2. Физиология зрения

2.1. Строение глаза и его работа

Некоторые сведения об эволюции цветового зрения. Более 1000 млн. лет назад у животных уже были фоторецепторы, светочувствительные клетки. Цветовое зрение встречается на ранних стадиях эволюционной лестницы: им обладали рыбы, земноводные, насекомые. Рыбы развились до современного состояния примерно 400 - 360 млн. лет назад. В настоящее время считается, что среди позвоночных наличие цветового зрения встречается у всех костных рыб, яркостью окраски соперничающих с цветами насекомых и оперением тропических птиц. В сетчатке костных рыб имеются четыре типа рецепторов: палочки и три типа колбочек. Рыбы различают до 20 различных цветов в диапазоне от 340 до 760 нм, при этом лучше всего различают и предпочитают цвета зеленой и красной части спектра. Различают дополнительные цвета. В поведении рыбы чаще реагируют на цвет, а не на форму, правильно оценивают цвет предметов независимо от условий освещения. Проводимые исследования обнаруживают принципиальное сходство цветового зрения у отдельных видов рыб и человека.

Насекомые возникли позже рыб, примерно с появлением наземной растительности. Шмели, пчёлы, мухи, бабочки неплохо различают цвета. Диапазон чувствительности у них сдвинут в ультрафиолетовую область в ущерб красной. Легче всего насекомые реагируют на желтый, синий и фиолетовые оттенки. Но глаз насекомого устроен иначе, чем у человека.

Хорошим цветовым зрением обладают многие дневные птицы, различающие и цвета красной области спектра.Среди млекопитающих собаки и кошки обладают слабым цветовым зрением. Грызуны и копытные не различают цвета. Цветовое зрение отсутствует или почти отсутствует у лошадей, коров, свиней, овец и т.д. Человекообразные обезьяны обладают цветовым зрением подобно человеку.

Отсутствие цветоразличения у большинства млекопитающих объясняется его утратой в связи, например, с ведением ночного образа жизни в определённые периоды эволюции вида. Причем у некоторых видов животных цветовое зрение могло появляться вновь в других условиях жизни.

Цветовое зрение - очень древняя способность, которая появилась раньше завоевания жизнью суши. Цвет играет важную роль в жизнедеятельности животных, хотя существуют виды с полным или частичным отсутствием цветового зрения.

Форма глазного яблока человека почти шарообразна. Его диаметр - около 24 мм. Передняя часть глазного яблока состоит из прозрачной, слегка выпуклой ткани. Это роговица. Она соединена со склерой, которая обнимает глаз с других сторон. Роговица прозрачна и действует, как очень сильная лупа. Роговица обеспечивает 75 % фокусирующей способности глаза; она, преломляя лучи света, входящие в глаз, собирает их. За роговицей находится передняя камера, через которую протекает жидкость, приносящая питательные вещества.

Дальше расположена цветная радужная оболочка. Она бывает разных цветов: коричневой, зелёной, голубой, серой и др. Круглое отверстие в центре радужки - зрачок. Радужка содержит пучки мышц, которые могут сокращаться. Зрачок увеличивается и уменьшается в зависимости от условий освещения непроизвольно. Зрачок при больших яркостях поля зрения имеет диаметр примерно 1,5 мм, в темноте же он увеличивается до 7 - 8 мм, и таким образом светосила глаза, а значит, и яркость изображения на сетчатке увеличиваются в 25 раз. Явление приспособления глаза к яркости поля зрения называется адаптацией.

Вторая живая линза - хрусталик. Он прозрачен. Внутренность глаза почти не отражает свет наружу, поэтому зрачок кажется черным, и лежащий за радужкой прозрачный хрусталик не виден. Хрусталик - это линза. Его сила - 25 % светопреломляющей способности оптической системы глаза. Эта система состоит из двух линз - роговицы и хрусталика (разделённых передней камерой), диафрагмы (радужки с отверстием - зрачком) и стекловидного тела. Хрусталик, благодаря цилиарной мышце, с которой он связан, обладает свойством автоматически изменять свою кривизну. Когда хрусталик растянут, он дает на сетчатке глаза резкое изображение предметов, находящихся на больших расстояниях; когда же он не растянут и кривизна его поверхности велика, то на сетчатке получается резкое изображение близких предметов. Свойство глаза приспосабливаться к видению объектов как на близком, гак и на далеком расстоянии, называется аккомодацией. Предел аккомодации - 12 см от глаза. Расстояние наилучшего видения - 25 см.

