Ľudské oko. Ľudské oko ako optický systém

Štruktúra ľudského oka pripomína fotoaparát. Objektívom je rohovka, šošovka a zrenica, ktoré lámu svetelné lúče a sústreďujú ich na sietnicu. Objektív dokáže zmeniť svoje zakrivenie a funguje ako automatické zaostrovanie fotoaparátu – okamžite prispôsobí dobré videnie do blízka alebo do diaľky. Sietnica, podobne ako fotografický film, zachytáva obraz a posiela ho vo forme signálov do mozgu, kde sa analyzuje.

zrenica

rohovka

dúhovka

šošovka

ciliárne telo

sietnica,

cievnatka

optický nerv

cievy oka

očné svaly

skléra

sklovca

Zložitá štruktúra očnej gule ju robí veľmi citlivou rôzne škody metabolických porúch a chorôb.

Oftalmológovia portálu „Všetko o vízii“ jednoduchý jazyk opísaná štruktúra ľudského oka vám dáva jedinečnú príležitosť vizuálne sa zoznámiť s jeho anatómiou.

Ľudské oko je jedinečný a zložitý párový zmyslový orgán, vďaka ktorému prijímame až 90% informácií o svete okolo nás. Oko každého človeka má iba individuálne, inherentné vlastnosti. Ale všeobecné vlastnosti štruktúry sú dôležité pre pochopenie toho, aké oko je zvnútra a ako to funguje. Oko v priebehu evolúcie dosiahlo komplexnú štruktúru a štruktúry rôzneho tkanivového pôvodu sú v ňom úzko prepojené. Krvné cievy a nervy, pigmentové bunky a prvky spojivového tkaniva – to všetko zabezpečuje hlavnú funkciu oka – zrak.

Štruktúra hlavných štruktúr oka

Oko má tvar gule alebo gule, preto sa naň začala uplatňovať alegória jablka. Očná guľa je veľmi jemná štruktúra, preto sa nachádza v kostnej dutine lebky – očnici, kde je čiastočne skrytá pred možným poškodením. Predná časť očnej gule je chránená horným a dolným viečkom. Voľné pohyby očnej gule zabezpečujú vonkajšie okohybné svaly, ktorých presná a dobre koordinovaná práca nám umožňuje vidieť svet s dvoma očami, t.j. binokulárne.

Neustálu hydratáciu celého povrchu očnej buľvy zabezpečujú slzné žľazy, ktoré zabezpečujú primeranú produkciu sĺz, ktoré tvoria tenký ochranný slzný film a k odtoku sĺz dochádza špeciálnymi slzovodmi.

Vonkajšia vrstva oka je spojovka. Je tenký a priehľadný a lemuje aj vnútorný povrch očných viečok, čo umožňuje ľahké kĺzanie pri pohybe očnej gule a žmurkaní viečok.

Vonkajšia "biela" škrupina oka - skléra, je najhrubšia z troch očných membrán, chráni vnútorné štruktúry a udržuje tonus očnej gule.

Sklerálna membrána v strede predného povrchu očnej gule sa stáva priehľadnou a vyzerá ako konvexné hodinové sklíčko. Táto priehľadná časť skléry sa nazýva rohovka, ktorá je veľmi citlivá kvôli prítomnosti mnohých nervové zakončenia... Transparentnosť rohovky umožňuje prienik svetla do oka a jej sférickosť zabezpečuje lom svetelných lúčov. Prechodná zóna medzi sklérou a rohovkou sa nazýva limbus. V tejto zóne sa nachádzajú kmeňové bunky, ktoré zabezpečujú neustálu regeneráciu buniek vo vonkajších vrstvách rohovky.

Ďalšia škrupina je cievna. Vystiela skléru zvnútra. Už z jeho názvu je zrejmé, že zabezpečuje prekrvenie a výživu vnútroočných štruktúr a tiež udržiava tonus očnej gule. Cievnatka pozostáva zo samotnej cievovky, ktorá je v tesnom kontakte so sklérou a sietnicou, a zo štruktúr ako ciliárne teliesko a dúhovka, ktoré sa nachádzajú v prednej časti očnej gule. Obsahujú veľa krvných ciev a nervov.

Ciliárne teliesko je súčasťou cievovky a komplexného nervovo-endokrinného orgánu, ktorý hrá dôležitú úlohu pri tvorbe vnútroočnej tekutiny a v procese akomodácie.

Farba dúhovky určuje farbu očí človeka. V závislosti od množstva pigmentu v jeho vonkajšej vrstve má farbu od bledomodrej alebo zelenkavej až po tmavohnedú. V strede dúhovky je otvor - zrenica, cez ktorú vstupuje svetlo do oka. Je dôležité poznamenať, že krvné zásobenie a inervácia cievovky a dúhovky s ciliárnym telesom sú odlišné, čo sa odráža v klinickom obraze chorôb tak všeobecne jednotnej štruktúry, ako je cievnatka.

Priestor medzi rohovkou a dúhovkou je predná komora oka a uhol tvorený okrajom rohovky a dúhovky sa nazýva uhol prednej komory. Cez tento uhol dochádza k odtoku vnútroočnej tekutiny cez špeciálny komplexný drenážny systém do očných žíl. Za dúhovkou je šošovka, ktorá sa nachádza pred sklovcom. Má tvar bikonvexnej šošovky a je dobre fixovaná mnohými tenkými väzbami na procesy ciliárneho telesa.

Priestor medzi zadným povrchom dúhovky, ciliárnym telesom a predným povrchom šošovky a sklovca sa nazýva zadná očná komora. Predná a zadná komora sú naplnené bezfarebnou vnútroočnou tekutinou alebo komorovou tekutinou, ktorá neustále cirkuluje v oku a obmýva rohovku a šošovku a zároveň ich vyživuje, keďže tieto štruktúry oka nemajú vlastné cievy.

Najvnútornejšia, najtenšia a najdôležitejšia membrána pre akt zraku je sietnica. Ide o vysoko diferencovanú viacvrstvovú vrstvu nervové tkanivo, ktorý lemuje cievovku v jej zadnej časti. Vlákna zrakového nervu vychádzajú zo sietnice. Všetky informácie prijaté okom vo forme nervových impulzov prenáša cez komplexnú vizuálnu dráhu do nášho mozgu, kde sa transformuje, analyzuje a vníma ako objektívnu realitu. Obraz v konečnom dôsledku padá alebo nepadá na sietnicu a v závislosti od toho vidíme predmety jasne alebo nie veľmi dobre. Najcitlivejšia a najtenšia časť sietnice je centrálna oblasť- makula. Je to makula, ktorá poskytuje naše centrálne videnie.

Dutina očnej gule je vyplnená priehľadnou, trochu rôsolovitou látkou - sklovcom. Udržuje hustotu očnej gule a priľne k vnútornej škrupine - sietnici, čím ju fixuje.

Optický systém oka

Ľudské oko je svojou podstatou a účelom komplexný optický systém. V tomto systéme možno rozlíšiť niekoľko najdôležitejších štruktúr. Sú to rohovka, šošovka a sietnica. Kvalita nášho videnia v podstate závisí od stavu týchto prepúšťajúcich, lámajúcich a vnímajúcich svetelných štruktúr, od stupňa ich transparentnosti.

Rohovka láme svetelné lúče silnejšie ako všetky ostatné štruktúry, potom prechádzajú cez zrenicu, ktorá funguje ako bránica. Obrazne povedané, tak ako v dobrom fotoaparáte, clona reguluje tok svetelných lúčov a v závislosti od ohniskovej vzdialenosti nám umožňuje získať kvalitný obraz, takže v našom oku funguje zrenička. Šošovka sa tiež láme a prenáša svetelné lúče ďalej do štruktúry prijímajúcej svetlo – sietnice, druhu fotografického filmu. Tekutina očných komôr a sklovca má tiež vlastnosti lámajúce svetlo, ale nie také významné. Napriek tomu stav sklovca, stupeň priehľadnosti komorovej vody očných komôr, prítomnosť krvi alebo iných plávajúcich zákalov v nich môže ovplyvniť aj kvalitu nášho videnia. Normálne sa svetelné lúče, ktoré prešli všetkými priehľadnými optickými médiami, lámu, takže pri dopade na sietnicu vytvárajú zmenšený, prevrátený, ale skutočný obraz. Konečná analýza a vnímanie informácií prijatých okom prebieha už v našom mozgu, v kôre jeho okcipitálnych lalokov.

Oko je teda veľmi zložité a úžasné. Porucha stavu alebo prekrvenia ktoréhokoľvek konštrukčného prvku oka môže nepriaznivo ovplyvniť kvalitu videnia.

Naše oko je zložitý optický systém, ktorého hlavnou úlohou je prenášať obraz do zrakového nervu.
Pôvodne viditeľný obraz prechádza cez rohovku. Tam dochádza k primárnemu lomu svetla. Odtiaľ sa cez kruhový otvor v dúhovke, nazývaný zrenica, dostáva do šošovky. Keďže šošovka je bikonvexná, po prechode sklovcom sa viditeľný obraz pri dopade na sietnicu obráti. Je to signál obráteného obrazu, ktorý prichádza zo sietnice pozdĺž zrakového nervu do mozgu. A mozog je na to a mozog má otočiť obraz späť.

Štruktúru ľudského oka nemožno posudzovať oddelene bez dvoch ďalších častí zrakového aparátu - dráh a časti mozgu (zraková kôra), ktoré sú zodpovedné za vedenie a analýzu nervových impulzov prichádzajúcich z oka: človek vyzerá okom a vidí mozgom. Okrem toho, vzhľadom na štruktúru ľudského oka, treba povedať o jeho pomocnom aparáte. Očná guľa tvorí celistvý systém s pomocnými štruktúrami: okohybné svaly, viečka, sliznica (spojivka) a slzný aparát.

Vonkajšia štruktúra

Tu môžete rozlíšiť očné viečka (horné a dolné), mihalnice, vnútorný kútik oka so slzným mäsom (záhyb sliznice), bielu časť očnej gule - skléru, ktorá je pokrytá priehľadnou sliznicou - spojovka (podrobnejšie o tomto útvare oka nájdete v časti Spojivka), priehľadná časť je rohovka, cez ktorú je viditeľná okrúhla zrenička a dúhovka (individuálne sfarbené, s jedinečným vzorom). Spojenie skléry do rohovky sa nazýva limbus.

Očná guľa má nepravidelný guľovitý tvar, predozadná veľkosť dospelého jedinca je asi 23-24 mm.

Oči sú umiestnené v kostnej schránke - očných jamkách. Vonku sú chránené viečkami, pozdĺž okrajov očných bulbov sú obklopené okulomotorickými svalmi a tukovým tkanivom. Zvnútra opúšťa zrakový nerv oko a prechádza špeciálnym kanálom do lebečnej dutiny a dostáva sa do mozgu.

Očné viečka

Očné viečka (horné a dolné) sú zvonka pokryté kožou, zvnútra sliznicou (spojivka). V hrúbke očných viečok sú chrupavky, svaly ( kruhový sval oči a levatorový sval horné viečko) a žľazy. Žľazy očných viečok produkujú zložky očnej slzy, ktorá normálne zvlhčuje povrch oka. Na voľnom okraji očných viečok rastú mihalnice, ktoré plnia ochrannú funkciu a otvárajú sa kanáliky žliaz. Palpebrálna štrbina sa nachádza medzi okrajmi očných viečok. Vo vnútornom kútiku oka, na hornom a dolnom viečku, sú slzné body - otvory, ktorými slza preteká nosovo-slzným kanálikom do nosovej dutiny.

