Зрение – одно из важнейших чувств для восприятия окружающего мира. С помощью него мы видим объекты и предметы вокруг нас, можем оценить их размеры и форму. Если верить исследованиям, при помощи зрения мы получаем не менее 90% информации об окружающей реальности. За цветное зрение отвечает несколько зрительных компонентов, что позволяет более точно и правильно передавать изображение объектов в головной мозг для дальнейшей обработки информации. Существует несколько патологий нарушения передачи цветов, которые существенно ухудшают взаимодействие с миром и снижают качество жизни в целом.
Как устроен орган зрения?
Глаз представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из множества элементов, связанных между собой. Восприятие различных параметров окружающих объектов (величина, удалённость, форма и другие) обеспечивает периферическая часть зрительного анализатора, представленная глазным яблоком. Это орган шаровидной формы с тремя оболочками, который имеет два полюса – внутренний и внешний. Глазное яблоко размещено в защищенной с трех сторон костной впадине – глазнице или орбите, где окружено тонкой жировой прослойкой. Спереди находятся веки, необходимые для защиты слизистой оболочки органа и его очистки. Именно в их толще находятся железы, необходимые для постоянного увлажнения глаз и беспрепятственной работы смыкания и размыкания непосредственно век. Движение глазного яблока обеспечивают 6 разных по функциям мышц, что позволяет выполнять содружественные действия этого парного органа. Помимо этого глаз соединен с кровеносной системой разными по величине многочисленными кровеносными сосудами, а с нервной системой – несколькими нервными окончаниями.
Особенность зрения в том, что мы не видим непосредственно объект, а лишь лучи, отражающиеся от него
. Дальнейшая обработка информации происходит в головном мозге, точнее его затылочной части. Лучи света изначально поступают на роговицу, а затем переходят на хрусталик, стекловидное тело и сетчатку. За восприятие лучей света отвечает естественная линза человека – хрусталик, а за его восприятие ответственна светочувствительная оболочка – сетчатка.
Она имеет сложное строение, в котором выделяют 10 различных слоев клеток. Среди них особенно важными являются колбочки и палочки, которые неравномерно распределены по всему слою. Именно колбочки являются необходимым элементом, который отвечает за цветовое зрение человека.
Наибольшая концентрация колбочек отмечается в центральной ямке – воспринимающей изображения области в желтом пятне. В ее пределах плотность колбочек достигает 147 тыс. на 1 мм 2 .
Цветовое восприятие
Человеческий глаз является самой сложной и совершенной зрительной системой среди всех млекопитающих. Он способен воспринимать более 150 тыс. различных цветов и их оттенков. Восприятие цвета возможно благодаря колбочкам – специализированным фоторецепторам, расположенным в желтом пятне . Вспомогательную роль выполняют палочки – клетки, отвечающие за сумеречное и ночное зрение. Воспринимать весь цветовой спектр возможно с помощью всего трех видов колбочек, каждый их которых восприимчив к определенному участку цветовой гаммы (зеленый, синий и красный) за счет содержания в них йодопсина. У человека с полноценным зрением имеется 6-7 млн. колбочек, а если их количество меньше или имеются патологии в их составе, возникают различные нарушения цветовосприятия.
Строение глаза
Зрение мужчины и женщин существенно отличается. Доказано, что женщины способы распознавать больше различных оттенков цветов, в то время как представители сильного пола обладают лучшей способностью распознавать движущиеся предметы и дольше удерживать концентрацию на конкретном объекте.
Отклонения цветового зрения
Аномалии цветового зрения – редкая группа офтальмологических нарушений, которая характеризуется искажением восприятия цветов.
Практически всегда эти заболевания передаются по наследству по рецессивному типу. С физиологической точки зрения все люди являются трихроматами – для полного различения цвета используют три части спектра (синий, зеленый и красный), но при патологии нарушается пропорция цветов или какой-то из них полностью или частично выпадает. Дальтонизм является лишь частным случаем патологии, при котором наблюдается полная или частичная слепота к какому-либо цвету.
