Milyen messzire lát az emberi szem? Látásélesség
Elméletileg egy fényfolt távoli pontforrásból amikor a retinára fókuszálunk, végtelenül kicsinek kell lennie. Mivel azonban a szem optikai rendszere tökéletlen, egy ilyen folt a retinán, még a normál szem optikai rendszerének maximális felbontása mellett is, általában körülbelül 11 mikron teljes átmérőjű. A folt közepén a fényesség a legmagasabb, szélei felé pedig fokozatosan csökken.
Átlagos kúpátmérő a foveában A retina (a retina központi része, ahol a látásélesség a legmagasabb) körülbelül 1,5 mikron, ami a fényfolt átmérőjének 1/7-e. Mivel azonban a fényfoltnak van egy fényes középső pontja és árnyékolt szélei, az ember általában meg tud különböztetni két különálló pontot a retinán a középpontjaik között körülbelül 2 µm távolságban, ami valamivel nagyobb, mint a kúpok szélessége. a fovea.
Normál látásélesség az emberi szem a pontszerű fényforrások megkülönböztetésére körülbelül 25 ívmásodperc. Ezért amikor két külön pontból érkező fénysugarak 25 másodperces szögben érik el a szemet, általában két pontként ismerik fel őket egy helyett. Ez azt jelenti, hogy egy normál látásélességű ember, aki 10 m távolságból néz két fényes pontszerű fényforrást, csak akkor tudja ezeket a forrásokat külön tárgyként megkülönböztetni, ha egymástól 1,5-2 mm távolságra vannak.
Lyuk átmérővel 500 mikronnál kevesebb a látómező 2°-nál kisebb része a retina maximális látásélességű régiójába esik. A fovea régión kívül a látásélesség fokozatosan gyengül, több mint 10-szeresére csökken a periféria elérésekor. Ennek az az oka, hogy a retina perifériás részein, ahogy az ember távolodik a foveától, egyre több rúd és kúp kapcsolódik a látóideg minden rostjához.
A látásélesség meghatározásának klinikai módszere. A szemvizsgálati kártya általában különböző méretű betűkből áll, amelyeket a vizsgált személytől körülbelül 6 m-re (20 láb) helyeznek el. Ha az ember ebből a távolságból jól látja azokat a betűket, amelyeket normális esetben látnia kellene, akkor azt mondják, hogy a látásélessége 1,0 (20/20), azaz. a látás normális. Ha egy személy ebből a távolságból csak azokat a betűket látja, amelyeknek normál esetben 60 m-ről (200 lábról) látszaniuk kellene, akkor azt mondják, hogy 0,1 (20/200) látása van. Más szóval, a látásélesség felmérésének klinikai módszere egy matematikai törtszámot használ, amely tükrözi két távolság arányát, vagy egy adott személy látásélességének arányát a normál látásélességhez.
Három fő módja van, amellyel az ember általában meghatározza egy tárgy távolságát: (1) a retinán lévő ismert tárgyak képeinek mérete; (2) a mozgási parallaxis jelensége; (3) a sztereopszis jelensége. A távolság meghatározásának képességét mélységérzékelésnek nevezzük.
Távolság meghatározása méret szerint a retinán lévő ismert tárgyak képei. Ha tudja, hogy a látott személy magassága 180 cm, akkor egyszerűen a retinán lévő képének méretéből meghatározhatja, milyen messze van egy személy tőled. Ez nem azt jelenti, hogy mindannyian tudatosan gondolkodunk a retinán lévő méretről, de az agy arra van képzett, hogy a képek méretei alapján automatikusan kiszámítsa a tárgyak távolságát, amikor az adatok ismertek.
Távolság meghatározása mozgási parallaxissal. A szem és a tárgy közötti távolság meghatározásának másik fontos módja a mozgási parallaxis változásának mértéke. Ha valaki teljesen mozdulatlanul néz a távolba, nincs parallaxis. Ha azonban a fejet egyik vagy másik oldalra tolják, a közeli tárgyak képei gyorsan mozognak a retinán, míg a távoli tárgyak képei szinte mozdulatlanok maradnak. Például, ha a fejet 2,54 cm-rel oldalra toljuk, a szemtől ilyen távolságra lévő tárgy képe csaknem a teljes retinán mozog, míg a szemtől 60 m-re lévő tárgy képe nem tolódik el. Így a parallaxis megváltoztatásának mechanizmusa segítségével meg lehet határozni a relatív távolságokat különféle tárgyakat akár egy szemmel.
Távolság meghatározása sztereopszis segítségével. binokuláris látás. A parallaxis érzésének másik oka a binokuláris látás. Mivel a szemek egymáshoz képest valamivel több mint 5 cm-rel eltolódnak, a szem retináján lévő képek eltérnek egymástól. Például egy, az orr előtt 2,54 cm távolságra lévő tárgy a bal szem retinájának bal oldalán, a jobb szem retinájának jobb oldalán alkot képet, míg egy kis tárgy képét az orr előtt és attól 6 m-re elhelyezkedő közvetlen közelében képződnek.mindkét retina középpontjában megfelelő pontok. Egy vörös folt és egy sárga négyzet képei a két retina ellentétes részeire vetülnek, mivel a tárgyak különböző távolságra vannak a szem előtt.
