Глаз и зрение

Урок 11. Глаз и зрение.

Очень большое значение имеет для любого живого организма действие света. Попытки природы создать орган, специально реагирующий на световой раздражитель, на протяжении миллионов лет истории органической жизни на Земле, иногда ошибочные, иногда неудачные и более или менее совершенные, можно проследить на различных ступенях развития органических форм. Например, дождевой червь. Органом зрения у него служат отдельные светочувствительные клетки, разбросанные в наружных частях его кожи. Таким образом, он может различать только свет и тьму, но не имеет ни какого представления о форме светящегося тела.

Гораздо сложнее устроены глаза стрекозы. Он состоит из множества тонких трубочек-фасеток с расположенными в них светочувствительными клетками. Эти клетки соединены с окончанием зрительного нерва, идущего к головному мозгу. Глаз стрекозы может различать не только свет и тьму, но и откуда свет на него падает.

Ещё более сложное строение имеют глаза млекопитающих, к которым относится и человек. Современные исследования показывают, что 95% младенцев рождается с нормальным зрением и без дефектов глаз. Но, как видно из таблицы, очень малый процент их достигает пожилого возраста со зрением, которое можно считать нормальным.

Часть перегрузки глаз объясняется тем, что человек пользуется глазами при условиях совершенно иных, чем те, при которых глаз первоначально развивался и для которых он приспосабливался. Первобытный человек пользовался своими глазами, чтобы смотреть в даль при ярком солнечном свете – для охоты, рыбной ловли и для сражений. Когда солнце заходило, обязанности глаза заканчивались. Современный человек может работать целый день с предметами, расположенными перед глазами, потом долго сидеть перед экраном телевизора, компьютером, долго читать книгу.

Человеческий глаз представляет собой замкнутый объём примерно сферической формы. Диаметр среднего глаза человека составляет примерно 23 - 25 мм. Глаз окружён прозрачной твёрдой оболочкой белого цвета – склерой, которая защищает глаз от повреждений. Передняя часть склеры переходит в прозрачную оболочку – роговицу толщиной 0,5 мм. За роговицей внутри склеры расположены передняя глазная камера, хрусталик, задняя глазная камера.

Передняя глазная камера заполнена прозрачной жидкостью, называемой водянистой влагой, задняя - прозрачным студенистым веществом, которое называется стекловидное тело. Эта часть глаза составляет оптическую систему глаза, создающую при преломлении лучей оптическое изображение предметов. В центре радужки находится зрачок – чёрный кружок. Это основное отверстие, через которое в глаз поступает вся световая информация. Диаметр зрачка не бывает постоянным, он изменяется в зависимости от количества попадающего в глаз света. Он может меняться в размерах в 4 раза (от 2мм до 8мм). Зрачки реагируют всегда синхронно: в момент затемнения правого глаза расширяется зрачок и левого глаза. Это происходит вследствие того, что нервные волокна частично перекрываются по пути в мозг. Хрусталик глаза человека представляет собой двояковыпуклую линзу и обладает большой светопреломляющей способностью. Ось хрусталика совпадает с осью глазного яблока. Вещество, из которого состоит хрусталик бесцветное, прозрачное, плотное, сосудов и нервов не содержит. При сокращении или расслаблении ресничной мышцы изменяется кривизна хрусталика, изменяя, таким образом, оптическую силу этой линзы. Средняя оптическая сила редуцированного глаза составляет +59 диоптрий. Поскольку фокусное расстояние у такой линзы очень маленькое (17мм), то все наблюдаемые нами объекты располагаются за двойным фокусным расстоянием. Значит, изображение на сетчатке глаза получается уменьшенным, действительным и перевёрнутым.

Размер изображения на сетчатке зависит от размеров предмета и расстояния от него до сетчатки, то есть от угла, под которым рассматриваются предметы. Этот угол называется углом зрения. Чем дальше предмет, тем меньше его изображение на сетчатке. Чем больше предмет, тем дальше мы должны от него отойти, чтобы он весь уместился на сетчатке глаза. Совершенно прав был поэт, сказавший: "Лицом к лицу – лица не увидать. Большое видится на расстоянии”.

