Človeško oko. Človeško oko kot optični sistem

Struktura človeškega očesa je podobna kameri. Cilj je roženica, leča in zenica, ki lomijo svetlobne žarke in jih usmerjajo na mrežnico. Objektiv lahko spremeni svojo ukrivljenost in deluje kot samodejno ostrenje za kamero – takoj prilagodi dober vid na blizu ali daleč. Mrežnica tako kot fotografski film zajame sliko in jo v obliki signalov pošlje v možgane, kjer jo analizirajo.

učenec

roženice

iris

leča

ciliarno telo

mrežnica,

žilnica

optični živec

žile očesa

očesne mišice

beločnica

steklovino

Zaradi zapletene strukture zrkla je zelo občutljivo na razne škode, presnovne motnje in bolezni.

Oftalmologi portala "Vse o viziji" preprost jezik opisana zgradba človeškega očesa vam daje edinstveno priložnost, da se vizualno seznanite z njegovo anatomijo.

Človeško oko je edinstven in zapleten parni čutni organ, zahvaljujoč kateremu prejmemo do 90% informacij o svetu okoli nas. Vsako oko ima samo individualne, lastne značilnosti. Toda splošne značilnosti strukture so pomembne za razumevanje, kakšno oko je od znotraj in kako deluje. V evoluciji je oko doseglo kompleksno strukturo in v njem so strukture različnih tkivnih izvorov tesno povezane. Krvne žile in živci, pigmentne celice in elementi vezivnega tkiva - vsi zagotavljajo glavno funkcijo očesa - vid.

Struktura glavnih struktur očesa

Oko ima obliko krogle ali krogle, zato so nanj začeli nanašati alegorijo jabolka. Zrklo je zelo občutljiva struktura, zato se nahaja v kostni votlini lobanje - orbiti, kjer je delno skrito pred morebitnimi poškodbami. Sprednji del zrkla je zaščiten z zgornjo in spodnjo veko. Prosto gibanje zrkla zagotavljajo zunanje okulomotorične mišice, katerih natančno in usklajeno delo nam omogoča, da vidimo svet z dvema očesoma, tj. binokularno.

Stalno hidratacijo celotne površine zrkla zagotavljajo solzne žleze, ki zagotavljajo ustrezno proizvodnjo solz, ki tvorijo tanek zaščitni solzni film, odtok solz pa poteka skozi posebne solzne kanale.

Najbolj zunanja plast očesa je konjunktiva. Je tanek in prozoren ter obroblja tudi notranjo površino vek, kar omogoča enostavno drsenje, ko se zrklo premika in utripa z vekami.

Zunanja "bela" lupina očesa - beločnica, je najdebelejša od treh očesnih membran, ščiti notranje strukture in ohranja tonus zrkla.

Skleralna membrana v središču sprednje površine zrkla postane prozorna in izgleda kot konveksno urno steklo. Ta prozorni del beločnice se imenuje roženica, ki je zelo občutljiva zaradi prisotnosti številnih živčnih končičev... Prosojnost roženice omogoča prodiranje svetlobe v oko, njena sferičnost pa zagotavlja lom svetlobnih žarkov. Prehodno območje med beločnico in roženico se imenuje limbus. V tej coni se nahajajo matične celice, ki zagotavljajo stalno regeneracijo celic v zunanjih plasteh roženice.

Naslednja lupina je žilna. Ona obloži beločnico od znotraj. Iz njegovega imena je razvidno, da zagotavlja oskrbo s krvjo in prehrano intraokularnih struktur ter ohranja tonus zrkla. Horoid je sestavljen iz same žilnice, ki je v tesnem stiku z beločnico in mrežnico, ter struktur, kot sta ciliarno telo in šarenica, ki se nahajata v sprednjem delu zrkla. Vsebujejo veliko krvnih žil in živcev.

Ciliarno telo je del žilnice in kompleksen živčno-mišično-endokrini organ, ki igra pomembno vlogo pri nastajanju intraokularne tekočine in v procesu namestitve.

Barva šarenice določa barvo oči osebe. Glede na količino pigmenta v zunanji plasti ima barvo od bledo modre ali zelenkaste do temno rjave. V središču šarenice je luknja - zenica, skozi katero svetloba vstopa v oko. Pomembno je omeniti, da sta oskrba s krvjo in inervacija žilnice in šarenice s ciliarnim telesom različni, kar se odraža v klinični sliki bolezni tako splošno enotne strukture, kot je žilnica.

Prostor med roženico in šarenico je sprednja očesna komora, kot, ki ga tvorita obrobje roženice in šarenice, pa imenujemo kot sprednje komore. Skozi ta kot se pojavi odtok intraokularne tekočine skozi poseben kompleksen drenažni sistem v očesne žile. Za šarenico je leča, ki se nahaja pred steklovino. Ima obliko bikonveksne leče in je s številnimi tankimi ligamenti dobro pritrjena na procese ciliarnega telesa.

Prostor med zadnjo površino šarenice, ciliarnim telesom in sprednjo površino leče in steklastega telesa se imenuje zadnja očesna komora. Sprednja in zadnja komora sta napolnjena z brezbarvno intraokularno tekočino ali vodnico, ki nenehno kroži v očesu in izpira roženico in lečo ter ju hrani, saj te strukture očesa nimajo lastnih žil.

Najbolj notranja, najtanjša in najpomembnejša membrana za vid je mrežnica. Je zelo diferenciran večplasten živčnega tkiva, ki obloži žilnico v njenem zadnjem delu. Vlakna vidnega živca izvirajo iz mrežnice. Vse informacije, ki jih oko prejme v obliki živčnih impulzov, prenaša po zapleteni vizualni poti do naših možganov, kjer se preoblikuje, analizira in dojema kot objektivna realnost. Na mrežnici slika na koncu pade ali ne pade in odvisno od tega vidimo predmete jasno ali ne zelo dobro. Najbolj občutljiv in najtanjši del mrežnice je osrednje območje- makula. Makula je tista, ki zagotavlja naš osrednji vid.

Votlina zrkla je napolnjena s prozorno, nekoliko želejasto snovjo - steklastim telesom. Ohranja gostoto zrkla in se oprime notranje lupine - mrežnice, jo pritrdi.

Optični sistem očesa

Človeško oko je po svojem bistvu in namenu zapleten optični sistem. V tem sistemu je mogoče razlikovati več najpomembnejših struktur. To so roženica, leča in mrežnica. V osnovi je kakovost našega vida odvisna od stanja teh oddajnih, lomnih in zaznavnih svetlobnih struktur, stopnje njihove preglednosti.

Roženica lomi svetlobne žarke močneje kot vse druge strukture, nato pa prehaja skozi zenico, ki deluje kot diafragma. Slikovito rečeno, tako kot v dobrem fotoaparatu, membrana uravnava pretok svetlobnih žarkov in nam glede na goriščno razdaljo omogoča kakovostno sliko, zato zenica deluje v našem očesu. Leča tudi lomi in prenaša svetlobne žarke naprej do strukture, ki sprejema svetlobo – mrežnice, neke vrste fotografski film. Tekočina očesnih votlin in steklastega telesa imata tudi lastnosti loma svetlobe, vendar ne tako pomembne. Kljub temu pa lahko na kakovost našega vida vplivajo tudi stanje steklastega telesa, stopnja prosojnosti vodnice očesnih votlin, prisotnost krvi ali drugih plavajočih motnosti v njih. Običajno se svetlobni žarki, ki prehajajo skozi vse prosojne optične medije, lomijo tako, da, ko padejo na mrežnico, tvorijo zmanjšano, obrnjeno, a resnično sliko. Končna analiza in zaznavanje informacij, ki jih prejme oko, se zgodi že v naših možganih, v skorji njegovih okcipitalnih rež.

Tako je oko zelo zapleteno in neverjetno. Motnja v stanju ali oskrbi s krvjo katerega koli strukturnega elementa očesa lahko negativno vpliva na kakovost vida.

Naše oko je zapleten optični sistem, katerega glavna naloga je prenašanje slik do vidnega živca.
Originalno vidna slika prehaja skozi roženico. Tam se pojavi primarni lom svetlobe. Od tam skozi krožno odprtino v šarenici, imenovano zenica, vstopi v lečo. Ker je leča bikonveksna leča, se po prehodu skozi steklovino vidna slika obrne, ko zadene mrežnico. To je signal obrnjene slike, ki prihaja iz mrežnice vzdolž optičnega živca v možgane. In možgani so za to in možgani naj obrnejo sliko nazaj.

Strukture človeškega očesa ni mogoče obravnavati ločeno brez dveh drugih delov vidnega aparata - poti in dela možganov (vidne skorje), ki sta odgovorna za prevajanje in analizo živčnih impulzov, ki prihajajo iz očesa: človek izgleda z očesom in vidi z možgani. Poleg tega je treba glede na strukturo človeškega očesa povedati o njegovem pomožnem aparatu. Očesno jabolko tvori celosten sistem s pomožnimi strukturami: okulomotoričnimi mišicami, vekami, sluznico (konjunktivo) in solznim aparatom.

Zunanja struktura

Tu lahko ločimo veke (zgornje in spodnje), trepalnice, notranji kot očesa s solznim mesom (guba sluznice), beli del zrkla - beločnica, ki je prekrita s prozorno sluznico. - konjunktiva (za več podrobnosti o tej tvorbi očesa glejte razdelek Konjunktiva), prozorni del je roženica, skozi katero sta vidna okrogla zenica in šarenica (posamezno obarvana, z edinstvenim vzorcem). Stičišče beločnice v roženico se imenuje limbus.

Zrklo ima nepravilno sferično obliko, anteroposteriorna velikost odrasle osebe je približno 23-24 mm.

Oči se nahajajo v kostni posodi - očesnih votlih. Zunaj jih ščitijo veke, ob robovih zrkla so obkrožene okulomotorične mišice in maščobno tkivo. Od znotraj optični živec zapusti oko in gre skozi poseben kanal v lobanjsko votlino in doseže možgane.

Veke

Veke (zgornje in spodnje) so od zunaj pokrite s kožo, od znotraj pa s sluznico (veznica). V debelini vek so hrustanec, mišice ( krožna mišica oči in levatorna mišica zgornjo veko) in žleze. Žleze veke proizvajajo sestavine očesne solze, ki običajno zmoči površino očesa. Na prostem robu vek rastejo trepalnice, ki opravljajo zaščitno funkcijo, odprejo se kanali žlez. Palpebralna razpoka se nahaja med robovi vek. V notranjem kotu očesa, na zgornji in spodnji veki, so solzne točke - luknjice, skozi katere solza teče skozi nasolakrimalni kanal v nosno votlino.

