Все про зрение человека

Особенности цветового зрения человека

Одной из удивительных особенностей человека является способность различать цвета. Существует мнение, что она появилась у наших далеких предков, чтобы облегчить поиск спелых плодов и растений. С точки зрения физиологии люди являются трихроматами, поскольку для полного восприятия цвета используют три части спектра (красный, зеленый и синий).

В сетчатке человеческого глаза содержатся специальные клетки — колбочки, которые чувствительны к длине световых волн от 370 до 710 нанометров. Это диапазон видимого излучения. Ниже данных показателей находится радиоспектр и инфракрасное излучение, а выше — ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Наш глаз не воспринимает такие световые волны, поскольку они находятся за границами воспринимаемого спектра.

Интересно, что с точки зрения физики цвета не существует. Синие, зеленые и красные объекты отражают свет с различной длиной волны, а колбочки улавливают их и преобразует фотоны в нервные импульсы за счет выделения особых пигментов. Далее они интерпретируются мозгом, что позволяет воспринимать цветное изображение.

Кроме колбочек, на поверхности сетчатки расположены палочки, которые чувствительны к низкому уровню освещения. Благодаря наличию этих клеток человек может различать объекты в сумерках и темноте. Палочки обеспечивают черно-белое видение, а также отвечают за восприятие волны сине-зеленой части спектра.

Особенности цветового зрения:

  • Человек является трихроматом. Для полного различения цвета он использует три части спектра;
  • За преобразование фотонов (частиц света) в нервные импульсы отвечают колбочки, расположенные на сетчатке.
  • Колбочки чувствительны к красному, зеленому и синему спектру световых волн;
  • Глаза человека с нормальным цветовосприятием имеют около 6-7 млн колбочек;
  • Палочки, расположенные на сетчатке, отвечают за черно-белое видение (ночное зрение);
  • Человеческий глаз воспринимает световые волны длиной от 370 до 710 нанометров (видимый спектр).

Интересно, что цветное зрение начинает формироваться не сразу после рождения, а только на шестом месяце жизни. Научно доказано, что все дети появляются на свет с цветовой слепотой. Это не является патологией, если цветовосприятие нормализуется через полгода. При этом, по статистике, у каждой 255 девочки и у каждого 12-го мальчика наблюдается дальтонизм (невозможность различать цвета).

С точки зрения физики, всего три цвета являются основными: красный, зеленый и синий, а остальные являются результатом их сочетания в той или иной последовательности. Считается, что глаз человека воспринимает всего семь основных цветов: синий, красный, оранжевый, зеленый, желтый, фиолетовый и голубой. При этом мы видим до 10 млн различных оттенков, среди которых только 500 вариаций серого.

Все про зрение человека

Ученые доказали, что наша сетчатка не способна различать красный цвет, несмотря на наличие колбочек, отвечающих за восприятие этого спектра. Данные рецепторы улавливают только желто-зеленую и сине-зеленую гаммы. Затем головной мозг объединяет эти сигналы и превращает их в красный цвет.

Зрение у женщин и мужчин значительно отличается. Доказано, что прекрасная половина человечества способна распознавать намного больше различных оттенков, в то время как представители сильного пола могут более длительное время концентрироваться на конкретном объекте и лучше распознавать движущиеся предметы.

Кроме человека, хорошим цветовым зрением обладают рептилии и птицы. При проведении исследований в их сетчатке было обнаружено не три, а целых четыре типа колбочек, поэтому большая часть этих животных являются тетрахроматами, способными различать миллионы оттенков. В отличие от нас, птицы воспринимают ультрафиолетовый цвет.

С детства мы привыкли думать, что солнце желтое. Однако в процессе исследований было доказано, что оно является космическим объектом черного цвета. Все дело в том, что человек различает не только волновой спектр, но и температуру света: чем светлее объект, тем более теплым является его спектр излучения. Мы видим солнце желтым, поскольку эта звезда поглощает окружающие лучи света и при этом не отражает их от своей поверхности.

Ученые доказали, что с возрастом мир человека частично тускнеет и окрашивается в желтые тона, что связано с изменением оптических свойств глаза, из-за которых колбочки начинают хуже воспринимать синий цвет. Это явление легко можно заметить, если изучить картины художников, которые были написаны в молодости и более зрелом возрасте.