Ez a típus parallaxis mindig két szemmel történik. Szinte teljes egészében a binokuláris parallaxis (vagy sztereopszis) a felelős azért, hogy egy kétszemű személy sokkal jobban meg tudja becsülni a távolságot a közeli tárgyaktól, mint egy szemű ember esetében. A sztereopszis azonban gyakorlatilag használhatatlan a mélységérzékeléshez 15-60 méternél nagyobb távolságban.
A Föld felszíne a látómeződben körülbelül 5 km távolságban görbülni kezd. De az emberi látás élessége lehetővé teszi, hogy sokat láthass a horizonton túl. Ha nem lenne görbület, akkor láthatnád egy gyertya lángját 50 km-re tőled.
A látótávolság a távoli tárgy által kibocsátott fotonok számától függ. Ebben a galaxisban az 1 000 000 000 000 csillag együttesen annyi fényt bocsát ki, hogy több ezer foton elérjen minden négyzetmérföldet. lásd a Földet. Ez elég ahhoz, hogy az emberi szem retináját felizgassa.
Mivel a Földön tartózkodva lehetetlen ellenőrizni az emberi látás élességét, a tudósok matematikai számításokhoz folyamodtak. Azt találták, hogy a villódzó fény látásához 5-14 foton kell ahhoz, hogy elérje a retinát. A gyertyaláng 50 km távolságban, figyelembe véve a fényszóródást, ezt a mennyiséget adja, és az agy gyenge fényt ismer fel.
Hogyan tudhat meg valami személyeset a beszélgetőpartnerről az övé kinézet
A „baglyok” titkai, amelyekről a „pacsirta” nem tud Az agyposta működése – üzenetek továbbítása agytól agyig az interneten keresztül Miért szükséges az unalom? "Mágneses ember": Hogyan válhatsz karizmatikusabbá és vonzhatod magadhoz az embereket 25 idézet, hogy felébressze belső harcosát Hogyan fejleszthető az önbizalom Lehetséges "megtisztítani a testet a méreganyagoktól"? 5 ok, amiért az emberek mindig az áldozatot hibáztatják a bűncselekményért, nem az elkövetőt Kísérlet: egy férfi naponta 10 doboz kólát iszik, hogy bebizonyítsa annak ártását
A látás az a csatorna, amelyen keresztül az ember az őt körülvevő világra vonatkozó összes adat hozzávetőleg 70%-át megkapja. És ez csak azért lehetséges, mert az emberi látás az egyik legbonyolultabb és legcsodálatosabb vizuális rendszer bolygónkon. Ha nem lenne látás, nagy valószínűséggel csak sötétben élnénk.
Az emberi szemnek tökéletes szerkezete van, és nem csak színben, hanem három dimenzióban és a legmagasabb élességgel is látást biztosít. Képes azonnali fókuszt váltani különféle távolságokban, szabályozni a bejövő fény mennyiségét, megkülönböztetni rengeteg színt és még több árnyalatot, kijavítani a gömbi és kromatikus aberrációkat stb. A szem agyához a retina hat szintje kapcsolódik, amelyekben még mielőtt az információ eljut az agyba, az adatok áthaladnak a tömörítési szakaszon.
De hogyan van elrendezve a látásunk? Hogyan alakítjuk át képpé a tárgyakról visszavert színt felerősítve? Ha komolyan belegondolunk, megállapíthatjuk, hogy az emberi látórendszer eszközét a legapróbb részletekig „átgondolta” az azt létrehozó Természet. Ha inkább azt hiszed, hogy a Teremtő vagy valami Felsőbb Erő felelős az ember teremtéséért, akkor ezt az érdemet nekik tulajdoníthatod. De ne értsük, hanem folytassuk a beszélgetést a látás eszközéről.
Hatalmas mennyiségű részlet
A szem szerkezete és fiziológiája kétségtelenül ideálisnak nevezhető. Gondoljon bele: mindkét szem a koponya csontos üregében van, ami megvédi őket mindenféle sérüléstől, de csak azért állnak ki belőlük, hogy a lehető legszélesebb vízszintes látást biztosítsák.
A szemek egymástól való távolsága biztosítja a térbeli mélységet. És maguk a szemgolyók, mint bizonyosan ismert, gömb alakúak, aminek köszönhetően négy irányban foroghatnak: balra, jobbra, fel és le. De mindezt mindannyian természetesnek tekintjük – kevesen gondolnak arra, hogy mi történne, ha a szemünk négyzet vagy háromszög alakú lenne, vagy mozgásuk kaotikus lenne – ez korlátozná, kaotikussá és hatástalanná tenné a látást.
Tehát a szem felépítése rendkívül bonyolult, de pontosan ez teszi lehetővé, hogy körülbelül négy tucat különböző összetevője működjön. És még ha nem is lenne ezek közül az elemek közül, a látás folyamata megszűnne úgy végbemenni, ahogyan kellene.
Ha látni szeretné, milyen összetett a szem, javasoljuk, hogy fordítsa figyelmét az alábbi ábrára.
Beszéljünk arról, hogy a vizuális észlelés folyamata hogyan valósul meg a gyakorlatban, a vizuális rendszer mely elemei vesznek részt ebben, és mindegyikük miért felelős.
A fény áthaladása
Amikor a fény közeledik a szemhez, a fénysugarak összeütköznek a szaruhártyával (más néven szaruhártya). A szaruhártya átlátszósága lehetővé teszi, hogy a fény átjusson rajta a szem belső felületére. Az átlátszóság egyébként a szaruhártya legfontosabb jellemzője, ami annak köszönhető, hogy egy speciális fehérje gátolja a szaruhártya fejlődését. véredény- az emberi test szinte minden szövetében előforduló folyamat. Abban az esetben, ha a szaruhártya nem volt átlátszó, a látórendszer többi összetevője nem számítana.