Svaly oka

Svaly oka, ktorých je šesť na každej očnej gule: štyri priame svaly: vnútorný, vonkajší, horný a dolný priamy sval a dva šikmé svaly: horný a dolný. Svalový aparát oka zabezpečuje rotáciu očnej gule vo všetkých smeroch, ako aj koordinovanú fixáciu pohľadu oboch očí v určitom bode.

Slzná žľaza sa nachádza v hornej-vonkajšej časti očnice. Produkuje slzy ako odpoveď na emocionálne podráždenie alebo podráždenie sliznice oka, rohovky alebo nosohltanu. Štruktúru slzného aparátu ľudského oka si môžete podrobnejšie pozrieť v časti slzný aparát.

Škrupina oka

Ľudské oko má 3 škrupiny: vonkajšiu, strednú a vnútornú.

Sclera

Skléra zaberá 4/5 vláknitej membrány a pozostáva z spojivového tkaniva, je pomerne hustá a je k nej pripojená očné svaly... Hlavná funkcia je ochranná, poskytuje určitý tvar a tón očnej gule. V sklére je výstupný bod zo zadného pólu oka optický nerv- mriežková doska.

Rohovka

Rohovka je 1/5 vonkajšieho obalu, má množstvo charakteristík: priehľadnosť (neprítomnosť krvných ciev), lesk, sférickosť a citlivosť. Všetky tieto znaky sú charakteristické pre zdravú rohovku. Pri ochoreniach rohovky sa tieto znaky menia (nepriehľadnosť, strata citlivosti atď.). Rohovka patrí do optického systému oka, vedie a láme svetlo (jej hrúbka v rôznych častiach je od 0,2 do 0,4 mm a refrakčná sila rohovky je približne 40 dioptrií). Kompletnejší popis štruktúry rohovky nájdete v príslušnej časti: Rohovka.

Stredná (cievnatka) membrána oka pozostáva z dúhovky, ciliárneho telesa a samotnej cievovky (cievnatka), ktoré sa nachádzajú priamo pod bielkom. Stredná membrána oka poskytuje výživu očnej gule, zúčastňuje sa na metabolické procesy a elimináciu metabolických produktov tkanív oka.

Iris

Dúhovka je predná časť cievneho traktu oka, nachádza sa za priehľadnou rohovkou, v strede je nastaviteľný okrúhly otvor - zrenica. Dúhovka v štruktúre ľudského oka teda hrá úlohu bránice, maľovanej v určitej farbe. Farba ľudských očí je určená množstvom melanínového pigmentu v dúhovke (svetlomodrá až hnedá). Tento pigment chráni oči pred nadmerným slnečným žiarením. Priemer zrenice sa pohybuje od 2 do 8 mm v závislosti od osvetlenia, nervovej regulácie alebo pôsobenia liekov. Normálne sa zrenica pri jasnom svetle stiahne a pri slabom svetle sa roztiahne.

Ciliárne telo

Ciliárne telo je oblasť cievovky umiestnenej na spodnej časti dúhovky. V hrúbke ciliárneho telesa je ciliárny sval, ktorý mení zakrivenie biologickej šošovky oka - šošovky, čím smeruje ohnisko do požadovanej vzdialenosti (oko sa akomoduje).

Samotná cievnatka (cievnatka) tvorí väčšinu cievneho traktu oka (2/3) a plní úlohu výživy vnútornej membrány oka – sietnice.

Objektív

Šošovka sa nachádza za zrenicou, je to biologická šošovka, ktorá vplyvom ciliárneho svalu mení zakrivenie a podieľa sa na akte akomodácie oka (zameranie pohľadu na predmety v rôznych vzdialenostiach). Refrakčná sila tejto šošovky sa pohybuje od 20 dioptrií v pokoji do 30 dioptrií, keď pracuje ciliárny sval.

Okrem toho v očnej buľve možno rozlíšiť prednú a zadnú komoru oka - priestory naplnené komorovou vodou - kvapalinou cirkulujúcou vo vnútri oka a plniacej nutričnú funkciu pre rohovku a šošovku (za normálnych okolností tieto útvary nemajú krv nádoby). Predná komora oka sa nachádza medzi rohovkou a dúhovkou, zadná komora je medzi dúhovkou a šošovkou oka. Vodnatá vlhkosť je produkovaná procesmi ciliárneho telesa, potom preteká cez zrenicu do prednej komory, po ktorej prúdi cez špeciálny drenážny systém (trabekulárny aparát) do cievnej siete, ako je znázornené na obrázku:

Za šošovkou je volumetrický útvar, ktorý vypĺňa oko, sklovec, ktorý má rôsolovitú konzistenciu. Funkcie sklovca sú vedenie svetla a udržiavanie tvaru očnej gule.

Retina

Sietnica (vnútorná, citlivá membrána oka) vystiela dutinu očnej gule z nutrie. Je to najtenšia z očných membrán s hrúbkou od 0,07 do 0,5 mm. Sietnica má komplexná štruktúra a pozostáva z 10 vrstiev buniek. Táto očná škrupina sa dá porovnať s filmom fotoaparátu, jeho hlavnou úlohou je vytváranie obrazu (vnímanie svetla a farieb) pomocou špeciálnych citlivých buniek - tyčiniek a čapíkov. Tyčinky sa nachádzajú hlavne na periférii sietnice a sú zodpovedné za čiernobiele videnie za šera. Kužele sú sústredené v centrálnych častiach sietnice - makule a sú zodpovedné za malé detaily predmetov a farieb. Nervové vlákna pochádzajúce z citlivých buniek tvoria zrakový nerv, ktorý opúšťa zadný pól oka a preniká do lebečnej dutiny, do mozgu.

Zdroj proglaza ru

kategória:

Ľudské oko je vysoko komplexný optický systém zložený z rôznych prvkov, z ktorých každý je zodpovedný za svoje vlastné úlohy. Vo všeobecnosti očný aparát pomáha vnímať vonkajší obrázok, spracovať ich a odovzdať informácie v už pripravenej forme do mozgu. Bez jeho funkcií by orgány ľudského tela nemohli tak plne interagovať. Hoci je orgán zraku zložitý, aspoň v základnej forme stojí za to pochopiť popis princípu jeho fungovania pre každého človeka.

Všeobecný princíp fungovania

Keď sme zistili, čo je oko, po pochopení jeho popisu zvážime princíp jeho fungovania. Oko funguje vďaka vnímaniu svetla odrazeného od okolitých predmetov. Toto svetlo dopadá na rohovku, špeciálnu šošovku, ktorá umožňuje zaostrenie prichádzajúcich lúčov. Po rohovke lúče prechádzajú cez kameru oka (ktorá je naplnená bezfarebnou kvapalinou) a potom dopadajú na dúhovku, ktorá má v strede zrenicu. Zrenica má otvor (očnú štrbinu), cez ktorý prechádzajú iba centrálne lúče, to znamená, že niektoré lúče umiestnené na okrajoch svetelného toku sú eliminované.

Žiak pomáha prispôsobiť sa rôzne úrovne osvetlenie. Ten (presnejšie jeho očná štrbina) filtruje len tie lúče, ktoré neovplyvňujú kvalitu obrazu, ale reguluje ich tok. Výsledkom je, že to, čo zostane, ide na šošovku, ktorá je rovnako ako rohovka šošovkou, ale určenou len na inú – na presnejšie, „čistejšie“ zaostrovanie svetla. Šošovka a rohovka sú optické médiá oka.

Ďalej svetlo cez špeciálne sklovec, ktoré vstupuje do optického aparátu oka, prechádza na sietnicu, kde sa premieta obraz ako na filmové plátno, ale len hore nohami. V strede sietnice je makula, oblasť, na ktorú reaguje, do ktorej padá objekt, na ktorý sa priamo pozeráme.

V záverečných fázach získania obrazu bunky sietnice spracujú to, čo je na nich, a prevedú všetko na elektromagnetické impulzy, ktoré sa potom posielajú do mozgu. Digitálny fotoaparát funguje podobným spôsobom.

Zo všetkých prvkov oka sa na spracovaní signálu nezúčastňuje iba skléra, špeciálna nepriehľadná membrána, ktorá pokrýva vonkajšok. Obklopuje ho takmer celý, asi z 80 %, no v prednej časti plynule prechádza do rohovky. Ľudia zvyčajne nazývajú jeho vonkajšiu časť proteínom, aj keď to nie je úplne správne.

Počet odlíšiteľných farieb

Ľudský orgán zraku vníma obraz vo farbe a počet odtieňov farieb, ktoré dokáže rozlíšiť, je veľmi veľký. Koľko rôznych farieb sa líši podľa oka (presnejšie, koľko odtieňov) sa môže líšiť od individuálnych charakteristík človeka, ako aj od úrovne jeho vzdelania a typu jeho profesionálnej činnosti. Oko „pracuje“ s takzvaným viditeľným žiarením, ktoré je elektromagnetické vlny s vlnovou dĺžkou 380 až 740 nm, teda so svetlom.

Ak vezmeme priemerné ukazovatele, potom človek celkom dokáže rozlíšiť asi 150 tisíc farebných tónov a odtieňov.

Je tu však nejednoznačnosť, ktorá spočíva v relatívnej subjektivite vnímania farieb. Niektorí vedci sa preto zhodujú na inom údaji, koľko odtieňov farieb človek zvyčajne vidí/rozlišuje – od siedmich do desiatich miliónov. V každom prípade je postava pôsobivá. Všetky tieto odtiene sa získajú variovaním siedmich základných farieb nachádzajúcich sa v rôznych častiach dúhového spektra. Verí sa, že profesionálni umelci a dizajnéri majú vyšší počet vnímaných odtieňov a niekedy sa človek narodí s mutáciou, ktorá mu umožňuje občas vidieť viac farieb a odtiene. Koľko rôznych farieb takí ľudia vidia, je otvorenou otázkou.

Ochorenia oka

Ako každý iný systém Ľudské telo, orgán zraku je náchylný na rôzne choroby a patológie. Môžu byť podmienene rozdelené na infekčné a neinfekčné. Bežné typy ochorení, ktoré sú spôsobené baktériami, vírusmi alebo mikroorganizmami, sú konjunktivitída, jačmeň a blefaritída.

Ak je ochorenie neinfekčné, potom sa zvyčajne vyskytuje v dôsledku silného namáhania očí, v dôsledku dedičnej predispozície alebo jednoducho v dôsledku zmien, ktoré sa vyskytujú v ľudskom tele s vekom. Menej často môže byť problém, že vznikla všeobecná patológia tela, napríklad sa vyvinula hypertenzia resp cukrovka... V dôsledku toho sa môže objaviť glaukóm, šedý zákal alebo syndróm suchého oka a človek v konečnom dôsledku horšie vidí alebo rozlišuje predmety.

V lekárska prax všetky choroby sú rozdelené do nasledujúcich kategórií:

choroby jednotlivých prvkov oka, napríklad šošovky, spojovky atď.
optický nerv / patológia;
svalové patológie, kvôli ktorým je narušený priateľský pohyb jabĺk;
choroby spojené so slepotou a rôznymi poruchami zraku, zhoršená zraková sila;
glaukóm.