Интересные факты о зрении цветовом человека:

  • Дети появляются на свет с цветовой слепотой. Цветовосприятие нормализуется только спустя полгода;
  • У каждой 255 девочки и у каждого 12-го мальчика наблюдается дальтонизм;
  • Цветовое зрение у женщин и мужчин значительно отличается (женщины воспринимают больше оттенков);
  • Сетчатка человеческого глаза не способна различать красный цвет;
  • С физической точки зрения, всего 3 оттенка являются основными: красный, зеленый, синий;
  • Кроме человека, хорошим цветовым зрением обладают рептилии и птицы;
  • Солнце — космический объект черного цвета. Мы видим его желтым из-за того, что звезда поглощает окружающие лучи света;
  • С возрастом мир человека частично тускнеет и окрашивается в желтый цвет из-за изменения оптических свойств глаза.

Цветовое зрение

В глазу человека содержатся два типа светочувствительных клеток (фоторецепторов): высокочувствительные палочки и менее чувствительные колбочки. Палочки функционируют в условиях относительно низкой освещённости и отвечают за действие механизма ночного зрения, однако при этом они обеспечивают только нейтральное в цветовом отношении восприятие действительности, ограниченное участием белого, серого и чёрного цветов.

У приматов (в том числе и человека) мутация вызвала появление дополнительного, третьего типа колбочек — цветовых рецепторов. Это было вызвано расширением экологической ниши млекопитающих, переходом части видов к дневному образу жизни, в том числе на деревьях. Мутация была вызвана появлением изменённой копии гена, отвечающего за восприятие средней, зелёночувствительной области спектра. Она обеспечила лучшее распознавание объектов «дневного мира» — плодов, цветов, листьев и скрывающихся среди них хищников.

Нормализованные графики светочувствительности колбочек человеческого глаза S, M, L. Пунктиром показана сумеречная, «чёрно-белая» восприимчивость палочек

Нормализованные графики светочувствительности колбочек человеческого глаза S, M, L. Пунктиром показана сумеречная, «чёрно-белая» восприимчивость палочек

В сетчаткеглаза человека есть три вида колбочек, максимумы чувствительности которых приходятся на красный, зелёный и синий участки спектра[3]. Ещё в 1970-х годах было показано, что распределение типов колбочек в сетчатке неравномерно: «синие» колбочки находятся ближе к периферии, в то время как «красные» и «зелёные» распределены случайным образом[4], что было подтверждено более детальными исследованиями в начале XXI века[5].

Все про зрение человека

Соответствие типов колбочек трём «основным» цветам обеспечивает распознавание тысяч цветов и оттенков. Кривые спектральной чувствительности трёх видов колбочек частично перекрываются, что способствует явлению метамерии. Очень сильный свет возбуждает все 3 типа рецепторов, и потому воспринимается, как излучение слепяще-белого цвета (эффект метамерии).

Равномерное раздражение всех трёх элементов, соответствующее средневзвешенному дневному свету, также вызывает ощущение белого цвета (см. Психология восприятия цвета).

Тип колбочек обозначение Воспринимаемые длины волн Максимум чувствительности[6][7]
S β 400—500 нм 420—440 нм
M γ 450—630 нм 534—555 нм
L ρ 500—700 нм 564—580 нм

Свет с разной длиной волны по-разному стимулирует разные типы колбочек. Например, жёлто-зелёный свет в равной степени стимулирует колбочки L- и M-типов, но слабее стимулирует колбочки S-типа. Красный свет стимулирует колбочки L-типа намного сильнее, чем колбочки M-типа, а S-типа не стимулирует почти совсем;

зелёно-голубой свет стимулирует рецепторы M-типа сильнее, чем L-типа, а рецепторы S-типа — ещё немного сильнее; свет с этой длиной волны наиболее сильно стимулирует также палочки. Фиолетовый свет стимулирует почти исключительно колбочки S-типа. Мозг воспринимает комбинированную информацию от разных рецепторов, что обеспечивает различное восприятие света с разной длиной волны.

За цветовое зрение человека и обезьян отвечают гены, кодирующие светочувствительные белки опсины. По мнению сторонников трёхкомпонентной теории, наличие трёх разных белков, реагирующих на разные длины волн, является достаточным для цветового восприятия. У большинства млекопитающих таких генов только два, поэтому они имеют двухцветное зрение.