Сетчатка глаза имеет весьма сложное строение. Главную роль в ней играют светочувствительные клетки - палочки и колбочки. В глазу человека примерно 7 млн. колбочек и 130 млн. палочек. Колбочки обладают способностью различать цвета и очень мелкие предметы, но только при хорошем освещении, в особенности солнечном. Колбочки - это аппарат дневного и цветного зрения. Мы знаем, что в природе существуют три основных цвета: красный, зелёный, синий. Они не могут быть образованы сочетанием других цветов, они могут лишь сочетаться сами, образуя все другие цвета. Колбочки сетчатки глаза человека возбуждаются красным, зелёным или синим цветами, и посылают информацию в мозг, который "видит” составленный таким образом цвет. У палочек есть одно интересное свойство: при слабом освещении они восприимчивы к голубому и синему цвету. Например, красный мак и синий василёк, при дневном освещении одинаковы по яркости, а в сумерках будут отличаться – василёк покажется нам более ярким, чем мак. При очень ярком свете палочки закрываются, уступая всю работу колбочкам. По мере ослабления света палочки оживают, но не сразу: когда заходишь в тёмную комнату с залитой солнцем улицы, глаза лишь постепенно привыкают к темноте, а при выходе на солнечный свет глаз на мгновение "слепнет”. Палочки имеют значительно более высокую светочувствительность, но не обеспечивают различения цветности. Поэтому мы можем видеть предметы в сумерках, но не можем различать их цвета. Эта особенность человеческого зрения отражена в пословице: "ночью все кошки серы”. Наиболее чувствительное место сетчатки – так называемое жёлтое пятно и центральная ямка, расположенные примерно в центре сетчатки на оптической оси глаза. Диаметр жёлтого пятна примерно 0,25 мм. Оно состоит из плотно упакованных колбочек. В этом месте сетчатки нет палочек. Поэтому, чтобы хорошо рассмотреть предмет мы стараемся расположить его на оптической оси предмета напротив жёлтого пятна. Каждая колбочка соединена с отдельным нервным волокном, а палочки присоединяются группами к общему нервному волокну. Нервные волокна, идущие от обоих глаз, соединяются вместе и образуют зрительный нерв. Там, где зрительный нерв входит в глаз, нет ни палочек, ни колбочек. Лучи, попадающие в эту область глаза, не вызывают ощущения света. Поэтому эту область называют слепым пятном.

В повседневной жизни мы не замечаем ещё одного странного свойства нашего зрения,– не видеть предметы, находящиеся сбоку глаз, хотя свет от них входит в глаз и достигает сетчатки. Следовательно, на сетчатке обоих глаз есть определённое место, на котором нет светочувствительных клеток. Оно расположено в месте входа зрительного нерва в глазное яблоко, недалеко от жёлтого пятна. Его называют слепым пятном. Диаметр его 1,8 мм. Убедиться в его существовании можно с помощью простого теста. Закройте левый глаз, поместите рисунок на расстояние 20 см от правого глаза и посмотрите на зелёный кружок, изображённый слева. Медленно приближайте рисунок к глазу, непременно наступит момент, когда красный кружок исчезнет. Этот опыт, впервые произведённый в 1668 году (в несколько ином виде) знаменитым физиком Мариоттом, очень забавлял придворных короля Людовика XIY. Мариотт проделывал опыт так: помещал двух вельмож друг против друга и просил их рассматривать одним глазом некоторую точку сбоку, - тогда каждому казалось, что у его визави нет головы!

В одно мгновение нормальный глаз способен сфокусировать на сетчатке чётко такой большой удалённый предмет как гора, а в следующую долю секунды он может дать чёткое изображение мелкого напечатанного текста. Процесс изменения фокусного расстояния глаза вследствие работы цилиарных мышц называется аккомодацией глаза. Поскольку деформация хрусталика может происходить в определённых пределах, для всякого глаза существуют границы, называемые ближней и дальней точками ясного видения, в пределах которых он может отчётливо видеть предметы. Эти границы определяют область аккомодации глаза.