Aby sa predišlo problémom a patológiám, oči musia byť chránené, nie dlho nasmerované do jedného bodu a pri čítaní alebo práci sa musí udržiavať optimálne osvetlenie. Potom sila zraku neklesne.

Vonkajšia štruktúra oka

Ľudské oko má nielen vnútorná štruktúra ale aj vonkajšie, ktoré predstavujú storočia. Ide o špeciálne priečky, ktoré chránia oči pred zranením a negatívnymi faktormi prostredia. Pozostávajú najmä zo svalového tkaniva, ktoré je na vonkajšej strane pokryté tenkou a jemnou pokožkou. V oftalmológii sa všeobecne uznáva, že očné viečka sú jedným z podstatné prvky, v prípade problémov, s ktorými môžu problémy nastať.

Aj keď je očné viečko mäkké, pevnosť a konzistenciu mu dodáva chrupavka, ktorá je v podstate kolagénovým útvarom. Pohyb očných viečok sa uskutočňuje vďaka svalovej vrstve. Keď sa očné viečka zatvoria, má to funkčnú úlohu - očná guľa je zvlhčená a malé cudzie častice, bez ohľadu na to, koľko ich je na povrchu oka, sú odstránené. Navyše v dôsledku zvlhčenia očnej gule môže očné viečko voľne kĺzať vzhľadom na jej povrch.

Dôležitou súčasťou očných viečok je tiež rozsiahly systém krvného zásobenia a mnohé nervové zakončenia, ktoré pomáhajú očným viečkam vykonávať ich funkcie.

Pohyb očí

Oči človeka sa pohybujú pomocou špeciálnych svalov, ktoré zabezpečujú, že oči neustále normálne fungujú. Zrakový aparát sa pohybuje pomocou koordinovanej práce desiatok svalov, z ktorých hlavné sú štyri priame a dva šikmé svalové procesy. obklopiť sa rôzne strany a pomáhajú otáčať očnú buľvu okolo rôznych osí. Každá skupina vám umožňuje obrátiť pohľad osoby vlastným smerom.

Svaly tiež pomáhajú zvyšovať a znižovať očné viečka. Keď všetky svaly pracujú v harmónii, umožňuje vám to nielen ovládať oči oddelene, ale aj vykonávať ich dobre koordinovanú prácu a koordináciu ich smerovania.

) osoba, ktorá má schopnosť vnímať elektromagnetické žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok svetla a zabezpečuje funkciu zraku. Oči sa nachádzajú v prednej časti hlavy a spolu s viečkami, mihalnicami a obočím sú dôležitou súčasťou tváre. Oblasť tváre okolo očí sa aktívne podieľa na výrazoch tváre.

Maximálne optimum dennej citlivosti ľudského oka pripadá na maximum spojitého spektra slnečného žiarenia, ktoré sa nachádza v „zelenej“ oblasti 550 (556) nm. Pri prechode z denného svetla do súmraku sa maximum svetelnej citlivosti posúva smerom ku krátkovlnnej časti spektra a červené predmety (napríklad mak) sa javia ako čierne, modré (nevädza) - veľmi svetlé (fenomén Purkyň).

Štruktúra ľudského oka

Oko alebo orgán videnia sa skladá z očnej buľvy, zrakového nervu (pozri. Zrakový systém). Existujú samostatné pomocné orgány (očné viečka, slzný aparát, svaly očnej gule).

Ľahko sa otáča okolo rôznych osí: vertikálnej (hore-dole), horizontálnej (vľavo-vpravo) a takzvanej optickej osi. Okolo oka sú tri páry svalov, ktoré sú zodpovedné za pohyb očnej gule [a za aktívnu pohyblivosť]: 4 priame (horné, dolné, vnútorné a vonkajšie) a 2 šikmé (horné a dolné). Tieto svaly sú riadené signálmi, ktoré očné nervy dostávajú z mozgu. Oko obsahuje azda najrýchlejšie pôsobiace motorické svaly v ľudskom tele. Takže pri skúmaní (zaostrenom zaostrovaní) ilustrácie oko urobí obrovské množstvo mikropohybov za stotinu sekundy]. Ak je pohľad zadržaný (zaostrený) na jeden bod, oko neustále robí malé, ale veľmi rýchle pohyby – oscilácie. Ich počet dosahuje 123 za sekundu.

Očná guľa je oddelená od zvyšku očnice hustým vláknitým - čapovým puzdrom (fasciou), za ktorým je tukové tkanivo... Pod tukovým tkanivom je ukrytá kapilárna vrstva.

Samotné oko, príp očná buľva(lat. bulbus oculi), je párový útvar nepravidelného guľovitého tvaru, ktorý sa nachádza v každej z očných jamiek (obežných dráh) lebky ľudí a iných zvierat.

Vonkajšia štruktúra ľudského oka

Na kontrolu je prístupná iba predná, menšia, najkonvexnejšia časť očnej buľvy - rohovka a okolitá časť (skléra); zvyšok, väčšina, leží v hĺbke obežnej dráhy.

Oko má nepravidelný guľovitý (takmer guľovitý) tvar s priemerom asi 24 mm. Dĺžka jeho sagitálnej osi je v priemere 24 mm, horizontálna - 23,6 mm, vertikálna - 23,3 mm. Priemerný objem dospelého človeka je 7,448 cm³. Hmotnosť očnej gule je 7-8 g.

Veľkosť očnej gule je v priemere u všetkých ľudí rovnaká, líši sa len v zlomkoch milimetra.

V očnej gule sa rozlišujú dva póly: predný a zadný. Predná tyč zodpovedá najkonvexnejšej centrálnej časti prednej plochy rohovky a zadná tyč nachádza sa v strede zadného segmentu očnej gule, trochu mimo miesta výstupu zrakového nervu.

Čiara spájajúca oba póly očnej gule sa nazýva vonkajšia os očnej gule... Vzdialenosť medzi predným a zadným pólom očnej gule je jeho najväčšia veľkosť a rovná sa približne 24 mm.

Ďalšou osou v očnej buľve je vnútorná os - spája bod na vnútornej ploche rohovky, zodpovedajúci jej prednému pólu, s bodom na sietnici, zodpovedajúci zadnému pólu očnej buľvy, jej veľkosť je v priemere 21,5 mm.

S dlhšou vnútornou osou sa svetelné lúče po lomu v očnej buľve zhromažďujú v ohnisku pred sietnicou. Zároveň je dobré videnie objektov možné iba na blízko - krátkozrakosť, krátkozrakosť.

Ak je vnútorná os očnej gule relatívne krátka, potom sa svetelné lúče po lomu zhromažďujú v ohnisku za sietnicou. V tomto prípade je videnie do diaľky lepšie ako do blízka - ďalekozrakosť, hypermetropia.

Najväčšia priečna veľkosť ľudského oka je v priemere 23,6 mm a vertikálna veľkosť je 23,3 mm. Refrakčná sila optického systému oka (v pokoji, akomodácii ( závisí od polomeru zakrivenia lámavých plôch (rohovka, šošovka - predná a zadná plocha oboch, - iba 4) a od ich vzájomnej vzdialenosti) v priemere 59,92. Pre refrakciu oka je dôležitá dĺžka očnej osi, teda vzdialenosť od rohovky po makula; má priemer 25,3 mm (B.V. Petrovský). Refrakcia oka preto závisí od pomeru medzi refrakčnou silou a dĺžkou osi, ktorá určuje polohu hlavného ohniska voči sietnici a charakterizuje optické nastavenie oka. Existujú tri hlavné refrakcie oka: "normálna" refrakcia (zameranie na sietnicu), ďalekozrakosť (za sietnicou) a krátkozrakosť (zameranie spredu von).

Rozlišuje sa aj vizuálna os očnej gule, ktorá siaha od jej predného pólu po foveu sietnice.

Čiara spájajúca body najväčšieho kruhu očnej gule vo frontálnej rovine sa nazýva rovník... Nachádza sa 10-12 mm za okrajom rohovky. Čiary nakreslené kolmo na rovník a spájajúce oba póly na povrchu jablka sa nazývajú meridiány... Vertikálne a horizontálne meridiány rozdeľujú očnú buľvu na samostatné kvadranty.

Vnútorná štruktúra očnej gule

Očná guľa sa skladá z membrán, ktoré obklopujú vnútorné jadro oka a predstavujú jeho priehľadný obsah - sklovec, šošovku, komorovú vodu v prednej a zadnej komore.

Jadro očnej gule je obklopené tromi škrupinami: vonkajšou, strednou a vnútornou.

Vonkajšie - veľmi husté vláknitéškrupina očnej gule ( tunica fibrosa bulbi), ku ktorému sú pripojené vonkajšie svaly očnej gule, plní ochrannú funkciu a vďaka turgoru určuje tvar oka. Skladá sa z prednej priehľadnej časti - rohovky, a zadnej nepriehľadnej časti belavej farby - skléry.
Priemerná, príp cievne, škrupina očnej buľvy ( tunica vasculosa bulbi), hrá dôležitú úlohu v metabolických procesoch, zabezpečuje výživu oka a vylučovanie metabolických produktov. Je bohatý na krvné cievy a pigment (bunky cievovky bohaté na pigmenty zabraňujú prechodu svetla cez skléru, čím sa eliminuje rozptyl svetla). Tvorí ho dúhovka, riasnaté teliesko a samotná cievnatka. V strede dúhovky je okrúhly otvor - zrenica, cez ktorú prenikajú lúče svetla do očnej gule a dostávajú sa až na sietnicu (veľkosť zrenice sa mení (v závislosti od intenzity svetelného toku: pri jasnom svetle je užšia, pri slabom svetle a v tme - širšia) v dôsledku interakcie hladkých svalových vlákien - zvierača a dilatátora, uzavretých v dúhovke a inervovaných parasympatikovými a sympatickými nervami, pri rade ochorení dochádza k rozšíreniu zrenice - mydriáza , alebo zúženie – mióza). Dúhovka obsahuje rôzne množstvo pigmentu, ktorý určuje jej farbu – „farbu očí“.
Vnútorné, príp pletivo, škrupina očnej buľvy ( tunica interna bulbi), - sietnica je receptorová časť vizuálneho analyzátora, tu dochádza k priamemu vnímaniu svetla, biochemickým premenám vizuálne pigmenty, zmeny elektrických vlastností neurónov a prenos informácií do centrálneho nervového systému.

Ubytovacie zariadenie

Sietnica má tiež vrstvenú štruktúru. Zariadenie sietnica mimoriadne ťažké. Mikroskopicky je v ňom rozlíšených 10 vrstiev. Vonkajšia vrstva vníma svetlo (farbu), je obrátená k cievnatke (do vnútra) a pozostáva z neuroepiteliálnych buniek - tyčiniek a čapíkov, ktoré vnímajú svetlo a farby (u ľudí je povrch sietnice vnímajúci svetlo veľmi malý - 0,4-0,05 mm², ďalšie vrstvy sú tvorené bunkami a nervovými vláknami, ktoré vedú nervovú stimuláciu).

Svetlo vstupuje do oka rohovkou, prechádza postupne tekutinou prednej a zadnej komory, šošovkou a sklovcom, prechádza celou hrúbkou sietnice, vstupuje do procesov svetlocitlivých buniek - tyčiniek a čípkov. Sú to fotochemické procesy, ktoré poskytujú farebné videnie (podrobnejšie v časti Colour and Color Sensing). Sietnica stavovcov je anatomicky „obrátená naruby“, takže fotoreceptory sú umiestnené v zadnej časti očnej gule (v konfigurácii „odzadu dopredu“). Aby sa k nim dostalo, svetlo musí prejsť niekoľkými vrstvami buniek.

