Зрительная сенсорная система

Wikipedia
|
November 16, 2018

Зрение — вид чувствительности, позволяющий воспринимать форму, размер, цвет и яркость окружающих нас предметов, а также расстояние до них, состояние покоя или движения и его направление; обеспечивается зрительной сенсорной системой.

Общая характеристика

Зрение — вид чувствительности, позволяющий воспринимать форму, размер, цвет и яркость окружающих нас предметов, а также расстояние до них, состояние покоя или движения и его направление; обеспечивается зрительной сенсорной системой.

Острота зрения — способность определять относительное положение предметов. В среднем острота нормального зрения у человека составляет 3-5 секунд дуги.

Цветовое зрение: при хорошем освещении человеческий глаз может различить более 10 млн. цветовых оттенков.

Стереоскопическое зрение — способность зрительной системы воспринимать объемное (трехмерное) изображение; обеспечивается бинокулярностью — наличием двух глаз, видящих один и тот же объект с разных точек, находящихся на расстоянии 40-70 мм одна от другой; при этом оба изображения рассматриваемого объекта воспринимаются человеком как одно.

Значение зрения

  • к зрительной информации относится до 90% информации, получаемой человеком из внешнего мира;
  • каждое новое поколение людей получает практически все накопленные человечеством знания именно в визуальной форме — в виде информации, записанной в книгах, журналах и т.д. (а теперь — на CD, DVD, … и визуально отображаемой на мониторах компьютеров).

Состав зрительной сенсорной системы

  • периферическая часть представлена двумя глазными яблоками с фоторецепторами сетчатки и оптической системой, и вспомогательным аппаратом (глазными мышцами, слезными железами, бровями, веками и ресницами);
  • проводниковый отдел образован зрительными нервами (это II пара черепно-мозговых нервов; по одному нерву отходит от каждого глазного яблока), передающими нервные импульсы в подкорковые центры: верхние бугры четверохолмия среднего мозга и зрительные бугры (таламус) промежуточного мозга;
  • центральный отдел представлен зрительной зоной в затылочной доле коры больших полушарий головного мозга.

Строение и Функции глазного яблока

Глазное яблоко имеет шаровидную форму и находится в глазнице — специальном углублении лицевой части черепа.
Строение глаза

Стенка глазного яблока состоит из трех слоев (оболочек) — фиброзной, сосудистой и сетчатки. Полость глазного яблока заполнена стекловидным телом.

Фиброзная оболочка — это наружная белковая оболочка глаза, покрывающая всю его поверхность и служащая для защиты его внутренних структур; морфологически в этой оболочке выделяют роговицу и склеру.
Роговица — передняя, прозрачная и выпуклая вперед часть фиброзной оболочки, не имеющая кровеносных сосудов; в ней происходит наиболее сильное преломление световых лучей. Помутнение роговицы ведет к слепоте.
Склера — остальная часть фиброзной оболочки, образованная плотным непрозрачным веществом белого или слегка голубоватого цвета.
Сосудистая оболочка — это средняя оболочка глаза, состоящая из трех частей: собственно сосудистой, ресничного тела и радужки.
Собственно сосудистая оболочка пронизана множеством мелких сосудов, снабжающих глаз кровью; ее внутренняя поверхность выстлана клетками, содержащими черный пигмент, поглощающий свет.

Радужка — передняя стенка сосудистой оболочки, имеющая форму диска с отверстием в центре — зрачком. Клетки радужки содержат пигмент меланин, количество которого определяет цвет глаз — от голубого до темно-коричневого и почти черного. В радужке имеются кольцевые и радиальные гладкомышечные волокна.

  • Кольцевые мышечные волокна радужки расположены параллельно периметру зрачка и иннервируются парасимпатическими нервами; их сокращение приводит к сужению зрачка.
  • Радиальные мышечные волокна ориентированы вдоль радиусов радужки и иннервируются симпатическими нервами; сокращение этих волокон расширяет зрачок.

Передняя камера глаза — пространство между роговицей и радужкой.
Хрусталик — прозрачное эластичное двояковыпуклое образование диаметром около 10 мм, располагающееся позади зрачка, имеющее форму и выполняющее функцию линзы; не имеет кровеносных сосудов.