В том случае, если у человека два белка, кодируемые разными генами, оказываются слишком схожи или один из белков не синтезируется, развивается дальтонизм. Н. Н. Миклухо-Маклай установил, что у папуасов Новой Гвинеи, живущих в гуще зелёных джунглей, отсутствует способность различать зелёный цвет[8].

Чувствительный к красному свету опсин кодируется у человека геном OPN1LW[9].

Другие опсины человека кодируют гены OPN1MW, OPN1MW2 и OPN1SW, первые два из них кодируют белки, чувствительные к свету со средними длинами волны, а третий отвечает за опсин, чувствительный к коротковолновой части спектра.

Анализаторы

С первого дня появления ребёнка на свет зрение помогает ему познавать окружающий мир. С помощью глаз человек видит чудесный мир красок и солнца, зримо воспринимает колоссальный поток информации. Глаза дают человеку возможность читать и писать, знакомиться с произведениями искусства и литературы. Любая профессиональная работа требует от нас хорошего, полноценного зрения.

На человека постоянно действует непрерывный поток внешних раздражителей и разнообразная информация о процессах внутри организма. Понять эту информацию и правильно отреагировать на большое число происходящих вокруг событий позволяют человеку органы чувств. Среди раздражителей внешней среды для человека особенно большое значение имеют зрительные.

Большая часть наших сведений о внешнем мире связана со зрением. Зрительный анализатор (зрительная сенсорная система) является важнейшим из всех анализаторов, т.к. он даёт 90% информации, которая идёт к мозгу от всех рецепторов. При помощи глаз мы не только воспринимаем свет и узнаём цвет объектов окружающего мира, но и получаем представление о форме предметов, их удалённости, размерах, высоте, ширине, глубине, иначе говоря, об их пространственном расположении. И всё это благодаря тонкому и сложному строению глаз и их связям с корой головного мозга.

Исследование цветового зрения: особенности проведения

Все про зрение человека

Все дети рождаются с серо-голубыми глазами, и только спустя два года они приобретают свой настоящий цвет. Глаза человека бывают различных оттенков – в зависимости от концентрации в радужной оболочке глазного яблока пигмента меланина.

Самый редкий цвет глаз у человека – зеленый. Красные глаза характерны для альбиносов и объясняются полным отсутствием красящего пигмента и цветом кровеносных сосудов, просвечивающих через прозрачную радужку.

Радужка каждого человека индивидуальна, поэтому ее рисунок можно использовать для идентификации наравне с отпечатками пальцев.

Глаз — находится в орбитальной впадине черепа — в глазнице, сзади и с боков окружён мышцами, которые его двигают. Он состоит из глазного яблока со зрительным нервом и вспомогательных аппаратов.

Глаз — самый подвижный из всех органов человеческого организма. Он совершает постоянные движения, даже в состоянии кажущегося покоя. Мелкие движения глаз (микродвижения) играют значительную роль в зрительном восприятии. Без них невозможно было бы различать предметы. Кроме того, глаза совершают заметные движения (макродвижения) — повороты, перевод взора с одного предмета на другой, слежение за движущимися предметами.

Различные движения глаза, повороты в стороны, вверх, вниз обеспечивают глазодвигательных мышцы, расположенные в глазнице. Всего их шесть. Четыре прямые мышцы крепятся к передней части склеры — и каждая из них поворачивает глаз в свою сторону. А две косые мышцы, верхняя и нижняя, прикрепляются к задней части склеры. Согласованное действие глазодвигательных мышц обеспечивает одновременный поворот глаз в ту или иную сторону.

Все про зрение человека

Орган зрения нуждается в защите от повреждений для нормального развития и работы. Защитными приспособлениями глаз являются брови, веки и слёзная жидкость.

Бровь — парная дугообразная складка толстой кожи, покрытая волосами, в которую вплетаются лежащие под кожей мышцы. Брови отводят пот со лба и служат для защиты от очень яркого света. Веки закрываются рефлекторно. При этом они изолируют сетчатку от действия света, а роговицу и склеру — от каких-либо вредных воздействий.