Ak len na minútu zatvoríte oči a pokúsite sa žiť v úplnej tme, začnete chápať, aké dôležité je pre človeka videnie. Ako sa stávajú bezmocní ľudia, ktorí stratili schopnosť vidieť. A ak sú oči zrkadlom duše, potom je zrenička naším oknom do sveta.

Štruktúra oka

Ľudský orgán zraku je zložitý optický systém. Jeho hlavným účelom je preniesť obraz cez zrakový nerv do mozgu.

Očná guľa, ktorá má tvar gule, sa nachádza na očnici a má tri cievne a sietnicu. Vnútri je komorová voda, šošovka a sklovec.

Biely segment očnej gule je pokrytý sliznicou (sklérou). Predná priehľadná časť, nazývaná rohovka, je optická šošovka s vysokou refrakčnou silou. Pod ňou sa nachádza dúhovka, ktorá funguje ako bránica.

Svetelný tok odrazený od povrchov predmetov dopadá najskôr na rohovku a lomený vstupuje do šošovky cez zrenicu, ktorá je tiež bikonvexnou šošovkou a vstupuje do optického systému oka.

Ďalší bod na ceste ľudsky viditeľné obrázky - sietnica. Je to membrána buniek citlivých na svetlo: čapíkov a tyčiniek. Sietnica pokrýva vnútorný povrch oka a cez nervové vlákna prenáša informácie do mozgu cez zrakový nerv. Práve v nej dochádza ku konečnému vnímaniu a uvedomovaniu si videného.

Funkcia žiaka

Medzi ľuďmi je populárna frazeologická jednotka: „starať sa o ňu ako o oko“, no dnes už málokto vie, že práve zreničku v dávnych dobách nazývali zrnko oka. Tento výraz sa používa už dávno a je to najlepší spôsob, ako ukázať, ako by sme sa mali správať k našim očiam ako k tým najcennejším a najdrahším.

Ľudskú zrenicu regulujú dva svaly: zvierač a dilatátor. Sú riadené rôznymi sympatickými a parasympatickými systémami.

Zrenica je v skutočnosti otvor, cez ktorý vstupuje svetlo. Pôsobí ako regulátor, pri jasnom svetle sa zužuje a pri nedostatku sa rozširuje. Chráni tak sietnicu pred popálením a zlepšuje zrakovú ostrosť.

Mydriáza

Je normálne, že má človek rozšírené zreničky? Závisí to od množstva faktorov. V lekárskom prostredí sa tento jav nazýva mydriáza.

Ukazuje sa, že žiaci reagujú nielen na svetlo. Ich expanzia môže byť vyvolaná vzrušeným emocionálnym stavom: silným záujmom (vrátane sexuálneho charakteru), násilnou radosťou, neznesiteľnou bolesťou alebo strachom.

Vyššie uvedené faktory spôsobujú prirodzenú mydriázu, ktorá neovplyvňuje zrakovú ostrosť a zdravie očí. Tento stav žiaka spravidla rýchlo prechádza, ak sa emocionálne pozadie vráti do normálu.

Fenomén mydriázy je charakteristický pre osobu, ktorá je intoxikovaná alebo intoxikovaná. Okrem toho rozšírené zreničky často poukazujú na vážnu otravu, ako je butulizmus.

Patologická mydriáza sa často pozoruje u pacientov s traumatickým poranením mozgu. Neustále hovoria o prítomnosti mnohých možných chorôb u človeka:

glaukóm;
migréna;
paralýza;
encefalopatia;
dysfunkcia štítnej žľazy;
Eddieho syndróm.

Mnoho ľudí z filmov vie, že keď upadnú do bezvedomia, lekári záchranky najskôr vyšetrí oči. Reakcia žiakov na svetlo, ale aj ich veľkosť môžu lekárom veľa napovedať. Mierny nárast naznačuje plytkú stratu vedomia, kým „sklenené“, takmer čierne oči signalizujú veľmi vážny stav.

Mióza

Príliš stiahnutá zrenica je opakom mydriázy. Oftalmológovia to nazývajú mióza. Aj táto odchýlka má viacero príčin, môže ísť o neškodnú zrakovú vadu, no často je to dôvod na okamžitú konzultáciu s lekárom.

Odborníci rozlišujú niekoľko typov miózy:

Funkčné, pri ktorých dochádza k zúženiu z prirodzených dôvodov, ako je zlé osvetlenie, spánkové podmienky, detstvo alebo staroba, ďalekozrakosť, prepracovanosť.
Liečivá mióza je výsledkom užívania liekov, ktoré okrem svojej hlavnej funkcie majú vplyv na prácu očných svalov.
Paralytický - charakterizovaný úplnou alebo čiastočnou absenciou motorickej schopnosti dilatátora.
Mióza podráždenia - pozorovaná pri spazme zvierača. Často sa vyskytuje v nádoroch v mozgu, meningitíde, encefalitíde, ako aj u ľudí trpiacich roztrúsená skleróza a epilepsie.
Syfilitická mióza - môže sa prejaviť v ktoromkoľvek štádiu ochorenia, hoci pri včasnej terapii sa vyvíja extrémne zriedkavo.

Anizokória

Podľa štatistík má každý piaty človek na Zemi zreničky rôznej veľkosti. Táto asymetria sa nazýva anizokória. Vo väčšine prípadov sú rozdiely zanedbateľné a viditeľné len pre oftalmológa, no u niektorých je tento rozdiel viditeľný aj voľným okom. Regulácia priemeru žiakov s touto vlastnosťou prebieha asynchrónne av niektorých prípadoch sa veľkosť mení iba v jednom oku, zatiaľ čo druhé zostáva nehybné.

Anizokória môže byť dedičná alebo získaná. V prvom prípade je takáto štruktúra oka spôsobená genetikou, v druhej - zranením alebo nejakým druhom choroby.

Zrenice rôznych priemerov sa nachádzajú u ľudí trpiacich takýmito ochoreniami:

poškodenie zrakového nervu;
aneuryzma;
zranenie mozgu;
nádory;
neurologické ochorenia.

Polycoria

Dvojitá zrenička je najvzácnejším typom očnej abnormality. Tento vrodený efekt, nazývaný polykoria, je charakterizovaný prítomnosťou dvoch alebo viacerých zreníc v tej istej dúhovke.

Existujú dva typy tejto patológie: falošné a pravdivé. Falošná možnosť znamená, že membrána zatvára zrenicu nerovnomerne a zdá sa, že existuje niekoľko otvorov. V tomto prípade je reakcia na svetlo prítomná iba v jednom.

Skutočná polykoria je spojená s patológiou vo vývoji optického pohára. Zároveň tvar žiakov nie je vždy okrúhly, sú tu otvory vo forme oválu, kvapky, Reakcia na svetlo, aj keď nie výrazná, je v každom z nich.

Ľudia s touto patológiou cítia výrazné nepohodlie, chybné oko vidí oveľa horšie ako normálne. Ak je počet zreníc viac ako 3 a sú dostatočne veľké (2 mm alebo viac), dieťa mladšie ako jeden rok s najväčšou pravdepodobnosťou podstúpi operáciu. Dospelí majú predpísané nosiť korekčné kontaktné šošovky.

Vekové vlastnosti

Mnoho mladých matiek si často všimne, že dieťa má rozšírené zreničky. Oplatí sa kvôli tomu vyvolať paniku? Izolované prípady nie sú nebezpečné, môžu byť spôsobené zlým osvetlením v miestnosti a zvláštnosťami excitabilného nervový systém... Keď dieťa uvidí krásnu hračku alebo ho vystraší strašný Barmaley, reflexne rozšíri zreničky, ktoré sa čoskoro vrátia do normálu.

Ak sa táto podmienka neustále pozoruje, je to dôvod na spustenie alarmu a urýchlenú konzultáciu s lekárom. Môže to naznačovať neurologické ochorenia a konzultácia s odborníkom navyše určite nezaškodí.

Reakcia žiakov na svetlo sa vekom mení. U adolescentov sa pozoruje maximálne možné rozšírenie, na rozdiel od starších ľudí, pre ktorých sú variantom normy neustále zúžené zrenice.

3-11-2013, 19:05

Popis

Úvod

Ľudský vizuálny systém dosiahol najvyššiu dokonalosť. Vedci pracujúci na tvorbe elektronických alebo chemických systémov s porovnateľnými charakteristikami môžu len obdivovať jeho citlivosť, kompaktnosť, odolnosť, vysoký stupeň reprodukovateľnosti a pôvabnú prispôsobivosť potrebám ľudského tela. V záujme spravodlivosti treba, samozrejme, poznamenať, že pokusy o vytvorenie vhodných umelých systémov sa začali pred menej ako storočím, zatiaľ čo ľudský vizuálny systém sa formoval milióny rokov. Vznikol z akejsi „kozmickej“ množiny prvkov – vyberal, vyberal a vyberal, až kým nevypadla úspešná kombinácia. Málokto pochybuje o tom, že ľudská evolúcia bola „slepá“, pravdepodobnostná a stopovať ju krok za krokom je absolútne nemožné. Náklady na evolúciu už dávno upadli do zabudnutia a nezanechali po sebe žiadne stopy.

Vízia zaujíma v evolučnej schéme takmer jedinečné miesto. Dá sa napríklad predpokladať, že ďalší evolučný vývoj povedie k zväčšeniu objemu mozgu, komplikáciám nervového systému alebo k rôznym zlepšeniam existujúcich funkcií. Nemožno si však predstaviť, že citlivosť vizuálneho procesu sa výrazne zvýši. Vizuálny proces predstavuje absolútny konečný míľnik v reťazci evolúcie. Ak vezmeme do úvahy, že každý absorbovaný fotón sa „počíta“ vo vizuálnom procese, potom je ďalšie zvýšenie citlivosti nepravdepodobné, ak sa absorpcia nezvýši. Zákony kvantovej fyziky stanovujú tvrdú hranicu, ku ktorej sa náš vizuálny systém veľmi priblížil.

Urobili sme výhradu, že videnie má takmer jedinečné miesto, keďže podľa určitých údajov aj niektoré ďalšie procesy vnímania dosiahli absolútnu hranicu vo svojom vývoji. Schopnosť množstva hmyzu (napríklad nočných motýľov) „detekovať“ jednotlivé molekuly je dôkazom toho, že čuch v iných prípadoch dosiahol kvantovú hranicu. Rovnako aj náš sluch je extrémne obmedzený tepelným hlukom okolia.

Vysoká citlivosť zrakového procesu nie je výsadou len človeka. Existujú jasné dôkazy, že sa dostali menej vyspelé druhy zvierat a nočné vtáky podobnú úroveň... Ryby žijúce v temných hlbinách oceánu musia podľa všetkého maximálne využívať aj úbohé informácie, ktoré k nim prenikajú náhodnými lúčmi svetla. Nakoniec môžeme poukázať na fotosyntézu ako dôkaz toho, že rôzne formy života rastlín sa už dávno naučili využívať takmer každý dopadajúci fotón, aspoň v rámci určitej spektrálnej oblasti.

Hlavným účelom tejto kapitoly je demonštrovať vysokú kvantovú účinnosť ľudského oka v širokom rozsahu intenzít svetla. Aby bolo možné vyjadriť počiatočné údaje o ľudskom zraku prostredníctvom hustoty fotónov na jednotku plochy sietnice, je potrebné poznať „optické parametre ľudského oka“. Pozrieme sa na ne v ďalšej časti.

