Глаз как оптическая система

Человеческий глаз представляет собой замкнутый объем, в который свет попадает через оптическую систему, состоящую из преломляющих сред — роговицы, передней камеры, заполненной водянистой влагой, хрусталика и стекловидного тела. Глаз имеет диафрагму — радужную оболочку (придающую цвет глазам), которая автоматически регулирует количество попадающего в глаз света.

Преломление световых лучей происходит в роговице и передней камере. Хрусталик слабо преломляет лучи. Он обеспечивает тонкую фокусировку глаза на различные расстояния, сохраняя фокусировку изображения предмета на сетчатке, выстилающей заднюю внутреннюю поверхность глаза. Наводка на различно удаленные предметы достигается путем мышечного усилия цилиарных мышц, в результате которого изменяется кривизна хрусталика, а, следовательно, и его фокусное расстояние. Эта наводка называется аккомодацией, и пределы, в которых возможна аккомодация, носят название ближней и дальней точки. Для нормального глаза дальняя точка лежит в бесконечности. В этот момент цилиарные мышцы полностью расслаблены. При фокусировке на близкий предмет цилиарные мышцы напрягаются, происходит утолщение хрусталика в середине, увеличивается его кривизна, и, следовательно, фокусное расстояние уменьшается. Расстояние до ближайшей точки на которую глаз может сфокусироваться называется расстоянием наилучшего зрения.

Расстояние наилучшего зрения различно у разных людей и зависит от возраста. В молодости оно обычно составляет примерно 25 см. С возрастом способность к аккомодации ухудшается, и расстояние наилучшего зрения увеличивается. Возникает старческая дальнозоркость. Однако и в молодом возрасте часто встречаются люди с отклонениями пределов нормальной аккомодации. У близоруких людей дальняя точка лежит на конечном, иногда не очень большом расстоянии, у дальнозорких увеличено расстояние до ближней точки. Возможны и другие дефекты зрения, например, астигматизм, связанный с несферичностью роговицы. Близорукость и дальнозоркость может быть скорректирована применением тонких линз (очков).

При близорукости изображение далеких предметов фокусируется перед сетчаткой, и они видны расплывчато. В этом случае используют рассеивающие линзы, которые заставляют параллельные лучи расходится и при определенном выборе фокусного расстояния позволяют сфокусировать изображение на сетчатке В случае дальнозоркости применяют собирающие линзы, позволяющие приблизить фокус изображения и совместить его с сетчаткой.

Линзы очков обычно характеризуются не фокусным расстоянием, а величиной, обратной фокусному расстоянию, называемой оптической силой линзы. Единица оптической силы носит название диоптрия(дптр):

1дптр = 1м^–1

Световые лучи от объекта, пройдя оптическую систему глаза, образуют на его задней стенке — сетчатке — изображение. Сетчатка не является однородной. В ее центре имеется участок, который мы используем, когда хотим видеть предмет особенно четко. Этот участок называется желтым пятном или центральной ямкой. Боковые участки сетчатки различают детали рассматриваемого предмета не столь эффективно.

Еще один участок сетчатки, где (зрительные нервы собираются вместе и выходят из глаза, называется слепым пятном. В этом месте глаз не имеет чувствительности.

Различные участки сетчатки имеют разную структуру. На периферических участках сетчатки наиболее часто встречаются удлиненные объекты, которые называются палочка. При приближении к желтому пятну чаще встречаются другие объекты — колбочки. Чем ближе к нему, тем больше колбочек, и в самом желтом пятне имеются практически только колбочки. Причем здесь они намного мельче, чем в других местах сетчатки. Можно сказать, что в центре поля зрения мы видим с помощью колбочек, а на периферии в восприятии света участвуют палочки.

Важно отметить, что любая, чувствительная к свету клетка в сетчатке, не связана со зрительным нервом непосредственно, а соединена с другими клетками, которые в свою очередь соединены между собой. Существует несколько типов клеток. Не вдаваясь в их классификацию, скажем только, что одни несут информацию к зрительному нерву, а другие связаны между собой в «горизонтальном» направлении. Главное состоит в том, что уже на этом уровне световой сигнал обрабатывается — «продумывается». Информация полученная от разных клеток не сразу поступает в мозг от каждой точки в отдельности, а, по крайней мере частично, «осмысливается» в сетчатке путем комбинирования сигналов от нескольких зрительных рецепторов. Можно считать, что сетчатка не что иное, как часть головного мозга, и по своей организации она очень похожа на мозг. Глаз — это как бы кусочек мозга, которым он «касается» внешнего мира. Обработка светового сигнала производится в нескольких слоях сетчатки, и затем результаты этих «вычислений» передаются в мозг по зрительному нерву.

В частности, на этом уровне решается проблема адаптации глаза, т.е. способности глаза привыкать к темноте. Когда из ярко освещенного помещения мы входим в темное, то некоторое время ничего не видим. Лишь постепенно окружающие предметы начинают вырисовываться все явственней. Однако при слабом освещении предметы кажутся лишенными окраски. Поэтому «ночью все кошки серы». Установлено, что в условиях темновой адаптации зрение осуществляется почти исключительно с помощью палочек, а в условиях яркого света — с помощью колбочек. При этом именно колбочки ответственны за восприятие цвета. При ярком свете чувствительность палочек очень мала, но в темноте с течением времени она резко увеличивается. Относительные изменения интенсивности, к которым глаз может адаптироваться, превышают один миллион раз.

Уменьшение числа колбочек к периферии приводит к тому, что на краю поля зрения даже яркие предметы теряют свою окраску.

Одно из главных свойств колбочек — это способность различать цвета при ярком освещении. При этом анализ цвета происходит уже на уровне сетчатки.

Стоит еще раз повторить, что глаз — это часть головного мозга, и поэтому не удивительно, что именно с помощью зрения мы получаем подавляющую часть информации об окружающем нас мире. Недаром говорят, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.