Ajutor la Tele2, tarife, intrebari

Ochiul este organul responsabil de percepția vizuală a lumii înconjurătoare. Este format din globul ocular, care este conectat la anumite zone ale creierului cu ajutorul nervului optic, și dispozitive auxiliare. Astfel de dispozitive includ glandele lacrimale, țesuturile musculare și pleoapele.

Globul ocular este acoperit cu o înveliș specială de protecție care îl protejează de diverse daune, sclera. Partea exterioară a acestui înveliș are o formă transparentă și se numește cornee. Zona în formă de corn este una dintre cele mai sensibile părți ale corpului uman. Chiar și un mic impact asupra acestei zone duce la faptul că pleoapele se închid.

Sub cornee se află irisul, care poate varia în culoare. Între aceste două straturi este un lichid special. În structura irisului există o gaură specială pentru pupilă. Diametrul său tinde să se extindă și să se contracte în funcție de cantitatea de lumină primită. Sub pupilă este o lentilă optică, o lentilă care seamănă cu un fel de jeleu. Atașarea sa la sclera se realizează cu ajutorul unor mușchi speciali. În spatele lentilei optice a globului ocular se află o zonă numită corpul vitros. În interiorul globului ocular se află un strat numit fundus. Această zonă este acoperită cu o retină. Acest strat este compus din fibre subțiri, care este capătul nervului optic.

După ce razele de lumină trec prin cristalin, ele pătrund în corpul vitros și cad pe coaja interioară foarte subțire a ochiului - retina.

Cum este construită imaginea

Imaginea unui obiect format pe retină este un proces de lucru comun al tuturor componentelor globului ocular. Razele de lumină care intră sunt refractate în mediul optic al globului ocular, reproducând imagini ale obiectelor din jur pe retină. După ce a trecut prin toate straturile interioare, lumina, căzând pe fibrele vizuale, le irită și semnalele sunt transmise anumitor centri cerebrali. Prin acest proces, o persoană este capabilă de percepția vizuală a obiectelor.

Multă vreme, cercetătorii au fost preocupați de întrebarea ce fel de imagine se obține pe retină. Unul dintre primii cercetători ai acestui subiect a fost I. Kepler. Cercetarea sa s-a bazat pe teoria conform căreia imaginea construită pe retina ochiului este într-o stare inversă. Pentru a demonstra această teorie, el a construit un mecanism special, reproducând procesul razelor de lumină care lovesc retina.

Puțin mai târziu, acest experiment a fost repetat de cercetătorul francez R. Descartes. Pentru experiment, a folosit un ochi de taur, cu stratul îndepărtat de pe peretele din spate. El a pus acest ochi pe un piedestal special. Drept urmare, pe peretele din spate al globului ocular, el a putut observa o imagine inversată.

Pe baza acestui lucru, urmează o întrebare complet logică, de ce o persoană vede corect obiectele din jur și nu cu susul în jos? Acest lucru se întâmplă ca urmare a faptului că toate informațiile vizuale intră în centrii creierului. În plus, anumite părți ale creierului primesc informații de la alte simțuri. În urma analizei, creierul corectează imaginea și persoana primește informațiile corecte despre obiectele din jurul său.

Retina este veriga centrală a analizorului nostru vizual

Acest moment a fost observat foarte precis de poetul W. Blake:

Prin ochi, nu prin ochi
Mintea poate vedea lumea.

La începutul secolului al XIX-lea, în America, s-a pus la cale un experiment interesant. Esența sa a fost următoarea. Subiectul a pus lentile optice speciale, imaginea pe care avea o construcție directă. Ca urmare:

• viziunea experimentatorului a fost complet răsturnată;
• toate obiectele care o înconjoară au devenit cu susul în jos.

Durata experimentului a condus la faptul că, ca urmare a unei încălcări a mecanismelor vizuale cu alte organe de simț, a început să se dezvolte rău de mare. Crize de greață l-au învins pe om de știință timp de trei zile, din momentul în care a început experimentul. În a patra zi a experimentelor, ca urmare a stăpânirii creierului cu aceste condiții, vederea a revenit la normal. După ce a documentat aceste nuanțe interesante, experimentatorul a scos dispozitivul optic. Întrucât activitatea centrilor creierului a avut ca scop obținerea unei imagini obținute cu ajutorul dispozitivului, ca urmare a înlăturării acestuia, vederea subiectului s-a întors din nou cu susul în jos. De data aceasta, recuperarea lui a durat aproximativ două ore.

Percepția vizuală începe cu proiecția unei imagini pe retină și excitarea fotoreceptorilor.

În cercetări ulterioare, s-a dovedit că numai creierul uman este capabil să prezinte o astfel de capacitate de adaptare. Utilizarea unor astfel de dispozitive pe maimuțe a dus la faptul că acestea au căzut în comă. Această afecțiune a fost însoțită de dispariția funcțiilor reflexe și a tensiunii arteriale scăzute. În exact aceeași situație, astfel de eșecuri în activitatea corpului uman nu sunt observate.

Destul de interesant este faptul că creierul uman nu poate face față întotdeauna tuturor informațiilor vizuale primite. Când există un eșec în activitatea anumitor centre, apar iluzii vizuale. Drept urmare, obiectul în cauză își poate schimba forma și structura.

Există o altă trăsătură distinctivă interesantă a organelor vizuale. Ca urmare a modificării distanței de la lentila optică la o anumită cifră, se modifică și distanța până la imaginea acesteia. Apare întrebarea, în urma căreia imaginea își păstrează claritatea atunci când ochiul uman își schimbă focalizarea, de la obiecte aflate la o distanță considerabilă la cele situate mai aproape.

Rezultatul acestui proces se obține cu ajutorul țesuturilor musculare situate în apropierea cristalinului globului ocular. Ca urmare a contracțiilor, acestea îi schimbă contururile, schimbând focalizarea vederii. În acest proces, atunci când privirea este concentrată asupra obiectelor îndepărtate, acești mușchi sunt în repaus, ceea ce aproape că nu schimbă conturul lentilei. Când privirea este concentrată asupra obiectelor aflate în apropiere, mușchii încep să se contracte, lentila este îndoită, iar puterea de percepție optică crește.

Această caracteristică a percepției vizuale a fost numită acomodare. Acest termen se referă la faptul că organele vizuale sunt capabile să se adapteze focalizării asupra obiectelor situate la orice distanță.

Privirea obiectelor care sunt foarte aproape de mult timp poate provoca o tensiune puternică în mușchii vizuali. Ca urmare a muncii lor sporite, poate apărea înecarea vizuală. Pentru a evita acest moment neplacut, cand citesti sau lucrezi la calculator, distanta trebuie sa fie de cel putin un sfert de metru. Această distanță se numește distanță de vedere clară.

Sistemul optic al ochiului este alcătuit din cornee, cristalin și corpul vitros.

Avantajul a două organe vizuale

Prezența a două organe vizuale crește semnificativ dimensiunea câmpului de percepție. În plus, devine posibil să se distingă distanța care separă obiectele de o persoană. Acest lucru se datorează faptului că pe retina ambilor ochi există o construcție diferită a imaginii. Deci imaginea percepută de ochiul stâng corespunde vederii obiectului din partea stângă. Pe al doilea ochi, imaginea este construită în direcția opusă. În funcție de apropierea subiectului, puteți aprecia diferența de percepție. Această construcție a imaginii pe retina ochiului vă permite să distingeți volumele obiectelor din jur.

In contact cu

Cifrele imposibile și imaginile ambigue nu sunt ceva ce nu poate fi luat la propriu: ele apar în creierul nostru. Deoarece procesul de percepere a unor astfel de cifre urmează o cale ciudată non-standard, observatorul ajunge să înțeleagă că ceva neobișnuit se întâmplă în capul lui. Pentru a înțelege mai bine procesul pe care îl numim „viziune”, este util să avem o idee despre modul în care organele noastre de simț (ochii și creierul) transformă stimulii lumini în informații utile.

Ochiul ca dispozitiv optic

Figura 1. Anatomia globului ocular.

Ochiul (vezi Fig. 1) funcționează ca o cameră. Lentila (lentila) proiectează o imagine redusă inversată din lumea exterioară pe retină (retină) - o rețea de celule fotosensibile situată vizavi de pupilă (pupila) și care ocupă mai mult de jumătate din suprafața interioară a globului ocular. Ca instrument optic, ochiul a fost mult timp un mic mister. În timp ce camera este focalizată prin deplasarea obiectivului mai aproape sau mai departe de stratul fotosensibil, capacitatea sa de a refracta lumina este ajustată în timpul acomodarii (adaptarea ochiului la o anumită distanță). Forma cristalinului ochiului este modificată de mușchiul ciliar. Când mușchiul se contractă, cristalinul devine mai rotund, aducând o imagine focalizată a obiectelor mai apropiate de retină. Diafragma ochiului uman este reglată în același mod ca în cazul unei camere. Pupila controlează dimensiunea deschiderii cristalinului, extinzându-se sau contractându-se cu ajutorul mușchilor radiali, colorând irisul ochiului (irisul) cu culoarea sa caracteristică. Atunci când ochiul nostru se deplasează în zona pe care dorește să se concentreze, distanța focală și dimensiunea pupilei se adaptează instantaneu la condițiile necesare „în mod automat”.

Figura 2. Secțiune transversală a retinei
Figura 3. Ochiul cu pată galbenă

Structura retinei (Fig. 2), stratul fotosensibil din interiorul ochiului, este foarte complexă. Nervul optic (împreună cu vasele de sânge) pleacă din peretele din spate al ochiului. Această zonă nu are celule fotosensibile și este cunoscută sub denumirea de punct orb. Fibrele nervoase se ramifică și se termină în trei tipuri diferite de celule care captează lumina care intră în ele. Procesele care provin din cel de-al treilea strat de celule, cel mai interior, conțin molecule care își schimbă temporar structura atunci când procesează lumina primită și, prin urmare, emit un impuls electric. Celulele fotosensibile se numesc tije (tije) și conuri (conuri) în forma proceselor lor. Conurile sunt sensibile la culoare, în timp ce tijele nu sunt. Pe de altă parte, fotosensibilitatea tijelor este mult mai mare decât cea a conurilor. Un ochi conține aproximativ o sută de milioane de bastonașe și șase milioane de conuri, distribuite neuniform în întreaga retină. Exact vizavi de pupilă se află așa-numita macula lutea (Fig. 3), care constă numai din conuri într-o concentrație relativ densă. Când vrem să vedem ceva focalizat, ne poziționăm ochii astfel încât imaginea să cadă pe macula. Există multe interconexiuni între celulele retinei, iar impulsurile electrice de la o sută de milioane de celule fotosensibile sunt trimise către creier de-a lungul a doar un milion de fibre nervoase. Astfel, ochiul poate fi descris superficial ca o cameră foto sau de televiziune încărcată cu peliculă fotosensibilă.

Figura 4. Figura Kanizsa

De la impuls luminos la informație

Figura 5. Ilustrație din cartea lui Descartes „Le traité de l’homme”, 1664

Dar cum vedem cu adevărat? Până de curând, această problemă a fost greu de rezolvat. Cel mai bun răspuns la această întrebare a fost următorul: există o zonă din creier specializată în vedere, în care imaginea primită de la retină se formează sub formă de celule cerebrale. Cu cât cade mai multă lumină asupra unei celule retiniene, cu atât celula creierului corespunzătoare funcționează mai intens, adică activitatea celulelor creierului din centrul nostru vizual depinde de distribuția luminii care cade pe retină. Pe scurt, procesul începe cu o imagine pe retină și se termină cu o imagine corespunzătoare pe un mic „ecran” al celulelor creierului. Desigur, acest lucru nu explică viziunea, ci pur și simplu schimbă problema la un nivel mai profund. Cine este menit să vadă această imagine interioară? Această situație este bine ilustrată în Figura 5, preluată din lucrarea lui Descartes „Le traité de l" homme". În acest caz, toate fibrele nervoase se termină într-o anumită glandă, pe care Descartes și-a imaginat-o ca fiind locul sufletului și ea este cea care vede imaginea internă. Dar întrebarea rămâne: cum funcționează de fapt „viziunea"?

Figura 6

Ideea unui mini-observator în creier nu este doar insuficientă pentru a explica vederea, dar ignoră și trei activități care aparent sunt efectuate direct de sistemul vizual însuși. De exemplu, să ne uităm la figura din figura 4 (de Kanizsa). Vedem un triunghi în trei segmente circulare după decupaje. Acest triunghi nu a fost prezentat retinei, dar este rezultatul presupunerilor sistemului nostru vizual! De asemenea, este aproape imposibil să ne uităm la Figura 6 fără a vedea secvențe continue de modele circulare care luptă pentru atenția noastră, ca și cum am experimenta direct activitatea vizuală internă. Mulți constată că sistemul lor vizual este complet confuz de figura Dallenbach (Figura 8), deoarece caută modalități de a interpreta aceste pete albe și negre într-o formă pe care o înțeleg. Pentru a vă scuti de durere, Figura 10 oferă o interpretare pe care sistemul dumneavoastră vizual o va accepta odată pentru totdeauna. Spre deosebire de desenul anterior, nu vă va fi dificil să reconstruiți câteva lovituri de cerneală din figura 7 într-o imagine a doi oameni care vorbesc.

Figura 7. Desen din „Manualul de pictură al grădinii cu semințe de muștar”, 1679-1701

De exemplu, o metodă complet diferită de vedere este ilustrată de cercetările lui Werner Reichardt din Tübingen, care a petrecut 14 ani studiind sistemul de control al vederii și al zborului al muștei casei. Pentru aceste studii, a primit premiul Heineken în 1985. La fel ca multe alte insecte, musca are ochi compuși formați din multe sute de tije individuale, fiecare dintre acestea fiind un element fotosensibil separat. Sistemul de control al zborului muștei este format din cinci subsisteme independente care funcționează extrem de rapid (viteza de reacție de aproximativ 10 ori mai rapidă decât cea a unui om) și eficient. De exemplu, subsistemul de aterizare funcționează după cum urmează. Când câmpul vizual al muștei „explodează” (pentru că suprafața este aproape), musca se îndreaptă spre centrul „exploziei”. Dacă centrul este peste zbor, se va întoarce automat cu susul în jos. De îndată ce picioarele muștei ating suprafața, „subsistemul” de aterizare este dezactivat. Când zboară, o muscă extrage doar două tipuri de informații din câmpul său vizual: punctul în care se află un loc în mișcare de o anumită dimensiune (care trebuie să se potrivească cu dimensiunea unei muscă la o distanță de 10 centimetri) și direcția și viteza acestui punct care se deplasează pe câmpul vizual. Procesarea acestor date ajută la corectarea automată a traiectoriei de zbor. Este foarte puțin probabil ca o muscă să aibă o imagine completă a lumii din jurul ei. Ea nu vede nici suprafețe, nici obiecte. Datele vizuale de intrare procesate într-un anumit mod sunt transmise direct la subsistemul motor. Astfel, datele vizuale de intrare nu sunt convertite într-o imagine internă, ci într-o formă care permite muștei să răspundă în mod adecvat la mediul său. Același lucru se poate spune despre un astfel de sistem infinit mai complex ca omul.

