Kui kaugele inimsilm näeb? Nägemisteravus
Teoreetiliselt valgustäpp kaugest punktallikast võrkkestale keskendudes peaks see olema ääretult väike. Kuna aga silma optiline süsteem on ebatäiuslik, on sellise võrkkesta laigu koguläbimõõt tavaliselt isegi normaalse silma optilise süsteemi maksimaalse eraldusvõime korral ligikaudu 11 mikronit. Laigu keskosas on heledus suurim ja selle servade suunas heledus järk-järgult väheneb.
Keskmine koonuse läbimõõt foveas võrkkest (võrkkesta keskosa, kus nägemisteravus on kõrgeim) on ligikaudu 1,5 mikronit, mis on 1/7 valguslaigu läbimõõdust. Kuna aga valgustäpil on hele keskpunkt ja varjutatud servad, suudab inimene tavaliselt eristada kahte erinevat punkti võrkkesta keskpunktide vahel, mis on veidi suurem kui koonuste laius. fovea.
Normaalne nägemisteravus inimsilm punktvalgusallikate eristamiseks on ligikaudu 25 kaaresekundit. Seetõttu, kui valguskiired kahest eraldi punktist jõuavad silma nendevahelise 25-sekundilise nurga all, tuvastatakse need tavaliselt ühe punktina kahe punktina. See tähendab, et normaalse nägemisteravusega inimene, vaadates kahte eredat punktvalgusallikat 10 m kauguselt, suudab neid allikaid eraldiseisvate objektidena eristada vaid siis, kui need asuvad üksteisest 1,5-2 mm kaugusel.
Ava läbimõõduga vähem kui 500 mikronit vähem kui 2° vaateväljast langeb maksimaalse nägemisteravusega võrkkesta piirkonda. Väljaspool fovea piirkonda nägemisteravus järk-järgult nõrgeneb, vähenedes perifeeriasse jõudes rohkem kui 10 korda. Selle põhjuseks on asjaolu, et võrkkesta perifeersetes osades on foveast eemaldudes üha suurem arv vardaid ja koonuseid, mis on seotud nägemisnärvi iga kiuga.
Nägemisteravuse määramise kliiniline meetod. Silmakontrolli kaart koosneb tavaliselt erineva suurusega tähtedest, mis on paigutatud umbes 6 m (20 jala) kaugusele testitavast. Kui inimene sellelt kauguselt näeb hästi tähti, mida ta peaks normaalselt nägema, siis öeldakse, et tema nägemisteravus on 1,0 (20/20), s.t. nägemine on normaalne. Kui inimene näeb sellelt kauguselt ainult neid tähti, mis tavaliselt peaksid olema nähtavad 60 m (200 jala) kauguselt, siis öeldakse, et inimesel on 0,1 (20/200) nägemine. Teisisõnu, kliinilises nägemisteravuse hindamise meetodis kasutatakse matemaatilist murdosa, mis peegeldab kahe kauguse suhet ehk antud inimese nägemisteravuse ja normaalse nägemisteravuse suhet.
On kolm peamist viisi, millega inimene määrab tavaliselt kauguse objektist: (1) teadaolevate objektide kujutiste suurus võrkkestal; (2) liikumise parallaksi nähtus; (3) stereopsise nähtus. Vahemaa määramise võimet nimetatakse sügavuse tajumiseks.
Kauguse määramine suuruse järgi võrkkesta teadaolevate objektide kujutised. Kui tead, et inimese pikkus, keda näed, on 180 cm, saad lihtsalt tema võrkkesta kujutise suuruse järgi määrata, kui kaugel inimene sinust on. See ei tähenda, et igaüks meist teadlikult mõtleks võrkkesta suurusele, kuid aju on treenitud andmete teadasaamisel piltide mõõtmete järgi automaatselt arvutama kaugusi objektideni.
Kauguse määramine liikumisparallaksi järgi. Teine oluline viis silma ja objekti kauguse määramiseks on liikumise parallaksi muutumise määr. Kui inimene vaatab kaugusesse täiesti paigal, pole parallaksit. Kui aga pead nihutatakse ühele või teisele poole, liiguvad lähedalasuvate objektide kujutised kiiresti üle võrkkesta, samas kui kaugemate objektide kujutised jäävad peaaegu liikumatuks. Näiteks pea 2,54 cm võrra küljele nihutamisel liigub silmadest sellisel kaugusel asuva objekti kujutis peaaegu läbi kogu võrkkesta, samas kui silmadest 60 m kaugusel oleva objekti kujutis ei nihku. Seega on parallaksi muutmise mehhanismi kasutamisel võimalik määrata suhtelised kaugused kuni erinevaid objekte isegi ühe silmaga.
Kauguse määramine stereopsise abil. binokulaarne nägemine. Teine parallaksi tunde põhjus on binokulaarne nägemine. Kuna silmad on üksteise suhtes nihkunud veidi rohkem kui 5 cm, erinevad silmade võrkkesta kujutised üksteisest. Näiteks nina ees 2,54 cm kaugusel asuv objekt moodustab kujutise vasaku silma võrkkesta vasakule ja parema silma võrkkesta paremal küljel, samas kui kujutised väikesest objektist nina ees ja sellest 6 m kaugusel paiknevad moodustuvad vahetus läheduses.vastavad punktid mõlema võrkkesta keskmes. Punase täpi ja kollase ruudu kujutised projitseeritakse kahe võrkkesta vastandlikesse osadesse, kuna objektid on silmade ees erineval kaugusel.
