Теоретично пляма світла від віддаленого точкового джерелапри фокусуванні на сітківці має бути нескінченно малим. Однак оскільки оптична система ока недосконала, така пляма на сітківці навіть при максимальній роздільній здатності оптичної системи нормального ока зазвичай має загальний діаметр приблизно 11 мкм. У центрі плями яскравість найвища, а до його країв яскравість поступово зменшується.
Середній діаметр колб у ямцісітківки (центральна частина сітківки, де найвища гострота зору) дорівнює приблизно 1,5 мкм, що становить 1/7 діаметра плями світла. Однак оскільки пляма світла має яскраву центральну точку та затінені краї, людина в нормі може розрізнити дві окремі точки при відстані на сітківці між їхніми центрами близько 2 мкм, що трохи більше за ширину колб центральної ямки.
Нормальна гострота зорулюдського ока для розрізнення точкових джерел світла становить приблизно 25 дугових сік. Отже, коли світлові промені від двох окремих точок досягають ока під кутом 25 сік між ними, вони зазвичай розпізнаються як дві точки замість однієї. Це означає, що людина з нормальною гостротою зору, дивлячись на два яскраві точкові джерела світла з відстані 10 м, може розрізнити ці джерела як окремі об'єкти лише в тому випадку, якщо вони знаходяться на відстані 1,5-2 мм один від одного.
При діаметрі ямкименше 500 мкм менше 2° поля зору потрапляють в область сітківки з максимальною гостротою зору. Поза областю центральної ямки гострота зору поступово слабшає, знижуючись більш ніж у 10 разів при досягненні периферії. Це відбувається тому, що в периферичних частинах сітківки в міру віддалення від центральної ямки все більше паличок і колб зв'язується з кожним волокном зорового нерва.
Клінічний метод визначення гостроти зору. Карта для тестування очей зазвичай складається з букв різних розмірів, вміщених на відстані близько 6 м (20 футів) від людини, що тестується. Якщо людина з цієї відстані добре бачить букви, які має бачити гаразд, кажуть, що його гострота зору дорівнює 1,0 (20/20), тобто. зір нормальний. Якщо людина з цієї відстані бачить лише ті літери, які в нормі мають бути видно з 60 м (200 футів), кажуть, що людина має зір 0,1 (20/200). Іншими словами, клінічний метод оцінки гостроти зору використовує математичну частку, що відображає відношення двох відстаней, або ставлення гостроти зору даної людини до нормальної гостроти зору.
Існують три головні способи, за допомогою яких людина зазвичай визначає відстань до об'єкта: (1) розміри зображень відомих об'єктів на сітківці; (2) феномен паралаксу переміщення; (3) явище стереопсису. Здатність визначати відстань називають сприйняттям глибини.
Визначення відстані за розміромзображень відомих об'єктів на сітківці ока. Якщо відомо, що зростання людини, яку ви бачите, дорівнює 180 см, визначити, як далеко від вас людина, можна просто за розміром її зображення на сітківці. Це не означає, що кожен з нас свідомо думає про розмір сітківки, але мозок навчається автоматично обчислювати відстані до об'єктів за розмірами зображень, коли дані відомі.
Визначення відстані по паралакс переміщення. Іншим важливим способом визначення відстані від ока до об'єкта є ступінь зміни паралаксу переміщення. Якщо людина дивиться в далечінь абсолютно нерухомо, ніякого паралаксу немає. Однак при зміщенні голови в один або інший бік зображення близько розташованих об'єктів швидко рухаються сітківкою, тоді як образи віддалених об'єктів залишаються майже нерухомими. Наприклад, при зміщенні голови у бік на 2,54 см зображення об'єкта, розташованого на цій відстані від очей, рухається практично через усю сітківку, тоді як зсув зображення об'єкта, віддаленого від очей на 60 м, не відчувається. Таким чином, при використанні механізму паралакса, що змінюється, можна визначати відносні відстані до різних об'єктів навіть одним оком.
Визначення відстані за допомогою стереопсису. Бінокулярний зір. Іншою причиною відчуття паралаксу є бінокулярний зір. Оскільки очі зрушені відносно один одного трохи більше 5 см, зображення на сітківках очей відрізняються один від одного. Наприклад, об'єкт, що знаходиться перед носом на відстані 2,54 см, формує зображення на лівій стороні сітківки лівого ока і на правій стороні сітківки правого ока, тоді як зображення невеликого об'єкта, розташованого перед носом і віддаленого від нього на 6 м, формуються тісно кореспондують точках у центрах обох сітківок. Зображення червоної плями та жовтого квадрата проектуються у протилежних ділянках двох сітківок у зв'язку з тим, що об'єкти знаходяться на різній відстані перед очима.
Такий тип паралаксубуває завжди при зір двома очима. Саме бінокулярний паралак (або стереопсис) практично повністю відповідає за набагато більш високу здатність до оцінки відстані до близько розташованих об'єктів для людини з двома очима в порівнянні з людиною, яка має тільки одне око. Однак стереопсис фактично не є корисним для сприйняття глибини на відстанях за межами 15-60 м.
Поверхня Землі згинається і зникає з поля видимості з відривом 5 кілометрів. Але гострота нашого зору дозволяє бачити далеко за обрій. Якби була плоскою, або якби ви стояли на вершині гори і дивилися на набагато більшу ділянку планети, ніж зазвичай, ви змогли б побачити яскраві вогні на відстані сотень кілометрів. У темну ніч вам удалося б навіть побачити полум'я свічки, що знаходиться за 48 кілометрів від вас.
Наскільки далеко може бачити людське око залежить від того, скільки частинок світла, або фотонів, випромінює віддалений об'єкт. Найдальшим об'єктом, видимим неозброєним оком, є Туманність Андромеди, розташована на величезній відстані 2,6 мільйона світлових років від Землі. Один трильйон зірок цієї галактики випускає загалом достатньо світла для того, щоб кілька тисяч фотонів щосекунди стикалися з кожним квадратним сантиметром земної поверхні. У темну ніч цієї кількості достатньо для активізації сітківки ока.
У 1941 році фахівець з питань зору Селіг Гехт зі своїми колегами з Колумбійського університету зробив те, що досі вважається надійним засобом вимірювання абсолютного порога зору – мінімальної кількості фотонів, які мають потрапити до сітківки, щоб спричинити усвідомлення візуального сприйняття. Експеримент встановлював поріг в ідеальних умовах: очам учасників давали час, щоб повністю звикнути до абсолютної темряви, синьо-зелений спалах світла, що діє як подразник, мав довжину хвилі 510 нанометрів (до якої очі найбільш чутливі), і світло було спрямоване на периферичний край сітківки , заповнений клітинами, що розпізнають світло, паличками.
За даними вчених, для того, щоб учасники експерименту змогли розпізнати такий спалах світла більш ніж у половині випадків, у очні яблука мало потрапити від 54 до 148 фотонів. На підставі вимірювань ретинальної абсорбції вчені підрахували, що в середньому 10 фотонів насправді всмоктуються паличками сітківки людини. Таким чином, абсорбція 5-14 фотонів або відповідно активація 5-14 паличок вказує мозку, що ви щось бачите.
«Це справді дуже мала кількість хімічних реакцій», - зазначили Гехт та його колеги у статті про цей експеримент.
Зважаючи на абсолютний поріг, яскравість полум'я свічки і розрахункову відстань, на якій об'єкт, що світиться, тьмяніє, вчені дійшли висновку, що людина може розрізнити слабке мерехтіння полум'я свічки на відстані 48 кілометрів.
Але на якій відстані ми можемо розпізнати, що об'єкт є чимось більшим, ніж просто мерехтіння світла? Щоб об'єкт здавався просторово протяжним, а не точковим, світло від нього має активувати не менше двох суміжних колб сітківки – клітин, що відповідають за кольоровий зір. В ідеальних умовах об'єкт повинен лежати під кутом щонайменше 1 аркмінута, або одна шоста градуса, щоб порушити суміжні колбочки. Ця кутова міра залишається однією і тією самою незалежно від того, близько чи далеко знаходиться об'єкт (віддалений об'єкт повинен бути набагато більшим, щоб перебувати під тим самим кутом, що й ближній). Повна лежить під кутом 30 аркминут, тоді як Венера ледь помітна як протяжний об'єкт під кутом близько 1 акрминут.
Об'єкти завбільшки з людини помітні як протяжні лише близько 3 кілометрів. Порівняно на такій відстані ми змогли б чітко розрізнити дві фари автомобіля.
