Цветовое зрение
и строение глаза
Ниже приведена схема строения глаза человека. Свет попадает в глаз через роговую оболочку (а) и отверстие в радужной оболочке (г) — зрачок; далее свет проходит через глазную линзу — хрусталик (б) и стекловидное тело (центральная область глаза); и далее попадает на светочувствительную поверхность глаза — сетчатку (е). Так же на рисунке можно отметить мышцы (в), изменяющие кривизну хрусталика: нижняя части хрусталика показана в состоянии покоя, а верхняя — в состоянии аккомодации. Эта способность хрусталика обеспечивает фокусировку изображения объектов, расположенных на различных расстояниях от глаза.
Схема строения глаза человека: |
Сетчатка образована огромным количеством светочувствительных клеток. Строение этих клеток и их работа во многом объясняют механизм зрительного восприятия света, в том числе механизм цветового зрения.
Каждая клетка или небольшая их группа соединены с отдельными нервными волокнами и могут рассматриваться как окончания этих волокон в глазу. Другой конец каждого нервного волокна находится в соответствующих "зрительных" участках головного мозга. При выходе из глаза все волокна собираются в единый пучок — зрительный нерв (и).
Светочувствительные клетки сетчатки делятся на две группы, из–за своей характерной формы эти клетки получили название палочек и колбочек.
Глазки работают как часы
Недавно ученые открыли новый вид светочувстыительных клеток глаза.
Ранее считалось, что фоточувствительными элементами глаза, преобразующими энергию света в электроические импульсы, являются только палочки и колбочки. Ученые из Университета Брауна (Род-Айленд) полагают, что обнаруженные ими клетки играют важную роль в регуляции работы биологических часов. По их словам, обнаруженные клетки располагаются в сетчатке глубже, чем палочки и колбочки. От них берут начало нервные волокна, которые проходят в составе зрительного нерва к участку мозга, отвечающему за чувство времени. Пока ученые нашли эти клетки только у крыс, однако, по их мнению, существует большая вероятность того, что такие же есть и в глазу человека.
Палочки и колбочки плотно примыкают друг к другу удлиненными сторонами. Размеры их очень малы: длина палочек 0,06мм, диаметр 0,002мм, длина и диаметр колбочек — 0,035мм и 0,006мм, соответственно. Число палочек в сетчатке 125–130 миллионов; колбочек 6–7 миллионов. Плотность размещения палочек и колбочек на различных участках сетчатки составляет от 20 до 200 тысяч на квадратный миллиметр. При этом колбочки преобладают в центральной части сетчатки, палочки — на периферии. В центре сетчатки находится так называемое желтое пятно овальной формы (длина 2мм, ширина 0,8мм). В этом месте находятся почти одни колбочки. "Желтое пятно" является участком сетчатки, обеспечивающим наиболее отчетливое резкое зрение.
Палочки и колбочки различаются между собой содержащимися в них светочувствительными веществами. Вещество палочек — родопсин (зрительный пурпур). Максимальное светопоглощение родопсина соответствует длине волны примерно 500нм (зеленый свет). Значит палочки имеют максимальную чувствительность к излучению с длиной волны 500нм. Предполагают, что светочувствительное вещество колбочек (йодопсин) состоит из смеси трех веществ, каждое из которых имеет максимальное поглощение, а следовательно, и максимальную светочувствительность в коротко–, средне– и длинноволновой зонах спектра.
Под действием света молекулы светочувствительных веществ диссоциируют (распадаются) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Это вызывает импульс тока в нервном волокне, который распространяется по направлению к мозгу со скоростью до 100 метров в секунду.
Реакции светового распада родопсина и йодопсина обратимы, т.е. через некоторое время после того, как под действием света они были разложены на ионы, происходит их восстановление в своей первоначальной чувствительной к свету форме. Таким образом, в глазу устанавливается непрерывный цикл разрушения и последующего восстановления светочувствительных веществ. Это обеспечивает нормальную работу глаза в течение продолжительного времени.
Если уровень действующего на глаз света не изменяется во времени, то устанавливается динамическое равновесие между концентрацией двух форм светочувствительных веществ. Очевидно, что чувствительность глаза пропорциональна концентрации светочувствительных веществ в первоначальной форме. Но величина этой концентрации зависит от количества света в предшествующий момент времени. Из этого следует, что световая чувствительность глаза изменяется при различных уровнях действующего света.
Известно, что если войти с яркого света в очень слабо освещенное помещение, то в начальный момент глаза ничего не различают. Постепенно способность глаз различать предметы восстанавливается. После длительного пребывания в темноте (около 1 часа) чувствительность глаза становится максимальной. Если теперь выйти на свет, то в первый момент глаза будут ослеплены: восстановление светочувствительных веществ отстает от очень интенсивного их распада. Постепенно глаза приспосабливаются к уровню освещения и начинают работать нормально. Свойство глаза приспосабливаться к уровню освещения, которое выражается в изменении его чувствительности, называется адоптацией.
Известную роль при адоптации играют и другие процессы, в частности непроизвольное изменение размера зрачка. Когда яркость увеличивается, зрачок сужается, когда яркость уменьшается — зрачок увеличивается. Поэтому диапазон яркости света на сетчатке меньше, чем его значение на роговице глаза. Предельные размеры зрачка 2 и 8 мм можно наблюдать ярким днем и темной ночью, соответственно.