القدرات المذهلة للعين البشرية: الرؤية الكونية والأشعة غير المرئية. حدة البصر

10.08.2020

الرؤية هي القناة التي يتلقى الشخص من خلالها حوالي 70٪ من جميع البيانات حول العالم الذي يحيط به. وهذا ممكن فقط لسبب أن الرؤية البشرية هي واحدة من أكثر الأنظمة المرئية تعقيدًا وروعة على كوكبنا. إذا لم يكن هناك بصر ، فسنعيش على الأرجح في الظلام.

تتمتع العين البشرية ببنية مثالية وتوفر الرؤية ليس فقط في اللون ، ولكن أيضًا في ثلاثة أبعاد وبأعلى حدة. لديه القدرة على تغيير التركيز على الفور على مسافات متنوعة ، وتنظيم حجم الضوء الوارد ، والتمييز بين عدد كبير من الألوان وحتى المزيد من الظلال ، وتصحيح الانحرافات الكروية واللونية ، وما إلى ذلك. ترتبط ستة مستويات من شبكية العين بدماغ العين ، حيث تمر البيانات بمرحلة ضغط حتى قبل إرسال المعلومات إلى الدماغ.

لكن كيف تعمل رؤيتنا؟ كيف يمكننا تحويلها إلى صورة من خلال تحسين اللون المنعكس من الكائنات؟ إذا فكرت في الأمر بجدية ، يمكننا أن نستنتج أن بنية النظام البصري البشري لأدق التفاصيل "مدروسة" من قبل الطبيعة التي أنشأتها. إذا كنت تفضل الاعتقاد بأن الخالق أو قوة ما هي المسؤولة عن خلق الإنسان ، فيمكنك أن تنسب هذه الميزة إليهم. لكن دعونا لا نفهم ، لكن نواصل الحديث عن جهاز الرؤية.

كمية هائلة من التفاصيل

يمكن تسمية بنية العين وعلم وظائف الأعضاء الخاص بها بأنها مثالية حقًا. فكر بنفسك: تقع كلتا العينين في التجاويف العظمية للجمجمة ، مما يحميهما من جميع أنواع الضرر ، لكنهما تبرزان منهما فقط حتى يتم توفير أوسع رؤية أفقية ممكنة.

توفر المسافة التي تفصل العينان عن بعضهما البعض عمقًا مكانيًا. ومقل العيون نفسها ، كما هو معروف على وجه اليقين ، لها شكل كروي ، مما يجعلها قادرة على الدوران في أربعة اتجاهات: اليسار واليمين والأعلى والأسفل. لكن كل واحد منا يأخذ كل هذا كأمر مسلم به - قلة من الناس يفكرون في ما سيكون عليه الحال إذا كانت عيوننا مربعة أو مثلثة أو كانت حركتهم فوضوية - وهذا من شأنه أن يجعل الرؤية محدودة ومشوشة وغير فعالة.

لذا ، فإن بنية العين صعبة للغاية ، ولكن هذا هو بالضبط ما تفعله. عمل ممكنحوالي أربعين من مكوناته المختلفة. وحتى لو لم يكن هناك حتى أحد هذه العناصر ، فإن عملية الرؤية ستتوقف عن العمل بالطريقة التي ينبغي تنفيذها.

لمعرفة مدى تعقيد العين ، نقترح عليك توجيه انتباهك إلى الصورة أدناه.

دعنا نتحدث عن كيفية تنفيذ عملية الإدراك البصري في الممارسة العملية ، وما هي عناصر النظام المرئي التي تشارك في ذلك ، وما هي مسؤولية كل منهم.

مرور الضوء

عندما يقترب الضوء من العين ، تتصادم أشعة الضوء مع القرنية (المعروفة أيضًا باسم القرنية). تسمح شفافية القرنية للضوء بالمرور عبرها إلى السطح الداخلي للعين. بالمناسبة ، الشفافية هي السمة الأساسيةالقرنية ، وتبقى شفافة بسبب حقيقة أن بروتينًا خاصًا بها يمنع نمو الأوعية الدموية - وهي عملية تحدث في كل نسيج من جسم الإنسان تقريبًا. في حالة عدم شفافية القرنية ، لن يكون لبقية مكونات النظام البصري أي قيمة.

من بين أمور أخرى ، تمنع القرنية التجاويف الداخليةعيون على القمامة والغبار وأي عناصر كيميائية. ويسمح انحناء القرنية لها بكسر الضوء ومساعدة العدسة على تركيز أشعة الضوء على شبكية العين.