Seda tüüpi parallaks juhtub alati kahe silmaga. See on binokulaarne parallaks (või stereopsis), mis on peaaegu täielikult vastutav kahe silmaga inimese palju suurema kauguse hindamise eest üksteise lähedal asuvate objektideni võrreldes ainult ühe silmaga inimesega. Stereopsis on aga praktiliselt kasutu sügavuse tajumiseks kaugemal kui 15–60 m.
Maa pind teie vaateväljas hakkab kõverduma umbes 5 km kaugusel. Kuid inimese nägemise teravus võimaldab teil näha palju horisondi taha. Kui kumerust poleks, näeksite küünla leeki endast 50 km kaugusel.
Nägemisulatus sõltub kauge objekti poolt kiiratavate footonite arvust. Selle galaktika 1 000 000 000 000 tähte kiirgavad üheskoos piisavalt valgust, et iga ruutmiilini jõuaks mitu tuhat footoni. näha Maad. Sellest piisab inimsilma võrkkesta ergutamiseks.
Kuna Maal viibides pole inimese nägemisteravust võimalik kontrollida, kasutasid teadlased matemaatilisi arvutusi. Nad leidsid, et väreleva valguse nägemiseks kulub võrkkesta tabamiseks 5–14 footoni. Küünlaleek 50 km kaugusel valguse hajumist arvesse võttes annab selle koguse ja aju tunneb ära nõrga sära.
Kuidas tema järgi vestluskaaslase kohta midagi isiklikku teada saada välimus
"Öökullide" saladused, millest "lõokesed" ei tea Kuidas ajupost töötab – sõnumite edastamine ajust ajju Interneti kaudu Miks on igavus vajalik? "Magnetimees": kuidas saada karismaatilisemaks ja meelitada inimesi enda juurde 25 tsitaati sisemise võitleja äratamiseks Kuidas arendada enesekindlust Kas on võimalik "keha mürkidest puhastada"? 5 põhjust, miks inimesed süüdistavad kuriteos alati ohvrit, mitte toimepanijat Katse: mees joob 10 purki koolat päevas, et tõestada selle kahju
Nägemine on kanal, mille kaudu inimene saab ligikaudu 70% kogu teda ümbritseva maailma andmetest. Ja see on võimalik ainult sel põhjusel, et inimese nägemine on meie planeedi üks keerukamaid ja hämmastavamaid visuaalseid süsteeme. Kui nägemist poleks, elaksime suure tõenäosusega lihtsalt pimeduses.
Inimese silm on täiusliku ehitusega ja tagab nägemise mitte ainult värviliselt, vaid ka kolmemõõtmeliselt ja suurima teravusega. Sellel on võimalus koheselt muuta fookust erinevatel kaugustel, reguleerida sissetuleva valguse hulka, eristada tohutul hulgal värve ja veelgi rohkem toone, korrigeerida sfäärilisi ja kromaatilisi aberratsioone jne. Silma ajuga on seotud kuus võrkkesta taset, milles juba enne teabe ajju saatmist läbivad andmed kokkusurumise etapi.
Aga kuidas on meie nägemus paigutatud? Kuidas objektidelt peegelduvat värvi võimendades muuta see kujutiseks? Tõsiselt järele mõeldes võib järeldada, et inimese visuaalse süsteemi seade on selle loonud Looduse poolt peensusteni “läbi mõeldud”. Kui eelistate uskuda, et Looja või mõni kõrgem jõud vastutab inimese loomise eest, võite selle teene neile omistada. Kuid ärme mõista, vaid jätkame vestlust nägemisseadme üle.
Tohutu hulk detaile
Silma ehitust ja selle füsioloogiat võib kahtlemata nimetada tõeliselt ideaalseks. Mõelge ise: mõlemad silmad on kolju luustes pesades, mis kaitsevad neid igasuguste kahjustuste eest, kuid need ulatuvad neist välja just selleks, et oleks võimalikult lai horisontaalvaade.
Silmade vahekaugus annab ruumilise sügavuse. Ja silmamunadel endil, nagu kindlalt teada, on sfääriline kuju, mille tõttu nad saavad pöörlema neljas suunas: vasakule, paremale, üles ja alla. Kuid igaüks meist võtab seda kõike iseenesestmõistetavana – vähesed inimesed mõtlevad, mis juhtuks, kui meie silmad oleksid kandilised või kolmnurksed või nende liikumine oleks kaootiline – see muudaks nägemise piiratuks, kaootiliseks ja ebaefektiivseks.
Seega on silma struktuur äärmiselt keeruline, kuid just see võimaldab umbes neljakümnel selle erineval komponendil töötada. Ja isegi kui nendest elementidest poleks isegi ühtki, lakkaks nägemisprotsess toimumast nii, nagu see peaks toimuma.
Et näha, kui keeruline silm on, soovitame teil pöörata tähelepanu allolevale joonisele.
Räägime sellest, kuidas visuaalse taju protsessi praktikas rakendatakse, millised visuaalse süsteemi elemendid on sellega seotud ja mille eest igaüks neist vastutab.
Valguse läbiminek
Kui valgus läheneb silmale, põrkuvad valguskiired sarvkestaga (muidu tuntud kui sarvkest). Sarvkesta läbipaistvus võimaldab valgusel läbi selle silma sisepinnale pääseda. Läbipaistvus, muide, on sarvkesta kõige olulisem omadus ja see jääb läbipaistvaks tänu sellele, et selles sisalduv spetsiaalne valk pärsib selle arengut. veresooned- protsess, mis toimub peaaegu igas inimkeha koes. Juhul, kui sarvkest ei olnud läbipaistev, ei omaks muud visuaalse süsteemi komponendid tähtsust.
