Оптическая система глаза
Необходимость нацеливать глаз на рассматриваемый объект, вращая его в различных направлениях, природа создала у большинства видов животных форму глазного яблока в виде шара. На пути к световоспринимающей оболочке глаза - сетчатке свет проходит сквозь несколько прозрачных сред. Переднюю и заднюю поверхности роговицы, хрусталик и стекловидное тело. Различная кривизна этих поверхностей определяют преломление световых лучей внутри глаза. Преломляющую силу оптической системы можно выразить в диоптриях (D). Одна диоптрия соответствует преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 1,0 м. Сила преломления глаза человека составляет около 59 D при рассматривании далеких предметов и 70,5 D при фокусировке на близкие предметы. При прохождении света через оптические среды глаза изображение на сетчатке получается действительным, уменьшенным и обратным (то есть перевернутым сверху вниз и развернутым слева направо).
Аккомодация
Чтобы изображение было ясным необходимо, чтобы лучи от всех его точек попали на поверхность сетчатки, то есть были сфокусированы. Когда мы смотрим на удаленные предметы, они видны ясно, потому что изображение сфокусировано на сетчатке. В то же время близкие предметы, видны нечетко, их изображение не расплывчато, потому что лучи от них фокусируются за сетчаткой. Видеть одновременно четко предметы, находящиеся на разном расстоянии от глаза невозможно. Переводя взгляд с близкого на далекий предмет мы перестаем его ясно видеть. Способность глаза ясно видеть разно удаленные предметы - называется аккомодацией. При аккомодации происходит процесс изменения кривизны хрусталика и, следовательно, его преломляющей способности. За процесс изменения кривизны хрусталика отвечает специальная мышца. При рассматривании близких предметов хрусталик становится выпуклым, мышца напрягается, благодаря чему лучи, фокусируются на сетчатке. Радиус кривизны передней поверхности хрусталика при аккомодации уменьшается с 10 до 6 мм, а задней поверхности с 6 до 5,5 мм. Механизм аккомодации сводится к сокращению цилиарных мышц, которые изменяют выпуклость хрусталика. Хрусталик находится в тонкой прозрачной капсуле, переходящей по краям в волокна цинновой связки, прикрепленной к цилиарному телу. Волокна постоянно натянуты и растягивают капсулу, сжимающую хрусталик, уплощая его.
Структура и функция отдельных слоев сетчатки
Сетчатка - это внутренняя оболочка глаза, имеющая сложную многослойную структуру. Она содержит два вида различных по своему функциональному значению фоторецепторов (палочки, колбочки и несколько видов нервных клеток). Под воздействием света в фоторецепторах идут фотохимические реакции, суть которых заключается в изменении структуры светочувствительных зрительных пигментов. Последнее вызывает возбуждение фоторецепторов и последующее синаптическое возбуждение связанных с ними нервных клеток. Нервный аппарат глаза передает зрительную информацию в виде электрических импульсов в центры головного мозга. Поэтому сетчатку можно рассматривать как бы частью мозга, вынесенной на периферию. Кратко рассмотрим структуру и функцию всех слоев сетчатки. Пигментный слой сетчатки (наружный, наиболее удаленный от зрачка) образован пигментным эпителием, содержащим фусцин. Фусцин (пигмент) поглощает свет, препятствуя его рассеиванию и отражению, что увеличивает четкость зрительного восприятия. Матрицы цифровых фотоаппаратов имеют в основе также черный пигментный слой. У ряда ночных животных, имеется дополнительный отражающий свет слой, состоящий из особых субстанций. Наличие отражающего свет слоя вызывает попадание на фоторецепторы не только прямых, но и отраженных лучей, что при слабой освещенности увеличивает чувствительность восприятия света. Второй по удаленности от зрачка слой состоит из пигментных клеток, отростки которых окружают светочувствительные компоненты колбочек и палочек. К слою пигментного эпителия изнутри примыкает слой фоторецепторов, которые своими светочувствительными компонентами (члениками) обращены в сторону, обратную свету. Фоторецептор (палочка или колбочка) состоит из чувствительного к действию света наружного сегмента, содержащего зрительный пигмент, и, содержащего ядро и митохондрии внутреннего сегмента, обеспечивающего энергетические процессы в клетке. Человеческий глаз содержит около 6-7 миллионов колбочек и 110-125 миллионов палочек. Палочки и колбочки распределяются в сетчатке неравномерно. Центральная ямка (зрительное пятно или макула) сетчатки (foveacentralis) содержит колбочки (до 140 тысяч колбочек на 1 мм2). К периферии сетчатки их количество уменьшается, а количество палочек растет. Края сетчатки содержит минимальное количество колобочек и преимущественно состоит из палочек. Известно, что колбочки могут функционируют в условиях достаточной освещенности и воспринимают цвета, в то время как палочки являются рецепторами, воспринимающими световые лучи в условиях слабого (сумеречного) освещения. У всех ночных животных в сетчатке преобладают палочки, а у дневных животных колбочки. У человека, как и у приматов, ведущих смешанный образ жизни в сетчатке находят оба вида рецепторов.