Зір є каналом, з якого людина отримує приблизно 70% всіх даних про світ, що його оточує. І можливо це тільки з тієї причини, що саме зір людини є однією з найскладніших і уражаючих зорових систем на нашій планеті. Якби не було зору, всі ми, швидше за все, просто жили б у темряві.
Людське око має досконалу будову і забезпечує зір не тільки в кольорі, але також у трьох вимірах і з високою різкістю. Він має здатність моментально змінювати фокус на різні відстані, здійснювати регуляцію об'єму світла, розрізняти між собою величезну кількість кольорів і ще більшу кількість відтінків, виробляти корекцію сферичних і хроматичних аберацій і т.д. З мозком очей пов'язують шість рівнів сітківки, у яких перед тим, як інформація буде відправлена в мозок, дані проходять через етап компресії.
Але як же влаштований наш з вами зір? Як шляхом посилення кольору, відбитого від предметів, ми трансформуємо їх у зображення? Якщо подумати про це серйозно, можна дійти невтішного висновку, що пристрій зорової системи людини до найдрібніших подробиць «продумано» що створила його Природою. Якщо ж ви вважаєте за краще вірити в те, що за створення людини відповідальний Творець або якась Вища Сила, то цю заслугу можете приписати їм. Але давайте не розбиратимемося в , а продовжимо розмову про пристрій зору.
Величезна кількість деталей
Будова ока і його фізіологію можна безперечно назвати дійсно ідеальними. Подумайте самі: обидва очі знаходяться в кісткових западинах черепа, які захищають їх від усіляких пошкоджень, проте виступають вони саме так, щоб забезпечувався максимально широкий горизонтальний огляд.
Відстань, на якій очі знаходяться один від одного, забезпечує просторову глибину. А самі очні яблука, як відомо, мають кулясту форму, завдяки чому здатні обертатися в чотирьох напрямках: вліво, вправо, вгору і вниз. Але кожен з нас сприймає все це, як само собою зрозуміле - мало кому спадає на думку уявити, що було б, якби наші очі були квадратними або трикутними або їхній рух був би хаотичним - це зробило б зір обмеженим, сумбурним і малоефективним.
Отже, пристрій ока гранично складно, але саме це і уможливлює роботу приблизно чотирьох десятків його різних складових. І навіть якби не було хоч одного з цих елементів, процес зору перестав здійснюватися так, як йому слід здійснюватися.
Щоб переконатися в тому, наскільки складно влаштоване око, пропонуємо вам звернути свою увагу на малюнок нижче.
Давайте ж поговоримо у тому, як реалізується практично процес зорового сприйняття, які елементи зорової системи у цьому беруть участь, і що кожен їх відповідає.
Проходження світла
У міру наближення світла до ока світлові промені зіштовхуються з рогівкою (інакше її називають роговою оболонкою). Прозорість рогівки дозволяє світлу проходити крізь неї у внутрішню поверхню ока. Прозорість, до речі, є найважливішою характеристикою рогівки, і прозорою вона залишається через те, що особливий протеїн, який міститься в ній, стримує розвиток кровоносних судин - процес, що відбувається практично в кожній з тканин людського тіла. У тому разі якби рогівка не була прозорою, інші компоненти зорової системи не мали б ніякого значення.
Крім іншого, рогівка не дає потрапляти у внутрішні порожнини ока сміття, пилу та будь-яким хімічним елементам. А кривизна рогової оболонки дозволяє їй заломлювати світло та допомагати кришталику фокусувати світлові промені на сітківці.
Після того, як світло пройшло крізь рогівку, воно проходить через маленький отвір, розташований посередині райдужної околиці. Райдужка ж є круглою діафрагмою, яка знаходиться перед кришталиком відразу за рогівкою. Райдужка також є тим елементом, який надає оку колір, а колір залежить від переважає пігменту в райдужці. Центральний отвір у райдужній оболонці - це і є знайома кожному з нас зіниця. Розмір цього отвору має можливість змінюватися, щоб контролювати кількість світла, що надходить в око.
Розмір зіниці зміняться безпосередньо райдужкою, а зумовлено це її унікальною будовою, адже вона складається з двох різних видів м'язових тканин (навіть тут є м'язи!). Перший м'яз є круговою стискаючою - вона розташовується в райдужці колоподібно. Коли світло яскраве, відбувається її скорочення, внаслідок чого зіниця скорочується, як би втягуючись м'язом усередину. Другий м'яз є розширюючим - він розташований радіально, тобто. по радіусу райдужної оболонки, що можна порівняти зі спицями в колесі. При темному освітленні відбувається скорочення цього другого м'яза, і райдужка розкриває зіницю.
Багато хто досі відчуває деякі труднощі, коли намагаються пояснити, яким все-таки відбувається формування вищезгаданих елементів зорової системи людини, адже у будь-якій іншій проміжній формі, тобто. на якомусь еволюційному етапі працювати вони просто не змогли б, але людина бачить із самого початку свого існування. Загадка…
Фокусування
Минаючи названі вище етапи, світло починає проходити через кришталик, що знаходиться за райдужкою. Кришталик є оптичним елементом, що має форму опуклої довгастої кулі. Кришталик абсолютно гладенький і прозорий, у ньому немає кровоносних судин, а він розташований в еластичному мішечку.
Проходячи крізь кришталик, світло заломлюється, після чого відбувається його фокусування на ямці сітківки - найчутливішому місці, що містить максимальну кількість фоторецепторів.
Важливо зауважити, що унікальна будова та склад забезпечують рогівці та кришталику велику силу заломлення, що гарантує коротку фокусну відстань. І як же дивно, що така складна система вміщується всього в одному очному яблуку (подумайте тільки, як би могла виглядати людина, якби для фокусування світлових променів, що йдуть від предметів, був би потрібний, наприклад, метр!).
Не менш цікаво й те, що спільна заломлююча сила цих двох елементів (рогівки та кришталика) знаходиться у прекрасному співвідношенні з очним яблуком, а це можна сміливо назвати ще одним доказом того, що зорова система створена просто неперевершено, т.к. процес фокусування занадто складний, щоб говорити про нього, як щось, що сталося лише завдяки покроковим мутаціям - еволюційним стадіям.
Якщо ж мова йде про предмети розташовані близько до ока (як правило, близьким вважається відстань менше 6 метрів), то тут все ще цікавіше, адже в цій ситуації заломлення світлових променів виявляється ще сильнішим. Забезпечується це збільшенням кривизни кришталика. Кришталик з'єднаний за допомогою циліарних пасків з війним м'язом, який, скорочуючись, дає кришталику можливість приймати більш опуклу форму, тим самим збільшуючи свою заломлюючу силу.
І тут знову не можна не згадати про найскладнішу будову кришталика: становлять його безліч ниток, які складаються зі з'єднаних один з одним клітин, а тонкі пояски пов'язують його з циліарним тілом. Фокусування здійснюється під контролем головного мозку дуже швидко і на повному «автоматі» — здійснити такий процес усвідомлено для людини неможливо.
Значення «фотоплівки»
Результатом фокусування стає зосередження зображення на сітківці, що є багатошаровою тканиною, чутливою до світла, що покриває задню частину очного яблука. У сітківці міститься приблизно 137 000 000 фоторецепторів (порівняння можна навести сучасні цифрові фотоапарати, у яких подібних сенсорних елементів трохи більше 10 000 000). Така величезна кількість фоторецепторів обумовлена тим, що вони розташовані вкрай щільно - приблизно 400 000 на 1 мм².
Тут не буде зайвим навести слова фахівця з мікробіології Алана Л. Гіллена, який говорить у своїй книзі «Тіло за задумом» про сітківку ока, як про шедевр інженерного проектування. Він вважає, що сітківка є найдивовижнішим елементом ока, який можна порівняти з фотоплівкою. Світлочутлива сітківка, розташована на задній стороні очного яблука, набагато тонша за целофан (її товщина становить не більше 0,2 мм) і набагато чутливіша, ніж будь-яка, створена людиною фотоплівка. Клітини цього унікального шару здатні обробляти до 10 мільярдів фотонів, тоді як найчутливіший фотоапарат здатний обробити лише кілька тисяч. Але ще дивніше те, що людське око може вловлювати одиниці фотонів навіть у темряві.
Усього сітківку становлять 10 шарів фоторецепторних клітин, 6 шарів з яких є шарами світлочутливих клітин. 2 види фоторецепторів мають особливу форму, внаслідок чого їх називають колбочками та паличками. Палички вкрай сприйнятливі до світла та забезпечують оку чорно-біле сприйняття та нічний зір. Колбочки, у свою чергу, не такі сприйнятливі до світла, але здатні розрізняти кольори - оптимальна робота колб відзначається в денний час доби.
