menininkai ir dizaineriai turi didesnį suvokiamų atspalvių skaičių, o kartais žmogus gimsta su mutacija, leidžiančia kartais pamatyti. daugiau spalvų ir atspalvių. Kiek skirtingų spalvų tokie žmonės mato – atviras klausimas.

Akių ligos

Kaip ir bet kuri kita sistema Žmogaus kūnas, regos organas yra jautrus įvairioms ligoms ir patologijoms. Jie gali būti sąlygiškai suskirstyti į infekcinius ir neinfekcinius. Dažnos ligos, kurias sukelia bakterijos, virusai ar mikroorganizmai, yra konjunktyvitas, miežiai ir blefaritas.

Jei liga yra neinfekcinė, tai dažniausiai atsiranda dėl stipraus akių įtempimo, dėl paveldimo polinkio arba tiesiog dėl pokyčių, atsirandančių žmogaus organizme su amžiumi. Rečiau problema gali kilti dėl to, kad atsirado bendra organizmo patologija, pavyzdžiui, išsivystė hipertenzija ar diabetas... Dėl to gali išsivystyti glaukoma, katarakta ar sausų akių sindromas, ir žmogus galiausiai blogiau mato ar skiria objektus.

V Medicininė praktika visos ligos skirstomos į šias kategorijas:

atskirų akies elementų, pavyzdžiui, lęšiuko, junginės ir kt., ligos;
regos nervas / patologija;
raumenų patologijos, dėl kurių sutrinka draugiškas obuolių judėjimas;
ligos, susijusios su aklumu ir įvairiais regėjimo sutrikimais, sutrikusia regėjimo galia;
glaukoma.

Norint išvengti problemų ir patologijų, akys turi būti apsaugotos, ilgai nenukreiptos į vieną tašką, o skaitant ar dirbant palaikyti optimalų apšvietimą. Tada regėjimo galia nesumažės.

Išorinė akies struktūra

Žmogaus akis turi ne tik vidinė struktūra bet ir išorę, kuriai atstovauja šimtmečiai. Tai specialios pertvaros, apsaugančios akis nuo traumų ir neigiamų aplinkos veiksnių. Jie daugiausia susideda iš raumenų audinio, kuris iš išorės padengtas plona ir švelnia oda. Oftalmologijoje visuotinai pripažįstama, kad akių vokai yra vienas iš esminiai elementai, iškilus problemoms, dėl kurių gali kilti problemų.

Nors vokas yra minkštas, jo stiprumą ir konsistenciją suteikia kremzlė, kuri iš esmės yra kolageno darinys. Akių vokų judėjimas atliekamas raumenų sluoksnio dėka. Kai vokai užsidaro, tai atlieka funkcinį vaidmenį – akies obuolys sudrėkinamas, pašalinamos smulkios pašalinės dalelės, nesvarbu, kiek jų yra akies paviršiuje. Be to, dėl akies obuolio drėkinimo akies vokas gali laisvai slysti jo paviršiaus atžvilgiu.

Svarbus akių vokų komponentas taip pat yra plati kraujo tiekimo sistema ir daugybė nervų galūnėlių, padedančių vokams atlikti savo funkcijas.

Akių judėjimas

Žmogaus akys judinamos specialių raumenų, užtikrinančių nuolatinę normalią akių veiklą, pagalba. Vizualinis aparatas juda koordinuotam dešimčių raumenų darbui, iš kurių pagrindiniai yra keturi tiesūs ir du įstrižai raumenų procesai. apsupti su skirtingos pusės ir padėti pasukti akies obuolį aplink skirtingas ašis. Kiekviena grupė leidžia pasukti žmogaus akis savo kryptimi.

Taip pat raumenys padeda pakelti ir nuleisti akių vokus. Kai visi raumenys dirba darniai, tai leidžia ne tik atskirai valdyti akis, bet ir gerai atlikti jų koordinuotą darbą bei koordinuoti jų kryptį.

) asmuo, turintis galimybę suvokti elektromagnetinę spinduliuotę šviesos bangų ilgių diapazone ir užtikrinantis regėjimo funkciją. Akys yra priekinėje galvos dalyje ir kartu su vokais, blakstienomis ir antakiais yra svarbi veido dalis. Veido sritis aplink akis aktyviai dalyvauja veido išraiškose.

Didžiausias žmogaus akies dienos jautrumo optimalumas patenka į nepertraukiamo saulės spinduliuotės spektro maksimumą, esantį „žaliajame“ 550 (556) nm diapazone. Pereinant nuo dienos šviesos į prieblandą, šviesos jautrumo maksimumas pasislenka link trumpųjų bangų ilgio spektro dalies, o raudoni objektai (pavyzdžiui, aguonos) atrodo juodi, mėlyni (rugiagėlė) – labai šviesūs (Purkinje fenomenas).

Žmogaus akies sandara

Akis, arba regėjimo organas, susideda iš akies obuolio, regos nervo (žr. Regėjimo sistema). Yra atskiri pagalbiniai organai (vokai, ašarų aparatas, akies obuolio raumenys).

Jis lengvai sukasi aplink skirtingas ašis: vertikalią (aukštyn-žemyn), horizontalią (kairėn-dešinėn) ir vadinamąją optinę ašį. Aplink akį yra trys poros raumenų, atsakingų už akies obuolio judėjimą [ir aktyvų mobilumą]: 4 tiesūs (viršutinė, apatinė, vidinė ir išorinė) ir 2 įstrižieji (viršutinė ir apatinė). Šiuos raumenis valdo signalai, kuriuos akies nervai gauna iš smegenų. Akyje yra bene greičiausiai veikiantys motoriniai žmogaus kūno raumenys. Taigi, tirdama (fokusuojant) iliustraciją, akis per šimtąją sekundės dalį atlieka daugybę mikrojudesių]. Jei žvilgsnis išlaikomas (sufokusuotas) į vieną tašką, akis nuolat daro nedidelius, bet labai greitus judesius-svyravimus. Jų skaičius siekia 123 per sekundę.

Akies obuolį nuo likusios akiduobės skiria tanki pluoštinė srieginė kapsulė (fascija), už kurios yra riebalinis audinys... Po riebaliniu audiniu paslėptas kapiliarinis sluoksnis.

Pati akis, arba akies obuolys(lot. bulbus oculi) – porinis netaisyklingos sferinės formos darinys, esantis kiekvienoje žmonių ir kitų gyvūnų kaukolės akiduobėje (orbitoje).

Išorinė žmogaus akies struktūra

Tik priekinė, mažesnė, labiausiai išgaubta akies obuolio dalis yra prieinama apžiūrėti - ragena, ir aplinkinė dalis (sklera); likusi dalis, dauguma, slypi orbitos gylyje.

Akis yra netaisyklingos sferinės (beveik sferinės) formos, apie 24 mm skersmens. Jo sagitalinės ašies ilgis vidutiniškai yra 24 mm, horizontalios - 23,6 mm, vertikalios - 23,3 mm. Vidutinis suaugusio žmogaus tūris yra 7,448 cm³. Akies obuolio masė 7-8 g.

Akies obuolio dydis yra vidutiniškai vienodas visiems žmonėms, skiriasi tik milimetro dalimis.

Akies obuolyje išskiriami du poliai: priekinis ir užpakalinis. Priekinis stulpas atitinka labiausiai išgaubtą centrinę ragenos priekinio paviršiaus dalį, ir galinis stulpas esantis akies obuolio užpakalinio segmento centre, šiek tiek už regos nervo išėjimo vietos.

Linija, jungianti abu akies obuolio polius, vadinama išorinė akies obuolio ašis... Atstumas tarp priekinio ir užpakalinio akies obuolio polių yra jo didžiausias dydis ir yra lygus maždaug 24 mm.

Kita akies obuolio ašis yra vidinė – ji jungia ragenos vidinio paviršiaus tašką, atitinkantį jos priekinį polių, su tinklainės tašku, atitinkančiu užpakalinį akies obuolio polių, jo dydis vidutiniškai yra 21,5 mm.

Esant ilgesnei vidinei ašiai, šviesos pluoštai po lūžio akies obuolyje surenkami prieš tinklainę. Tuo pačiu metu geras objektų matymas įmanomas tik iš arti - trumparegystė, trumparegystė.

Jei vidinė akies obuolio ašis yra gana trumpa, tada šviesos spinduliai po lūžio surenkami fokusuojant už tinklainės. Šiuo atveju matymas į tolį yra geresnis nei iš arti - hiperopija, hipermetropija.

Didžiausias skersinis žmogaus akies obuolio dydis yra vidutiniškai 23,6 mm, o vertikalus – 23,3 mm. Akies optinės sistemos lūžio galia (ramybės, akomodacijos () priklauso nuo laužiančių paviršių (ragenos, lęšiuko - abiejų priekinių ir galinių paviršių, - tik 4) kreivio spindulio ir nuo atstumo vienas nuo kito) vidurkis 59,92. Akies refrakcijai svarbus akies ašies ilgis, tai yra atstumas nuo ragenos iki dėmės; jis vidutiniškai siekia 25,3 mm (B.V. Petrovskis). Todėl akies lūžis priklauso nuo lūžio galios ir ašies ilgio santykio, kuris lemia pagrindinio židinio padėtį tinklainės atžvilgiu ir apibūdina akies optinį nustatymą. Yra trys pagrindinės akies refrakcijos: „normali“ refrakcija (dėmesys į tinklainę), toliaregystė (už tinklainės) ir trumparegystė (fokusavimas iš priekio į išorę).