При моргании происходит равномерное распределение слёзной жидкости по всей поверхности глаза, благодаря чему глаз предохраняется от высыхания. Верхнее веко больше, чем нижнее, и его поднимает мышца. Веки закрываются за счёт сокращения круговой мышцы глаза, имеющей циркулярную ориентацию мышечных волокон. По свободному краю век располагаются ресницы, которые защищают глаза от пыли и слишком яркого света.

Слёзный аппарат. Слёзная жидкость вырабатывается специальными железами. Она содержит 97,8% воды, 1,4% органических веществ и 0,8% солей. Слёзы увлажняют роговицу и способствуют сохранению её прозрачности. Кроме того, они смывают с поверхности глаза, а иногда и век попавшие туда инородные тела, соринки, пыль и т.п.

Глазное яблоко имеет не совсем правильную шаровидную форму. Диаметр глазного яблока составляет примерно 2,5 см. В движении глазного яблока принимает участие шесть мышц. Из них четыре прямые и две косые. Мышцы лежат внутри глазницы, начинаются от её костных стенок и прикрепляются к белочной оболочке глазного яблока позади роговицы. Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками.

Снаружи оно покрыто белочной оболочкой (склерой). Она самая толстая, прочная и обеспечивает глазному яблоку определённую форму. Склера составляет приблизительно 5/6 часть наружной оболочки, она непрозрачна, белого цвета и частью видна в пределах глазной щели. Белковая оболочка — очень прочная соединительнотканная оболочка, которая покрывает весь глаз и защищает его от механических и химических повреждений.

Передняя часть этой оболочки прозрачная. Она называется — роговицей. Роговица имеет безупречную чистоту и прозрачность благодаря тому, что постоянно протирается мигающим веком и промывается слезой. Роговица — единственное место в белковой оболочке, через которое внутрь глазного яблока проникают лучи света.

Все про зрение человека

Изнутри к склере прилегает вторая оболочка глаза — сосудистая. Она обильно снабжена кровеносными сосудами (выполняет питательную функцию) и пигментом, содержащим красящее вещество. Передняя часть сосудистой оболочки называется радужной. Находящийся в ней пигмент обусловливает цвет глаз. Окраска радужки зависит от количества пигмента меланина.

Когда его много — глаза тёмно- или светло-карие, а когда мало — серые, зеленоватые или голубые. Людей с отсутствием меланина называют альбиносами. В центре радужки есть небольшое отверстие — зрачок, который, суживаясь или расширяясь, пропускает, то больше, то меньше света. Радужка отделяется от собственно сосудистой оболочки ресничным телом.

В толще его находится ресничная мышца, на тонких упругих нитях которой подвешен — хрусталик — прозрачное тело, похожее на лупу, крошечная двояковыпуклая линза диаметром 10 мм. Он преломляет лучи света и собирает их в фокусе на сетчатке. При сокращении или расслаблении ресничной мышцы хрусталик меняет свою форму — кривизну поверхностей. Это свойство хрусталика позволяет чётко видеть предметы как на близком, так и на далёком расстоянии.

Третья, внутренняя оболочка глаза — сетчатая. Сетчатка имеет сложное строение. Она состоит из светочувствительных клеток — фоторецепторов и воспринимает свет, поступающий в глаз. Она расположена только на задней стенке глаза. В сетчатке различают десять слоёв клеток. Особенно важное значение имеют клетки, получившие название колбочек и палочек.

Палочки и колбочки имеют в зрительном акте различное назначение. Первые работают на минимальном количестве света и составляют сумеречный аппарат зрения; колбочки же действуют при больших количествах света и служат для дневной деятельности аппарата зрения. Различная функция палочек и колбочек обеспечивает высокую чувствительность глаза к очень высоким и низким освещенностям. Способность глаза приспосабливаться к разной яркости освещения называется адаптацией.

Глаз человека способен различать бесконечное разнообразие цветовых оттенков. Восприятие многообразия цветов обеспечивают колбочки сетчатки. Колбочки чувствительны к цветам только при ярком свете. При слабом освещении восприятие цветов резко ухудшается, и все предметы в сумерках кажутся серыми. Колбочки и палочки действуют вместе.