Mišice očesa

Očesne mišice, ki jih je na vsakem očesnem jabolku šest: štiri rektusne mišice: notranja, zunanja, zgornja in spodnja rektusna mišica ter dve poševni mišici: zgornja in spodnja. Mišični aparat očesa zagotavlja vrtenje zrkla v vse smeri, pa tudi usklajeno fiksacijo pogleda obeh očes na določeni točki.

Solzna žleza se nahaja v zgornjem zunanjem delu orbite. Proizvaja solze kot odgovor na čustveno draženje ali draženje sluznice očesa, roženice ali nazofarinksa. Podrobneje si lahko ogledate zgradbo solznega aparata človeškega očesa v razdelku solzni aparat.

Očesna lupina

Človeško zrklo ima 3 lupine: zunanjo, srednjo in notranjo.

Sclera

Sklera zavzema 4/5 vlaknaste membrane in je sestavljena iz vezivnega tkiva, je precej gosta in pritrjena nanjo očesne mišice... Glavna funkcija je zaščitna, zagotavlja določeno obliko in ton zrkla. V beločnici je izstopna točka iz zadnjega pola očesa optični živec- rešetkasta plošča.

Roženica

Roženica je 1/5 zunanje lupine, ima številne značilnosti: prosojnost (odsotnost krvnih žil), sijaj, sferičnost in občutljivost. Vsi ti znaki so značilni za zdravo roženico. Pri boleznih roženice se ti znaki spremenijo (motnost, izguba občutljivosti itd.). Roženica spada v optični sistem očesa, prevaja in lomi svetlobo (njena debelina na različnih odsekih se giblje od 0,2 do 0,4 mm, lomna moč roženice pa je približno 40 dioptrij). Popolnejši opis strukture roženice najdete v ustreznem razdelku: Roženica.

Srednjo (horoidno) membrano očesa sestavljajo šarenica, ciliarno telo in sama žilnica (horoid), ki se nahajajo neposredno pod beločnico. Srednja očesna membrana zagotavlja prehrano zrkla, sodeluje pri presnovni procesi in izločanje presnovnih produktov očesnih tkiv.

Iris

Šarenica je sprednji del žilnega trakta očesa, nahaja se za prozorno roženico, v središču je nastavljiva okrogla odprtina - zenica. Tako ima šarenica v strukturi človeškega očesa vlogo diafragme, pobarvane v določeni barvi. Barva človeških oči je določena s količino pigmenta melanina v šarenici (svetlo modre do rjave). Ta pigment ščiti oči pred odvečno sončno svetlobo. Premer zenice je od 2 do 8 mm, odvisno od osvetlitve, živčne regulacije ali delovanja zdravil. Običajno se zenica pri močni svetlobi zoži in pri šibki svetlobi razširi.

Ciliarno telo

Ciliarno telo je območje žilnice, ki se nahaja na dnu šarenice. V debelini ciliarnega telesa je ciliarna mišica, ki spreminja ukrivljenost biološke očesne leče – leče in tako usmeri fokus na želeno razdaljo (oko je akomodirano).

Sama žilnica (horoid) sestavlja večino žilnega trakta očesa (2/3) in ima vlogo hranjenja notranje očesne membrane – mrežnice.

Objektiv

Leča se nahaja za zenico, je biološka leča, ki pod vplivom ciliarne mišice spreminja ukrivljenost in sodeluje v aktu akomodacije očesa (usmerjanje pogleda na predmete na različnih razdaljah). Lomna moč te leče se giblje od 20 dioptrij v mirovanju do 30 dioptrij, ko deluje ciliarna mišica.

Poleg tega lahko v zrklu ločimo sprednjo in zadnjo očesno komoro - prostore, napolnjene z vodno tekočino - tekočino, ki kroži v očesu in opravlja prehransko funkcijo za roženico in lečo (običajno te tvorbe nimajo krvi). plovila). Sprednja očesna komora se nahaja med roženico in šarenico, zadnja komora je med šarenico in očesno lečo. Vodna vlaga nastane s procesi ciliarnega telesa, nato teče skozi zenico v sprednjo komoro, nato pa teče skozi poseben drenažni sistem (trabekularni aparat) v žilno mrežo, kot je prikazano na sliki:

Za lečo je volumetrična tvorba, ki zapolnjuje oko, steklovinasto telo, ki ima žele podobno konsistenco. Funkcije steklastega telesa so prevajanje svetlobe in vzdrževanje oblike zrkla.

Retina

Mrežnica (notranja, občutljiva očesna membrana) obdaja votlino zrkla iz nutrije. Je najtanjša očesna membrana z debelino od 0,07 do 0,5 mm. Mrežnica ima kompleksna struktura in je sestavljen iz 10 plasti celic. To lupino očesa lahko primerjamo s filmom kamere, njegova glavna vloga je oblikovanje slike (zaznavanje svetlobe in barv), s pomočjo posebnih občutljivih celic - palic in stožcev. Paličice se nahajajo predvsem na obrobju mrežnice in so odgovorne za črno-belo vid v mraku. Stožci so skoncentrirani v osrednjih delih mrežnice - makuli in so odgovorni za majhne podrobnosti predmetov in barv. Živčna vlakna, ki prihajajo iz občutljivih celic, tvorijo vidni živec, ki zapusti zadnji pol očesa in prodre v lobanjsko votlino, v možgane.

Vir proglaza ru

kategorija:

Človeško oko je zelo zapleten optični sistem, sestavljen iz različnih elementov, od katerih je vsak odgovoren za svoje naloge. Na splošno očesni aparat pomaga pri zaznavanju zunanja slika, jo obdela in posreduje informacije v že pripravljeni obliki v možgane. Brez njegovih funkcij organi človeškega telesa ne bi mogli tako polno delovati. Čeprav je organ vida zapleten, je vsaj v osnovni obliki vredno razumeti opis načela njegovega delovanja za vsako osebo.

Splošno načelo delovanja

Ko smo ugotovili, kaj je oko, in razumeli njegov opis, bomo razmislili o načelu njegovega delovanja. Oko deluje zaradi zaznavanja svetlobe, ki se odbija od okoliških predmetov. Ta svetloba zadene roženico, posebno lečo, ki omogoča fokusiranje vhodnih žarkov. Za roženico žarki prehajajo skozi očesno kamero (ki je napolnjena z brezbarvno tekočino), nato pa padejo na šarenico, ki ima v središču zenico. Zenica ima odprtino (očesno režo), skozi katero prehajajo le osrednji žarki, torej se izločijo nekateri žarki, ki se nahajajo na robovih svetlobnega toka.

Učenec pomaga pri prilagajanju različnih ravneh osvetlitev. Ta (natančneje, njegova očesna reža) filtrira le tiste žarke, ki ne vplivajo na kakovost slike, ampak uravnava njihov pretok. Posledično gre tisto, kar ostane, v lečo, ki je tako kot roženica leča, a namenjena le drugi – za natančnejše, »čistejše« fokusiranje svetlobe. Leča in roženica sta optični medij očesa.

Nadalje svetloba skozi posebno steklovino, ki je vključeno v optični aparat očesa, prehaja na mrežnico, kjer se slika projicira kot na filmskem platnu, vendar le narobe. V središču mrežnice je makula, območje, ki se odziva, v katerega pade predmet, ki ga gledamo neposredno.

V zadnjih fazah pridobivanja slike celice mrežnice predelajo, kar je na njih, in vse prevedejo v elektromagnetne impulze, ki se nato pošljejo v možgane. Digitalni fotoaparat deluje na podoben način.

Od vseh elementov očesa pri obdelavi signala ne sodeluje le beločnica, posebna neprozorna membrana, ki prekriva zunanjost. Skoraj v celoti ga obdaja, za približno 80 %, v sprednjem delu pa gladko prehaja v roženico. V ljudstvu njen zunanji del običajno imenujemo beljakovina, čeprav to ni povsem pravilno.

Število razločljivih barv

Človeški organ vida sliko zazna v barvi, število barvnih odtenkov, ki jih lahko razlikuje, pa je zelo veliko. Koliko različnih barv se razlikuje glede na oko (natančneje, koliko odtenkov), se lahko razlikuje od posameznih značilnosti osebe, pa tudi od stopnje njegove usposobljenosti in vrste njegove poklicne dejavnosti. Oko "deluje" s tako imenovanim vidnim sevanjem, ki je elektromagnetnih valov z valovno dolžino od 380 do 740 nm, torej s svetlobo.

Če vzamemo povprečne kazalnike, potem lahko oseba skupaj razlikuje približno 150 tisoč barvnih tonov in odtenkov.

Vendar pa je tu nejasnost, ki je v relativni subjektivnosti zaznavanja barv. Zato se nekateri znanstveniki strinjajo z drugo številko, koliko odtenkov barv človek običajno vidi / razlikuje - od sedem do deset milijonov. V vsakem primeru je številka impresivna. Vse te odtenke dobimo s spreminjanjem sedmih primarnih barv, ki se nahajajo v različnih delih mavričnega spektra. Verjame se, da imajo profesionalni umetniki in oblikovalci večje število zaznanih odtenkov, včasih pa se človek rodi z mutacijo, ki mu včasih omogoča, da vidi več barv in odtenki. Koliko različnih barv vidijo takšni ljudje, je odprto vprašanje.

Očesne bolezni

Kot vsak drug sistem Človeško telo, organ vida je dovzeten za različne bolezni in patologije. Pogojno jih lahko razdelimo na nalezljive in neinfekcijske. Pogoste vrste bolezni, ki jih povzročajo bakterije, virusi ali mikroorganizmi, so konjunktivitis, ječmen in blefaritis.

Če je bolezen neinfekcijska, potem se običajno pojavi zaradi močne utrujenosti oči, zaradi dedne nagnjenosti ali preprosto zaradi sprememb, ki se s starostjo pojavljajo v človeškem telesu. Manj pogosto je težava lahko v tem, da se je pojavila splošna patologija telesa, na primer se je razvila hipertenzija oz. sladkorna bolezen... Posledično se lahko pojavi glavkom, katarakta ali sindrom suhega očesa, oseba pa na koncu slabše vidi ali razlikuje predmete.

V zdravniško prakso Vse bolezni so razdeljene v naslednje kategorije:

bolezni posameznih elementov očesa, na primer leče, konjunktiva in tako naprej;
optični živec / patologija;
mišične patologije, zaradi katerih je moteno prijazno gibanje jabolk;
bolezni, povezane s slepoto in različnimi motnjami vida, oslabljeno vidno moč;
glavkom.

Da bi se izognili težavam in patologijam, je treba oči zaščititi, ne biti dalj časa usmerjene v eno točko, pri branju ali delu je treba vzdrževati optimalno osvetlitev. Potem moč vida ne bo padla.