Выделяют три группы аномалий цветового зрения:
- Дихроматизм или дихромазия . Патология заключается в том, что для получения любого цвета используются только два участка спектра. Существует , в зависимости от выпадающего участка цветовой палитры. Наиболее часто встречается дейтеранопия – невозможность воспринимать зеленый цвет;
- Полная цветовая слепота . Встречается лишь у 0,01% всех людей. Существует две разновидности патологии: ахроматопсия (ахромазия) , при которой полностью отсутствует пигмент в колбочках на сетчатке, а любые цвета воспринимаются как оттенки серого, и колбочковая монохромазия – разные цвета воспринимаются одинаково. Аномалия является генетической и связана с тем, что в составе цветовых фоторецепторов вместо йодопсина содержится родопсин;
Любые цветовые отклонения являются причиной множества ограничений, например, для вождения транспортных средств или службы в армии. В некоторых случаях аномалии цветовосприятия являются поводом получения инвалидности по зрению.
Определение и виды дальтонизма
Одна из самых частых патологий восприятия цвета, которая имеет генетическую природу или развивается на фоне . Существует полная (ахромазия) или частичная невозможность (дихромазия и монохромазия) воспринимать цвета, подробнее патологии описаны выше.
Традиционно выделяют несколько видов дальтонизма в форме дихромазии, в зависимости от выпадения участка цветового спектра.
- Протанопия . Возникает цветовая слепота красного участка спектра, встречается у 1% мужчин и у менее 0,1% женщин;
- Дейтеранопия . Из воспринимаемой гаммы цветов выпадает зеленый участок спектра, встречается чаще всего;
- Тританопия . Невозможность различать оттенки цветов сине-фиолетовой гаммы, плюс к этому нередко наблюдается отсутствие сумеречного зрения из-за нарушений работы палочек.
Отдельно выделяют трихромазию. Это редкий вид дальтонизма, при котором человек различает все цвета, но из-за нарушения концентрации йодопсина происходит искажение цветовосприятия. Особенную сложность люди с этой аномалией испытывают при интерпретации оттенков. Кроме того, нередко наблюдается эффект гиперкомпенсации при этой патологии, например, при невозможности отличить зеленый и красный цвет возникает улучшенное различение оттенков цвета хаки.
Виды дальтонизма
Аномалия носит имя Дж. Дальтона, который описал заболевание еще в 18 веке. Большой интерес к болезни связан с тем, что сам исследователь и его братья страдали от протанопии.
Тест на определение дальтонизма
В последние годы для определения аномалий цветовосприятия
применяются , которые представляют собой изображения цифр и фигур, нанесенные на подобранный фон при помощи различных по диаметру кругов. Всего разработано 27 картинок, каждая из которых имеет определённую цель. Плюс к этому, в стимульном материале имеются специальные изображения для выявления симулирования заболевания, поскольку тест является важным при прохождении некоторых профессиональных медицинских комиссий и при постановке на воинский учет. Интерпретацию теста должен проводить только специалист, поскольку анализ результатов – довольно сложный и трудоемкий процесс.
Считается, что можно использовать только распечатанные карточки, так как на мониторе или экране может происходить искажение цветов.
Видео
Выводы
Зрение человека – сложный и многогранный процесс, за который отвечает множество элементов. Любые аномалии восприятия окружающего мира не только снижают качество жизни, но могут быть угрозой для жизни в некоторых ситуациях. Большинство зрительных патологий являются врожденными, поэтому при диагностировании у ребенка отклонения нужно не только пройти необходимое лечение и грамотно подобрать корректирующую оптику, но и научить его жить с этой проблемой.
Именно с помощью зрения человек воспринимает большую часть информации из окружающего мира, поэтому все факты, связанные с глазами, интересны человеку. На сегодняшний день их существует огромное количество.
Строение глаза
Интересные факты о глазах начинаются с того, что человек является единственным существом на планете, имеющим белки глаз. В остальном глаза заполнено колбочками и палочками, как и у некоторых животных. Эти клетки находятся в глазу в количестве сотни миллионов и являются светочувствительными. Колбочки реагируют на смену освещенности и цветов больше, чем палочки.
У всех взрослых людей размер глазного яблока практически идентичен и составляет 24 мм в диаметре, в то время как новорожденный ребенок имеет диаметр яблока в 18 мм, а вес почти в три раза меньше.
Интересно, что иногда человек может видеть перед глазами различные плавающие помутнения, которые в действительности являются нитями белка.
Роговица глаза покрывает всю его видимую поверхность и является единственной частью тела человека, которая не снабжается кислородом из крови.