بعد مرور الضوء عبر القرنية ، يمر عبر ثقب صغير يقع في منتصف قزحية العين. من ناحية أخرى ، فإن القزحية عبارة عن غشاء دائري يقع أمام العدسة خلف القرنية مباشرة. القزحية هي أيضًا العنصر الذي يعطي العين لونًا ، ويعتمد اللون على الصبغة السائدة في القزحية. الثقب المركزي في القزحية هو التلميذ المألوف لدى كل منا. يمكن تغيير حجم هذه الفتحة للتحكم في كمية الضوء التي تدخل العين.

يتغير حجم بؤبؤ العين مباشرة بواسطة القزحية ، ويرجع ذلك إلى هيكلها الفريد ، لأنها تتكون من نوعين مختلفين من الأنسجة العضلية (حتى هنا توجد عضلات!). العضلة الأولى هي الضغط الدائري - وهي تقع في القزحية بشكل دائري. عندما يكون الضوء ساطعًا ، فإنه يتقلص ، ونتيجة لذلك ينقبض التلميذ ، كما لو أن العضلة تسحبها إلى الداخل. العضلة الثانية تتوسع - تقع شعاعيًا ، أي على طول نصف قطر القزحية ، والذي يمكن مقارنته بالمكبس في العجلة. في الضوء الداكن ، تنقبض هذه العضلة الثانية ، وتفتح القزحية التلميذ.

لا يزال الكثير من الناس يواجهون بعض الصعوبات عندما يحاولون شرح كيفية تشكل العناصر المذكورة أعلاه للنظام البصري البشري ، بعد كل شيء ، في أي شكل وسيط آخر ، أي. في أي مرحلة تطورية ، لم يتمكنوا من العمل ببساطة ، لكن الشخص يرى من بداية وجوده. أحجية…

التركيز

بتجاوز المراحل المذكورة أعلاه ، يبدأ الضوء بالمرور عبر العدسة الموجودة خلف القزحية. العدسة هي عنصر بصري على شكل كرة ممدودة محدبة. العدسة ناعمة وشفافة تمامًا ، ولا توجد فيها أوعية دموية ، وهي نفسها موجودة في كيس مرن.

عند المرور عبر العدسة ، ينكسر الضوء ، وبعد ذلك يتم التركيز على الحفرة الشبكية - المكان الأكثر حساسية الذي يحتوي على أكبر عدد من المستقبلات الضوئية.

من المهم ملاحظة أن التركيب والتركيب الفريدين يوفران للقرنية والعدسة قدرة انكسار عالية ، مما يضمن بُعدًا بؤريًا قصيرًا. وكم هو مدهش أن مثل هذا النظام المعقد يتناسب مع مقلة عين واحدة فقط (فكر فقط كيف سيبدو الشخص ، على سبيل المثال ، مطلوب مقياس لتركيز أشعة الضوء القادمة من الأشياء!).

ليس من المثير للاهتمام أن تكون القوة الانكسارية المشتركة لهذين العنصرين (القرنية والعدسة) في ارتباط ممتاز مع مقلة العين ، ويمكن تسمية هذا بأمان بإثبات آخر على أن النظام البصري تم إنشاؤه ببساطة غير مسبوق ، لأنه عملية التركيز معقدة للغاية بحيث لا يمكن الحديث عنها على أنها شيء حدث فقط من خلال الطفرات التدريجية - المراحل التطورية.

إذا كنا نتحدث عن أشياء تقع بالقرب من العين (كقاعدة عامة ، تعتبر المسافة التي تقل عن 6 أمتار قريبة) ، فلا يزال الأمر أكثر فضولًا ، لأنه في هذه الحالة يكون انكسار أشعة الضوء أقوى. . يتم توفير ذلك من خلال زيادة انحناء العدسة. تتصل العدسة عن طريق العصابات الهدبية بالعضلة الهدبية ، والتي ، من خلال الانقباض ، تسمح للعدسة بأخذ شكل محدب أكثر ، وبالتالي زيادة قدرتها على الانكسار.

وهنا مرة أخرى لا يسع المرء إلا أن يذكر التركيب الأكثر تعقيدًا للعدسة: خيوطها العديدة ، التي تتكون من خلايا متصلة ببعضها البعض ، تتكون منها ، وتربطها أحزمة رفيعة بالجسم الهدبي. يتم التركيز تحت سيطرة الدماغ بشكل سريع للغاية و "تلقائي" بالكامل - من المستحيل على أي شخص أن يدرك مثل هذه العملية بوعي.