Muuhulgas takistab sarvkest prügi, tolmu ja mis tahes keemilised elemendid. Ja sarvkesta kõverus võimaldab sellel valgust murda ja aidata läätsel suunata valguskiiri võrkkestale.
Pärast seda, kui valgus on läbinud sarvkesta, läbib see iirise keskel asuva väikese augu. Iiris on ümmargune diafragma, mis asub läätse ees vahetult sarvkesta taga. Iiris on ka element, mis annab silmadele värvi ja värvus sõltub iirises domineerivast pigmendist. Iirise keskne auk on meile kõigile tuttav pupill. Selle augu suurust saab muuta, et kontrollida silma siseneva valguse hulka.
Pupilli suurus muutub vahetult koos vikerkestaga ja see on tingitud tema ainulaadsest struktuurist, kuna see koosneb kahest erinevat tüüpi lihaskoest (isegi siin on lihaseid!). Esimene lihas on ümmargune surve - see paikneb iirises ringikujuliselt. Kui valgus on ere, siis see tõmbub kokku, mille tulemusena tõmbub pupill kokku, justkui lihase poolt sissepoole tõmmates. Teine lihas on laienemas – see paikneb radiaalselt, st. piki vikerkesta raadiust, mida saab võrrelda ratta kodaratega. Pimedas valguses tõmbub see teine lihas kokku ja iiris avab pupilli.
Paljud inimesed kogevad endiselt mõningaid raskusi, kui nad püüavad selgitada, kuidas moodustuvad ülalnimetatud inimese visuaalse süsteemi elemendid, sest mis tahes muul vahevormil, s.o. mis tahes evolutsioonifaasis nad lihtsalt ei saanud töötada, kuid inimene näeb oma eksistentsi algusest peale. Müsteerium…
Keskendumine
Ülaltoodud etappidest mööda minnes hakkab valgus läbi iirise taga oleva läätse. Objektiiv on kumera pikliku kuuli kujuga optiline element. Objektiiv on täiesti sile ja läbipaistev, selles puuduvad veresooned ja see asub elastses kotis.
Läätse läbides valgus murdub, misjärel see keskendub võrkkesta süvendile - kõige tundlikumale kohale, mis sisaldab maksimaalset arvu fotoretseptoreid.
Oluline on märkida, et ainulaadne struktuur ja koostis tagab sarvkesta ja läätse suure murdumisvõime, mis tagab lühikese fookuskauguse. Ja kui hämmastav on, et nii keeruline süsteem mahub vaid ühte silmamuna (mõelge vaid, milline võiks välja näha inimene, kui objektidelt tulevate valguskiirte fokuseerimiseks oleks vaja näiteks meetrit!).
Mitte vähem huvitav on asjaolu, et nende kahe elemendi (sarvkesta ja läätse) kombineeritud murdumisjõud on silmamunaga suurepärases proportsioonis ja seda võib julgelt nimetada veel üheks tõendiks, et visuaalne süsteem loodud lihtsalt ületamatu, sest keskendumisprotsess on liiga keeruline, et rääkida kui millestki, mis toimus ainult astmeliste mutatsioonide – evolutsiooniliste etappide – kaudu.
Kui me räägime silma lähedal asuvatest objektidest (reeglina loetakse kaugust alla 6 meetri), siis siin on see siiski kurioossem, sest sellises olukorras on valguskiirte murdumine veelgi tugevam. Selle tagab läätse kumeruse suurenemine. Lääts on ühendatud tsiliaarsete ribade abil ripslihasega, mis kokkutõmbudes võimaldab läätsel omandada kumera kuju, suurendades seeläbi selle murdumisvõimet.
Ja siin on võimatu rääkimata läätse kõige keerulisemast struktuurist: see koosneb paljudest niitidest, mis koosnevad üksteisega ühendatud rakkudest ja õhukesed ribad ühendavad seda tsiliaarse kehaga. Fokuseerimine toimub aju kontrolli all ülikiiresti ja täis "automaati" peal – sellist protsessi teadlikult läbi viia on inimesel võimatu.
Sõna "film" tähendus
Fokuseerimise tulemuseks on kujutise teravustamine võrkkestale, mis on mitmekihiline valgustundlik kude, mis katab silmamuna tagumist osa. Võrkkestas on ligikaudu 137 000 000 fotoretseptorit (võrdluseks võib tuua tänapäevased digikaamerad, milles selliseid sensoorseid elemente ei ole rohkem kui 10 000 000). Selline tohutu hulk fotoretseptoreid on tingitud asjaolust, et need asuvad äärmiselt tihedalt - umbes 400 000 1 mm² kohta.
Ei oleks üleliigne siinkohal tsiteerida mikrobioloog Alan L. Gilleni sõnu, kes räägib oma raamatus "Body by Design" võrkkestast kui insenerdisaini meistriteosest. Ta usub, et võrkkest on silma kõige hämmastavam element, mis on võrreldav fotofilmiga. Valgustundlik võrkkest, mis asub silmamuna tagaküljel, on palju õhem kui tsellofaan (selle paksus ei ületa 0,2 mm) ja palju tundlikum kui mis tahes tehisfotofilm. Selle ainulaadse kihi rakud on võimelised töötlema kuni 10 miljardit footoni, samas kui kõige tundlikum kaamera suudab neist vaid paar tuhat. Kuid veelgi hämmastavam on see, et inimsilm suudab isegi pimedas tabada paar footonit.