Figura 8. Figura Dallenbach

Există multe motive pentru care oamenii de știință s-au abținut să rezolve întrebarea fundamentală atât de mult timp, așa cum o vede omul. S-a dovedit că multe alte aspecte ale vederii trebuiau explicate mai întâi - structura complexă a retinei, viziunea în culori, contrastul, imaginile secundare și așa mai departe. Cu toate acestea, contrar așteptărilor, descoperirile din aceste domenii nu sunt în măsură să facă lumină asupra soluției principalei probleme. O problemă și mai semnificativă a fost lipsa oricărui concept sau schemă generală în care să fie enumerate toate fenomenele vizuale. Limitările relative ale domeniilor convenționale de cercetare pot fi deduse din excelentul T.N. Comsweet pe tema percepției vizuale, pe baza prelegerilor sale pentru studenții din primul și al doilea semestru. În prefață, autorul scrie: „Căutesc să descriu aspectele fundamentale care stau la baza câmpului vast pe care îl numim întâmplător percepție vizuală”. Cu toate acestea, pe măsură ce studiem conținutul acestei cărți, aceste „subiecte fundamentale” se dovedesc a fi absorbția luminii de către tijele și conurile retinei, viziunea culorilor, modalitățile prin care celulele senzoriale pot crește sau scădea limitele influenței reciproce unele asupra altora, frecvența semnalelor electrice transmise prin celulele senzoriale etc. Astăzi, cercetarea în acest domeniu urmează căi cu totul noi, rezultând o diversitate uluitoare în presa profesională. Și doar un specialist își poate forma o imagine generală a noii științe în curs de dezvoltare a Viziunii. „A existat o singură încercare de a combina mai multe idei noi și rezultatele cercetării într-un mod accesibil profanului. Și chiar și aici întrebările „Ce este Viziunea?” și „Cum vedem?” nu au devenit principalele probleme de discuție.

De la imagine la procesarea datelor

David Marr de la Laboratorul de Inteligență Artificială de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts a fost primul care a încercat să abordeze subiectul dintr-un unghi complet diferit în cartea sa „Vision” (Viziune), publicată după moartea sa. În ea, el a căutat să ia în considerare problema principală și să sugereze posibile modalități de a o rezolva. Rezultatele lui Marr, desigur, nu sunt definitive și sunt deschise cercetărilor din diferite direcții până în prezent, dar, cu toate acestea, principalul avantaj al cărții sale este logicitatea și consistența concluziilor. În orice caz, abordarea lui Marr oferă un cadru foarte util pe care să construim studii despre obiecte imposibile și figuri duale. În paginile următoare vom încerca să urmăm șirul de gândire al lui Marr.

Marr a descris deficiențele teoriei tradiționale a percepției vizuale astfel:

„A încerca să înțelegem percepția vizuală studiind doar neuronii este ca și cum ai încerca să înțelegi zborul unei păsări studiindu-i doar penele. Este pur și simplu imposibil. Pentru a înțelege zborul unei păsări, trebuie să înțelegem aerodinamica și abia atunci structura penelor și diferitele forme de aripi ale păsărilor vor avea vreo semnificație pentru noi.” întrebare - Cum obține fiecare dintre noi aceleași rezultate atunci când percepem în viața de zi cu zi în condiții în continuă schimbare? Aceasta este o întrebare foarte importantă, care arată că Gibson a considerat corect problema percepției vizuale ca recuperarea, din informațiile primite de la senzori, a proprietăților „corecte” ale obiectelor din lumea exterioară.” Și astfel am ajuns în domeniul prelucrării informației.

Nu ar trebui să existe nicio îndoială că Marr a vrut să ignore alte explicații pentru fenomenul vederii. Dimpotrivă, el subliniază în mod specific că viziunea nu poate fi explicată satisfăcător doar dintr-un singur punct de vedere. Trebuie găsite explicații pentru evenimentele cotidiene care să fie în concordanță cu rezultatele psihologiei experimentale și cu toate descoperirile din acest domeniu făcute de psihologi și neurologi din domeniul anatomiei sistemului nervos. În ceea ce privește procesarea informațiilor, informaticienii ar dori să știe cum poate fi programat sistemul vizual, care algoritmi sunt cei mai potriviți pentru o anumită sarcină. Pe scurt, cum poate fi programată vederea. Doar o teorie cuprinzătoare poate fi acceptată ca o explicație satisfăcătoare a procesului de a vedea.

Marr a lucrat la această problemă din 1973 până în 1980. Din păcate, nu și-a putut finaliza munca, dar a reușit să pună o bază solidă pentru cercetări ulterioare.

De la neurologie la mecanismul vizual

Convingerea că multe funcții umane sunt controlate de creier a fost împărtășită de neurologi încă de la începutul secolului al XIX-lea. Opiniile au fost diferite cu privire la întrebarea dacă anumite părți ale cortexului cerebral sunt folosite pentru a efectua operații individuale sau întregul creier este implicat în fiecare operație. Astăzi, celebrul experiment al neurologului francez Pierre Paul Broca a dus la acceptarea generală a teoriei locației specifice. Broca a tratat un pacient care nu a putut vorbi timp de 10 ani, deși corzile lui vocale erau în regulă. Când bărbatul a murit în 1861, o autopsie a arătat că partea stângă a creierului său era deformată. Broca a sugerat că vorbirea este controlată de această parte a cortexului cerebral. Teoria sa a fost confirmată de examinările ulterioare ale pacienților cu leziuni cerebrale, care au făcut posibilă în cele din urmă marcarea centrelor funcțiilor vitale ale creierului uman.

Figura 9. Răspunsul a două celule cerebrale diferite la stimuli optici din direcții diferite

Un secol mai târziu, în anii 1950, oamenii de știință D.Kh. Hubel (D.H. Hubel) și T.N. Wiesel (T.N. Wiesel) a efectuat experimente în creierul maimuțelor și pisicilor vii. În centrul vizual al cortexului cerebral, au găsit celule nervoase care sunt deosebit de sensibile la liniile orizontale, verticale și diagonale din câmpul vizual (Fig. 9). Tehnica lor sofisticată de microchirurgie a fost adoptată ulterior de alți oameni de știință.

Astfel, cortexul cerebral nu conține numai centri pentru îndeplinirea diferitelor funcții, ci în cadrul fiecărui centru, deoarece, de exemplu, în centrul vizual, celulele nervoase individuale sunt activate numai atunci când sunt recepționate semnale foarte specifice. Aceste semnale care vin din retina ochiului se corelează cu situații bine definite din lumea exterioară. Astăzi se presupune că informațiile despre diferitele forme și aranjarea spațială a obiectelor sunt conținute în memoria vizuală, iar informațiile de la celulele nervoase activate sunt comparate cu aceste informații stocate.

Această teorie a detectorilor a influențat o tendință în cercetarea percepției vizuale la mijlocul anilor 1960. Oamenii de știință asociați cu „inteligența artificială” au urmat aceeași cale. Simularea pe computer a procesului vederii umane, numită și „viziunea mașină”, a fost considerată drept unul dintre obiectivele cel mai ușor de atins în aceste studii. Dar lucrurile au ieșit puțin diferit. Curând a devenit clar că era practic imposibil să scrieți programe care să poată recunoaște schimbările în intensitatea luminii, umbrele, textura suprafeței și colecțiile aleatorii de obiecte complexe în modele semnificative. Mai mult, o astfel de recunoaștere a modelului a necesitat cantități nelimitate de memorie, deoarece imaginile unui număr nenumărat de obiecte trebuie să fie stocate în memorie într-un număr nenumărat de variații ale locației și situațiilor de iluminare.

Orice progrese suplimentare în domeniul recunoașterii modelelor în lumea reală nu au fost posibile. Este îndoielnic că un computer va putea vreodată să simuleze creierul uman. În comparație cu creierul uman, unde fiecare celulă nervoasă are de ordinul a 10.000 de conexiuni cu alte celule nervoase, un raport de echivalent computer 1:1 nu este suficient!

Figura 10. Indiciul figurii Dellenbach

Prelegere de Elizabeth Warrington

În 1973, Marr a participat la o prelegere susținută de neurologul britanic Elizabeth Warrington. Ea a observat că un număr mare de pacienți cu leziuni parietale în partea dreaptă a creierului, pe care i-a examinat, puteau recunoaște și descrie perfect multe obiecte, cu condiția ca aceste obiecte să fie observate de ei în forma lor obișnuită. De exemplu, astfel de pacienți au identificat cu ușurință o găleată când sunt privite din lateral, dar nu au fost capabili să recunoască aceeași găleată când sunt privite de sus. De fapt, chiar și atunci când li s-a spus că se uită la găleată de sus, au refuzat categoric să creadă! Și mai surprinzător a fost comportamentul pacienților cu leziuni ale părții stângi a creierului. Astfel de pacienți sunt de obicei incapabili să vorbească și, prin urmare, nu pot numi verbal obiectul pe care îl privesc sau să-i descrie scopul. Totuși, ele pot arăta că percep corect geometria unui obiect indiferent de unghiul de vizualizare. Acest lucru l-a determinat pe Marr să scrie următoarele: „Prelegerea lui Warrington m-a condus la următoarele concluzii. În primul rând, ideea formei unui obiect este stocată în altă parte a creierului, motiv pentru care ideile despre forma unui obiect și scopul său diferă atât de mult. În al doilea rând, viziunea în sine poate oferi o descriere internă a formei obiectului observat, chiar dacă acest obiect nu este, în mod normal, viziunea umană, a subliniat că Elizabeth este cel mai esențial. și poziția relativă a obiectelor”. Dacă acest lucru este adevărat, atunci oamenii de știință care lucrează în domeniul percepției vizuale și al inteligenței artificiale (inclusiv cei care lucrează în domeniul viziunii mecanice) vor trebui să schimbe teoria detectorilor din experimentele lui Hubel pentru un set complet nou de tactici.

Teoria modulelor

Figura 11. Stereograme cu puncte aleatoare Bela Jules, pătrat plutitor

Al doilea punct de plecare în cercetarea lui Marr (după munca lui Warrington) este presupunerea că sistemul nostru vizual are o structură modulară. În termeni informatici, programul nostru principal „Vision” acoperă o gamă largă de subrutine, fiecare dintre acestea fiind complet independentă de celelalte și poate funcționa independent de alte subrutine. Un prim exemplu de astfel de subrutină (sau modul) este viziunea stereoscopică, care percepe profunzimea ca urmare a procesării imaginilor de la ambii ochi, care sunt imagini ușor diferite unul de celălalt. Odinioară, pentru a vedea în trei dimensiuni, recunoaștem mai întâi întreaga imagine, apoi decidem ce obiecte sunt mai aproape și care sunt mai departe. În 1960, Bela Julesz, care a primit premiul Heineken în 1985, a reușit să demonstreze că percepția spațială a doi ochi apare doar prin compararea micilor diferențe între două imagini luate de la retinele ambilor ochi. Astfel, se poate simți adâncimea chiar și acolo unde nu există obiecte și nu ar trebui să fie niciun obiect. Pentru experimentele sale, Jules a creat stereograme care constau din puncte plasate aleatoriu (vezi Fig. 11). Imaginea văzută de ochiul drept este identică cu imaginea văzută de ochiul stâng în toată zona centrală, cu excepția pătratei, care este decupată și mutată ușor pe o margine și din nou aliniată cu fundalul. Golul alb rămas a fost apoi umplut cu puncte aleatorii. Când cele două imagini (în care niciun obiect nu este recunoscut) sunt vizualizate printr-un stereoscop, pătratul care a fost decupat anterior va părea că plutește deasupra fundalului. Astfel de stereograme conțin date spațiale care sunt procesate automat de sistemul nostru vizual. Astfel, stereoscopia este un modul autonom al sistemului vizual. Teoria modulelor s-a dovedit a fi destul de eficientă.

De la imaginea retiniană 2D la modelul 3D

Figura 12. În timpul procesului vizual, imaginea din retină (stânga) este convertită într-o schiță primară în care schimbările de intensitate devin evidente (dreapta)

Viziunea este un proces în mai multe etape care transformă reprezentările bidimensionale ale lumii exterioare (imagini retiniene) în informații utile pentru observator. Începe cu o imagine retiniană bidimensională care, deși ignoră pentru moment vederea culorilor, păstrează doar nivelurile de intensitate a luminii. În prima etapă, cu un singur modul, aceste niveluri de intensitate sunt convertite în modificări de intensitate sau, cu alte cuvinte, în contururi care prezintă modificări bruște ale intensității luminii. Marr a stabilit exact ce algoritm este implicat în acest caz (descris matematic și, de altfel, foarte complex) și modul în care percepția și celulele noastre nervoase execută acest algoritm. Rezultatul primului pas denumit Marr „schița primară”, care oferă un rezumat al modificărilor intensității luminii, relațiile și distribuția acestora în câmpul vizual (Fig. 12). Acesta este un pas important, deoarece în lumea pe care o vedem, schimbarea intensității este adesea asociată cu contururile naturale ale obiectelor. Al doilea pas ne duce la ceea ce Marr a numit „schița dimensională 2,5”. O schiță cu 2,5 dimensiuni reflectă orientarea și adâncimea suprafețelor vizibile în fața observatorului. Această imagine este construită pe baza datelor nu de la unul, ci mai multe module. Marr a inventat conceptul foarte larg de „2,5-dimensionalitate” pentru a sublinia faptul că lucrăm cu informații spațiale care sunt vizibile din punctul de vedere al observatorului. Pentru o schiță de 2,5 dimensiuni, distorsiunile de perspectivă sunt caracteristice, iar în această etapă aranjarea spațială reală a obiectelor nu poate fi încă determinată fără ambiguitate. Imaginea schiță 2.5D prezentată aici (Figura 13) ilustrează mai multe zone informaționale în procesarea unei astfel de schițe. Cu toate acestea, imagini de acest fel nu se formează în creierul nostru.

Figura 13. Desen schiță 2.5D - „Reprezentarea centrată a adâncimii și orientării suprafețelor vizibile”

Până acum, sistemul vizual a funcționat autonom, automat și independent de datele despre lumea exterioară stocate în creier, folosind mai multe module. Cu toate acestea, în etapa finală a procesului, este posibil să se facă referire la informațiile deja disponibile. Această ultimă etapă de procesare oferă un model tridimensional - o descriere clară independentă de unghiul de vedere al observatorului și potrivită pentru compararea directă cu informațiile vizuale stocate în creier.

Potrivit lui Marr, rolul principal în construcția unui model tridimensional îl joacă componentele axelor de direcție ale formelor obiectelor. Cei care nu sunt familiarizați cu această idee ar putea să o considere neplauzibilă, dar de fapt există dovezi care susțin această ipoteză. În primul rând, multe obiecte din lumea înconjurătoare (în special, animale și plante) pot fi descrise destul de clar sub formă de modele de tuburi (sau sârmă). Într-adevăr, putem recunoaște cu ușurință ceea ce se arată în reproducere sub formă de componente ale axelor de ghidare (Fig. 14).

Figura 14. Modelele animale simple pot fi identificate după componentele axei de direcție

În al doilea rând, această teorie oferă o explicație plauzibilă pentru faptul că suntem capabili să dezasamblam vizual un obiect în părțile sale componente. Acest lucru se reflectă în limba noastră, care dă nume diferite fiecărei părți a unui obiect. Astfel, atunci când descriem corpul uman, denumiri precum „corp”, „mână” și „deget” indică diferite părți ale corpului în funcție de componentele lor ale axelor (Fig. 15).