Többek között a szaruhártya megakadályozza az almot, a port és minden mást kémiai elemek. A szaruhártya görbülete pedig lehetővé teszi, hogy megtörje a fényt, és segítse a lencsét, hogy a fénysugarakat a retinára fókuszálja.
Miután a fény áthaladt a szaruhártyán, áthalad egy kis lyukon, amely az írisz közepén található. Az írisz egy kerek membrán, amely a lencse előtt, közvetlenül a szaruhártya mögött található. Az írisz a szem színét adó elem is, a szín pedig az íriszben uralkodó pigmenttől függ. Az íriszben lévő központi lyuk mindannyiunk számára ismerős pupilla. Ennek a lyuknak a mérete megváltoztatható a szembe jutó fény mennyiségének szabályozásához.
A pupilla mérete közvetlenül a szivárványhártyával együtt fog változni, és ez egyedi szerkezetének köszönhető, mivel két különböző típusú izomszövetből áll (még itt is vannak izmok!). Az első izom körkörösen összenyomható - körkörösen az íriszben helyezkedik el. Ha erős a fény, összehúzódik, aminek következtében a pupilla összehúzódik, mintha az izom húzná befelé. A második izom tágul - radiálisan helyezkedik el, azaz. az írisz sugara mentén, ami összehasonlítható a kerék küllőivel. Sötét fényben ez a második izom összehúzódik, és az írisz kinyitja a pupillát.
Sokan még mindig nehézségekbe ütköznek, amikor megpróbálják elmagyarázni, hogyan alakulnak ki az emberi látórendszer fent említett elemei, mert bármilyen más köztes formában, pl. az evolúció bármely szakaszában egyszerűen nem működhettek, de az ember létezésének kezdetétől lát. Rejtély…
Összpontosítás
A fenti szakaszok megkerülésével a fény az írisz mögött kezd áthaladni a lencsén. A lencse egy domború, hosszúkás golyó alakú optikai elem. A lencse teljesen sima és átlátszó, nincsenek benne erek, rugalmas zacskóban van elhelyezve.
A lencsén áthaladva a fény megtörik, majd a retina fossa-ra fókuszál - a legérzékenyebb helyre, amely maximális számú fotoreceptort tartalmaz.
Fontos megjegyezni, hogy az egyedi szerkezet és összetétel a szaruhártya és a lencse nagy törőképességét biztosítja, ami rövid gyújtótávolságot garantál. És milyen csodálatos, hogy egy ilyen összetett rendszer egyetlen szemgolyóban is elfér (gondoljunk csak bele, hogyan nézhet ki az ember, ha például egy méter kellene a tárgyakból érkező fénysugarak fókuszálásához!).
Nem kevésbé érdekes, hogy e két elem (szaruhártya és lencse) együttes törőereje kiváló arányban van a szemgolyóval, és ez nyugodtan nevezhető újabb bizonyítéknak arra, hogy vizuális rendszer létre egyszerűen felülmúlhatatlan, mert a fókuszálási folyamat túl bonyolult ahhoz, hogy úgy beszéljünk róla, mint ami csak lépcsőzetes mutációk – evolúciós szakaszok – révén ment végbe.
Ha a szemhez közel elhelyezkedő tárgyakról beszélünk (általában a 6 méternél kisebb távolságot közelinek tekintjük), akkor itt még mindig érdekesebb, mert ebben a helyzetben a fénysugarak törése még erősebb. Ezt a lencse görbületének növekedése biztosítja. A lencse ciliáris szalagok segítségével kapcsolódik a ciliáris izomhoz, amely összehúzódásával lehetővé teszi, hogy a lencse domborúbb formát vegyen fel, ezáltal megnő a törőereje.
És itt is lehetetlen nem beszélni a lencse legösszetettebb felépítéséről: sok szálból áll, amelyek egymáshoz kapcsolódó sejtekből állnak, és vékony sávok kötik össze a ciliáris testtel. A fókuszálást az agy irányítása alatt rendkívül gyorsan és teljesen "automatikusan" hajtják végre - lehetetlen, hogy egy személy ezt a folyamatot tudatosan végrehajtsa.
A "film" jelentése
A fókuszálás eredményeképpen a kép a retinára fókuszál, amely egy többrétegű, fényérzékeny szövet, amely a szemgolyó hátsó részét fedi. A retina hozzávetőleg 137 000 000 fotoreceptort tartalmaz (összehasonlításképpen a modern digitális fényképezőgépek említhetők, amelyekben legfeljebb 10 000 000 ilyen szenzoros elem található). A fotoreceptorok ilyen nagy száma annak a ténynek köszönhető, hogy rendkívül sűrűn helyezkednek el - körülbelül 400 000 / 1 mm².
Nem lenne felesleges itt Alan L. Gillen mikrobiológus szavait idézni, aki "Body by Design" című könyvében a retináról, mint a mérnöki tervezés mesterművéről beszél. Úgy véli, hogy a retina a szem legcsodálatosabb eleme, összehasonlítható a fényképészeti filmekkel. A szemgolyó hátulján található fényérzékeny retina sokkal vékonyabb, mint a celofán (vastagsága nem haladja meg a 0,2 mm-t), és sokkal érzékenyebb, mint bármely ember által készített fotófilm. Ennek az egyedülálló rétegnek a sejtjei akár 10 milliárd fotont is képesek feldolgozni, míg a legérzékenyebb kamera csak néhány ezret. De még ennél is csodálatosabb, hogy az emberi szem még sötétben is képes felvenni néhány fotont.
