Строение глаза

Строение глаза. Общие сведения.

Глаз человека - это в конечном счете прибор для приема и переработки информации. Его ближайшим техническим аналогом является камера. Как глаз, так и камера состоят из двух частей: оптической системы, формирующей изображение на какой-то поверхности, и растра - мозаики из светочувствительных элементов, которые превращают световой сигнал в какой-то другой (чаще всего электрический), который можно передать в накопитель информации. В случае глаза таким накопителем является человеческий мозг, в случае видеокамеры - магнитная лента.

Как и у видеокамеры, у глаза есть объектив. Он состоит из двух линз: первая представлена роговицей - прозрачной выпуклой пластинкой, вставленной спереди в плотную оболочку глаза (склеру) наподобие часового стекла. Вторая представлена хрусталиком - чечевицеобразной двояковыпуклой линзой, сильно преломляющей свет. В отличие от видеокамеры и других технических камер, эта линза сделана из эластичного материала, и ее поверхности (особенно передняя) могут менять свою кривизну.

Хрусталик в глазу "подвешен" на тонких нитях, которые охватывают его круговым поясом. Наружные концы этих нитей прикрепляются к специальной круговой мышце, которая называется ресничной. Когда эта мышца расслаблена, то кольцо, образуемое ее телом, имеет большой диаметр, нити, держащие хрусталик, натянуты, и его кривизна, а следовательно и преломляющая сила, минимальна. Когда же ресничная мышца напрягается, ее кольцо сужается, нити расслабляются, и хрусталик становится более выпуклым и, следовательно, более сильно преломляющим. Это свойство хрусталика менять свою преломляющую силу, а вместе с этим и фокусную точку всего глаза, называется аккомодацией. Заметим, что и технические системы обладают этим свойством: это наводка на резкость при изменении расстояния до предмета, только она осуществляется не изменением кривизны линз, а их перемещением вперед или назад по оптической оси.

В отличие от камеры, глаз заполнен не воздухом, а жидкостью: пространство между роговицей и хрусталиком заполнено так называемой камерной влагой, а пространство позади хрусталика - студнеобразной массой (стекловидным телом).

Еще один общий элемент у глаза и видеокамеры - диафрагма. В глазу это зрачок - круглое отверстие в радужной оболочке, диск, который находится за роговицей и определяет цвет глаза. Функция этой оболочки - ограничивать поступление света в глаз при очень яркой освещенности. Это достигается сужением зрачка при высокой освещенности и расширением - при низкой. Радужная оболочка переходит в ресничное тело, содержащее уже упомянутую ресничную мышцу, а затем в сосудистую оболочку, которая представляет собой густую сеть кровеносных сосудов, выстилающую изнутри склеру и питающую все ткани глаза.

Наконец, важнейшим элементом обеих систем является светочувствительный растр. В камере это сеть крошечных фотоэлементов, перерабатывающих световой сигнал в электрический. В глазу это специальная оболочка - сетчатка. Сетчатка - достаточно сложное устройство, главным в котором является тонкий слой светочувствительных клеток - фоторецепторов. Они бывают двух видов: отвечающие на слабый засвет (так называемые палочки) и отвечающие на сильный засвет (колбочки). Палочек насчитывается около 130 миллионов, и они расположены по всей сетчатке кроме самого центра. Благодаря им обнаруживаются предметы на периферии поля зрения, в том числе при низкой освещенности. Колбочек насчитывается около 7 миллионов. Они расположены главным образом в центральной зоне сетчатки, в так называемом "желтом пятне". Фоторецепторы при изменении количества падающего на них света генерируют электрический потенциал, который передается на клетки-биполяры, а затем на ганглиозные клетки. При этом, благодаря сложным соединениям этих клеток, происходит удаление случайных "помех" в изображении, усиливаются слабые контрасты, острее воспринимаются движущиеся предметы. В конечном счете вся эта информация в кодированном виде передается в виде импульсов по волокнам зрительного нерва, которые начинаются от ганглиозных клеток и идут в мозг. Зрительный нерв - аналог кабеля, который передает сигнал от фотоэлементов на регистрирующее устройство в видеокамере. Разница только в том, что в сетчатке существует не просто передатчик изображения, но и "компьютер", занимающийся обработкой изображения.

Зачем человеку второй глаз?

Зачем второй глаз рыбе или птице, более или менее понятно: для расширения поля обзора. Но у человека оба глаза смотрят в одну сторону...

Во-первых, два глаза все-таки расширяют поле зрения, по сравнению с одним. Один глаз имеет ширину поля зрения около 155 градусов (90 градусов к виску и 65 градусов к носу). Таким образом, формально второй глаз расширяет поле зрения на 25 градусов (180 градусов и 155 градусов соответственно). Если учесть, что качество зрения на периферии поля зрения значительно хуже, то фактически это расширение гораздо больше.

Во-вторых, благодаря дублированию сигнала от одного объекта, второй глаз повышает общую остроту зрения. При двух открытых глазах острота зрения в среднем в 1,4 раза выше, чем при одном.

А в-третьих - и это главное - зрение двумя глазами порождает новое качество - возможность определять не только взаимное расположение предметов в панораме, но и их относительную удаленность от глаз.

Способность видеть один предмет одновременно двумя глазами называется бинокулярным зрением (би - два, окулюс - глаз), а способность воспринимать с его помощью расстояния до предмета - стереоскопическим зрением, или стереоэффектом.

Как это осуществляется? Если оба глаза нацелены на предмет А, то его изображение попадает в обоих глазах в центр желтого пятна. Предмет В, находящийся ближе к глазам, чем А, попадает на точку сетчатки в левом глазу справа от центра, а в правом глазу - слева от центра, то есть его проекция будет на обоих глазах смещена в сторону носа. Предмет С, находящийся дальше от глаз, попадает на точки сетчатки, смещенные от центра к вискам. По идее, эти предметы должны казаться наблюдателю удвоенными. Но этого не происходит (точнее, когда не происходит удаления и приближения предметов до известного предела). В мозге есть "специальная программа", которая сливает эти изображения и решает, какие изображения смещены к носу, а какие к виску, и, следовательно, какие ближе, а какие - дальше, и насколько.

Чтобы эта система работала, глаз все время нацеливает свои оптические оси на один объект. Для этого каждый глаз снабжен шестью мышцами (четырьмя прямыми и двумя косыми), сокращения которых очень точно управляются мозгом.

Когда глаза фиксируют бесконечно удаленный объект, например, звезду на небе, их оси стоят параллельно. Для перевода взгляда с объекта на объект (например, с одной звезды на другую) оба глаза совершают согласованные движения. Оси при этом остаются параллельными, но их направление меняется - вверх, вниз, вправо, влево и так далее. Чтобы перевести взор с дальнего объекта на ближний, оси устанавливаются под углом - то большим, то меньшим. Перевод взгляда на близкие расстояния называется конвергенцией, а вдаль - дивергенцией.

Нарушение взаимного положения и совместных движений глаз называется косоглазием. Оно может быть сходящимся или расходящимся.

Итак, условия бинокулярного зрения - это попадание изображения фиксируемого объекта (то есть того, на который нацелен взор) на центры сетчаток обоих глаз, а также способность этих изображений к слиянию. Помимо всего прочего, изображения при этом должны быть одинакового размера и качества.