Figura 16. Modelul cu o singură axă (stânga) defalcat în componente individuale ale axei (dreapta)

În al treilea rând, această teorie este în concordanță cu capacitatea noastră de a generaliza și în același timp de a diferenția forme. Generalizăm prin gruparea obiectelor cu aceleași axe principale și diferențiem prin analizarea axelor copil ca ramurile unui copac. Marr a propus algoritmi prin care un model 2,5-dimensional este convertit într-unul tridimensional. Acest proces este, de asemenea, în mare parte autonom. Marr a remarcat că algoritmii pe care i-a dezvoltat funcționează numai atunci când sunt folosite axe pure. De exemplu, dacă se aplică pe o bucată de hârtie mototolită, posibilele axe ar fi foarte greu de identificat, iar algoritmul ar fi inaplicabil.

Legătura dintre modelul 3D și imaginile vizuale stocate în creier este activată în procesul de recunoaștere a obiectelor.

Există un mare decalaj în cunoștințele noastre aici. Cum sunt stocate aceste imagini vizuale în creier? Cum decurge procesul de recunoaștere? Cum se face o comparație între imaginile cunoscute și o imagine 3D nou compusă? Acesta este ultimul punct pe care Marr a reușit să-l atingă (Fig. 16), dar este nevoie de o cantitate imensă de date științifice pentru a aduce certitudine în această problemă.

Figura 16. Noile descrieri de formulare sunt legate de formularele salvate printr-o comparație care trece de la forma generalizată (sus) la forma specifică (jos)

Deși noi înșine nu suntem conștienți de diferitele faze ale procesării informațiilor vizuale, există multe paralele clare între faze și diferitele moduri în care am transmis o impresie de spațiu pe o suprafață bidimensională de-a lungul timpului.

Deci, puntilistii subliniază imaginea fără contur a retinei, în timp ce imaginile în linie corespund stadiului schiței inițiale. Picturile cubiste pot fi comparate cu prelucrarea datelor vizuale în pregătirea construcției modelului tridimensional final, deși aceasta nu a fost cu siguranță intenția artistului.

Omul și computerul

În abordarea sa complexă a subiectului, Marr a căutat să arate că putem înțelege procesul de a vedea fără a fi nevoie să ne bazăm pe cunoștințele care sunt deja disponibile pentru creier.

Astfel, a deschis un nou drum pentru cercetătorii din domeniul percepției vizuale. Ideile sale pot fi folosite pentru a deschide calea către o modalitate mai eficientă de implementare a motorului vizual. Când Marr și-a scris cartea, trebuie să fi fost conștient de efortul pe care cititorii săi ar trebui să-l facă pentru a-i urma ideile și concluziile. Acest lucru poate fi urmărit de-a lungul lucrării sale și se vede cel mai clar în capitolul final, „În apărarea abordării”. Aceasta este o „justificare” polemică de 25 de pagini tipărite, în care folosește un moment de bun augur pentru a-și justifica scopurile. În acest capitol, el vorbește cu un adversar imaginar care îl atacă pe Marr cu argumente precum următoarele:

"Sunt încă nemulțumit de descrierea acestui proces interconectat și de ideea că toată bogăția de detalii rămasă este doar o descriere. Sună puțin prea primitiv... Pe măsură ce ne apropiem din ce în ce mai mult de a spune că creierul este un computer, trebuie să spun că îmi este din ce în ce mai frică pentru păstrarea sensului valorilor umane."

Marr oferă un răspuns intrigant: „Afirmația potrivit căreia creierul este un computer este corectă, dar înșelătoare. Creierul este într-adevăr un dispozitiv de procesare a informațiilor foarte specializat, sau mai degrabă cel mai mare dintre ele. Considerând creierul nostru ca un dispozitiv de procesare a datelor nu diminuează sau neagă valorile umane. În orice caz, le sprijină doar și, în cele din urmă, ne poate ajuta să înțelegem din ce punct de vedere, valoarea umană și modul în care sunt raportate ele valorile umane, de ce informațiile și modul în care sunt raportate. normele sociale și sociale pe care genele noastre ni le-au furnizat.”

Ochiul este alcătuit din globul ocular cu un diametru de 22-24 mm, acoperit cu o teaca opaca, sclera, iar fata este transparenta cornee(sau cornee). Sclera și corneea protejează ochiul și servesc la susținerea mușchilor oculomotori.

Iris- o placă vasculară subțire care limitează fasciculul trecător de raze. Lumina intră în ochi prin elev.În funcție de iluminare, diametrul pupilei poate varia de la 1 la 8 mm.

obiectiv este o lentilă elastică care este atașată de mușchi corp ciliar. Corpul ciliar asigură o modificare a formei cristalinului. Lentila împarte suprafața interioară a ochiului într-o cameră anterioară umplută cu umoare apoasă și o cameră posterioară umplută cu corpul vitros.

Suprafața interioară a camerei din spate este acoperită cu un strat fotosensibil - retină. Semnalele luminoase sunt transmise de la retină la creier nervul optic.Între retină și sclera se află coroidă, constând dintr-o reţea de vase de sânge care hrănesc ochiul.

Retina are pată galbenă- zona celei mai clare vederi. Linia care trece prin centrul maculei și centrul cristalinului se numește axa vizuală. Este deviat de la axa optică a ochiului în sus cu un unghi de aproximativ 5 grade. Diametrul maculei este de aproximativ 1 mm, iar câmpul vizual corespunzător al ochiului este de 6-8 grade.

Retina este acoperită cu elemente fotosensibile: betisoareleȘi conuri. Tijele sunt mai sensibile la lumină, dar nu disting culorile și servesc pentru vederea crepusculară. Conurile sunt sensibile la culori, dar mai puțin sensibile la lumină și, prin urmare, servesc pentru vederea în timpul zilei. În zona maculei predomină conurile și există puține tije; la periferia retinei, dimpotriva, numarul de conuri scade rapid si raman doar tije.

În mijlocul maculei se află fosa centrală. Fundul fosei este căptușit numai cu conuri. Diametrul foveei este de 0,4 mm, câmpul vizual este de 1 grad.

În macula, majoritatea conurilor sunt abordate de fibre individuale ale nervului optic. În afara maculei, o fibră a nervului optic servește un grup de conuri sau tije. Prin urmare, în regiunea foveei și a maculei, ochiul poate distinge detalii fine, iar imaginea care cade pe restul retinei devine mai puțin clară. Partea periferică a retinei servește în principal pentru orientarea în spațiu.

Bețișoarele conțin pigment rodopsina, adunându-se în ele în întuneric și stingându-se în lumină. Percepția luminii de către tije se datorează reacțiilor chimice sub acțiunea luminii asupra rodopsinei. Conurile reacţionează la lumină prin reacţie iodopsină.

Pe lângă rodopsina și iodopsină, pe suprafața posterioară a retinei există un pigment negru. În lumină, acest pigment pătrunde în straturile retinei și, absorbind o parte semnificativă a energiei luminoase, protejează tijele și conurile de expunerea puternică la lumină.

În locul nervului optic se află trunchiul punct orb. Această zonă a retinei nu este sensibilă la lumină. Diametrul punctului mort este de 1,88 mm, ceea ce corespunde unui câmp vizual de 6 grade. Aceasta înseamnă că o persoană de la o distanță de 1 m poate să nu vadă un obiect cu un diametru de 10 cm dacă imaginea sa este proiectată pe un punct orb.

Sistemul optic al ochiului este format din cornee, umoare apoasă, cristalin și corpul vitros. Refracția luminii în ochi are loc în principal la nivelul corneei și al cristalinului.

Lumina de la obiectul observat trece prin sistemul optic al ochiului și este focalizată pe retină, formând pe ea o imagine inversă și redusă (creierul „întoarce” imaginea inversă și este percepută ca fiind directă).

Indicele de refracție al corpului vitros este mai mare decât unu, astfel încât distanța focală a ochiului în spațiul exterior (distanța focală frontală) și în interiorul ochiului (distanța focală spate) nu sunt aceleași.

Puterea optică a ochiului (în dioptrii) este calculată ca reciproca distanței focale din spate a ochiului, exprimată în metri. Puterea optică a ochiului depinde dacă se află în stare de repaus (58 dioptrii pentru un ochi normal) sau în stare de acomodare maximă (70 dioptrii).

Cazare Capacitatea ochiului de a distinge clar obiectele aflate la diferite distanțe. Acomodarea apare din cauza unei modificări a curburii cristalinului în timpul tensiunii sau relaxării mușchilor corpului ciliar. Când corpul ciliar este întins, cristalinul este întins și razele sale de curbură cresc. Odată cu scăderea tensiunii musculare, curbura lentilei crește sub acțiunea forțelor elastice.

Într-o stare liberă, nestresată a unui ochi normal, pe retină se obțin imagini clare ale obiectelor la infinit depărtate și, cu cea mai mare acomodare, sunt vizibile obiectele cele mai apropiate.

Poziția unui obiect care creează o imagine clară pe retină pentru un ochi relaxat se numește punctul îndepărtat al ochiului.

Poziția unui obiect la care este creată o imagine clară pe retină cu cea mai mare efort oculare posibilă se numește cel mai apropiat punct al ochiului.

Când ochiul este acomodat la infinit, focalizarea din spate coincide cu retina. La cea mai mare tensiune pe retină se obține o imagine a unui obiect situat la o distanță de aproximativ 9 cm.

Se numește diferența dintre reciprocele distanțelor dintre punctul cel mai apropiat și cel mai îndepărtat raza de acomodare a ochiului(măsurată în dioptrii).

Odată cu vârsta, capacitatea de acomodare a ochiului scade. La vârsta de 20 de ani pentru ochiul mediu, punctul apropiat este la o distanță de aproximativ 10 cm (interval de acomodare 10 dioptrii), la 50 de ani punctul apropiat este deja la o distanță de aproximativ 40 cm (interval de acomodare 2,5 dioptrii), iar la vârsta de 60 de ani merge la infinit, adică se oprește de cazare. Acest fenomen se numește hipermetropie legat de vârstă sau prezbiopie.

Cea mai bună distanță de vedere- Aceasta este distanța la care ochiul normal experimentează cel mai puțin stres atunci când privește detaliile obiectului. Cu vedere normală, are o medie de 25-30 cm.

Se numește adaptarea ochiului la condițiile de lumină în schimbare adaptare. Adaptarea are loc datorită modificării diametrului deschiderii pupilei, mișcării pigmentului negru în straturile retinei și reacției diferite a tijelor și conurilor la lumină. Contracția pupilei are loc în 5 secunde, iar extinderea sa completă durează 5 minute.

Adaptare întunecată apare în timpul trecerii de la luminozitate ridicată la luminozitate scăzută. În lumină puternică, conurile funcționează, dar tijele sunt „orbite”, rodopsina s-a estompat, pigmentul negru a pătruns în retină, blocând conurile de lumină. Cu o scădere bruscă a luminozității, deschiderea pupilei se deschide, trecând un flux de lumină mai mare. Apoi pigmentul negru părăsește retina, rodopsina este restabilită, iar când este suficient, tijele încep să funcționeze. Deoarece conurile nu sunt sensibile la luminozitatea scăzută, la început ochiul nu distinge nimic. Sensibilitatea ochiului atinge valoarea maximă după 50-60 de minute de stat în întuneric.

Adaptare la lumină- acesta este procesul de adaptare a ochiului în timpul trecerii de la luminozitate scăzută la luminozitate ridicată. La început, tijele sunt puternic iritate, „orbite” din cauza descompunerii rapide a rodopsinei. Conurile care nu sunt încă protejate de boabele de pigment negru sunt de asemenea prea iritate. După 8-10 minute, senzația de orbire încetează și ochiul vede din nou.

linia de vedere ochiul este destul de larg (125 de grade pe verticală și 150 de grade pe orizontală), dar doar o mică parte din el este folosită pentru o distincție clară. Câmpul celei mai perfecte vederi (corespunzător foveei centrale) este de aproximativ 1-1,5 °, satisfăcător (în zona întregii macule) - aproximativ 8 ° pe orizontală și 6 ° pe verticală. Restul câmpului vizual servește pentru o orientare brută în spațiu. Pentru a vedea spațiul înconjurător, ochiul trebuie să facă o mișcare de rotație continuă pe orbita sa în intervalul de 45-50 °. Această rotație aduce imagini ale diferitelor obiecte în fovee și face posibilă examinarea lor în detaliu. Mișcările oculare sunt efectuate fără participarea conștiinței și, de regulă, nu sunt observate de o persoană.

Limita unghiulară a rezoluției ochiului- acesta este unghiul minim la care ochiul observă separat două puncte luminoase. Limita unghiulară a rezoluției ochiului este de aproximativ 1 minut și depinde de contrastul obiectelor, iluminare, diametrul pupilei și lungimea de undă a luminii. În plus, limita de rezoluție crește pe măsură ce imaginea se îndepărtează de fovee și în prezența defectelor vizuale.

Defecte vizuale și corectarea acestora

În vederea normală, punctul îndepărtat al ochiului este infinit de îndepărtat. Aceasta înseamnă că distanța focală a ochiului relaxat este egală cu lungimea axei ochiului, iar imaginea cade exact pe retină în regiunea foveei.

Un astfel de ochi distinge bine obiectele de la distanță și cu o acomodare suficientă - tot în apropiere.

Miopie

În miopie, razele de la un obiect infinit îndepărtat sunt focalizate în fața retinei, astfel încât pe retină se formează o imagine neclară.

Cel mai adesea acest lucru se datorează alungirii (deformarii) globului ocular. Mai rar, miopia apare cu o lungime normală a ochiului (aproximativ 24 mm) din cauza puterii optice prea mari a sistemului optic al ochiului (mai mult de 60 de dioptrii).

În ambele cazuri, imaginea de la obiecte îndepărtate este în interiorul ochiului și nu pe retină. Doar focalizarea obiectelor apropiate de ochi cade pe retină, adică punctul îndepărtat al ochiului se află la o distanță finită în fața acestuia.

punctul îndepărtat al ochiului

Miopia este corectată cu lentile negative, care construiesc o imagine a unui punct infinit îndepărtat în punctul îndepărtat al ochiului.

punctul îndepărtat al ochiului

Miopia apare cel mai adesea în copilărie și adolescență, iar pe măsură ce globul ocular crește în lungime, miopia crește. Miopia adevărată, de regulă, este precedată de așa-numita miopie falsă - o consecință a spasmului de acomodare. În acest caz, este posibilă restabilirea vederii normale cu ajutorul unor mijloace care dilată pupila și ameliorează tensiunea mușchiului ciliar.

clarviziune

Cu hipermetropie, razele de la un obiect infinit de îndepărtat sunt focalizate în spatele retinei.

Hipermetropia este cauzată de o putere optică slabă a ochiului pentru o anumită lungime a globului ocular: fie un ochi scurt la putere optică normală, fie o putere optică scăzută a ochiului la lungime normală.

Pentru a focaliza imaginea pe retină, trebuie să încordați tot timpul mușchii corpului ciliar. Cu cât obiectele sunt mai aproape de ochi, cu atât imaginea lor merge mai departe în spatele retinei și cu atât este nevoie de mai mult efort din partea mușchilor ochiului.