معنى "فيلم"

ينتج عن التركيز تركيز الصورة على الشبكية ، وهي نسيج متعدد الطبقات حساس للضوء الذي يغطي الظهر مقلة العين... تحتوي شبكية العين على ما يقرب من 137.000.000 من المستقبلات الضوئية (للمقارنة ، يمكن الاستشهاد بالكاميرات الرقمية الحديثة ، حيث لا يوجد أكثر من 10000000 عنصر من أجهزة الاستشعار). يرجع هذا العدد الهائل من المستقبلات الضوئية إلى حقيقة أنها تقع بإحكام شديد - حوالي 400000 لكل 1 مم².

هنا لن يكون من غير الضروري الاستشهاد بكلمات عالم الأحياء الدقيقة آلان إل جيلين ، الذي يتحدث في كتابه "الجسم عن طريق التصميم" عن شبكية العين باعتبارها تحفة فنية في التصميم الهندسي. يعتقد أن شبكية العين هي العنصر الأكثر روعة في العين ، مقارنة بفيلم التصوير الفوتوغرافي. شبكية العين الحساسة للضوء ، الموجودة على الجزء الخلفي من مقلة العين ، أرق بكثير من السيلوفان (سمكها لا يزيد عن 0.2 مم) وأكثر حساسية بكثير من أي فيلم فوتوغرافي من صنع الإنسان. تستطيع خلايا هذه الطبقة الفريدة معالجة ما يصل إلى 10 مليارات فوتون ، بينما تستطيع الكاميرا الأكثر حساسية معالجة بضعة آلاف فقط. ولكن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن العين البشرية يمكنها التقاط عدد قليل من الفوتونات حتى في الظلام.

في المجموع ، تتكون شبكية العين من 10 طبقات من الخلايا المستقبلة للضوء ، 6 منها عبارة عن طبقات من الخلايا الحساسة للضوء. نوعان من المستقبلات الضوئية لهما شكل خاص ، وهذا هو سبب تسميتهما بالمخاريط والقضبان. القضبان حساسة للغاية للضوء وتوفر رؤية بالأسود والأبيض للعين ورؤية ليلية. المخاريط ، بدورها ، ليست حساسة جدًا للضوء ، لكنها قادرة على تمييز الألوان - يتم ملاحظة التشغيل الأمثل للأقماع خلال النهار.

بفضل عمل المستقبلات الضوئية ، تتحول الأشعة الضوئية إلى مجمعات من النبضات الكهربائية وترسل إلى الدماغ بسرعة عالية بشكل لا يصدق ، وتتغلب هذه النبضات نفسها على أكثر من مليون ألياف عصبية في جزء من الثانية.

يعتبر التواصل بين الخلايا المستقبلة للضوء في شبكية العين معقدًا للغاية. المخاريط والقضبان ليست متصلة مباشرة بالدماغ. بعد تلقي إشارة ، يعيدون توجيهها إلى الخلايا ثنائية القطب ، ويعيدون توجيه الإشارات التي تمت معالجتها بالفعل من قبل أنفسهم إلى الخلايا العقدية ، والتي تشكل أكثر من مليون محاور عصبية (العصبونات التي تنتقل من خلالها النبضات العصبية) واحدة منها العصب البصريمن خلالها تذهب البيانات إلى الدماغ.

طبقتان من الخلايا العصبية الوسيطة ، قبل إرسال البيانات المرئية إلى الدماغ ، تسهل المعالجة المتوازية لهذه المعلومات من خلال ستة مستويات من الإدراك تقع في شبكية العين. يعد ذلك ضروريًا من أجل التعرف على الصور في أسرع وقت ممكن.

تصور الدماغ

بعد أن تدخل المعلومات المرئية المعالجة إلى الدماغ ، تبدأ في فرزها ومعالجتها وتحليلها ، وتشكل أيضًا صورة كاملة من البيانات الفردية. بالطبع ، لا يزال الكثير غير معروف عن عمل الدماغ البشري ، ولكن حتى ما يمكن أن يقدمه العالم العلمي اليوم يكفي تمامًا لتندهش.