Завдяки роботі фоторецепторів світлові промені трансформуються в комплекси електричних імпульсів і посилаються в мозок на неймовірно великій швидкості, а ці імпульси за частки секунд долають понад мільйон нервових волокон.
Зв'язок фоторецепторних клітин у сітківці дуже складний. Колбочки та палички ніяк безпосередньо з мозком не пов'язані. Отримавши сигнал, вони переадресовують його біполярним клітинам, а ті перенаправляють вже оброблені собою сигнали гангліозним клітинам, понад мільйон аксонів (нейритів, якими передаються нервові імпульси) яких становлять єдиний зоровий нерв, яким дані і надходять у мозок.
Два шари проміжних нейронів, до того, як зорові дані будуть відправлені в мозок, сприяють паралельній обробці цієї інформації шістьма рівнями сприйняття, що знаходяться в сітківці ока. Необхідно це для того, щоб зображення розпізнавались якнайшвидше.
Сприйняття мозку
Після того як оброблена зорова інформація надходить у мозок, він починає її сортування, обробку та аналіз, а також формує цільне зображення з окремих даних. Звичайно ж, про роботу людського мозку ще багато чого невідомо, проте навіть того, що науковий світ може надати сьогодні, цілком достатньо, щоб здивуватися.
За допомогою двох очей формуються дві «картинки» світу, що оточує людину – по одній на кожну сітківку. Обидві «картинки» передаються в мозок, і насправді людина бачить два зображення одночасно. Але як?
А ось у чому: точка сітківки одного ока точно відповідає точці сітківки іншого, а це говорить про те, щоб обидва зображення, потрапляючи в мозок, можуть накладатися один на одного і поєднуватися разом для отримання єдиного зображення. Інформація, отримана фоторецепторами кожного з очей, сходить у зоровій корі головного мозку, де і з'являється єдине зображення.
Через те, що у двох очей може бути різна проекція, можуть спостерігатися й деякі невідповідності, проте мозок зіставляє та з'єднує зображення таким чином, що людина ніяких невідповідностей не відчуває. Мало того – ці невідповідності можуть бути використані з метою одержання почуття просторової глибини.
Як відомо, через заломлення світла зорові образи, що надходять у мозок, спочатку є дуже маленькими і перевернутими, проте «на виході» ми отримуємо зображення, яке звикли бачити.
Крім цього, у сітківці зображення ділиться мозком надвоє по вертикалі - через лінію, яка проходить через ямку сітківки. Ліві частини зображень, отриманих обома очима, перенаправляються в , а праві частини - в ліве. Так, кожна з півкуль людини, що дивиться, отримує дані тільки від однієї частини того, що вона бачить. І знову - «на виході» ми отримуємо цільне зображення без будь-яких слідів з'єднання.
Розподіл зображень та вкрай складні оптичні шляхи роблять так, що мозок бачить окремо кожною зі своїх півкуль з використанням кожного з очей. Це дозволяє прискорити обробку потоку інформації, що входить, а також забезпечує зір одним оком, якщо раптом людина з якоїсь причини перестає бачити іншим.
Можна зробити висновок, що мозок у процесі обробки зорової інформації прибирає «сліпі» плями, спотворення через мікрорух очей, моргань, кута зору тощо, пропонуючи своєму господареві адекватне цілісне зображення спостережуваного.
Ще одним із важливих елементів зорової системи є . Принижувати значення цього питання неможливо, т.к. щоб взагалі мати можливість використовувати зір належним чином, ми повинні вміти повертати очі, піднімати їх, опускати, коротше кажучи - рухати очима.
Усього можна виділити 6 зовнішніх м'язів, які з'єднуються із зовнішньою поверхнею очного яблука. До цих м'язів відносяться 4 прямі (нижня, верхня, бічна та середня) та 2 косі (нижня та верхня).
У той момент, коли який-небудь з м'язів скорочується, м'яз, що є для неї протилежною, розслабляється - це забезпечує рівний рух очей (інакше всі рухи очима здійснювалися б ривками).
При повороті двох очей автоматично змінюється рух усіх 12 м'язів (по 6 м'язів на кожне око). І примітно те, що цей процес є безперервним і дуже добре скоординованим.
За словами знаменитого офтальмолога Пітера Джені, контроль і координація зв'язку органів і тканин з центральною нервовою системою за допомогою нервів (це називається іннервацією) всіх 12 м'язів очей є одним з дуже складних процесів, що відбуваються в мозку. Якщо ж додати до цього точність перенаправлення погляду, плавність і рівність рухів, швидкість, з якою може обертатися око (а вона становить у сумі до 700° в секунду), і з'єднати все це, ми отримаємо феноменальну в частині виконання рухливу очну систему. А те, що людина має два очі, робить її ще складнішою - при синхронному русі очей необхідна однакова м'язова іннервація.
М'язи, які обертають очі, відмінні від м'язів скелета, т.к. їх становить безліч різноманітних волокон, а контролюються вони ще більшим числом нейронів, інакше точність рухів стала б неможливою. Ці м'язи можна назвати унікальними ще й тому, що вони здатні швидко скорочуватися і практично не втомлюються.
Враховуючи те, що око - це один з найважливіших органів людського організму, він потребує безперервного догляду. Саме для цього якраз і передбачена, якщо так можна назвати, «інтегрована система очищення», яка складається з брів, повік, вій та слізних залоз.
За допомогою слізних залоз регулярно проводиться липка рідина, що з повільною швидкістю рухається вниз по зовнішній поверхні очного яблука. Ця рідина змиває різне сміття (пил і т.п.) з рогівки, після чого входить у внутрішній слізний канал і потім стікає носовим каналом, виводячи з організму.
У сльозах міститься дуже сильна антибактеріальна речовина, що знищує віруси та бактерії. Повіки виконують функцію склоочисників - вони очищають і зволожують очі завдяки мимовільному морганню з інтервалом в 10-15 секунд. Разом із століттями працюють ще й вії, запобігаючи попаданню в око будь-якої сміття, бруду, мікробів тощо.
Якби повіки не виконували свою функцію, очі людини поступово засохли б і вкрилися рубцями. Якби не було слізної протоки, очі постійно заливалися сльозовою рідиною. Якби людина не моргала, у його очі потрапляло б сміття, і вона могла б навіть засліпнути. Вся «очисна система» повинна включати роботу всіх елементів без винятку, в іншому випадку вона просто перестала б функціонувати.
Очі як показник стану
Очі людини здатні передавати чимало інформації у процесі його взаємодії з іншими людьми та навколишнім світом. Очі можуть випромінювати любов, горіти від гніву, відбивати радість, страх чи занепокоєння, або втому. Очі показують, куди дивиться людина, зацікавлена вона в чомусь чи ні.
Наприклад, коли люди закочують очі, розмовляючи з кимось, це можна розцінювати зовсім інакше, ніж звичайний погляд, спрямований нагору. Великі очі у дітей викликають у оточуючих захоплення та розчулення. А стан зіниць відображає стан свідомості, в якому в даний момент часу знаходиться людина. Очі – це показник життя та смерті, якщо вже говорити у глобальному розумінні. Напевно, саме з цієї причини їх називають дзеркалом душі.
Замість ув'язнення
У цьому уроці ми з вами розглянули пристрій зорової системи людини. Звичайно, ми пропустили чимало деталей (сама по собі ця тема дуже об'ємна і вмістити її в рамки одного уроку проблематично), але все ж таки постаралися донести матеріал так, щоб ви мали чітке уявлення про те, ЯК бачить людина.
Ви не могли не помітити, що як складність, так і можливості ока дозволяють цьому органу багаторазово перевершувати навіть найсучасніші технології та наукові розробки. Око є наочною демонстрацією складності інженерії у величезній кількості нюансів.
Але знати про пристрій зору - це, звичайно ж, добре і корисно, проте найважливіше знати, як зір можна відновлювати. Справа в тому, що і спосіб життя людини, і умови, в яких вона живе, і деякі інші фактори (стреси, генетика, шкідливі звички, захворювання та багато іншого) - все це нерідко сприяє тому, що з роками зір може погіршуватись. .е. зорова система починає давати збої.