Хрусталик помещен в прозрачную капсулу, соединенную с ресничной мышцей упругими волокнами — цинновыми связками. При сокращении и расслаблении ресничной мышцы натяжение цинновых связок изменяется, что приводит к изменению кривизны поверхностей хрусталика. Это позволяет фокусировать изображение предметов точно на поверхности сетчатки.

Задняя камера глаза — пространство между радужкой и хрусталиком.
Водянистая влага — прозрачная жидкость, заполняющая переднюю и заднюю камеры глаза и снабжающее питательными веществами роговицу и хрусталик.
Стекловидное тело — прозрачная, не содержащая сосудов желеобразная масса, заполняющая полость глазного яблока позади хрусталика. Участвует в поддержании внутриглазного давления и формы глаза.

Сетчатка. Нейронная сеть сетчатки

Сетчатка — тонкая внутренняя оболочка глаза, прилегающая к сосудистой оболочке и содержащая фоторецепторы и нейронную сеть, образованную 4 типами нервных клеток.
Структура сетчатки глаза

Фоторецептор — рецепторная клетка зрительной сенсорной системы, которая возбуждается при действии света.

Первым в сетчатке по ходу световых лучей является слой нервных (ганглиозных) клеток, слой фоторецепторов — последний по ходу лучей, он прилегает к пигментным клеткам сосудистой оболочки.

Типы фоторецепторов сетчатки глаза: колбочки и палочки (различаются по форме рецепторных клеток). Чувствительность фоторецепторов к свету обусловлена особыми светочувствительными белками (см. ниже), молекулы которых под воздействием света распадаются на два фрагмента и при этом возбуждают фоторецептор.

Колбочки — фоторецепторы, воспринимающие очертания и детали объектов и обеспечивающие цветовое зрение. Всего в сетчатке глаза человека имеется около 6 млн. колбочек.

Трехкомпонентная теория цвета: в сетчатке глаза человека и позвоночных животных имеется три вида колбочек (по последним данным — семь видов), каждый из которых содержит только один из типов светочувствительного белка и лучше всего воспринимает один из цветов — красно-оранжевый (светочувствительный белок — хлоролаб), желто-зеленый (светочувствительный белок эритлаб) или сине-фиолетовый (светочувствительный белок — иодопсин). Одновременное возбуждение двух или трех видов кол бочек воспринимается человеком как составной цвет (например, розовый или белый).

Палочки — фоторецепторы, обеспечивающие черно-белое зрение и обладающие высокой чувствительностью к свету. Светочувствительный белок — родопсин. Для возбуждения палочки достаточно попадания всего 6-10 квднтов света, которые зрительной сенсорной системой регистрируются как одна слабая вспышка.

Всего в сетчатке глаза человека насчитывается около 125 млн. палочек.

Колбочки менее чувствительны к свету, чем палочки. Поэтому в сумерках зрение обеспечивается только палочками, из-за чего в этих условиях человек плохо различает цвета.

Желтое пятно — область в центральной части сетчатки, в которой колбочки расположены с максимальной плотностью, а палочки отсутствуют. Желтое пятно — область наилучшего видения; на нее проецируются световые лучи от той точки, на которую направлен наш взгляд. В центре желтого пятна имеется небольшое углубление сетчатки — центральная ямка. По мере удаления от желтого пятна количество колбочек уменьшается, а количество палочек возрастает. На периферии сетчатки имеются только палочки.

Центральное зрение — наилучшее видение предметов, обусловленное наличием максимального количества колбочек в области желтого пятна; обеспечивает возможность рассматривать мелкие детали предметов.

Периферическое, или боковое, зрение — менее острое видение предметов периферическими участками сетчатки, в которых количество колбочек невелико; позволяет ориентироваться в пространстве и замечать движение, происходящее вблизи боковой границы обзора.

Типы нервных клеток сетчатки глаза: горизонтальные, ганглиозные, биполярные и амакриновые. Соединяясь друг с другом, эти клетки образуют нейронную сеть сетчатки.

Горизонтальные нервные клетки соединяют фоторецепторы друг с другом. От тела каждой горизонтальной клетки отходит множество отростков, которые образуют синаптические контакты на фоторецепторах сетчатки.

