Строение глаза кратко и просто. Как работает человеческий глаз и зачем мозгу фотошоп

Человеческий глаз часто приводят в качестве примера удивительной природной инженерии - но судя по тому, что это один из 40 вариантов устройств, которые появлялись в процессе эволюции у разных организмов, нам стоит поумерить свой антропоцентризм и признать, что по строению человеческий глаз не является чем-то совершенным.

Рассказ про глаз учше всего начать с фотона. Квант электромагнитного излучения неспешно влетает строго в глаз ничего не подозревающего прохожего, который жмурится от неожиданного блика с чьих-то часов.

Первая деталь оптической системы глаза - это роговица. Она меняет направление движения света. Это возможно благодаря такому свойству света, как преломление, ответственного в том числе за радугу. Скорость света постоянна в вакууме - 300 000 000 м/с. Но при переходе из одной среды в другую (в данном случае из воздуха в глаз) свет меняет свою скорость и направление движения. У воздуха коэффициент преломления равен 1,000293, у роговицы - 1,376. Это значит, что луч света в роговице замедляет свое движение в 1,376 раз и отклоняется ближе к центру глаза.

Любимый способ раскалывать партизан - светить им яркой лампой в лицо. Это больно по двум причинам. Яркий свет - это мощное электромагнитное излучение: триллионы фотонов атакуют сетчатку, и ее нервные окончания вынуждены передавать бешеное количество сигналов в мозг. От перенапряжения нервы, как провода, перегорают. При этом мышцы радужки вынуждены сжиматься так сильно, как только могут, отчаянно пытаясь закрыть зрачок и защитить сетчатку.

И подлетает к зрачку. С ним все просто - это отверстие в радужной оболочке. За счет круговых и радиальных мышц радужная оболочка может соответственно сужать и расширять зрачок, регулируя количество света, проникающего в глаз, как диафрагма в фотоаппарате. Диаметр зрачка человека может меняться от 1 до 8 мм в зависимости от освещенности.

Пролетев сквозь зрачок, фотон попадает на хрусталик - вторую линзу, ответственную за его траекторию. Хрусталик преломляет свет слабее, чем роговица, зато он подвижен. Хрусталик висит на цилинарных мышцах, которые меняют его кривизну, тем самым позволяя нам фокусироваться на предметах на разном расстоянии от нас.

Именно с фокусом связаны нарушения зрения. Самые распространенные - близорукость и дальнозоркость. Изображение в обоих случаях фокусируется не на сетчатке, как должно, а перед ней (близорукость), или за ней (дальнозоркость). Виноват в этом глаз, который меняет форму с круглой на овальную, и тогда сетчатка удаляется от хрусталика или приближется к нему.

После хрусталика фотон пролетает сквозь стекловидное тело (прозрачный студень - 2/3 объема всего глаза, на 99% - вода) прямиком на сетчатку. Здесь регистрируются фотоны, и сообщения о прибытии отправляются по нервам в мозг.

Сетчатка устлана клетками-фоторецепторами: когда света нет, они вырабатывают специальные вещества - нейротрансмиттеры, но как только в них попадает фотон, клетки-фоторецепторы перестают их вырабатывать - и это сигнал для мозга. Есть два типа этих клеток: палочки, которые более чувствительны к свету, и колбочки, которые лучше различают движение. Палочек у нас около ста миллионов и еще 6-7 миллионов колбочек, итого больше ста миллионов светочувствительных элементов - это больше 100 мегапикселей, что никакому «хасселю» не снилось.

Слепое пятно - точка прорыва, где совсем нет светочувствительных клеток. Оно довольно большое - 1-2 мм в диаметре. К счастью, у нас бинокулярное зрение и есть мозг, который совмещает две картинки c пятнами в одну нормальную.

На моменте передачи сигнала в человеческом глазу возникает проблема с логикой. Подводный, не особо нуждающийся в зрении житель осьминог в этом смысле гораздо последовательней. У осьминогов фотон сначала врезается в слой колбочек и палочек на сетчатке, сразу за которым ждет слой нейронов и передает сигнал в мозг. У человека свет сперва продирается сквозь слои нейронов - и только потом ударяется в фоторецепторы. Из-за этого в глазу есть первое пятно - слепое.

Второе пятно - желтое, это центральная область сетчатки прямо напротив зрачка, чуть выше зрительного нерва. Этим местом глаз видит лучше всего: концентрация светочувствительных клеток здесь сильно увеличена, поэтому наше зрение по центру визуального поля значительно острее периферийного.

Изображение на сетчатке перевернуто. Мозг умеет правильно интерпретировать картинку, и восстанавливает из перевернутого оригинальное изображение. Дети первые пару дней видят все вверх ногами, пока их мозг устанавливает свой фотошоп. Если надеть очки, переворачивающие изображение (это впервые проделали еще в 1896 году), то через пару дней наш мозг научится интерпретировать и такую перевернутую картинку правильно.