Zunanja struktura očesa

Človeško oko nima samo notranja struktura ampak tudi zunanje, ki ga predstavljajo stoletja. To so posebne predelne stene, ki ščitijo oči pred poškodbami in negativnimi okoljskimi dejavniki. Sestavljeni so predvsem iz mišičnega tkiva, ki je na zunanji strani prekrito s tanko in občutljivo kožo. V oftalmologiji je splošno sprejeto, da so veke ena izmed bistveni elementi, v primeru težav, s katerimi se lahko pojavijo težave.

Čeprav je veka mehka, njeno moč in konsistenco zagotavlja hrustanec, ki je v bistvu tvorba kolagena. Gibanje vek se izvaja zahvaljujoč mišični plasti. Ko se veke zaprejo, ima to funkcionalno vlogo – zrklo se navlaži, majhni tuji delci, ne glede na to, koliko jih je na površini očesa, pa se odstranijo. Poleg tega lahko veka zaradi vlaženja zrkla prosto drsi glede na svojo površino.

Pomemben sestavni del vek je tudi obsežen sistem oskrbe s krvjo in številni živčni končiči, ki vekam pomagajo pri opravljanju svojih funkcij.

Gibanje oči

Človekove oči se premikajo s pomočjo posebnih mišic, ki zagotavljajo, da oči nenehno normalno delujejo. Vizualni aparat se premika s pomočjo usklajenega dela več deset mišic, od katerih so glavni štirje ravni in dva poševna mišična procesa. obdajajo z različne strani in pomagajo vrteti zrklo okoli različnih osi. Vsaka skupina vam omogoča, da obrnete oko osebe v svojo smer.

Poleg tega mišice pomagajo dvigniti in spustiti veke. Ko vse mišice delujejo v harmoniji, vam to ne omogoča le ločenega nadzora oči, ampak tudi izvajanje njihovega dobro usklajenega dela in usklajevanja njihove smeri.

) oseba, ki ima sposobnost zaznavanja elektromagnetnega sevanja v območju valovnih dolžin svetlobe in zagotavlja funkcijo vida. Oči se nahajajo na sprednjem delu glave in so skupaj z vekami, trepalnicami in obrvmi pomemben del obraza. Območje obraza okoli oči je aktivno vključeno v mimiko.

Največji optimum dnevne občutljivosti človeškega očesa pade na maksimum neprekinjenega spektra sončnega sevanja, ki se nahaja v "zelenem" območju 550 (556) nm. Pri prehodu iz dnevne svetlobe v mrak se maksimum svetlobne občutljivosti premakne proti kratkovalovnemu delu spektra, rdeči predmeti (na primer mak) pa so videti črni, modri (koruza) - zelo svetli (fenomen Purkinje).

Struktura človeškega očesa

Oko ali organ vida je sestavljen iz zrkla, optičnega živca (glej. Vidni sistem). Obstajajo ločeni pomožni organi (veke, solzni aparat, mišice zrkla).

Z lahkoto se vrti okoli različnih osi: navpične (gor-dol), vodoravne (levo-desno) in tako imenovane optične osi. Okoli očesa so trije pari mišic, ki so odgovorni za premikanje zrkla [in aktivno gibljivost]: 4 ravne (zgornji, spodnji, notranji in zunanji) in 2 poševni (zgornji in spodnji). Te mišice nadzorujejo signali, ki jih očesni živci prejemajo iz možganov. Oko vsebuje morda najhitreje delujoče motorične mišice v človeškem telesu. Torej pri pregledovanju (osredotočenem ostrenju) ilustracije oko naredi ogromno mikrogibov v stotinki sekunde]. Če je pogled zadržan (osredotočen) na eno točko, oko nenehno dela majhne, a zelo hitre gibe-nihanja. Njihovo število doseže 123 na sekundo.

Zrklo je od preostale orbite ločeno z gosto vlaknasto-tenonsko kapsulo (fascia), za katero je maščobno tkivo... Pod maščobnim tkivom je skrita kapilarna plast.

Samo oko oz zrklo(latinsko bulbus oculi), je parna tvorba nepravilne sferične oblike, ki se nahaja v vsaki od očesnih votlin (orbit) lobanje ljudi in drugih živali.

Zunanja struktura človeškega očesa

Za pregled je dostopen le sprednji, manjši, najbolj konveksni del zrkla - roženice, in okoliški del (sklera); ostalo, večina, leži v globini orbite.

Oko ima nepravilno sferično (skoraj sferično) obliko, premera približno 24 mm. Dolžina njegove sagitalne osi je v povprečju 24 mm, vodoravna - 23,6 mm, navpična - 23,3 mm. Povprečna prostornina odrasle osebe je 7,448 cm³. Masa zrkla je 7-8 g.

Velikost zrkla je pri vseh ljudeh v povprečju enaka, razlikuje se le v delcih milimetra.

V očesnem jabolku ločimo dva pola: sprednji in zadnji. Sprednji drog ustreza najbolj konveksnemu osrednjemu delu sprednje površine roženice, in zadnji drog ki se nahaja v središču zadnjega segmenta zrkla, nekoliko zunaj izstopnega mesta vidnega živca.

Črta, ki povezuje oba pola zrkla, se imenuje zunanja os zrkla... Razdalja med sprednjim in zadnjim polom zrkla je njegova največja velikost in je enak približno 24 mm.

Druga os v zrklu je notranja os - povezuje točko na notranji površini roženice, ki ustreza njenemu sprednjemu polu, s točko na mrežnici, ki ustreza zadnjemu polu zrkla, njena velikost je v povprečju 21,5 mm

Pri daljši notranji osi se svetlobni žarki po lomu v očesnem jabolku zbirajo v fokusu pred mrežnico. Hkrati pa je dober vid predmetov mogoč le na blizu - kratkovidnost, kratkovidnost.

Če je notranja os zrkla relativno kratka, se svetlobni žarki po lomu zberejo v fokusu za mrežnico. V tem primeru je vid na daljavo boljši kot na blizu - hiperopija, hipermetropija.

Največja prečna velikost človeškega zrkla je v povprečju 23,6 mm, navpična velikost pa 23,3 mm. Lomna moč optičnega sistema očesa (v mirovanju, akomodacija ( odvisno od polmera ukrivljenosti lomnih površin (roženica, leča - sprednja in zadnja površina obeh, - samo 4) in od njune medsebojne oddaljenosti) v povprečju znaša 59,92. Za lom očesa je pomembna dolžina osi očesa, to je razdalja od roženice do makula; v povprečju znaša 25,3 mm (B.V. Petrovsky). Zato je lom očesa odvisen od razmerja med lomno močjo in dolžino osi, ki določa položaj glavnega žarišča glede na mrežnico in označuje optično nastavitev očesa. Obstajajo trije glavni lomi očesa: »normalna« refrakcija (osredotočenost na mrežnico), daljnovidnost (za mrežnico) in kratkovidnost (osredotočenost od spredaj navzven).

Razlikujemo tudi vidno os zrkla, ki se razteza od njegovega sprednjega pola do fovee mrežnice.

Črta, ki povezuje točke največjega kroga zrkla v čelni ravnini, se imenuje ekvatorja... Nahaja se 10-12 mm za robom roženice. Črte, narisane pravokotno na ekvator in povezujejo oba pola na površini jabolka, se imenujejo meridiani... Navpični in vodoravni meridiani delijo zrklo na ločene kvadrante.

Notranja struktura zrkla

Zrklo je sestavljeno iz membran, ki obdajajo notranje jedro očesa in predstavljajo njegovo prozorno vsebino - steklovino, lečo, vodnico v sprednji in zadnji komori.

Jedro zrkla je obdano s tremi lupinami: zunanjo, srednjo in notranjo.

Zunanje - zelo gosto vlaknasti lupina zrkla ( tunica fibrosa bulbi), na katerega so pritrjene zunanje mišice zrkla, opravlja zaščitno funkcijo in zahvaljujoč turgorju določa obliko očesa. Sestavljen je iz sprednjega prozornega dela - roženice in zadnjega neprozornega dela belkaste barve - beločnice.
Povprečje oz žilni, lupina zrkla ( tunica vasculosa bulbi), igra pomembno vlogo v presnovnih procesih, zagotavlja prehrano očesu in izločanje presnovnih produktov. Bogata je s krvnimi žilami in pigmentom (s pigmenti bogate horoidne celice preprečujejo prehajanje svetlobe skozi beločnico, kar odpravlja razpršitev svetlobe). Tvorijo ga šarenica, ciliarno telo in sama žilnica. V središču šarenice je okrogla luknja - zenica, skozi katero svetlobni žarki prodrejo v zrklo in dosežejo mrežnico (velikost zenice se spreminja (odvisno od intenzivnosti svetlobnega toka: pri močni svetlobi se je ožji, pri šibki svetlobi in v temi - širši) kot posledica interakcije gladkih mišičnih vlaken - sfinkterja in dilatatorja, zaprtega v šarenici in inerviranega s parasimpatičnim in simpatičnim živcem; pri številnih boleznih se pojavi razširitev zenice - midriaza ali zožitev - mioza). Šarenica vsebuje različno količino pigmenta, ki določa njeno barvo – »barvo oči«.
Notranji oz mreža, lupina zrkla ( tunica interna bulbi), - mrežnica je receptorski del vizualnega analizatorja, tukaj je neposredno zaznavanje svetlobe, biokemičnih transformacij vizualni pigmenti, spremembe električnih lastnosti nevronov in prenos informacij v centralni živčni sistem.

Namestitveni aparat

Mrežnica ima tudi večplastno strukturo. Naprava mrežnica izjemno težko. V njem mikroskopsko ločimo 10 plasti. Najbolj zunanja plast zaznava svetlobo (barvo), obrnjena je proti žilnici (navznoter) in je sestavljena iz nevroepitelijskih celic - palic in stožcev, ki zaznavajo svetlobo in barve (pri človeku je površina mrežnice, ki zaznava svetlobo, zelo majhna - 0,4-0,05 mm², naslednje plasti tvorijo celice in živčna vlakna, ki izvajajo stimulacijo živcev).

Svetloba vstopi v oko skozi roženico, zaporedno prehaja skozi tekočino sprednje in zadnje komore, leče in steklastega telesa, skozi celotno debelino mrežnice, vstopi v procese svetlobno občutljivih celic - palic in stožcev. So fotokemični procesi, ki zagotavljajo barvni vid (za več podrobnosti glejte Zaznavanje barv in barv). Mrežnica vretenčarjev je anatomsko "obrnjena navzven", zato se fotoreceptorji nahajajo na zadnji strani zrkla (v konfiguraciji "spredaj nazaj"). Da jih doseže, mora svetloba preiti skozi več plasti celic.

Če samo za minuto zaprete oči in poskušate živeti v popolni temi, začnete razumeti, kako pomemben je vid za človeka. Kako nemočni postanejo ljudje, ki so izgubili sposobnost videti. In če so oči ogledalo duše, potem je zenica naše okno v svet.