Taip pat išskiriama akies obuolio regėjimo ašis, kuri tęsiasi nuo priekinio poliaus iki tinklainės duobės.

Vadinama linija, jungianti didžiausio akies obuolio apskritimo taškus priekinėje plokštumoje pusiaujo... Jis yra 10-12 mm už ragenos krašto. Linijos, nubrėžtos statmenos pusiaujui ir jungiančios abu obuolio paviršiaus polius, vadinamos dienovidiniai... Vertikalūs ir horizontalūs dienovidiniai padalija akies obuolį į atskirus kvadrantus.

Vidinė akies obuolio struktūra

Akies obuolį sudaro membranos, supančios vidinį akies branduolį, atspindinčios skaidrų jo turinį – stiklakūnį, lęšį, vandeninį humorą priekinėje ir užpakalinėje kamerose.

Akies obuolio branduolį supa trys apvalkalai: išorinis, vidurinis ir vidinis.

Išorė – labai tanki pluoštinis akies obuolio apvalkalas ( Tunica fibrosa bulbi), prie kurio prisitvirtina išoriniai akies obuolio raumenys, atlieka apsauginę funkciją ir turgoro dėka nustato akies formą. Jį sudaro priekinė permatoma dalis – ragena, o galinė nepermatoma balkšvos spalvos dalis – sklera.
Vidutinis arba kraujagyslių, akies obuolio apvalkalas ( tunica vasculosa bulbi), vaidina svarbų vaidmenį medžiagų apykaitos procesuose, aprūpina akis maitinimu ir medžiagų apykaitos produktų pašalinimu. Jame gausu kraujagyslių ir pigmento (daug pigmento turinčios gyslainės ląstelės neleidžia šviesai prasiskverbti pro sklerą, pašalindamos šviesos sklaidą). Jį sudaro rainelė, ciliarinis kūnas ir pati gyslainė. Rainelės centre yra apvali skylutė - vyzdys, pro kurią šviesos spinduliai prasiskverbia į akies obuolį ir pasiekia tinklainę (vyzdžio dydis kinta (priklausomai nuo šviesos srauto intensyvumo: ryškioje šviesoje jis yra siauresnis, esant silpnai šviesai, o tamsoje - platesnis) dėl lygiųjų raumenų skaidulų sąveikos - sfinkterio ir plečiamojo, uždaro rainelėje ir inervuoja parasimpatinių bei simpatinių nervų; sergant daugeliu ligų atsiranda vyzdžių išsiplėtimas - midriazė , arba susiaurėjimas – miozė). Rainelėje yra kitoks pigmento kiekis, nuo kurio priklauso jos spalva – „akių spalva“.
Vidinis arba Tinklelis, akies obuolio apvalkalas ( tunica interna bulbi), - tinklainė yra regos analizatoriaus receptorių dalis, čia yra tiesioginis šviesos, biocheminių transformacijų suvokimas. vizualiniai pigmentai, neuronų elektrinių savybių pokyčiai ir informacijos perdavimas centrinei nervų sistemai.

Apgyvendinimo aparatai

Tinklainė taip pat turi sluoksniuotą struktūrą. Įrenginys tinklainė nepaprastai sunku. Mikroskopiškai jame išskiriama 10 sluoksnių. Išorinis sluoksnis yra šviesą (spalvą) suvokiantis, nukreiptas į gyslainę (į vidų) ir susideda iš neuroepitelinių ląstelių – lazdelių ir kūgių, kurie suvokia šviesą ir spalvas (žmonėms tinklainės šviesą suvokiantis paviršius yra labai mažas – 0,4-0,05 mm², kitus sluoksnius sudaro ląstelės ir nervinės skaidulos, atliekančios nervų stimuliaciją).

Šviesa į akį patenka per rageną, nuosekliai praeina per priekinės ir užpakalinės kamerų skystį, lęšį ir stiklakūnį, eidama per visą tinklainės storį, patenka į šviesai jautrių ląstelių procesus – lazdeles ir kūgius. Tai fotocheminiai procesai, užtikrinantys spalvų matymą (daugiau informacijos žr. Spalvų ir spalvų jutimas). Stuburinių gyvūnų tinklainė anatomiškai yra „išversta į išorę“, todėl fotoreceptoriai yra užpakalinėje akies obuolio dalyje (konfigūracija „nugara į priekį“). Kad juos pasiektų, šviesa turi praeiti per kelis ląstelių sluoksnius.

Jei minutei tiesiog užsimerki ir bandai gyventi visiškoje tamsoje, pradedi suprasti, koks svarbus žmogui regėjimas. Kaip bejėgiai tampa žmonės, praradę galimybę matyti. Ir jei akys yra sielos veidrodis, tai vyzdys yra mūsų langas į pasaulį.

Akių struktūra

Žmogaus regėjimo organas yra sudėtinga optinė sistema. Jo pagrindinis tikslas yra perduoti vaizdą per regos nervą į smegenis.

Akies obuolys, turintis rutulio formą, yra orbitoje ir turi tris kraujagysles ir tinklainę. Jo viduje yra vandeninis humoras, lęšis ir stiklakūnio humoras.

Baltas akies obuolio segmentas yra padengtas gleivine (sklera). Priekinė skaidri dalis, vadinama ragena, yra optinis lęšis, turintis didelę lūžio galią. Po juo yra rainelė, kuri atlieka diafragmos vaidmenį.

Nuo objektų paviršių atsispindėjęs šviesos srautas pirmiausia patenka į rageną ir, lūžęs, patenka į lęšį per vyzdį, kuris taip pat yra abipus išgaubtas lęšis ir patenka į akies optinę sistemą.

Kitas taškas kelyje žmogaus matomas vaizdai - tinklainė. Tai šviesai jautrių ląstelių membrana: kūgiai ir strypai. Tinklainė dengia vidinį akies paviršių ir per nervines skaidulas perduoda informaciją į smegenis per regos nervą. Būtent jame vyksta galutinis suvokimas ir suvokimas to, kas matoma.

Mokinio funkcija

Liaudyje yra populiarus frazeologinis vienetas: „rūpintis kaip akies obuoliu“, tačiau šiais laikais mažai kas žino, kad būtent vyzdys senovėje buvo vadinamas akies obuoliu. Šis posakis buvo vartojamas seniai ir yra geriausias būdas parodyti, kaip turėtume elgtis su savo akimis kaip su vertingiausiomis ir brangiausiomis.

Žmogaus vyzdį reguliuoja du raumenys: sfinkteris ir plečiamasis. Juos valdo įvairios simpatinės ir parasimpatinės sistemos.

Iš tikrųjų vyzdys yra skylė, pro kurią patenka šviesa. Jis veikia kaip reguliatorius, susiaurėja esant ryškiai šviesai ir plečiasi, kai jo trūksta. Taigi jis apsaugo tinklainę nuo nudegimų ir pagerina regėjimo aštrumą.

Midriazė

Ar normalu, kad žmogui išsiplėtęs vyzdys? Tai priklauso nuo daugelio veiksnių. Medicinos aplinkoje šis reiškinys vadinamas midriaze.

Pasirodo, mokiniai reaguoja ne tik į šviesą. Jų plėtrą gali paskatinti susijaudinusi emocinė būsena: stiprus susidomėjimas (taip pat ir seksualinio pobūdžio), žiaurus džiaugsmas, nepakeliamas skausmas ar baimė.

Aukščiau išvardyti veiksniai sukelia natūralią midriazę, kuri neturi įtakos regėjimo aštrumui ir akių sveikatai. Paprastai ši mokinio būsena greitai praeina, jei emocinis fonas normalizuojasi.

Midriazės reiškinys būdingas neblaiviam ar apsvaigusiam žmogui. Be to, išsiplėtę vyzdžiai dažnai rodo rimtą apsinuodijimą, pavyzdžiui, butulizmą.

Patologinė midriazė dažnai pastebima pacientams, patyrusiems galvos smegenų traumą. Jie nuolat kalba apie daugelio galimų ligų buvimą asmenyje:

glaukoma;
migrena;
paralyžius;
encefalopatija;
skydliaukės funkcijos sutrikimas;
Eddie sindromas.

Daugelis žmonių iš filmų žino, kad nualpę greitosios medicinos pagalbos medikai pirmiausia apžiūri akis. Gydytojams daug ką gali pasakyti mokinių reakcija į šviesą, taip pat jų dydis. Nedidelis padidėjimas rodo negilų sąmonės netekimą, o "stiklinės", beveik juodos akys signalizuoja apie labai rimtą būklę.

Miozė

Pernelyg susitraukęs vyzdys yra midriazės priešingybė. Oftalmologai tai vadina mioze. Šis nukrypimas taip pat turi daugybę priežasčių, tai gali būti nekenksmingas regėjimo defektas, tačiau dažnai tai yra priežastis nedelsiant kreiptis į gydytoją.