Kokku koosneb võrkkest 10 kihist fotoretseptori rakke, millest 6 kihti on valgustundlike rakkude kihid. 2 tüüpi fotoretseptoritel on eriline kuju, mistõttu neid nimetatakse koonusteks ja vardadeks. Vardad on äärmiselt valgustundlikud ja tagavad silmale mustvalge taju ja öise nägemise. Käbid omakorda ei ole nii valgustundlikud, kuid suudavad eristada värve – koonuste optimaalne toimimine on märgitud päeval päevadel.
Tänu fotoretseptorite tööle muudetakse valguskiired elektriliste impulsside kompleksideks ja saadetakse uskumatult suure kiirusega ajju ning need impulsid ise ületavad sekundi murdosa jooksul üle miljoni närvikiu.
Fotoretseptori rakkude side võrkkestas on väga keeruline. Koonused ja vardad ei ole ajuga otseselt seotud. Pärast signaali vastuvõtmist suunavad nad selle ümber bipolaarsetesse rakkudesse ja enda poolt juba töödeldud signaalid ümber ganglionrakkudesse, enam kui miljonisse aksonisse (neuriitidesse, mille kaudu edastatakse närviimpulsse), mis moodustavad ühe nägemisnärvi, mille kaudu edastatakse andmeid. siseneb ajju.
Kaks interneuronikihti aitavad enne visuaalsete andmete ajju saatmist kaasa selle teabe paralleelsele töötlemisele kuue silma võrkkesta tajumistasandi kaudu. See on vajalik piltide võimalikult kiireks äratundmiseks.
aju tajumine
Pärast töödeldud visuaalse teabe ajju sisenemist hakkab see seda sorteerima, töötlema ja analüüsima ning moodustab ka üksikandmetest tervikliku pildi. Muidugi on inimaju toimimise kohta veel palju teadmata, kuid hämmastuseks piisab isegi sellest, mida teadusmaailm tänapäeval pakkuda suudab.
Kahe silma abil moodustub kaks "pilti" maailmast, mis inimest ümbritseb – üks kummalegi võrkkestale. Mõlemad "pildid" edastatakse ajju ja tegelikkuses näeb inimene kahte pilti korraga. Aga kuidas?
Ja siin on asi: ühe silma võrkkesta punkt ühtib täpselt teise silma võrkkesta punktiga ja see tähendab, et mõlemat ajju jõudvat kujutist saab üksteise peale asetada ja ühendada üheks kujutiseks. Iga silma fotoretseptorite poolt vastuvõetud teave koondub aju visuaalsesse ajukooresse, kus ilmub üks pilt.
Tänu sellele, et kahel silmal võib olla erinev projektsioon, võib täheldada mõningaid ebakõlasid, kuid aju võrdleb ja ühendab pilte nii, et inimene ei tunne ebakõlasid. Vähe sellest, neid ebakõlasid saab kasutada ruumilise sügavuse tunnetamiseks.
Teatavasti on valguse murdumise tõttu ajju sisenevad visuaalsed kujutised esialgu väga väikesed ja tagurpidi, kuid “väljundis” saame pildi, mida oleme harjunud nägema.
Lisaks jagab võrkkestas kujutise aju kaheks vertikaalselt - läbi joone, mis läbib võrkkesta lohku. Mõlema silmaga tehtud piltide vasakpoolsed osad suunatakse ümber ja parempoolsed osad suunatakse vasakule. Seega saab iga vaatava inimese poolkera andmeid ainult ühest osast sellest, mida ta näeb. Ja jälle - "väljundis" saame kindla pildi ilma ühenduse jälgi.
Kujutiste eraldamine ja äärmiselt keerulised optilised rajad muudavad selle nii, et aju näeb igat silma kasutades igas poolkeras eraldi. See võimaldab kiirendada sissetuleva teabe voo töötlemist ja tagab ka ühe silmaga nägemise, kui äkki inimene mingil põhjusel teise silmaga ei näe.
Võib järeldada, et aju eemaldab visuaalse teabe töötlemise protsessis "pimedad" kohad, silmade mikroliigutuste, pilgutamise, vaatenurga jms põhjustatud moonutused, pakkudes oma omanikule adekvaatset terviklikku pilti täheldatud.
Teine oluline visuaalse süsteemi element on. Selle probleemi tähtsust on võimatu alahinnata, sest. et sihikut üldse õigesti kasutada, peame suutma silmi pöörata, tõsta, langetada, ühesõnaga silmi liigutada.
Kokku saab eristada 6 välist lihast, mis ühenduvad silmamuna välispinnaga. Need lihased hõlmavad 4 sirget (alumine, ülemine, külgmine ja keskmine) ja 2 kaldus (alumine ja ülemine).
Sel hetkel, kui mõni lihastest kokku tõmbub, lõdvestub selle vastas olev lihas – see tagab silmade sujuva liikumise (muidu oleksid kõik silmaliigutused tõmblevad).
Kahe silma pööramisel muutub automaatselt kõigi 12 lihase liikumine (iga silma kohta 6 lihast). Ja on tähelepanuväärne, et see protsess on pidev ja väga hästi koordineeritud.