A retina összesen 10 fotoreceptor sejtrétegből áll, amelyek közül 6 réteg fényérzékeny sejtek. A fotoreceptorok 2 típusa különleges alakú, ezért nevezik őket kúpoknak és pálcikáknak. A rudak rendkívül érzékenyek a fényre, és fekete-fehér érzékelést és éjszakai látást biztosítanak a szemnek. A kúpok viszont nem olyan érzékenyek a fényre, de képesek megkülönböztetni a színeket - a kúpok optimális működését a nappal napok.
A fotoreceptorok munkájának köszönhetően a fénysugarak elektromos impulzusok komplexumaivá alakulnak át, és hihetetlenül nagy sebességgel jutnak el az agyba, és ezek az impulzusok a másodperc töredéke alatt több mint egymillió idegrostot legyőznek.
A fotoreceptor sejtek kommunikációja a retinában nagyon összetett. A kúpok és rudak nem kapcsolódnak közvetlenül az agyhoz. Miután megkapták a jelet, átirányítják azt a bipoláris sejtekre, az általuk már feldolgozott jeleket pedig a ganglionsejtekre, több mint egymillió axonra (neuritokra, amelyeken keresztül az idegimpulzusok továbbhaladnak), amelyek egyetlen látóidegből állnak, amelyen keresztül az adatok bejut az agyba.
Az interneuronok két rétege, mielőtt vizuális adatokat küldenének az agyba, hozzájárul ennek az információnak a párhuzamos feldolgozásához a szem retinájában található hat érzékelési szinten. Erre azért van szükség, hogy a képeket a lehető leggyorsabban felismerjük.
agyi észlelés
Miután a feldolgozott vizuális információ bekerül az agyba, elkezdi szortírozni, feldolgozni, elemezni, és az egyes adatokból teljes képet alkot. Természetesen még sok minden ismeretlen az emberi agy működéséről, de még az is elég, hogy mit tud nyújtani a tudományos világ ma, hogy megdöbbenjünk.
Két szem segítségével két "kép" keletkezik az embert körülvevő világról - minden retinához egy. Mindkét „kép” átkerül az agyba, és a valóságban az ember két képet lát egyszerre. De hogyan?
És itt van a lényeg: az egyik szem retinapontja pontosan megegyezik a másik szemének retinális pontjával, és ez azt jelenti, hogy mindkét kép az agyba kerülve egymásra rakható, és egyetlen képpé kombinálható. Az egyes szemek fotoreceptorai által kapott információ az agy látókérgében konvergál, ahol egyetlen kép jelenik meg.
Abból adódóan, hogy a két szemnek eltérő a vetülete, bizonyos ellentmondások figyelhetők meg, de az agy úgy hasonlítja össze és kapcsolja össze a képeket, hogy az ember ne érezzen következetlenséget. Nem csak ez, ezek az ellentmondások felhasználhatók a térbeli mélység érzésére.
Tudniillik a fénytörés miatt az agyba belépő vizuális képek kezdetben nagyon kicsik és fordítottak, de „kimenetben” azt a képet kapjuk, amit látni szoktunk.
Ezenkívül a retinában a képet az agy függőlegesen két részre osztja - egy vonalon keresztül, amely áthalad a retina fossan. A két szemmel készített képek bal oldali részeit átirányítja a rendszer, a jobb oldali pedig balra. Így a látszó személy mindegyik féltekéje csak a látottak egy részéről kap adatokat. És ismét - "a kimeneten" szilárd képet kapunk a kapcsolat nyomai nélkül.
A képszétválasztás és a rendkívül összetett optikai utak lehetővé teszik, hogy az agy minden féltekén külön-külön lásson minden szem használatával. Ez lehetővé teszi, hogy felgyorsítsa a bejövő információáramlás feldolgozását, és látást biztosít az egyik szemmel, ha hirtelen valaki valamilyen okból nem lát a másikkal.
Megállapítható, hogy az agy a vizuális információ feldolgozása során eltávolítja a „vakfoltokat”, a szem mikromozgásaiból, pislogásból, látószögből stb. adódó torzulásokat, megfelelő holisztikus képet kínálva tulajdonosának a megfigyelt.
A vizuális rendszer másik fontos eleme az. Lehetetlen lekicsinyelni ennek a kérdésnek a jelentőségét, mert. ahhoz, hogy az irányzékot egyáltalán megfelelően tudjuk használni, tudnunk kell elfordítani a szemünket, felemelni, leengedni, egyszóval mozgatni a szemünket.
Összesen 6 külső izmot lehet megkülönböztetni, amelyek a szemgolyó külső felületéhez kapcsolódnak. Ezek az izmok 4 egyenes (alsó, felső, oldalsó és középső) és 2 ferde (alsó és felső) izomból állnak.
Abban a pillanatban, amikor valamelyik izom összehúzódik, a vele szemben lévő izom ellazul – ez biztosítja a sima szemmozgást (különben minden szemmozgás rángatózó lenne).
Két szem elfordítása esetén mind a 12 izom mozgása automatikusan megváltozik (6 izom minden szemhez). És figyelemre méltó, hogy ez a folyamat folyamatos és nagyon jól koordinált.