Але погіршення зору в більшості випадків не є незворотним процесом - знаючи певні методики, цей процес можна повернути назад, і зробити зір, якщо вже і не таким, як у немовля (хоча іноді можливо і це), то хорошим настільки, наскільки взагалі це можливо для кожної окремо взятої людини. Тому наступний урок нашого курсу розвитку зору буде присвячений методам відновлення зору.
Гляньте в корінь!
Перевірте свої знання
Якщо ви хочете перевірити свої знання на тему даного уроку, можете пройти невеликий тест, що складається з кількох питань. У кожному питанні правильним може бути лише один варіант. Після вибору одного з варіантів, система автоматично переходить до наступного питання. На бали, які ви отримуєте, впливає правильність ваших відповідей і витрачений на проходження час. Зверніть увагу, що питання щоразу різні, а варіанти перемішуються.
ІІ. УМОВИ І СПОСОБИ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ДАЛЕКИХ ПРЕДМЕТІВ
Кругозір місця спостереження
Оглядати далеко розташовану місцевість можна не з кожного пункту. Дуже часто навколишні предмети (будинки, дерева, пагорби) заступають собою горизонт.
Частину території, яку можна переглядати з якогось місця, прийнято називати кругозором цього пункту. Якщо близькі предмети загороджують обрій і тому вдалину дивитися не можна, то кажуть, що кругозір дуже малий. У деяких випадках, як, наприклад, у лісі, у густому чагарнику, серед тісно розташованих споруд, кругозір може обмежуватися кількома десятками метрів.
Для спостереження за супротивником найчастіше потрібно дивитися в далечінь, і тому для спостережних пунктів (НП) намагаються вибирати пункти з гарним, широким кругозором.
Щоб навколишні предмети не заважали бачити, потрібно розташуватися вище за них. Тому відкритим світоглядом найчастіше відрізняються позиції, розташовані досить високо. Якщо якийсь пункт знаходиться вище за інших, то кажуть, що він "командує" над ними. Таким чином, хороший кругозір на всі боки може бути досягнутий тоді, коли пункт спостереження знаходиться в точці, яка командує над навколишньою місцевістю (рис. 3).
Вершини гір, пагорбів та інших височин є пунктами, з яких зазвичай відкривається широкий вид на навколишню низовину. На рівнині, де територія пласка, найкращий світогляд виходить при підйомі на штучні споруди та споруди. З даху високого будинку, з вежі заводу, із дзвіниці майже завжди можна оглядати дуже далекі частини ландшафту. Якщо немає відповідних будівель, то іноді споруджують спеціальні спостережні вежі.
Ще в глибоку старовину на вершинах пагорбів і крутих урвищах споруджували спеціальні дозорні вежі і з них стежили за околицею, щоб завчасно помітити наближення ворожого війська і не бути зненацька захопленими. Почасти з цією метою споруджувалися вежі у старовинних фортецях і замках. У Стародавній Русі дозорними вежами служили дзвіниці церков, у Середній Азії - мінарети мечетей.
Нині спеціальні вишки для спостереження дуже поширені. Часто серед лісів і полів нашої країни трапляються зроблені з колод вишки, або "маяки". Це або геодезичні "сигнали", з яких ведуть спостереження при зйомці місцевості, або пости пожежної лісової охорони, з яких у посуху стежать за лісом і помічають лісові пожежі, що виникають.
Висота будь-яких наземних споруд, звісно, обмежена. Щоб піднятися над землею ще вищим і цим ще більше розширити свій кругозір, користуються літальними засобами. Вже роки першої світової війни для спостереження широко застосовували прив'язні змійкові аеростати (так звані "ковбаси"). У кошику аеростату сидів спостерігач, який міг підніматися на висоту 1000 м і більше годинами залишатися в повітрі і стежити за великою територією. Але аеростат дуже вразлива мета для противника: його легко збити як із землі, і з повітря. Тому найкращим засобом для розвідки слід вважати літак. Здатний підніматися на велику висоту, рухатися з великою швидкістю над територією противника, уникати переслідування та активно відбивати напад ворожих повітряних сил, він дозволяє не тільки вести спостереження над своєю територією, а й проводити під час війни глибоку розвідку в тилу ворога. При цьому візуальне спостереження часто доповнюється фотографуванням місцевості, що вивчається, так званою аерофотозйомкою.
Дальність відкриття
Нехай спостерігач знаходиться на абсолютно відкритому та рівному місці, наприклад, на березі моря або в степу. Поблизу ніяких великих предметів немає, обрій нічим не загороджений. Який простір зможе спостерігати у цьому випадку? Де і чим буде обмежений його світогляд?
Кожному відомо, що в цьому випадку межею кругозору буде лінія обрію, тобто та риса, на якій небо начебто сходиться із землею.
Що ж є цей горизонт? Тут слід згадати уроки географії. Земля кругла, і тому її поверхня скрізь опукла. Ось ця кривизна, ця опуклість Землі і обмежує кругозір на відкритому місці.
Нехай спостерігач стоїть у точці Н (рис. 4). Проведемо лінію НГ, яка стосується кулястої поверхні землі в точці Г. Очевидно, що та частина землі, яка до спостерігача ближче, ніж Г, буде видно; що ж до земної поверхні, що лежить далі Р, наприклад, точка, то її видно не буде: її загородить опуклість землі між Я і В. Проведемо коло через точку Г з центром біля підніжжя спостерігача. По цьому колу для спостерігача лежить його видимий горизонт, тобто кордон землі та неба. Зауважте, що від спостерігача цей горизонт видно не на перпендикулярі до схилу, а кілька донизу.
З креслення легко зрозуміти, що чим вище піднімається спостерігач над поверхнею землі, тим далі від нього відсунеться точка торкання Г і, отже, тим ширшим буде його кругозір. Наприклад, якщо спостерігач спуститься з верхівки вежі Н на нижній майданчик, то він зможе бачити землю тільки до точки, яка набагато ближча за точку Г.
Значить, навіть тоді, коли ніщо не затуляє горизонту, підйом догори розширює кругозір і дозволяє бачити далі. Отже, й у відкритих місцях вигідно вибирати для пункту спостереження можливо вищу точку. Математичне вивчення питання показує 1: у тому, щоб горизонт розширився вдвічі, треба піднятися на висоту в 2х2=4 разу більшу; щоб розширити обрій втричі, в 3х3=9 разів більшу і т. д. Інакше кажучи, щоб обрій відсунувся в N разів далі, треба піднятися в N 2 рази вище.
У таблиці 1 надається відстань видимого горизонту від пункту спостереження при підйомах спостерігача різні висоти. Наведені тут цифри - це межа, до якої можна оглядати поверхню землі. Якщо ж йдеться про спостереження високого предмета, як, наприклад, щогли корабля, зображеної на рис. 4, то вона буде видно значно далі, оскільки її верхівка видаватиметься над лінією видимого горизонту.
Відстань, починаючи з якої якийсь предмет, наприклад, гора, вежа, маяк, корабель, стає видимою через горизонт, називається дальністю відкриття. (Іноді його називають також "дальністю видимості", але це незручно і може повести до плутанини, так як дальністю видимості прийнято називати відстань, на якій предмет стає видимим у тумані.) Це та межа, далі якої побачити цей предмет з даного пункту не можна ні при яких умовах.
Дальність відкриття має велике практичне значення, особливо у морі. Її легко розраховувати, користуючись таблицею дальності горизонту. Справа в тому, що дальність відкриття дорівнює дальності горизонту для пункту спостереження плюс дальність відкриття для верхівки предмета, що спостерігається.
Наведемо приклад такого розрахунку. Спостерігач стоїть на прибережному обриві на висоті 100 м над рівнем моря і очікує появи через горизонт корабля, щогли мають висоту 15 м. На яку відстань має підійти корабель, щоб спостерігач міг його помітити? По таблиці дальність горизонту для пункту спостереження буде 38 км, а щогли корабля - 15 км. Дальність відкриття дорівнює сумі цих чисел: 38+15=53. Значить, щогла корабля з'явиться на горизонті, коли корабель підійде до пункту спостереження на 53 км.
Здаються розміри предметів
Якщо потроху віддалятися від якогось предмета, то видимість його поступово погіршуватиметься, різні деталі будуть пропадати одна за одною, і розглядати об'єкт буде все важче і важче. Якщо предмет малий, то певній відстані його зовсім не можна буде розрізнити, навіть у тому випадку, якщо його ніщо не загороджує і повітря зовсім прозоре.
