
Не случайно основная функция солнца в центре нашей Солнечной системы заключается в обеспечении света. Свет - это то, что движет жизнью. Без него сложно представить наш мир и жизнь.
Ощущение света живыми существами почти универсально. Растения используют свет посредством фотосинтеза для роста. Животные используют свет, чтобы охотиться на свою добычу или чувствовать и убегать от хищников.
Некоторые говорят, что именно развитие стереоскопического зрения, наряду с развитием большого человеческого мозга и освобождением рук от движений, позволило людям развиться до такого высокого уровня. В этой статье мы обсудим удивительную внутреннюю работу человеческого глаза!
Основы анатомии

Несмотря на небольшие размеры, глаз является очень сложным органом. Глаз примерно 1 дюйм (2,54 см) в ширину, 1 дюйм в глубину и 0,9 дюйма (2,3 см) в высоту.
Твердый внешний слой глаза называетсясклераОн поддерживает форму глаза. Передняя шестая часть этого слоя прозрачна и называетсяроговицейВесь свет должен сначала пройти через роговицу, когда попадает в глаз. К склере прикреплены мышцы, которые двигают глаз, называемыеэкстраокулярными мышцами
Хориоидея (или увеальный тракт) - второй слой глаза. Он содержит кровеносные сосуды, которые снабжают кровью структуры глаза. Передняя часть сосудистой оболочки содержит две структуры:
- TheЦилиарное тело - Цилиарное тело представляет собой мышечный участок, прикрепленный к хрусталику. Он сжимается и расслабляется, чтобы контролировать размер линзы для фокусировки.
- Theiris- Радужная оболочка - это цветная часть глаза. Цвет радужной оболочки определяется окраской соединительной ткани и пигментных клеток. Меньше пигмента делает глаза голубыми; больше пигмента делает глаза карими. Радужная оболочка представляет собой регулируемую диафрагму вокруг отверстия, называемогозрачок.
Ирис состоит из двух мышц:расширительуменьшает радужку и, следовательно, увеличивает зрачок, пропуская больше света в глаз;сфинктер увеличивает радужную оболочку и уменьшает зрачок, пропуская в глаз меньше света. Размер зрачка может варьироваться от 2 миллиметров до 8 миллиметров. Это означает, что изменяя размер зрачка, глаз может изменить количество попадающего в него света в 30 раз.
Самый внутренний слой - этосетчатка- светочувствительная часть глаза. Он содержитклетки-палочки, отвечающие за зрение при слабом освещении, иклетки-колбочки, отвечающие за цветовое зрение и детализацию. В задней части глаза, в центре сетчатки, находитсямакулаВ центре макулы находится область, называемаяцентральная ямка Эта область содержит только колбочки и отвечает за четкое видение мелких деталей.
Сетчатка содержит химическое вещество под названиемродопсин, или «зрительный пурпур». Это химическое вещество, которое преобразует свет в электрические импульсы, которые мозг интерпретирует как зрение. Нервные волокна сетчатки собираются в задней части глаза и образуютзрительный нерв, который проводит электрические импульсы в мозг. Место, где зрительный нерв и кровеносные сосуды выходят из сетчатки, называетсядиском зрительного нерва. Эта область представляет собой слепое пятно на сетчатке, поскольку в этом месте нет ни палочек, ни колбочек. Однако вы не знаете об этой слепой зоне, потому что каждый глаз закрывает слепую зону другого глаза.
Когда врач смотрит на заднюю часть вашего глаза через офтальмоскоп, вот вид:
Внутри глазного яблока есть две заполненные жидкостью секции, разделенные хрусталиком. Большая задняя часть содержит прозрачный гелеобразный материал, называемыйстекловидное телоМеньшая передняя часть содержит прозрачный водянистый материал, называемыйводянистая жидкостьВодянистая влага делится на две части, называемые передней камерой (перед радужкой) и задней камерой (за радужкой). Водянистая влага вырабатывается в цилиарном теле и дренируется черезшлеммов каналКогда этот дренаж блокируется, может возникнуть заболевание, называемоеглаукома.
линза представляет собой четкую двояковыпуклую структуру диаметром около 10 мм (0,4 дюйма). Хрусталик меняет форму, потому что он прикреплен к мышцам цилиарного тела. Линза используется для тонкой настройки зрения.
Внутреннюю поверхность век и склеры покрывает слизистая оболочка, называемаяконъюнктивой, которая помогает поддерживать влажность глаза. Инфекция этой области называетсяконъюнктивитом (также называемым розовым глазом).
Глаз уникален тем, что он может двигаться во многих направлениях, чтобы максимизировать поле зрения, но при этом защищен от травм костной полостью, называемойорбитальной полостью глаз встроен в жир, который обеспечивает некоторую амортизацию. Веки защищают глаз, моргая. Это также сохраняет поверхность глаза влажной, распределяя слезы по глазам. Ресницы и брови защищают глаза от частиц, которые могут его повредить.
Слезы вырабатываются вслезных железах, которые расположены над внешним сегментом каждого глаза. Слезы в конечном итоге стекают во внутренний угол глаза, в слезный мешок, затем через носовой ход и в нос. Вот почему у тебя течет из носа, когда ты плачешь.
К склере прикреплены шесть мышц, которые контролируют движения глаза. Они показаны здесь:
Основные мышцы и функции:
- Медиальная прямая мышца: перемещает глаз к носу
- Боковая прямая мышца: отводит глаз от носа
- Верх прямой мышцы живота: поднимает глаз
- Нижняя прямая мышца: опускает глаз
- Вращение глаза по верхней косой
- Нижняя косая вращает глаз
В следующем разделе вы узнаете, как глаз воспринимает свет.
Восприятие Света