Глаза – один из основных инструментов человека для получения информации об окружающем мире. От 80 до 90 процентов ощущений люди получают именно благодаря зрению.

С помощью глаз человек распознает форму и цвет объектов, может отслеживать их перемещение в пространстве. Без зрения в современном мире жить достаточно тяжело: большая доля поступающей информации рассчитана на зрительное восприятие. Устройство человеческого глаза позволяет ему быть одним из самых совершенных оптических инструментов.

Чем видим?

Функцию зрения у человека осуществляют не только глаза – парный орган, расположенный в глазницах черепа. В состав зрительного анализатора входят также зрительный нерв и целая система вспомогательных систем: веки, слезные железы и мышцы глазного яблока.

Кстати, последние по праву считаются одними из самых быстродействующих мышц в организме человека. Даже если взгляд сфокусирован на одной точке, за одну секунду эти мышцы позволяют глазам совершить больше сотни синхронных движений.

Позади глаза, в полости глазницы, располагается своеобразный «буфер» из жировой ткани, а закрытые части глазного яблока защищает конъюнктива – слизистая оболочка глаза, пронизанная кровеносными сосудами.

Глазное яблоко у всех людей примерно одинакового размера. С момента рождения оно увеличивается примерно в два раза.

Как видим?

Глаз человека – это сложная оптическая система, состоящая из нескольких линз и специального датчика, воспринимающего изображение.

Сначала световые лучи попадают в зрачок, располагающийся за роговицей глаза, которая представляет собой первую линзу системы.

Зрачок – это аналог диафрагмы в фотоаппарате. Он располагается в центре радужной оболочки и способен сужаться и расширяться, регулируя интенсивность светового потока, попадающего внутрь глаза.

Зрачок способен пропустить только те световые лучи, которые расположены прямо перед ним, а пигмент радужной оболочки задерживает боковые лучи, способные вызвать искажение изображения.

Хрусталик

Прошедшие через зрачок световые лучи преломляются хрусталиком – второй линзой глаза. Форма хрусталика может меняться при помощи специальной мышцы.

Для фокуса на более близких объектах мышца напрягается, а хрусталик становится более выпуклым. Если требуется фокусировка на дальних объектах, мышца расслабляется, а хрусталик становится плоским. Этот процесс называется аккомодация .

При его нарушении из-за слабости мышц хрусталика развивается близорукость (невозможность различить дальние объекты) и дальнозоркость (трудность различения близко расположенных объектов)

За хрусталиком располагается стекловидное тело. Оно занимает практически всю полость глаза до самой сетчатки и обеспечивает упругость глазного яблока.

Приемное устройство — сетчатка

После фокусировки хрусталиком лучи света попадают на сетчатку – своеобразный вогнутый экран, на который проецируется перевернутое изображение увиденного.

Наружный слой сетчатки состоит из двух типов специальных клеток: палочек, воспринимающих свет, и колбочек, распознающих цвета. При помощи химических процессов раздражение этих клеток светом кодируется в нервный импульс, который передается в мозг.

Самая чувствительная часть сетчатки, позволяющая различать цвета и мелкие детали объектов, – желтое пятно или макула, располагающаяся в ее центре.

Есть на сетчатке и слепое пятно – участок, полностью лишенный палочек и колбочек. Здесь из сетчатки выходит зрительный нерв, который транслирует закодированное изображение в головной мозг, где оно окончательно обрабатывается и интерпретируется.

Болезни глаз

Болезней глаз достаточно много. Часть из них вызывается нарушениями в самом глазу, остальные поражают глаза при общих заболеваниях и последствиях неправильного образа жизни: при сахарном диабете, проблемах с функциями желез внутренней секреции, гипертонии, употреблении алкоголя и так далее.

Глаза – один из основных инструментов человека для получения информации об окружающем мире. Этот парный орган – сложная система из двух линз и приемного устройства – сетчатки.

Нарушение зрения – одно из последствий нездорового образа жизни.

Зрение и слух развиты у человека гораздо лучше, чем обоняние. Светочувствительные клетки и клетки, улавливающие звуки, собраны у нас, как и у всех высокоразвитых животных, в особых органах — глазах и ушах.

Как и у фотоаппарата, у нашего глазе есть «окошко объектива» (роговица), в диафрагма» (радужная оболочка), «регулируемая линза» (хрусталик) и светочувствительный слой» (сетчатка, лежащая в глубине глаза). Клетки сетчатки посылают по зрительному нерву сигналы в кору головного мозга.

В глазу человека есть два вида светочувствительных клеток: палочки и колбочки. Палочки различают темное и светлое. Колбочки воспринимают цвет. Клетки обоих видов расположены на сетчатке — тонкой, пронизанной кровеносными сосудами внутренней оболочке глазного яблока. Вообще же глазное яблоко состоит из нескольких плотных слоев соединительной ткани, которые придают ему форму.