Optické parametre

Na obr. 10 znázorňuje štruktúru ľudského oka.

Otvorenie zrenice šošovky sa mení od 2 mm pri vysokom osvetlení do približne 8 mm blízko prahu zrakového vnímania. Tieto zmeny prebiehajú v čase rádovo desatín sekundy. Ohnisková vzdialenosť priemer šošovky je 16 mm. To znamená, že relatívna apertúra optického systému sa mení z 1:2 pri slabom osvetlení na 1:8 pri vysokom osvetlení. Približná závislosť plochy žiaka od úrovne osvetlenia je znázornená na obr. jedenásť.

Vrstva citlivá na svetlo, nazývaná sietnica, je tvorená samostatnými svetlocitlivými bunkami, tyčinkami a čapíkmi, ktoré sú od seba vzdialené asi 2 mikróny. Celá sietnica - jej plocha sa blíži k 10 cm 2 - obsahuje 10 8 takéto prvky. Kužele, ktoré sa nachádzajú hlavne v oblasti centrálnej fovey, majú uhlovú veľkosť asi 1°, pracujú pri strednom a vysokom osvetlení a sprostredkúvajú farebné vnemy. Tyčinky, ktoré zaberajú väčšinu plochy sietnice, fungujú až do najmenšieho osvetlenia a nemajú farebnú citlivosť. Kužele definujú hranicu rozlíšenia pri vysokých úrovniach osvetlenia, ktorá je 1-2 ", čo sa blíži veľkosti difrakčného kotúča zodpovedajúceho priemeru zrenice šošovky rovnajúcej sa 2 mm. Vyšetrenie oka a anatomické štúdium jej štruktúry ukazuje, že so vzdialenosťou od stredu sietnice sa tyčinky zjednocujú do väčších a väčších skupín, každá až po niekoľko tisíc prvkov.. Svetlo vstupujúce do sietnice prechádza cez vrstvu nervových vlákien, ktoré vyžarujú z očného nervu do buniek sietnice.

Priestor medzi šošovkou a sietnicou je vyplnený vodným prostredím, takzvaným sklovcom, ktorý má index lomu 1,5. Podľa rôznych odhadov sa na sietnicu dostane len polovica svetla dopadajúceho na oko. Zvyšok svetla sa odráža alebo absorbuje.

Fyzikálny čas akumulácie fotónov okom leží v rozmedzí od 0,1 do 0,2 s a je pravdepodobne bližšie k poslednému údaju. Čas fyzickej akumulácie je ekvivalentný času expozície vo fotografii. Pri prechode z vysokého osvetlenia na prah vizuálneho vnímania sa akumulačný čas zvyšuje maximálne dvakrát. „Práca“ oka sa riadi zákonom zameniteľnosti: keď je čas expozície kratší ako 0,1 - 0,2 s, jeho reakcia závisí iba od súčinu intenzity svetla v čase expozície.

Kvalitatívne ukazovatele Za posledných sto rokov sa neustále hromadili údaje týkajúce sa ľudského zraku. Spoločnosť Blackwell zverejnila najnovšie a najkomplexnejšie merania schopnosti oka rozlišovať medzi jednotlivými bodmi rôznej veľkosti a kontrastu pri zmene osvetlenia v širokom rozsahu. Na obr. 12 sú uvedené údaje získané Blzkuzllom v rozsahoch osvetlenia 10-9 - 10-1 jahňacie, kontrast 1 - 100% a uhlové rozlíšenie 3-100". že vlastnosti oka v tejto oblasti nie sú limitované šumovými faktormi, ale z iných dôvodov; tento stanovil absolútny limit rozlíšiteľnosti kontrastu na 0,5% a uhlové rozlíšenie 1-2". Geometrický limit rozlíšenia je určený konečnou veľkosťou tyčí a kužeľov. 13 ukazuje podobné údaje, ktoré predtým získali Conner a Gunung (1935), ako aj Cobb a Moss (1928). Ako vidíte, údaje zobrazené na obr. 12 a 13, v všeobecný prehľad navzájom konzistentné. Podstatný rozdiel je však v tom, že údaje spoločnosti Blackwell nezlepšujú výkon pri zmene jasu 10-2-10-1 jahňacie, zatiaľ čo Cobb a Moss ukazujú, že k takémuto zlepšeniu došlo. Uhol 45° predstavuje charakteristiky, ktoré by očakávané, ak by vlastnosti systému boli obmedzené hlukom, podľa vzťahu (1.2). Na obr. 13 experimentálnych bodov celkom dobre zapadá na rovné čiary zodpovedajúce obmedzeniam hluku a idúce pod uhlom 45 °. Na obr. 12 majú experimentálne krivky tvar zakrivených čiar, ktoré sa naznačených priamych čiar dotýkajú len v obmedzených oblastiach. Takéto odchýlky možno zjavne vysvetliť vplyvom obmedzení, ktoré nesúvisia s fotónovým šumom. Kvantová účinnosť ľudského videnia

Na posúdenie kvantovej účinnosti oka boli údaje uvedené na obr. 12 a 13, by mali byť vyjadrené počtom fotónov dopadajúcich na 1 cm2 sietnice. Na tento účel predpokladáme, že čas akumulácie je 0, 2 s, priepustnosť šošovky je 0, 5 a limity otvorenia zrenice sú určené údajmi Reeve uvedenými na obr. 11. Po takejto transformácii dosadíme do pomeru hustotu fotónov (1.3) napísané vo formulári

C2*d2*?* N=k 2=25 ,

kde? - kvantový výnos oka (kvantová účinnosť? 100 *?%) - Prahový pomer signálu k šumu k brané ako rovné 5.

Na obr. 14 je znázornená závislosť kvantovej účinnosti oka (vypočítanej z Blackwellových údajov) od jasu predmetov. Čo je na týchto výsledkoch najpozoruhodnejšie, je relatívne malá zmena v kvantovej účinnosti, keď sa intenzita svetla zmení o 8 rádov. Kvantová účinnosť je 3% pri extrémne nízkom jase blízko absolútnej prahovej hodnoty (približne 10 -10 jahňacie) a pomaly klesá na približne 0,5 % pri 0,1 jahňacieho mäsa.

Samozrejme, ide o desaťnásobnú zmenu účinnosti. Malo by sa však pamätať na to, že v skorých prácach na vysvetlenie javu temnotou adaptácie sa v takýchto prípadoch predpokladala 1000- alebo 10000-násobná zmena v kvantovej účinnosti. (Bližšie sa na to pozrieme nižšie.) Navyše aj táto desaťnásobná zmena môže byť v skutočnosti veľmi preceňovaná. Pri výpočte kvantovej účinnosti sme predpokladali, že expozičný čas a faktor k sú konštantné, ale podľa niektorých správ môže byť pri nízkom osvetlení expozičný čas dvakrát dlhší ako pri vysokom. Ak áno, potom sa kvantová účinnosť zmení iba päťnásobne. Ďalej je možné, že faktor k menej svetla pri slabom svetle ako pri silnom svetle. Taká zmena k(presnejšie, k 2) môže ľahko viesť k objaveniu sa ďalšieho faktora 2, v dôsledku čoho sa ukáže, že kvantová účinnosť sa zmení iba o faktor 2, keď sa intenzita svetla zmení o 10 8 raz.

Druhým dôležitým bodom, ktorý je potrebné vziať do úvahy pri analýze obr. 14 je relatívne veľké množstvo kvantovej účinnosti.

V literatúre sa odhaduje, že citlivá látka sietnice (rodopsín) absorbuje len 10 % dopadajúceho svetla. Ak áno, potom je kvantová účinnosť (pre biele svetlo) vzhľadom na absorbované svetlo asi 60 % pri nízkom osvetlení. Zostáva teda veľmi malý priestor na zlepšenie samotného mechanizmu počítania fotónov.
Je však ťažké pochopiť, čo spôsobilo tak nízku absorpciu (iba 10%) dopadajúceho svetla, ktoré sa vytvorilo v priebehu evolúcie. Je možné, že dôvodom bol obmedzený výber biologických materiálov.

Určité zníženie kvantovej účinnosti pri vysokom osvetlení možno pripísať špecifickým požiadavkám na systém schopný rozlíšiť farby. Ak, ako ukazujú nedávne údaje, existujú 3 typy kužeľov s rôznymi spektrálnymi charakteristikami, potom je oblasť citlivá na svetlo s danou vlnovou dĺžkou znížená na polovicu pri vysokom osvetlení.

Hodnoty kvantovej účinnosti znázornené na obr. 14 spodnej krivky sa týka bieleho svetla. Je známe, že vizuálna odozva na zelené svetlo je asi trikrát vyššia ako na rovnaký celkový počet „bielych“ fotónov, teda fotónov rozmiestnených v celom viditeľnom spektre. Použitie zeleného svetla (alebo zeleno-modrého pri nízkom osvetlení) by malo viesť k trojnásobnému zvýšeniu kvantovej účinnosti, ako je znázornené na obr. 14. V tomto prípade by kvantová účinnosť pri nízkom osvetlení bola asi 10 % a museli by sme predpokladať, že sietnica pohltí nie 10 %, ale aspoň 20 % dopadajúceho svetla.

Znova treba zdôrazniť, že hodnoty kvantovej účinnosti znázornené na obr. 14, závisí od výberu parametrov: čas akumulácie (0,2 s) a prahový pomer signálu k šumu ( k= 5). Hodnoty týchto parametrov nie sú určené dostatočne presne, najmä pre údaje spoločnosti Blackwell.

Možno zodpovedajúce objasnenia povedú k viacerým vysoké hodnoty kvantová účinnosť. Napríklad, ak predpokladáme, že čas akumulácie je 0, 1 s, potom budú kvantové účinnosti dvakrát také veľké ako tie, ktoré sú znázornené na obr. 14. Sotva by sa však malo vynaložiť úsilie na spresnenie týchto parametrov; Nie je lepšie začať s vývojom vylepšenej experimentálnej techniky na meranie kvantovej účinnosti, ktorá nezávisí od týchto parametrov?

Výhodný spôsob stanovenia kvantovej účinnosti

V súčasnosti existuje exkluzívne jednoduchá technika pomerne spoľahlivá definícia kvantovej účinnosti oka. Novo vyvinutá televízna kamera s kremíkovým zosilňovačom je schopná prenášať obrázky pri nízkej úrovni osvetlenia, keď sú tieto obrázky jasne obmedzené šumom, presnejšie šumom spôsobeným zlomkom dopadajúcich fotónov, ktoré vytvárajú fotoelektróny na fotokatóde.

Je nevyhnutné, aby takéto obrazy, obmedzené len šumom, umožňovali spoľahlivo určiť kvantovú účinnosť fotokatódy. Postup spočíva v tom, že pozorovateľ a televízna kamera „skúmajú“ ten istý slabo osvetlený objekt z rovnakej vzdialenosti. Membrána na optike kamery je nastavená v súlade s otvorom zrenice oka pozorovateľa. Potom pozorovateľ porovná slabo osvetlený objekt priamo viditeľný s obrazom na obrazovke televízneho systému. Ak je informácia rovnaká, potom sa kvantová účinnosť oka pozorovateľa rovná nameranej účinnosti fotokatódy vysielacej trubice. Ak pozorovateľ vidí viac alebo menej ako kamera, potom sa clona upraví, kým rozdiel nezmizne, potom sa vypočíta kvantová účinnosť oka pozorovateľa vo vzťahu k otvorom šošovky.