Punctul îndepărtat al ochiului de lungă vedere se află în spatele retinei, adică într-o stare relaxată, el poate vedea clar doar un obiect care se află în spatele lui.

punctul îndepărtat al ochiului

Desigur, nu poți plasa un obiect în spatele ochiului, dar îi poți proiecta imaginea acolo cu ajutorul lentilelor pozitive.

punctul îndepărtat al ochiului

Cu o ușoară hipermetropie, vederea de departe și de aproape este bună, dar pot apărea plângeri de oboseală și dureri de cap în timpul muncii. Cu un grad mediu de hipermetropie, vederea la distanță rămâne bună, dar vederea de aproape este dificilă. Cu hipermetropie mare, vederea devine slabă atât de departe, cât și de aproape, deoarece toate posibilitățile ochiului de a se concentra asupra retinei și a imaginii chiar și a obiectelor îndepărtate au fost epuizate.

La un nou-născut, ochiul este ușor comprimat în direcția orizontală, astfel încât ochiul are o ușoară hipermetropie, care dispare pe măsură ce globul ocular crește.

Ametropia

Ametropia (miopie sau hipermetropie) a ochiului este exprimată în dioptrii ca reciproca distanței de la suprafața ochiului la punctul îndepărtat, exprimată în metri.

Puterea optică a lentilei necesară pentru a corecta miopie sau hipermetropie depinde de distanța de la ochelari la ochi. Lentilele de contact sunt situate aproape de ochi, astfel încât puterea lor optică este egală cu ametropie.

De exemplu, dacă cu miopie punctul îndepărtat se află în fața ochiului la o distanță de 50 cm, atunci sunt necesare lentile de contact cu o putere optică de -2 dioptrii pentru a-l corecta.

Gradul slab de ametropie este considerat până la 3 dioptrii, mediu - de la 3 la 6 dioptrii și gradul ridicat - peste 6 dioptrii.

Astigmatism

În cazul astigmatismului, distanțele focale ale ochiului sunt diferite în diferite secțiuni care trec prin axa sa optică. Astigmatismul la un ochi combină efectele miopiei, hipermetropiei și vederii normale. De exemplu, un ochi poate fi miop într-o secțiune orizontală și hipermetrope într-o secțiune verticală. Apoi, la infinit, el nu va putea vedea clar liniile orizontale și le va distinge clar pe cele verticale. La distanță apropiată, dimpotrivă, un astfel de ochi vede bine liniile verticale, iar liniile orizontale vor fi neclare.

Cauza astigmatismului este fie o formă neregulată a corneei, fie o abatere a cristalinului de la axa optică a ochiului. Astigmatismul este cel mai adesea congenital, dar poate rezulta dintr-o intervenție chirurgicală sau o leziune oculară. Pe lângă defectele percepției vizuale, astigmatismul este de obicei însoțit de oboseală oculară și dureri de cap. Astigmatismul se corectează cu lentile cilindrice (colective sau divergente) în combinație cu lentile sferice.

Receptor

cale aferentă

3) zone corticale unde este proiectat acest tip de sensibilitate-

I. Pavlov numit analizor.

În literatura științifică modernă, analizorul este adesea menționat ca sistemul senzorial. La capatul cortical al analizorului are loc analiza si sinteza informatiilor primite.

sistemul senzorial vizual

Organul vederii - ochiul - este format din globul ocular și un aparat auxiliar. Nervul optic iese din globul ocular, conectându-l la creier.

Globul ocular are forma unei mingi, mai convex in fata. Se află în cavitatea orbitei și constă din miezul interior și trei învelișuri care îl înconjoară: exterior, mijloc și interior (Fig. 1).

Orez. 1. Secțiune orizontală a globului ocular și mecanism de acomodare (schemă) [Kositsky G. I., 1985]. În jumătatea stângă, lentila (7) este turtită la vizualizarea unui obiect îndepărtat, iar în dreapta devine mai convexă datorită efortului acomodativ la vizualizarea unui obiect apropiat 1 - sclera; 2 - coroidă; 3 - retina; 4 - cornee; 5 - camera anterioară; 6 - iris; 7 - lentila; 8 - corp vitros; 9 - mușchiul ciliar, procesele ciliare și ligamentul ciliar (zinnova); 10 - fosa centrală; 11 - nervul optic

GLOBUL OCULAR

înveliș exterior numit fibros sau fibros. Partea posterioară a acesteia este o membrană proteică sau sclera, care protejează miezul interior al ochiului și ajută la menținerea formei acestuia. Secțiunea anterioară este reprezentată de un transparent mai convex cornee prin care lumina pătrunde în ochi.

Cochilie din mijloc bogat în vase de sânge și de aceea numit vascular. Are trei părți:

anterior - iris

mijloc - corp ciliar

înapoi - coroida propriu-zisă.

Irisul are forma unui inel plat, culoarea acestuia poate fi albastru, gri verzui sau maro, in functie de cantitatea si natura pigmentului. Orificiul din centrul irisului este pupila- capabil să se contracte și să se extindă. Mărimea pupilei este reglată de mușchii oculari speciali localizați în grosimea irisului: sfincterul (constrictorul) pupilei și dilatatorul pupilei, care dilată pupila. În spatele irisului se află corp ciliar - o rolă circulară, a cărei margine interioară are procese ciliare. Conține mușchiul ciliar, a cărui contracție se transmite printr-un ligament special cristalinului și își modifică curbura. Coroida în sine- partea mare posterioară a învelișului mijlociu al globului ocular conține un strat de pigment negru care absoarbe lumina.

Înveliș interior Globul ocular se numește retină sau retină. Aceasta este partea sensibilă la lumină a ochiului care acoperă coroida din interior. Are o structură complexă. Retina conține receptori sensibili la lumină - baghete și conuri.

Nucleul interior al globului ocular constitui cristalin, corpul vitros și umoarea apoasă a camerelor anterioare și posterioare ale ochiului.

obiectiv are forma unui cristalin biconvex, este transparent si elastic, situat in spatele pupilei. Lentila refractă razele de lumină care intră în ochi și le concentrează pe retină. Corneea și fluidele intraoculare îl ajută în acest sens. Cu ajutorul mușchiului ciliar, cristalinul își schimbă curbura, luând forma necesară fie pentru vederea „de departe”, fie pentru „aproape”.

În spatele lentilei se află corpul vitros- masa transparenta ca gelatina.

Cavitatea dintre cornee și iris este camera anterioară a ochiului, iar între iris și cristalin se află camera posterioară. Ele sunt umplute cu un lichid transparent - umoare apoasă și comunică între ele prin pupilă. Fluidele interne ale ochiului sunt sub presiune, care este definită ca presiune intraoculară. Odată cu creșterea acesteia, poate apărea deficiență de vedere. O creștere a presiunii intraoculare este un semn al unei boli grave de ochi - glaucom.

Aparatul auxiliar al ochiului constă din dispozitive de protecție, aparat lacrimal și motor.

La formațiunile protectoare raporta sprancene, gene si pleoape. Sprancenele protejeaza ochiul de transpiratia care picura de pe frunte. Genele situate pe marginile libere ale pleoapelor superioare și inferioare protejează ochii de praf, zăpadă și ploaie. Baza pleoapei este o placă de țesut conjunctiv care seamănă cu cartilajul, este acoperită cu piele pe exterior și pe interior cu o teacă conjunctivă - conjunctivă. De la pleoape, conjunctiva trece pe suprafața anterioară a globului ocular, cu excepția corneei. Cu pleoapele închise, se formează un spațiu îngust între conjunctiva pleoapelor și conjunctiva globului ocular - sacul conjunctival.

Aparatul lacrimal este reprezentat de glanda lacrimală și canalele lacrimale.. Glanda lacrimală ocupă o fosă în colțul superior al peretelui lateral al orbitei. Câteva dintre conductele sale se deschid în fornixul superior al sacului conjunctival. O lacrimă spală globul ocular și hidratează constant corneea. Mișcarea lichidului lacrimal spre unghiul medial al ochiului este facilitată de mișcările care clipesc ale pleoapelor. În colțul interior al ochiului, lacrima se acumulează sub forma unui lac lacrimal, în fundul căruia este vizibilă papila lacrimală. De aici, prin deschiderile lacrimale (găuri de pe marginile interioare ale pleoapelor superioare și inferioare), lacrima intră mai întâi în canaliculul lacrimal, iar apoi în sacul lacrimal. Acesta din urmă trece în canalul nazolacrimal, prin care lacrima intră în cavitatea nazală.

Aparatul motor al ochiului este reprezentat de șase mușchi. Mușchii provin din inelul tendonului din jurul nervului optic din partea din spate a orbitei și se atașează de globul ocular. Există patru mușchi drepti ai globului ocular (superior, inferior, lateral și medial) și doi mușchi oblici (superior și inferior). Mușchii acționează în așa fel încât ambii ochi să se miște împreună și să fie îndreptați către același punct. Din inelul tendonului începe și mușchiul care ridică pleoapa superioară. Mușchii ochiului sunt striați și se contractă în mod arbitrar.

Fiziologia vederii

Receptorii sensibili la lumină ai ochiului (fotoreceptori) - conuri și tije - sunt localizați în stratul exterior al retinei. Fotoreceptorii sunt în contact cu neuronii bipolari, iar cei, la rândul lor, cu neuronii ganglionari. Se formează un lanț de celule care, sub acțiunea luminii, generează și conduc un impuls nervos. Neuronii ganglionari formează nervul optic.

La ieșirea din ochi, nervul optic se împarte în două jumătăți. Cel interior traversează și, împreună cu jumătatea exterioară a nervului optic din partea opusă, merge spre corpul geniculat lateral, unde se află următorul neuron, care se termină pe celulele cortexului vizual din lobul occipital al emisferei. O parte din fibrele tractului optic este trimisă către celulele nucleelor ​​dealurilor superioare ale plăcii de acoperiș a mezencefalului. Acești nuclei, precum și nucleii corpurilor geniculate laterale, sunt centrii vizuali primari (reflex). Din nucleele dealurilor superioare începe calea tectospinală, datorită căreia se efectuează mișcări reflexe de orientare asociate vederii. Nucleii coliculului superior au legături și cu nucleul parasimpatic al nervului oculomotor, situat sub podeaua apeductului creierului. De la acesta încep fibrele care alcătuiesc nervul oculomotor, care inervează sfincterul pupilei, care asigură constricția pupilei în lumină puternică (reflex pupilar), și mușchiul ciliar, care găzduiește ochiul.

Un iritant adecvat pentru ochi este lumina - undele electromagnetice cu o lungime de 400 - 750 nm. Mai scurte - ultraviolete și mai lungi - razele infraroșii nu sunt percepute de ochiul uman.

Aparatul de refracție al ochiului - corneea și cristalinul - concentrează imaginea obiectelor pe retină. Un fascicul de lumină trece printr-un strat de celule ganglionare și bipolare și ajunge la conuri și tije. În fotoreceptori, se disting un segment exterior care conține un pigment vizual sensibil la lumină (rodopsină în semne de bifare și iodopsină în conuri) și un segment interior care conține mitocondrii. Segmentele exterioare sunt încorporate într-un strat de pigment negru care căptușește suprafața interioară a ochiului. Reduce reflexia luminii în interiorul ochiului și este implicată în metabolismul receptorilor.

Există aproximativ 7 milioane de conuri și aproximativ 130 de milioane de bastonașe în retină. Tijele sunt mai sensibile la lumină, se numesc aparat de vedere crepuscular. Conurile, care sunt de 500 de ori mai puțin sensibile la lumină, sunt un aparat de vedere pe zi și culori. Percepția culorilor, lumea culorilor este disponibilă peștilor, amfibienilor, reptilelor și păsărilor. Acest lucru este dovedit de capacitatea de a dezvolta reflexe condiționate în ele la diferite culori. Câinii și ungulatele nu percep culorile. Spre deosebire de noțiunea bine stabilită că taurii chiar nu le place roșul, experimentele au arătat că nu pot distinge verdele, albastrul și chiar negru de roșu. Dintre mamifere, doar maimuțele și oamenii sunt capabili să perceapă culorile.

Conurile și tijele sunt distribuite neuniform în retină. În partea de jos a ochiului, vizavi de pupilă, există un așa-numit punct, în centrul acestuia există o adâncitură - fosa centrală - locul celei mai bune vederi. Aici este focalizată imaginea atunci când vizualizați un obiect.

Fovea conține doar conuri. Spre periferia retinei, numărul de conuri scade, iar numărul de bastonașe crește. Periferia retinei conține doar bastonașe.

Nu departe de pata retiniană, mai aproape de nas, există un punct orb. Acesta este locul de ieșire al nervului optic. Nu există fotoreceptori în această zonă și nu participă la viziune.

Construirea unei imagini pe retină.

Un fascicul de lumină ajunge la retină trecând printr-o serie de suprafețe și medii de refracție: corneea, umoarea apoasă a camerei anterioare, cristalinul și corpul vitros. Razele care emană dintr-un punct din spațiul cosmic trebuie să fie focalizate într-un punct de pe retină, abia atunci este posibilă vederea clară.

Imaginea de pe retină este reală, inversată și redusă. În ciuda faptului că imaginea este cu susul în jos, percepem obiectele într-o formă directă. Acest lucru se întâmplă deoarece activitatea unor organe de simț este verificată de altele. Pentru noi, „de jos” este direcționată forța gravitației.

Orez. 2. Construcția imaginii în ochi, a, b - obiect: a", b" - imaginea sa inversată și redusă pe retină; C - punct nodal prin care trec razele fără refracție, aα - unghi de vedere

Acuitate vizuala.

Acuitatea vizuală este capacitatea ochiului de a vedea două puncte separat. Acest lucru este disponibil pentru un ochi normal dacă dimensiunea imaginii lor pe retină este de 4 microni, iar unghiul de vizualizare este de 1 minut. Cu un unghi de vedere mai mic, vederea clară nu funcționează, punctele se îmbină.

Acuitatea vizuală este determinată de tabele speciale, care arată 12 rânduri de litere. Pe partea stângă a fiecărei linii este scris de la ce distanță ar trebui să fie vizibilă pentru o persoană cu vedere normală. Subiectul este plasat la o anumită distanță de masă și se găsește o linie pe care o citește fără erori.

Acuitatea vizuală crește la lumină puternică și este foarte slabă la lumină slabă.

linia de vedere. Întregul spațiu vizibil pentru ochi atunci când privirea este nemișcată înainte se numește câmp vizual.

Distingeți între viziunea centrală (în zona petei galbene) și cea periferică. Cea mai mare acuitate vizuală în regiunea fosei centrale. Există doar conuri, diametrul lor este mic, sunt aproape unul de celălalt. Fiecare con este conectat la un neuron bipolar, care, la rândul său, este conectat la un neuron ganglionar, din care pleacă o fibră nervoasă separată, care transmite impulsuri către creier.

Vederea periferică este mai puțin acută. Acest lucru se explică prin faptul că la periferia retinei, conurile sunt înconjurate de tije și fiecare nu mai are o cale separată către creier. Un grup de conuri se termină într-o celulă bipolară și multe astfel de celule își trimit impulsurile către o celulă ganglionară. Există aproximativ 1 milion de fibre în nervul optic și aproximativ 140 de milioane de receptori în ochi.

Periferia retinei distinge slab detaliile obiectului, dar le percepe bine mișcările. Vederea periferică este de mare importanță pentru percepția lumii exterioare. Pentru șoferii diferitelor tipuri de transport, încălcarea acesteia este inacceptabilă.

Câmpul vizual este determinat cu ajutorul unui dispozitiv special - perimetrul (Fig. 133), constând dintr-un semicerc împărțit în grade și o barbie.