Когда свет попадает в глаз, он сначала проходит через роговицу, затем водянистую влагу, хрусталик и стекловидное тело. В конечном итоге он достигаетсетчатки, которая является светочувствительной структурой глаза. Сетчатка содержит два типа клеток, называемых палочками и колбочками. Палочкиотвечают за зрение при слабом освещении, аколбочки отвечают за цветовое зрение и детализацию. Когда свет контактирует с этими двумя типами клеток, происходит ряд сложных химических реакций. Образующееся химическое вещество (активированный родопсин) создает электрические импульсы в зрительном нерве. Как правило, внешний сегмент палочек длинный и тонкий, тогда как внешний сегмент колбочек имеет более, ну, конусообразную форму. Ниже приведен пример стержня и конуса:
Внешний сегмент палочки или колбочки содержит светочувствительные химические вещества. У палочек это химическое вещество называетсяродопсин; в колбочках эти химические вещества называютсяцветовые пигментыСетчатка содержит 100 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Сетчатка покрыта черным пигментом, который называетсямеланин- точно так же, как внутренняя часть камеры черная - для уменьшения отражения. В сетчатке есть центральная область, называемаямакула, которая содержит высокую концентрацию только колбочек. Эта область отвечает за четкое, детальное зрение.
Когда свет попадает в глаз, он вступает в контакт со светочувствительным химическим родопсином (также называемымвизуальный фиолетовый). Родопсин представляет собой смесь белка под названиемскотопсини11-цис-ретиналя- последний получен из витамина А (вот почему недостаток витамин А вызывает проблемы со зрением). Родопсин разлагается под воздействием света, потому что свет вызывает физическое изменение 11-цис-ретинальной части родопсина, превращая ее вполностью транс-ретинальЭта первая реакция занимает всего несколько секунд. триллионные доли секунды. 11-цис-ретиналь представляет собой угловатую молекулу, тогда как полностью транс-ретиналь представляет собой прямую молекулу. Это делает химическое вещество нестабильным. Родопсин распадается на несколько промежуточных соединений, но в итоге (менее чем за секунду) образуетметародопсин II (активированный родопсин). Это химическое вещество вызывает электрические импульсы, которые передаются в мозг и интерпретируются как свет. Вот схема химической реакции, которую мы только что обсуждали:

Активированный родопсин вызывает электрические импульсы следующим образом:
- Клеточная мембрана (внешний слой) палочки имеет электрический заряд. Когда свет активирует родопсин, это вызывает снижение циклического GMP, что приводит к увеличению этого электрического заряда. Это создает электрический ток вдоль клетки. Когда обнаруживается больше света, активируется больше родопсина и вырабатывается больше электрического тока.
- Этот электрический импульс в конечном итоге достигает ганглиозной клетки, а затем зрительного нерва.
- Нервы достигают зрительной щели, где нервные волокна от внутренней половины каждой сетчатки переходят на другую сторону мозга, но нервные волокна от внешней половины сетчатки остаются на той же стороне мозг.
- Эти волокна в конечном итоге достигают задней части мозга (затылочной доли). Это место, где интерпретируется зрение, называетсяпервичной зрительной корой Некоторые зрительные волокна идут к другим частям мозга, помогая контролировать движения глаз, реакцию зрачков и радужной оболочки, а также поведение.
В конце концов, родопсин необходимо переформировать, чтобы процесс мог повториться. Полностью транс-ретиналь превращается в 11-цис-ретиналь, который затем рекомбинирует со скотопсином с образованием родопсина, чтобы снова начать процесс при воздействии света.
Цветовое зрение

Влияющие на цвет химические вещества в колбочках называютсяпигментами колбочек и очень похожи на химические вещества в палочках. Часть химического вещества для сетчатки такая же, однако скотопсин заменен фотопсином. Следовательно, цветочувствительные пигменты состоят из сетчатки и фотопсинов. Существует три вида цветочувствительных пигментов:
- Пигмент, чувствительный к красному цвету
- Пигмент, чувствительный к зеленому цвету
- Синий пигмент
Каждая колбочка имеет один из этих пигментов, поэтому она чувствительна к этому цвету. Человеческий глаз может воспринимать практически любую градацию цвета при смешении красного, зеленого и синего.
На приведенной выше диаграмме показаны длины волн трех типов колбочек (красный, зеленый и синий).пиковое поглощение пигмента, чувствительного к синему, составляет 445 нанометров, пигмента, чувствительного к зеленому цвету, - 535 нанометров, а пигмента, чувствительного к красному цвету, - 570 нанометров.
дальтонизм
Дальтонизм - это неспособность различать разные цвета. Самый распространенный тип - красно-зеленая цветовая слепота. Это происходит у 8 процентов мужчин и 0,4 процента женщин. Это происходит, когда красные или зеленые колбочки отсутствуют или не работают должным образом. Люди с этой проблемой не полностью не видят красный или зеленый, но часто путают два цвета.
Этонаследственное заболевание, которым чаще страдают мужчины, поскольку способность к цветовому зрению расположена наХ-хромосоме (у женщин две Х-хромосомы, поэтому вероятность унаследовать по крайней мере одну Х-хромосому с нормальным цветовым зрением высока, у мужчин есть только одна Х-хромосома для работы. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о хромосомах.). Неспособность видеть какой-либо цвет или видеть только разные оттенки серого встречается очень редко.
Чтобы узнать больше о дальтонизме, нажмите здесь.
Дефицит витамина А
При тяжелом дефиците витамина А возникаеткуриная слепота.
Витамин А необходим для формированияретиналя, входящего в состав молекулы родопсина. Когда уровни светочувствительных молекул низки из-за дефицита витамина А, ночью может быть недостаточно света для обеспечения зрения. В дневное время световой стимуляции достаточно, чтобы обеспечить зрение, несмотря на низкий уровень сетчатки.
Преломление

Когда световые лучи достигают угловатой поверхности другого материала, они изгибаются. Это называетсяпреломление. Когда свет достигает выпуклой линзы, световые лучи преломляются к центру:
Когда лучи света достигают вогнутой линзы, лучи света отклоняются от центра:

Глаз имеет несколько угловатых поверхностей, из-за которых свет преломляется. Это:
- Граница между воздухом и передней частью роговицы
- Интерфейс между задней частью роговицы и водянистой влагой
- Граница между водянистой влагой и передней частью хрусталика
- Интерфейс между задней частью хрусталика и стекловидным телом
Когда все работает правильно, свет проходит через эти четыре интерфейса и попадает на сетчатку в идеальном фокусе.
Нормальное зрение
Зрение илиострота зрения проверяется путем чтения таблицы Снеллена на расстоянии 20 футов. Наблюдая за множеством людей, врачи-офтальмологи решили, что должен видеть «нормальный» человек, стоя на расстоянии 20 футов от глазной таблицы. Если у вас зрение 20/20, это означает, что когда вы стоите на расстоянии 20 футов от карты, вы можете видеть то, что может видеть «нормальный» человек. (В метрической системе стандарт равен 6 метрам и называется зрением 6/6). Другими словами, если у вас зрение 20/20, ваше зрение «нормально» - большинство людей в популяции могут видеть то же, что и вы, на расстоянии 20 футов.
Если у вас зрение 20/40, это означает, что когда вы стоите на расстоянии 20 футов от карты, вы можете видеть только то, что видит нормальный человек, стоя на расстоянии 40 футов от карты. То есть, если есть «нормальный» человек, стоящий в 40 футах от карты, а вы стоите всего в 20 футах от карты, вы и нормальный человек можете видеть одни и те же детали. 20/100 означает, что когда вы стоите на расстоянии 20 футов от карты, вы можете видеть только то, что видит обычный человек, стоящий на расстоянии 100 футов. 20/200 - это порог юридической слепоты в США.
У вас также может быть зрение лучше нормы. Человек со зрением 20/10 может видеть на расстоянии 20 футов то, что видит нормальный человек, стоя на расстоянии 10 футов от карты.
Ястребы, совы и другие хищные птицы обладают гораздо более острым зрением, чем люди. У ястреба глаз гораздо меньше человеческого, но в этом пространстве расположено множество сенсоров (колбочек). Это дает ястребу зрение в восемь раз острее, чем у человека. У ястреба может быть зрение 20/2!
Ошибки рефракции

В норме ваш глаз может сфокусировать изображение точно на сетчатке:
Близорукость и дальнозоркость возникают при несовершенной фокусировке.
При наличииблизорукости(близорукость) человек хорошо видит вблизи и с трудом видит предметы вдали прочь. Лучи света фокусируются перед сетчаткой. Это вызвано слишком длинным глазным яблоком или системой линз, которая имеет слишком большую силу для фокусировки. Близорукость корректируется с помощьювогнутой линзы Эта линза заставляет свет немного расходиться, прежде чем он достигнет глаза, как показано здесь:

При наличиидальнозоркости(гиперметропия) человек хорошо видит дальние предметы и плохо видит ближние. Лучи света фокусируются за сетчаткой. Это вызвано слишком коротким глазным яблоком или системой линз со слишком малой фокусирующей способностью. Это исправлено с помощьювыпуклой линзы, как показано здесь:

Подробности см. в разделе Как работают проблемы с рефракцией зрения и как работают корректирующие линзы.
Астигматизм
Астигматизм - это неравномерное искривление роговицы, вызывающее искажение зрения. Чтобы исправить это, линзе придают форму, чтобы исправить неровность.
Почему зрение ухудшается с возрастом?
С возрастом хрусталик становитсяменее эластичнымОн теряет способность изменять форму. Это называетсяпресбиопия и более заметно, когда мы пытаемся увидеть предметы вблизи, потому что цилиарное тело должно сокращаться, чтобы сделать хрусталик толще. Потеря эластичности препятствует утолщению хрусталика. В результате мы теряем способность фокусироваться на близких объектах.
Сначала люди начинают держать предметы подальше, чтобы видеть их в фокусе. Обычно это становится заметным, когда нам за сорок. В конце концов, линза не может двигаться и становится более или менее постоянно сфокусированной на фиксированном расстоянии (которое у каждого человека разное).
Чтобы это исправить, требуютсябифокальные очки. Бифокальные очки представляют собой комбинацию нижней линзы для зрения вблизи (чтения) и верхней линзы для зрения вдаль.
Восприятие глубины
Для определения расстояния глаз использует три метода:
- Размер известного объекта на вашей сетчатке - Если вы знаете размер объекта из предыдущего опыта, тогда ваш мозг может оценить расстояние на основе размера объекта на сетчатке.
- Движущийся параллакс - Когда вы двигаете головой из стороны в сторону, объекты, находящиеся рядом с вами, быстро перемещаются по вашей сетчатке. Однако объекты, находящиеся далеко, двигаются очень мало. Таким образом, ваш мозг может приблизительно сказать, насколько далеко от вас что-то находится.
- Стереозрение - Каждый глаз получает на сетчатке свое изображение объекта, потому что каждый глаз находится на расстоянии около 2 дюймов друг от друга. Это особенно верно, когда объект находится близко к вашим глазам. Это менее полезно, когда объекты находятся далеко, потому что изображения на сетчатке становятся тем более идентичными, чем дальше они от ваших глаз.
Слепота
Юридическая слепота обычно определяется как острота зренияменее 20/200 с корригирующими линзами. Теперь, когда вы немного узнали об анатомии глаза и о том, как он функционирует, становится легче понять, как следующие состояния могут привести к слепоте:
- Катаракта - это помутнение хрусталика, препятствующее попаданию света на сетчатку. Это становится более распространенным с возрастом, но дети могут родиться с катарактой. По мере ухудшения состояния может потребоваться операция по удалению хрусталика и установке интраокулярной линзы.
- Глаукома - Если водянистая влага не отводится должным образом, в глазу повышается давление. Это приводит к гибели клеток и нервных волокон в задней части глаза. Это можно лечить с помощью лекарств и хирургического вмешательства.
- Диабетическая ретинопатия - У людей с диабетом может возникнуть закупорка кровеносных сосудов, протечка кровеносных сосудов и образование рубцов, которые могут привести к слепоте. Это можно вылечить с помощью лазерной хирургии.
- Макулярная дегенерация - У некоторых людей макула (которая отвечает за мелкие детали в центре зрения) может ухудшаться с возрастом по неизвестным причинам. Это приводит к потере центрального зрения. Иногда этому может помочь лазерная хирургия.
- Травма - Прямая травма или химическое повреждение могут привести к повреждению глаз, достаточному для нарушения зрения.
- Пигментный ретинит - это наследственное заболевание, вызывающее дегенерацию сетчатки и избыток пигмента. Сначала это вызывает куриную слепоту, а затем туннельное зрение, которое часто постепенно прогрессирует до полной слепоты. Нет известного лечения.
- Трахома - это инфекция, вызываемая организмом под названием Chlamydia trachomatis. Это распространенная причина слепоты во всем мире, но редко в Соединенных Штатах. Его можно лечить антибиотиками.
Существует много других причин слепоты, таких как дефицит витамина А, опухоли, инсульты, неврологические заболевания, другие инфекции, наследственные заболевания и токсины.
Больше отличных ссылок
- Национальные институты здоровья: Национальный глазной институт
- Галерея Иллюзий
- Калифорнийский университет в Дэвисе: Неврологический симулятор глаза
Об авторе
Карл Бьянко, доктор медицинских наук, врач скорой помощи, практикующий в Дорчестерской больнице общего профиля в Кембридже, штат Мэриленд. Д-р Бьянко учился в медицинском факультете Медицинской школы Джорджтаунского университета и получил степень бакалавра в Джорджтаунском университете по специальностям сестринское дело и предварительное медицинское обслуживание. Он прошел интернатуру и ординатуру по неотложной медицинской помощи в городской больнице Акрон в Акроне, штат Огайо.
Доктор. Бьянко живет недалеко от Балтимора с женой и двумя детьми.