بمساعدة عينين ، يتم تكوين "صورتين" للعالم المحيط بالشخص - واحدة لكل شبكية. كلتا "الصورتين" تنتقلان إلى الدماغ ، وفي الواقع يرى الشخص صورتين في نفس الوقت. ولكن كيف؟

لكن النقطة هي: نقطة شبكية عين واحدة تطابق تمامًا نقطة شبكية العين الأخرى ، وهذا يشير إلى أنه يمكن تركيب الصورتين ، اللتين تدخلان إلى الدماغ ، على بعضهما البعض ودمجهما معًا للحصول على صورة واحدة . تتقارب المعلومات التي تتلقاها المستقبلات الضوئية لكل عين في القشرة البصرية للدماغ ، حيث تظهر صورة واحدة.

نظرًا لحقيقة أن العينين يمكن أن يكون لهما إسقاطات مختلفة ، يمكن ملاحظة بعض التناقضات ، لكن الدماغ يقارن الصور ويربطها بطريقة لا يشعر بها الشخص أي تناقضات. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام هذه التناقضات للحصول على إحساس بالعمق المكاني.

كما تعلم ، نظرًا لانكسار الضوء ، تكون الصور المرئية التي تدخل الدماغ في البداية صغيرة جدًا ومقلوبة ، ولكن "عند الإخراج" نحصل على الصورة التي اعتدنا على رؤيتها.

بالإضافة إلى ذلك ، في شبكية العين ، يتم تقسيم الصورة إلى قسمين بواسطة الدماغ عموديًا - عبر خط يمر عبر الحفرة الشبكية. يتم إعادة توجيه الجوانب اليسرى من الصور الملتقطة بكلتا العينين إلى الجانب الأيمن ، وإعادة توجيه الجانبين الأيمن إلى اليسار. لذلك ، يتلقى كل من نصفي الكرة الأرضية للشخص المراقب بيانات من جزء واحد فقط مما يراه. ومرة أخرى - "عند الإخراج" نحصل على صورة صلبة بدون أي أثر للاتصال.

فصل الصور والمسارات الضوئية شديدة التعقيد تجعل الدماغ يرى كل من نصفي الكرة الأرضية على حدة باستخدام كل عين. يتيح لك ذلك تسريع معالجة تدفق المعلومات الواردة ، كما يوفر الرؤية بإحدى العينين ، إذا توقف شخص فجأة لسبب ما عن رؤيته بالآخر.

يمكن الاستنتاج أن الدماغ في عملية معالجة المعلومات المرئية يزيل البقع "العمياء" ، والتشوهات الناتجة عن الحركات الدقيقة للعيون ، والغمش ، وزاوية الرؤية ، وما إلى ذلك ، مما يمنح صاحبها صورة متكاملة كافية عن المرصود.

عنصر مهم آخر في النظام البصري هو. لا توجد وسيلة للتقليل من أهمية هذا السؤال ، منذ ذلك الحين من أجل أن نكون قادرين على استخدام رؤيتنا بشكل صحيح ، يجب أن نكون قادرين على إدارة أعيننا ، ورفعها ، وخفضها ، وباختصار ، تحريك أعيننا.

في المجموع ، يمكن تمييز 6 عضلات خارجية متصلة بالسطح الخارجي لمقلة العين. تتضمن هذه العضلات 4 عضلات مستقيمة (سفلية وعلوية وجانبية ووسطى) وعضلات مائلة (سفلية وعلوية).

في اللحظة التي تنقبض فيها أي عضلة ، ترتخي العضلة المقابلة لها - وهذا يضمن حركة العينين بشكل متساوٍ (وإلا فإن جميع حركات العين ستتم على شكل هزات).

يؤدي قلب العينين تلقائيًا إلى تغيير حركة جميع العضلات الـ 12 (6 عضلات لكل عين). وجدير بالذكر أن هذه العملية مستمرة ومنسقة بشكل جيد للغاية.

وفقا لطبيب العيون الشهير بيتر جاني ، فإن التحكم والتنسيق في اتصال الأعضاء والأنسجة بالجهاز المركزي الجهاز العصبيمن خلال الأعصاب (وهذا ما يسمى التعصيب) لجميع عضلات العين الـ 12 هي واحدة من العمليات المعقدة للغاية التي تحدث في الدماغ. إذا أضفنا إلى ذلك دقة إعادة توجيه النظرة ، ونعومة الحركات وتساويها ، والسرعة التي يمكن للعين أن تدور بها (وتضيف ما يصل إلى 700 درجة في الثانية) ، وقمنا بدمج كل هذا ، سنحصل في الواقع على ظاهرة استثنائية من حيث أداء نظام العين المتحركة. وحقيقة أن الشخص لديه عينان تجعل الأمر أكثر صعوبة - مع الحركة المتزامنة للعينين ، فإن نفس التعصيب العضلي ضروري.