Ганглиозные нервные клетки — нейроны, аксоны которых образуют зрительный нерв, выходящий из глаза и идущий в головной мозг.

Биполярные клетки соединяют фоторецепторы с ганглиозными клетками. Биполярные клетки имеют два отростка: один из них контактирует с несколькими фоторецепторами, а другой -с несколькими биполярными клетками.

Амакриновые клетки соединяют друг с другом ганглиозные клетки; по своему строению они сходны с горизонтальными.

Зрительный нерв — нерв, выходящий из глаза и следующий в головной мозг; образован пучком собранных вместе аксонов ганглиозных нервных клеток.

Слепое пятно — область Сетчатки, в которой отсутствуют фоторецепторы, а аксоны ганглиозных клеток собираются в пучок, формируя зрительный нерв; это место выхода зрительного нерва; находится сбоку от желтого пятна.

Принцип работы нейронной сети сетчатки

  1. Каждая фоторецепторная клетка соединена с несколькими горизонтальными и биполярными клетками, а каждая биполярная — с несколькими ганглиозными клетками. Ганглиозные клетки также соединяются между собой через амакриновые клетки.
  2. Такая сеть рецепторных и нервных клеток позволяет, во-первых, сравнивать информацию, поступающую от соседних рецепторных клеток, и во-вторых, дублировать работу отдельных элементов зрительной системы, устраняя их возможные ошибки и тем самым исключая риск.
  3. Нервные импульсы от рецепторных клеток поступают сначала в горизонтальные и биполярные, а затем в ганглиозные клетки сетчатки, обменивающиеся информацией друг с другом.
  4. Результатом работы нейронной сети сетчатки является первичный анализ изображения и его движения. Полученная информация передается по зрительному нерву в головной мозг.

Вспомогательные структуры глаза. Движения глаз

Вспомогательные структуры глаза: брови, веки, ресницы, слезные железы, слезные протоки, мышцы глазного яблока.

Брови предупреждают попадание в глаза пота, стекающего со лба.

Веки осуществляют механическую защиту глазного яблока; изнутри имеют оболочку — конъюнктиву. Периодические смыкания и размыкания век (моргание) обеспечивают равномерное распределение слезной жидкости по поверхности глазного яблока.

Ресницы обеспечивают дополнительную защиту глазного яблока от пыли.

Слезные железы продуцируют слезную жидкость; расположены у верхних наружных углов глаз.

Слезные протоки служат для отведения излишков слезной жидкости в носовую полость.

Слезная жидкость увлажняет и согревает глаза, облегчает движение век, уменьшая их трение, предохраняет глаза от проникновения инфекций (содержит бактерицидное вещество — лизоцим), смывает пыль через слезный канал.

Мышцы глаза, обеспечивающие повороты глазного яблока в глазнице (одним концом эти мышцы прикреплены к глазному яблоку, другим — к глазнице):

  • верхняя и нижняя прямые мышцы;
  • внутренняя и наружная прямые мышцы;
  • верхняя и нижняя косые мышцы.

Сокращение верхней прямой мышцы приводит к повороту глазного яблока по вертикали вверх. При одновременном сокращении верхней прямой и наружной прямой мышц глазное яблоко перемещается по диагонали. Сокращение косых мышц вызывает вращение глазного яблока по часовой стрелке или против нее.

Виды движений глаз: скачкообразные и плавные.

Скачкообразные движения (или саккады) возникают, когда человек осматривается вокруг. За одну секунду глаз совершает от 2 до 5. саккад.

Плавные движения глаз сопровождают предметы, перемещающиеся в поле зрения.

Оптическая система глаза

Оптическая система глаза — совокупность структур и сред глаза, через которые проходят световые лучи; включает (в порядке прохождения лучей света) роговицу, жидкость передней камеры, зрачок, жидкость задней камеры, хрусталик, стекловидное тело. Пройдя через стекловидное тело, лучи попадают на сетчатку.

Основные преломляющие элементы оптической системы глаза — роговица (образует вогнуто-выпуклую линзу) и хрусталик (представляет собой двояковыпуклую линзу).

Преломляющая сила линзы — способность линзы отклонять лучи от их первоначального направления. Преломляющая сила зависит от кривизны линзы: чем меньше кривизна, тем меньше преломляющая сила.