Kuulsa silmaarsti Peter Jeni sõnul kontrollib ja koordineerib elundite ja kudede ühendamist tsentraalsega. närvisüsteem kõigi 12 silmalihase närvide (seda nimetatakse innervatsiooniks) kaudu on üks väga keerukatest ajus toimuvatest protsessidest. Kui lisada sellele pilgu ümbersuunamise täpsus, liigutuste sujuvus ja ühtlus, silma pöörlemiskiirus (ja see on kokku kuni 700 ° sekundis) ja kõik see kokku liita, saame liikuva silma. mis on jõudluse mõttes lausa fenomenaalne.süsteem. Ja see, et inimesel on kaks silma, teeb asja veelgi keerulisemaks – silmade sünkroonse liikumisega on vaja samasugust lihaste innervatsiooni.
Lihased, mis pööravad silmi, erinevad luustiku lihastest, kuna need need koosnevad paljudest erinevatest kiududest ja neid juhib veelgi suurem hulk neuroneid, muidu muutuks liigutuste täpsus võimatuks. Neid lihaseid võib nimetada ka ainulaadseteks, kuna nad suudavad kiiresti kokku tõmbuda ja praktiliselt ei väsi.
Arvestades, et silm on inimkeha üks tähtsamaid organeid, vajab see pidevat hoolt. Just selleks on ette nähtud “integreeritud puhastussüsteem”, mis koosneb kulmudest, silmalaugudest, ripsmetest ja pisaranäärmetest, kui seda nii võib nimetada.
Pisaranäärmete abil tekib regulaarselt kleepuv vedelik, mis liigub aeglaselt mööda silmamuna välispinda alla. See vedelik uhub sarvkestalt ära mitmesuguse prahi (tolmu jne), misjärel see siseneb sisemisse pisarakanalisse ja voolab seejärel ninakanalist alla, väljutades kehast.
Pisarad sisaldavad väga tugevat antibakteriaalset ainet, mis hävitab viirused ja bakterid. Silmalaugud täidavad klaasipuhastusvahendite funktsiooni – need puhastavad ja niisutavad silmi tahtmatu pilgutamise tõttu 10-15 sekundilise intervalliga. Koos silmalaugudega toimivad ka ripsmed, vältides igasuguse prahi, mustuse, mikroobide jms sattumist silma.
Kui silmalaud ei täidaks oma funktsiooni, kuivaksid inimese silmad järk-järgult ja kattusid armidega. Kui pisarajuha poleks, oleks silmad pidevalt pisaravedelikuga üle ujutatud. Kui inimene ei pilguta, satuks puru silma ja ta võib isegi pimedaks jääda. Kogu "puhastussüsteem" peab hõlmama eranditult kõigi elementide tööd, vastasel juhul lakkaks see lihtsalt toimimast.
Silmad kui seisundi indikaator
Inimese silmad on teiste inimeste ja ümbritseva maailmaga suhtlemise käigus võimelised edastama palju teavet. Silmad võivad kiirgada armastust, põleda vihast, peegeldada rõõmu, hirmu või ärevust või väsimust. Silmad näitavad, kuhu inimene vaatab, kas teda huvitab miski või mitte.
Näiteks kui inimesed kellegagi vesteldes silmi pööritavad, võib seda tõlgendada hoopis teistmoodi kui tavalist ülespoole suunatud pilku. Laste suured silmad tekitavad teistes rõõmu ja hellust. Ja õpilaste seisund peegeldab teadvuse seisundit, milles inimene antud ajahetkel on. Silmad on elu ja surma näitaja, kui rääkida globaalses mõttes. Võib-olla sel põhjusel nimetatakse neid hinge "peegliks".
Järelduse asemel
Selles õppetükis uurisime inimese visuaalse süsteemi struktuuri. Loomulikult jäi meil palju detaile kahe silma vahele (see teema ise on väga mahukas ja ühe õppetunni raamidesse mahutamine on problemaatiline), kuid sellegipoolest püüdsime materjali edasi anda nii, et teil oleks selge ettekujutus, KUIDAS inimene näeb.
Ei saanud märkamata jätta, et nii silma keerukus kui ka võimalused lubavad seda organit kordades ületada isegi kõige enam kaasaegsed tehnoloogiad ja teaduse arengut. Silm näitab selgelt inseneritöö keerukust paljudes nüanssides.
Aga nägemise struktuuri tundmine on muidugi hea ja kasulik, kuid kõige tähtsam on teada, kuidas nägemist taastada. Fakt on see, et inimese elustiil, tingimused, milles ta elab, ja mõned muud tegurid (stress, geneetika, halvad harjumused, haigused ja palju muud) - kõik see aitab sageli kaasa asjaolule, et aastate jooksul võib nägemine halveneda, t.e. visuaalne süsteem hakkab ebaõnnestuma.
Kuid nägemise halvenemine ei ole enamikul juhtudel pöördumatu protsess – teatud tehnikaid teades saab seda protsessi tagasi pöörata ja muuta nägemise kui mitte samasuguseks nagu beebil (kuigi mõnikord on see võimalik), siis sama hästi. iga inimese jaoks võimalikult palju. Seetõttu on meie nägemise arendamise kursuse järgmine tund pühendatud nägemise taastamise meetoditele.
Vaata juure poole!