تختلف العضلات التي تقوم بتدوير العينين عن عضلات الهيكل العظمي. تتكون من ألياف مختلفة ، ويتم التحكم فيها من قبل عدد أكبر من الخلايا العصبية ، وإلا فإن دقة الحركات ستكون مستحيلة. يمكن تسمية هذه العضلات بأنها فريدة أيضًا لأنها قادرة على الانقباض بسرعة وعمليًا ولا تتعب.

باعتبار أن العين من أهم أعضاء جسم الإنسان فإنها تحتاج إلى عناية مستمرة. ولهذا بالتحديد ، يتم توفير "نظام التنظيف المتكامل" ، الذي يتكون من الحاجبين والجفون والرموش والغدد الدمعية ، إذا أمكنك تسميتها.

بمساعدة الغدد الدمعية ، يتم إنتاج سائل لزج بانتظام ، ويتحرك بسرعة بطيئة على السطح الخارجي لمقلة العين. يزيل هذا السائل العديد من الحطام (الغبار ، إلخ) من القرنية ، وبعد ذلك يدخل إلى القناة الدمعية الداخلية ثم يتدفق عبر القناة الأنفية ، ويخرج من الجسم.

تحتوي الدموع على عامل مضاد للجراثيم قوي للغاية يقضي على الفيروسات والبكتيريا. تعمل الجفون كممسحات للزجاج الأمامي - فهي تنظف العين وترطبها من خلال الوميض اللاإرادي على فترات تتراوح بين 10 و 15 ثانية. جنبًا إلى جنب مع الجفون ، تعمل الرموش أيضًا على منع دخول أي حطام وأوساخ وميكروبات وما إلى ذلك إلى العين.

إذا لم تؤد الجفون وظيفتها ، فإن عيون الشخص تجف تدريجياً وتصبح مغطاة بالندوب. إذا لم يكن هناك مجرى دمعي ، فستمتلئ العين باستمرار بسائل الدموع. إذا لم يرمش الشخص ، سيسقط الحطام في عينيه ، وقد يصاب بالعمى. يجب أن يشمل "نظام التنظيف" بأكمله عمل جميع العناصر دون استثناء ، وإلا فإنه سيتوقف ببساطة عن العمل.

العيون كمؤشر على الحالة

عيون الإنسان قادرة على نقل الكثير من المعلومات في عملية تفاعله مع الآخرين والعالم من حوله. يمكن للعيون أن تشع بالحب ، أو تحترق بالغضب ، أو تعكس الفرح ، أو الخوف ، أو القلق ، أو التعب. تظهر العيون أين ينظر الإنسان ، سواء كان مهتمًا بشيء أم لا.

على سبيل المثال ، عندما يدير الناس أعينهم أثناء التحدث إلى شخص ما ، يمكن رؤية ذلك بطريقة مختلفة تمامًا عن النظرة الصعودية المعتادة. العيون الكبيرة عند الأطفال تسبب البهجة والحنان لمن حولهم. وتعكس حالة التلاميذ حالة الوعي التي يكون فيها الشخص في لحظة معينة من الزمن. العيون هي مؤشر الحياة والموت إذا تحدثنا بمعنى عالمي. ربما لهذا السبب يطلق عليهم "مرآة" الروح.

بدلا من الاستنتاج

في هذا الدرس ، قمنا بفحص هيكل الجهاز البصري للإنسان. بطبيعة الحال ، فقدنا الكثير من التفاصيل (هذا الموضوع بحد ذاته ضخم جدًا ومن الصعب وضعه في إطار درس واحد) ، لكننا ما زلنا نحاول نقل المادة بحيث يكون لديك فكرة واضحة عن كيفية يرى الشخص.

لا يسعك إلا أن تلاحظ أن كلاً من تعقيد وقدرات العين تسمح لهذا العضو بتجاوز عدة مرات حتى أكثر من ذلك التقنيات الحديثةوالتطورات العلمية. تعتبر العين دليلاً واضحًا على مدى تعقيد الهندسة في عدد كبير من الفروق الدقيقة.