Ekspertai išskiria keletą miozės tipų:

Funkcionalus, kurio susiaurėjimas atsiranda dėl natūralių priežasčių, tokių kaip prastas apšvietimas, miego būsena, kūdikystė ar senatvė, toliaregystė, pervargimas.
Vaistinė miozė atsiranda vartojant vaistus, kurie, be pagrindinės funkcijos, turi įtakos akių raumenų darbui.
Paralyžinis – būdingas visiškas arba dalinis dilatatoriaus motorinių gebėjimų nebuvimas.
Sudirginimo miozė - stebima su sfinkterio spazmu. Dažnai randama sergant navikais smegenyse, meningitu, encefalitu, taip pat žmonėms, sergantiems išsėtinė sklerozė ir epilepsija.
Sifilinė miozė - gali pasireikšti bet kurioje ligos stadijoje, nors laiku gydant ji vystosi labai retai.

Anisocoria

Remiantis statistika, kas penktas žmogus Žemėje turi įvairaus dydžio vyzdžius. Ši asimetrija vadinama anisocoria. Daugeliu atvejų skirtumai yra nežymūs ir matomi tik oftalmologui, tačiau kai kuriems šis skirtumas matomas plika akimi. Vyzdžių skersmens reguliavimas su šia funkcija vyksta asinchroniškai, o kai kuriais atvejais dydis keičiasi tik vienoje akyje, o kita lieka nejudanti.

Anisocoria gali būti paveldima arba įgyta. Pirmuoju atveju tokia akies sandara atsiranda dėl genetikos, antruoju – dėl traumos ar kokios nors ligos.

Skirtingo skersmens vyzdžiai randami žmonėms, kenčiantiems nuo tokių negalavimų:

regos nervo pažeidimas;
aneurizma;
smegenų trauma;
navikai;
neurologinės ligos.

Polikorija

Dvigubas vyzdys yra rečiausias akių anomalijos tipas. Šis įgimtas poveikis, vadinamas polikorija, būdingas dviejų ar daugiau vyzdžių buvimui toje pačioje rainelėje.

Yra du šios patologijos tipai: klaidinga ir tiesa. Klaidingas variantas reiškia, kad membrana netolygiai uždaro vyzdį ir atrodo, kad yra keletas skylių. Šiuo atveju reakcija į šviesą yra tik viename.

Tikroji polikorija yra susijusi su optinio kaušelio vystymosi patologija. Tuo pačiu metu vyzdžių forma ne visada yra apvali, yra ovalo formos, lašo formos skylės, Reakcija į šviesą, nors ir neryški, yra kiekviename iš jų.

Žmonės, sergantys šia patologija, jaučia didelį diskomfortą, sugedusi akis mato daug blogiau nei įprastai. Jei vyzdžių skaičius yra didesnis nei 3 ir jie yra pakankamai dideli (2 mm ir daugiau), vaikas iki vienerių metų greičiausiai bus operuojamas. Suaugusiesiems rekomenduojama nešioti korekcinius kontaktinius lęšius.

Amžiaus ypatybės

Daugelis jaunų mamų dažnai pastebi, kad vaikui išsiplėtę vyzdžiai. Ar verta dėl to kelti paniką? Pavieniai dėklai nėra pavojingi, juos gali lemti prastas apšvietimas patalpoje ir sužadinimo ypatumai nervų sistema... Pamatęs gražų žaislą ar išsigandęs siaubingojo Barmaley, vaikas refleksiškai išsiplės vyzdžius, kurie greitai sugrįš į normalią būseną.

Jei ši būklė nuolat stebima, tai yra priežastis skambėti pavojaus signalui ir skubiai kreiptis į gydytoją. Tai gali rodyti neurologines ligas, o papildoma specialisto konsultacija tikrai nepakenks.

Su amžiumi kinta mokinių reakcija į šviesą. Paaugliams stebimas didžiausias galimas išsiplėtimas, priešingai nei vyresnio amžiaus žmonėms, kuriems nuolat susiaurėję vyzdžiai yra normos variantas.

3-11-2013, 19:05

apibūdinimas

Įvadas

Žmogaus regėjimo sistema pasiekė aukščiausią tobulumą. Mokslininkai, kuriantys panašių charakteristikų elektronines ar chemines sistemas, gali tik žavėtis jų jautrumu, kompaktiškumu, ilgaamžiškumu, dideliu atkuriamumu ir grakščiais prisitaikymu prie žmogaus kūno poreikių. Teisybės dėlei, žinoma, reikia pažymėti, kad bandymai sukurti tinkamas dirbtines sistemas buvo pradėti mažiau nei prieš šimtmetį, o žmogaus regėjimo sistema formavosi per milijonus metų. Ji atsirado iš savotiško „kosminio“ elementų rinkinio – atrinkta, atrinkta ir atrinkta, kol iškrito sėkmingas derinys. Mažai kas abejoja, kad žmogaus evoliucija buvo „akla“, tikimybinė, o jos žingsnis po žingsnio atsekti visiškai neįmanoma. Evoliucijos kaštai jau seniai nugrimzdo į užmarštį, nepalikdami jokių pėdsakų.

Vizija evoliucinėje schemoje užima beveik unikalią vietą. Pavyzdžiui, galima daryti prielaidą, kad tolesnis evoliucinis vystymasis lems smegenų tūrio padidėjimą, nervų sistemos komplikacijų ar įvairių esamų funkcijų pagerėjimą. Tačiau neįmanoma įsivaizduoti, kad regėjimo proceso jautrumas pastebimai padidės. Vaizdinis procesas yra absoliutus galutinis etapas evoliucijos grandinėje. Jei atsižvelgsime į tai, kad kiekvienas sugertas fotonas yra „suskaičiuojamas“ regėjimo procese, tada tolesnis jautrumo padidėjimas yra mažai tikėtinas, jei absorbcija nepadidės. Kvantinės fizikos dėsniai nustato griežtą ribą, prie kurios mūsų regėjimo sistema priartėjo.

Padarėme išlygą, kad regėjimas užima beveik unikalią vietą, nes, remiantis tam tikrais duomenimis, kai kurie kiti suvokimo procesai taip pat pasiekė absoliučią savo raidos ribą. Daugelio vabzdžių (pavyzdžiui, kandžių) gebėjimas „aptikti“ atskiras molekules yra įrodymas, kad uoslė kitais atvejais pasiekė kvantinę ribą. Taip pat mūsų klausą iki galo riboja terminis aplinkos triukšmas.

Didelis regėjimo proceso jautrumas nėra tik žmogaus privilegija. Yra aiškių įrodymų, kad mažiau pažengusios gyvūnų rūšys ir naktiniai paukščiai pasiekė panašaus lygio... Matyt, tamsiose vandenyno gelmėse gyvenančios žuvys taip pat turi riboti menką informaciją, kuri jas prasiskverbia atsitiktiniais šviesos spinduliais. Galiausiai galime nurodyti fotosintezę kaip įrodymą, kad įvairios augalų gyvybės formos jau seniai išmoko naudoti beveik kiekvieną atsitiktinį fotoną, bent jau tam tikroje spektrinėje srityje.

Pagrindinis šio skyriaus tikslas – parodyti aukštą žmogaus akies kvantinį efektyvumą įvairiuose šviesos intensyvumo diapazonuose. Norint išreikšti pradinius duomenis apie žmogaus regėjimą per fotonų tankį tinklainės ploto vienete, būtina žinoti „optinius žmogaus akies parametrus“. Mes pažvelgsime į juos kitame skyriuje.

Optiniai parametrai

Fig. 10 parodyta žmogaus akies sandara.

Objektyvo vyzdžio anga svyruoja nuo 2 mm esant dideliam apšvietimui iki maždaug 8 mm netoli regėjimo suvokimo slenksčio. Šie pokyčiai įvyksta per dešimtąsias sekundės dalis. Židinio nuotolis objektyvas yra 16 mm. Tai reiškia, kad santykinė optinės sistemos diafragma keičiasi nuo 1:2 esant silpnam apšvietimui iki 1:8 esant dideliam apšvietimui. Apytikslė vyzdžio ploto priklausomybė nuo apšvietimo lygio parodyta fig. vienuolika.

Šviesai jautrus sluoksnis, vadinamas tinklaine, sudarytas iš atskirų šviesai jautrių ląstelių, strypų ir kūgių, išdėstytų maždaug 2 mikronų atstumu. Visoje tinklainėje – jos plotas beveik 10 cm 2 – yra 10 8 tokius elementus. Kūgiai, esantys daugiausia centrinės duobės srityje, kurių kampinis dydis yra apie 1 °, veikia esant vidutiniam ir stipriam apšvietimui ir perteikia spalvų pojūčius. Strypai, užimantys didžiąją tinklainės ploto dalį, veikia iki mažiausio apšvietimo ir neturi spalvų jautrumo. Kūgiai apibrėžia skiriamosios gebos ribą esant dideliam apšvietimo lygiui, kuri yra 1-2 ", o tai yra artimas difrakcijos disko dydžiui, atitinkančiam lęšiuko vyzdžio skersmenį, lygų 2 mm. Akies ir anatomijos tyrimas jos sandaros tyrimas rodo, kad esant atstumui nuo tinklainės centro lazdelės susijungia į vis didesnes grupes po kelis tūkstančius elementų. Į tinklainę patekusi šviesa praeina per nervinių skaidulų sluoksnį, kuris iš regos nervo sklinda į ląsteles tinklainės.