Pange oma teadmised proovile
Kui soovite oma teadmisi selle tunni teemal proovile panna, võite sooritada lühikese testi, mis koosneb mitmest küsimusest. Iga küsimuse puhul saab õige olla ainult 1 variant. Pärast ühe valiku valimist liigub süsteem automaatselt järgmise küsimuse juurde. Saadud punkte mõjutavad sinu vastuste õigsus ja läbimiseks kulunud aeg. Pange tähele, et küsimused on iga kord erinevad ja valikuid segatakse.
Maa pind kõverdub ja kaob vaateväljast 5 kilomeetri kaugusel. Kuid meie nägemise teravus võimaldab meil näha kaugele horisondi taha. Kui see oleks tasane või seisaksite mäe otsas ja vaataksite planeedi tavapärasest palju suuremat ala, võiksite näha eredaid tulesid sadade kilomeetrite kaugusel. Pimedal ööl võis näha isegi küünla leeki, mis asus sinust 48 kilomeetri kaugusel.
Kui kaugele inimsilm näeb, sõltub sellest, kui palju valgusosakesi ehk footoneid kauge objekt kiirgab. Kaugeim palja silmaga nähtav objekt on Andromeeda udukogu, mis asub Maast 2,6 miljoni valgusaasta kaugusel. Üks triljon tähte selles galaktikas eraldab kokku piisavalt valgust, et igas sekundis iga ruutsentimeetriga kokku põrkaks mitu tuhat footoni. maa pind. Pimedal ööl piisab sellest kogusest võrkkesta aktiveerimiseks.
1941. aastal tegid nägemisspetsialist Selig Hecht ja tema kolleegid Columbia ülikoolist selle, mida siiani peetakse usaldusväärseks absoluutse nägemisläve mõõtmiseks – minimaalse arvu footoneid, mis peavad võrkkestasse sisenema, et tekitada teadlikkust visuaalsest tajust. Katse seadis künnise ideaalsetes tingimustes: osalejate silmadel anti aega täielikuks kohanemiseks absoluutse pimedusega, stiimulina toiminud sinakasrohelise valgussähvatuse lainepikkus oli 510 nanomeetrit (mille suhtes silmad on kõige tundlikumad), ja valgus oli suunatud võrkkesta perifeersesse serva.täidetud valgust ära tundvate varrasrakkudega.
Selleks, et katses osalejad enam kui pooltel juhtudel sellist valgussähvatust ära tunneksid, pidi teadlaste sõnul silmamunadesse langema 54–148 footoni. Võrkkesta neeldumise mõõtmiste põhjal arvutasid teadlased välja, et inimese võrkkesta vardad neelavad tegelikult keskmiselt 10 footoni. Seega näitab 5-14 footoni neeldumine või vastavalt 5-14 varda aktiveerumine ajule, et te näete midagi.
"See on tõepoolest väga väike arv keemilisi reaktsioone," märkis Hecht ja tema kolleegid eksperimenti käsitlevas dokumendis.
Võttes arvesse absoluutset läve, küünlaleegi heledust ja hinnangulist kaugust, mil helendav objekt hämardub, jõudsid teadlased järeldusele, et inimene suudab eristada küünlaleegi nõrka värelust 48 kilomeetri kaugusel.
Kuid millise vahemaa tagant saame ära tunda, et objekt on midagi enamat kui lihtsalt valguse värelus? Selleks, et objekt paistaks ruumiliselt väljavenitatuna, mitte punktina, peab sellest tulev valgus aktiveerima vähemalt kaks kõrvuti asetsevat võrkkesta koonust – värvinägemise eest vastutavad rakud. Ideaalis peaks objekt asuma külgnevate koonuste ergastamiseks vähemalt 1 kaareminuti ehk ühe kuuendiku kraadise nurga all. See nurgamõõt jääb samaks sõltumata sellest, kas objekt on lähedal või kaugel (kauge objekt peab olema palju suurem, et olla lähedal asuvaga sama nurga all). Täielik on 30 kaareminuti nurga all, samas kui Veenus on umbes 1 kaareminuti nurga all väljavenitatud objektina vaevu nähtav.
Inimese suurused objektid on väljaulatutuna eristatavad vaid umbes 3 kilomeetri kauguselt. Võrdluseks, sellel kaugusel eristasime selgelt auto kahte esituld.
Kutsume teid tundma õppima meie nägemise hämmastavaid omadusi – alates võimest näha kaugeid galaktikaid kuni võime jäädvustada näiliselt nähtamatuid valguslaineid.Heitke pilk oma ruumis ringi – mida näete? Seinad, aknad, värvilised esemed – see kõik tundub nii tuttav ja enesestmõistetav. Lihtne on unustada, et me näeme ümbritsevat maailma vaid tänu footonitele – objektidelt peegelduvatele ja silma võrkkestale langevatele valgusosakestele.
Iga meie silma võrkkestas on ligikaudu 126 miljonit valgustundlikku rakku. Aju dešifreerib nendelt rakkudelt saadud teabe neile langevate footonite suuna ja energia kohta ning muudab selle ümbritsevate objektide erinevateks kujunditeks, värvideks ja valgustuse intensiivsuseks.
Inimese nägemisel on oma piirid. Seega ei ole meil võimalik näha elektrooniliste seadmete kiirgavaid raadiolaineid ega näha palja silmaga väikseimaid baktereid.
Tänu füüsika ja bioloogia edusammudele on võimalik määratleda loomuliku nägemise piirid. "Igal objektil, mida me näeme, on teatud "lävi", millest allpool me ei erista seda," ütleb New Yorgi ülikooli psühholoogia ja neuroteaduse professor Michael Landy.