Хрусталик глаза, обеспечивающий четкость зрения, постоянно фокусируется на окружающей обстановке со скоростью 50 предметов в секунду. Движется глаз с помощью всего лишь 6 глазных мышц, являющихся самыми активными во всем организме.
Интересные факты о глазах включают в себя информацию о том, что чихнуть с открытыми глазами невозможно. Ученые объясняют это двумя гипотезами - рефлекторным сокращением мышц лица и защитой глаза от попадания микробов из слизистой носа.
Мозговое зрение
Интересные факты о зрении и глазах часто имеют данные о том, что на самом деле человек видит мозгом, а не глазом. Данное утверждение было научно установлено еще в 1897 году, подтвердив, что глаз человека воспринимает окружающую информацию в перевернутом виде. Переходя через оптический нерв к центру нервной системы, картинка переворачивается в привычное положение именно в коре головного мозга.
Особенности радужной оболочки
Они включают в себя тот факт, что радужка каждого человека имеет 256 отличительных характеристик, в то время как отпечатки пальцев отличаются лишь по сорока. Вероятность найти человека с такой же радужной оболочкой практически равна нулю.
Нарушение цветовосприятия
Чаще всего данная патология проявляется как дальтонизм. Интересно, что при рождении дальтониками являются все дети, но с возрастом у большинства приходит в норму. Чаще всего от данного нарушения страдают мужчины, не способные видеть определенные цвета.
В норме человек должен разделять семь основных цветов и до 100 тысяч их оттенков. В отличие от мужчин 2 % женщин страдают от генетической мутации, которая наоборот расширяет спектр их восприятия цветов до сотен миллионов оттенков.
Нетрадиционная медицина
Учитывая интересные факты о нем породили иридодиагностику. Она представляет собой нетрадиционный метод диагностирования заболеваний всего организма при помощи исследования радужной
Затемнение глаза
Интересно, что пираты носили повязки на глаза не для того, чтобы скрыть свои повреждения. Они закрывали один глаз, чтобы тот быстро смог адаптироваться к плохому освещению в трюмах корабля. Поочередно используя один глаз для помещений с тусклым освещением и палубы с ярким светом, пираты могли более эффективно вести бой.
Первые затемненные очки для обоих глаз появились не для защиты от яркого света, а для скрытия взгляда от посторонних лиц. Использовались они сначала только китайскими судьями, чтобы не демонстрировать окружающим личные эмоции к рассматриваемым делам.
Голубой или карий?
Цвет глаз человека определяется количеством концентрации в организме пигмента меланина.
Находится между роговицей и хрусталиком глаза и состоит из двух слоев:
- переднего;
- заднего.
Медицинскими терминами они определяются как мезодермальный и эктодермальный соответственно. Именно в переднем слое и распределяется красящий пигмент, определяя цвет глаз человека. Интересные факты о глазах подтверждают, что окраску радужке обеспечивает только меланин, независимо от того, какого цвета глаза. Оттенок меняется только за счет смены концентрации красящего вещества.
При рождении практически у всех детей данный пигмент полностью отсутствует, поэтому глаза новорожденных голубые. С возрастом они меняют свой цвет, который полностью устанавливается только к 12 годам.
Интересные факты про глаза человека также утверждают, что цвет может меняться в зависимости от некоторых обстоятельств. Учеными на данный момент установлено такое явление, как хамелеон. Оно представляет собой смену цвета глаза при длительном нахождении на холоде или при длительном ярком освещении. Некоторые люди утверждают, что цвет их глаз зависит не только от погоды, а и от личного настроения.
Самые интересные факты о строении глаза человека содержат данные о том, что на самом деле все люди на свете голубоглазые. Высокая концентрация пигмента в радужной оболочке обеспечивает поглощение световых лучей высоких и низких частот, за счет чего их отражение приводит к появлению коричневого или черного цвета глаз.
Цвет глаз во многом зависит от географической местности. Так в северных регионах преобладает население с голубым цветом глаз. Ближе к югу насчитывается большое количество кареглазых, а на экваторе практически все население имеет черный цвет радужной оболочки.
Более полувека назад ученые установили интересный факт - при рождении мы все дальнозоркие. Только к достижению шестимесячного возраста зрение нормализуется. Интересные факты о глазах и зрении человека также подтверждают, что полностью формируется глаз по физиологическим параметрам к семилетнему возрасту.