Struktura očesa

Človeški organ vida je zapleten optični sistem. Njegov glavni namen je prenos slike skozi optični živec v možgane.

Zrklo, ki ima obliko krogle, se nahaja v orbiti in ima tri žilne in mrežnice. V notranjosti so vodka, leča in steklovina.

Beli segment zrkla je prekrit s sluznico (sklero). Sprednji prozorni del, imenovan roženica, je optična leča z visoko lomno močjo. Pod njim je šarenica, ki deluje kot diafragma.

Svetlobni tok, ki se odbija od površin predmetov, najprej zadene roženico in po lomljenju vstopi v lečo skozi zenico, ki je tudi bikonveksna leča in vstopi v optični sistem očesa.

Naslednja točka na poti človeku vidno slike - mrežnica. Je membrana svetlobno občutljivih celic: stožcev in palic. Mrežnica pokriva notranjo površino očesa in preko živčnih vlaken prenaša informacije v možgane preko vidnega živca. Prav v njem poteka končna percepcija in zavedanje videnega.

Funkcija zenice

Med ljudmi je priljubljena frazeološka enota: "za to skrbeti kot za zenico očesa", vendar le malokdo danes ve, da se je v starih časih ravno zenica imenovala zjenica. Ta izraz je bil uporabljen že zdavnaj in je najboljši način, da pokažemo, kako moramo ravnati z našimi očmi – kot z najbolj dragocenimi in dragimi.

Človeško zenico uravnavata dve mišici: sfinkter in dilatator. Nadzirajo jih različni simpatični in parasimpatični sistemi.

Zenica je pravzaprav luknja, skozi katero vstopa svetloba. Deluje kot regulator, pri močni svetlobi se zoži in razširi, ko je manjka. Tako ščiti mrežnico pred opeklinami in izboljša ostrino vida.

Midriaza

Ali je normalno, da ima oseba razširjeno zenico? Odvisno je od številnih dejavnikov. V medicinskem okolju se ta pojav imenuje midriaza.

Izkazalo se je, da se učenci ne odzivajo samo na svetlobo. Njihovo širitev lahko sproži vznemirjeno čustveno stanje: močno zanimanje (tudi spolne narave), nasilno veselje, neznosna bolečina ali strah.

Zgoraj navedeni dejavniki povzročajo naravno midriazo, ki ne vpliva na ostrino vida in zdravje oči. Praviloma to stanje zenice hitro mine, če se čustveno ozadje vrne v normalno stanje.

Pojav midriaze je značilen za osebo, ki je zastrupljena ali zastrupljena. Poleg tega razširjene zenice pogosto kažejo na resno zastrupitev, kot je butulizem.

Patološko midriazo pogosto opazimo pri bolnikih s travmatsko poškodbo možganov. Nenehno govorijo o prisotnosti številnih možnih bolezni pri človeku:

glavkom;
migrena;
paraliza;
encefalopatija;
disfunkcija ščitnice;
Eddiejev sindrom.

Marsikdo iz filmov ve, da zdravniki reševalnih vozil najprej pregledajo oči, ko omedlevijo. Reakcija učencev na svetlobo, pa tudi njihova velikost, lahko zdravnikom veliko povesta. Rahlo povečanje kaže na plitvo izgubo zavesti, medtem ko "steklene", skoraj črne oči signalizirajo zelo resno stanje.

mioza

Preveč zožena zenica je nasprotje midriaze. Oftalmologi to imenujejo mioza. Tudi to odstopanje ima več razlogov, lahko gre za neškodljivo okvaro vida, vendar je to pogosto razlog za takojšen posvet z zdravnikom.

Strokovnjaki razlikujejo več vrst mioze:

Funkcionalni, pri katerem se zožitev pojavi zaradi naravnih razlogov, kot so slaba osvetlitev, pogoji spanja, otroštvo ali starost, daljnovidnost, preobremenjenost.
Medicinska mioza je posledica jemanja zdravil, ki poleg glavne funkcije vplivajo na delo očesnih mišic.
Paralitična - za katero je značilna popolna ali delna odsotnost motorične sposobnosti dilatatorja.
Mioza draženja - opažena s krčem sfinktra. Pogosto najdemo pri tumorjih v možganih, meningitisu, encefalitisu, pa tudi pri ljudeh, ki trpijo zaradi multipla skleroza in epilepsijo.
Sifilitična mioza - se lahko manifestira v kateri koli fazi bolezni, čeprav se s pravočasnim zdravljenjem razvije izjemno redko.

Anizokorija

Po statističnih podatkih ima vsak peti človek na Zemlji zenice različnih velikosti. Ta asimetrija se imenuje anizokorija. V večini primerov so razlike zanemarljive in vidne le oftalmologu, pri nekaterih pa je ta razlika vidna s prostim očesom. Regulacija premera zenic s to lastnostjo poteka asinhrono, v nekaterih primerih pa se velikost spremeni le na enem očesu, drugo pa ostane negibno.

Anizokorija je lahko dedna ali pridobljena. V prvem primeru je takšna struktura očesa posledica genetike, v drugem - poškodbe ali kakšne bolezni.

Učenci različnih premerov najdemo pri ljudeh, ki trpijo zaradi takšnih bolezni:

poškodba optičnega živca;
anevrizma;
možganska poškodba;
tumorji;
nevrološke bolezni.

Polikorija

Dvojna zenica je najredkejša vrsta očesne nenormalnosti. Za ta prirojeni učinek, imenovan polikorija, je značilna prisotnost dveh ali več zenic v isti šarenici.

Obstajata dve vrsti te patologije: napačna in resnična. Lažna možnost pomeni, da membrana neenakomerno zapre zenico in zdi se, da je več lukenj. V tem primeru je reakcija na svetlobo prisotna le pri enem.

Prava polikorija je povezana s patologijo v razvoju optične skodelice. Hkrati oblika zenic ni vedno okrogla, obstajajo luknje v obliki ovala, kapljice, Reakcija na svetlobo, čeprav ni izrazita, je v vsaki od njih.

Ljudje s to patologijo čutijo znatno nelagodje, okvarjeno oko vidi veliko slabše kot običajno. Če je število zenic več kot 3 in so dovolj veliki (2 mm ali več), bo otrok, mlajši od enega leta, najverjetneje operiran. Odraslim je predpisano nošenje korektivnih kontaktnih leč.

Starostne značilnosti

Mnoge mlade matere pogosto opazijo, da ima otrok razširjene zenice. Ali je vredno zaradi tega zbuditi paniko? Posamezni primeri niso nevarni, lahko jih povzroči slaba osvetlitev v prostoru in posebnosti razdražljivosti. živčni sistem... Ko vidi čudovito igračo ali se prestraši strašnega Barmaleyja, bo otrok refleksno razširil zenice, ki se bodo kmalu vrnile v normalno stanje.

Če se to stanje nenehno opazuje, je to razlog za alarm in nujno posvetovanje z zdravnikom. To lahko kaže na nevrološke bolezni in dodatno posvetovanje s specialistom zagotovo ne bo škodilo.

Odziv učencev na svetlobo se s starostjo spreminja. Pri mladostnikih opazimo največjo možno širitev, v nasprotju s starejšimi, za katere so nenehno zožene zenice različica norme.

3-11-2013, 19:05

Opis

Uvod

Človeški vidni sistem je dosegel najvišjo popolnost. Znanstveniki, ki se ukvarjajo z ustvarjanjem elektronskih ali kemičnih sistemov s primerljivimi lastnostmi, lahko občudujejo le njegovo občutljivost, kompaktnost, vzdržljivost, visoko ponovljivost in elegantno prilagodljivost potrebam človeškega telesa. Zaradi pravičnosti je seveda treba omeniti, da so se poskusi ustvarjanja ustreznih umetnih sistemov začeli pred manj kot stoletjem, medtem ko se je človeški vidni sistem oblikoval v milijonih let. Nastal je iz nekakšnega »kozmičnega« nabora elementov – izbranih, izbranih in izbranih, dokler ni izpadla uspešna kombinacija. Le malokdo dvomi, da je bila človeška evolucija "slepa", verjetnostna in da ji je absolutno nemogoče slediti korak za korakom. Stroški evolucije so že zdavnaj potonili v pozabo in ne puščajo sledi.

Vizija zavzema skoraj edinstveno mesto v evolucijski shemi. Domneva se lahko na primer, da bo nadaljnji evolucijski razvoj privedel do povečanja volumna možganov, zapletov živčnega sistema ali do različnih izboljšav obstoječih funkcij. Vendar si je nemogoče predstavljati, da se bo občutljivost vizualnega procesa opazno povečala. Vizualni proces predstavlja absolutni končni mejnik v verigi evolucije. Če upoštevamo, da se vsak absorbirani foton »prešteje« v vizualnem procesu, potem je nadaljnje povečanje občutljivosti malo verjetno, če se absorpcija ne poveča. Zakoni kvantne fizike postavljajo trdo mejo, ki se ji je naš vidni sistem zelo približal.

Zagotovili smo, da vizija zavzema skoraj edinstveno mesto, saj so po določenih podatkih tudi nekateri drugi procesi zaznavanja dosegli absolutno mejo v svoji evoluciji. Sposobnost številnih žuželk (na primer moljev), da "zaznajo" posamezne molekule, je dokaz, da je voh v drugih primerih dosegel kvantno mejo. Prav tako je naš sluh skrajno omejen zaradi toplotnega hrupa okolja.

Visoka občutljivost vizualnega procesa ni privilegij samo osebe. Obstajajo jasni dokazi, da so dosegle manj napredne živalske vrste in nočne ptice podobno raven... Očitno morajo tudi ribe, ki živijo v temnih globinah oceana, do meje izkoristiti skromne informacije, ki jih prodirajo z naključnimi svetlobnimi žarki. Nazadnje lahko opozorimo na fotosintezo kot dokaz, da so se različne oblike rastlinskega življenja že dolgo naučile uporabljati skoraj vsak vpadni foton, vsaj znotraj določenega spektralnega območja.

Glavni namen tega poglavja je prikazati visoko kvantno učinkovitost človeškega očesa v širokem razponu jakosti svetlobe. Da bi začetne podatke o človeškem vidu izrazili z gostoto fotonov na enoto površine mrežnice, je treba poznati "optične parametre človeškega očesa". Ogledali si jih bomo v naslednjem razdelku.

Optični parametri

Na sl. 10 prikazuje zgradbo človeškega očesa.