Mõelgem esmalt sellele künnisele, pidades silmas meie võimet eristada värve – võib-olla kõige esimesena, mis nägemisega seoses meelde tuleb.
Meie võime eristada näiteks lilla magentast on seotud võrkkesta tabanud footonite lainepikkusega. Võrkkestas on kahte tüüpi valgustundlikke rakke – vardad ja koonused. Koonused vastutavad värvide tajumise eest (nn päevanägemine), samas kui vardad võimaldavad näha halli varjundeid hämaras – näiteks öösel (öine nägemine).
Inimsilmas on kolme tüüpi koonuseid ja vastav arv opsiinide liike, millest igaühel on eriline tundlikkus teatud valguse lainepikkuste vahemikuga footonite suhtes.
S-tüüpi koonused on tundlikud nähtava spektri violetse-sinise lühikese lainepikkusega osa suhtes; M-tüüpi koonused vastutavad rohelise-kollase (keskmise lainepikkusega) ja L-tüüpi koonused kollase-punase (pika lainepikkusega).
Kõik need lained ja ka nende kombinatsioonid võimaldavad meil näha vikerkaares kogu värvigamma. "Kõik allikad inimesele nähtav Valgus, välja arvatud mõned tehislikud (näiteks murdumisprisma või laser), kiirgab erinevate lainepikkuste segu,» räägib Landy.
Kõigist looduses eksisteerivatest footonitest on meie koonused võimelised tabama ainult neid, mida iseloomustab lainepikkus väga kitsas vahemikus (tavaliselt 380–720 nanomeetrit) – seda nimetatakse nähtava kiirguse spektriks. Sellest vahemikust allpool on infrapuna- ja raadiospektrid – viimaste madala energiaga footonite lainepikkus varieerub millimeetrist mitme kilomeetrini.
Nähtava lainepikkuse vahemiku teisel poolel on ultraviolettkiirguse spekter, millele järgneb röntgenspekter ja seejärel gammakiirguse spekter footonitega, mille lainepikkus ei ületa triljondikuid meetrist.
Kuigi enamiku meist nägemine on piiratud nähtava spektriga, on afaakiaga inimestel silmaläätse puudumine (selle tulemusena kirurgiline operatsioon kataraktiga või harvemini sünnidefekti tõttu) - on võimelised nägema ultraviolettlaineid.
Terves silmas lääts blokeerib ultraviolettkiirguse lainepikkusi, kuid selle puudumisel on inimene võimeline tajuma kuni umbes 300 nanomeetriseid lainepikkusi sini-valge värvina.
2014. aasta uuring märgib, et teatud mõttes võime me kõik näha ka infrapuna footoneid. Kui kaks sellist footonit tabavad sama võrkkesta rakku peaaegu samaaegselt, võib nende energia liita, muutes näiteks 1000 nanomeetrised nähtamatud lainepikkused 500 nanomeetriseks nähtavaks lainepikkuseks (enamik meist tajub selle lainepikkuse lainepikkusi külma rohelise värvina).
Mitu värvi me näeme?
silmas terve inimene kolme tüüpi koonuseid, millest igaüks on võimeline eristama umbes 100 erinevat värvi. Sel põhjusel hindab enamik teadlasi eristatavate värvide arvuks umbes miljon. Värvitaju on aga väga subjektiivne ja individuaalne.
Jameson teab, millest räägib. Ta uurib tetrakromaatide nägemist – inimesi, kellel on tõeliselt üliinimlikud võimed värve eristada. Tetrakromaatiat esineb harva, enamasti naistel. Geneetilise mutatsiooni tulemusena on neil täiendav, neljandat tüüpi koonused, mis võimaldab neil ligikaudsete hinnangute kohaselt näha kuni 100 miljonit värvi. (Värvipimedatel ehk dikromaatidel on ainult kahte tüüpi koonuseid – nad ei näe rohkem kui 10 000 värvi.)
Mitu footonit on meil vaja valgusallika nägemiseks?
Üldiselt vajavad koonused optimaalseks toimimiseks palju rohkem valgust kui vardad. Sel põhjusel langeb vähese valguse korral meie võime värve eristada ja pulgad hakkavad tööle, pakkudes mustvalget nägemist.
Ideaalsetes laboritingimustes võivad koonused võrkkesta piirkondades, kus vardad suures osas puuduvad, vallandada, kui neid tabab vaid mõni footon. Kuid pulgad teevad veelgi paremat tööd ka kõige nõrgema valguse püüdmisel.
Nagu näitavad esmakordselt 1940. aastatel tehtud katsed, piisab ühest valguskvandist, et meie silm seda näeks. "Inimene on võimeline nägema ainult ühte footonit," ütleb Stanfordi ülikooli psühholoogia ja elektrotehnika professor Brian Wandell. "Suuremal võrkkesta tundlikkusel pole lihtsalt mõtet."
1941. aastal viisid Columbia ülikooli teadlased läbi eksperimendi – katsealused toodi pimedasse ruumi ja nende silmadele anti teatud kohanemisaega. Pulgade täieliku tundlikkuse saavutamiseks kulub mitu minutit; seepärast kaotame ruumis valgust kustutades mõneks ajaks võime midagi näha.
Seejärel suunati katsealuste nägudele vilkuv sinakasroheline tuli. Tavalisest suurema tõenäosusega registreerisid katses osalejad valgussähvatuse, kui võrkkesta tabas vaid 54 footoni.
