Человеческий глаз имеет сложное строение.

Плотная белочная оболочка, покрывающая глазное яблоко снаружи, защищает его от механических и химических повреждений, от проникновения посторонних частиц и микроорганизмов. Эта оболочка в передней части глаза переходит в роговицу, которая, словно застекленное окошко свободно пропускает лучи света. Средняя, сосудистая оболочка, пронизана густой сетью кровеносных сосудов, снабжающих глазное яблоко кровью. На внутренней поверхности этой оболочки тонким слоем лежит красящее вещество – черный пигмент, который поглощает световые лучи. В передней части глаза, напротив роговицы, сосудистая оболочка переходит в радужную (от светло голубого до черного цвета). Роговица и радужная оболочка не прилегают друг к другу. Между ними находится пространство, заполненное совершенно прозрачной жидкостью. Роговица и прозрачная жидкость пропускают световые лучи, которые попадают внутрь глаза через зрачок – отверстие расположенное в средине радужной оболочки. За зрачком находится прозрачный хрусталик, имеющий форму двояковыпуклой линзы и окруженный ресничной мышцей.

Пройдя через хрусталик, а затем через прозрачное стекловидное тело, заполняющее всю внутреннюю часть глазного яблока, световые лучи попадают на очень тонкую оболочку глаза – сетчатку. Именно в ней расположены клетки, в которых под действием раздражения лучами света возникает возбуждение. Это светопринимающие клетки или зрительные рецепторы.

Зрительные рецепторы представлены, отличающимися друг от друга по строению и функциям палочками и колбочками.

Палочки (около 130 млн) раздражаются слабым сумеречным светом, но не обладают способностью воспринимать цвет.

Колбочки (около 7 млн) раздражаются только ярким светом. Эти рецепторы способны воспринимать и цвета. По мере удаления от центра сетчатки число колбочек уменьшается. Поэтому боковое зрение очень часто бывает не цветным, а черно – белым.

Возникающее в рецепторах возбуждение передается по центростремительным нейронам, отростки которых собираются в определенном участке сетчатки, в зрительный нерв. Он проходит через все оболочки глазного яблока, выходит из него и направляется в головной мозг. В том месте, где глазной нерв выходит из сетчатки нет светопринимающих клеток. Изображение предметов, возникающих на этом участке, нами не воспринимаются. Поэтому этот участок получил название слепого пятна.

В средине сетчатки, прямо напротив зрачка, находится скопление колбочек (около 34 тыс) – это, так называемое, светлое пятно. Поэтому наиболее ясно мы видим те предметы, которые находятся прямо против зрачка.

1. Функции зрения и свойства зрительного анализатора

Зрение – это сложная система, выполняющая несколько функций: светоощущение, цветоощущение, восприятие формы предметов (количественной мерой этой функции является острота зрения), способность видеть большое пространство при неподвижном взоре (поле зрения), способность соединить изображение двух глаз в одно (бинокулярность зрения). Все функции зависят от предыдущего опыта и обучения (светоощущение и цветоощущение – в меньшей мере, острота зрения и бинокулярное зрение – в большей мере).

Светоощущение – сложный процесс трансформации физической энергии света в биологическую. Светоощущение представляет собой наиболее раннюю функцию зрительного анализатора и связано с восприятием ахроматических серых цветов, расположенных между белым и черным. Светоощущение дает возможность ориентироваться в условиях пониженной освещенности в сумеречное и ночное время.

Суждение о чувствительности зрительного анализатора к свету составляют на основании определения уровней порогов светоощущения. Самое слабое световое раздражение, вызывающее ощущение света, называют абсолютным световым порогом (J). Величина обратная световому порогу характеризует световую чувствительность (Е)

Е = 1 / J

Контрастная или различительная световая чувствительность позволяет определить разницу яркости двух или нескольких объектов. Глаз человека различает изменение яркости по отношению к исходной в пределах 0,5% .