От них отходят нервные волокна, образующие затем зрительный нерв, выходящий из глазного яблока и направляющийся в головной мозг. Зрительный нерв состоит примерно из 1 млн. волокон. В центральной части зрительного нерва проходят сосуды. В месте выхода зрительного нерва палочки и колбочки отсутствуют, вследствие чего свет этим участком сетчатки не воспринимается.

Параллельным потоком световое излучение попадает на радужная оболочку (выполняет роль диафрагмы), с отверстием, через которое свет поступает в глаз; эластичный хрусталик — это своеобразная двояковыпуклая линза, фокусирующая изображение; эластичная полость (стекловидное тело), придающая глазу сферическую форму и удерживающая на своих местах его элементы.

Хрусталик и стекловидное тело обладают свойствами передавать структуру видимого изображения с наименьшими искажениями. Регулирующие органы управляют непроизвольными движениями глаза и приспосабливают его функциональные элементы к конкретным условиям восприятия. Они изменяют пропускную способность диафрагмы, фокусное расстояние линзы, давление внутри эластичной полости и другие характеристики.

Управляют этими процессами центры в среднем мозгу с помощью множества чувствительных и исполнительных элементов, распределенных по всему глазному яблоку. Измерение световых сигналов происходит во внутреннем слое сетчатки, состоящем из множества фоторецепторов, способные преобразовывать световое излучение в нервные импульсы. Фоторецепторы в сетчатке распределены неравномерно, образуя три области восприятия.

Первая — область обзора — находится в центральной части сетчатки. Плотность фоторецепторов в ней наивысшая, поэтому она обеспечивает четкое цветное изображение предмета. Все фоторецепторы в этой области по своему устройству в принципе одинаковы, отличаются они только избирательной чувствительностью к длинам волн светового излучения.

Одни из них наиболее чувствительны к излучениям (средняя части), вторые — в верхней части, третьи — в нижней. У человека есть три вида фоторецепторов, реагирующих на синие, зеленые и красные цвета. Здесь же, в сетчатке, выходные сигналы этих фоторецепторов совместно обрабатываются в результате чего усиливается контраст изображения, выделяются контуры объектов и определяется их цвет.

Объемное изображение воспроизводится в коре головного мозга, куда направляются видеосигналы от правого и левого глаза. У человека область обзора охватывает всего в 5°, и только в ее пределах он может осуществлять обзорно-сравнительные измерения (ориентироваться в пространстве, распознавать объекты, следить за ними, определять их относительное расположение и направление движения).

Вторая область восприятия выполняет функцию захвата целей. Она располагается вокруг области обзора и не дает четкого изображения видимой картины. Ее задача — быстрое обнаружение контрастных целей и изменений, происходящих во внешней обстановке. Поэтому в этой области сетчатки плотность обычных фоторецепторов невысока (почти в 100 раз меньше, чем в области обзора), зато имеется множество (в 150 раз больше) других, адаптивных фоторецепторов, реагирующих только на изменение сигнала.

Совместная обработка сигналов тех и других фоторецепторов обеспечивает высокое быстродействие зрительного восприятия в этой области. Кроме того, человек способен быстро улавливать малейшие движения боковым зрением. Функциями захвата управляют отделы среднего мозга. Здесь интересующий объект не рассматривается и не распознается, а определяется его относительное расположение, скорость и направление движения и даётся команда глазодвигательным мышцам — быстро повернуть оптические оси глаз так, чтобы объект попал в зону обзора для детального рассмотрения.

Факт №3: свет и тьма

За способность человека видеть при свете и в темноте отвечают разные виды фоторецепторов сетчатки. Палочки более светочувствительны и помогают нам ориентироваться при отсутствии достаточного освещения.

Нарушение их функционирования вызывает развитие так называемой куриной слепоты — заболевания, при котором человек очень плохо видит при сумеречном освещении.

Благодаря колбочкам человек различает цвета. Глаз человека насчитывает в среднем 92 млн палочек и 4 млн колбочек.

Обработка зрительной информации

Феномен зрительных ощущений, не сопровождающихся обработкой зрительной информации, называется феноменом псевдослепоты.

Зрительный аппарат — глаза и проводящие пути — настолько тесно интегрирован с мозгом, что трудно сказать, где начинается та или иная часть процесса переработки зрительной информации.