Наприклад, з відстані 2 м можна розглянути найменші зморшки на обличчі людини, яких з відстані 10 м вже не видно. На відстані 50-100 м людини не завжди можна дізнатися, при видаленні на 1000 м важко визначити її стать, вік та форму одягу; з відстані 5 км його взагалі не побачиш. Розглядати предмет здалеку важко внаслідок того, що чим далі предмет, тим менші його видимі розміри, що здаються.
Проведемо з ока спостерігача дві прямі лінії до країв предмета (рис. 5). Складений ними кут називається кутовим діаметром предмета. Його виражають у звичайних для кута заходах - градусах (°), хвилинах (") або секундах (") та їх десятих.
Чим далі предмет, тим менше його кутовий діаметр. Для того, щоб знайти кутовий діаметр предмета, виражений у градусах, треба взяти його дійсний, або лінійний, діаметр і розділити на відстань, виражену в тих же заходах довжини, а те, що вийде, помножити на число 57,3. Таким чином:
Щоб отримати кутовий розмір у хвилинах, треба замість 57,3 взяти множник 3438, а якщо треба отримати секунди, то – 206265.
Наведемо приклад. Солдат має зріст 162 см. Під яким кутом буде видно його фігуру з відстані 2 км? Помічаючи, що 2 км становлять -200000 см, обчислюємо:
У таблиці 2 даються кутові розміри предмета в залежності від його лінійних розмірів та відстані.
Гострота зору
Здатність бачити далекі предмети в різних людей однакова. Один чудово бачить найдрібніші деталі віддаленої частини ландшафту, інший погано розрізняє подробиці навіть порівняно близько розташованих предметів.
Здатність зору розрізняти тонкі, дрібні за кутовими розмірами деталі називається гостротою зору, або роздільною здатністю. Для людей, яким за родом своєї діяльності доводиться стежити за віддаленими частинами ландшафту, наприклад для льотчиків, моряків, водіїв, паровозних машиністів, гострий зір необхідний. На війні воно є найціннішою якістю кожного солдата. Людина з поганим зором не може добре цілитися, вести спостереження за віддаленим супротивником, він поганий у розвідці.
Як виміряти гостроту зору? Для цього розроблено дуже точні прийоми.
Намалюємо на білому картоні два чорні квадрати з вузьким білим проміжком між ними і добре висвітлимо цей картон. Поблизу видно і квадрати і цей проміжок. Якщо почати поступово відходити від малюнка, то кут, під яким видно проміжок між квадратами, зменшуватиметься, і розрізняти малюнок буде важче й важче. При достатньому видаленні біла смуга між чорними квадратами зовсім зникне, і спостерігач замість двох окремих квадратів побачить одну чорну крапку білому тлі. Людина з гострим зором може помітити два квадрати з більшої відстані, ніж той, хто має зір менш гострий. Тому кутова ширина проміжку, починаючи з якої квадрати видно окремо, може бути мірою гостроти.
Знайдено, що з людини з нормальним зором; найменша ширина проміжку, при якій два чорні зображення видно окремо, становить 1". Гострота такого зору приймається за одиницю. Якщо вдається побачити як роздільні зображення при проміжку між ними в 0",5, то гострота буде 2; якщо ж об'єкти поділяються лише при ширині проміжку в 2", то гострота буде 1/2 і т. д. Таким чином, для того, щоб виміряти гостроту зору, треба знайти найменшу кутову ширину проміжку, при якій два зображення видно як роздільні, і на неї розділити одиницю:
Для випробування гостроти зору застосовують малюнки різного контуру. Читач, мабуть, знає таблиці з літерами різної величини, якими перевіряють зір лікарі-очники (окулісти). На такій таблиці нормальне око з гостротою, що дорівнює одиниці, розбирає літери, товщина чорних ліній яких дорівнює 1". Більш гостре око може розбирати літери і дрібніше, менш гостре - лише ті літери, які більші. Різні літери мають неоднакові обриси, і тому деякі з них розбирати легше, а інші важче: цей недолік усувається, якщо користуватися спеціальними "пробами", де спостерігачеві показують однакові фігури, повернені по-різному.
Мал. 6. Зразки фігур для випробування гостроти зору.
Зліва – дві чорні смуги, спостерігається зникнення білого проміжку між ними. Посередині - кільце з розривом, напрямок цього розриву повинен вказати випробуваний. Справа - у вигляді букви Е, поворот якої вказує спостерігач.
Короткозорість і далекозорість
За своїм пристроєм очей дуже схожий на фотографічний апарат. Він також є камерою, щоправда, круглої форми, дні якої виходить зображення спостережуваних предметів (рис. 7). Зсередини очне яблуко вистелене особливою тонкою плівкою, або шкіркою, що називається сітчастою оболонкою, або ретиною. Вона вся усіяна величезною кількістю дуже дрібних тілець, кожне з яких з'єднане тонкою ниткою нерва з центральним зоровим нервом і далі з мозком. Одні з цих тілець короткі і називаються колбочками, інші ж, довгасті, називаються паличками. Колбочки і палички є органом нашого тіла, що сприймає світло; в них під дією променів виходить особливе роздратування, яке по нервах, як по проводах, передається в мозок і сприймається свідомістю як відчуття світла.
Світлова картина, яка сприймається нашим зором, складається з безлічі окремих точок - подразнень колб і паличок. В цьому око теж схоже на фотографію: там зображення на знімку теж складається з безлічі найдрібніших чорних крапок - зерен срібла.
Роль об'єктива для ока грає драглиста рідина, що наповнює очне яблуко, прозоре тіло, розташоване безпосередньо за зіницею і зване кришталиком. За своєю формою кришталик нагадує двоопукло скло, або лінзу, але від скла відрізняється тим, що складається з м'якої та пружної речовини, що віддалено нагадує холодець.
Для того, щоб отримати хороший, виразний знімок, фотографічний апарат треба спочатку "навести на фокус". Для цього задню рамку, яка несе фотографічну пластинку, пересувають туди-сюди, поки не знайдуть таку відстань від об'єктива, на якому зображення на матовому склі, вставленому в рамку, буде найбільш виразним. Око не може розсуватися і зрушуватися, тому задня стінка очного яблука не може наближатися або віддалятися від кришталика. Тим часом, для розгляду далеких та близьких предметів фокусування має бути різним. В оці досягається зміною форми кришталика. Він укладений у особливий кільцевий м'яз. Коли ми розглядаємо близькі предмети, то цей м'яз стискається і натискає на кришталик, який від цього випинається, стає більш опуклим, і тому фокус його стає коротшим. Коли погляд перекладається далекі предмети, то м'яз послаблюється, кришталик розтягується, стає плоским і длиннофокусным. Цей процес, який відбувається мимоволі, називається акомодацією.
Нормальне здорове око влаштоване так, що завдяки акомодації він може з повною різкістю бачити предмети, починаючи з відстані 15-20 см і до віддалених, якими можна вважати Місяць, зірки та інші небесні світила.
У деяких людей очі мають неправильну будову. Задня стінка очного яблука, на якій має виходити різке зображення предмета, що розглядається, розташована від кришталика або ближче, ніж слід, або занадто далеко.
Якщо внутрішня поверхня ока надто зрушена вперед, то як би кришталик не напружувався, зображення близьких предметів виходить за нею, і тому на світлочутливій поверхні ока зображення вийде незрозумілим, розмитим. Таке око бачить близькі предмети розмазаними, розпливчастими - недолік зору, званий далекозорістю. Людині, яка страждає на такий недолік, важко читати, писати, розбиратися в дрібних предметах, хоча вдалину він бачить відмінно. Для усунення труднощів, пов'язаних з далекозорістю, доводиться надягати окуляри з опуклим склом. Якщо до кришталика та інших оптичних частин ока додати опукле скло, то фокусна відстань робиться коротшою. Від цього зображення предметів, що розглядаються, наближається до кришталика і потрапляє на сітчасту оболонку.
Якщо сітчаста оболонка розташована від кришталика далі, ніж потрібно, то зображення далеких предметів виходять перед нею, а не на ній. Око, яке страждає на такий недолік, бачить далекі предмети дуже неясно і розмито. Проти такої вади, званої короткозорістю, допомагають окуляри з увігнутим склом. При таких шибках фокусна відстань стає довшою, і зображення далеких предметів, відсуваючись від кришталика, потрапляє на сітчасту оболонку.
Оптичні прилади для спостереження на далекі відстані
Якщо предмет погано видно через те, що його кутові розміри занадто малі, то його можна розглянути краще, наблизившись до нього. Дуже часто зробити це неможливо, тоді залишається лише одне: розглядати предмет через такий оптичний прилад, який показує його у збільшеному вигляді. Прилад, що дозволяє успішно спостерігати далекі предмети, винайшли давно, понад триста років тому. Це – зорова труба, або телескоп.