Зрение может сказываться и на общем состоянии организма, так при превышенных нагрузках на глаза наблюдается общее переутомление, головные боли, усталость и стрессовое состояние.
Интересно, что научно не доказана связь между качеством зрения и витамином моркови каротином. На самом деле этот миф взял свое начало со времен войны, когда англичане решили скрыть изобретение авиационного радара. Они объясняли быстрое обнаружение вражеских самолетов острым зрением своих летчиков, которые ели морковь.
Чтобы самостоятельно проверить остроту зрения, следует взглянуть на ночное небо. Если возле средней звезды ручки большого ковша (Большой Медведицы) удается разглядеть маленькую звезду, то все в норме.
Разные глаза
Чаще всего такое нарушения является генетическим и никак не сказывается на общем здоровье. Разный цвет глаз носит название гетерохромия и может быть полным или частичным. В первом случае каждый глаз окрашен своим цветом, а во втором одна радужка поделена на две части с разной окраской.
Негативные факторы
Больше всего на качество зрения и здоровье глаз в целом влияет косметика. Также негативно сказывается и ношение узкой одежды, поскольку она затрудняет кровообращение всех органов, в том числе и глаз.
Интересные факты о строении и работе глаза подтверждают, что ребенок не способен плакать в первый месяц жизни. Точнее при этом совершенно не выделяются слезы.
Состав слезы имеет три компонента:
- воду;
- слизь;
Если пропорции данных веществ на поверхности глаза не соблюдаются, появляется сухость и человек начинает плакать. При обильном течении слезы могут напрямую поступать в носоглотку.
Статистические исследования утверждают, что в год каждый мужчина плачет в среднем 7 раз, а женщина 47.
О моргании
Интересно, что в среднем человек моргает 1 раз в 6 секунд в большей степени рефлекторно. Данный процесс обеспечивает глазу достаточное увлажнение и своевременное очищение от загрязнений. По статистическим данным, женщины моргают в два раза чаще мужчин.
Японские исследователи установили, что процесс моргания действует еще и как перезагрузка для концентрации внимания. Именно в момент закрытия век падает активность нейросети внимания, поэтому и наблюдается моргание чаще всего после завершения определенного действия.
Чтение
Интересные факты про глаза не упустили такой процесс, как чтение. По данным ученых, при быстром чтении глаза утомляются намного меньше. При этом чтение бумажных книг всегда осуществляется на четверть быстрее, чем электронных носителей.
Ошибочные мнения
Многие считают, что курение никак не сказывается на здоровье глаз, но на самом деле табачный дым приводит к закупорке сосудов сетчатки глаза и приводит к развитию множества заболеваний зрительного нерва. Курение, как активное, так и пассивное, может привести к помутнению хрусталика, хроническим конъюнктивитам, желтым пятнам сетчатки, слепоте. Также при курении становится вредным ликопин.
В обычных случаях данное вещество оказывает благотворное влияние на организм, улучшая зрение, замедляя развитие катаракты, возрастные изменения и защищая глаз от ультрафиолетового излучения.
Интересные факты о глазах опровергают мнение о том, что излучение монитора негативно сказывается на зрении. На самом деле вред глазам приносит избыточное напряжение при частой фокусировке на мелких деталях.
Также многие уверены в необходимости осуществлять роды только кесаревым путем при наличии у женщины плохого зрения. В некоторых случаях это действительно так, но при близорукости можно пройти курс лазерной коагуляции и предупредить риск разрыва или отслоения сетчатки во время родов. Данная процедура осуществляется даже на 30-й неделе вынашивания плода и занимает всего несколько минут, совершенно не оказывая негативного влияния на здоровье и матери, и ребенка. Но как бы там ни было, старайтесь регулярно посещать специалиста и проверять свое зрение.
Наша сегодняшняя беседа посвящена зрению. Способность видеть является наиболее верным и надежным помощником человека. Она позволяет нам ориентироваться и взаимодействовать с окружающим миром.
Примерно 80% всей информации человек получает с помощью зрения. Рассмотрим механизм возникновения непрерывно изменяющейся видимой картины окружающей среды.