Orez. 3. Determinarea câmpului vizual folosind perimetrul Forstner

Subiectul, având un ochi închis, fixează cu celălalt un punct alb în centrul arcului perimetral în fața lui. Pentru a determina limitele câmpului vizual de-a lungul arcului perimetral, începând de la capătul acestuia, se avansează încet un semn alb și se determină unghiul la care este vizibil pentru ochiul fix.

Câmpul vizual este cel mai mare spre exterior, spre tâmplă - 90 °, spre nas și în sus și în jos - aproximativ 70 °. Puteți defini limitele vederii culorilor și, în același timp, vă puteți convinge de faptele uimitoare: părțile periferice ale retinei nu percep culorile; câmpurile vizuale de culoare nu se potrivesc pentru diferite culori, cea mai îngustă este verde.

Cazare. Ochiul este adesea comparat cu o cameră. Are un ecran sensibil la lumină - retina, pe care, cu ajutorul corneei și al cristalinului, se obține o imagine clară a lumii exterioare. Ochiul este capabil de vedere clară a obiectelor echidistante. Această abilitate se numește acomodare.

Puterea de refracție a corneei rămâne constantă; focalizarea fină și precisă se datorează unei modificări a curburii lentilei. Îndeplinește această funcție pasiv. Faptul este că cristalinul este situat într-o capsulă, sau pungă, care este atașată de mușchiul ciliar prin ligamentul ciliar. Când mușchiul este relaxat, ligamentul este încordat, trăgând de capsulă, care aplatizează cristalinul. Odată cu încordarea acomodarii pentru vizualizarea obiectelor apropiate, cititul, scrisul, mușchiul ciliar se contractă, ligamentul care întinde capsula se relaxează, iar cristalinul, datorită elasticității sale, devine mai rotundă, iar puterea de refracție crește.

Odată cu vârsta, elasticitatea cristalinului scade, se întărește și își pierde capacitatea de a-și schimba curbura odată cu contracția mușchiului ciliar. Acest lucru face dificil să se vadă clar la distanță apropiată. Hipermetropia senilă (presbiopia) se dezvoltă după 40 de ani. Corectează-l cu ajutorul ochelarilor - lentile biconvexe care se poartă la citit.

Anomalie de vedere. Anomalia care apare la tineri este cel mai adesea rezultatul dezvoltării necorespunzătoare a ochiului, și anume lungimea incorectă a acestuia. Când globul ocular este alungit, apare miopie (miopie), imaginea este focalizată în fața retinei. Obiectele îndepărtate nu sunt vizibile clar. Lentilele biconcave sunt folosite pentru a corecta miopia. Când globul ocular este scurtat, se observă hipermetropie (hipermetropie). Imaginea este focalizată în spatele retinei. Corectarea necesită lentile biconvexe (Fig. 134).

Orez. 4. Refracția în vederea normală (a), cu miopie (b) și hipermetropie (d). Corecția optică a miopiei (c) și hipermetropiei (e) (schema) [Kositsky G.I., 1985]

Deficiența vizuală, numită astigmatism, apare atunci când corneea sau cristalinul prezintă o curbură anormală. În acest caz, imaginea din ochi este distorsionată. Pentru corectare este nevoie de ochelari cilindrici, care nu sunt întotdeauna ușor de ridicat.

Adaptarea ochilor.

Când părăsim o cameră întunecată într-o lumină puternică, suntem inițial orbiți și putem chiar să simțim dureri în ochi. Foarte repede, aceste fenomene trec, ochii se obișnuiesc cu lumina puternică.

Reducerea sensibilității receptorilor oculari la lumină se numește adaptare. În acest caz, apare decolorarea vizuală violetă. Adaptarea la lumină se încheie în primele 4 - 6 minute.

Când treceți dintr-o cameră luminoasă într-una întunecată, are loc adaptarea la întuneric, care durează mai mult de 45 de minute. În acest caz, sensibilitatea bastoanelor crește de 200.000 - 400.000 de ori. În termeni generali, acest fenomen poate fi observat la intrarea într-o sală de cinema întunecată. Pentru a studia cursul adaptării, există dispozitive speciale - adaptoare.

Ochi- organul vederii animalelor și oamenilor. Ochiul uman este format dintr-un glob ocular conectat de nervul optic la creier și un aparat auxiliar (pleoape, organe lacrimale și mușchi care mișcă globul ocular).

Globul ocular (Fig. 94) este protejat de o membrană densă numită sclera. Partea frontală (transparentă) a sclerei 1 se numește cornee. Corneea este cea mai sensibilă parte externă a corpului uman (chiar și cea mai mică atingere a acesteia determină o închidere reflexă instantanee a pleoapelor).

În spatele corneei se află irisul 2, care la om poate avea o culoare diferită. Între cornee și iris este un lichid apos. Există o mică gaură în iris - pupila 3. Diametrul pupilei poate varia de la 2 la 8 mm, scăzând la lumină și crescând la întuneric.

În spatele pupilei se află un corp transparent care seamănă cu o lentilă biconvexă - cristalinul 4. În exterior este moale și aproape gelatinos, în interior este mai dur și mai elastic. Cristalinul este inconjurat de muschii 5, care il ataseaza de sclera.

În spatele cristalinului se află corpul vitros 6, care este o masă gelatinoasă incoloră. Spatele sclerei - fundul de ochi - este acoperit cu o retină (retină) 7. Este alcătuită din cele mai fine fibre care căptușesc fundul de ochi și reprezentând terminațiile ramificate ale nervului optic.

Cum apar și sunt percepute de ochi imaginile diferitelor obiecte?

Lumina, refractată în sistemul optic al ochiului, care este format de cornee, cristalin și corpul vitros, dă imagini reale, reduse și inverse ale obiectelor în cauză pe retină (Fig. 95). Odată ajunsă la terminațiile nervului optic care alcătuiesc retina, lumina irită aceste terminații. Acești stimuli sunt transmisi de-a lungul fibrelor nervoase către creier, iar o persoană are o senzație vizuală: vede obiecte.

Imaginea unui obiect care apare pe retină este inversată. I. Kepler a fost primul care a demonstrat acest lucru construind calea razelor în sistemul optic al ochiului. Pentru a testa această concluzie, omul de știință francez R. Descartes (1596-1650) a luat un ochi de taur și, după ce a răzuit un strat opac de pe peretele din spate, l-a așezat într-o gaură făcută într-un oblon. Și chiar acolo, pe peretele translucid al fundului de ochi, a văzut o imagine inversată a imaginii observate de la fereastră.

De ce, atunci, vedem toate obiectele așa cum sunt, adică nu cu susul în jos? Faptul este că procesul vederii este corectat continuu de creier, care primește informații nu numai prin ochi, ci și prin alte organe de simț. La un moment dat, poetul englez William Blake (1757-1827) a remarcat pe bună dreptate:

Mintea poate vedea lumea.

În 1896, psihologul american J. Stretton a pus la cale un experiment asupra sa. Și-a pus ochelari speciali, datorită cărora imaginile obiectelor din jur de pe retina ochiului nu au fost inversate, ci directe. Si ce? Lumea din mintea lui Stretton s-a întors cu susul în jos. A început să vadă totul pe dos. Din această cauză, a existat o nepotrivire în activitatea ochilor cu alte simțuri. Omul de știință a dezvoltat simptome de rău de mare. Timp de trei zile a simțit greață. Cu toate acestea, în a patra zi corpul a început să revină la normal, iar în a cincea zi Stretton a început să se simtă la fel ca înainte de experiment. Creierul omului de știință s-a obișnuit cu noile condiții de muncă și a început să vadă din nou toate obiectele drepte. Dar când și-a scos ochelarii, totul s-a întors din nou cu susul în jos. În decurs de o oră și jumătate, vederea i-a fost restabilită și a început din nou să vadă normal.

Este curios că o astfel de adaptabilitate este caracteristică doar creierului uman. Când, într-unul dintre experimente, unei maimuțe i s-au pus ochelari răsturnați, aceasta a primit o astfel de lovitură psihologică încât, după ce a făcut mai multe mișcări greșite și a căzut, a intrat într-o stare asemănătoare comei. Reflexele ei au început să se estompeze, tensiunea arterială a scăzut, iar respirația ei a devenit frecventă și superficială. Nu există așa ceva la oameni.

Cu toate acestea, creierul uman nu este întotdeauna capabil să facă față analizei imaginii obținute pe retină. În astfel de cazuri, apar iluzii vizuale - obiectul observat ni se pare că nu este așa cum este cu adevărat (Fig. 96).

Există o altă trăsătură a vederii care nu poate fi ignorată. Se știe că atunci când se modifică distanța de la lentilă la obiect, se schimbă și distanța până la imaginea acestuia. Cum, atunci, rămâne o imagine clară pe retină atunci când ne mutăm privirea de la un obiect îndepărtat la unul mai apropiat?

Se dovedește că acei mușchi care sunt atașați lentilei sunt capabili să schimbe curbura suprafețelor sale și, prin urmare, puterea optică a ochiului. Când ne uităm la obiecte îndepărtate, acești mușchi sunt într-o stare relaxată, iar curbura lentilei este relativ mică. Când se uită la obiecte din apropiere, mușchii ochiului comprimă cristalinul, iar curbura acestuia și, prin urmare, puterea optică, crește.

Se numește capacitatea ochiului de a se adapta la vederea atât la distanțe apropiate, cât și la distanțe îndepărtate cazare(din lat. accomodatio - adaptare). Datorită acomodarii, o persoană reușește să focalizeze imagini ale diferitelor obiecte la aceeași distanță de lentilă - pe retină.

Cu toate acestea, cu o locație foarte apropiată a obiectului luat în considerare, tensiunea mușchilor care deformează cristalinul crește, iar munca ochiului devine obositoare. Distanța optimă pentru citire și scriere pentru un ochi normal este de aproximativ 25 cm. Această distanță se numește distanța vederii clare (sau cea mai bună).

Care sunt avantajele de a vedea cu doi ochi?

În primul rând, datorită prezenței a doi ochi putem distinge care dintre obiecte este mai aproape, care este mai departe de noi. Faptul este că pe retinele ochilor drept și stâng, imaginile diferă unele de altele (corespunzând privirii obiectului, așa cum ar fi, din dreapta și din stânga). Cu cât obiectul este mai aproape, cu atât această diferență este mai vizibilă. Se creează impresia unei diferențe de distanțe. Aceeași capacitate de vedere vă permite să vedeți obiectul în volum, și nu plat.

În al doilea rând, datorită prezenței a doi ochi, câmpul vizual crește. Câmpul vizual al unei persoane este prezentat în Figura 97, a. Pentru comparație, lângă el sunt prezentate câmpurile vizuale ale unui cal (Fig. 97, c) și ale unui iepure de câmp (Fig. 97, b). Privind aceste desene, este ușor de înțeles de ce este atât de dificil pentru prădători să se strecoare asupra acestor animale fără să se dea.

Viziunea permite oamenilor să se vadă. Este posibil să te vezi pe tine însuți, dar să fii invizibil pentru ceilalți? Pentru prima dată, scriitorul englez Herbert Wells (1866-1946) a încercat să răspundă la această întrebare în romanul său Omul invizibil. O persoană va deveni invizibilă după ce substanța sa devine transparentă și are aceeași densitate optică ca și aerul din jur. Atunci nu va exista reflexie și refracție a luminii la granița corpului uman cu aerul și se va transforma în invizibilitate. Așadar, de exemplu, sticla zdrobită, care are aspectul unei pulberi albe în aer, dispare imediat din vedere când este pusă în apă - un mediu care are aproximativ aceeași densitate optică ca și sticla.

În 1911, omul de știință german Shpaltegolts a impregnat un preparat din țesutul mort al unui animal cu un lichid special preparat, după care l-a așezat într-un vas cu același lichid.Preparatul a devenit invizibil.

Totuși, omul invizibil trebuie să fie invizibil în aer, și nu într-o soluție special pregătită. Și acest lucru nu poate fi realizat.

Dar să presupunem că o persoană reușește totuși să devină transparentă. Oamenii nu vor mai vedea. Îi poate vedea el însuși? Nu, deoarece toate părțile sale, inclusiv ochii, vor înceta să refracte razele de lumină și, în consecință, nicio imagine nu va apărea pe retina ochiului. În plus, pentru a forma o imagine vizibilă în mintea umană, razele de lumină trebuie să fie absorbite de retină, transferându-și energia acesteia. Această energie este necesară pentru apariția semnalelor care vin prin nervul optic către creierul uman. Dacă ochii persoanei invizibile devin complet transparenți, atunci acest lucru nu se va întâmpla. Și dacă da, atunci va înceta deloc să vadă. Omul invizibil va fi orb.

Herbert Wells nu a ținut cont de această împrejurare și, prin urmare, și-a înzestrat eroul cu viziune normală, permițându-i să terorizeze întreg orașul fără a fi observat.

1. Cum este aranjat ochiul uman? Ce părți alcătuiesc sistemul optic? 2. Descrie imaginea care apare pe retină. 3. Cum se transmite imaginea unui obiect către creier? De ce vedem lucrurile drept și nu pe dos? 4. De ce, când privim un obiect apropiat de unul îndepărtat, continuăm să-i vedem imaginea clară? 5. Care este cea mai bună distanță de vedere? 6. Care este avantajul de a vedea cu doi ochi? 7. De ce omul invizibil trebuie să fie orb?

Aparatul auxiliar al sistemului vizual și funcțiile acestuia

Sistemul senzorial vizual este echipat cu un aparat auxiliar complex, care include globul ocular și trei perechi de mușchi care asigură mișcarea acestuia. Elementele globului ocular realizează transformarea primară a semnalului luminos care intră în retină:
sistemul optic al ochiului focalizează imaginile pe retină;
pupila reglează cantitatea de lumină care intră pe retină;
Mușchii globului ocular asigură mișcarea continuă a acestuia.

Formarea imaginii pe retină

Lumina naturală reflectată de suprafața obiectelor este difuză, adică. razele de lumină din fiecare punct al obiectului emană în direcții diferite. Prin urmare, în absența unui sistem optic al ochiului, razele dintr-un punct al obiectului ( A) ar lovi diferite părți ale retinei ( a1, a2, a3). Un astfel de ochi ar fi capabil să distingă nivelul general de iluminare, dar nu și contururile obiectelor (Fig. 1A).

Pentru a vedea obiectele lumii înconjurătoare, este necesar ca razele de lumină din fiecare punct al obiectului să lovească doar un punct al retinei, adică. imaginea trebuie focalizată. Acest lucru poate fi realizat prin plasarea unei suprafețe de refracție sferică în fața retinei. Raze de lumină care emană dintr-un singur punct ( A), după refracția pe o astfel de suprafață va fi colectată la un moment dat a1(concentrare). Astfel, pe retină va apărea o imagine clară inversată (Fig. 1B).

Refracția luminii se realizează la interfața dintre două medii având indici de refracție diferiți. Globul ocular conține 2 lentile sferice: corneea și cristalinul. În consecință, există 4 suprafețe de refracție: aer/cornee, cornee/umoare apoasă a camerei anterioare a ochiului, umoare apoasă/lentila, cristalin/corp vitros.