Odprtina zenice leče se giblje od 2 mm pri visoki osvetlitvi do približno 8 mm blizu praga vidne zaznave. Te spremembe se zgodijo v času reda desetink sekunde. Goriščna razdalja objektiv je 16 mm. To pomeni, da se relativna odprtina optičnega sistema spremeni iz 1:2 pri nizki osvetlitvi na 1:8 pri visoki osvetlitvi. Približna odvisnost površine zenice od stopnje osvetlitve je prikazana na sl. enajst.

Svetlobno občutljiva plast, imenovana mrežnica, je sestavljena iz diskretnih svetlobno občutljivih celic, palic in stožcev, ki so med seboj oddaljeni približno 2 mikrona. Celotna mrežnica - njena površina je blizu 10 cm 2 - vsebuje 10 8 takšni elementi. Stožci, ki se nahajajo predvsem v predelu osrednje fovee, imajo kotno velikost približno 1 °, delujejo pri srednji in visoki osvetlitvi ter prenašajo barvne občutke. Paličice, ki zasedajo večino območja mrežnice, delujejo do najmanjše osvetlitve in nimajo barvne občutljivosti. Stožci določajo mejo ločljivosti pri visokih stopnjah osvetlitve, ki je 1-2 ", kar je blizu velikosti difrakcijskega diska, ki ustreza premeru zenice leče, enak 2 mm. Pregled očesa in anatomski študije njegove strukture kažejo, da se z oddaljenostjo od središča mrežnice palice združujejo v vse večje skupine do več tisoč elementov vsaka.. Svetloba, ki vstopa v mrežnico, prehaja skozi plast živčnih vlaken, ki sevajo iz vidnega živca v celice. mrežnice.

Prostor med lečo in mrežnico je napolnjen z vodnim medijem, tako imenovanim steklastim telesom, ki ima lomni količnik 1,5. Po različnih ocenah le polovica svetlobe, ki pade na oko, doseže mrežnico. Preostala svetloba se odbija ali absorbira.

Fizični čas kopičenja fotonov v očesu je v območju od 0,1 do 0,2 s in je verjetno bližje zadnji številki. Fizični čas kopičenja je enak času osvetlitve pri fotografiji. Pri prehodu od visoke osvetlitve do praga vizualne percepcije se čas kopičenja poveča za največ dvakrat. "Delo" očesa sledi zakonu zamenljivosti: ko je čas osvetlitve krajši od 0,1-0,2 s, je njegova reakcija odvisna samo od produkta jakosti svetlobe do časa izpostavljenosti slednjemu.

Kvalitativni kazalniki V zadnjih sto letih se je nenehno kopičilo podatke o človeškem vidu. Blackwell je objavil najnovejše in najbolj izčrpne meritve sposobnosti očesa, da razlikuje med posameznimi lisami različnih velikosti in kontrasta pri različni osvetlitvi v širokem razponu. Na sl. 12 prikazuje podatke, ki jih je pridobil Blzkuzll v razponu osvetlitve 10-9 - 10-1 jagnje, kontrasta 1 - 100% in kotne ločljivosti 3-100". da značilnosti očesa na tem področju niso omejene s faktorji hrupa, vendar iz drugih razlogov; slednji so postavili absolutno mejo razlikovalnosti kontrasta 0,5 % in kotno ločljivost 1-2 ". Geometrijska meja ločljivosti je določena s končno velikostjo palic in stožcev. 13 prikazuje podobne podatke, ki sta jih prej pridobila Conner in Gunung (1935), pa tudi Cobb in Moss (1928). Kot lahko vidite, so podatki, prikazani na sl. 12 in 13, v splošni oris skladni drug z drugim. Vendar je bistvena razlika v tem, da Blackwellovi podatki ne izboljšajo zmogljivosti z variacijo svetlosti 10-2-10-1 lamb, medtem ko Cobb in Moss kažeta, da obstaja tako izboljšanje kot 45 °, predstavlja značilnosti, ki bi bile pričakovano, če bi bile lastnosti sistema omejene s hrupom, v skladu z razmerjem (1.2). Na sl. 13 eksperimentalnih točk se dokaj dobro prilega ravnim črtam, ki ustrezajo omejitvam hrupa in potekajo pod kotom 45 °. Na sl. 12 imajo eksperimentalne krivulje obliko ukrivljenih črt, ki se le na omejenih območjih dotikajo navedenih ravnih črt. Takšna odstopanja je očitno mogoče razložiti z vplivom omejitev, ki niso povezane s fotonskim šumom. Kvantna učinkovitost človeškega vida

Za oceno kvantne učinkovitosti očesa so podatki, prikazani na sl. 12 in 13, je treba izraziti s številom fotonov, ki padejo na 1 cm 2 mrežnice. Za to predpostavljamo, da je čas akumulacije 0,2 s, prenos leče 0,5, meje odpiranja zenice pa so določene z Reeveovimi podatki, predstavljenimi na sl. 11. Ko smo naredili takšno transformacijo, v razmerje nadomestimo gostoto fotonov (1.3) napisano v obliki

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

kje? - kvantni izkoristek očesa (kvantna učinkovitost? 100 *?%) - mejno razmerje signal/šum k vzeto enako 5.

Na sl. 14 prikazuje odvisnost kvantne učinkovitosti očesa (izračunano iz Blackwellovih podatkov) od svetlosti predmetov. Kar je najbolj presenetljivo v teh rezultatih, je sorazmerno majhna sprememba kvantne učinkovitosti, ko se intenzivnost svetlobe spremeni za 8 redov velikosti. Kvantna učinkovitost je 3 % pri izjemno nizki svetlosti blizu absolutnega praga (približno 10 -10 jagnjet) in se počasi zmanjša na približno 0,5 % pri 0,1 jagnjet.

Seveda je to desetkratna sprememba učinkovitosti. Vendar se je treba spomniti, da so v zgodnjih delih za razlago pojava s temo prilagoditve v takih primerih domnevali 1000- ali 10000-kratno spremembo kvantne učinkovitosti. (To si bomo podrobneje ogledali v nadaljevanju.) Poleg tega je celo to desetkratno spremembo dejansko mogoče močno preceniti. Pri izračunu kvantne učinkovitosti smo predpostavljali, da sta čas izpostavljenosti in faktor k so konstantne, vendar je po nekaterih poročilih pri nizki osvetlitvi čas osvetlitve lahko dvakrat daljši kot pri visoki. Če je tako, se kvantna učinkovitost spremeni le petkrat. Poleg tega je možno, da faktor k manj svetlobe pri šibki svetlobi kot pri visoki svetlobi. Takšna sprememba k(natančneje, k 2) lahko zlahka privede do pojava drugega faktorja 2, posledično se izkaže, da se kvantna učinkovitost spremeni le za faktor 2, ko se intenzivnost svetlobe spremeni za 10 8 enkrat.

Druga pomembna točka, ki jo je treba opozoriti pri analizi sl. 14 je relativno velika količina kvantne učinkovitosti.

V literaturi je ocenjeno, da občutljiva snov mrežnice (rodopsin) absorbira le 10 % vpadne svetlobe. Če je tako, potem je kvantna učinkovitost (za belo svetlobo) glede na absorbirano svetlobo približno 60 % pri nizki osvetlitvi. Tako ostaja zelo malo prostora za izboljšanje samega mehanizma za štetje fotonov.
Težko pa je razumeti, kaj je povzročilo tako nizko absorpcijo (le 10 %) vpadne svetlobe, ki je nastala med evolucijo. Možno je, da je bil razlog za to omejen izbor bioloških materialov.

Nekaj zmanjšanja kvantne učinkovitosti pri visoki osvetlitvi je mogoče pripisati posebnim zahtevam za sistem, ki je sposoben razlikovati barve. Če, kot kažejo nedavni podatki, obstajajo 3 vrste stožcev z različnimi spektralnimi značilnostmi, se območje, občutljivo na svetlobo z dano valovno dolžino, pri visoki osvetlitvi prepolovi.

Vrednosti kvantne učinkovitosti, prikazane na sl. 14 spodnje krivulje se nanaša na belo svetlobo. Znano je, da je vizualni odziv na zeleno svetlobo približno trikrat večji kot na enako skupno število "belih" fotonov, torej fotonov, razporejenih po celotnem vidnem spektru. Uporaba zelene svetlobe (ali zeleno-modre pri nizki osvetlitvi) bi morala privesti do trikratnega povečanja kvantne učinkovitosti, kot je prikazano na sl. 14. V tem primeru bi bila kvantna učinkovitost pri nizki osvetlitvi približno 10 % in bi morali domnevati, da mrežnica absorbira ne 10 %, ampak vsaj 20 % vpadne svetlobe.

Ponovno je treba poudariti, da vrednosti kvantnih učinkovitosti, prikazane na sl. 14, odvisno od izbire parametrov: časa akumulacije (0,2 s) in mejnega razmerja signal/šum ( k= 5). Vrednosti teh parametrov niso dovolj natančno določene, zlasti za Blackwellove podatke.

Morda bodo ustrezna pojasnila privedla do več visoke vrednosti kvantna učinkovitost. Na primer, če predpostavimo, da je čas akumulacije 0,1 s, bodo kvantne učinkovitosti dvakrat večje od tistih, prikazanih na sliki. 14. Vendar si je težko prizadevati za izboljšanje teh parametrov; Ali ni bolje začeti razvijati izboljšano eksperimentalno tehniko za merjenje kvantne učinkovitosti, ki ni odvisna od teh parametrov?

Prednostna metoda za določanje kvantne učinkovitosti

Trenutno obstaja izključno preprosta tehnika dokaj zanesljiva definicija kvantne učinkovitosti očesa. Na novo razvita televizijska kamera s silicijevim ojačevalnikom je sposobna oddajati slike pri nizki svetlobi, ko so te slike jasno omejene s hrupom, natančneje s hrupom, ki ga povzroča del vpadnih fotonov, ki ustvarjajo fotoelektrone na fotokatodi.

Bistveno je, da takšne slike, omejene le s šumom, omogočajo zanesljivo določitev kvantne učinkovitosti fotokatode. Postopek je v tem, da opazovalec in televizijska kamera "pregledata" isti slabo osvetljen predmet z enake razdalje. Diafragma na optiki kamere je nastavljena v skladu z odprtino zenice opazovalčevega očesa. Nato opazovalec primerja slabo osvetljen predmet, ki mu je neposredno viden, s sliko na slikovni cevi televizijskega sistema. Če je informacija enaka, je kvantna učinkovitost opazovalčevega očesa enaka izmerjeni učinkovitosti fotokatode oddajne cevi. Če opazovalec vidi več ali manj kot kamera, se zaslonka prilagaja, dokler razlika ne izgine, nato pa se izračuna kvantna učinkovitost opazovalčevega očesa glede na odprtine leče.