A híres szemész, Peter Jeni szerint a szervek és szövetek központi idegrendszer mind a 12 szemizom idegein keresztül (ezt nevezik beidegzésnek) az agyban előforduló nagyon összetett folyamatok egyike. Ha ehhez hozzáadjuk a tekintet átirányításának pontosságát, a mozgások simaságát és egyenletességét, a szem forgási sebességét (és ez összesen akár 700°/másodperc), és mindezt összeadjuk, akkor mobil szemet kapunk. ami a teljesítmény szempontjából valóban fenomenális.rendszer. És az a tény, hogy egy embernek két szeme van, még bonyolultabbá teszi a dolgot - szinkron szemmozgással ugyanaz az izom beidegzés szükséges.
A szemet forgató izmok különböznek a csontváz izmaitól, mivel azok sokféle rostból állnak, és még nagyobb számú neuron irányítja őket, különben a mozgások pontossága lehetetlenné válna. Ezeket az izmokat egyedinek is nevezhetjük, mert képesek gyorsan összehúzódni és gyakorlatilag nem fáradnak el.
Tekintettel arra, hogy a szem az emberi test egyik legfontosabb szerve, folyamatos ápolást igényel. Pont erre adják a szemöldökből, szemhéjakból, szempillákból és könnymirigyekből álló „integrált tisztítórendszert”, ha lehet annak nevezni.
A könnymirigyek segítségével rendszeresen ragadós folyadék keletkezik, amely lassú sebességgel halad lefelé a szemgolyó külső felületén. Ez a folyadék lemossa a szaruhártyáról a különféle szennyeződéseket (port stb.), majd bejut a belső könnycsatornába, majd az orrcsatornán lefolyik, kiürül a szervezetből.
A könnyek nagyon erős antibakteriális anyagot tartalmaznak, amely elpusztítja a vírusokat és baktériumokat. A szemhéjak üvegtisztító funkciót látnak el - 10-15 másodperces időközönként megtisztítják és hidratálják a szemet az akaratlan pislogás miatt. A szemhéjakkal együtt a szempillák is működnek, megakadályozva, hogy alom, szennyeződés, mikroba stb. kerüljön a szembe.
Ha a szemhéjak nem töltik be funkciójukat, az ember szeme fokozatosan kiszárad, és hegek borítják. Ha nem lenne könnycsatorna, a szemet állandóan elönti a könnyfolyadék. Ha az ember nem pislogna, törmelék kerül a szemébe, és akár meg is vakulhat. A teljes "tisztító rendszernek" kivétel nélkül minden elem munkáját magában kell foglalnia, különben egyszerűen megszűnne működni.
Szem, mint állapotjelző
Az ember szeme sok információt képes továbbítani a más emberekkel és az őt körülvevő világgal való interakció során. A szemek szeretetet sugározhatnak, éghetnek a haragtól, tükrözhetik az örömöt, a félelmet vagy a szorongást vagy a fáradtságot. A szemek azt mutatják, hogy az ember merre néz, érdekli-e valami, vagy sem.
Például amikor az emberek lesütik a szemüket, miközben beszélgetnek valakivel, ez egészen másképp értelmezhető, mint a szokásos felfelé pillantás. A gyerekek nagy szemei örömet és gyengédséget okoznak másokban. A pupillák állapota pedig azt a tudatállapotot tükrözi, amelyben az ember egy adott pillanatban van. A szem az élet és a halál jelzője, ha globális értelemben beszélünk. Talán ezért nevezik őket a lélek „tükrének”.
Konklúzió helyett
Ebben a leckében az emberi látórendszer felépítését vizsgáltuk. Természetesen sok részletet kihagytunk (ez a téma maga nagyon terjedelmes, és problémás egy óra keretébe illeszteni), de ennek ellenére igyekeztünk az anyagot úgy átadni, hogy világos elképzelése legyen arról, HOGYAN az ember látja.
Nem lehetett nem észrevenni, hogy mind a szem összetettsége, mind lehetőségei lehetővé teszik, hogy ez a szerv sokszorosan felülmúlja a legtöbbet is modern technológiákés a tudományos fejlemények. A szem világosan demonstrálja a mérnöki tudomány összetettségét számos árnyalatban.
De a látás szerkezetének ismerete természetesen jó és hasznos, de a legfontosabb tudni, hogyan lehet a látást visszaállítani. A helyzet az, hogy az ember életmódja, életkörülményei és néhány egyéb tényező (stressz, genetika, rossz szokások, betegségek és még sok más) - mindez gyakran hozzájárul ahhoz, hogy az évek múlásával a látás romolhat, t .e. a vizuális rendszer kezd tönkremenni.
De a látás romlása a legtöbb esetben nem visszafordíthatatlan folyamat - bizonyos technikák ismeretében ez a folyamat visszafordítható, és a látás, ha nem is olyan, mint egy babánál (bár ez néha lehetséges), akkor olyan jó lehetőség szerint minden egyes személy számára. Ezért látásfejlesztési tanfolyamunk következő óráját a látás helyreállításának módszereivel foglalkozunk.
Nézz a gyökérre!
Tesztelje tudását
Ha szeretné tesztelni tudását a lecke témájában, akkor egy rövid, több kérdésből álló tesztet is kitölthet. Minden kérdésnél csak 1 lehetőség lehet helyes. Miután kiválasztotta az egyik opciót, a rendszer automatikusan a következő kérdésre lép. A kapott pontokat a válaszok helyessége és az átadásra fordított idő befolyásolja. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a kérdések minden alkalommal eltérőek, és a lehetőségek megkeverednek.