لكن معرفة جهاز الرؤية ، بالطبع ، أمر جيد ومفيد ، ولكن الشيء الأكثر أهمية هو معرفة كيف يمكن استعادة الرؤية. الحقيقة هي أن نمط حياة الشخص ، والظروف التي يعيش فيها ، وبعض العوامل الأخرى (الإجهاد ، وعلم الوراثة ، والعادات السيئة ، والأمراض وأكثر من ذلك بكثير) - كل هذا يساهم غالبًا في حقيقة أن الرؤية يمكن أن تتدهور بمرور السنين ، أي. يبدأ النظام المرئي في التعطل.

لكن تدهور الرؤية في معظم الحالات ليس عملية لا رجعة فيها - بمعرفة تقنيات معينة ، يمكن عكس هذه العملية ، والرؤية ، إن لم تكن مثل تلك الخاصة بالطفل (على الرغم من أن هذا ممكن في بعض الأحيان) ، فحينئذٍ تكون جيدة قدر الإمكان لكل شخص. لذلك ، سيخصص الدرس التالي من دورتنا حول تطوير الرؤية لأساليب استعادة الرؤية.

انظر إلى الجذر!

اختبر معلوماتك

إذا كنت ترغب في اختبار معرفتك بموضوع هذا الدرس ، يمكنك إجراء اختبار قصير يتكون من عدة أسئلة. في كل سؤال ، يمكن أن يكون خيار واحد فقط هو الصحيح. بعد تحديد أحد الخيارات ، ينتقل النظام تلقائيًا إلى السؤال التالي. تتأثر النقاط التي تحصل عليها بصحة إجاباتك والوقت الذي تقضيه في المرور. يرجى ملاحظة أن الأسئلة تختلف في كل مرة ، والخيارات مختلطة.

من الناحية النظرية بقعة ضوء من نقطة بعيدةعند التركيز على شبكية العين يجب أن تكون متناهية الصغر. ومع ذلك ، نظرًا لأن النظام البصري للعين غير كامل ، فإن مثل هذه البقعة على شبكية العين ، حتى عند الدقة القصوى للنظام البصري للعين العادية ، يبلغ قطرها الإجمالي حوالي 11 ميكرومتر. في وسط البقعة ، يكون السطوع أعلى ، وفي اتجاه حوافه ، ينخفض السطوع تدريجياً.

متوسط قطر المخاريط في النقرةشبكية العين (الجزء المركزي من الشبكية ، حيث تكون حدة البصر هي الأعلى) حوالي 1.5 ميكرومتر ، أي 1/7 من قطر بقعة الضوء. ومع ذلك ، نظرًا لأن بقعة الضوء لها نقطة مركزية ساطعة وحواف مظللة ، يمكن للشخص أن يميز عادة نقطتين منفصلتين بمسافة على شبكية العين بين مراكزهما بحوالي 2 ميكرومتر ، وهي أكبر قليلاً من عرض أقماع النقرة.

حدة البصر الطبيعيةالعين البشرية لتمييز مصادر الضوء النقطية حوالي 25 ثانية قوسية. لذلك ، عندما تصل أشعة الضوء من نقطتين منفصلتين إلى العين بزاوية 25 ثانية بينهما ، يتم التعرف عليها عادة كنقطتين بدلاً من نقطة واحدة. هذا يعني أن الشخص الذي يتمتع بحدة بصرية عادية ، بالنظر إلى مصدرين من مصادر الضوء الساطع من مسافة 10 أمتار ، يمكنه التمييز بين هذه المصادر ككائنات منفصلة فقط إذا كانت على مسافة 1.5-2 مم من بعضها البعض.

مع قطر الحفرةأقل من 500 ميكرون أقل من 2 درجة من مجال الرؤية تقع في منطقة شبكية العين بأقصى حدة بصرية. خارج منطقة الحفرة المركزية ، تضعف حدة البصر تدريجياً ، وتتناقص بأكثر من 10 مرات عند الوصول إلى الأطراف. هذا لأنه في الأجزاء المحيطية من شبكية العين ، مع زيادة المسافة من الحفرة المركزية ، يرتبط عدد متزايد من العصي والمخاريط بكل ألياف العصب البصري.