Glavna prednost metode vzporedne primerjave je, da ni odvisna od časa vidne izpostavljenosti ali izbire ustreznega mejnega razmerja signal/šum. Ti parametri, ne glede na njihove točne vrednosti, v bistvu ostanejo enaki, ko opazovalec pregleduje sam predmet in njegovo sliko na televizijskem zaslonu, zato so med primerjavo izključeni. Poleg tega je učinek pomnilnika na učinkovit čas izpostavljenosti v teh dveh primerih verjetno enak.

Odločili smo se za to metodo, ker je zdaj na voljo eksperimentatorjem, ki imajo izkušnje s preučevanjem vizualnega procesa. Avtor te knjige in drugi raziskovalci so za predhodne ocene kvantne učinkovitosti pri nizki osvetlitvi uporabili različne naprave, primerne za primerjavo. V enem od poskusov je bila uporabljena naprava za skeniranje s premikajočo se svetlobno točko (slika 15); J. E. Ryudy je kot ojačevalnik slike uporabil superortikon, T. D. Reynolde pa večstopenjski ojačevalnik slike. Vse te naprave so proizvajale slike, omejene s fotonskim šumom, in v vseh primerih je bila kvantna učinkovitost pri nizki svetlobi ocenjena na okoli 10 %.

Serija slik, prikazana na sl. 15 prikazuje, kolikšna je največja količina informacij, ki jih lahko prenese drugačno vnaprej določeno število fotonov. Vsak foton je zabeležen kot diskretna vidna točka. Informacije, ki jih prejmemo, so omejene le s statističnimi nihanji, ki se neizogibno pojavijo pri registraciji fotonskega toka. Tabela prikazuje skupno število fotonov N., ki bi jih vsebovala slika, če bi bili vsi enakomerno osvetljeni z intenzivnostjo, ki ustreza njenim najsvetlejšim območjem.

Svetlobe, prikazane v tabeli, so izračunane ob predpostavki, da oko uporabi enega od desetih vpadnih fotonov. Pri izračunu so bili upoštevani tudi drugi parametri: čas akumulacije je bil 0,2 s, premer zenice je bil približno 6 mm. Z drugimi besedami, če predmet zamenjamo z belim listom z določeno svetlostjo, izračunamo število fotonov, ki vstopijo v oko v 0,2 s, in to število delimo z 10, potem kot rezultat dobimo število fotonov N. ki ustreza dani vrednosti svetlosti. Posledično podana serija slik kaže, kakšno največjo količino informacij lahko dejansko zazna opazovalec pri navedeni svetlosti, če je kvantna učinkovitost njegovega vizualnega procesa 10 %, razdalja od predmeta do opazovalca pa 120 cm. .

Primerjava različnih ocen kvantne učinkovitosti

Pred več kot stoletjem je postalo znano, da je na absolutnem pragu vidnosti komaj razločen blisk iz majhnega vira, pri katerem v oko vstopi približno 100 fotonov. Tako je bila postavljena spodnja meja kvantne učinkovitosti, enaka približno 1%. Nato je več raziskovalnih skupin izvedlo vrsto poskusov, da bi ugotovili, koliko od teh 100 fotonov dejansko uporablja oko. Če bi na primer oko uporabilo vseh 100 fotonov, bi bil prehod iz nevidnosti v vid precej nenaden in bi se zgodil, ko bi se fotonski tok povečal na 100. Če bi oko uporabilo le nekaj fotonov, bi bil prehod zamegljen zaradi na kaotično naravo oddajanja fotonov. Tako lahko ostrina prehoda služi kot merilo števila uporabljenih fotonov in s tem kvantne učinkovitosti očesa.

Zamisel o takšnem eksperimentu ni bila brez določene preprostosti in elegance. Žal se je zaradi takšnih poskusov izkazalo, da se število fotonov, ki jih oko uporablja za zaznavanje praga, giblje v širokem razponu od 2 do 50. Tako je vprašanje kvantne učinkovitosti ostalo odprto. Razpršenost dobljenih rezultatov očitno ne bo presenetila inženirja specialista na področju elektronike ali fizike. Meritve so bile izvedene blizu absolutnega praga vidnosti, ko se hrup iz tujih virov v samem očesu zlahka meša s hrupom fotonskega toka. Na primer, če bi bile podobne meritve opravljene s fotopomnoževalnikom, bi bil takšen razmik posledica vpliva hrupa, povezanega s termoionsko emisijo iz fotokatode, ali z nenamernim električnim okvarom, ki se pojavi med elektrodama. Vse to velja za meritve blizu absolutnega praga. Če pa se meritve razmerja signal/šum opravijo pri osvetlitvi, ki je bistveno višja od praga, ko fotonski šum presega šum, povezan s tujimi viri, ta postopek daje zanesljivo vrednost kvantne učinkovitosti. Zato so rezultati meritev vizualne kvantne učinkovitosti, ki se izvajajo pri osvetlitvi, ki znatno presega absolutni vidni prag, bolj zanesljivi.

R. Clark Jones je analiziral iste podatke, na podlagi katerih je krivulja kvantne učinkovitosti, predstavljena na sl. 14. Učinkovitosti, ki jih je določil, so na splošno približno desetkrat manjše od prikazanih na sl. 14; pri izračunu je izhajal iz krajšega časa akumulacije (0,1 s) in veliko manjše vrednosti k (1,2) ... Jones meni, da ker mora opazovalec izbrati le enega od osmih možnih položajev testnega predmeta, potem je taka vrednost k zagotavlja 50-odstotno zanesljivost. V količinskem smislu je ta trditev seveda pravilna.

Glavno vprašanje je, ali opazovalci na ta način dejansko sklepajo o vidnem. Če se obrnemo na sl. 4, a, potem najdemo to k= 1,2 pomeni, da lahko opazovalec opazi, iz katerega od osmih možnih območij je operater odstranil enega ali dva fotona. Preprost pogled na sl. 4, a kaže, da je to nemogoče. Vprašanja, kot so ta, poudarjajo potrebo po razvoju merilne metode, ki se izogne dvoumnosti, povezani z izbiro pravilnih vrednosti. k ali čas kopičenja. Zgornji način primerjave "vzporednega" človeškega očesa in elektronska naprava omejen s fotonskim šumom je ravno tak postopek in si zasluži čim širšo uporabo.

De Vries je v svojih zgodnjih ocenah vizualne kvantne učinkovitosti tudi izhajal iz vrednosti k= 1, njegovi rezultati pa so bili bistveno nižji od vrednosti, prikazanih na sl. 14. De Vries pa je bil eden prvih, ki je opozoril, da je opaženo ločljivost očesa in njegovo kontrastno občutljivost mogoče razložiti s fotonskim šumom. Poleg tega je tudi on, tako kot avtor te knjige, opozoril na dejstvo, da je nihanja, zrnata narava slik, pridobljenih pri šibki svetlobi, dokaz diskretnosti svetlobe.

Barlow se je pri svoji izbiri večinoma izognil dvoumnosti k z meritvami z dvema sosednjima testnima svetlobnima točkama. Njegov namen je bil ugotoviti, katera točka je svetlejša, pri čemer se relativna intenzivnost lis razlikuje. Kot kaže statistična analiza rezultatov, izvedena ob predpostavki, da je sposobnost razlikovanja med svetlostjo omejena s fotonskim šumom, so vrednosti kvantne učinkovitosti očesa v območju 5-10 %, ko je svetlost se spremeni do vrednosti, ki je 100-krat višja od absolutnega vidnega praga. Barlow se sklicuje na delo Baumgardta in Hechta, ki sta na podlagi analize krivulje verjetnosti detekcije blizu absolutnega praga dobila kvantno učinkovitost blizu 7%.

Če povzamemo, lahko rečemo, da večina raziskovalcev meni, da je kvantna učinkovitost človeškega očesa znotraj 5-10%, ko se intenzivnost svetlobe spremeni iz absolutnega praga na 100-krat višjo vrednost. Ta učinkovitost je določena za valovne dolžine blizu maksimuma krivulje občutljivosti očesa (zeleno-modro območje) in se nanaša na svetlobo, ki pade na roženico očesa. Če predpostavimo, da le polovica te svetlobe doseže mrežnico, bo učinkovitost na mrežnici 10-20%. Ker je po razpoložljivih ocenah tudi delež svetlobe, ki jo absorbira mrežnica, v teh mejah, je učinkovitost očesa glede na absorbirano svetlobo blizu 100 %. Z drugimi besedami, oko je sposobno prešteti vsak absorbirani foton.

Podatki, prikazani na sl. 14, pokažite na drugega v najvišja stopnja bistvena okoliščina: v območju od absolutnega praga občutljivosti do 0,1 jagnjeta, to je, ko se intenzivnost spremeni za faktor 10, se kvantna učinkovitost zmanjša za največ 10-krat. V prihodnosti se lahko izkaže, da ta faktor ne presega 2-3. Tako oko ohranja visoko raven kvantne učinkovitosti, medtem ko spreminja intenzivnost svetlobe 10 8 enkrat! Ta sklep uporabljamo pri interpretaciji pojava temne adaptacije in pojava vizualnega hrupa.

Temna adaptacija

Eden najbolj znanih in hkrati neverjetnih vidikov vizualnega procesa je temna prilagoditev... Oseba, ki vstopi v temno dvorano z mestno ulico, preplavljeno s svetlobo, se za nekaj sekund ali celo minut izkaže za dobesedno slepega. Nato postopoma začne videti vse več in po pol ure se popolnoma navadi na temo. Zdaj lahko vidi predmete, ki so več kot tisočkrat temnejši od tistih, ki jih je v prvem trenutku komaj zaznal.

Ta dejstva kažejo, da se v procesu prilagajanja na temo občutljivost očesa poveča več kot tisočkrat. Takšna opažanja so raziskovalce usmerila v iskanje mehanizma ali kemičnega modela, ki bi pojasnil tako dramatične spremembe občutljivosti. Hecht je na primer posebno pozornost namenil pojavu reverzibilnega bledenja občutljivega materiala mrežnice, tako imenovani vizualni purpuri. Trdil je, da v slabših svetlobnih razmerah na vizualno vijolično ni vpliva popolnoma in ima tako maksimalno absorpcijo. Z naraščajočo osvetlitvijo se vedno bolj razbarva in zato absorbira vse manj vpadne svetlobe. Veljalo je, da dolgo časa temna prilagoditev je posledica dolgega trajanja procesa obnove visoke gostote vizualne purpure. Na ta način se oko povrne občutljivost.

Vendar so takšni sklepi v nasprotju z rezultati analize hrupa občutljivosti očesa, ki je pokazala, da se notranja občutljivost očesa ne more spremeniti več kot 10-krat kot prehod iz teme v svetlo svetlobo. Prednost metode analize hrupa je bila, da njeni rezultati niso odvisni od specifičnih fizikalnih ali kemičnih modelov samega vizualnega procesa. Občutljivost je bila izmerjena na absolutni lestvici, pri čemer je bila postavljena le kvantna narava svetlobe in kaotična narava porazdelitve fotonov.