A Föld felszíne meggörbül és 5 kilométeres távolságban eltűnik a látómezőből. De látásunk élessége lehetővé teszi, hogy messze túlmutassunk a horizonton. Ha lapos lenne, vagy ha egy hegy tetején állna, és a szokásosnál sokkal nagyobb területre nézne a bolygón, akkor több száz kilométeres távolságban ragyogó fényeket láthatna. Egy sötét éjszakán még egy gyertya lángját is láthattad, amely 48 kilométerre van tőled.
Az, hogy az emberi szem milyen messzire lát, attól függ, hogy a távoli tárgy hány fényrészecskét vagy fotont bocsát ki. A szabad szemmel látható legtávolabbi objektum az Androméda-köd, amely hatalmas, 2,6 millió fényévnyi távolságra található a Földtől. Egy billió csillag ebben a galaxisban összesen annyi fényt bocsát ki, hogy másodpercenként több ezer foton ütközzön minden négyzetcentiméterrel. a Föld felszíne. Sötét éjszakán ez a mennyiség elegendő a retina aktiválásához.
1941-ben Selig Hecht látásspecialista és kollégái a Columbia Egyetemen megalkották azt, amit a mai napig megbízhatónak tartanak a látás abszolút küszöbére vonatkozóan – a fotonok minimális számát, amelyeknek be kell lépniük a retinába ahhoz, hogy tudatosítsák a vizuális észlelést. A kísérlet ideális körülmények között küszöböt állított fel: a résztvevők szemei időt kaptak, hogy teljesen alkalmazkodjanak az abszolút sötétséghez, az ingerként működő kék-zöld fényvillanás hullámhossza 510 nanométer volt (amire a szem a legérzékenyebb), és a fényt a retina perifériás szélére irányították.fényfelismerő rúdsejtekkel telve.
A tudósok szerint ahhoz, hogy a kísérletben résztvevők az esetek több mint felében felismerjenek egy ilyen fényvillanást, 54-148 fotonnak kellett a szemgolyókba esnie. A retina abszorpciójának mérései alapján a tudósok kiszámították, hogy az emberi retinarudak átlagosan 10 fotont nyelnek el. Így 5-14 foton abszorpciója, illetve 5-14 rúd aktiválása azt jelzi az agynak, hogy látsz valamit.
"Ez valóban nagyon kis számú kémiai reakció" - jegyezte meg Hecht és munkatársai a kísérletről szóló tanulmányban.
Figyelembe véve az abszolút küszöböt, a gyertyaláng fényességét és azt a becsült távolságot, amelynél a világító tárgy elhalványul, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az ember meg tudja különböztetni a gyertyaláng halvány villogását 48 kilométeres távolságból.
De milyen távolságból ismerhetjük fel, hogy egy tárgy több, mint egy fényvillanás? Ahhoz, hogy egy tárgy térben kiterjedtnek tűnjön, nem pedig pontnak, a belőle érkező fénynek legalább két szomszédos retinakúpot aktiválnia kell – a színlátásért felelős sejteket. Ideális esetben a tárgynak legalább 1 ívperces vagy egy hatod fokos szögben kell feküdnie a szomszédos kúpok gerjesztéséhez. Ez a szögmérték ugyanaz marad, függetlenül attól, hogy az objektum közel van-e vagy távol (a távoli objektumnak sokkal nagyobbnak kell lennie, hogy ugyanolyan szögben legyen, mint a közeli). A teljes 30 ívperces szögben fekszik, míg a Vénusz alig látható kiterjesztett objektumként körülbelül 1 ívperces szögben.
Az ember méretű tárgyak csak körülbelül 3 kilométeres távolságból megkülönböztethetők. Ehhez képest ezen a távolságon jól meg tudtuk különböztetni az autó két fényszóróját.
Meghívjuk Önt, hogy ismerje meg látásunk csodálatos tulajdonságait – a távoli galaxisok megtekintésének képességétől a láthatatlannak tűnő fényhullámok rögzítéséig.Nézz körül a szobában, ahol vagy – mit látsz? Falak, ablakok, színes tárgyak – mindez annyira ismerősnek és magától értetődőnek tűnik. Könnyű elfelejteni, hogy a körülöttünk lévő világot csak a fotonoknak - a tárgyakról visszaverődő és a szem retinájára eső fényrészecskéknek köszönhetően - látjuk.
Minden szemünk retinájában körülbelül 126 millió fényérzékeny sejt található. Az agy megfejti az ezektől a sejtektől kapott információkat a rájuk eső fotonok irányáról és energiájáról, és a környező tárgyak különböző formáivá, színeivé és megvilágítási intenzitásává alakítja.
Az emberi látásnak megvannak a határai. Így szabad szemmel nem láthatjuk az elektronikus eszközök által kibocsátott rádióhullámokat, és nem látjuk a legkisebb baktériumokat sem.
A fizika és a biológia fejlődésének köszönhetően meg lehet határozni a természetes látás határait. "Minden objektumnak, amit látunk, van egy bizonyos "küszöb", amely alatt nem tudjuk megkülönböztetni őket" - mondja Michael Landy, a New York-i Egyetem pszichológia és idegtudomány professzora.
Először nézzük meg ezt a küszöböt a színek megkülönböztetésének képessége szempontjából – talán ez a legelső képesség, ami eszünkbe jut a látással kapcsolatban.