Cazare

Acomodare - reglarea puterii de refracție a aparatului optic al ochiului la o anumită distanță față de obiectul în cauză. Conform legilor refracției, dacă o rază de lumină cade pe o suprafață de refracție, atunci ea deviază cu un unghi care depinde de unghiul de incidență a acesteia. Când un obiect se apropie, unghiul de incidență al razelor emanate din acesta se va modifica, astfel încât razele refractate se vor aduna într-un alt punct, care va fi în spatele retinei, ceea ce va duce la o „neclară” a imaginii (Fig. 2B). Pentru a-l focaliza din nou, este necesară creșterea puterii de refracție a aparatului optic al ochiului (Fig. 2B). Acest lucru se realizează printr-o creștere a curburii cristalinului, care apare odată cu creșterea tonusului mușchiului ciliar.

Reglarea iluminării retinei

Cantitatea de lumină care cade pe retină este proporțională cu aria pupilei. Diametrul pupilei la un adult variază de la 1,5 la 8 mm, ceea ce asigură o modificare a intensității luminii incidente pe retină de aproximativ 30 de ori. Reacțiile pupile sunt asigurate de două sisteme de mușchi netezi ai irisului: atunci când mușchii inelari se contractă, pupila se îngustează, iar când mușchii radiali se contractă, se extinde.

Odată cu scăderea lumenului pupilei, claritatea imaginii crește. Acest lucru se datorează faptului că constrângerea pupilei împiedică lumina să ajungă în regiunile periferice ale lentilei și, prin urmare, elimină distorsiunea imaginii datorată aberației sferice.

mișcările ochilor

Ochiul uman este condus de șase mușchi oculari, care sunt inervați de trei nervi cranieni - oculomotor, trohlear și abducens. Acești mușchi asigură două tipuri de mișcări ale globului ocular - mișcări spasmodice rapide (sacade) și mișcări netede.

Mișcări spasmodice ale ochilor (sacade) apar atunci când se consideră obiecte staționare (Fig. 3). Rotirile rapide ale globului ocular (10 - 80 ms) alternează cu perioade de fixare a privirii fixe la un moment dat (200 - 600 ms). Unghiul de rotație al globului ocular în timpul unei sacade variază de la câteva minute de arc până la 10°, iar atunci când priviți de la un obiect la altul, poate ajunge la 90°. La unghiuri mari de deplasare, sacadele sunt însoțite de o întoarcere a capului; deplasarea globului ocular precede de obicei mişcarea capului.

Mișcări ușoare ale ochilor însoţesc obiectele care se deplasează în câmpul vizual. Viteza unghiulară a unor astfel de mișcări corespunde vitezei unghiulare a obiectului. Dacă acesta din urmă depășește 80°/s, atunci urmărirea devine combinată: mișcările netede sunt completate de sacade și întoarceri ale capului.

nistagmus - alternarea periodică a mișcărilor netede și spasmodice. Când o persoană care călărește un tren se uită pe fereastră, ochii lui însoțesc lin peisajul care se mișcă în afara ferestrei, iar apoi privirea îi sare către un nou punct de fixare.

Conversia semnalului luminos în fotoreceptori

Tipuri de fotoreceptori retinieni și proprietățile acestora

Există două tipuri de fotoreceptori în retină (tije și conuri), care diferă ca structură și proprietăți fiziologice.

Tabelul 1. Proprietățile fiziologice ale tijelor și conurilor

	bastoane	conuri
pigment fotosensibil	rodopsina	Iodopsină
Absorbție maximă de pigment	Are două maxime - unul în partea vizibilă a spectrului (500 nm), celălalt în ultraviolete (350 nm)	Există 3 tipuri de iodopsine care au maxime de absorbție diferite: 440 nm (albastru), 520 nm (verde) și 580 nm (roșu)
Clasele de celule		Fiecare con conține un singur pigment. În consecință, există 3 clase de conuri care sunt sensibile la lumină cu lungimi de undă diferite.
Distribuția retiniană	În partea centrală a retinei, densitatea tijei este de aproximativ 150.000 pe mm2, spre periferie scade la 50.000 pe mm2. Nu există tije în fosa centrală și punct orb.	Densitatea conurilor în fovee ajunge la 150.000 pe mm2, acestea sunt absente în unghiul oarbă, iar pe restul suprafeței retinei, densitatea conurilor nu depășește 10.000 pe mm2.
Sensibilitate la lumină	Tijele sunt de aproximativ 500 de ori mai mari decât conurile
Funcţie	Furnizați alb-negru (viziune scototopică)	Oferă culoare (viziune fototopică)

Teoria vederii duale

Prezența a două sisteme fotoreceptoare (conuri și tije), care diferă în sensibilitatea la lumină, asigură ajustarea la nivelul variabil al luminii ambientale. În condiții de iluminare insuficientă, percepția luminii este asigurată de tije, în timp ce culorile nu se pot distinge ( vedere scototopică e). În lumină puternică, vederea este asigurată în principal de conuri, ceea ce face posibilă distingerea bine a culorilor ( viziune fototopică ).

Mecanismul de conversie a semnalului luminos în fotoreceptor

În fotoreceptorii retinei, energia radiației electromagnetice (lumina) este transformată în energia fluctuațiilor potențialului de membrană al celulei. Procesul de transformare decurge în mai multe etape (Fig. 4).

În prima etapă, un foton de lumină vizibilă, care se încadrează într-o moleculă de pigment fotosensibil, este absorbit de electronii p ai legăturilor duble conjugate 11- cis-retinal, în timp ce retina trece în transă-formă. Stereomerizare 11- cis-retinina provoaca modificari conformationale in partea proteica a moleculei de rodopsina.

În a 2-a etapă, este activată proteina transducină, care în starea sa inactivă conține GDP strâns legat. După interacțiunea cu rodopsina fotoactivată, transducina schimbă molecula GDP cu GTP.

La a treia etapă, transducina care conține GTP formează un complex cu cGMP-fosfodiesteraza inactivă, ceea ce duce la activarea acesteia din urmă.

La a 4-a etapă, cGMP-fosfodiesteraza activată hidrolizează intracelular de la GMP la GMP.

În a 5-a etapă, o scădere a concentrației de cGMP duce la închiderea canalelor cationice și la hiperpolarizarea membranei fotoreceptoare.

În timpul transducției semnalului mecanismul fosfodiesterazei este în curs de consolidare. În timpul răspunsului fotoreceptor, o singură moleculă de rodopsina excitată reușește să activeze câteva sute de molecule de transducină. Acea. în prima etapă a transducției semnalului are loc o amplificare de 100-1000 de ori. Fiecare moleculă de transducină activată activează doar o moleculă de fosfodiesterază, dar aceasta din urmă catalizează hidroliza a câteva mii de molecule cu GMP. Acea. în această etapă, semnalul este amplificat de încă 1.000 -10.000 de ori. Prin urmare, atunci când se transmite un semnal de la un foton la cGMP, poate apărea amplificarea lui de peste 100.000 de ori.

Procesarea informațiilor în retină

Elemente ale rețelei neuronale a retinei și funcțiile acestora

Rețeaua neuronală a retinei include 4 tipuri de celule nervoase (Fig. 5):

celule ganglionare,
celule bipolare,
celule amacrine,
celule orizontale.

celule ganglionare - neuroni, ai căror axoni, ca parte a nervului optic, ies din ochi și merg spre sistemul nervos central. Funcția celulelor ganglionare este de a conduce excitația de la retină la sistemul nervos central.

celule bipolare conectează receptorii și celulele ganglionare. Două procese ramificate pleacă din corpul unei celule bipolare: un proces formează contacte sinaptice cu mai multe celule fotoreceptoare, celălalt cu mai multe celule ganglionare. Funcția celulelor bipolare este de a conduce excitația de la fotoreceptori la celulele ganglionare.

Celulele orizontale conectați fotoreceptorii adiacenți. Mai multe procese se extind din corpul celulei orizontale, care formează contacte sinaptice cu fotoreceptorii. Funcția principală a celulelor orizontale este implementarea interacțiunilor laterale ale fotoreceptorilor.

celule amacrine sunt situate asemănător cu cele orizontale, dar sunt formate din contacte nu cu fotoreceptori, ci cu celule ganglionare.

Răspândirea excitației în retină

Când un fotoreceptor este iluminat, în el se dezvoltă un potențial de receptor, care este o hiperpolarizare. Potențialul de receptor care a apărut în celula fotoreceptoare este transmis celulelor bipolare și orizontale prin contacte sinaptice cu ajutorul unui mediator.

Atât depolarizarea, cât și hiperpolarizarea se pot dezvolta într-o celulă bipolară (a se vedea mai jos pentru mai multe detalii), care se răspândește la celulele ganglionare prin contact sinaptic. Aceștia din urmă sunt activi spontan, adică. generează continuu potențiale de acțiune la o anumită frecvență. Hiperpolarizarea celulelor ganglionare duce la scăderea frecvenței impulsurilor nervoase, depolarizarea - la creșterea acesteia.

Răspunsurile electrice ale neuronilor retinieni

Câmpul receptiv al unei celule bipolare este o colecție de celule fotoreceptoare cu care formează contacte sinaptice. Câmpul receptiv al unei celule ganglionare este înțeles ca totalitatea celulelor fotoreceptoare cu care această celulă ganglionară este conectată prin celule bipolare.

Câmpurile receptive ale celulelor bipolare și ganglionare sunt rotunde. În câmpul receptiv se pot distinge părțile centrale și periferice (fig. 6). Granița dintre părțile centrale și periferice ale câmpului receptiv este dinamică și se poate schimba pe măsură ce nivelul de lumină se modifică.

Reacțiile celulelor nervoase ale retinei la iluminarea fotoreceptorilor părților centrale și periferice ale câmpului lor receptiv, de regulă, sunt opuse. În același timp, există mai multe clase de celule ganglionare și bipolare (celule ON -, OFF -), demonstrând diferite răspunsuri electrice la acțiunea luminii (Fig. 6).

Masa 2. Clase de celule ganglionare și bipolare și răspunsurile lor electrice

Clasele de celule	Reacția celulelor nervoase atunci când sunt iluminate de fotoreceptori localizați
	în partea centrală a RP	în partea periferică a RP
celule bipolare PE tip	Depolarizare	Hiperpolarizare
celule bipolare OFF tip	Hiperpolarizare	Depolarizare
celule ganglionare PE tip
celule ganglionare OFF tip	Hiperpolarizare și scădere a frecvenței AP	Depolarizarea și creșterea frecvenței AP
celule ganglionare PE- OFF tip	Ele oferă un răspuns scurt ON la un stimul de lumină staționară și un răspuns scurt OFF la slăbirea luminii.

Prelucrarea informațiilor vizuale în SNC

Căile senzoriale ale sistemului vizual

Axonii mielinizați ai celulelor ganglionare retiniene sunt trimiși la creier ca parte a doi nervi optici (Fig. 7). Nervii optici drept și stângi se contopesc la baza craniului pentru a forma chiasma optică. Aici, fibrele nervoase din jumătatea medială a retinei fiecărui ochi trec pe partea contralaterală, iar fibrele din jumătățile laterale ale retinei continuă ipsilateral.

După încrucișare, axonii celulelor ganglionare din tractul optic urmează către corpurile geniculate laterale (LCB), unde formează contacte sinaptice cu neuronii SNC. Axonii celulelor nervoase ale LKT ca parte a așa-numitului. radiația vizuală ajunge la neuronii cortexului vizual primar (câmpul 17 conform lui Brodmann). Mai mult, de-a lungul conexiunilor intracorticale, excitația se extinde către cortexul vizual secundar (câmpurile 18b-19) și zonele asociative ale cortexului.

Căile senzoriale ale sistemului vizual sunt organizate conform principiul retinotopic - excitația de la celulele ganglionare vecine ajunge la punctele vecine ale LCT și cortexului. Suprafața retinei este, parcă, proiectată pe suprafața LKT și a cortexului.

Majoritatea axonilor celulelor ganglionare se termină în LCT, în timp ce unele dintre fibre merg la coliculii superiori, hipotalamus, regiunea pretectală a trunchiului cerebral și nucleul tractului optic.

Legătura dintre retină și coliculii superiori servește la reglarea mișcărilor oculare.

Proiecția retinei către hipotalamus servește la împerecherea ritmurilor circadiene endogene cu fluctuațiile zilnice ale nivelului de iluminare.

Legătura dintre retină și regiunea pretectală a trunchiului este extrem de importantă pentru reglarea lumenului pupilei și acomodare.

Neuronii nucleilor tractului optic, care primesc, de asemenea, intrări sinaptice de la celulele ganglionare, sunt asociați cu nucleii vestibulari ai trunchiului cerebral. Această proiecție vă permite să evaluați poziția corpului în spațiu pe baza semnalelor vizuale și, de asemenea, servește la implementarea reacțiilor oculomotorii complexe (nistagmus).

Prelucrarea informațiilor vizuale în LCT

Neuronii LCT au câmpuri receptive rotunjite. Răspunsurile electrice ale acestor celule sunt similare cu cele ale celulelor ganglionare.

În LCT, există neuroni care sunt excitați atunci când există o limită lumină/întuneric în câmpul lor receptiv (neuroni de contrast) sau când această limită se mișcă în câmpul receptiv (detectori de mișcare).

Prelucrarea informațiilor vizuale în cortexul vizual primar

În funcție de răspunsul la stimuli lumini, neuronii corticali sunt împărțiți în mai multe clase.

Neuroni cu un câmp receptiv simplu. Cea mai puternică excitație a unui astfel de neuron are loc atunci când câmpul său receptiv este iluminat cu o bandă luminoasă de o anumită orientare. Frecvența impulsurilor nervoase generate de un astfel de neuron scade odată cu schimbarea orientării benzii de lumină (Fig. 8A).

Neuroni cu un câmp receptiv complex. Gradul maxim de excitare a neuronului este atins atunci când stimulul luminos se deplasează în zona ON a câmpului receptiv într-o anumită direcție. Mișcarea stimulului luminos în altă direcție sau ieșirea stimulului luminos în afara zonei ON provoacă o excitație mai slabă (Fig. 8B).

Neuroni cu un câmp receptiv supercomplex. Excitația maximă a unui astfel de neuron se realizează sub acțiunea unui stimul luminos de configurație complexă. De exemplu, neuronii sunt cunoscuți, a căror excitare cea mai puternică se dezvoltă la trecerea a două granițe dintre lumină și întuneric în zona ON a câmpului receptiv (Fig. 23.8 C).

În ciuda cantității uriașe de date experimentale privind modelele de răspuns celular la diverși stimuli vizuali, în prezent nu există o teorie completă care să explice mecanismele de procesare a informațiilor vizuale în creier. Nu putem explica modul în care răspunsurile electrice diverse ale neuronilor din retină, LC și cortex asigură recunoașterea modelelor și alte fenomene de percepție vizuală.

Reglarea funcțiilor dispozitivelor auxiliare

regulamentul de cazare. Modificarea curburii cristalinului se realizează cu ajutorul mușchiului ciliar. Odată cu contracția mușchiului ciliar, curbura suprafeței anterioare a cristalinului crește și puterea de refracție crește. Fibrele musculare netede ale mușchiului ciliar sunt inervate de neuroni postganglionari ai căror corpuri se află în ganglionul ciliar.

Un stimul adecvat pentru modificarea gradului de curbură a cristalinului este neclaritatea imaginii pe retină, care este înregistrată de neuronii cortexului primar. Datorită conexiunilor în jos ale cortexului, are loc o modificare a gradului de excitare a neuronilor din regiunea pretectală, care, la rândul său, determină activarea sau inhibarea neuronilor preganglionari ai nucleului oculomotor (nucleul Edenger-Westphal) și a neuronilor postganglionari ai ganglionului ciliar.