В зависимости от ситуации, человек способен воспринимать предметы, частично скрытые от глаза, например, частой решёткой.

Световые лучи, преломлённые глазом, на его сетчатке формируют перевёрнутое и уменьшенное изображение. То, что мы ощущаем мир таким, какой он есть на самом деле, связано с обработкой изображения в мозге. Опытами, начиная с опытов Стрэттона в 1896—1897 годах,[19] показано, что человек может за несколько дней адаптироваться к перевёрнутому изображению (то есть прямому на сетчатке), даваемому инвертоскопом, однако, после его снятия, мир также в течение нескольких дней будет выглядеть перевёрнутым[20].

Дефекты хрусталика

Все про зрение человека

Самый массовый недостаток — несоответствие оптической силы глаза и его длины, приводящее к ухудшению видимости близких или удалённых предметов.

Сетчатка глаза является первичным нервным центром обработки зрительной информации. Место выхода из сетчатки зрительного нерва называется диском зрительного нерва (слепое пятно). В центре диска в сетчатку входит центральная артерия сетчатки. Зрительные нервы проходят в полость черепа через каналы зрительных нервов.

На нижней поверхности головного мозга образуется перекрест зрительных нервов — хиазма, но перекрещиваются только волокна, идущие от медиальных частей сетчаток. Эти перекрещивающиеся зрительные пути называются зрительными трактами. Большинство волокон зрительного тракта устремляются в латеральное коленчатое тело, головного мозга.

Латеральное коленчатое тело имеет слоистое строение и названо так потому, что его слои изгибаются наподобие колена. Нейроны этой структуры направляют свои аксоны через внутреннюю капсулу, затем в составе зрительной радиации к клеткам затылочной доли коры больших полушарий возле шпорной борозды. По этому пути идет информация только о зрительных стимулах.

Факт №4: вверх ногами

Изображение предметов, проецируемое на сетчатку глаза, оказывается перевернутым. Этот оптический эффект аналогичен проекции линзы в фотоаппарате. Так почему же мы видим окружающий мир нормально, а не кверху ногами?

В этом заслуга нашего мозга, который воспринимает изображение и автоматически приводит его в нормальное положение. Если некоторое время носить специальные очки, переворачивающие картинку, то поначалу все будет видеться перевернутым, а затем мозг снова приспособится и нормализует оптическое искажение.

Функции зрения

Системы Придатки и части глаза Функции
Вспомогательные Брови Отводят пот со лба
Веки Защищают глаза от световых лучей, пыли, пересыхания
Слёзный аппарат Слёзы смачивают, очищают, дезинфицируют
Оболочки глазного яблока Белочная
  • Защита от механического и химического воздействия.
  • Вместилище всех частей глазного яблока.
Сосудистая Питание глаза
Сетчатка Восприятие света, светорецепторы
Оптическая Роговица Преломляет лучи света
Водянистая влага Пропускает лучи света
Радужная оболочка (радужка) Содержит пигмент, придающий цвет глазу, регулирует отверстие зрачка
Зрачок Регулирует количество света, расширяясь и суживаясь
Хрусталик Преломляет и фокусирует лучи света, обладает аккомодацией
Стекловидное тело Заполняет глазное яблоко. пропускает лучи света
Световоспринимающая (зрительный рецептор) Фоторецепторы (нейроны)
  • Палочки воспринимают форму (зрение при слабом освещении);
  • колбочки — цвет (цветовое зрение).
Зрительный нерв Воспринимает возбуждение рецепторных клеток и передаёт в зрительную зону коры головного мозга, где происходит анализ возбуждения и формирование зрительных образов

Факт №9: болезни органов зрения

Согласно статистике Всемирной организации здравоохранения, с проблемой нарушения зрения в мире знакомы почти 300 млн человек. И 39 млн из них страдают слепотой!

Как правило, потеря зрения вызывается возрастной катарактой, также среди причин все чаще называется запущенный диабет.

Среди заболеваний органов зрения, которые поддаются корректировке с помощью очков, контактных линз или хирургического вмешательства, чаще всего встречаются дальнозоркость, близорукость и астигматизм. Чтобы не пропустить первые признаки болезни, необходимо посещать офтальмолога с профилактической целью один раз в год.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинская энциклопедия