Как создается видимое изображение
Каждый из 6 органов чувств (анализаторов) человека включает три важнейших звена: рецепторы, нервные пути, и мозговой центр. Анализаторы, принадлежащие к различным органам чувств, работают в тесном «содружестве» друг с другом. Это позволяет получить полную и точную картину окружающего мира.
Функция зрения обеспечивается с помощью пары глаз.
Оптическая система человеческого глаза
Глаз человека имеет шаровидную форму диаметром около 2,3 см. Передняя часть его наружной оболочки прозрачна и носит название роговицы. Задняя же часть - склера состоит из плотной белковой ткани. Непосредственно за белком находится сосудистая оболочка, пронизанная кровеносными сосудами. Цвет глаз обуславливается пигментом, содержащимся в её передней (радужной) части. В радужке находится очень важный элемент глаза - отверстие (зрачок), пропускающий свет вовнутрь глаза. Позади зрачка расположено уникальное изобретение природы - хрусталик. Он представляет собой биологическую, совершенно прозрачную двояковыпуклую линзу. Её важнейшее свойство - аккомодация. Т.е. способность рефлекторно изменять свою преломляющую силу при рассмотрении предметов, разно удалённых от наблюдателя. Выпуклостью хрусталика управляет специальная группа мышц. За хрусталиком располагается прозрачное стекловидное тело.
Роговица, радужная оболочка, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему глаза.
Слаженная работа этой системы изменяет траекторию световых лучей и направляет световые кванты к сетчатке. На ней возникает уменьшенное изображение предметов. На сетчатке располагаются фоторецепторы, представляющие собой разветвления зрительного нерва. Получаемое ими световое раздражение по зрительному нерву направляется в мозг, где и формируется видимый образ предмета.
Однако, природа ограничила видимую часть электромагнитной шкалы очень малым диапазоном.
Через светопроводящую систему глаза проходят лишь электромагнитные волны с длиной от 0,4 до 0,78 мкм.
Сетчатка чувствительна и к ультрафиолетовой части спектра. Но хрусталик не пропускает агрессивные ультрафиолетовые кванты и тем самым предохраняет этот нежнейший слой от разрушения.
Жёлтое пятно
Против зрачка на сетчатке располагается жёлтое пятно, на котором плотность фоторецепторов особенно велика. Поэтому изображение объектов, попавших в эту область, получается особенно чётким. При любых перемещениях человека необходимо, чтобы изображения объекта удерживалось в области жёлтого пятна. Это происходит автоматически: мозг посылает команды глазодвигательным мышцам, которые управляют движение глаз в трёх плоскостях. При этом движение глаз всегда согласовано. Подчиняясь полученным командам, мышцы вынуждают глазные яблоки поворачиваться в нужном направлении. Этим и обеспечивается острота зрения.
Но даже, когда мы рассматриваем подвижный объект, наши глаза совершают очень быстрые движения из стороны в сторону, непрерывно поставляя в мозг «пищу для размышлений».
Цветное и сумеречное зрение
Сетчатка состоит из нервных рецепторов двух видов – палочек и колбочек. Палочки ответственны за ночное (чёрно-белое) зрение, а колбочки позволяют видеть мир во всем великолепии цветов. Количество палочек на сетчатке может достигать 115–120 млн, количество колбочек более скромно - около 7 млн. Палочки реагируют даже на отдельные фотоны. Поэтому даже при слабом освещении мы различаем очертания предметов (сумеречное зрение).
Зато колбочки могут проявить свою активность лишь при достаточном освещении. Для их активирования требуется больше энергии, поскольку они менее чувствительны.
Существует три вида световоспринимающих рецепторов, соответствующих красному, синему и зелёному цвету.
Их сочетание позволяет человеку распознавать всё многообразие цветов и тысячи их оттенков. А их наложение даёт белый цвет. Кстати, этот же принцип использован в .
Мы видим окружающий мир потому, что все предметы отражают падающий на них свет. Причём длины волн отражаемого света зависят от вещества или нанесенной на предмет краски. Например, краска на поверхности красного мячика может отражать только волны длиной 0,78 мкм, а зелёная листва отражает диапазон от 0,51 – 0,55 мкм.