الطريقة السريرية لتحديد حدة البصر... تتكون بطاقة فحص العين عادة من أحرف بأحجام مختلفة توضع على بعد 6 أمتار (20 قدمًا) من الشخص الذي يجري اختباره. إذا رأى الشخص من هذه المسافة الحروف التي يجب أن يراها بشكل طبيعي ، فيقولون أن حدة بصره هي 1.0 (20/20) ، أي الرؤية طبيعية. إذا رأى شخص من هذه المسافة فقط تلك الأحرف التي يجب أن تكون مرئية عادةً من 60 مترًا (200 قدم) ، فيقال إن الشخص لديه رؤية 0.1 (20/200). بعبارة أخرى، الطريقة السريريةيستخدم تقييم حدة البصر جزءًا رياضيًا يعكس نسبة مسافتين ، أو نسبة حدة البصر لشخص معين إلى حدة البصر العادية.

هناك ثلاث طرق رئيسية، بمساعدة التي يحددها الشخص عادةً المسافة إلى كائن: (1) حجم صور الأشياء المعروفة على شبكية العين ؛ (2) ظاهرة حركة اختلاف المنظر. (3) ظاهرة التجسيم. القدرة على تحديد المسافة تسمى إدراك العمق.

تحديد المسافة بالأبعادصور الأشياء المعروفة على شبكية العين. إذا كان من المعروف أن ارتفاع الشخص الذي تراه هو 180 سم ، فيمكنك تحديد بُعد الشخص عنك ببساطة من خلال حجم صورته على شبكية العين. هذا لا يعني أن كل واحد منا يفكر بوعي في الحجم على شبكية العين ، لكن الدماغ يتعلم تلقائيًا حساب المسافات إلى الأشياء من حجم الصور عندما تكون البيانات معروفة.

تحديد مسافة الحركة باختلاف المنظر... طريقة أخرى مهمة لتحديد المسافة من العين إلى الكائن هي درجة التغيير في اختلاف المنظر في الحركة. إذا نظر الشخص إلى المسافة بلا حراك تمامًا ، فلا يوجد اختلاف في المنظر. ومع ذلك ، عندما يتم إزاحة الرأس إلى جانب أو آخر ، تتحرك صور الأجسام القريبة بسرعة على طول شبكية العين ، بينما تظل صور الأشياء البعيدة بلا حراك تقريبًا. على سبيل المثال ، عند إزاحة الرأس إلى الجانب بمقدار 2.54 سم ، تتحرك صورة الجسم الموجود على هذه المسافة من العين عبر شبكية العين بأكملها تقريبًا ، بينما يتم إزاحة صورة كائن يقع على مسافة 60 مترًا من العين لا يشعر. وبالتالي ، باستخدام آلية اختلاف المنظر ، من الممكن تحديد المسافات النسبية للكائنات المختلفة حتى بعين واحدة.

تحديد المسافة باستخدام التصوير المجسم... رؤية مجهر. سبب آخر للإحساس بالمنظر هو الرؤية المجهرية. نظرًا لأن العيون يتم إزاحتها بالنسبة لبعضها البعض أكثر بقليل من 5 سم ، فإن الصور الموجودة على شبكية العين تختلف عن بعضها البعض. على سبيل المثال ، كائن أمام الأنف على مسافة 2.54 سم يشكل صورة على الجانب الأيسر من شبكية العين اليسرى وعلى الجانب الأيمنشبكية العين اليمنى ، بينما تتشكل صور جسم صغير يقع أمام الأنف وعلى بعد 6 أمتار منه في نقاط متقاربة في مراكز شبكية العين. يتم عرض صور البقعة الحمراء والمربع الأصفر في مناطق متقابلة من شبكتي العين بسبب حقيقة أن الأجسام تقع على مسافات مختلفة أمام العينين.

هذا النوع المنظريحدث ذلك دائمًا عند الرؤية بعينين. إن المنظر المجهر (أو المجسم) هو المسؤول بالكامل تقريبًا عن القدرة الأعلى بكثير على تقدير المسافة بين الأشياء القريبة لشخص ذي عينين مقارنة بشخص له عين واحدة فقط. ومع ذلك ، فإن التجسيم غير ذي جدوى تقريبًا لإدراك العمق الذي يتجاوز 15-60 مترًا.

ينحني سطح الأرض ويختفي عن مجال الرؤية على مسافة 5 كيلومترات. لكن حدتنا البصرية تسمح لنا برؤية ما وراء الأفق. إذا كانت الأرض مسطحة ، أو إذا وقفت على قمة جبل ونظرت إلى مساحة أكبر بكثير من الكوكب من المعتاد ، يمكنك رؤية الأضواء الساطعة على بعد مئات الكيلومترات. في ليلة مظلمة ، كان بإمكانك رؤية شعلة شمعة على بعد 48 كيلومترًا.