Будь-яка зорова труба в основному складається з двох частин: з великого двоопуклого скла (лінзи) на передньому, зверненому до предмета кінці (мал. 8), яке називається об'єктивом, і другого, меншого за розмірами, двоопуклого скла, до якого прикладають око і яке називається окуляром. Якщо труба спрямована сильно віддалений предмет, наприклад, на далекий ліхтар, то промені підходять до об'єктиву паралельним пучком. При проходженні через об'єктив вони заломлюються, після чого сходяться конусом, і в точці їхнього перетину, званої фокусом, Виходить зображення ліхтаря у вигляді світлої точки. Це зображення розглядають через окуляр, що діє на зразок лупи, внаслідок чого воно сильно збільшується і здається набагато більше.
У сучасних телескопах об'єктив і окуляр складають із кількох стекол різної опуклості, ніж досягаються набагато чіткіші і різкіші зображення. Крім того, у трубі, влаштованій так, як це показано на рис. 8, всі предмети будуть видні у перевернутому вигляді. Бачити людей, що біжать головою вниз по землі, що висить вгорі над небом, нам було б незвично і незручно, а тому в труби, призначені для спостережень за земними предметами, вставляються особливі додаткові стекла, або призми, які повертають зображення в нормальне становище.
Пряме призначення зорової труби показувати віддалений предмет у збільшеному вигляді. Телескоп збільшує кутові розміри і цим наближає предмет до спостерігача. Якщо труба збільшує в 10 разів, то це означає, що предмет на відстані 10 км буде видно під таким же кутом, під яким неозброєним оком він видно з відстані 1 км. Астрономи, яким доводиться спостерігати дуже віддалені об'єкти - Місяць, планети, зірки, застосовують величезні телескопи, діаметр яких дорівнює 1 м і більше, а довжина сягає 10-20 м. Такий телескоп може дати збільшення більш ніж 1000 разів. Для розгляду земних предметів таке сильне збільшення здебільшого абсолютно марне.
В армії основним приладом для спостереження вважається польовий бінокль. Бінокль - це два маленькі телескопи, скріплені разом (рис. 9). Він дозволяє дивитися двома очима відразу, що, звичайно, набагато зручніше, ніж спостереження одним оком при одиночній зоровій трубі. У кожній половинці бінокля, як і у будь-якому телескопі, є переднє скло - об'єктив - і задні стекла, що становлять окуляр. Між ними розташована коробка, що містить призми, за допомогою яких повертається зображення. Бінокль такого пристрою називається призматичним.
Найбільш поширений тип призматичного бінокля - шестиразовий, тобто дає збільшення у 6 разів. Застосовуються також біноклі зі збільшенням у 4, 8 та 10 разів.
Крім біноклів, у військовій справі в деяких випадках застосовуються зорові труби зі збільшенням від 10 до 50 разів, а крім того, перископи.
Перископ – це порівняно довга труба, яка призначена для спостережень через укриття (рис. 10). Солдат, який веде спостереження перископом, сам залишається в окопі, виставляючи назовні лише верхню частину приладу, що несе об'єктив. Це не тільки оберігає спостерігача від вогню супротивника, а й полегшує маскування, оскільки маленький кінчик труби замаскувати набагато легше, ніж усю фігуру людини. Довгі перископи використовуються на підводних човнах. Коли потрібно вести спостереження потай від противника, човен залишається під водою, виставляючи над поверхнею моря лише ледь помітний кінець перископа.
У читача може виникнути питання, чому у військовій справі застосовуються лише прилади з порівняно слабким збільшенням, що не перевищує 15-20-кратне? Адже не важко зробити телескоп із збільшенням у 100-200 разів і навіть більше.
Є низка причин, що утруднюють у поході застосування зорових труб із великим збільшенням. По-перше, що більше збільшення, то менше поле зору приладу, тобто. та ділянка панорами, яку в ній видно. По-друге, при сильному збільшенні всяка тряска, тремтіння труби ускладнюють спостереження; тому телескоп із сильним збільшенням не можна тримати в руках, а треба класти на спеціальну підставку, влаштовану так, що трубу можна легко та плавно повертати у різні боки. Але найголовнішою перешкодою є атмосфера. Повітря біля земної поверхні ніколи не буває спокійним: воно вагається, хвилюється, тремтить. Крізь це повітря, що рухається, ми і дивимося на далекі частини ландшафту. Від цього зображення далеких предметів псуються: форма предметів спотворюється, нерухомий насправді об'єкт постійно рухається і змінює свої обриси, отже розібрати його деталі немає можливості. Чим більше збільшення, тим сильніше всі ці перешкоди, тим помітніше спотворення, спричинені коливаннями повітря. Це призводить до того, що застосування надмірно сильно, що збільшують приладів при спостереженні вздовж земної поверхні виявляється марним.
Через велику кількість етапів процесу зорового сприйняття його окремі характеристики розглядаються з погляду різних наук - оптики (у тому числі біофізики), психології, фізіології, хімії (біохімії). На кожному етапі сприйняття виникають спотворення, помилки, збої, але мозок людини опрацьовує отриману інформацію та вносить необхідні корективи. Ці процеси носять неусвідомлюваний характері і реалізуються в багаторівневому автономному коригуванні спотворень. Так усуваються сферична і хроматична аберації, ефекти сліпої плями, проводиться корекція кольору, формується стереоскопічне зображення і т. д. У тих випадках, коли підсвідома обробка інформації недостатня, або ж надмірна, виникають оптичні ілюзії.
Фізіологія зору людини
Колірний зір
В оці людини містяться два типи світлочутливих клітин (фоторецепторів): високочутливі палички, що відповідають за нічний зір, та менш чутливі колбочки, що відповідають за кольоровий зір.
Світло з різною довжиною хвилі по-різному стимулює різні типи колб. Наприклад, жовто-зелене світло однаково стимулює колбочки L і M-типів, але слабше стимулює колбочки S-типу. Червоне світло стимулює колбочки L-типу набагато сильніше, ніж колбочки M-типу, а S-типу не стимулює майже зовсім; зелено-блакитне світло стимулює рецептори M-типу сильніше, ніж L-типу, а рецептори S-типу - ще трохи сильніше; світло з цією довжиною хвилі найбільше стимулює також палички. Фіолетове світло стимулює майже винятково колбочки S-типу. Мозок сприймає комбіновану інформацію від різних рецепторів, що забезпечує різне сприйняття світла із різною довжиною хвилі.
За колірний зір людини та мавп відповідають гени, що кодують світлочутливі білки опсини. На думку прихильників трикомпонентної теорії, наявність трьох різних білків, що реагують на різні довжини хвиль, є достатньою для колірного сприйняття. У більшості ссавців таких генів лише два, тому вони мають двоколірний зір. У тому випадку, якщо у людини два білки, що кодуються різними генами, виявляються схожими або один з білків не синтезується, розвивається дальтонізм. Н. Н. Міклухо-Маклай встановив, що у папуасів Нової Гвінеї, що живуть у гущавині зелених джунглів, відсутня здатність розрізняти зелений колір.
Чутливий до червоного світла опсин кодується у людини геном OPN1LW.
Інші опсини людини кодують гени OPN1MW, OPN1MW2 та OPN1SW, перші два з них кодують білки, чутливі до світла із середніми довжинами хвилі, а третій відповідає за опсин, чутливий до короткохвильової частини спектру.
Необхідність трьох типів опсинів для колірного зору нещодавно була доведена в дослідах на мавпі білиці (саймірі), самців яких вдалося вилікувати від вродженого дальтонізму шляхом введення в їх сітківку гена людського опсину OPN1LW . Ця робота (разом з аналогічними дослідами на мишах) показала, що зрілий мозок здатний пристосуватися до нових сенсорних можливостей ока.
Ген OPN1LW, який кодує пігмент, що відповідає за сприйняття червоного кольору, високо поліморфний (у недавній роботі Вірреллі і Тишкова було знайдено 85 алелів у вибірці з 256 осіб), і близько 10% жінок, які мають два різні алелі цього гена, фактично мають додатковий тип колірних рецепторів та деякий ступінь чотирикомпонентного колірного зору. Варіації гена OPN1MW, що кодує «жовто-зелений» пігмент, трапляються рідко і не впливають на спектральну чутливість рецепторів.