Фотоны, соответствующие этим длинам волн, попадая на сетчатку, могут воздействовать на колбочки только соответствующей группы. Красная роза, освещенная зелёным цветом, превращается в чёрный цветок, потому что неспособна отражать эти волны. Таким образом, сами по себе тела цвета не имеют. А вся огромная палитра цветов и оттенков, доступная нашему зрению – результат удивительного свойства нашего мозга.
Когда на колбочку падает световой поток, соответствующий определённому цвету, то в результате фотохимической реакции образуется электрический импульс. Комбинация таких сигналов устремляется в зрительную зону коры головного мозга, выстраивая там изображение. В результате мы видим не только очертания предметов, но и их окраску.
Острота зрения
Одно из важнейших свойств зрения это его острота. То есть его способность воспринимать две близко расположенные точки раздельно. Для нормального зрения угловое расстояние соответствующее этим точкам равно 1 минуте. Острота зрения зависит от строения глаза и правильного функционирования его оптической системы.
Тайны глаза
На удалении 3-4 мм от центра сетчатки есть особый участок, лишенный нервных рецепторов. По этой причине его назвали слепым пятном. Его размеры весьма скромны – менее 2 мм. К нему идут нервные волокна от всех рецепторов. Объединяясь в зоне слепого пятна, они образуют оптический нерв, по которому электрические импульсы от сетчатки устремляются к зрительной зоне коры головного мозга.
Кстати, сетчатка несколько озадачила ученых – физиологов. Слой, содержащий нервные рецепторы расположен на её задней стенке. Т.е. свет из внешнего мира должен пробираться через слой сетчатки, а затем уже «штурмовать» палочки и колбочки.
Если внимательно присмотреться к изображению, которое оптическая система глаза проецирует на сетчатку, то прекрасно видно, что оно перевернутое. Таким его и видят малыши первые двое суток после появления на свет. А затем мозг обучается переворачивать это изображение. И мир предстает перед ними в своём естественном положении.
Кстати, зачем природа снабдила нас двумя глазами? Оба глаза проецируют на сетчатку изображения одного и того же объекта чуть – чуть отличающиеся друг от друга (поскольку рассматриваемый предмет расположен для левого и правого глаза немного по-разному). Но нервные импульсы от обоих глаз попадают на одни и те же нейроны мозга, и формируют в нем единое, но объёмное изображение.
Глаза - чрезвычайно уязвимы. Природа позаботилась об их безопасности, посредством вспомогательных органов. Скажем, брови защищают глаза от стекающих со лба капелек пота и дождевой влаги, ресницы и веки предохраняют глаза от пыли. А специальные слёзные железы предохраняют глаза от высыхания, облегчают движение век, дезинфицируют поверхность глазного яблока…
Итак, мы познакомились со строением глаз, основными этапами зрительного восприятия, раскрыли некоторые тайны нашего зрительного аппарата.
Как и в любом оптическом приборе, здесь возможны разнообразные сбои. А каким образом человек справляется с дефектами зрения, и какими свойствами еще наделила природа его зрительный аппарат – мы расскажем при следующей встрече.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
August 17th, 2015 , 09:25 am
Предлагаем вам узнать об удивительных свойствах нашего зрения - от способности видеть далекие галактики до возможности улавливать невидимые, казалось бы, световые волны.
Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь – что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы – все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам - световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.
В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.
У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.
Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. "У любых видимых нами объектов есть определенный "порог", ниже которого мы перестаем их различать", - говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.
Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета - пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.
Наша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток - палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении - например, ночью (ночное зрение).
В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.
Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа - за желто-красную (длинноволновую).
Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. "Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины", - говорит Лэнди.
Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.
По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем - спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.
Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией - отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) - способны видеть ультрафиолетовые волны.
В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.
В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны. Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).
Сколько цветов мы видим?
В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.
Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов – людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин. В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 млн цветов. (У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек - они различают не более 10 000 цветов.)
Сколько нам нужно фотонов, чтобы увидеть источник света?
Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.
В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.
Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. "Человек способен увидеть один-единственный фотон, - говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла".
В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.
Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.
Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.
Самый маленький и самый удаленный видимые объекты
Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.
"Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, - это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, - говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов".
В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.
Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.
Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.
С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.
Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути. Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца. (Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)
Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны. Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.
Предел остроты зрения
Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)
Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора - в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.
Ограничения остроты зрения зависят от нескольких факторов - таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.
В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).
Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. "По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз", - говорит Лэнди.
На этом принципе основаны таблицы , используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.
Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.
Именно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.
Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров – весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.
С уверенностью можно сказать, что зрение – это самое важное чувство человека, так как именно глаза обеспечивают нам до 80% всей информации, которую люди получают с окружающей среды. Строение и функционирование зрительного анализатора очень сложное, а некоторые нюансы до сих пор остаются загадкой для ученых. Тем не менее, известно немало интересных фактов о глазах, которые уж точно не оставят вас равнодушным.
1.Сетчатка (световоспринимающая внутренняя оболочка глаза) воспринимает изображения окружающих предметов перевернутыми, то есть человек, по сути, видит все «вверх ногами», а также в уменьшенном варианте. Но на помощь в этой ситуации приходит головной мозг, который «ставит» картинку на место. Чтобы увидеть мир таким, как наша сетчатка, можно надеть очки с призматическими линзами.
Глаз человека воспринимает все вокруг в перевернутом состоянии, но головной мозг вносит свои коррективы в этот процесс
2. Человек на самом деле видит мозгом . Глаза человека, на самом деле, является только средством сбора информации, а видим мы исключительно благодаря головному мозгу. Свет оставляет не сетчатке уменьшенное и перевернутое изображение, которое трансформируется из световых лучей в нервный импульс. Последний посредством зрительного нерва достигает зрительной части коры мозга (затылочная область), где полученная информация расшифровывается, анализируется, обрабатывается, корректируется и человек воспринимает изображение правильно.
3. Все голубоглазые люди имеют одного предка . Дело в том, что голубой цвет глаз появился как мутация приблизительно 6000 (максимум 10000) лет тому назад. До этого момента голубых глаз просто не существовало у человека. Изменения произошли в гене OCA2, который отвечает за процесс синтеза меланина (пигмент, от которого и зависит цвет глаз человека). Научные сотрудники, проведя несколько экспериментов и исследований, пришли к выводу, что первый человек, получивший от природы в подарок голубые глаза, жил на побережье Черного моря. Как именно мутация распространилась на весь мир, остается загадкой, но сегодня примерно 40% людей европеоидной расы являются голубоглазыми.
Интересный факт: все люди с голубыми глазами происходят от одного предка
4. Встречаются люди с разным цветом глаз . Такая ситуация не считается заболеванием, но является отклонением в нормальном развитии и встречается приблизительно у 1% людей, называется гетерохромией. Гетерохромия развивается вследствие нарушения синтеза меланина в радужной оболочке глаза. Чаще всего имеет наследственный характер, но может наступать из-за перенесенных травм и некоторых недугов. Встречается и частичная форма гетерохромии, в таком случае часть радужной оболочки имеет, например, карий цвет, и одновременно присутствуют островки серого цвета.
Вариант полной и частичной гетерохромии цвета глаз
5. Брови выполняют защитную функцию . Многие даже не подозревают, зачем человеку нужны брови. Тем не менее, они выполняют важную роль. Они защищают глаза от возможного попадания пота, который стекает со лба. Пот содержит большое количество соли, которая может навредить тонким структурам глаза. Чем гуще брови, тем лучше защищены глаза.
6. У всех размер глазного яблока одинаковый . Независимо от стати, возраста, расы, телосложения размер глаза у всех людей практически равный и отвечает 24 мм. Занимательно и то, что у маленьких детей он практически такой же, поэтому глаза у малышей кажутся большими и выразительными.
Размер глазного яблока одинаковый практически у всех людей
7. Самый быстрый рефлекс в организме – это моргание . Мышца, которая отвечает за движения век – самая быстрая. Для осуществления мигательного рефлекса нашему организму необходимо всего 10-30 мс, что является абсолютным рекордом.
8. Хрусталик во много раз превосходит даже самый быстрый и качественный фотообъектив в мире . Чтобы это понять, достаточно осознать, на скольких предметах сразу фокусирует свой взгляд человек. Смена фокуса происходит еще до того, как вы переведете взгляд на следующий объект. На это не способна ни одна камера, даже самому лучшему объективу нужны секунды, чтобы сменить фокус.