Благодаря хрусталику все, что мы видим, отражается на сетчатке глаза в перевернутом виде. Однако головной мозг исправляет искаженную картину. Вообще он легко ко всему приспосабливается. Вздумай кто-нибудь неделями напролет стоять на голове, вскоре вместо перевернутых картинок он снова станет видеть нормальные, «поставленные на ноги», изображения.

1. Зрительный нерв; 2. Мышца; 3. Лобная кость; 4. Роговица; 5. Мышца

Передняя часть глазного яблока — роговица — прозрачная, словно стекло: она пропускает свет внутрь глаза. Затем свет улавливается «диафрагмой» глаза — радужной оболочкой — и собирается в пучок. Пигментные клетки радужной оболочки придают глазам определенный цвет Если пигмента много, глаза окрашены в коричневый цвет, если его мало или совсем нет — в зеленовато-серые и голубые тона. Далее свет проникает в зрачок — отверстие в радужной оболочке, окруженное двумя маленькими мышцами. На ярком свету одна мышца сужает зрачок, другая расширяет его, если темно. Миновав зрачок, световые лучи попадают прямо на хрусталик — эластичный орган, который все время старается принять форму шара. Мешает ему кольцо из мышц: они постоянно растягиваются и уменьшают выпуклость хрусталика. Итак, хрусталик легко меняет свою кривизну. Поэтому лучи света падают именно на усеянный палочками и колбочками слой сетчатки, и мы отчетливо видим предметы. Когда мы рассматриваем близко расположенные предметы, хрусталик становится выпуклым и сильнее преломляет лучи, а когда далеко отстоящие от нас предметы — он становится более плоским и слабее преломляет лучи. С возрастом хрусталик теряет эластичность. Чтобы как-то поправить беду, приходится помогать нашей естественной линзе — хрусталику — и пользоваться очками.

Подобно фотоаппарату, глаз снабжен «окошком объектива», «диафрагмой», «регулируемой линзой» и «светочувствительным слоем», напоминающим фотопленку. Только слой этот — часть самого глаза, его сетчатка. И все же человек видит больше, чем фотокамера Ведь он смотрит на мир двумя глазами. И левый, и правый глаза видят предметы по-своему. Наш мозг сравнивает два полученных изображения и по ним судит о форме увиденного Поэтому-то у людей есть пространственное зрение. А вот, например, у курицы глаза посажены по бокам головы, и объемным зрением она не наделена.

Близорукость и дальнозоркость

Почти каждый третий страдает нарушениями зрения. Близорукость и дальнозоркость встречаются наиболее часто, но очень хорошо корректируются с помощью очков или контактных линз. Близорукость возникает в результате патологии глаза. Близорукий человек может четко видеть вблизи, но при взгляде вдаль изображение становится очень размытым. Дальнозоркость - следствие нормального старения глаза. Начиная с 40 лет мы видим вблизи все менее четко, так как с годами хрусталик утрачивает гибкость.

Человеческий глаз – это очень комплексная оптическая система, состоящая из многообразия элементов, каждый из которых отвечает за свои собственные задачи. В целом же глазной аппарат помогает воспринимать внешнюю картинку, обрабатывать её и передавать информацию в уже подготовленном виде в головной мозг. Без его функций органы тела человека не могли бы столь же полноценно взаимодействовать. Хотя орган зрения и устроен сложно, хотя бы в базовом виде понимать описание принципа его функционирования стоит каждому человеку.

Общий принцип функционирования

Разобравшись, что такое глаз, поняв его описание, рассмотрим принцип его работы. Глаз работает за счёт восприятия света, отражённого от окружающих предметов. Этот свет попадает на роговицу, особую линзу, позволяющую сфокусировать поступающие лучи. После роговицы лучи проходят через камеру глаза (которая заполнена бесцветной жидкостью), а потом попадают на радужку, которая в своём центре имеет зрачок. У зрачка имеется отверстие (глазная щель), через которое проходят только центральные лучи, то есть часть лучей, находящихся по краям светового потока, отсеивается.

Зрачок помогает приспосабливаться к различным уровням освещения. Он (точнее говоря, его глазная щель) отсеивает только те лучи, которые не влияет на качество изображения, но регулирует их поток. В итоге то, что осталось, идёт на хрусталик, который, как и роговица, является линзой, но только предназначенной для другого – для более точной, «чистовой» фокусировки света. Хрусталик и роговица – это оптические среды глаза.

Далее свет через особое стекловидное тело, входящее в оптический аппарат глаза, проходит на сетчатку, куда изображение проецируется как на киноэкран, но только в перевёрнутом виде. В центре сетчатки находится макула, та зона, которая отвечает на остроту зрения, в которую попадает объект, на который мы смотрим напрямую.