Ген OPN1LW та гени, що відповідають за сприйняття світла із середньою довжиною хвилі, розташовані в Х-хромосомі тандемно, і між ними часто відбувається негомологічна рекомбінація або генна конверсія. При цьому може відбуватися злиття генів або збільшення їх копій в хромосомі. Дефекти гена OPN1LW – причина часткової колірної сліпоти, протанопії.
Трискладову теорію колірного зору вперше висловив в 1756 М. В. Ломоносов, коли він писав «про три матерії дна ока». Через сто років її розвинув німецький вчений Г. Гельмгольц, який не згадує відомої роботи Ломоносова «Про походження світла», хоча вона була опублікована і коротко викладена німецькою мовою.
Паралельно існувала опонентна теорія кольору Евальда Герінга. Її розвинули Девід Х'юбел (David H. Hubel) та Торстен Візел (Torsten N. Wiesel). Вони здобули Нобелівську премію 1981 року за своє відкриття.
Вони припустили, що в мозок надходить інформація зовсім не про червоний (R), зелений (G) і синій (B) кольори (теорія кольору Юнга-Гельмгольца). Мозок отримує інформацію про різницю яскравості - про різницю яскравості білого (Y мах) і чорного (Y хв), про різницю зеленого та червоного кольорів (G - R), про різницю синього та жовтого кольорів (B - yellow), а жовтий колір ( yellow = R + G) є сума червоного та зеленого кольорів, де R, G та B – яскравості колірних складових – червоного, R, зеленого, G, та синього, B.
Маємо систему рівнянь – К ч-б = Y мах – Y хв; K gr = G - R; K brg = B - R - G, де К ч-б, K gr , K brg - функції коефіцієнтів балансу білого будь-якого освітлення. Практично це виявляється у тому, що люди сприймають колір предметів однаково за різних джерел освітлення (колірна адаптація). Опонентна теорія загалом краще пояснює той факт, що люди сприймають колір предметів однаково за надзвичайно різних джерел освітлення (колірна адаптація), у тому числі за різного кольору джерел світла в одній сцені.
Ці дві теорії не цілком узгоджені одна з одною. Але незважаючи на це, досі припускають, що на рівні сітківки діє тристимульна теорія, проте інформація обробляється і в мозок надходять дані, які вже узгоджуються з опонентною теорією.
Бінокулярний та Стереоскопічний зір
Вклад зіниці у регулювання чутливості ока вкрай незначний. Весь діапазон яскравостей, які наш зоровий механізм здатний сприйняти, величезний: від 10 −6 кдм² для ока, повністю адаптованого до темряви, до 10 6 кдм² для ока, повністю адаптованого до світла Механізм такого широкого діапазону чутливості криється в розкладанні та відновлення фоточутливих пігментів у фоторецепторах сітківки-колбочках та паличках.
Чутливість ока залежить від повноти адаптації, від інтенсивності джерела світла, довжини хвилі та кутових розмірів джерела, а також від часу дії подразника. Чутливість ока знижується з віком через погіршення оптичних властивостей склери та зіниці, а також рецепторної ланки сприйняття.
Максимум чутливості при денному освітленні лежить при 555-556 нм, а при слабкому вечірньому/нічному зміщується у бік фіолетового краю видимого спектру і дорівнює 510 нм (протягом доби коливається в межах 500-560 нм). Пояснюється це (залежність зору людини від умов освітленості при сприйнятті нею різнокольорових об'єктів, співвідношення їх яскравості, що здається, - ефект Пуркіньє) двома типами світлочутливих елементів ока - при яскравому світлі зір здійснюється переважно колбочками, а при слабкому задіяні переважно тільки палички.
Гострота зору
Здатність різних людей бачити більші або менші деталі предмета з однієї й тієї ж відстані при однаковій формі очного яблука та однаковій заломлюючій силі діоптричної очної системи обумовлюється різницею у відстані між чутливими елементами сітківки та називається гостротою зору.
Гострота зору – здатність ока сприймати окремодві точки, розташовані одна від одної на деякій відстані ( деталізація, дрібнозернистість, дозвілля). Мірилом гостроти зору є кут зору, тобто кут, утворений променями, що виходять від країв предмета, що розглядається (або від двох точок Aі B) до вузлової точки ( K) очі. Гострота зору обернено-пропорційна куту зору, тобто, чим він менший, тим гострота зору вища. У нормі очей людини здатна окремосприймати об'єкти, кутова відстань між якими не менше ніж 1′ (1 хвилина).
Гострота зору – одна з найважливіших функцій зору. Гострота зору людини обмежена її будовою. Око людини на відміну від головоногих очей, наприклад, це звернений орган, тобто, світлочутливі клітини знаходяться під шаром нервів і кровоносних судин.
Гострота зору залежить від розмірів колб, що знаходяться в області жовтої плями, сітківки, а також від ряду факторів: рефракції ока, ширини зіниці, прозорості рогівки, кришталика (і його еластичності), склоподібного тіла (які складають світлозаломлюючий апарат) та стану сітчастої оболонки зорового нерва, віку.
Гостроту зору та/або Світлову чутливість часто називають роздільною здатністю простого (неозброєного) ока ( resolving power).
Поле зору
Периферичний зір (поле зору) – визначають межі поля зору при проекції їх на сферичну поверхню (за допомогою периметра). Поле зору - простір, що сприймається оком за нерухомого погляду. Зорове поле є функцією периферичних відділів сітківки; його станом значною мірою визначається можливість людини вільно орієнтуватися у просторі.
Зміни поля зору обумовлюються органічними та/або функціональними захворюваннями зорового аналізатора: сітківки, зорового нерва, зорового шляху, ЦНС. Порушення поля зору виявляються або звуженням його кордонів (виражають у градусах або лінійних величинах), або випаданням окремих його ділянок (Геміанопсія), появою худоби.
Бінокулярність
Розглядаючи предмет обома очима, ми бачимо його тільки тоді, коли осі зору очей утворюють такий кут збіжності (конвергенцію), при якому симетричні виразні зображення на сітківках виходять у певних відповідних місцях чутливої жовтої плями (fovea centralis). Завдяки такому бінокулярному зору, ми не лише судимо про відносне становище та відстань предметів, а й сприймаємо рельєф та обсяг.
Основними характеристиками бінокулярного зору є наявність елементарного бінокулярного, глибинного та стереоскопічного зору, гострота стереогляду та фузійні резерви.
Наявність елементарного бінокулярного зору перевіряється у вигляді розбиття деякого зображення на фрагменти, частина яких пред'являється лівому, а частина - правому оку . Спостерігач має елементарний бінокулярний зір, якщо він здатний скласти з фрагментів єдине вихідне зображення.
Наявність глибинного зору перевіряється шляхом пред'явлення силуетних, а стереоскопічного - випадково-крапкових стереограм, які повинні викликати у спостерігача специфічне переживання глибини, що відрізняється від просторового враження, заснованого на монокулярних ознаках.
Гострота стереогляду - це величина, обернена до порога стереоскопічного сприйняття. Поріг стереоскопічного сприйняття - це мінімальна диспаратність, що виявляється (кутове зміщення) між частинами стереограми. Для його виміру використовується принцип, який полягає у наступному. Три пари фігур пред'являються окремо лівого та правого ока спостерігача. В одній з пар положення фігур збігається, в двох інших одна з фігур зміщена по горизонталі на певну відстань. Випробуваного просять зазначити фігури, розташовані у порядку зростання відносної відстані. Якщо фігури вказані у правильній послідовності, то рівень тесту збільшується (диспаратність зменшується), якщо ні – диспаратність збільшується.
Фузійні резерви - умови, за яких існує можливість моторної фузії стереограми. Фузійні резерви визначаються максимальною диспаратністю між частинами стереограми, у яких вона сприймається як об'ємного зображення. Для вимірювання фузійних резервів використовується принцип, обернений до гостроти стереогляду. Наприклад, випробуваного просять з'єднати в одне зображення дві вертикальні смуги, одна з яких видно лівому, а інша - правому оку. Експериментатор при цьому починає повільно розводити смуги спочатку при конвергентної, а потім дивергентної диспаратності. Зображення починає роздвоюватись при значенні диспаратності, що характеризує фузійний резерв спостерігача.
Бінокулярність може порушуватися при косоокості та деяких інших захворюваннях очей. При сильній втомі може спостерігатися тимчасова косоокість, викликана відключенням веденого ока.