Az a képességünk, hogy meg tudjuk különböztetni pl. lila a bíborvöröstől a retinát érő fotonok hullámhosszához kapcsolódik. A retinában kétféle fényérzékeny sejt található – rudak és kúpok. A kúpok felelősek a színérzékelésért (úgynevezett nappali látás), míg a rudak lehetővé teszik számunkra, hogy gyenge fényviszonyok mellett is meglássuk a szürke árnyalatait - például éjszaka (éjszakai látás).
Az emberi szemben háromféle kúp és ennek megfelelő számú opszin létezik, amelyek mindegyike különleges érzékenységgel rendelkezik bizonyos fényhullámhossz-tartományú fotonokkal szemben.
Az S-típusú kúpok érzékenyek a látható spektrum ibolya-kék, rövid hullámhosszú részére; Az M-típusú kúpok felelősek a zöld-sárgáért (közepes hullámhossz), az L-típusú kúpok pedig a sárga-vörösért (hosszú hullámhossz).
Mindezek a hullámok, valamint kombinációik lehetővé teszik számunkra, hogy a szivárvány teljes színskáláját lássuk. "Minden forrás látható az ember számára A fény, néhány mesterséges fény kivételével (például fénytörő prizma vagy lézer), különböző hullámhosszúság keverékét bocsát ki" - mondja Landy.
A természetben létező összes foton közül kúpjaink csak azokat képesek felfogni, amelyekre egy nagyon szűk tartományban (általában 380-720 nanométer) jellemző hullámhossz – ezt nevezzük látható sugárzási spektrumnak. Ez alatt a tartomány alatt találhatók az infravörös és rádióspektrumok - az utóbbiak alacsony energiájú fotonjainak hullámhossza millimétertől több kilométerig változik.
A látható hullámhossz-tartomány másik oldalán az ultraibolya spektrum, ezt követi a röntgenspektrum, majd a gamma-spektrum olyan fotonokkal, amelyek hullámhossza nem haladja meg a méter trilliod részét.
Bár legtöbbünk látása a látható spektrumra korlátozódik, az aphakiában szenvedőknek - a lencse hiánya a szemben (ennek eredményeként sebészeti beavatkozás szürkehályoggal vagy ritkábban születési rendellenesség miatt) - képesek látni az ultraibolya hullámokat.
Egészséges szemnél a lencse blokkolja az ultraibolya hullámhosszokat, de ennek hiányában az ember képes akár 300 nanométeres hullámhosszt is kék-fehér színként érzékelni.
Egy 2014-es tanulmány megjegyzi, hogy bizonyos értelemben mindannyian láthatunk infravörös fotonokat is. Ha két foton közel egyidejűleg éri el ugyanazt a retinasejtet, energiájuk összeadódik, és a láthatatlan, mondjuk 1000 nanométeres hullámhosszt 500 nanométeres látható hullámhosszúsággá változtatja (a legtöbbünk hideg zöld színként érzékeli az ilyen hullámhosszú hullámhosszakat) .
Hány színt látunk?
a szemében egészséges ember háromféle kúp, amelyek mindegyike körülbelül 100 különböző szín megkülönböztetésére képes. Emiatt a legtöbb kutató körülbelül egymillióra becsüli a megkülönböztethető színek számát. A színérzékelés azonban nagyon szubjektív és egyéni.
Jameson tudja, miről beszél. A tetrakromaták látását tanulmányozza – olyan embereket, akik valóban emberfeletti képességekkel rendelkeznek a színek megkülönböztetésére. A tetrakromácia ritka, főleg nőknél. Egy genetikai mutáció eredményeként egy további, negyedik típusú kúpjuk van, ami durva becslések szerint akár 100 millió színt is lehetővé tesz számukra. (A színvakok vagy dikromaták csak kétféle kúppal rendelkeznek – legfeljebb 10 000 színt látnak.)
Hány fotonra van szükségünk, hogy láthassunk egy fényforrást?
Általában a kúpoknak sokkal több fényre van szükségük az optimális működéshez, mint a rudaknál. Emiatt gyenge fényviszonyok mellett a színek megkülönböztetésének képessége csökken, és a pálcikák működésbe lépnek, biztosítva a fekete-fehér látást.
Ideális laboratóriumi körülmények között a retina azon részein, ahol a rudak nagyrészt hiányoznak, a kúpok kipattanhatnak, ha néhány foton eltalálja őket. A botok azonban még a leghalványabb fényt is jobban megragadják.
Amint azt az 1940-es években végzett kísérletek először mutatják, egy kvantum fény elegendő ahhoz, hogy szemünk láthassa. Brian Wandell, a Stanford Egyetem pszichológia és elektrotechnika professzora szerint az ember csak egyetlen fotont lát.
1941-ben a Columbia Egyetem kutatói kísérletet hajtottak végre – az alanyokat egy sötét szobába vitték, és szemüknek adott időt az alkalmazkodásra. A botok néhány perc alatt elérik a teljes érzékenységet; éppen ezért, amikor lekapcsoljuk a lámpát a szobában, egy időre elveszítjük azt a képességünket, hogy bármit is lássunk.
Ezután villogó kék-zöld fényt irányítottak az alanyok arcára. A kísérletben résztvevők a normálnál nagyobb valószínűséggel felvillanó fényt rögzítettek, amikor csak 54 foton érte a retinát.