Tarpas tarp lęšiuko ir tinklainės užpildytas vandenine terpe, vadinamuoju stiklakūniu, kurio lūžio rodiklis yra 1,5. Įvairiais skaičiavimais, tik pusė šviesos, patenkančios į akį, pasiekia tinklainę. Likusi šviesos dalis atsispindi arba sugeria.

Fizinis akies fotonų kaupimosi laikas yra nuo 0,1 iki 0,2 s ir tikriausiai yra arčiau paskutinio skaičiaus. Fizinis kaupimo laikas prilygsta ekspozicijos laikui fotografijoje. Pereinant nuo didelio apšvietimo prie regėjimo suvokimo slenksčio, kaupimo laikas pailgėja ne daugiau kaip du kartus. Akies „darbas“ paklūsta pakeičiamumo dėsniui: kai ekspozicijos laikas yra mažesnis nei 0,1-0,2 s, jo reakcija priklauso tik nuo šviesos intensyvumo sandaugos iki pastarojo poveikio laiko.

Kokybiniai rodikliai Per pastaruosius šimtą metų buvo nuolat kaupiami duomenys apie žmogaus regėjimą. „Blackwell“ paskelbė naujausius ir išsamiausius akies gebėjimo atskirti atskiras įvairaus dydžio ir kontrasto dėmes, kai apšvietimas kinta plačiame diapazone. Fig. 12 parodyti Blzkuzll gauti duomenys apšvietimo intervalais 10-9 - 10-1 ėriukas, kontrastas 1 - 100% ir kampinė skiriamoji geba 3-100 ". kad akies charakteristikos šioje srityje nėra ribojamos triukšmo faktorių, bet dėl kitų priežasčių; pastarieji nustatė absoliučią kontrasto skiriamumo ribą 0,5%, o kampinę skiriamąją gebą - 1-2 ". Geometrinė skiriamosios gebos riba nustatoma pagal galutinį strypų ir kūgių dydį. 13 rodo panašius duomenis, anksčiau gautus Conner ir Gunung (1935), taip pat Cobb ir Moss (1928). Kaip matote, duomenys rodomi fig. 12 ir 13, in bendras kontūras suderinami vienas su kitu. Tačiau reikšmingas skirtumas yra tas, kad Blackwell duomenys nepagerina našumo, kai ryškumas keičiasi 10-2-10-1 ėriuko diapazone, o, pasak Cobbo ir Mosso, toks pagerėjimas atsiranda. 45 ° kampas yra charakteristikos, kurių būtų galima tikėtis, jei sistemos savybes ribotų triukšmas, pagal (1.2) ryšį. Fig. 13 eksperimentinių taškų gana gerai tinka tiesioms linijoms, atitinkančioms triukšmo apribojimus ir einančias 45 ° kampu. Fig. 12, eksperimentinės kreivės yra išlenktų linijų, kurios liečia nurodytas tiesias linijas tik ribotose srityse. Tokius nukrypimus, matyt, galima paaiškinti apribojimų, nesusijusių su fotonų triukšmu, įtaka. Žmogaus regėjimo kvantinis efektyvumas

Norint įvertinti akies kvantinį efektyvumą, duomenys, parodyti 1 pav. 12 ir 13, turėtų būti išreikštas fotonų, patenkančių į 1 cm 2 tinklainės, skaičiumi. Tam darome prielaidą, kad kaupimo laikas yra 0,2 s, lęšio pralaidumas yra 0,5, o vyzdžio atsidarymo ribos nustatomos pagal Reeve'o duomenis, pateiktus Fig. 11. Atlikę tokią transformaciją, fotonų tankį pakeičiame santykiu (1.3) parašyta formoje

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

kur? - akies kvantinė išeiga (kvantinis efektyvumas? 100 *?%) - Slenkstinis signalo ir triukšmo santykis k imamas lygus 5.

Fig. 14 parodyta akies kvantinio efektyvumo (apskaičiuoto pagal Blackwell duomenis) priklausomybė nuo objektų šviesumo. Ryškiausias šiuose rezultatuose yra santykinai nedidelis kvantinio efektyvumo pokytis, kai šviesos intensyvumas pasikeičia 8 dydžiais. Kvantinis efektyvumas yra 3%, esant ypač mažam ryškumui, netoli absoliučios slenksčio (apytiksliai 10 -10 ėriena) ir lėtai mažėja iki maždaug 0,5 % esant 0,1 ėriuko.

Žinoma, tai yra dešimteriopai efektyvumo pokytis. Tačiau reikia atsiminti, kad ankstyvuosiuose darbuose, siekiant paaiškinti reiškinį adaptacijos tamsumu tokiais atvejais, buvo daroma prielaida, kad kvantinis efektyvumas pasikeičia 1000 ar 10 000 kartų. (Toliau panagrinėsime tai išsamiau.) Be to, net šis dešimteriopai pokytis gali būti labai pervertintas. Skaičiuodami kvantinį efektyvumą, darėme prielaidą, kad ekspozicijos laikas ir koeficientas k yra pastovūs, tačiau, remiantis kai kuriais pranešimais, esant silpnam apšvietimui, ekspozicijos laikas gali būti dvigubai ilgesnis nei esant dideliam. Jei taip, tai kvantinis efektyvumas pasikeičia tik penkis kartus. Be to, gali būti, kad veiksnys k mažiau šviesos esant silpnam apšvietimui nei stipriam apšvietimui. Toks pasikeitimas k(tiksliau, k 2) gali lengvai atsirasti dar vienas faktorius 2, dėl to paaiškėja, kad kvantinis efektyvumas pasikeičia tik 2 kartus, kai šviesos intensyvumas pasikeičia 10 8 kartą.

Antras svarbus dalykas, į kurį reikėtų atkreipti dėmesį analizuojant Fig. 14 yra gana didelis kvantinio efektyvumo dydis.

Literatūroje skaičiuojama, kad jautri tinklainės medžiaga (rodopsinas) sugeria tik 10 % krentančios šviesos. Jei taip, tada kvantinis efektyvumas (baltai šviesai) sugertos šviesos atžvilgiu yra apie 60 % esant silpnam apšvietimui. Taigi, lieka labai mažai galimybių tobulinti patį fotonų skaičiavimo mechanizmą.
Tačiau sunku suprasti, kas lėmė tokią mažą (tik 10%) krintančios šviesos sugertį, kuri susidarė evoliucijos eigoje. Gali būti, kad to priežastis buvo ribotas biologinių medžiagų pasirinkimas.

Tam tikras kvantinio efektyvumo sumažėjimas esant dideliam apšvietimui gali būti siejamas su specifiniais reikalavimais sistemai, galinčiai atskirti spalvas. Jei, kaip rodo naujausi duomenys, yra 3 skirtingų spektrinių charakteristikų kūgių tipai, tada esant dideliam apšvietimui šviesai jautri sritis su tam tikru bangos ilgiu sumažėja perpus.

Kvantinio efektyvumo vertės parodytos Fig. 14 apatinės kreivės nurodo baltą šviesą. Yra žinoma, kad vizualinis atsakas į žalią šviesą yra maždaug tris kartus didesnis nei į tą patį bendrą „baltųjų“ fotonų skaičių, tai yra, fotonų, paskirstytų visame matomame spektre. Naudojant žalią šviesą (arba žaliai mėlyną esant silpnam apšvietimui), kvantinis efektyvumas turėtų padidėti tris kartus, kaip parodyta 1 pav. 14. Šiuo atveju kvantinis efektyvumas esant silpnam apšvietimui būtų apie 10%, o turėtume manyti, kad tinklainė sugeria ne 10%, o mažiausiai 20% krentančios šviesos.

Dar kartą reikia pabrėžti, kad kvantinio efektyvumo vertės, parodytos Fig. 14, priklauso nuo pasirinktų parametrų: kaupimo laiko (0,2 s) ir slenksčio signalo ir triukšmo santykio ( k= 5). Šių parametrų reikšmės nėra pakankamai tiksliai nustatytos, ypač Blackwell duomenims.

Galbūt atitinkami paaiškinimai paskatins daugiau didelės vertės kvantinis efektyvumas. Pavyzdžiui, jei darysime prielaidą, kad kaupimo laikas yra 0, 1 s, tada kvantinis efektyvumas bus dvigubai didesnis nei parodytas Fig. 14. Tačiau vargu ar reikėtų dėti pastangas šiems parametrams patikslinti; Ar ne geriau pradėti kurti patobulintą eksperimentinę kvantinio efektyvumo matavimo metodiką, kuri nepriklauso nuo šių parametrų?

Pageidautinas kvantinio efektyvumo nustatymo metodas

Šiuo metu yra išskirtinai paprasta technika gana patikimas akies kvantinio efektyvumo apibrėžimas. Naujai sukurta silicio stiprintuvo televizijos kamera gali perduoti vaizdus esant silpnam apšvietimui, kai šiuos vaizdus aiškiai riboja triukšmas, tiksliau – triukšmas, kurį sukelia dalis krintančių fotonų, kurie sukuria fotoelektronus ant fotokatodo.