9. Острота зрения бывает больше 100% (или 1,0) . Все, кто хоть раз был на приеме у офтальмолога, ознакомлены с процедурой проверки зрения по специальным таблицам. Как правило, они имеют 10 строк букв или изображений. Если человек видит последнюю строку с расстояния 5 м, то его зрение считается идеальным и равняется 1,0 (100%). Но на самом деле есть индивиды, чей глаз может быть еще более зорким и видеть, например, на 120%.
Острота зрения в единицу – это далеко не предел для человека
10. Дальтонизмом преимущественно болеют представители мужского пола , и каждый 12 мужчина может не различать один или несколько цветов, причем большая часть из них даже не догадывается о своей особенности. Дальтонизм – это генетический дефект, который передается с Х-хромосомой от матери-носителя сыну. Именно поэтому мужчины имеют повышенный фактор риска дальтонизма, так как у них нет «запасной» здоровой Х-хромосомы, в отличие от женщин.
11. Периферическое зрение у женщин намного лучше развито, нежели у мужчин . Связано это с особенностями эволюции человека. Издревле основной задачей женщины был уход за детьми, приготовление еды и прочие бытовые дела (часто надо было следить за всем одновременно). Мужчины же были сосредоточены на охоте и всматривались только в центр. Кстати, такой интересный факт о зрении мужчин и женщин был описан совсем недавно. Женщина, смотря прямо, видит намного больше периферическим зрением, нежели представители сильного пола.
Женщины видят гораздо лучше боковым зрением, нежели мужчины
12. Новорожденные дети видят очень плохо только на расстоянии 30-40 см. Это именно то расстояние, на котором находится лицо матери при кормлении ребенка грудью. Вот почему первый человек, которого начинает узнавать малыш – это его мама.
13. Глазные мышцы – самые «работящие» в организме . Эти маленькие мышечные волокна активнее любых других мышц в теле. Они практически никогда не отдыхают, ведь даже во сне человек двигает глазными яблоками.
14. Омматофобия – боязнь глаз . В мире существует очень много странных и малоизученных фобий, одной из таких считается и омматофобия. Человек-омматофоб не может смотреть в глаза другому из-за страха. Такие люди никогда не смотрят в глаза другим, ходят в глубоких капюшонах, носят темные очки. К счастью, данная фобия малораспространенная и чаще всего проявляется в стертой форме. Лечение пациенты проходят у психотерапевта. Как только становится понятно, какие именно причины стали основой для омматофибии, избавиться от нее становиться несложно.
Люди, страдающие омматофобией, боятся глаз
15. Карие глаза на самом деле имеют голубой цвет, но под слоем пигмента . Всем известно, что дети рождаются с одинаковым цветом глаз – грязно-голубым, и примерно на 3-5 месяце жизни радужка приобретает свой окончательный цвет – карий, зеленый, голубой, черный и пр. Дело в том, что пигментные клетки начинают синтезировать то количество меланина, которое заложено в генетическом коде, и глаза меняют цвет. Но если у вас радужка коричневая, то вы вполне можете поменять ее цвет на голубой. Для этого существует специальная лазерная операция, которая уменьшает количество пигмента и проявляется изначально заложенный голубой оттенок.
16. Узор радужной оболочки глаза у человека такой же уникальный, как и отпечатки пальцев . Не бывает двух одинаковых индивидов по этому параметру. Поэтому его можно использовать для идентификации, например, при прохождении паспортного контроля.
Узор радужной оболочки, как и отпечатки пальцев, уникален для каждого человека
17. Невозможно чихнуть с открытыми глазами . Ученые объясняют это рефлекторным ответом – при чихании сокращаются мимические мышцы лица, в том числе и круговая мышца глаза. Такое действие связывают с защитной функцией – закрытие век при чихании предотвращает попадание микроорганизмов в глаза, которые вылетают с ротовой полости.
18. Самый редкий цвет глаз в природе – зеленый . По статистике, зеленый цвет радужки различных оттенков (от серо-зеленого до изумрудного) имеют только 2% населения планеты. Интересно и то, что средневековая инквизиция считала рыжеволосых женщин с зелеными глазами ведьмами и сжигала их на кострах. Это тоже повлияло на низкую распространенность такого красивого цвета в наше время.
Таким образом, существует много удивительных фактов о человеческих глазах и это только небольшая часть из них. Не зря говорят, что глаза – это зеркало души человека, а душа – это самая большая тайна нашего мира.