Reglarea lumenului pupilei. Constricția pupilei apare atunci când fibrele musculare netede inelare ale corneei, care sunt inervate de neuronii postganglionari parasimpatici ai ganglionului ciliar, se contractă. Excitația acestuia din urmă are loc la o intensitate mare a luminii incidente pe retină, care este percepută de neuronii cortexului vizual primar.

Dilatarea pupilei se realizează prin contracția mușchilor radiali ai corneei, care sunt inervați de neuronii simpatici ai HSP. Activitatea acestuia din urmă este sub controlul centrului ciliospinal și al regiunii pretectale. Stimulul pentru dilatarea pupilei este o scădere a nivelului de iluminare a retinei.

Reglarea mișcărilor oculare. O parte din fibrele celulelor ganglionare urmează neuronii coliculilor superiori (mesencefalul), care sunt asociați cu nucleii nervilor oculomotor, trohlear și abducens, ai căror neuroni inervează fibrele musculare striate ale mușchilor ochiului. Celulele nervoase ale tuberculilor superiori vor primi intrări sinaptice de la receptorii vestibulari, proprioreceptori ai mușchilor gâtului, ceea ce permite corpului să coordoneze mișcările ochilor cu mișcările corpului în spațiu.

Fenomene de percepție vizuală

Recunoasterea formelor

Sistemul vizual are o capacitate remarcabilă de a recunoaște un obiect într-o varietate de moduri ale imaginii sale. Putem recunoaște o imagine (o față familiară, o literă etc.) atunci când lipsesc unele dintre părțile ei, când conține elemente inutile, când este orientată diferit în spațiu, are dimensiuni unghiulare diferite, este întors către noi pe diferite laturi etc. (Fig. 9). Mecanismele neurofiziologice ale acestui fenomen sunt în prezent studiate intens.

Constanța formei și mărimii

De regulă, percepem obiectele din jur ca neschimbate în formă și dimensiune. Deși de fapt forma și dimensiunea lor pe retină nu sunt constante. De exemplu, un biciclist în câmpul vizual apare întotdeauna de aceeași dimensiune, indiferent de distanța până la el. Roțile unei biciclete sunt percepute ca rotunde, deși, de fapt, imaginile lor de pe retină pot fi elipse înguste. Acest fenomen demonstrează rolul experienței în viziunea asupra lumii înconjurătoare. Mecanismele neurofiziologice ale acestui fenomen sunt momentan necunoscute.

Percepție adâncă

Imaginea lumii înconjurătoare pe retină este plată. Cu toate acestea, vedem lumea ca fiind voluminoasă. Există mai multe mecanisme care asigură construcția unui spațiu tridimensional bazat pe imagini plate formate pe retină.

Deoarece ochii sunt localizați la o oarecare distanță unul de celălalt, imaginile formate pe retina ochilor stângi și dreptului diferă oarecum unele de altele. Cu cât obiectul este mai aproape de observator, cu atât aceste imagini vor diferi mai mult.

Imaginile suprapuse ajută, de asemenea, la evaluarea poziției lor relative în spațiu. Imaginea unui obiect apropiat se poate suprapune cu imaginea unuia îndepărtat, dar nu invers.

Când capul observatorului se mișcă, imaginile obiectelor observate de pe retină se vor deplasa și ele (fenomen de paralaxă). Pentru aceeași deplasare a capului, imaginile cu obiecte apropiate se vor deplasa mai mult decât imaginile cu obiecte îndepărtate.

Percepția liniștii spațiului

Dacă, după ce a închis un ochi, apăsăm un deget pe al doilea glob ocular, atunci vom vedea că lumea din jurul nostru se deplasează într-o parte. În condiții normale, lumea înconjurătoare este staționară, deși imaginea de pe retină „sare” în mod constant din cauza mișcării globilor oculari, a întoarcerii capului și a modificărilor poziției corpului în spațiu. Percepția imobilității spațiului înconjurător este asigurată de faptul că procesarea imaginilor vizuale ține cont de informații despre mișcarea ochilor, mișcările capului și poziția corpului în spațiu. Sistemul senzorial vizual este capabil să „scădeze” propriile mișcări ale ochilor și ale corpului din mișcarea imaginii pe retină.

Teorii ale vederii culorilor

Teoria cu trei componente

Bazat pe principiul amestecării aditivilor tricromatici. Conform acestei teorii, cele trei tipuri de conuri (sensibile la roșu, verde și albastru) funcționează ca sisteme de receptor independente. Comparând intensitatea semnalelor de la cele trei tipuri de conuri, sistemul senzorial vizual produce o „biasire aditivă virtuală” și calculează culoarea adevărată. Autorii teoriei sunt Jung, Maxwell, Helmholtz.

Teoria oponentului culorii

Se presupune că orice culoare poate fi descrisă fără ambiguitate, indicând poziția sa pe două scale - „albastru-galben”, „roșu-verde”. Culorile situate la polii acestor scale sunt numite culori adverse. Această teorie este susținută de faptul că există neuroni în retină, LC și cortex care sunt activați atunci când câmpul lor receptiv este iluminat cu lumină roșie și inhibați când lumina este verde. Alți neuroni se declanșează atunci când sunt expuși la galben și sunt inhibați atunci când sunt expuși la albastru. Se presupune că, comparând gradul de excitare a neuronilor sistemelor „roș-verde” și „galben-albastru”, sistemul senzorial vizual poate calcula caracteristicile de culoare ale luminii. Autorii teoriei sunt Mach, Goering.

Astfel, există dovezi experimentale pentru ambele teorii ale vederii culorilor. luate în considerare în prezent. Că teoria cu trei componente descrie în mod adecvat mecanismele de percepție a culorii la nivelul fotoreceptorilor retinieni, iar teoria culorilor opuse descrie mecanismele de percepție a culorilor la nivelul rețelelor neuronale.

Prin ochi, nu prin ochi
Mintea poate vedea lumea.
William Blake

Obiectivele lecției:

Educational:

• să dezvăluie structura și semnificația analizatorului vizual, senzațiile vizuale și percepția;
• aprofundarea cunoștințelor despre structura și funcția ochiului ca sistem optic;
• explicați cum se formează o imagine pe retină,
• pentru a da o idee despre miopie și hipermetropie, despre tipurile de corectare a vederii.

În curs de dezvoltare:

• să formeze capacitatea de a observa, compara și trage concluzii;
• continuă să dezvolte gândirea logică;
• continuă să-și formeze o idee despre unitatea conceptelor lumii înconjurătoare.

Educational:

• să cultive o atitudine atentă față de sănătatea cuiva, să dezvăluie problemele de igiena vizuală;
• continua să dezvolte o atitudine responsabilă față de învățare.

Echipament:

• tabelul „Analizor vizual”,
• model de ochi pliabil,
• preparat umed "Ochiul mamiferelor",
• fișă cu ilustrații.

În timpul orelor

1. Moment organizatoric.

2. Actualizarea cunoștințelor. Repetarea temei „Structura ochiului”.

3. Explicația noului material:

Sistemul optic al ochiului.

Retină. Formarea imaginilor pe retină.

Iluzii optice.

Acomodarea ochilor.

Avantajul de a vedea cu doi ochi.

Mișcarea ochilor.

Defecte vizuale, corectarea lor.

Igiena vederii.

4. Fixare.

5. Rezultatele lecției. Stabilirea temelor.

Repetarea temei „Structura ochiului”.

Profesor de biologie:

În ultima lecție, am studiat tema „Structura ochiului”. Să revizuim conținutul acestei lecții. Continuați propoziția:

1) Zona vizuală a emisferelor cerebrale este situată în ...

2) Dă culoare ochiului...

3) Analizorul este format din...

4) Organele auxiliare ale ochiului sunt...

5) Globul ocular are ... scoici

6) Convex - lentila concavă a globului ocular este...

Folosind imaginea, spuneți-ne despre structura și scopul părților constitutive ale ochiului.

Explicarea noului material.

Profesor de biologie:

Ochiul este organul vederii la animale și la oameni. Este un dispozitiv cu auto-reglare. Vă permite să vedeți obiecte apropiate și îndepărtate. Apoi, lentila se micșorează aproape într-o minge, apoi se întinde, modificând astfel distanța focală.

Sistemul optic al ochiului este format din cornee, cristalin și corpul vitros.

Retina (membrana retiniană care acoperă fundul ochiului) are o grosime de 0,15-0,20 mm și este formată din mai multe straturi de celule nervoase. Primul strat este adiacent celulelor pigmentare negre. Este format din receptori vizuali - tije și conuri. Există de sute de ori mai multe tije în retina umană decât conuri. Tijele sunt excitate foarte repede de lumina slabă a amurgului, dar nu pot percepe culoarea. Conurile sunt excitate lent și numai de lumină puternică - sunt capabile să perceapă culoarea. Tijele sunt distribuite uniform pe retină. Direct opus pupilei în retină este o pată galbenă, care constă exclusiv din conuri. Când luăm în considerare un obiect, privirea se mișcă astfel încât imaginea să cadă pe pata galbenă.

Ramurile se extind din celulele nervoase. Într-un loc al retinei, se adună într-un mănunchi și formează nervul optic. Peste un milion de fibre transportă informații vizuale către creier sub formă de impulsuri nervoase. Acest loc, lipsit de receptori, se numește punct orb. Analiza culorii, formei, iluminării unui obiect, detaliile sale, care au început în retină, se termină în zona cortexului. Toate informațiile sunt colectate aici, sunt decodificate și rezumate. Ca urmare, se formează o idee despre subiect. „Vezi” creierul, nu ochiul.

Deci vederea este un proces subcortical. Depinde de calitatea informațiilor care vin de la ochi către cortexul cerebral (regiunea occipitală).

Profesor de fizica:

Am aflat că sistemul optic al ochiului este alcătuit din cornee, cristalin și corpul vitros. Lumina, refractată în sistemul optic, oferă imagini reale, reduse, inverse ale obiectelor luate în considerare pe retină.

Johannes Kepler (1571 - 1630) a fost primul care a demonstrat că imaginea de pe retină este inversată prin construirea traseului razelor în sistemul optic al ochiului. Pentru a testa această concluzie, omul de știință francez René Descartes (1596 - 1650) a luat un ochi de taur și, după ce a răzuit un strat opac de pe peretele din spate, l-a așezat într-o gaură făcută într-un oblon. Și chiar acolo, pe peretele translucid al fundului de ochi, a văzut o imagine inversată a imaginii observate de la fereastră.

De ce, atunci, vedem toate obiectele așa cum sunt, adică. cu susul în jos?

Faptul este că procesul vederii este corectat continuu de creier, care primește informații nu numai prin ochi, ci și prin alte organe de simț.

În 1896, psihologul american J. Stretton a pus la cale un experiment asupra sa. Și-a pus ochelari speciali, datorită cărora imaginile obiectelor din jur de pe retina ochiului nu au fost inversate, ci directe. Si ce? Lumea din mintea lui Stretton s-a întors cu susul în jos. A început să vadă totul pe dos. Din această cauză, a existat o nepotrivire în activitatea ochilor cu alte simțuri. Omul de știință a dezvoltat simptome de rău de mare. Timp de trei zile a simțit greață. Cu toate acestea, în a patra zi corpul a început să revină la normal, iar în a cincea zi Stretton a început să se simtă la fel ca înainte de experiment. Creierul omului de știință s-a obișnuit cu noile condiții de muncă și a început din nou să vadă toate obiectele drepte. Dar când și-a scos ochelarii, totul s-a întors din nou cu susul în jos. În decurs de o oră și jumătate, vederea i-a fost restabilită și a început din nou să vadă normal.

Este curios că o astfel de adaptare este caracteristică doar creierului uman. Când, într-unul dintre experimente, unei maimuțe i s-au pus ochelari răsturnați, aceasta a primit o astfel de lovitură psihologică încât, după ce a făcut mai multe mișcări greșite și a căzut, a intrat într-o stare asemănătoare comei. Reflexele ei au început să se estompeze, tensiunea arterială a scăzut, iar respirația ei a devenit frecventă și superficială. Nu există așa ceva la oameni. Cu toate acestea, creierul uman nu este întotdeauna capabil să facă față analizei imaginii obținute pe retină. În astfel de cazuri, apar iluzii de vedere - obiectul observat ni se pare că nu este așa cum este cu adevărat.

Ochii noștri nu pot percepe natura obiectelor. Prin urmare, nu le impuneți iluzii ale rațiunii. (Lucretius)

Auto-amăgirea vizuală

Deseori vorbim despre „înșelăciune a văzului”, „înșelăciune a auzului”, dar aceste expresii sunt incorecte. Nu există înșelăciuni ale sentimentelor. Filosoful Kant a spus pe bună dreptate despre aceasta: „Simțurile nu ne înșală – nu pentru că judecă întotdeauna corect, ci pentru că nu judecă deloc”.

Ce ne înșală, deci, în așa-zisele „înșelăciuni” ale simțurilor? Desigur, ceea ce în acest caz „judecă”, adică. propriul nostru creier. Într-adevăr, majoritatea iluziilor optice depind doar de faptul că nu numai vedem, ci și raționăm inconștient și ne inducem în eroare involuntar. Acestea sunt înșelăciuni ale judecății, nu ale sentimentelor.

Galerie de imagini, sau ce vezi

Fiica, mama si tata mustacios?

Un indian care se uită mândru la soare și un eschimos cu glugă cu spatele întors...

Bărbați tineri și bătrâni

Femeile tinere și bătrâne

Sunt liniile paralele?

Este un patrulater un pătrat?

Care elipsă este mai mare - cea inferioară sau cea interioară superioară?

Ce este mai mult în această figură - înălțime sau lățime?

Care linie este continuarea primei?

Observați „tremurul” cercului?

Există o altă trăsătură a vederii care nu poate fi ignorată. Se știe că atunci când se modifică distanța de la lentilă la obiect, se schimbă și distanța până la imaginea acestuia. Cum rămâne o imagine clară pe retină atunci când ne mutăm privirea de la un obiect îndepărtat la unul mai apropiat?

După cum știți, mușchii care sunt atașați lentilei sunt capabili să modifice curbura suprafețelor sale și, prin urmare, puterea optică a ochiului. Când ne uităm la obiecte îndepărtate, acești mușchi sunt într-o stare relaxată, iar curbura lentilei este relativ mică. Când se uită la obiectele din apropiere, mușchii ochiului comprimă cristalinul și curbura acestuia și, în consecință, puterea optică crește.

Se numește capacitatea ochiului de a se adapta la vederea atât de aproape, cât și de departe cazare(din lat. accomodatio - adaptare).

Datorită acomodarii, o persoană reușește să focalizeze imagini ale diferitelor obiecte la aceeași distanță de lentilă - pe retină.

Cu toate acestea, cu o locație foarte apropiată a obiectului luat în considerare, tensiunea mușchilor care deformează cristalinul crește, iar munca ochiului devine obositoare. Distanța optimă de citit și scris pentru un ochi normal este de aproximativ 25 cm.Această distanță se numește cea mai bună distanță de vedere.

Profesor de biologie:

Care sunt beneficiile vederii cu ambii ochi?