Labai svarbu, kad tokie vaizdai, ribojami tik triukšmo, leistų patikimai nustatyti fotokatodo kvantinį efektyvumą. Procedūra susideda iš to, kad stebėtojas ir televizijos kamera „tiria“ tą patį silpnai apšviestą objektą iš to paties atstumo. Kameros optikos diafragma nustatoma pagal stebėtojo akies vyzdžio angą. Tada stebėtojas lygina jam tiesiogiai matomą silpnai apšviestą objektą su vaizdu televizijos sistemos vamzdyje. Jei informacija yra ta pati, tai stebėtojo akies kvantinis efektyvumas yra lygus išmatuotam perduodančio vamzdžio fotokatodo efektyvumui. Jei stebėtojas mato daugiau ar mažiau nei fotoaparatas, tada diafragma koreguojama tol, kol skirtumas išnyksta, o po to apskaičiuojamas stebėtojo akies kvantinis efektyvumas objektyvo apertūrų atžvilgiu.

Pagrindinis palyginimo greta metodo pranašumas yra tas, kad jis nepriklauso nuo vizualinio ekspozicijos laiko ar tinkamo slenksčio signalo ir triukšmo santykio pasirinkimo. Šie parametrai, kad ir kokios būtų tikslios jų reikšmės, stebėtojui apžiūrint patį objektą ir jo vaizdą televizoriaus ekrane iš esmės išlieka tie patys, todėl palyginimo metu jie neįtraukiami. Be to, atminties poveikis efektyviam ekspozicijos laikui šiais dviem atvejais greičiausiai bus toks pat.

Mes pasirinkome šį metodą, nes dabar jis yra lengvai prieinamas eksperimentuotojams, patyrusiems vizualinio proceso tyrime. Įvairius palyginimui tinkamus prietaisus naudojo ir šios knygos autorius, ir kiti tyrinėtojai, preliminariai vertindami kvantinį efektyvumą esant silpnam apšvietimui. Viename iš eksperimentų buvo naudojamas skenavimo su judančiu šviesos tašku įrenginys (15 pav.); J.E.Ryudy kaip vaizdo stiprintuvą panaudojo superortikoną, o T.D.Reynolde – kelių pakopų vaizdo stiprintuvą. Visi šie įrenginiai gamino vaizdus, ribojamus fotonų triukšmo, ir visais atvejais kvantinis efektyvumas buvo maždaug 10% esant silpnam apšvietimui.

Vaizdų serija, parodyta Fig. 15 parodyta, koks yra didžiausias informacijos kiekis, kurį gali perduoti skirtingas iš anksto nustatytas fotonų skaičius. Kiekvienas fotonas įrašomas kaip atskiras matomas taškas. Informaciją, kurią gauname, riboja tik statistiniai svyravimai, kurie neišvengiamai atsiranda registruojant fotonų srautą. Lentelėje pateikiamas bendras fotonų N skaičius, kuris būtų vaizde, jei visas jis būtų vienodai apšviestas tokiu intensyvumu, kuris atitiktų jo ryškiausias sritis.

Lentelėje pateikti skaisčiai apskaičiuojami darant prielaidą, kad akis naudoja vieną iš dešimties krintančių fotonų. Skaičiuojant buvo atsižvelgta ir į kitus parametrus: kaupimosi laikas – 0,2 s, vyzdžio skersmuo – apie 6 mm. Kitaip tariant, jei objektas pakeičiamas baltu lapu, kurio ryškumas yra nurodytas, apskaičiuojamas fotonų, patenkančių į akį per 0,2 s, skaičius ir šis skaičius dalinamas iš 10, tada gaunamas fotonų skaičius N. atitinkantis iki nurodytos ryškumo vertės. Vadinasi, pateikta vaizdų serija parodo, kokį maksimalų informacijos kiekį iš tikrųjų gali suvokti stebėtojas esant nurodytam ryškumui, jei jo regėjimo proceso kvantinis efektyvumas yra 10%, o atstumas nuo objekto iki stebėtojo yra 120 cm. .

Įvairių kvantinio efektyvumo įverčių palyginimas

Daugiau nei prieš šimtmetį tapo žinoma, kad ties absoliučiu matomumo slenksčiu vos atskiriamas blyksnis iš nedidelio šaltinio, kuriame į akį patenka apie 100 fotonų. Taigi buvo nustatyta apatinė kvantinio efektyvumo riba, lygi maždaug 1%. Tada kelios tyrimų grupės atliko daugybę eksperimentų, siekdamos išsiaiškinti, kiek iš tų 100 fotonų iš tikrųjų naudoja akis. Jei, pavyzdžiui, akis naudotų visus 100 fotonų, tai perėjimas iš nematomumo į regėjimą būtų gana staigus ir įvyktų fotonų srautui padidėjus iki 100. Jei akis naudotų tik kelis fotonus, perėjimas būtų neryškus dėl į chaotišką fotonų emisijos pobūdį. Taigi perėjimo ryškumas gali būti panaudotų fotonų skaičiaus, taigi ir akies kvantinio efektyvumo, matas.

Tokio eksperimento idėja neapėmė tam tikro paprastumo ir elegancijos. Deja, dėl tokių eksperimentų paaiškėjo, kad slenksčio suvokimui akies naudojamų fotonų skaičius svyruoja plačiame diapazone nuo 2 iki 50. Taigi kvantinio efektyvumo klausimas liko atviras. Gautų rezultatų išsibarstymas, matyt, nenustebins nei elektronikos, nei fizikos srities inžinieriaus specialisto. Matavimai buvo atlikti netoli absoliutaus matomumo slenksčio, kai pačioje akies viduje esančių pašalinių šaltinių triukšmas lengvai susimaišo su fotonų srauto triukšmu. Pavyzdžiui, jei panašūs matavimai būtų atliekami naudojant fotodaugintuvą, tada toks sklidimas būtų dėl triukšmo, susijusio su fotokatodo termone emisija, arba dėl atsitiktinio elektros gedimo, kuris įvyksta tarp elektrodų. Visa tai pasakytina apie matavimus, esančius netoli absoliučios slenksčio. Tačiau jei signalo ir triukšmo santykio matavimai atliekami esant žymiai didesniam apšvietimui nei slenkstis, kai fotonų triukšmas viršija triukšmą, susijusį su pašaliniais šaltiniais, ši procedūra suteikia patikimą kvantinio efektyvumo vertę. Štai kodėl vizualinio kvantinio efektyvumo matavimų, atliktų apšvietimui, gerokai viršijančiam absoliučią regėjimo slenkstį, rezultatai yra patikimesni.

R. Clarkas Jonesas išanalizavo tuos pačius duomenis, kuriais remdamasi kvantinio efektyvumo kreivė, pateikta pav. 14. Jo nustatytas efektyvumas apskritai yra apie dešimt kartų mažesnis nei parodyta fig. 14; skaičiuodamas jis rėmėsi trumpesniu kaupimo laiku (0,1 s) ir daug mažesne verte k (1,2) ... Jonesas mano, kad kadangi stebėtojas turi pasirinkti tik vieną iš aštuonių galimų bandomojo objekto pozicijų, tada tokia reikšmė k užtikrina 50% patikimumą. Kiekybine prasme šis teiginys, žinoma, yra teisingas.

Pagrindinis klausimas yra tas, ar stebėtojai iš tikrųjų tokiu būdu daro išvadas apie regimą. Jei pereisime prie pav. 4, a, tada randame tai k= 1,2 reiškia, kad stebėtojas gali pastebėti, iš kurios iš aštuonių galimų sričių operatorius pašalino vieną ar du fotonus. Paprastas vaizdas pav. 4, a rodo, kad tai neįmanoma. Tokie klausimai pabrėžia būtinybę sukurti matavimo metodą, kuris išvengtų dviprasmybių, susijusių su teisingų verčių parinkimu. k arba kaupimo laikas. Aukščiau pateiktas būdas palyginti žmogaus akies ir Elektroninis prietaisas ribojamas fotonų triukšmo yra kaip tik tokia procedūra ir nusipelno kuo platesnio taikymo.

Ankstyvuose vizualinio kvantinio efektyvumo vertinimuose De Vries taip pat rėmėsi verte k= 1, o jo rezultatai buvo žymiai mažesni už reikšmes, parodytas Fig. 14. Tačiau De Vries buvo vienas iš pirmųjų, kuris atkreipė dėmesį į tai, kad pastebėta akies skiriamoji geba ir jos kontrasto jautrumas gali būti paaiškinti fotonų triukšmu. Be to, jis, kaip ir šios knygos autorius, atkreipė dėmesį į tai, kad esant silpnam apšvietimui gaunamų vaizdų svyruojantis, grūdėtas pobūdis liudija apie šviesos diskretiškumą.

Barlow savo pasirinkimu iš esmės išvengė dviprasmybių k atliekant matavimus su dviem gretimomis bandymo šviesos taškais. ITS tikslas buvo nustatyti, kuri dėmė yra šviesesnė, o santykinis dėmių intensyvumas skiriasi. Kaip rodo statistinė rezultatų analizė, atlikta darant prielaidą, kad gebėjimą atskirti ryškumą riboja fotonų triukšmas, akies kvantinio efektyvumo reikšmės yra 5-10 %, kai ryškumas pasikeičia iki 100 kartų didesnės už absoliučią regėjimo slenkstį. Barlow remiasi Baumgardto ir Hechto darbais, kurie, analizuodami aptikimo tikimybės kreivę netoli absoliučios slenksčio, gavo kvantinį efektyvumą, artimą 7%.