Острота зрения – мера способности глаза обнаруживать, различать и узнавать объекты на окружающем фоне. Острота зрения определяется величиной, обратной углу зрения, под которым воспринимается наименьший видимый предмет. Еще в 17 веке Р. Гук установил, что две звезды видны невооруженным глазом, если расстояние между ними равно или больше 1 мин. Если глаз различает детали предметов, видимые под углом 1 мин, то острота зрения равна 1.

Поле зрения – пространство, одновременно воспринимаемое глазом при неподвижном взоре и фиксированном положении головы. В поле зрения можно выделить периферические отделы, характеризующие периферическое зрение и позволяющие обнаруживать объекты на периферии поля зрения, приблизительно определить его размеры и форму и центральные, относящиеся к центральному зрению, которое дает возможность точно установить форму, размер и цвет обнаруженного объекта. В центральной части поля зрения мы наиболее четко различаем цвет и форму предмета. По мере приближения к периферии поля зрения ощущение светлоты и отчетливость зрительного образа, а также способность различать цвета, уменьшается.

Красный цвет, который ярко светится и возбуждает внимание в центре поля зрения, на периферии теряет свою силу и кажется серым.

Желтый цвет и на периферии поля зрения воспринимается как действенный (желтый) цвет. Поэтому его используют как предупреждающий цвет.

Синий цвет также на периферии воспринимается, но, будучи пассивным цветом, он не способен обращать на себя внимание.

Благодаря разнице углов под которыми рассматривается один и тот же объект обоими глазами бинокулярность приводит к стереоскопичности восприятия, которая является одним из средств оценки объемности предметов и расстояния до них.

Цветовое зрение – способность глаза человека различать цвета, т.е. ощущать отличия в спектральном составе видимых излучений и в окраске предметов. Цветовое зрение обусловлено совместной работой нескольких светоприемников.

Из многочисленных теорий цветового зрения наиболее признана трехкомпонентная теория, впервые высказанная М.В. Ломоносовым (1756г), получившая дальнейшее развитие в трудах Г. Юнга и Г. Гельмгольца. Суть ее сводится к тому, что в глазу имеется три типа фоторецепторов, каждый из которых обладает максимальной чувствительностью в определенной области спектра: один – в красной, другой – в зеленой, третий – в синей. Свет любого спектрального состава может быть разложен на эти три составные части. Белый цвет состоит из семи цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий фиолетовый.

Цветовое зрение зависит не только от чувствительности сетчатки, но и от определенных автономных процессов, которые происходят в головном мозге.

Константность цвета. Особая способность зрительного анализатора оценивать, несмотря на различное освещение, цвет предмета, основываясь на знании его цвета в условиях дневного освещения.

Верная оценка достигается самопроизвольным изменением чувствительности сетчатки и сужением или расширением зрачка. В окончательной оценке видимого цвета участвует очень много факторов, влияющих на деятельность головного мозга. Эта приближенная константность цвета видимых предметов, несмотря на значительные качественные и количественные изменения в освещении поля зрения – одно из самых замечательных и важных факторов физиологической оптики. Без это способности кусок мела принимал бы в течение дня все возможные оттенки цвета между белым и черным. Если бы наше зрение не обладало константностью, то вообще не существовало бы восприятие предмета, а наблюдалось бы непрерывное мерцание пятен и световых бликов, обладающих чрезвычайно большой пестротой.

Трансформация – способность нашего зрения постепенно привыкать к слабому освещению и судить о цвете предмета так же, как и при нормальном освещении.

Воспринимаемые глазом цвета, можно подразделить на две основные группы: хроматические (имеющие цветовой тон) и ахроматические (черный, белый и все оттенки серого). Серый цвет отсутствует в спектре и не может быть охарактеризован длиной волны электромагнитного спектра. Этот цвет определяется лишь показателем яркости.

Человеческий глаз в спектре может различать около 150 цветовых тонов. Здоровый глаз при нормальном освещении различает более 100 тыс. цветовых стимулов.