Преломляющая сила оптических элементов глаза: преломляющая сила роговицы постоянна, преломляющая сила хрусталика может изменяться.

Оптическая система глаза формирует на сетчатке уменьшенное перевернутое изображение предметов.

Условие четкого (резкого) видения предмета: лучи, исходящие от каждой точки предмета, должны быть точно сфокусированы на сетчатке, т.е. эти лучи должны сходиться также в одной точке, и эта точка должна находиться на сетчатке.

Если смотреть на предмет, находящийся вблизи, то далекие предметы видны нечетко; наоборот, если смотреть вдаль, то неясно и расплывчато видны близкие предметы. Причина этого в том, что лучи, исходящие от предметов, находящихся на разных расстояниях, фокусируются в глазу на разных расстояниях от хрусталика, и точная фокусировка на сетчатке достигается только для некоторых предметов.

Аккомодация. Зрачковый рефлекс

Аккомодация — процесс (и способность к) приспособления (-ю) глаза к четкому (резкому) видению предметов, находящихся на разных расстояниях; осуществляется изменением преломляющей силы хрусталика путем изменения его кривизны (выпуклости).

Пример: при рассматривании близких предметов хрусталик делается более выпуклым (за счет сокращения ресничной мышцы глаза), и его преломляющая сила возрастает. В результате световые лучи, исходящие от этих предметов, фокусируются точно на сетчатке — изображение становится резким. В то же время лучи, исходящие от удаленных предметов, фокусируются перед сетчаткой, и их изображение становится нечетким.

Зрачковый рефлекс — безусловное рефлекторное изменение диаметра зрачка при изменении уровня освещенности (при уменьшении освещенности зрачок расширяется, при ярком свете он сужается), приводящее к изменению количества света, падающего на сетчатку; служит для адаптации зрительной системы к разному уровню освещенности.
Площадь зрачка у человека может изменяться более чем в 40 раз.

Обработка зрительной информации

В черепную коробку пара зрительных нервов проникает через специальные отверстия и затем перекрещивается, причем внутренние части каждого нерва обмениваются волокнами, а наружные — нет. После пересечения зрительные нервы опять расходятся, и получается, что информация от внутренних половин сетчатки переходит на противоположную сторону. В результате все, что мы видим справа, оказывается в левом зрительном тракте (зрительном нерве после пересечения), а то, что видим слева, — в правом.

Зрительные тракты заканчиваются в промежуточных подкорковых ядрах (в верхних буграх четверохолмия среднего мозга и зрительных буграх промежуточного мозга), где поступившая информация проходит дополнительную обработку.

От подкорковых ядер нервные волокна, несущие информацию от глаз, поднимаются к зрительным зонам в затылочных долях обоих полушарий головного мозга, где происходит окончательная обработка зрительной информации. Таким образом, левое полушарие видит правую половину мира, правое — левую. Кроме того, в зрительных зонах происходит обратное «переворачивание» воспринимаемого изображения «с головы на ноги» (напомним, что оптическое изображение на сетчатке является перевернутым), так что зрительное ощущение оказывается правильно ориентированным.

Зона коры, принимающая сигналы от желтого пятна, в 35 раз обширнее, чем корковые зоны, отвечающие за такие же по размеру периферические участки; поэтому корой мозга основное внимание уделяется информаций, идущей из области наилучшего зрения.

Дефекты и гигиена зрения

Дефекты зрения обусловлены нарушениями структуры и функций элементов зрительной сенсорной системы (например, нарушением аккомодации, из-за чего световые лучи, пройдя через оптическую систему глаза, не фокусируются точно на сетчатке). Могут быть врожденными или приобретенными.

Расстройства зрения могут быть вызваны недостатком витамина А, а также никотином, алкоголем, различными наркотическими и токсическими веществами.

Близорукость — дефект зрения, при котором лучи фокусируются перед сетчаткой, и человек четко видит предметы только на близком расстоянии.

Причины близорукости

  • удлиненное глазное яблоко (врожденная близорукость);
  • увеличение кривизны хрусталика или ослабление ресничной мышцы (приобретенная близорукость).

Коррекция близорукости осуществляется с помощью очков с рассеивающими двояковогнутыми линзами.