Apibendrinant galima teigti, kad dauguma tyrinėtojų mano, kad žmogaus akies kvantinis efektyvumas svyruoja per 5–10%, kai šviesos intensyvumas pasikeičia nuo absoliutaus slenksčio iki 100 kartų didesnės reikšmės. Šis efektyvumas nustatomas bangos ilgiams, artimiems akies jautrumo kreivės maksimumui (žalia-mėlyna sritis), ir nurodo šviesą, patenkančią į akies rageną. Jei manysime, kad tinklainę pasiekia tik pusė šios šviesos, tai tinklainėje efektyvumas bus 10-20%. Kadangi, remiantis turimais skaičiavimais, tinklainės sugertos šviesos dalis taip pat patenka į šias ribas, akies efektyvumas, skaičiuojant sugerta šviesa, yra beveik 100%. Kitaip tariant, akis gali suskaičiuoti kiekvieną absorbuotą fotoną.

Duomenys, parodyti pav. 14, nukreipkite į kitą aukščiausias laipsnis esminė aplinkybė: regione nuo absoliutaus jautrumo slenksčio iki 0,1 ėriuko, tai yra, kai intensyvumas pasikeičia 10 kartų, kvantinis efektyvumas sumažėja ne daugiau kaip 10 kartų. Ateityje gali pasirodyti, kad šis koeficientas neviršija 2–3. Taigi, keičiant šviesos intensyvumą, akis išlaiko aukštą kvantinio efektyvumo lygį 10 8 kartą! Šią išvadą naudojame aiškindami tamsos adaptacijos reiškinį ir vizualinio triukšmo atsiradimą.

Tamsi adaptacija

Vienas žinomiausių ir kartu nuostabiausių vizualinio proceso aspektų yra tamsi adaptacija... Žmogus, įėjęs į tamsią auditoriją su šviesos užlieta miesto gatve, kelias sekundes ar net minutes pasirodo esąs aklas. Tada pamažu ima matyti vis daugiau ir po pusvalandžio visiškai pripranta prie tamsos. Dabar jis gali matyti daugiau nei tūkstantį kartų tamsesnius objektus nei tie, kuriuos vos pastebėjo pirmą akimirką.

Šie faktai rodo, kad tamsos adaptacijos procese akies jautrumas padidėja daugiau nei tūkstantį kartų. Tokie stebėjimai paskatino tyrėjus ieškoti mechanizmo ar cheminio modelio, kuris paaiškintų tokius dramatiškus jautrumo pokyčius. Pavyzdžiui, Hechtas ypatingą dėmesį skyrė jautrios tinklainės medžiagos, vadinamosios regos purpuros, grįžtamojo blukimo reiškiniui. Jis teigė, kad esant prastam apšvietimui, vizualiai violetinė spalva visiškai nepaveikiama, todėl turi didžiausią sugertį. Didėjant apšvietimui, jis vis labiau keičia spalvą ir atitinkamai sugeria vis mažiau krintančios šviesos. Buvo tikima, kad ilgas laikas tamsus prisitaikymas yra dėl ilgo didelio regėjimo purpuros tankio atkūrimo proceso trukmės. Tokiu būdu akis atgauna jautrumą.

Tačiau tokios išvados prieštaravo akies jautrumo triukšmo analizės rezultatams, kurie parodė, kad vidinis akies jautrumas negali pakisti daugiau nei 10 kartų, nei pereinant iš tamsos į ryškią šviesą. Triukšmo analizės metodo pranašumas buvo tas, kad jo rezultatai nepriklauso nuo konkrečių fizinių ar cheminių paties vizualinio proceso modelių. Jautrumas buvo matuojamas absoliučia skale, postuluojant tik kvantinį šviesos pobūdį ir chaotišką fotonų pasiskirstymo pobūdį.

Taigi, kaip galima paaiškinti tūkstantį kartų ir dar didesnį gebėjimo matyti padidėjimą, pastebėtą tamsos prisitaikymo procese? Tam tikra analogija tarp šio proceso ir tokių prietaisų, kaip radijo ir televizijos imtuvai, veikimo pasiūlė save. Jei derinant imtuvą iš stiprios stoties į silpną, garso pasirodo beveik nesigirdi, klausytojas griebia garsumo valdymo rankenėlę ir silpnos stoties garso lygį pakelia iki patogaus lygio. Būtina, kad radijo imtuvo jautrumas išliktų pastovus tiek perjungiant iš stiprios stoties į silpną, tiek reguliuojant garsumą. Tai lemia tik antenos ir pirmojo stiprintuvo vamzdžio charakteristikos. „Garsumo rankenėlės sukimo“ procesas nekeičia imtuvo jautrumo, o tik „pristatymo lygį“ klausytojui. Visa derinimo nuo stiprios iki silpnos stoties operacija, įskaitant garsumo valdymo proceso trukmę, yra visiškai analogiška labai ilgam vizualinio tamsaus prisitaikymo procesui.

Per tamsos adaptacijos laiką „stiprintuvo“ stiprinimas dėl cheminių reakcijų padidėja iki norimo „pateikimo lygio“. Vidinis akies jautrumas išlieka beveik pastovus tamsos adaptacijos laikotarpiu. Neturime kito pasirinkimo, kaip daryti prielaidą, kad regėjimo procese dalyvauja tam tikras stiprintuvas, veikiantis tarp tinklainės ir smegenų, ir kad jo stiprinimas kinta priklausomai nuo apšvietimo: esant dideliam apšvietimui jis yra mažas, o esant silpnam - didelis. .

Automatinis stiprinimo valdymas

Išvada, kad vizualinis procesas būtinai apima automatinį stiprinimo valdymą, buvo padaryta ankstesniame skyriuje stiprūs pokyčiai tariamu jautrumu, su kuriuo susiduriame prisitaikydami prie tamsos, ir santykinį mūsų jautrumo pastovumą, kuris išplaukia iš vizualinio proceso triukšmo analizės.
Panašią išvadą padarysime, jei atsižvelgsime į kitus, labiau tiesioginius literatūroje rastus duomenis. Yra žinoma, kad nervinio impulso energija yra daug dydžių didesnė už tų kelių fotonų, kurių reikia nerviniam impulsui sukelti esant absoliučiam jautrumo slenksčiui, energiją. Todėl nerviniams impulsams generuoti reikalingas mechanizmas su atitinkamai dideliu padidėjimu tiesiai ant tinklainės. Iš ankstyvųjų Hartline'o darbų, susijusių su pasagos krabo regos nervinių impulsų registravimu, buvo žinoma, kad nervinių impulsų dažnis didėja didėjant šviesos intensyvumui ne tiesiškai, o tik logaritmiškai. Tai reiškia, kad stiprinimas yra mažesnis esant stipriam apšvietimui nei esant silpnam apšvietimui.

Nors nervinio impulso energija nėra tiksliai žinoma, ją galima apytiksliai įvertinti darant prielaidą, kad sukaupta impulso energija atitinka 0,1 V įtampą kondensatoriuje. 10-9 F (tai yra 1 cm išorinio apvalkalo talpa nervų pluoštas). Tada Elektros energija yra 10 -11 J kad in 10 8 kartų daugiau energijos nei matomos šviesos fotonas. Žinoma, galime klysti vertindami nervinio impulso energiją keliais dydžiais, tačiau tai nekelia abejonių mūsų išvados, kad itin didelis stiprinimo procesas turi vykti tiesiai tinklainėje, ir tik dėl to kelių fotonų energija gali sukelti nervinį impulsą ...

Laipsniškas stiprinimo mažėjimas didėjant šviesos intensyvumui aiškiai pastebimas Hartline'o duomenyse, pagal kuriuos nervinių impulsų dažnis didėjant šviesos intensyvumui lėtai didėja pagal logaritminį dėsnį. Visų pirma, padidėjus šviesos intensyvumui 10 4 dažnis padidėja tik 10 kartų. Tai reiškia, kad pelnas sumažėja 10 3 kartą.

Nors specifinės cheminės reakcijos, kuriomis grindžiamas amplifikacijos procesas, nėra žinomos, atrodo, kad nėra daug ko tikėtis, išskyrus tam tikrą katalizės formą. Jautrios medžiagos (rodopsino) molekulės sugertas fotonas sukelia jo konfigūracijos pasikeitimą. Tolesni proceso etapai, kurių metu sužadintas rodopsinas turi katalizinį poveikį aplinkinei biocheminei medžiagai, dar nėra aiškūs. Tačiau pagrįsta manyti, kad katalizinis padidėjimas mažės didėjant šviesos intensyvumui arba sužadintų molekulių skaičiui, nes tai turėtų sumažinti katalizuojamos medžiagos kiekį vienoje sužadintoje molekulėje. Taip pat galima daryti prielaidą, kad katalizuojamos medžiagos išeikvojimo greitis ( šviesos pritaikymas) yra didelis, palyginti su jo atsinaujinimo (tamsaus prisitaikymo) greičiu. Yra žinoma, kad prisitaikymas prie šviesos įvyksta per sekundės dalį, o prisitaikymas prie tamsos gali trukti iki 30 minučių.