Kako torej razložiti tisočkratno in še večje povečanje zmožnosti videnja, opaženo v procesu prilagajanja na temo? Pokazal se je določena analogija med tem procesom in delovanjem naprav, kot so radijski in televizijski sprejemniki. Če se pri nastavitvi sprejemnika z močne postaje na šibko postajo zvok izkaže za skoraj neslišen, poslušalec zgrabi gumb za nadzor glasnosti in dvigne raven zvoka šibke postaje na udobno raven. Bistveno je, da občutljivost radijskega sprejemnika ostane konstantna tako pri preklopu z močne postaje na šibko kot pri prilagajanju glasnosti. Določajo ga le značilnosti antene in prve ojačevalne cevi. Postopek »vrtenja gumba za glasnost« ne spremeni občutljivosti sprejemnika, temveč le »predstavitev nivoja« do poslušalca. Celotna operacija uglaševanja od močne do šibke postaje, vključno s trajanjem procesa nadzora glasnosti, je popolnoma analogna zelo dolgemu procesu prilagajanja vizualne teme.

V času, ko se izvaja temna prilagoditev, se ojačanje "ojačevalnika" zaradi kemičnih reakcij poveča na želeno "stopnjo predstavitve". Intrinzična občutljivost očesa ostane skoraj konstantna v obdobju prilagajanja na temo. Ni nam preostalo drugega, kot da domnevamo, da je v vidni proces vključen določen ojačevalnik, ki deluje med mrežnico in možgani, in da se njegov dobiček spreminja glede na osvetlitev: pri visoki osvetlitvi je majhen, pri nizki pa velik. .

Samodejni nadzor ojačanja

Ugotovitev, da vizualni proces nujno vključuje avtomatsko regulacijo ojačenja, je bil narejen v prejšnjem razdelku na podlagi močne spremembe v navidezni občutljivosti, s katero se srečujemo pri prilagajanju na temo, in relativni konstantnosti lastne občutljivosti, ki izhaja iz analize hrupa vizualnega procesa.
Do podobnega zaključka bomo prišli, če upoštevamo druge, bolj neposredne podatke, ki jih najdemo v literaturi. Znano je, da je energija živčnega impulza veliko vrstne velikosti večja od energije tistih več fotonov, ki so potrebni za sprožitev živčnega impulza na absolutnem pragu občutljivosti. Zato je za generiranje živčnih impulzov potreben mehanizem z ustrezno visokim dobičkom neposredno na mrežnici. Iz Hartlineovega zgodnjega dela o električnem zapisovanju vidnih živčnih impulzov podkovskega raka je bilo znano, da se frekvenca živčnih impulzov povečuje z naraščajočo intenzivnostjo svetlobe ne linearno, ampak le logaritmično. To pomeni, da je dobiček nižji pri močni svetlobi kot pri šibki svetlobi.

Čeprav energija živčnega impulza ni natančno znana, jo je mogoče približno oceniti s predpostavko, da shranjena energija impulza ustreza napetosti 0,1 V na kondenzatorju. 10-9 F (to je zmogljivost 1 cm zunanje lupine živčno vlakno). Potem Električna energija je 10 -11 J to v 10 8 krat več energije fotona vidne svetlobe. Seveda se lahko zmotimo pri oceni energije živčnega impulza za več vrstnih redov, vendar to ne postavlja pod vprašaj naše ugotovitve, da mora potekati izjemno velik proces ojačanja neposredno na mrežnici in le zahvaljujoč temu energija več fotonov lahko povzroči živčni impulz ...

Progresivno zmanjševanje ojačevanja z naraščajočo jakostjo svetlobe je jasno opaženo v Hartlineovih podatkih, po katerih se frekvenca živčnih impulzov z naraščajočo jakostjo svetlobe počasi povečuje po logaritemskem zakonu. Zlasti s povečanjem intenzivnosti svetlobe v 10 4 frekvenca se poveča le 10-krat. To pomeni, da se dobiček zmanjša za 10 3 enkrat.

Čeprav specifične kemične reakcije, na katerih temelji proces pomnoževanja, niso znane, se zdi le malo pričakovati, razen neke oblike katalize. Foton, ki ga absorbira molekula občutljivega materiala (rodopsin), povzroči spremembo njegove konfiguracije. Naslednje faze procesa, med katerimi ima vzbujen rodopsin katalitični učinek na okoliški biokemični material, še niso jasne. Vendar je smiselno domnevati, da se bo katalitski dobiček zmanjšal z naraščajočo intenzivnostjo svetlobe ali številom vzbujenih molekul, saj bi to moralo zmanjšati količino kataliziranega materiala na vzbujeno molekulo. Prav tako lahko domnevamo, da je hitrost izčrpavanja kataliziranega materiala ( prilagajanje svetlobi) je velik v primerjavi s hitrostjo njegove regeneracije (temna prilagoditev). Znano je, da se svetlobna prilagoditev zgodi v delčku sekunde, medtem ko lahko prilagoditev na temo traja do 30 minut.

Vizualni hrup

Kot smo že večkrat poudarili, so naše vizualne informacije omejene na naključna nihanja v porazdelitvi vpadnih fotonov. Zato bi morala biti ta nihanja vidna. Vendar tega ne opazimo vedno, vsaj pri normalnih svetlobnih pogojih. Iz tega sledi, da se pri vsaki stopnji osvetlitve izkaže, da je dobiček točno takšen, da je fotonski šum komaj zaznaven oziroma, bolje rečeno, skoraj nerazločen. Če bi bil dobiček večji, potem to ne bi dalo Dodatne informacije, vendar bi le prispeval k povečanju hrupa. Če bi bil dobiček manjši, bi to povzročilo izgubo informacij. Podobno je treba ojačenje televizijskega sprejemnika izbrati tako, da je šum na pragu vidnosti.

Čeprav fotonskega šuma pri normalni osvetlitvi ni enostavno opaziti, je avtor na podlagi lastnih opazovanj prepričan, da pri svetlosti približno 10 -8 -10 -7 lamb, enakomerno osvetljena stena dobi enak nihajoč, zrnat videz kot televizijska slika z veliko hrupa. Poleg tega je stopnja vidnosti tega hrupa močno odvisna od stopnje navdušenja samega opazovalca. Takšna opazovanja je priročno opraviti tik pred spanjem. Če se med opazovanjem v hiši sliši zvok, ki napoveduje pojav nepričakovanega ali nezaželenega obiskovalca, se pretok adrenalina v trenutku poveča, hkrati pa se opazno poveča "vidnost" hrupa. V teh pogojih samoohranitveni mehanizmi povzročijo povečanje faktorja ojačanja vidnega procesa (natančneje amplitude signalov, ki prihajajo iz vseh čutil) na raven, ki zagotavlja popolno zaznavanje informacij, to je na raven, kjer se hrup se zlahka opazi.

Seveda so takšna opažanja subjektivna. De Vries je eden redkih, ki si je poleg avtorja te knjige upal objaviti svoja primerjalna opažanja. Vendar so številni raziskovalci avtorju zasebno povedali o podobnih rezultatih.

Očitno so zgornji vzorci hrupa posledica vpadnega fotonskega toka, saj jih v "popolnoma črnih" območjih slike ni. Le nekaj osvetljenih območij zadostuje, da se ojačanje stabilizira na ravni, zaradi katere so druga, veliko temnejša področja videti popolnoma črna.

Po drugi strani pa, če je opazovalec v popolnoma temni sobi ali ima zaprte oči, nima vizualnega občutka enotnega črnega polja. Namesto tega vidi vrsto bledih, gibljivih sivih slik, ki so bile v prejšnji literaturi pogosto omenjene pod imenom "E15ENCY;" , torej kot nekaj, kar nastane znotraj samega vizualnega sistema. Spet obstaja skušnjava racionalne interpretacije teh opazovanj, ob predpostavki, da zaradi odsotnosti prave svetlobne slike, ki bi vodila k vzpostavitvi določene vrednosti dobička, slednja doseže največjo vrednost v iskanju objektivnih vizualnih informacij. . S takšnim ojačanjem se zaznajo šumi samega sistema, ki so očitno povezani s procesi toplotnega vzbujanja v mrežnici ali nastanejo v od nje oddaljenem delu živčnega sistema STEMB1.

Zadnja pripomba se nanaša predvsem na proces povečanja vidnih občutkov, ki naj bi nastal kot posledica vnosa različnih substanc, ki povzročajo halucinacije. Zdi se zelo verjetno, da so učinki, ki jih povzročajo te snovi, posledica povečanja ojačanja močnega ojačevalnika, ki ga najdemo v sami mrežnici.

Kot smo že omenili, čustveno stanje, povezano z nekakšno napetostjo ali povečano pozornostjo opazovalca, povzroči znatno povečanje ojačanja.

Podobe

Obstoj mehanizma za nadzor ojačanja na mrežnici ponuja očitno razlago za različna opazovanja, pri katerih oseba pogleda svetel predmet in nato pogleda v nevtralno sivo steno. Hkrati pa človek v prvem trenutku še vedno vidi določeno prehodno podobo, ki nato postopoma izgine. Na primer, svetel črno-bel predmet ustvari prehodno komplementarno sliko (poslikavo) v obliki fotografskega negativa izvirnika. Svetlo rdeč predmet daje komplementarno barvo - zeleno. Vsekakor pa se v delu mrežnice, kamor pade slika svetlega predmeta, pridobitev zmanjša, tako da ko se na mrežnici prikaže enotna površina, prej svetla področja mrežnice dajejo možganom manjši signal. in slike, ki se pojavljajo na njih, so videti temnejše od okoliškega ozadja. Zelena barva naknadna slika svetlo rdečega predmeta kaže, da se ojačevalni mehanizem ne spreminja samo lokalno v različnih delih mrežnice, ampak tudi na istem območju deluje neodvisno za tri barvne kanale. V našem primeru se je dobiček za rdeči kanal takoj zmanjšal, kar je privedlo do pojava na nevtralni sivi steni slike v komplementarni barvi.