Nem minden, a retinát elérő fotont regisztrálnak a fényérzékeny sejtek. E körülmény alapján a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy mindössze öt foton, amely öt különböző rudat aktivál a retinában, elegendő ahhoz, hogy az ember lásson egy villanást.
A legkisebb és legtávolabbi látható tárgyak
A következő tény meglepheti Önt: az, hogy egy tárgyat látunk, egyáltalán nem annak fizikai méretétől vagy távolságától függ, hanem attól, hogy legalább néhány általa kibocsátott foton eléri-e a retinánkat.
„Az egyetlen dolog, amire a szemnek szüksége van ahhoz, hogy bármit is lásson, az egy tárgy által kibocsátott vagy visszaverődő fény bizonyos mennyisége” – mondja Landy. „Minden a retinát elérő fotonok számától függ. másodszor, akkor is láthatjuk, ha elegendő fotont bocsát ki."
A pszichológia szakkönyvek gyakran állítják, hogy egy felhőtlen sötét éjszakán akár 48 km távolságból is látható a gyertya lángja. A valóságban a retinánkat folyamatosan fotonok bombázzák, így egyetlen nagy távolságból kibocsátott fénykvantum egyszerűen elveszik a háttérben.
Hogy elképzeljük, milyen messzire látunk, vessünk egy pillantást az éjszakai égboltra, tele csillagokkal. A csillagok mérete óriási; azok közül, akiket szabad szemmel látunk, sok millió kilométer átmérőjű.
Azonban még a hozzánk legközelebb eső csillagok is több mint 38 billió kilométeres távolságra helyezkednek el a Földtől, így látszólagos méretük olyan kicsi, hogy szemünk nem képes megkülönböztetni őket.
Másrészt a csillagokat továbbra is fényes pontszerű fényforrásként figyeljük meg, mert az általuk kibocsátott fotonok legyőzik a minket elválasztó gigantikus távolságokat, és elérik a retinánkat.
Az éjszakai égbolton minden egyes látható csillag a mi galaxisunkban – a Tejútrendszerben – található. A tőlünk szabad szemmel látható legtávolabbi objektum a Tejútrendszeren kívül található, és maga egy csillaghalmaz - ez az Androméda-köd, amely 2,5 millió fényévnyire, azaz 37 kvintimillió km-re található a Tejútrendszertől. Nap. (Egyesek azt állítják, hogy különösen sötét éjszakákon az éles látás lehetővé teszi számukra, hogy meglássák a háromszög-galaxist, amely körülbelül 3 millió fényév távolságban található, de ez a kijelentés maradjon a lelkiismeretükön.)
Az Androméda-köd egy billió csillagot tartalmaz. A nagy távolság miatt mindezek a világítótestek számunkra egy alig megkülönböztethető fényfolttá olvadnak össze. Ugyanakkor az Androméda-köd mérete óriási. Szögmérete még ilyen gigantikus távolságban is hatszorosa a telihold átmérőjének. Ebből a galaxisból azonban olyan kevés foton jut el hozzánk, hogy az éjszakai égbolton alig látható.
A látásélesség határa
Miért nem láthatunk egyes csillagokat az Androméda-ködben? A tény az, hogy a látás felbontásának vagy élességének megvannak a maga korlátai. (A látásélesség arra utal, hogy képesek vagyunk megkülönböztetni az elemeket, például egy pontot vagy egy vonalat, mint különálló objektumokat, amelyek nem egyesülnek a szomszédos objektumokkal vagy a háttérrel.)
Valójában a látásélesség ugyanúgy leírható, mint egy számítógép-monitor felbontása - a pixelek minimális méretét tekintve, amelyeket még külön-külön pontként tudunk megkülönböztetni.
A látásélesség határai számos tényezőtől függenek – például az egyes kúpok és a retinában lévő rudak közötti távolságtól. Nem kevesebb mint fontos szerep maga a szemgolyó optikai jellemzői is játszanak, ami miatt nem minden foton ér egy fényérzékeny sejtet.
Elméletileg a tanulmányok azt mutatják, hogy látásélességünket korlátozza az a képességünk, hogy szögfokonként (a szögmérték egységeként) körülbelül 120 pixelt látunk.
Az emberi látásélesség határainak gyakorlati szemléltetése lehet egy karnyújtásnyira elhelyezett, köröm nagyságú tárgy, amelyen 60 vízszintes és 60 függőleges vonal váltakozó fehér és fekete színt alkalmaz, egyfajta sakktáblát alkotva. "Valószínűleg ez a legkisebb rajz, amelyet az emberi szem még ki tud venni" - mondja Landy.
A szemészek által a látásélesség ellenőrzésére használt táblázatok ezen az elven alapulnak. Oroszország leghíresebb Sivtsev táblázata fehér alapon fekete nagybetűkből áll, amelyek betűmérete minden sorral kisebb.
Az ember látásélességét a betűméret határozza meg, amelynél már nem látja egyértelműen a betűk körvonalait, és elkezdi összezavarni őket.
A látásélesség határa magyarázza, hogy szabad szemmel nem láthatunk egy biológiai sejtet, amelynek mérete mindössze néhány mikrométer.
De ne aggódj miatta. Az a képesség, hogy milliónyi színt különböztessünk meg, egyetlen fotont rögzítsünk, és galaxisokat lássunk néhány kvintimillió kilométerrel távolabb, elég jó eredmény, tekintve, hogy a látásunkat a szemüregekben lévő zselészerű golyók biztosítják, amelyek egy 1,5 kg-oshoz kapcsolódnak. porózus tömeg a koponyában.