Vizualus triukšmas

Kaip jau ne kartą pabrėžėme, mūsų vaizdinė informacija apsiriboja atsitiktiniais kritusių fotonų pasiskirstymo svyravimais. Todėl šie svyravimai turėtų būti matomi. Tačiau ne visada tai pastebime, bent jau esant normalioms apšvietimo sąlygoms. Iš to išplaukia, kad kiekviename apšvietimo lygyje stiprinimas yra toks, kad fotonų triukšmas vos pastebimas arba, geriau sakant, beveik nesiskiria. Jei pelnas būtų didesnis, tai neduotų Papildoma informacija, bet tik prisidėtų prie triukšmo padidėjimo. Jei pelnas būtų mažesnis, tai sukeltų informacijos praradimą. Panašiai televizoriaus imtuvo stiprinimas turėtų būti parinktas taip, kad triukšmas būtų ties matomumo slenksčiu.

Nors esant normaliam apšvietimui fotonų triukšmą pastebėti nelengva, autorius, remdamasis savo pastebėjimais, buvo įsitikinęs, kad esant šviesumui apie 10 -8 -10 -7 ėriena, tolygiai apšviesta siena įgauna tokią pat svyruojančią, grūdėtą išvaizdą, kaip ir daug triukšmo turintis televizijos vaizdas. Be to, šio triukšmo matomumo laipsnis labai priklauso nuo paties stebėtojo susijaudinimo laipsnio. Tokius stebėjimus patogu atlikti prieš pat miegą. Jei stebėjimų metu namuose pasigirsta garsas, numatantis netikėto ar nepageidaujamo lankytojo pasirodymą, tada adrenalino srautas akimirksniu padidėja ir tuo pačiu pastebimai padidėja triukšmo „matomumas“. Esant tokioms sąlygoms, savisaugos mechanizmai padidina regėjimo proceso stiprinimo koeficientą (tiksliau, iš visų pojūčių gaunamų signalų amplitudę) iki tokio lygio, kuris garantuoja pilną informacijos suvokimą, tai yra iki tokio lygio, kuriame triukšmas. nesunkiai pastebimas.

Žinoma, tokie pastebėjimai yra subjektyvūs. De Vries yra vienas iš nedaugelio, kuris, be šios knygos autoriaus, išdrįso publikuoti savo lyginamuosius pastebėjimus. Tačiau daugelis tyrinėtojų privačiai pasakojo autoriui apie panašius rezultatus.

Akivaizdu, kad aukščiau išvardyti triukšmo modeliai atsiranda dėl krintančio fotonų srauto, nes jų nėra „visiškai juodose“ vaizdo srityse. Pakanka turėti tik kelias apšviestas sritis, kad stiprinimas stabilizuotųsi tokiame lygyje, kad kitos, daug tamsesnės sritys atrodytų visiškai juodos.

Kita vertus, jei stebėtojas yra visiškai tamsioje patalpoje arba jo akys užmerktos, jis neturi vizualinio vienodo juodo lauko pojūčio. Atvirkščiai, jis mato keletą silpnų, judančių pilkų vaizdų, kurie ankstesnėje literatūroje dažnai buvo vadinami pavadinimu „E15ENCY“; , tai yra, kaip kažkas, kas atsiranda pačioje regėjimo sistemoje. Vėlgi, kyla pagunda šiuos pastebėjimus racionaliai interpretuoti, darant prielaidą, kad nesant tikro šviesos vaizdo, dėl kurio būtų nustatyta tam tikra prieaugio reikšmė, pastarasis pasiekia maksimalią vertę, ieškodamas objektyvios vaizdinės informacijos. Esant tokiam sustiprinimui, aptinkami pačios sistemos triukšmai, kurie, matyt, yra susiję su terminio sužadinimo tinklainėje procesais arba kyla tam tikroje nuo jos nutolusioje STEMB1 nervų sistemos dalyje.

Paskutinė pastaba visų pirma susijusi su regėjimo pojūčių stiprėjimo procesu, kuris, kaip teigiama, atsiranda dėl įvairių medžiagų, sukeliančių haliucinacijas, suvartojimo. Labai tikėtina, kad šių medžiagų sukeliamas poveikis atsirado dėl padidėjusio galingo stiprintuvo, esančio pačioje tinklainėje, stiprinimo.

Kaip jau minėjome, emocinė būsena, susijusi su tam tikra įtampa ar padidėjusiu stebėtojo dėmesiu, žymiai padidina stiprinimą.

Poveikiai

Stiprinimo kontrolės mechanizmo buvimas tinklainėje aiškiai paaiškina įvairius stebėjimus, kai žmogus žiūri į ryškų objektą, o paskui žiūri į neutralią pilką sieną. Tuo pačiu pirmą akimirką žmogus vis dar mato tam tikrą pereinamąjį vaizdą, kuris vėliau palaipsniui išnyksta. Pavyzdžiui, ryškus nespalvotas objektas sukuria pereinamąjį papildomą vaizdą (afterimage) originalo fotografinio negatyvo pavidalu. Ryškiai raudonas objektas suteikia papildomą spalvą – žalią. Bet kokiu atveju toje tinklainės dalyje, kurioje krenta ryškaus objekto vaizdas, padidėjimas sumažėja, todėl, kai tinklainėje rodomas vienodas paviršius, anksčiau šviesios tinklainės sritys siunčia mažesnį signalą į smegenis. ir juose rodomi vaizdai atrodo tamsesni nei aplinkinis fonas. Žalia spalva Ryškiai raudono objekto vaizdas rodo, kad stiprinimo mechanizmas ne tik lokaliai keičiasi skirtingose tinklainės dalyse, bet ir toje pačioje srityje veikia nepriklausomai trims spalvų kanalams. Mūsų atveju raudonojo kanalo padidėjimas iš karto sumažėjo, todėl neutralioje pilkoje sienoje atsirado papildomos spalvos vaizdas.

Verta paminėti, kad pokalbiai nebūtinai visada yra neigiami. Jei, žiūrėdami į ryškiai apšviestą langą, užmerkite akis, tada akimirksniu trumpam atidarykite jas, tarsi naudodami fotografinį užraktą, ir vėl sandariai uždarykite, tada po kelių sekundžių ar net minučių vaizdas bus teigiamas. (bent jau iš pradžių Tai gana natūralu, nes bet kokio fotosužadinimo proceso skilimo laikas kietajame kūne yra baigtinis. Yra žinoma, kad akis šviesą kaupia 0,1-0,2 s, todėl vidutinis jos foto sužadinimo laikas taip pat turėtų būti 0,1-0,2 s, o sekundėmis foto sužadinimas mažėja iki vis žemesnio lygio, lieka matomas tolesnis vaizdas, nes užmerkus akis stiprinimas ir toliau didėja.Jei teigiamo vaizdo stebėjimo metu atsiranda nedidelis į akį patenka pašalinės šviesos, tada šis vaizdas iš karto virsta neigiamu dėl ankstesniame skyriuje nurodytų priežasčių. Atsiradus arba išnykus pašalinei šviesai galime pereiti nuo teigiamo Vaizdas į neigiamą ir atvirkščiai. Jei pažvelgsime į uždegtos cigaretės galą, judantį ratu tamsioje patalpoje, tai apšviestas galas dėl regėjimo suvokimo inercijos bus suvokiamas kaip baigtinio ilgio šviesos juosta (teigiamas povaizdis). Šiuo atveju stebimas vaizdas, kaip ir kometa, turi ryškiai raudoną galvą ir melsvą uodegą. Akivaizdu, kad mėlyni cigarečių žibinto komponentai turi didesnę inerciją nei raudonieji. Panašų efektą galime pastebėti žiūrėdami į rausvą sieną: kai ryškumas sumažėja iki apytiksliai žemiau 10 -6 ėriena, ji įgauna mėlyną atspalvį. Abi stebėjimų serijos gali būti paaiškintos darant prielaidą, kad mėlynos spalvos padidėjimas yra didesnis nei raudonos spalvos; dėl to mėlynos spalvos suvokimas išlaikomas iki mažesnio tinklainės sužadinimo lygio nei raudonos spalvos.

Didelės energijos spinduliuotės matomumas

Vizualinį suvokimą inicijuoja elektroninis molekulių sužadinimas. Todėl galime daryti prielaidą, kad egzistuoja tam tikras energijos slenkstis, tačiau, paprastai kalbant, gali būti, kad didelės energijos spinduliuotė taip pat sukels elektroninius perėjimus ir bus matoma. Jei perėjimas, sukeliantis regimąjį susijaudinimą, yra aštrus rezonansas tarp dviejų elektroninės energijos lygių, tai fotonai, turintys didesnę energiją, efektyviai nesužadins šio perėjimo. Kita vertus, elektronai arba didelės energijos jonai gali sužadinti įvairių energijų perėjimus, o tada jie turėtų būti matomi, nes pakeliui palieka tankias sužadinimo ir jonizacijos sritis. Anksčiau publikuotame darbe, kuriame aptariamos didelės energijos spinduliuotės matomumo problemos, autorius išreiškė nuostabą, kad iki šiol niekas nepranešė apie tiesioginius vizualinius kosminių spindulių stebėjimus.

Šiuo metu yra keletas duomenų apie radiacijos matomumo problemą esant įvairiems didelės energijos diapazonams. Visų pirma, jau žinoma, kad ultravioletinių spindulių ribą lemia absorbcija ragenoje. Žmonės, kurie dėl vienokių ar kitokių priežasčių rageną pašalino arba pakeitė skaidresne medžiaga, iš tiesų gali matyti ultravioletinę spinduliuotę.