Valgustundlikud rakud ei registreeri kõiki võrkkestale jõudvaid footoneid. Seda asjaolu arvestades jõudsid teadlased järeldusele, et sähvatuse nägemiseks piisab vaid viiest footonist, mis aktiveerivad võrkkesta viit erinevat varrast.
Väikseimad ja kaugeimad nähtavad objektid
Teid võib üllatada järgmine tõsiasi: meie võime näha objekti ei sõltu üldse selle füüsilisest suurusest ega kaugusest, vaid sellest, kas meie võrkkesta tabab vähemalt paar selle kiirgavat footonit.
"Ainus asi, mida silm millegi nägemiseks vajab, on teatud kogus valgust, mida objekt kiirgab või peegeldub sellele tagasi," ütleb Landy. "Kõik taandub võrkkestani jõudvate footonite arvule. eksisteerib murdosa teiseks näeme seda ikka veel, kui see kiirgab piisavalt footoneid."
Psühholoogiaõpikutes on sageli kirjas, et pilvitu pimedal ööl on küünla leek näha kuni 48 km kauguselt. Tegelikkuses pommitatakse meie võrkkesta pidevalt footonitega, nii et üksainus kaugelt kiirgav valguskvant kaob nende taustal lihtsalt ära.
Et kujutada ette, kui kaugele me näeme, heidame pilgu tähtedega täis öötaevasse. Tähtede suurused on tohutud; paljud neist, keda me palja silmaga näeme, on miljonite kilomeetrite läbimõõduga.
Kuid isegi meile lähimad tähed asuvad Maast enam kui 38 triljoni kilomeetri kaugusel, mistõttu on nende näiv suurus nii väike, et meie silm ei suuda neid eristada.
Teisest küljest vaatleme tähti endiselt eredate punktvalgusallikatena, sest nende kiirgavad footonid ületavad meid eraldavaid hiiglaslikke vahemaid ja tabavad võrkkesta.
Kõik üksikud nähtavad tähed öötaevas asuvad meie galaktikas – Linnutees. Meist kaugeim objekt, mida inimene palja silmaga näeb, asub väljaspool Linnuteed ja on ise täheparv – see on Andromeeda udukogu, mis asub 2,5 miljoni valgusaasta ehk 37 kvintiljoni km kaugusel. Päike. (Mõned inimesed väidavad, et eriti pimedatel öödel võimaldab terav nägemine neil näha kolmnurga galaktikat, mis asub umbes 3 miljoni valgusaasta kaugusel, kuid see väide jääb nende südametunnistusele.)
Andromeeda udukogu sisaldab triljonit tähte. Suure kauguse tõttu sulanduvad kõik need valgustid meie jaoks vaevu eristatavaks valguskübaraks. Samal ajal on Andromeeda udukogu suurus kolossaalne. Isegi sellisel hiiglaslikul kaugusel on selle nurga suurus kuus korda suurem kui täiskuu läbimõõt. Sellest galaktikast jõuab meieni aga nii vähe footoneid, et seda on öötaevas vaevu näha.
Nägemisteravuse piirang
Miks me ei näe Andromeeda udukogus üksikuid tähti? Fakt on see, et nägemise eraldusvõimel või teravusel on oma piirangud. (Nägemisteravus viitab võimele eristada selliseid elemente nagu punkt või joon eraldi objektidena, mis ei sulandu naaberobjektidega ega taustaga.)
Tegelikult võib nägemisteravust kirjeldada samamoodi nagu arvutimonitori eraldusvõimet – pikslite minimaalse suuruse poolest, mida me veel üksikute punktidena eristada suudame.
Nägemisteravuse piirid sõltuvad mitmest tegurist – näiteks võrkkesta üksikute koonuste ja varraste vahelisest kaugusest. Mitte vähem kui oluline roll mängivad ka silmamuna enda optilised omadused, mille tõttu ei taba iga footon valgustundlikku rakku.
Teoreetiliselt näitavad uuringud, et meie nägemisteravus on piiratud meie võimega näha umbes 120 pikslit nurga kraadi kohta (nurga mõõtühik).
Inimese nägemisteravuse piiride praktiliseks illustratsiooniks võib olla käeulatuses asuv küünesuurune objekt, millele on kantud 60 horisontaalset ja 60 vertikaalset valget ja musta värvi vahelduvat joont, mis moodustavad omamoodi malelaua. "See on ilmselt väikseim joonistus, mida inimsilm veel välja näeb," ütleb Landy.
Silmaarstide poolt nägemisteravuse kontrollimiseks kasutatavad tabelid põhinevad sellel põhimõttel. Venemaa kuulsaim Sivtsevi tabel koosneb valgel taustal mustade suurtähtede ridadest, mille kirjasuurus muutub iga reaga väiksemaks.
Inimese nägemisteravus määratakse fondi suuruse järgi, mille puhul ta enam tähtede kontuure selgelt ei näe ja hakkab neid segamini ajama.
Just nägemisteravuse piiriga on seletatav asjaolu, et me ei näe palja silmaga bioloogilist rakku, mille suurus on vaid paar mikromeetrit.
Kuid ärge muretsege selle pärast. Võimalus eristada miljonit värvi, püüda kinni üksikuid footoneid ja näha mõne kvintiljoni kilomeetri kaugusel asuvaid galaktikaid on päris hea tulemus, arvestades, et meie nägemist tagavad paar tarretisesarnast kuuli silmakoobastes, mis on ühendatud 1,5 kg kaaluva palliga. poorne mass koljus.