Дальнозоркость — дефект зрения, при котором лучи фокусируются за сетчаткой, и человек четко видит предметы только на большом расстоянии.

Причины дальнозоркости

  • укороченное глазное яблоко (врожденная дальнозоркость);
  • уплотнение хрусталика, приводящее к потере его эластичности и уменьшению кривизны (старческая дальнозоркость).

Коррекция дальнозоркости осуществляется с помощью очков с собирающими двояковыпуклыми линзами.

Астигматизм — дефект зрения, при котором точечный источник света на сетчатке образует различные фигуры (эллипс, линию и др.); обусловлен неоднородностью кривизны роговицы или хрусталика. Корректируется очками со специальными астигматическими линзами (их поверхности имеют небольшую цилиндричность).

Дальтонизм — дефект зрения, при котором не воспринимается один или несколько основных цветов (например, зеленый или красный); обусловлен поражением или дефектом одного из видов колбочек.

Заболевания глаз (конъюнктивит, неврит и др.) часто связаны с попаданием болезнетворных микробов на слизистые оболочки глаз, инфекционными заболеваниями других органов, действием аллергенов, недостатком витамина А и др. Могут быть следствием использования несвежих полотенец, платков, попадания инфекции с грязных рук и т.п.

Глаукома — заболевание, характеризующееся повышением внутриглазного давления, нарушением зрительных функций и атрофией зрительного нерва; часто является одной из причин слепоты.

Возможные причины глаукомы: наследственная предрасположенность, перенесенные заболевания или травмы глаза, тяжелая физическая работа, сильный стресс и др.

Катаракта — заболевание, характеризующееся помутнением хрусталика. Устраняется вживлением пластмассового хрусталика вместо помутневшего.

Конъюнктивит — аллергическое или инфекционное воспаление слизистых оболочек век; проявляется покраснением и резью в глазу, слезотечением, слизистыми или слизисто-гнойными выделениями, светобоязнью. В гнойной стадии может вызвать слепоту.

Куриная слепота (гемералопия) — заболевание, вызываемое недостатком в организме витамина А; характеризуется нарушением рецепторной функции палочек и ухудшением сумеречного зрения.

Гигиена зрения — комплекс условий, направленных на нормальное функционирование органа зрения:

  • освещение при чтении и письме должно быть достаточным и равномерным;
  • свет при этом должен падать слева (для правшей) или справа (для левшей);
  • предпочтительным является естественное дневное освещение; не стоит применять настольные лампы с «дневным светом»;
  • расстояние от глаза до предмета должно быть 30-35 см;
  • через каждые 30—40 мин занятий, связанных с чтением, письмом или работой на компьютере, следует устраивать 10-15-минутный отдых;
  • при просмотре телепередач следует находиться от экрана на расстоянии не менее 2,5-3,0 м; длительность просмотра телепередач для учащихся не должна превышать 30-40 мин в день;
  • в вечернее время при работе на компьютере или просмотре телепередач в помещении необходимо включать освещение;
  • нельзя читать в транспорте, так как в результате постоянно меняющегося расстояния между предметом и хрусталиком ослабевают эластичность хрусталика и ресничная мышца;
  • следует защищать глаза от попадания пыли, инородных предметов, яркого света;
  • нужно использовать защитные экраны или очки при опасных для глаз работах;
  • вытирать глаза следует только совершенно чистым полотенцем или носовым платком;
  • рекомендуется регулярно (через каждые один-два часа) в течение 3-5 мин тренировать зрение, попеременно смотря то вдаль, то на близко расположенный предмет.

Первая помощь при повреждении глаз

  • при попадании в глаз соринки промыть его прохладной кипяченой водой и, оттянув веко, влажной ваткой удалить с него соринку; руки при этом должны быть предварительно вымыты;
  • при ушибе необходимо приложить к глазу марлевую салфетку или чистый носовой платок, смоченный прохладной кипяченой водой;
  • при ранениях глаза его нельзя промывать водой и вынимать инородное тело; на глаз необходимо наложить стерильную повязку и отправить пострадавшего в больницу;
  • при химических ожогах глаза (попадании в глаз щелочи, кислоты, ядовитых веществ) его необходимо немедленно промыть (в течение 15-20 мин) проточной водой и срочно обратиться к врачу.