Daug kalbėta apie galimybę matyti rentgeno spindulius ankstyvosios stadijos Rentgeno tyrimai. Šios srities publikacijos nutrūko, kai apie ją sužinojo žalingas poveikis rentgenas... Šie ankstyvieji stebėjimai buvo prieštaringi, nes liko neaišku, ar susijaudinimas rentgeno spinduliai tinklainėje tiesiogiai arba per stiklakūnio fluorescencijos sužadinimą. Kai kurie naujesni ir tikslūs eksperimentai rodo, kad yra tiesioginis tinklainės sužadinimas; tai ypač liudija atšiaurių šešėlių nuo nepermatomų objektų suvokimas.

Galimybę vizualiai stebėti kosminius spindulius dabar patvirtina astronautų pasakojimai, kad jie matė juosteles ir šviesos blyksnius, kai erdvėlaivio kabinoje buvo tamsa. Tačiau vis dar neaišku, ar tai tiesiogiai susiję su tinklainės sužadinimu, ar su rentgeno spindulių susidarymu stiklakūnyje. Kosminiai spinduliai sukuria tankų sužadinimo pėdsaką bet kuriame kietame kūne, todėl būtų keista, jei jie negalėtų tiesiogiai sužadinti tinklainės.

Vizija ir evoliucija

Atsirado gyvų ląstelių gebėjimas skaičiuoti fotonus arba bent jau reaguoti į kiekvieną fotoną ankstyvosios stadijos augalų gyvybės vystymasis. Apskaičiuota, kad raudonos šviesos fotosintezės kvantinis efektyvumas yra apie 30%. Fotosintezės procese fotonų energija tiesiogiai naudojama tam tikrose cheminėse reakcijose. Jis netampa stipresnis. Augalas naudoja šviesą mitybai, bet ne informacijai, jei neįtraukiamas heliotropinis poveikis ir biologinio laikrodžio sinchronizavimas.

Šviesos naudojimas informacijai gauti reiškia, kad tiesiai prie receptorių turi būti sukurtas labai sudėtingas stiprintuvas, kurio dėka nereikšminga fotonų energija paverčiama daug didesne nervinių impulsų energija. TIK tokiu būdu akis gali perduoti informaciją į raumenis ar smegenis. Toks stiprintuvas, matyt, atsirado ankstyvose gyvūnų gyvenimo vystymosi stadijose, nes daugelis paprasčiausių gyvūnų gyvena tamsoje. Vadinasi, fotonų skaičiavimo menas buvo įvaldytas dar gerokai prieš atsirandant žmogui.

Žinoma, fotonų skaičiavimas buvo reikšmingas evoliucijos proceso pasiekimas. Tai taip pat pasirodė esąs sunkiausias žingsnis kuriant regėjimo sistemą. Norint išgyventi, reikėjo užtikrinti, kad visa turima informacija būtų užfiksuota. Su tokia garantija regos sistemos pritaikymas priklausomai nuo konkrečių konkretaus gyvūno poreikių atrodo lengvesnis ir antraeilis sėkmė.

Šis pritaikymas įgavo įvairiausių formų. Atrodo, kad dauguma jų yra dėl akivaizdžių priežasčių. Čia pateiksime tik keletą pavyzdžių, kad patvirtintume glaudų ryšį tarp optinių parametrų ir gyvūno gyvenimo sąlygų.

Dieninių paukščių, tokių kaip vanagas, tinklainės struktūra yra kelis kartus plonesnė nei naktinių gyvūnų, tokių kaip lemūrai. Akivaizdu, kad aukštai skraidančio vanago aukštesnė regėjimo sistemos skiriamoji geba ir atitinkamai smulkesnė tinklainės struktūra yra pateisinama dėl didelio apšvietimo ryškumo vidury dienos. Be to, ieškant lauko pelės, vanagui tikrai reikia daugiau detalių vaizdiniame įvaizdyje. Kita vertus, lemūras su savo naktiniu gyvenimo būdu su tokiais susiduria žemi lygiai apšvietimas, kad jo vizualiniai vaizdai, kurių kokybę riboja fotoninis triukšmas, yra stambiagrūdžiai ir nereikalauja daugiau nei stambiagrūdė tinklainės struktūra. Iš tiesų, esant tokiam mažam šviesos intensyvumui, pravartu turėti objektyvus su didele diafragma (f / D) = 1,0, nors šie lęšiai neišvengiamai turi užtikrinti prastą optinio vaizdo kokybę (16 pav.).

Žmogaus akies spektrinio jautrumo kreivė puikiai atitinka didžiausią dienos saulės šviesos pasiskirstymą (5500A). Sutemus maksimalus akių jautrumas pasislenka iki 5100 A, o tai atitinka melsvą šviesos atspalvį, išsklaidytą danguje po saulėlydžio. Galima tikėtis, kad akies jautrumas turėtų plisti į raudonąją sritį, bent jau iki to bangos ilgio, kur tinklainės terminis sužadinimas pradeda konkuruoti su iš išorės sklindančiais fotonais. Pavyzdžiui, esant absoliučiai 10–9 ėriukų regėjimo ribai, akies spektrinis jautrumas gali siekti maždaug 1,4 µm, kur tokia konkurencija jau tampa reikšminga. Lieka neaišku, kodėl iš tikrųjų akies jautrumo riba yra 0,7 μm, nebent šis apribojimas yra susijęs su tinkamos biologinės medžiagos trūkumu.

Informacijos kaupimo akimis laikas (0,2 s) gerai sutampa su visos žmogaus sistemos nervų ir raumenų reakcijos laiku. Tokį nuoseklumą patvirtina tai, kad specialiai sukurtos televizijos kameros, kurių atsipalaidavimo laikas yra 0,5 sekundės ar daugiau, yra akivaizdžiai nepatogios ir varginančios. Gali būti, kad paukščiams vizualinės informacijos kaupimo laikas yra trumpesnis dėl didesnio judrumo. Netiesiogiai tai patvirtina faktas, kad kai kurios paukščių trilės ar natų serijos „gieda“ taip greitai, kad žmogaus ausis jas suvokia kaip chorą.

Egzistuoja griežtas žmogaus akies strypų ir kūgių skersmens ir difrakcijos disko skersmens atitikimas tuo momentu, kai vyzdžio anga yra artima minimaliam dydžiui (apie 2 mm), kuris nustatomas esant dideliam šviesos intensyvumui. . Daugelio gyvūnų vyzdžiai yra ne apvalūs, o kaip plyšiai ir yra orientuoti vertikaliai (pavyzdžiui, gyvatės, aligatoriai) arba horizontaliai (pavyzdžiui, ožkų, arklių). Vertikalus plyšys užtikrina didelį vaizdo ryškumą, vertikalias linijas riboja objektyvo aberacijos, o horizontalias linijas – difrakcijos efektai.

Bandymai įtikinamai paaiškinti šių optinių parametrų prisitaikymą prie tam tikrų gyvūnų gyvenimo būdo yra visiškai pagrįsti. ...
Varlės regėjimo sistema yra ryškus prisitaikymo prie jos gyvenimo būdo pavyzdys. Jo nervinės jungtys skirtos pabrėžti varlėms patrauklius musių judesius ir nepaisyti pašalinės vaizdinės informacijos. Netgi žmogaus regėjimo sistemoje pastebime šiek tiek padidėjusį periferinio regėjimo jautrumą mirgančiajai šviesai, o tai, be abejo, gali būti interpretuojama kaip apsaugos sistema, perspėjanti apie gresiantį pavojų.

Savo samprotavimus baigsime šiek tiek „namine“ pastaba. Viena vertus, pabrėžėme, kad žmogaus akis priartėjo prie ribos dėl šviesos kvantinės prigimties. Kita vertus, yra, pavyzdžiui, posakis „mato kaip katė“, reiškiantis tą regėjimo jautrumą naminė katė savo naktiniais nuotykiais gerokai pranoksta mūsų pačių. Matyt, reikėtų suderinti šiuos du teiginius, pažymint, kad jei nuspręstume naktį vaikščioti keturiomis, įgytume tokį patį gebėjimą orientuotis tamsoje, kokį turi katė.

Taigi, žmogaus akies kvantinis efektyvumas svyruoja nuo maždaug 10% esant silpnam apšvietimui iki kelių procentų esant dideliam apšvietimui. Visas apšvietimo diapazonas, kuriame veikia mūsų vizualinė sistema, apima nuo 10 -10 ėriena esant absoliučiam iki 10 ėriukų slenksčiui ryškioje saulės šviesoje.

Tiesiai ant tinklainės yra biocheminis stipriklis, kurio padidėjimas tikriausiai yra didesnis 10 6 , kuri mažą krintančių fotonų energiją paverčia daug didesne regos nervinių impulsų energija. Šio stiprintuvo stiprinimas kinta priklausomai nuo šviesos, mažėja esant stipriam apšvietimui. Šie pokyčiai paaiškina tamsos adaptacijos reiškinį ir daugybę su poveikių atsiradimu susijusių padarinių. Žmonių ir gyvūnų regėjimo sistema yra jų evoliucijos ir prisitaikymo prie išorinių sąlygų įrodymas.

Straipsnis iš knygos:.