Когда глазные мышцы совершенно не напряжены, как это бывает в случае, если смотреть на удалённый предмет, хрусталик имеет максимальное фокусное расстояние, и тогда говорят, что глаз аккомодирован на дальнюю точку. Когда предмет находится так близко к глазу, что хрусталик имеет возможное наименьшее фокусное расстояние, то говорят, что предмет расположен в ближайшей точке. Для определения ближайшей точки надо медленно подносить к каждому глазу в отдельности мелкий шрифт (петит). Кратчайшее расстояние, при котором ещё не заметно смазывание глаз, и есть ваша ближняя точка. Его необходимо измерить для каждого глаза в отдельности и сравнить с тем, что должно быть в таблице.

С возрастом способность к аккомодации постепенно уменьшается. Это объясняется уменьшением упругости хрусталика и способности глазных мышц увеличивать кривизну хрусталика. Этот недостаток называется прессбиопия. Идеального расстояния для чтения или другой работы на близком расстоянии не существует. Но если учесть все факторы, то можно считать, что наилучшим расстоянием является 32-37 см. Хотя прессбиопия является естественным и неустранимым недостатком, оказывается, что более сильное освещение ближних предметов в значительной степени заменяет очки для чтения. Более сильное освещение вызывает сильное сужение зрачка. Это создаёт более резкое и чёткое изображение на сетчатке глаза, так же как и в фотоаппарате, - чем меньше отверстие диафрагмы, тем резче изображение.

Само по себе зрение двумя глазами является нормой живого мира. Но у человека оно имеет специфическую особенность: за счёт уменьшения расстояния между глазами происходит перекрытие их полей зрения, обеспечивающее, в конечном счете, стереоскопичность зрения. Интересен тот факт, что левым и правым глазом человек видит по-разному. Проверим это на опыте. Расположите карандаш на расстоянии вытянутой руки на луче зрения. Закройте один глаз и запомните то, что увидели этим глазом. Теперь поменяйте глаза. Картинка осталась той же или изменилась? Таким образом, мы с вами убедились, что наши глаза видят по-разному. Что происходит с поступившей информацией дальше? Её обрабатывает мозг. Мозг не только обрабатывает информацию, но и корректирует её. Значит, мы с вами воспринимаем мир таким, каким его "видит” мозг. А можно ли глаз обмануть? А мозг? Попробуем это сделать. Рассматривая предмет двумя глазами, мы получаем на сетчатке каждого из них несколько различные изображения. В то же время мы воспринимаем один предмет, но видим его стереоскопически, то есть объёмно. У человека в процессе эволюции выработалась особая функция в мозгу: умение оценивать расстояние до предмета. Представление о глубине пространства возникает благодаря тому, что, направляя оба глаза на один объект, мы усилием глазных мышц поворачиваем их так, чтобы их оптические оси пересеклись на предмете. Угол между осями называется углом конвергенции. Расстояние между глазами (база) равно в среднем 5-6см, а расстояние наилучшего зрения в среднем 25см. После несложных расчётов можно получить, что угол конвергенции меняется от 0 (дальняя точка) до 10 градусов (ближняя точка). По оценивание этого угла конвергенции мозг примерно определяет расстояние до объекта. По проведённым расчётам стереоскопический эффект имеет место при рассматривании предметов, находящихся на расстоянии не более 220-250 м. На более далёких расстояниях оценить глубину пространства становится всё труднее, для этого используют бинокли, стереоскопические трубы. Бинокулярное зрение можно проиллюстрировать на простом опыте. На рисунок перед вами положите линейку перпендикулярно его плоскости по средней линии. Приложите нос и лоб к линейке, так чтобы каждый глаз видел только своё поле рисунка. В результате можно увидеть объёмное трёхмерное пространство, имеющее не только ширину и длину, но и глубину.

http://festival.1september.ru/articles/212164/