1. Câmpul vizual al unei persoane crește.

2. Datorită prezenței a doi ochi putem distinge care obiect este mai aproape, care este mai departe de noi.

Faptul este că pe retina ochilor drept și stâng, imaginile diferă unele de altele (corespunzător vederii obiectelor, parcă, din dreapta și din stânga). Cu cât obiectul este mai aproape, cu atât această diferență este mai vizibilă. Se creează impresia unei diferențe de distanțe. Aceeași capacitate a ochiului vă permite să vedeți obiectul în volum, și nu plat. Această abilitate se numește viziune stereoscopică. Lucrarea comună a ambelor emisfere cerebrale oferă o distincție între obiecte, forma, dimensiunea, locația, mișcarea acestora. Efectul spațiului tridimensional poate apărea atunci când luăm în considerare o imagine plată.

Pentru câteva minute, priviți imaginea la o distanță de 20 - 25 cm de ochi.

Timp de 30 de secunde, uită-te la vrăjitoarea de pe mătură fără a privi în altă parte.

Mutați-vă rapid privirea către desenul castelului și priviți, numărând până la 10, la deschiderea porții. În deschidere vei vedea o vrăjitoare albă pe un fundal gri.

Când vă priviți ochii în oglindă, probabil că observați că ambii ochi efectuează mișcări mari și abia vizibile strict simultan, în aceeași direcție.

Ochii arată mereu așa? Cum ne comportăm într-o cameră familiară? De ce avem nevoie de mișcări ale ochilor? Sunt necesare pentru inspecția inițială. Privind în jur, ne formăm o imagine holistică, iar toate acestea sunt transferate în stocarea în memorie. Prin urmare, pentru a recunoaște obiecte binecunoscute, mișcarea ochilor nu este necesară.

Profesor de fizica:

Una dintre principalele caracteristici ale vederii este acuitatea vizuală. Vederea oamenilor se schimbă odată cu vârsta, pentru că. lentila își pierde elasticitatea, capacitatea de a-și schimba curbura. Există hipermetropie sau miopie.

Miopia este o lipsă de vedere în care razele paralele, după refracția în ochi, nu sunt colectate pe retină, ci mai aproape de cristalin. Prin urmare, imaginile cu obiecte îndepărtate se dovedesc a fi neclare, neclare pe retină. Pentru a obține o imagine clară pe retină, obiectul în cauză trebuie adus mai aproape de ochi.

Distanța de cea mai bună vedere pentru o persoană miopă este mai mică de 25 cm, așa că persoanele cu o lipsă similară de reniu sunt forțate să citească textul, așându-l aproape de ochi. Miopia poate fi cauzată de următoarele motive:

• puterea optică excesivă a ochiului;
• alungirea ochiului de-a lungul axei sale optice.

Se dezvoltă de obicei în timpul anilor de școală și se asociază, de regulă, cu citirea sau scrierea prelungită, mai ales în condiții de lumină slabă și amplasarea necorespunzătoare a surselor de lumină.

Hipermetropia este o lipsă de vedere în care razele paralele, după refracția în ochi, converg într-un astfel de unghi încât focalizarea nu este situată pe retină, ci în spatele acesteia. Imaginile cu obiecte îndepărtate de pe retină se dovedesc din nou a fi neclare, neclare.

Profesor de biologie:

Pentru a preveni oboseala vizuală, există o serie de seturi de exerciții. Vă oferim câteva dintre ele:

Opțiunea 1 (durata 3-5 minute).

1. Poziția de pornire - așezat într-o poziție confortabilă: coloana vertebrală este dreaptă, ochii deschiși, privirea este îndreptată drept. Este foarte ușor de făcut, fără stres.

Privește spre stânga - drept, dreapta - drept, sus - drept, jos - drept, fără întârziere în poziția alocată. Repetați de 1-10 ori.

2. Privește în diagonală: stânga - jos - drept, dreapta - sus - drept, dreapta - jos - drept, stânga - sus - drept. Și crește treptat întârzierile în poziția alocată, respirația este arbitrară, dar asigură-te că nu există întârziere. Repetați de 1-10 ori.

3. Mișcări circulare ale ochilor: 1 până la 10 cercuri la stânga și la dreapta. Mai repede la început, apoi încetinește treptat.

4. Privește vârful degetului sau creionului ținut la 30 cm de ochi și apoi în depărtare. Repetați de mai multe ori.

5. Privește drept înainte cu atenție și nemișcat, încercând să vezi mai clar, apoi clipește de mai multe ori. Închideți pleoapele, apoi clipiți de câteva ori.

6. Schimbarea distanței focale: priviți vârful nasului, apoi în depărtare. Repetați de mai multe ori.

7. Masează pleoapele ochilor, mângâindu-le ușor cu degetele arătător și mijlociu în direcția de la nas la tâmple. Sau: închideți ochii și cu percuțele palmei, atingând foarte ușor, trageți de-a lungul pleoapelor superioare de la tâmple până la puntea nasului și spate, doar de 10 ori într-un ritm mediu.

8. Frecați-vă palmele împreună și ușor, acoperiți-vă fără efort ochii închiși anterior cu ele pentru a le bloca complet de la lumină timp de 1 minut. Imaginează-ți că ești cufundat în întuneric total. Deschide ochii.

Opțiunea 2 (durata 1-2 min).

1. Cu scorul 1-2, fixarea ochilor pe un obiect apropiat (distanța 15-20 cm), cu scorul 3-7, privirea este transferată către un obiect îndepărtat. La un număr de 8, privirea este din nou transferată către obiectul apropiat.

2. Cu capul nemișcat, în detrimentul lui 1, întoarceți ochii vertical în sus, în detrimentul lui 2 - în jos, apoi din nou în sus. Repetați de 10-15 ori.

3. Închideți ochii timp de 10-15 secunde, deschideți și mișcați ochii la dreapta și la stânga, apoi în sus și în jos (de 5 ori). Liber, fără tensiune, priviți în depărtare.

Varianta 3 (durata 2-3 minute).

Exercițiile se efectuează în poziția „șezând”, rezemat pe spate în scaun.

1. Privește drept înainte timp de 2-3 secunde, apoi coboară ochii timp de 3-4 secunde. Repetați exercițiul timp de 30 de secunde.

2. Ridică-ți ochii în sus, coboară-i în jos, ia-ți ochii spre dreapta, apoi spre stânga. Repetați de 3-4 ori. Durata 6 secunde.

3. Ridică ochii în sus, fă-i mișcări circulare în sens invers acelor de ceasornic, apoi în sensul acelor de ceasornic. Repetați de 3-4 ori.

4. Închideți bine ochii timp de 3-5 secunde, deschideți timp de 3-5 secunde. Repetați de 4-5 ori. Durata 30-50 secunde.

Consolidare.

Sunt oferite situații non-standard.

1. Un elev miop percepe literele scrise pe tablă ca fiind vagi, neclare. Trebuie să-și încordeze vederea pentru a-și acomoda ochiul fie la tablă, fie la caiet, ceea ce este dăunător atât pentru sistemul vizual, cât și pentru sistemul nervos. Sugerați designul unor astfel de ochelari pentru școlari pentru a evita stresul atunci când citesc textul de pe tablă.

2. Când cristalinul unei persoane devine tulbure (de exemplu, cu cataractă), acesta este de obicei îndepărtat și înlocuit cu un cristalin de plastic. O astfel de înlocuire privează ochiul de capacitatea de a se adapta și pacientul trebuie să folosească ochelari. Mai recent, în Germania, au început să producă o lentilă artificială care se poate autofocala. Ghiciți ce caracteristică de design a fost inventată pentru acomodarea ochiului?

3. H. G. Wells a scris romanul Omul invizibil. O personalitate invizibilă agresivă a vrut să subjugă întreaga lume. Te gândești la eșecul acestei idei? Când un obiect din mediu este invizibil? Cum poate vedea ochiul omului invizibil?

Rezultatele lecției. Stabilirea temelor.

• § 57, 58 (biologie),
• § 37.38 (fizică), oferă sarcini non-standard pe tema studiată (opțional).

Este important să cunoaștem structura retinei și modul în care primim informațiile vizuale, cel puțin în cea mai generală formă.

1. Uită-te la structura ochilor. După ce razele de lumină trec prin cristalin, ele pătrund în corpul vitros și cad pe coaja interioară, foarte subțire a ochiului - retină. Ea este cea care joacă rolul principal în fixarea imaginii. Retina este veriga centrală a analizorului nostru vizual.

Retina este adiacentă coroidei, dar vag în multe zone. Aici tinde să se exfolieze în diverse boli. În bolile retinei, coroida este adesea implicată în procesul patologic. Nu există terminații nervoase în coroidă, prin urmare, atunci când este bolnavă, durerea nu apare, semnalând de obicei un fel de defecțiune.

Retina care percepe lumina poate fi împărțită funcțional în centrală (zona petei galbene) și periferică (restul suprafeței retinei). În consecință, se face o distincție între viziunea centrală, care face posibilă vederea clară a detaliilor fine ale obiectelor, și viziunea periferică, în care forma unui obiect este percepută mai puțin clar, dar cu ajutorul ei are loc orientarea în spațiu.

2. Reticulul are o structură complexă multistrat. Este format din fotoreceptori (neuroepiteliu specializat) și celule nervoase. Fotoreceptorii localizați în retina ochiului sunt împărțiți în două tipuri, denumiți după forma lor: conuri și bastonașe. Tijele (în retină sunt aproximativ 130 de milioane) au o sensibilitate mare la lumină și vă permit să vedeți în lumină slabă, ele fiind și responsabile de vederea periferică. Conurile (în retină sunt aproximativ 7 milioane), dimpotrivă, necesită mai multă lumină pentru excitația lor, dar acestea sunt cele care vă permit să vedeți detaliile fine (sunt responsabili de vederea centrală) și fac posibilă distingerea culorilor. Cea mai mare concentrație de conuri se găsește în zona retinei cunoscută sub numele de macula sau macula, care ocupă aproximativ 1% din suprafața retinei.

Tijele conțin mov vizual, datorită căruia sunt excitate foarte repede și cu lumină slabă. Vitamina A este implicată în formarea violetului vizual, a cărui lipsă dezvoltă așa-numita orbire nocturnă. Conurile nu conțin violet vizual, așa că sunt excitate lent și numai de lumină puternică, dar sunt capabile să perceapă culoarea: segmentele exterioare ale celor trei tipuri de conuri (sensibile la albastru, verde și roșu) conțin pigmenți vizuali de trei tipuri, ale căror spectre de absorbție maxime sunt în regiunile albastru, verde și roșu ale spectrului.

3 . În tijele și conurile situate în straturile exterioare ale retinei, energia luminii este transformată în energie electrică a țesutului nervos. Impulsurile care apar în straturile exterioare ale retinei ajung la neuronii intermediari situati în straturile sale interioare și apoi la celulele nervoase. Procesele acestor celule nervoase converg radial către o zonă a retinei și formează discul optic, care este vizibil la examinarea fundului de ochi.

Nervul optic este format din procese de celule nervoase din retină și iese din globul ocular în apropierea polului său posterior. Transportă semnale de la terminațiile nervoase către creier.

Pe măsură ce iese din ochi, nervul optic se împarte în două jumătăți. Jumătatea interioară se intersectează cu aceeași jumătate a celuilalt ochi. Partea dreaptă a retinei fiecărui ochi transmite prin nervul optic partea dreaptă a imaginii către partea dreaptă a creierului, iar partea stângă a retinei, respectiv, partea stângă a imaginii către partea stângă a creierului. Imaginea de ansamblu a ceea ce vedem este recreată direct de creier.

Astfel, percepția vizuală începe cu proiecția unei imagini pe retină și excitarea fotoreceptorilor, iar apoi informațiile primite sunt procesate secvențial în centrii vizuali subcortical și corticali. Ca urmare, apare o imagine vizuală care, datorită interacțiunii analizorului vizual cu alți analizatori și experienței acumulate (memoria vizuală), reflectă corect realitatea obiectivă. Pe retina ochiului se obține o imagine redusă și inversată a obiectului, dar vedem imaginea dreaptă și în dimensiune reală. Acest lucru se întâmplă și pentru că, împreună cu imaginile vizuale, impulsurile nervoase de la mușchii oculomotori intră și în creier, de exemplu, când privim în sus, mușchii rotesc ochii în sus. Mușchii ochiului lucrează continuu, descriind contururile obiectului, iar aceste mișcări sunt înregistrate și de creier.

Structura ochiului.

Ochiul uman este un analizator vizual, primim 95% din informațiile despre lumea din jurul nostru prin ochi. O persoană modernă trebuie să lucreze cu obiecte din apropiere toată ziua: se uită la ecranul unui computer, citește etc. Ochii noștri sunt supuși unui stres enorm, în urma căruia mulți oameni suferă de boli oculare și deficiențe de vedere. Toată lumea ar trebui să știe cum funcționează ochiul, care sunt funcțiile acestuia.

Ochiul este un sistem optic, are o formă aproape sferică. Ochiul este un corp sferic cu un diametru de aproximativ 25 mm și o masă de 8 g. Pereții globului ocular sunt formați din trei cochilii. Exterior - învelișul proteic este format dintr-un țesut conjunctiv dens opac. Permite ochiului să-și mențină forma. Următoarea înveliș a ochiului este cea vasculară, conține toate vasele de sânge care hrănesc țesuturile ochiului. Coroida este neagră, deoarece celulele sale conțin un pigment negru care absoarbe razele de lumină, împiedicându-le să se împrăștie în jurul ochiului. Coroida trece în irisul 2, la diferiți oameni are o culoare diferită, ceea ce determină culoarea ochilor. Irisul este o diafragmă musculară inelară cu un mic orificiu în centru - pupila 3. Este negru deoarece locul de unde nu provin razele de lumină este perceput de noi ca fiind negru. Prin pupilă, razele de lumină intră în ochi, dar nu ies înapoi, fiind prinse, parcă. Pupila reglează fluxul de lumină în ochi, îngustându-se sau extinzându-se reflex, pupila poate avea o dimensiune de la 2 la 8 mm in functie de iluminare.

Între cornee și iris este un lichid apos, în spatele căruia - obiectiv 4. Lentila este o lentilă biconvexă, este elastică, și își poate modifica curbura cu ajutorul mușchiului ciliar 5, prin urmare, se asigură focalizarea precisă a razelor de lumină. . Indicele de refracție al lentilei este de 1,45. În spatele lentilei se află corpul vitros 6, care umple partea principală a ochiului. Corpul vitros și umoarea apoasă au un indice de refracție aproape același cu cel al apei - 1,33. Peretele din spate al sclerei este acoperit cu fibre foarte subțiri care acoperă fundul ochiului și se numesc retină 7. Aceste fibre sunt ramificarea nervului optic. Pe retină apare imaginea. Se numește locația celei mai bune imagini, care este situată deasupra ieșirii nervului optic pată galbenă 8, iar zona retinei în care nervul optic părăsește ochiul, care nu produce o imagine, se numește punct orb 9.

Imagine în ochi.

Acum consideră ochiul ca un sistem optic. Include corneea, cristalinul, corpul vitros. Rolul principal în crearea imaginii îi revine obiectivului. Acesta concentrează razele pe retină, rezultând o imagine inversată reală redusă a obiectelor, pe care creierul o corectează într-o imagine dreaptă. Razele sunt focalizate pe retină, pe peretele din spate al ochiului.

În secțiunea „Experimente”, este dat un exemplu despre cum puteți obține o imagine a unei surse de lumină pe pupilă, creată de razele reflectate de ochi.