Hlavnou výhodou metódy porovnania vedľa seba je, že nezávisí od času vizuálnej expozície alebo výberu vhodného prahového pomeru signálu k šumu. Tieto parametre, bez ohľadu na ich presné hodnoty, zostávajú v podstate rovnaké, keď pozorovateľ skúma samotný objekt a jeho obraz na televíznej obrazovke, preto sú pri porovnávaní vylúčené. Navyše, vplyv pamäte na efektívny expozičný čas v týchto dvoch prípadoch bude pravdepodobne rovnaký.

Rozhodli sme sa pre túto metódu, pretože je teraz ľahko dostupná experimentátorom, ktorí majú skúsenosti so štúdiom vizuálneho procesu. Autor tejto knihy a ďalší výskumníci použili rôzne zariadenia vhodné na porovnanie na predbežné odhady kvantovej účinnosti pri nízkom osvetlení. V jednom z experimentov bolo použité zariadenie na skenovanie s pohyblivým svetelným bodom (obr. 15); J. E. Ryudy použil superortikon ako zosilňovač obrazu a T. D. Reynolde použil viacstupňový zosilňovač obrazu. Všetky tieto zariadenia vytvárali obrázky obmedzené fotónovým šumom a vo všetkých prípadoch sa kvantová účinnosť odhadovala na približne 10 % pri nízkej úrovni osvetlenia.

Séria obrázkov zobrazených na obr. 15 ukazuje, aké je maximálne množstvo informácií, ktoré môže preniesť iný vopred určený počet fotónov. Každý fotón je zaznamenaný ako samostatný viditeľný bod. Informácie, ktoré dostávame, sú obmedzené iba štatistickými výkyvmi, ktoré sa nevyhnutne objavia pri registrácii toku fotónov. Tabuľka udáva celkový počet fotónov N., ktoré by boli obsiahnuté v obraze, ak by boli všetky rovnomerne osvetlené intenzitou zodpovedajúcou jeho najjasnejším oblastiam.

Jasy uvedené v tabuľke sú vypočítané za predpokladu, že oko používa jeden z každých desiatich dopadajúcich fotónov. Pri výpočte boli brané do úvahy aj ďalšie parametre: čas akumulácie bol 0,2 s, priemer zrenice bol približne 6 mm. Inými slovami, ak je objekt nahradený bielou fóliou so špecifikovaným jasom, vypočítajte počet fotónov, ktoré vstúpia do oka za 0,2 s, a vydeľte toto číslo 10, potom dostaneme počet fotónov N. zodpovedajúce danej hodnote jasu. Daná séria obrázkov teda ukazuje, aké maximálne množstvo informácií môže pozorovateľ skutočne vnímať pri uvedenom jase, ak je kvantová účinnosť jeho vizuálneho procesu 10% a vzdialenosť od objektu k pozorovateľovi je 120 cm. .

Porovnanie rôznych odhadov kvantovej účinnosti

Pred viac ako storočím sa zistilo, že na absolútnom prahu viditeľnosti je sotva rozlíšiteľný záblesk z malého zdroja, v ktorom sa do oka dostane asi 100 fotónov. Bola teda stanovená spodná hranica kvantovej účinnosti, ktorá sa rovná približne 1 %. Potom niekoľko výskumných skupín vykonalo sériu experimentov, aby zistili, koľko z týchto 100 fotónov oko skutočne používa. Ak by napríklad oko využilo všetkých 100 fotónov, potom by prechod z neviditeľnosti do videnia bol dosť prudký a nastal by, keď by sa tok fotónov zvýšil na 100. Ak by oko použilo len niekoľko fotónov, prechod by bol rozmazaný kvôli chaotickej povahe emisie fotónov. Ostrosť prechodu teda môže slúžiť ako miera počtu použitých fotónov, a teda aj kvantovej účinnosti oka.

Myšlienka takéhoto experimentu nebola zbavená určitej jednoduchosti a elegancie. Žiaľ, v dôsledku takýchto experimentov sa ukázalo, že počet fotónov použitých okom na prahové vnímanie kolíše v širokom rozmedzí od 2 do 50. Otázka kvantovej účinnosti teda zostala otvorená. Rozptyl získaných výsledkov zrejme neprekvapí špecializovaného inžiniera v oblasti elektroniky alebo fyziky. Merania sa uskutočňovali blízko absolútneho prahu viditeľnosti, keď sa hluk z vonkajších zdrojov vo vnútri samotného oka ľahko mieša so šumom toku fotónov. Napríklad, ak by sa podobné merania robili s fotonásobičom, potom by takéto rozšírenie bolo spôsobené vplyvom šumu spojeného s termionickou emisiou z fotokatódy alebo s náhodným elektrickým prerušením, ku ktorému dochádza medzi elektródami. To všetko platí pre merania blízko absolútnej prahovej hodnoty. Ak sa však merania pomeru signálu k šumu uskutočnia pri osvetlení výrazne vyššom ako je prahová hodnota, keď fotónový šum prekročí šum spojený s vonkajšími zdrojmi, tento postup poskytuje spoľahlivú hodnotu kvantovej účinnosti. Preto sú spoľahlivejšie výsledky meraní vizuálnej kvantovej účinnosti, realizovaných pri osvetlení výrazne presahujúcom absolútny vizuálny prah.

R. Clark Jones analyzoval rovnaké údaje, na základe ktorých bola krivka kvantovej účinnosti uvedená na obr. 14. Ním stanovené účinnosti sú vo všeobecnosti asi desaťkrát menšie ako na obr. 14; pri výpočte vychádzal z kratšej doby akumulácie (0,1 s) a oveľa menšej hodnoty k (1,2) ... Jones sa domnieva, že keďže pozorovateľ si musí vybrať len jednu z ôsmich možných polôh testovaného objektu, tak takúto hodnotu k poskytuje 50% spoľahlivosť. Z kvantitatívneho hľadiska je toto tvrdenie, samozrejme, správne.

Hlavnou otázkou je, či pozorovatelia skutočne robia svoje závery o viditeľnom týmto spôsobom. Ak sa obrátime na obr. 4, a, potom zistíme, že k= 1,2 znamená, že pozorovateľ si môže všimnúť, z ktorej z ôsmich možných oblastí operátor odstránil jeden alebo dva fotóny. Jednoduchý pohľad na obr. 4 a ukazuje, že to nie je možné. Otázky ako tieto zdôrazňujú potrebu vyvinúť metódu merania, ktorá zabráni nejednoznačnosti spojenej s výberom správnych hodnôt. k alebo akumulačný čas. Vyššie uvedený spôsob porovnania „side-by-side“ ľudského oka a elektronické zariadenie obmedzený fotónovým šumom je práve takýto postup a zaslúži si čo najširšie uplatnenie.

Vo svojich raných hodnoteniach vizuálnej kvantovej účinnosti De Vries tiež vychádzal z hodnoty k= 1 a jeho výsledky boli výrazne nižšie ako hodnoty uvedené na obr. 14. De Vries však ako jeden z prvých poukázal na to, že pozorované rozlíšenie oka a jeho kontrastnú citlivosť možno vysvetliť fotónovým šumom. Okrem toho, podobne ako autor tejto knihy, upozornil na skutočnosť, že kolísavý, zrnitý charakter obrázkov získaných pri slabom osvetlení je dôkazom diskrétnosti svetla.

Barlow pri výbere do značnej miery unikol nejednoznačnosti k vykonaním meraní s dvoma susednými testovacími svetelnými bodmi. Účelom ITS bolo zistiť, ktorá škvrna je jasnejšia, pričom relatívna intenzita škvŕn sa mení. Ako ukazuje štatistická analýza výsledkov, uskutočnená za predpokladu, že schopnosť rozlišovať medzi jasom je obmedzená fotónovým šumom, hodnoty kvantovej účinnosti oka ležia v rozmedzí 5-10% s zmena jasu až na hodnotu 100-krát vyššiu ako je absolútny vizuálny prah. Barlow sa odvoláva na prácu Baumgardta a Hechta, ktorí z analýzy pravdepodobnostnej krivky detekcie blízko absolútneho prahu získali kvantovú účinnosť blízku 7 %.

Stručne povedané, môžeme povedať, že väčšina výskumníkov verí, že kvantová účinnosť ľudského oka leží v rozmedzí 5-10%, keď sa intenzita svetla zmení z absolútneho prahu na hodnotu 100-krát vyššiu. Táto účinnosť je určená pre vlnové dĺžky blízke maximu krivky citlivosti oka (zeleno-modrá oblasť) a vzťahuje sa na svetlo dopadajúce na rohovku oka. Ak predpokladáme, že na sietnicu sa dostane len polovica tohto svetla, tak účinnosť na sietnici bude 10-20%. Keďže podľa dostupných odhadov aj časť svetla absorbovaného sietnicou leží v týchto medziach, účinnosť oka, vztiahnutá na absorbované svetlo, sa blíži k 100 %. Inými slovami, oko je schopné spočítať každý absorbovaný fotón.

Údaje zobrazené na obr. 14, ukážte na inú v najvyšší stupeň podstatná okolnosť: v oblasti od absolútneho prahu citlivosti po 0,1 jahňacieho, to znamená, že keď sa intenzita zmení 10-násobne, kvantová účinnosť neklesne viac ako 10-krát. V budúcnosti sa môže ukázať, že tento faktor nepresiahne 2-3. Oko si teda zachováva vysokú úroveň kvantovej účinnosti pri zmene intenzity svetla 10 8 raz! Tento záver používame pri interpretácii fenoménu adaptácie na tmu a objavenia sa vizuálneho šumu.

Tmavá adaptácia

Jedným z najznámejších a zároveň úžasných aspektov vizuálneho procesu je temná adaptácia... Človek vstupujúci do tmavej posluchárne s mestskou ulicou zaliatou svetlom sa ukáže byť na pár sekúnd či dokonca minút doslova slepý. Potom postupne začína vidieť viac a viac a po pol hodine si na tmu úplne zvykne. Teraz vidí predmety viac ako tisíckrát tmavšie ako tie, ktoré v prvom momente sotva rozoznal.

Tieto skutočnosti naznačujú, že v procese adaptácie na tmu sa citlivosť oka zvyšuje viac ako tisíckrát. Takéto pozorovania nasmerovali výskumníkov, aby hľadali mechanizmus alebo chemický model, ktorý by vysvetlil také dramatické zmeny v citlivosti. Špeciálnu pozornosť venoval Hecht napríklad fenoménu reverzibilného vyblednutia citlivého materiálu sietnice, takzvanej zrakovej purpure. Tvrdil, že pri slabom osvetlení je vizuálna fialová úplne neovplyvnená, a preto má maximálnu absorpciu. S pribúdajúcim osvetlením sa stále viac zafarbuje a podľa toho pohlcuje čoraz menej dopadajúceho svetla. Verilo sa tomu dlho tmavá adaptácia je spôsobená dlhým trvaním procesu obnovy vysokej hustoty zrakovej purpury. Oko tak opäť získa citlivosť.