Хрусталик выполняет и другие функции. Он действует подобно фильтру ультрафиолетового излучения, защищая сетчатку от этого излучения. По мере старения хрусталик желтеет, снижая способность воспринимать нюансные опенки синего и зеленого, одновременно усиливая восприятие оттенков красного. Способность различать оттенки желтого цвета остается слабой, независимо от возраста.Сетчатая оболочка (сетчатка) содержит в себе огромное число клеток, являющихся приемниками световых раздражений. Строение этих клеток и их работа во многом объясняет механизм зрительного восприятия света, в том числе и механизм цветового зрения. В настоящее время установлено, что сетчатка глаза является частью нервной системы и частью мозга. Она состоит из пяти различных клеток, располагающихся в три слоя. Светочувствительные рецепторы направлены в противоположную свету сторону, к черным пигментным клеткам, покрывающим дно глаза.

Первый освещаемый слой составляют ганглиозные клетки, средний - биполярные, горизонтальные и амакриновые клетки, и самый глубокий составляют фогорецепторные клетки: колбочки и палочки.

В сетчатке глаза человека содержится более 6 млн. колбочек и 120 млн. палочек. Колбочки чувствительны к цветам, но зато менее светочувствительны, и поэтому являются аппаратом дневного зрения. Палочки обладают большой светочувствительностью, но не различают цвета и являются аппаратом сумеречного зрения, т.е. зрения при слабом освещении. Колбочки располагаются в центральной части слоя сетчатки. В месте наиболее отчетливого и резкого видения сетчатки при дневном освещении против зрачка расположены почти одни колбочки. Здесь находится так называемая центральная ямка диаметром 0,4 мм. Вследствие этого глаз обладает способностью различать мельчайшие детали лишь в центре поля зрения, ограничиваемом углом около 1,5°. Палочки располагаются на периферии слоя сетчатки. Вся информация, принятая фоторецепторами, переходит на следующие слои

сетчатки, а затем уходит по нерву в мозг. На месте ствола зрительного нерва расположен участок, на котором нет ни палочек, ни колбочек. Этот участок не чувствителен к свету и называется слепым пятном.

Схема глазного яблока

Склера

Зрительный нерв

Центральная

ямка Сетчатка Сосудистая оболочка

Радужка Роговица У/ Передняя [ камера 1

Цинновая \ связка Цилиарная мышца

Палочки и колбочки различаются между собой содержащимися в них светочувствительными веществами. Вещество палочек - родопсин. Максимальное светопоглощение родопсина соответствует длине волны 500 нм (зеленый цвет). Вещество колбочек - йодопсин, состоит из смеси трёх веществ, которые имеют максимальную чувствительность в коротко-, средне- и длинноволновой зонах спектра. Под действием света светочувствительное вещество распадается на положительные и отрицательные ионы. Когда их концентрация и их суммарный заряд достигают определенной величины, в нервном волокне возникает импульс тока, который переходит с первого на второй уровень сетчатки, где происходит преобразование сигнала, а затем ток направляется к мозгу.

Реакции светового распада родопсина и йодопсина обратимы, после распада они снова восстанавливаются. Энергию для восстановления дает сосудистая оболочка, которая примыкает непосредственно к сетчатке. Таким образом, в глазу устанавливается непрерывный цикл разрушения и последующего восстановления светочувствительных веществ. Это обеспечивает нормальную работу глаза в течение продолжительного времени.

При наличии в поле зрения чрезмерно большой яркости в зрительном аппарате нарушается физиологическое равновесие и глаз начинает хуже видеть. Это явление называется ослепленность, а свойство светящихся тел вызывать его называют блескостью. Различают прямую блсскость и отраженную, когда она возникает на отражающих свет поверхностях. Так как наличие в поле зрения блескости приводит к ухудшению условий видения, то устранение как прямой, так и отраженной блескости - важная задача.

Видимость объекта определяется тремя основными зрительными функциями:

• контрастной чувствительностью;

• остротой различения;

• скоростью различения.

Контрастная чувствительность - способность глаза обнаруживать объект по контрасту с фоном, т.е. ощущение глаза различий яркости. Контраст яркости определяется числом яркостных порогов.

Острота различения - это способность глаза различать форму объекта по его контуру. Острота различения повышается с увеличением яркости поля зрения, т.е. с увеличением его освещенности, но только до определённого предела (50 - 100 лк), после чего величина остроты различения остается неизменной.

Для нормального глаза наименьший размер видимого предмета - около 0,06 мм, расположенного на расстоянии 25 см от глаза. Замечено, что сравнивать темные поверхности лучше на фоне более темном, а светлые поверхности - на более ярком фоне.

Скорость различения зависит от увеличения освещенности. От скорости различения зависит скорость выполнения работы.