Контрастна чутливість
Контрастна чутливість - здатність людини бачити об'єкти, що слабко відрізняються за яскравістю від фону. Оцінка контрастної чутливості проводиться за синусоїдальними ґратами. Підвищення порога контрастної чутливості може бути ознакою низки захворювань очей, у зв'язку з чим його дослідження може застосовуватися в діагностиці.
Адаптація зору
Наведені вище властивості зору тісно пов'язані зі здатністю ока адаптації. Адаптація ока – пристосування зору до різних умов освітлення. Адаптація відбувається до змін освітленості (розрізняють адаптацію до світла і темряви), колірної характеристики освітлення (здатність сприймати білі предмети білими навіть за значної зміни спектра падаючого світла).
Адаптація до світла настає швидко і закінчується протягом 5 хв, адаптація ока до темряви - процес повільніший. Мінімальна яскравість, що викликає відчуття світла, визначає світлову чутливість ока. Остання швидко наростає у перші 30 хв. перебування у темряві, її підвищення майже закінчується через 50-60 хв. Адаптацію ока до темряви досліджують за допомогою спеціальних приладів-адаптометрів.
Зниження адаптації ока до темряви спостерігають при деяких очних (пігментна дистрофія сітківки, глаукома) та загальних (A-авітаміноз) захворюваннях.
Адаптація проявляється також у здатності зору частково компенсувати дефекти самого зорового апарату (оптичні дефекти кришталика, дефекти сітківки, скотоми та ін.)
Психологія зорового сприйняття
Дефекти зору
Наймасовіший недолік - нечітка, незрозуміла видимість близьких чи віддалених предметів.
Дефекти кришталика
Дальнозоркість
Далекозорістю називається така аномалія рефракції, при якій промені світла, що потрапляють в око, фокусуються не на сітківці, а за нею. У легких формах очей із гарним запасом акомодації компенсує зоровий недолік за допомогою збільшення кривизни кришталика циліарним м'язом.
При сильнішій далекозорості (3 дптр і вище) зір поганий не тільки поблизу, а й у далечінь, причому око не здатне компенсувати дефект самостійно. Дальнозоркість зазвичай буває вродженою і прогресує (зазвичай зменшується до шкільного віку).
При далекозорості призначають окуляри для читання чи постійного носіння. Для окулярів підбираються лінзи, що збирають (переміщають фокус вперед на сітківку), при використанні яких зір пацієнта стає найкращим.
Дещо відрізняється від далекозорості пресбіопія, або стареча далекозорість. Пресбіопія розвивається внаслідок втрати кришталиком еластичності (що нормальним результатом його розвитку). Цей процес починається ще у шкільному віці, але людина зазвичай помічає ослаблення зору після 40 років. (Хоча в 10 років діти-емметропи можуть читати на відстані 7 см, в 20 років - вже мінімум 10 см, а в 30 - 14 см і так далі.) Старча далекозорість розвивається поступово, і до 65-70 років людина вже повністю втрачає здатність акомодувати, розвиток пресбіопії завершено.
Короткозорість
Короткозорість - аномалія рефракції ока, при якій фокус переміщається вперед, а на сітківку потрапляє вже розфокусоване зображення. При короткозорості подальша точка ясного зору лежить у межах 5 метрів (у нормі вона лежить у нескінченності). Короткозорість буває помилковою (коли через перенапругу циліарного м'яза відбувається її спазм, внаслідок чого кривизна кришталика залишається занадто великою при зір вдалину) і істинною (коли очне яблуко збільшується в передньо-задній осі). У легких випадках далекі об'єкти розмиті, тоді як близькі залишаються чіткими (подальша точка ясного зору досить далеко від очей). У випадках високої короткозорості відбувається значне зниження зору. Починаючи приблизно з -4 дптр, людині необхідні окуляри і для дали, і для близької відстані (інакше розглядається предмет потрібно підносити дуже близько до очей).
У підлітковому віці короткозорість часто прогресує (очі постійно напружуються для роботи поблизу, через що око компенсаторно зростає в довжину). Прогресія короткозорості іноді набуває злоякісної форми, за якої зір падає на 2-3 діоптрії на рік, спостерігається розтягнення склери, відбуваються дистрофічні зміни сітківки. У важких випадках виникає небезпека відшарування сітківки переростяної при фізичному навантаженні або раптовому ударі. Зупинка прогресії короткозорості зазвичай настає до 22-25 років, коли перестає рости організм. При стрімкій прогресії зір на той час падає до −25 діоптрій і нижче, дуже калечачи очі і різко порушуючи якість зору вдалину і поблизу (все, що людина бачить, - це каламутні обриси без будь-якого деталізованого зору), причому такі відхилення дуже важко піддаються повноцінному виправленню оптикою: товсті очкові скла створюють сильні спотворення та зменшують предмети візуально, чому людина не бачить досить добре навіть у окулярах. У разі кращого ефекту можна досягти з допомогою контактної корекції.
Незважаючи на те, що питанню зупинки прогресування короткозорості присвячені сотні науково-медичних робіт, досі немає доказів ефективності жодного методу лікування прогресуючої короткозорості, включаючи операції (склеропластика). Є докази невеликого, але статистично значущого зменшення темпів зростання короткозорості у дітей при застосуванні очних крапель атропіну та (відсутнього в Росії) очного гелю пірензипіну.
При короткозорості часто вдаються до лазерної корекції зору (вплив на рогівку за допомогою лазерного променя для зменшення її кривизни). Цей метод корекції не до кінця безпечний, але в більшості випадків вдається досягти значного покращення зору після операції.
Дефекти короткозорості та далекозорості можуть бути подолані за допомогою окулярів або відновлювальних курсів гімнастики, як і інші порушення рефракції.
Астигматизм
Астигматизм - дефект оптики ока, викликаний неправильною формою рогівки та (або) кришталика. У всіх людей форми рогівки та кришталика відрізняються від ідеального тіла обертання (тобто всі люди мають астигматизм того чи іншого ступеня). У важких випадках витягування по одній з осей може бути дуже сильним, крім того, рогівка може мати дефекти кривизни, спричинені іншими причинами (пораненнями, перенесеними інфекційними захворюваннями тощо). При астигматизмі промені світла заломлюються з різною силою в різних меридіанах, внаслідок чого зображення виходить викривленим та місцями нечітким. У важких випадках спотворення настільки сильні, що значно знижують якість зору.
Астигматизм легко діагностувати, розглядаючи одним оком аркуш паперу з темними паралельними лініями - обертаючи такий аркуш, астигматик помітить, що темні лінії розмиваються, то стають чіткішими. У більшості людей зустрічається вроджений астигматизм до 0,5 діоптрій, що не дає дискомфорту.
Даний дефект компенсується окулярами з циліндричними лінзами, що мають різну кривизну по горизонталі і вертикалі і контактними лінзами (жорсткими або м'якими торичними), так само, як і лінзами, що мають різну оптичну силу в різних меридіанах.
Дефекти сітківки
Дальтонізм
Якщо сітківці очі випадає чи ослаблене сприйняття однієї з трьох основних кольорів , то людина не сприймає якийсь колір. Є «кольоровосліпі» на червоний, зелений та синьо-фіолетовий колір. Рідко зустрічається парна або навіть повна колірна сліпота. Найчастіше зустрічаються люди, які не можуть відрізнити червоного кольору від зеленого. Ці кольори вони сприймають як сірі. Такий недолік зору був названий дальтонізмом - на ім'я англійського вченого Д. Дальтона, який сам страждав на такий розлад кольорового зору і вперше описав його.
Дальтонізм невиліковний, передається у спадок (зчеплений з Х-хромосомою). Іноді він виникає після деяких очних та нервових хвороб.
Дальтоніков не допускають до робіт пов'язаних із керуванням транспорту на дорогах загального користування. Дуже важливе хороше відчуття кольору для моряків, льотчиків, хіміків, художників, тому для деяких професій колірний зір перевіряють за допомогою спеціальних таблиць.
Скотома
Скотома (грец. skotos- темрява) - плямовий дефект у полі зору ока, викликаний захворюванням у сітківці, хворобами зорового нерва, глаукомою. Це ділянки (у межах поля зору), у яких зір суттєво ослаблений, або відсутній. Іноді скотомою називають сліпу пляму - область на сітківці, що відповідає диску зорового нерва (т.з. фізіологічна скотома).
Абсолютна худоба (англ. absolute scotomata) - ділянка, в якій зір відсутній. Відносна худоба (англ. relative scotoma) - ділянка, в якій зір значно знижено.
Припустити наявність скотоми можна самостійно, провівши дослідження за допомогою тесту Амслера.
Loading...