Takéto závery však boli v rozpore s výsledkami analýzy hluku citlivosti oka, ktorá ukázala, že vnútorná citlivosť oka sa nemôže zmeniť viac ako 10-krát ako prechod z tmy do jasného svetla. Výhodou metódy analýzy hluku bolo, že jej výsledky nezávisia od konkrétnych fyzikálnych alebo chemických modelov samotného vizuálneho procesu. Citlivosť bola meraná v absolútnom meradle, pričom sa predpokladala iba kvantová povaha svetla a chaotická povaha distribúcie fotónov.

Ako teda možno vysvetliť tisícnásobné a ešte väčšie zvýšenie schopnosti vidieť pozorované v procese adaptácie na tmu? Naznačovala sa určitá analógia medzi týmto procesom a prevádzkou zariadení, akými sú rozhlasové a televízne prijímače. Ak sa pri prelaďovaní prijímača zo silnej stanice na slabú stanicu ukáže, že zvuk je takmer nepočuteľný, poslucháč uchopí ovládač hlasitosti a upraví úroveň zvuku slabej stanice na príjemnú úroveň. Je nevyhnutné, aby citlivosť rádiového prijímača zostala konštantná ako pri prepínaní zo silnej stanice na slabú, tak aj pri nastavovaní hlasitosti. Je určená len charakteristikou antény a prvej elektrónky zosilňovača. Procesom „otočenia ovládača hlasitosti“ sa nemení citlivosť prijímača, ale iba „úroveň prezentácie“ poslucháčovi. Celá operácia ladenia od silnej po slabú stanicu, vrátane trvania procesu ovládania hlasitosti, je úplne analogická s veľmi dlhým procesom vizuálnej adaptácie na tmu.

Počas adaptácie na tmu sa zosilnenie „zosilňovača“ zvyšuje v dôsledku chemických reakcií na požadovanú „úroveň prezentácie“. Vnútorná citlivosť oka zostáva počas adaptačného obdobia na tmu takmer konštantná. Nezostáva nám nič iné, len predpokladať, že na vizuálnom procese je zapojený určitý zosilňovač pôsobiaci medzi sietnicou a mozgom a že jeho zosilnenie sa mení v závislosti od osvetlenia: pri vysokom osvetlení je malé a pri malom osvetlení veľké. .

Automatické ovládanie zisku

Záver, že vizuálny proces nevyhnutne zahŕňa automatické riadenie zisku, bol urobený v predchádzajúcej časti na základe silné zmeny v zdanlivej citlivosti, s ktorou sa stretávame pri adaptácii na tmu, a relatívnej stálosti našej vlastnej citlivosti, ktorá vyplýva z analýzy šumu vizuálneho procesu.
K podobnému záveru dospejeme, ak vezmeme do úvahy iné, priamejšie údaje nájdené v literatúre. Je známe, že energia nervového impulzu je o mnoho rádov väčšia ako energia niekoľkých fotónov, ktoré sú potrebné na spustenie nervového impulzu na absolútnom prahu citlivosti. Preto je na generovanie nervových impulzov potrebný mechanizmus s príslušne vysokým ziskom priamo na sietnici. Z Hartlineovej ranej práce o elektrickom zaznamenávaní vizuálnych nervových impulzov podkovičky bolo známe, že frekvencia nervových impulzov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa intenzitou svetla nie lineárne, ale iba logaritmicky. To znamená, že zisk je nižší pri vysokom osvetlení ako pri slabom osvetlení.

Hoci energia nervového impulzu nie je presne známa, možno ju približne odhadnúť za predpokladu, že uložená energia impulzu zodpovedá napätiu 0,1 V na kondenzátore. 10-9 F (toto je kapacita 1 cm vonkajšieho obalu nervové vlákno). Potom Elektrická energia je 10 -11 J že v 10 8 krát viac energie fotónu viditeľného svetla. Pri hodnotení energie nervového impulzu o niekoľko rádov sa, samozrejme, môžeme mýliť, ale to nespochybňuje náš záver, že priamo na sietnici musí prebehnúť extrémne veľký proces zosilnenia a len vďaka tomu energia niekoľkých fotónov môže spôsobiť nervový impulz ...

Progresívny pokles zisku so zvyšujúcou sa intenzitou svetla je jasne pozorovaný v údajoch Hartline, podľa ktorých frekvencia nervových impulzov so zvyšujúcou sa intenzitou svetla pomaly rastie podľa logaritmického zákona. Najmä so zvýšením intenzity svetla v 10 4 frekvencia sa zvýši iba 10-krát. To znamená, že zisk sa zníži o 10 3 raz.

Hoci špecifické chemické reakcie, ktoré sú základom procesu amplifikácie, nie sú známe, zdá sa, že okrem nejakej formy katalýzy sa dá očakávať len málo. Fotón absorbovaný molekulou citlivého materiálu (rodopsínu) spôsobí zmenu jeho konfigurácie. Ďalšie štádiá procesu, počas ktorých má excitovaný rodopsín katalytický účinok na okolitý biochemický materiál, zatiaľ nie sú jasné. Je však rozumné predpokladať, že katalytický zisk bude klesať so zvyšujúcou sa intenzitou svetla alebo počtom excitovaných molekúl, pretože by to malo znížiť množstvo katalyzovaného materiálu na excitovanú molekulu. Dá sa tiež predpokladať, že rýchlosť vyčerpania katalyzovaného materiálu ( adaptácia svetla) je veľký v porovnaní s rýchlosťou jeho regenerácie (adaptácia na tmu). Je známe, že adaptácia na svetlo nastáva v zlomku sekundy, zatiaľ čo adaptácia na tmu môže trvať až 30 minút.

Vizuálny šum

Ako sme už viackrát zdôraznili, naše vizuálne informácie sú obmedzené na náhodné výkyvy v distribúcii dopadajúcich fotónov. Preto by tieto výkyvy mali byť viditeľné. Nie vždy si to však všimneme, aspoň za bežných svetelných podmienok. Z toho vyplýva, že pri každej úrovni osvetlenia sa zisk ukáže byť presne taký, že fotónový šum je sotva rozoznateľný, alebo, lepšie povedané, takmer nerozoznateľný. Ak by bol zisk väčší, potom by to nedalo Ďalšie informácie, ale prispelo by to len k zvýšeniu hluku. Ak by bol zisk menší, viedlo by to k strate informácií. Podobne zisk televízneho prijímača treba zvoliť tak, aby bol šum na hranici viditeľnosti.

Hoci pri bežnom osvetlení nie je ľahké si všimnúť fotónový šum, autor sa na základe vlastných pozorovaní presvedčil, že pri jasnosti asi 10 -8 -10 -7 jahňacie, rovnomerne osvetlená stena nadobudne rovnaký kolísavý, zrnitý vzhľad ako televízny obraz s množstvom šumu. Navyše stupeň viditeľnosti tohto hluku silne závisí od stupňa vzrušenia samotného pozorovateľa. Je vhodné robiť takéto pozorovania tesne pred spaním. Ak sa počas pozorovaní v dome ozve zvuk, ktorý predznamenáva objavenie sa neočakávaného alebo nechceného návštevníka, okamžite sa zvýši tok adrenalínu a zároveň sa citeľne zvýši „viditeľnosť“ hluku. Mechanizmy sebazáchovy za týchto podmienok spôsobujú zvýšenie faktora zosilnenia zrakového procesu (presnejšie amplitúdy signálov prichádzajúcich zo všetkých zmyslov) na úroveň, ktorá zaručuje plné vnímanie informácií, teda na úroveň, pri ktorej hluk je ľahko pozorovateľný.

Samozrejme, takéto pozorovania sú subjektívne. De Vries je jeden z mála, ktorý sa okrem autora tejto knihy odvážil zverejniť svoje porovnávacie postrehy. Mnohí výskumníci však súkromne povedali autorovi o podobných výsledkoch.

Je zrejmé, že vyššie uvedené vzory šumu sú spôsobené dopadajúcim tokom fotónov, pretože chýbajú v "úplne čiernych" oblastiach obrazu. Len niekoľko osvetlených oblastí stačí na to, aby sa zisk ustálil na úrovni, pri ktorej sa ostatné, oveľa tmavšie oblasti javia úplne čierne.

Na druhej strane, ak je pozorovateľ v úplne tmavej miestnosti alebo má zatvorené oči, nemá vizuálny vnem jednotného čierneho poľa. Skôr vidí sériu slabých, pohybujúcich sa šedých obrázkov, ktoré boli v predchádzajúcej literatúre často označované pod názvom „E15ENCY;“ , teda ako niečo, čo vzniká v rámci samotného vizuálneho systému. Opäť je tu pokušenie racionálne interpretovať tieto pozorovania za predpokladu, že pri absencii skutočného svetelného obrazu, ktorý by viedol k stanoveniu určitej hodnoty zisku, tento dosiahne svoju maximálnu hodnotu pri hľadaní objektívnych vizuálnych informácií. Pri takomto zosilnení sa detegujú zvuky samotného systému, ktoré sú zjavne spojené s procesmi tepelnej excitácie v sietnici alebo vznikajú v niektorej časti od nej vzdialenejšej nervovej sústavy STEMB1.

Posledná poznámka sa týka najmä procesu zvyšovania zrakových vnemov, ku ktorému vraj dochádza v dôsledku príjmu rôznych látok vyvolávajúcich halucinácie. Zdá sa vysoko pravdepodobné, že účinky spôsobené týmito látkami sú spôsobené zvýšením zisku výkonného zosilňovača nachádzajúceho sa v samotnej sietnici.

Ako sme už poznamenali, emocionálny stav spojený s určitým napätím alebo zvýšenou pozornosťou pozorovateľa vedie k výraznému zvýšeniu zosilnenia.

Afterimages

Existencia mechanizmu kontroly zisku na sietnici poskytuje zrejmé vysvetlenie pre rôzne pozorovania, pri ktorých sa človek pozerá na jasný objekt a potom sa pozerá na neutrálnu sivú stenu. Zároveň človek v prvom momente ešte vidí určitý prechodný obraz, ktorý sa potom postupne vytráca. Napríklad jasný čiernobiely objekt vytvára prechodný doplnkový obraz (paobraz) vo forme fotografického negatívu originálu. Jasne červený objekt dáva doplnkovú farbu - zelenú. V každom prípade, v časti sietnice, kde dopadá obraz jasného objektu, sa zisk zníži, takže keď sa na sietnici zobrazí rovnomerný povrch, predtým svetlé oblasti sietnice vysielajú do mozgu menší signál. a obrázky na nich sa zdajú byť tmavšie ako okolité pozadie. Zelená farba následný obraz jasne červeného objektu ukazuje, že mechanizmus zosilnenia sa nielen lokálne mení v rôznych častiach sietnice, ale aj v rovnakej oblasti pôsobí nezávisle pre tri farebné kanály. V našom prípade sa zisk pre červený kanál okamžite znížil, čo viedlo k tomu, že sa na neutrálnej sivej stene obrazu objavila doplnková farba.