Omeniti velja, da naknadne slike niso nujno vedno negativne. Če ob pogledu na močno osvetljeno okno zaprete oči, jih nato za nekaj časa takoj odprete, kot da bi uporabljali fotografsko zaklopko, in jih nato ponovno tesno zaprete, potem bo v nekaj sekundah ali celo minutah post-slika pozitivna. (vsaj na začetku To je povsem naravno, saj je čas razpada katerega koli procesa fotovzbujanja v trdni snovi končen. Znano je, da oko kopiči svetlobo za 0,1-0,2 s, zato bi moral biti povprečni čas njegove fotovzbujanja tudi 0,1-0,2 s, za čas reda sekund pa se fotovzbujanje zmanjša na vedno nižjo raven; zaostala slika ostane vidna, saj se ojačanje še naprej povečuje, ko zapremo oči. Če med procesom opazovanja pozitivne slike malo tuje svetlobe vstopi v oko, potem se ta slika takoj spremeni v negativno iz razlogov, navedenih v prejšnjem razdelku. Ko se tuja svetloba pojavi ali izgine, se lahko premaknemo od pozitivnega Slika v negativ in obratno. Če pogledamo konec prižgane cigarete, ki se giblje v krogu v temni sobi, bo prižgani konec zaznan kot svetlobni trak končne dolžine zaradi vztrajnosti vizualne percepcije (pozitivne podobe). V tem primeru ima opazovana slika, tako kot komet, svetlo rdečo glavo in modrikast rep. Očitno imajo modre komponente cigaretne luči večjo vztrajnost kot rdeče. Podoben učinek lahko opazimo pri rdečkasti steni: ko se svetlost zmanjša na raven pod približno 10 -6 jagnjetina, dobi modro barvo. Obe vrsti opazovanj je mogoče razložiti s predpostavko, da je dobiček za modro večjo kot za rdečo; posledično se zaznavanje modre barve ohranja na nižjih stopnjah vzbujanja mrežnice kot rdeče.

Vidnost visokoenergijskega sevanja

Vizualno zaznavanje se sproži z elektronskim vzbujanjem molekul. Zato lahko domnevamo obstoj določenega energijskega praga, na splošno pa je možno, da bo visokoenergijsko sevanje povzročilo tudi elektronske prehode in bo vidno. Če je prehod, ki povzroči vizualno vzburjenje, ostra resonanca med dvema elektronskima energijskima nivojema, potem fotoni z višjo energijo tega prehoda ne bodo učinkovito vzbujali. Po drugi strani pa lahko elektroni ali visokoenergijski ioni vzbujajo prehode v širokem razponu energij in takrat bi morali biti vidni, saj na svoji poti puščajo gosta območja vzbujanja in ionizacije. V predhodno objavljenem prispevku, ki obravnava probleme vidnosti visokoenergetskega sevanja, je avtor izrazil presenečenje nad dejstvom, da doslej nihče ni poročal o neposrednih vizualnih opazovanjih kozmičnih žarkov.

Trenutno obstaja nekaj podatkov o problemu vidnosti sevanja v širokem razponu visokih energij. Prvič, že je znano, da je ultravijolična meja posledica absorpcije v roženici. Ljudje, ki so iz enega ali drugega razloga odstranili roženico ali jo zamenjali z bolj prozorno snovjo, lahko dejansko vidijo ultravijolično sevanje.

Veliko je bilo povedanega o možnosti videnja rentgenskih žarkov pri zgodnjih fazah Rentgenske študije. Publikacije na tem področju so prenehale, ko je bilo znano za škodljivi učinki rentgen... Ta zgodnja opažanja so bila kontroverzna, saj ni bilo jasno, ali je vzburjenje rentgenski žarki mrežnico neposredno ali z vzbujanjem fluorescence v steklovini. Nekateri novejši in natančni poskusi kažejo, da gre za neposredno vzbujanje mrežnice; to dokazuje predvsem zaznavanje ostrih senc neprozornih predmetov.

Možnost vizualnega opazovanja kozmičnih žarkov zdaj potrjujejo zgodbe astronavtov, da so videli trakove in bliske svetlobe, ko je bila pilotska kabina vesoljskega plovila v temi. Še vedno pa ni jasno, ali je to neposredno povezano z vzbujanjem mrežnice ali z nastajanjem rentgenskih žarkov v steklovini. Kozmični žarki ustvarijo gosto sled vzbujanja v katerem koli trdnem telesu, zato bi bilo čudno, če ne bi mogli neposredno vzbuditi mrežnice.

Vizija in evolucija

Sposobnost živih celic, da štejejo fotone ali vsaj reagirajo na vsak foton, se je pojavila zgodnjih fazah razvoj rastlinskega življenja. Kvantna učinkovitost fotosinteze za rdečo svetlobo je ocenjena na približno 30%. V procesu fotosinteze se energija fotonov neposredno uporablja v določenih kemičnih reakcijah. Ne postane močnejše. Rastlina uporablja svetlobo za prehrano, ne pa za informacijo, če so izključeni heliotropni učinki in sinhronizacija biološke ure.

Uporaba svetlobe za pridobivanje informacij pomeni, da je treba neposredno na receptorju ustvariti zelo kompleksen ojačevalnik, zahvaljujoč kateremu se zanemarljiva energija fotonov pretvori v veliko večjo energijo živčnih impulzov. SAMO na ta način je oko sposobno prenašati informacije v mišice ali možgane. Takšen ojačevalnik se je očitno pojavil v zgodnjih fazah razvoja živalskega življenja, saj številne najpreprostejše živali živijo v temi. Posledično je bila umetnost štetja fotonov obvladana že dolgo pred pojavom človeka.

Štetje fotonov je bilo seveda pomemben dosežek evolucijskega procesa. Izkazalo se je tudi za najtežji korak v razvoju vidnega sistema. Za preživetje je bilo treba zagotoviti, da se lahko zabeležijo vse razpoložljive informacije. S takšnim jamstvom se zdi prilagajanje vidnega sistema glede na specifične potrebe posamezne živali lažji in drugotnejši uspeh.

Ta prilagoditev je dobila najrazličnejše oblike. Zdi se, da jih je večina iz očitnih razlogov. Tukaj bomo navedli le nekaj primerov, da bi potrdili tesno povezavo med optičnimi parametri in življenjskimi pogoji živali.

Struktura mrežnice dnevnih ptic, kot je sokol, je nekajkrat tanjša od strukture nočnih živali, kot je lemur. Očitno je pri visokoletečem sokolu višja ločljivost vidnega sistema in s tem finejša struktura mrežnice upravičena z visoko svetlostjo osvetlitve sredi dneva. Poleg tega sokol pri iskanju poljske miške zagotovo potrebuje več podrobnosti v vizualni podobi. Po drugi strani pa se lemur s svojim nočnim načinom življenja ukvarja s takšnimi nizke ravni osvetlitev, da so njegove vizualne slike, katerih kakovost je omejena s fotonskim šumom, grobozrnate in ne zahtevajo več kot grobo zrnate strukture mrežnice. Dejansko je pri tako nizki jakosti svetlobe koristno imeti leče z veliko zaslonko (f / D) = 1,0), čeprav morajo ti objektivi neizogibno dati slabo optično kakovost slike (slika 16).

Krivulja spektralne občutljivosti človeškega očesa se dobro ujema z največjo porazdelitvijo dnevne sončne svetlobe (5500A). Ob mraku se največja občutljivost oči premakne na 5100 A, kar ustreza modrikastemu odtenku svetlobe, ki jo razprši nebo po sončnem zahodu. Pričakovali bi, da se občutljivost očesa razširi v rdeče območje, vsaj do tiste valovne dolžine, kjer začne toplotno vzbujanje mrežnice tekmovati s fotoni, ki prihajajo od zunaj. Na primer, pri absolutnem vidnem pragu 10-9 jagnjet bi se spektralna občutljivost očesa lahko razširila na približno 1,4 µm, kjer takšna konkurenca že postaja pomembna. Ostaja nejasno, zakaj je v resnici meja občutljivosti očesa pri 0,7 μm, razen če je ta omejitev povezana s pomanjkanjem ustreznega biološkega materiala.

Čas kopičenja informacij v očesu (0,2 s) se dobro ujema s časom živčne in mišične reakcije človeškega sistema kot celote. To doslednost podpira dejstvo, da so posebej oblikovane televizijske kamere s časom sprostitve 0,5 sekunde ali več očitno neprijetne in moteče za uporabo. Možno je, da je pri pticah čas kopičenja vizualnih informacij krajši zaradi njihove večje mobilnosti. Posredno potrditev tega je dejstvo, da nekateri trili ali nizi not ptic "pojejo" tako hitro, da jih človeško uho zazna kot refren.

Obstaja stroga skladnost med premerom palic in stožcev človeškega očesa in premerom uklonskega diska v trenutku, ko je odprtina zenice blizu minimalne velikosti (približno 2 mm), kar se vzpostavi pri visoki svetlobni jakosti. . Pri mnogih živalih zenice niso okrogle, ampak v obliki reže in so usmerjene navpično (na primer pri kačah, aligatorjih) ali vodoravno (na primer pri kozah, konjih). Navpična reža zagotavlja visoko ostrino slike, ki je za navpične črte omejena z aberacijami leče, za vodoravne črte pa z difrakcijskimi učinki.

Poskusi, da bi prepričljivo razložili prilagodljivost teh optičnih parametrov na življenjski slog določenih živali, so popolnoma upravičeni. ...
Žabji vidni sistem je izjemen primer prilagajanja njenemu življenjskemu slogu. Njegove nevronske povezave so zasnovane tako, da poudarjajo gibanje muh, ki so privlačne za žabe, in prezrejo tuje vizualne informacije. Tudi v človeškem vidnem sistemu opazimo nekoliko povečano občutljivost perifernega vida na utripajočo svetlobo, kar očitno lahko razlagamo kot varnostni sistem za opozarjanje na pretečo nevarnost.

Naše sklepanje bomo zaključili z nekoliko »domačo« opombo. Po eni strani smo poudarili, da se je človeško oko zaradi kvantne narave svetlobe približalo meji. Po drugi strani pa je na primer izraz "vidi kot mačka", kar pomeni, da je vizualna občutljivost domača mačka v njenih nočnih dogodivščinah daleč presega naše. Očitno je treba ti dve izjavi uskladiti in opozoriti, da če bi se ponoči odločili hoditi na vseh štirih, bi pridobili enako sposobnost krmarjenja v temi, kot jo ima mačka.

Torej se kvantna učinkovitost človeškega očesa giblje od približno 10 % pri nizki osvetlitvi do nekaj odstotkov pri visoki osvetlitvi. Celoten obseg osvetlitve, v kateri deluje naš vidni sistem, sega od 10 -10 jagnjet pri absolutnem pragu do 10 jagnjet ob močni sončni svetlobi.

Neposredno na mrežnici je biokemični ojačevalec z dobičkom, verjetno več 10 6 , ki pretvori majhno energijo vpadnih fotonov v veliko večjo energijo impulzov vidnega živca. Ojačanje tega ojačevalnika se spreminja s svetlobo in se v pogojih visoke svetlobe zmanjšuje. Te spremembe pojasnjujejo pojav prilagajanja na temo in številne učinke, povezane s pojavom podob. Vizualni sistem ljudi in živali služi kot dokaz njihove evolucije in prilagajanja zunanjim razmeram.

Članek iz knjige:.