На финальных этапах получения изображения клетки сетчатки обрабатывают то, что на них находится, переводя всё в электромагнитные импульсы, которые далее отправляются в мозг. Схожим образом функционирует цифровой фотоаппарат.

Из всех элементов глаза в обработке сигнала не участвует только склера, особая непрозрачная оболочка, которая покрывает снаружи. Окружает она его почти что целиком, приблизительно на 80%, на в передней части она плавно переходит в роговицу. В народе её наружную часть принято называть белком, хотя это и не совсем корректно.

Количество различаемых цветов

Человеческий орган зрения воспринимает изображение в цвете, причём количество оттенков цветов, которые он может различать, является очень большим. То, сколько разных цветов различается глазом (точнее, сколько оттенков), может варьироваться от индивидуальных особенностей человека, а также уровня его натренированности и типа его профессиональной деятельности. «Работает» глаз с так называемым видимым излучением, которое представляет собой электромагнитные волны, имеющие длину волны от 380 до 740 нм, то есть со светом.

Если брать средние показатели, то человек суммарно может отличать около 150 тысяч цветовых тонов и оттенков.

Впрочем, тут имеется неоднозначность, которая заключается в относительной субъективности цветового восприятия. Потому некоторые учёные сходятся на другой цифре, сколько оттенков цветов обычно видит/различает человек – от семи до десяти миллионов. В любом случае, цифра внушительная. Все эти оттенки получаются за счёт варьирования семи основных цветов, находящихся в разных частях радужного спектра. Считается, что у профессиональных художников и дизайнеров количество воспринимаемых оттенков выше, а также иногда человек рождается с мутацией, позволяющей ему видеть в разы больше цветов и оттенков. Сколько разных цветов видят такие люди – открытый вопрос.

Глазные заболевания

Как и любая другая система человеческого организма, орган зрения подвержен различным заболеваниям и патологиям. Условно их можно разделить на инфекционные и неинфекционные. Частые виды заболеваний, что вызываются бактериями, вирусами или микроорганизмами – это конъюнктивиты, ячмени и блефариты.

Если заболевание неинфекционное, то обычно оно возникает из-за серьёзного переутомления глаз, из-за наследственной предрасположенности или просто из-за изменений, которые возникают в организме человека с возрастом. Реже проблема может заключаться в том, что возникла общая патология организма, например, развилась гипертония или сахарный диабет. В итоге может возникнуть глаукома, катаракта или синдром сухого глаза, человек в итоге хуже видит или различает объекты.

В медицинской практике все заболевания делятся на следующие категории:

• болезни отдельных элементов глаза, например, хрусталика, конъюнктивы и так далее;
• патологии зрительных нервов/путей;
• патологии мышц, по причине которых нарушается содружественное движение яблок;
• заболевания, связанные со слепотой и различными зрительными расстройствами, нарушением силы зрения;
• глаукома.

Чтобы не возникало проблем и патологий, глаза необходимо оберегать, не держать подолгу направленными в одну точку, поддерживать оптимальное освещение при чтении или работе. Тогда сила зрения не будет падать.

Внешнее строение глаза

Глаз человека имеет не только лишь внутреннее строение, но также и внешнее, которое представлено веками. Это особые перегородки, которые защищают глаза от травматизма и негативных факторов окружающей среды. Они преимущественно состоят из мышечной ткани, которая снаружи покрывается тонкой и нежной кожей. В офтальмологии принято считать, что веки – это один из важнейших элементов, при возникновении проблем с которым могут возникнуть проблемы.

Хотя веко и является мягким, его прочность и постоянство формы обеспечивает хрящ, который по своей сути является коллагеновым образованием. Движение век осуществляется благодаря мышечному слою. Когда веки смыкаются, это несёт функциональную роль – глазное яблоко увлажняется, а небольшие инородные частицы, сколько бы их ни было на поверхности глаза, удаляются. Кроме того, благодаря смачиванию глазного яблока, веко получает возможность свободно скользить относительно его поверхности.

Важным компонентом век также является разветвлённая система кровоснабжения и множество нервных окончаний, которые помогают векам осуществлять свои функции.

Движение глаз

Глаза человека двигаются при помощи специальных мышц, обеспечивающих глазам нормальное постоянное функционирование. Зрительный аппарат двигается при помощи слаженной работы десятков мышц, основными из которых являются четыре прямых и два косых мышечных отростка. окружают с разных сторон и помогают поворачивать глазное яблоко вокруг различных осей. Каждая группа позволяет повернуть глаз человека в своём направлении.

Также мышцы помогают осуществлять поднятие и опускание век. Когда всё мышцы работают слаженно, это не только лишь позволяет управлять глазами по отдельности, но также и осуществить их слаженную работу и координацию их направления.