Stojí za zmienku, že paobrazy nie sú nevyhnutne vždy negatívne. Ak pri pohľade na jasne osvetlené okno zavriete oči, potom ich na chvíľu otvoríte, ako keby ste použili fotografickú uzávierku, a potom ich znova pevne zatvorte, potom v priebehu niekoľkých sekúnd alebo dokonca minút bude post-obraz pozitívny. (Aspoň spočiatku To je celkom prirodzené, pretože čas rozpadu akéhokoľvek procesu fotoexcitácie v pevnej látke je konečný. Je známe, že oko akumuluje svetlo 0,1-0,2 s, takže priemerný čas jeho fotoexcitácie by mal byť tiež 0,1-0,2 s a na čas rádovo sekúnd fotoexcitácia klesá na stále nižšiu úroveň; dosvit zostáva viditeľný, pretože zosilnenie sa po zatvorení očí ďalej zvyšuje. Ak sa počas procesu pozorovania pozitívneho obrazu malé množstvo cudzie svetlo vstupuje do oka, potom sa tento obraz okamžite zmení na negatívny z dôvodov uvedených v predchádzajúcej časti Keď sa cudzie svetlo objaví alebo zmizne, môžeme prejsť od pozitívneho Obrázok na negatív a naopak. Ak sa pozriete na koniec zapálenej cigarety pohybujúcej sa v kruhu v tmavej miestnosti, potom bude zapálený koniec vnímaný ako pásik svetla konečnej dĺžky v dôsledku zotrvačnosti zrakového vnímania (pozitívny dosvit). V tomto prípade má pozorovaný obraz podobne ako kométa jasne červenú hlavu a modrastý chvost. Je zrejmé, že modré zložky cigaretového svetla majú väčšiu zotrvačnosť ako červené. Podobný efekt môžeme pozorovať pri pohľade na červenkastú stenu: keď sa jas zníži na úroveň približne pod 10 -6 jahňacie, nadobudne modrý odtieň. Obe série pozorovaní možno vysvetliť predpokladom, že zisk modrej farby je väčší ako zisk červenej farby; v dôsledku toho sa vnímanie modrej udržiava na nižších úrovniach excitácie sietnice ako červenej.

Viditeľnosť vysokoenergetického žiarenia

Zrakové vnímanie je iniciované elektronickou excitáciou molekúl. Preto môžeme predpokladať existenciu určitého energetického prahu, ale vo všeobecnosti je možné, že vysokoenergetické žiarenie spôsobí aj elektronické prechody a bude viditeľné. Ak je prechod, ktorý spôsobuje vizuálne vzrušenie, ostrá rezonancia medzi dvoma úrovňami elektronickej energie, potom fotóny s vyššou energiou tento prechod efektívne nevzbudia. Na druhej strane elektróny alebo vysokoenergetické ióny môžu excitovať prechody v širokom rozsahu energií a potom by mali byť viditeľné, pretože na svojej ceste zanechávajú husté oblasti excitácie a ionizácie. V predtým publikovanom článku o problémoch viditeľnosti vysokoenergetického žiarenia autor vyjadril určité prekvapenie nad skutočnosťou, že doteraz nikto nenahlásil priame vizuálne pozorovania kozmického žiarenia.

V súčasnosti existujú údaje týkajúce sa problému viditeľnosti žiarenia v širokom rozsahu vysokých energií. V prvom rade je už známe, že prerušenie ultrafialového žiarenia je spôsobené absorpciou v rohovke. Ľudia, ktorí z nejakého dôvodu odstránili rohovku alebo ju nahradili priehľadnejšou látkou, skutočne môžu vidieť ultrafialové žiarenie.

O možnosti vidieť röntgenové lúče sa už popísalo veľa skoré štádia Röntgenové štúdie. Publikácie v tejto oblasti zanikli, keď sa o nej dozvedeli škodlivé účinky röntgen... Tieto skoré pozorovania boli kontroverzné, pretože nebolo jasné, či ide o vzrušenie röntgenové lúče sietnici priamo alebo prostredníctvom excitácie fluorescencie v sklovci. Niektoré novšie a presnejšie experimenty naznačujú, že existuje priama excitácia sietnice; o tom svedčí najmä vnímanie drsných tieňov z nepriehľadných predmetov.

Možnosť vizuálneho pozorovania kozmického žiarenia teraz potvrdzujú príbehy astronautov, že videli pruhy a záblesky svetla, keď bol kokpit kozmickej lode v tme. Stále však nie je jasné, či to priamo súvisí s excitáciou sietnice alebo s tvorbou röntgenových lúčov v sklovci. Kozmické lúče vytvárajú hustú stopu excitácie v akomkoľvek pevnom tele, takže by bolo zvláštne, keby nemohli priamo excitovať sietnicu.

Vízia a evolúcia

Schopnosť živých buniek počítať fotóny alebo aspoň reagovať na každý fotón vznikla dňa skoré štádia rozvoj života rastlín. Kvantová účinnosť fotosyntézy pre červené svetlo sa odhaduje na približne 30 %. V procese fotosyntézy sa energia fotónov využíva priamo pri určitých chemických reakciách. Nezosilňuje sa. Rastlina využíva svetlo na výživu, ale nie na informáciu, ak sú vylúčené heliotropné účinky a synchronizácia biologických hodín.

Využitie svetla na získanie informácií znamená, že priamo na receptore musí vzniknúť vysoko komplexný zosilňovač, vďaka ktorému sa zanedbateľná energia fotónov premení na oveľa väčšiu energiu nervových impulzov. LEN tak je oko schopné prenášať informácie do svalov alebo mozgu. Takýto zosilňovač sa zjavne objavil v počiatočných štádiách vývoja života zvierat, pretože mnohé z najjednoduchších zvierat žijú v tme. V dôsledku toho bolo umenie počítania fotónov zvládnuté dávno pred objavením sa človeka.

Počítanie fotónov bolo, samozrejme, významným úspechom evolučného procesu. Ukázalo sa tiež, že je to najťažší krok vo vývoji vizuálneho systému. Na prežitie bolo potrebné zabezpečiť zaznamenávanie všetkých dostupných informácií. Pri takejto garancii sa javí prispôsobenie zrakového systému v závislosti od špecifických potrieb konkrétneho zvieraťa ako ľahší a sekundárny úspech.

Táto adaptácia nadobudla širokú škálu podôb. Zdá sa, že väčšina z nich má jasné dôvody. Uvedieme tu len niekoľko príkladov, aby sme potvrdili úzky vzťah medzi optickými parametrami a životnými podmienkami zvieraťa.

Štruktúra sietnice denných vtákov, ako je jastrab, je niekoľkonásobne tenšia ako štruktúra nočných zvierat, ako je lemur. Je zrejmé, že u vysoko letiaceho jastraba je vyššie rozlíšenie zrakového systému a teda jemnejšia štruktúra sietnice odôvodnená vysokým jasom osvetlenia uprostred dňa. Navyše, pri hľadaní poľnej myši jastrab určite potrebuje viac detailov vo vizuálnom obraze. Na druhej strane, lemur sa svojim nočným životným štýlom vysporiadava s takými nízke úrovne osvetlenie, že jeho vizuálne obrazy, ktorých kvalita je limitovaná fotonickým šumom, sú hrubozrnné a nevyžadujú viac ako hrubozrnná štruktúra sietnice. Pri takejto nízkej intenzite svetla je skutočne výhodné mať šošovky s veľkou clonou (f/D) = 1,0, hoci tieto šošovky musia nevyhnutne poskytovať zlú optickú kvalitu obrazu (obr. 16).

Krivka spektrálnej citlivosti ľudského oka sa dobre zhoduje s maximálnym rozložením denného slnečného svetla (5500A). Za súmraku sa maximálna citlivosť oka posúva na 5100 A, čo zodpovedá modrastému odtieňu svetla rozptýleného oblohou po západe slnka. Dalo by sa očakávať, že citlivosť oka by sa mala rozšíriť do červenej oblasti, aspoň do tej vlnovej dĺžky, kde tepelná excitácia sietnice začína konkurovať fotónom prichádzajúcim zvonku. Napríklad pri absolútnom vizuálnom prahu 10-9 lamb by sa spektrálna citlivosť oka mohla rozšíriť na približne 1,4 µm, kde sa takáto konkurencia už stáva významnou. Zostáva nejasné, prečo je v skutočnosti hranica citlivosti oka na 0,7 μm, pokiaľ toto obmedzenie nie je spojené s nedostatkom vhodného biologického materiálu.

Čas akumulácie informácií okom (0,2 s) je v dobrej zhode s časom nervovej a svalovej reakcie ľudského systému ako celku. Táto konzistentnosť je podporovaná skutočnosťou, že špeciálne navrhnuté televízne kamery s relaxačným časom 0,5 sekundy alebo viac sú zjavne nepohodlné a nepríjemné. Je možné, že u vtákov je čas akumulácie vizuálnych informácií kratší kvôli ich väčšej pohyblivosti. Nepriamym potvrdením toho je fakt, že niektoré trilky alebo série vtáčích nôt „spievajú“ tak rýchlo, že ich ľudské ucho vníma ako zbor.

Existuje prísny súlad medzi priemerom tyčiniek a čapíkov ľudského oka a priemerom difrakčného disku v momente, keď je otvor zrenice blízko svojej minimálnej veľkosti (asi 2 mm), ktorá je stanovená pri vysokej intenzite svetla. . U mnohých zvierat nie sú zreničky okrúhle, ale majú štrbinový tvar a sú orientované vertikálne (napríklad hady, aligátory) alebo horizontálne (napríklad kozy, kone). Vertikálna štrbina poskytuje vysokú ostrosť obrazu, obmedzenú pre vertikálne čiary aberáciami šošovky a pre horizontálne čiary difrakčnými efektmi.

Pokusy presvedčivo vysvetliť prispôsobivosť týchto optických parametrov životnému štýlu určitých zvierat sú plne opodstatnené. ...
Zrakový systém žaby je pozoruhodným príkladom prispôsobenia sa jej životnému štýlu. Jeho neurónové spojenia sú navrhnuté tak, aby zdôrazňovali pohyby múch atraktívnych pre žaby a ignorovali vonkajšie vizuálne informácie. Aj v ľudskom zrakovom systéme zaznamenávame mierne zvýšenú citlivosť periférneho videnia na blikajúce svetlo, čo, samozrejme, možno interpretovať ako bezpečnostný systém varujúci pred blížiacim sa nebezpečenstvom.

Našu úvahu zakončíme tak trochu „domácou“ poznámkou. Na jednej strane sme zdôraznili, že ľudské oko sa kvôli kvantovej povahe svetla priblížilo k limitu. Na druhej strane je tu napríklad výraz „vidí ako mačka“, čo znamená, že zraková citlivosť domáca mačka v jej nočných dobrodružstvách ďaleko presahuje naše vlastné. Zrejme by sa tieto dva výroky mali zosúladiť s tým, že ak by sme sa v noci rozhodli štvornožkovať, nadobudli by sme rovnakú schopnosť navigácie v tme, akú má mačka.

Takže kvantová účinnosť ľudského oka sa pohybuje od približne 10% pri nízkom osvetlení do niekoľkých percent pri vysokom osvetlení. Celý rozsah osvetlenia, v ktorom náš vizuálny systém funguje, siaha od 10 -10 jahňacina na absolútnom prahu do 10 jahniat na jasnom slnečnom svetle.

Priamo na sietnici je biochemický zosilňovač so ziskom, pravdepodobne viac 10 6 , ktorý premieňa malú energiu dopadajúcich fotónov na oveľa väčšiu energiu vizuálnych nervových impulzov. Zosilnenie tohto zosilňovača sa mení so svetlom a znižuje sa pri vysokých svetelných podmienkach. Tieto zmeny vysvetľujú fenomén adaptácie na tmu a množstvo efektov spojených s výskytom paobrazov. Zrakový systém ľudí a zvierat slúži ako dôkaz ich vývoja a prispôsobovania sa vonkajším podmienkam.

Článok z knihy:.