يعتمد المدى الذي يمكن للعين البشرية أن تراه على عدد جسيمات الضوء أو الفوتونات التي ينبعث منها الجسم البعيد. أبعد شيء يمكن رؤيته بالعين المجردة هو سديم أندروميدا ، الذي يقع على بعد 2.6 مليون سنة ضوئية من الأرض. في المجموع ، يصدر تريليون نجم في هذه المجرة ما يكفي من الضوء لتصطدم عدة آلاف من الفوتونات بكل سنتيمتر مربع من سطح الأرض كل ثانية. في ليلة مظلمة ، هذا المقدار يكفي لتنشيط شبكية العين.

في عام 1941 ، قام أخصائي الرؤية سيليج هيشت وزملاؤه في جامعة كولومبيا بعمل ما لا يزال يعتبر مقياسًا موثوقًا به للحد المطلق للرؤية - الحد الأدنى لعدد الفوتونات التي يجب أن تدخل الشبكية لتحفيز الإدراك البصري. حددت التجربة العتبة في ظل ظروف مثالية: أعطيت عيون المشاركين وقتًا لتعتاد تمامًا على الظلام المطلق ، وكان طول موجة الضوء الأزرق والأخضر الذي يعمل كمسبب للتهيج 510 نانومتر (والتي تكون العيون أكثر حساسية تجاهها) ، وتم توجيه الضوء إلى الحافة المحيطية للشبكية المليئة بخلايا التعرف على الضوء ذات العصي.

وفقًا للعلماء ، حتى يتمكن المشاركون في التجربة من التعرف على وميض الضوء هذا في أكثر من نصف الحالات ، كان من 54 إلى 148 فوتونًا ضرب مقل العيون. بناءً على قياسات امتصاص الشبكية ، قدر العلماء أن ما معدله 10 فوتونات يتم امتصاصها فعليًا بواسطة قضبان شبكية العين. وبالتالي ، فإن امتصاص 5-14 فوتونًا أو ، وفقًا لذلك ، تنشيط 5-14 قضيبًا يشير للدماغ إلى أنك ترى شيئًا ما.

أشار هيشت وزملاؤه في مقال عن التجربة: "هذا حقًا عدد قليل جدًا من التفاعلات الكيميائية".

مع الأخذ في الاعتبار العتبة المطلقة ، وسطوع لهب الشمعة والمسافة المقدرة التي يخفت عندها الجسم المضيء ، خلص العلماء إلى أنه يمكن لأي شخص تمييز الوميض الخافت لشعلة الشمعة على مسافة 48 كيلومترًا.

يمكن تمييز الأشياء ذات الحجم البشري على أنها ممتدة على مسافة حوالي 3 كيلومترات فقط. بالمقارنة ، على هذه المسافة ، يمكننا التمييز بوضوح بين مصباحي السيارة ، ولكن على أي مسافة يمكننا أن ندرك أن الجسم هو أكثر من مجرد وميض من الضوء؟ لكي يظهر الكائن ممتدًا مكانيًا ، وليس كالنقطة ، يجب أن ينشط الضوء الصادر منه على الأقل مخروطين متجاورين من شبكية العين - الخلايا المسؤولة عن رؤية الألوان. من الناحية المثالية ، يجب أن يقع الكائن بزاوية لا تقل عن 1 قوس دقيقة ، أو سدس درجة لإثارة الأقماع المجاورة. يظل هذا المقياس الزاوي كما هو بغض النظر عما إذا كان الكائن قريبًا أو بعيدًا (يجب أن يكون الكائن البعيد أكبر بكثير ليكون في نفس زاوية الجسم القريب). يقع البدر بزاوية 30 قوسية ، بينما الزهرة بالكاد مرئية ككائن ممتد بزاوية حوالي 1 دقيقة قوسية.

من مراقبة المجرات البعيدة على بعد سنوات ضوئية إلى إدراك الألوان غير المرئية ، يشرح آدم هيدهازي على بي بي سي لماذا يمكن لعينيك القيام بأشياء لا تصدق. انظر من حولك. ماذا ترى؟ كل هذه الألوان والجدران والنوافذ ، كل شيء يبدو واضحًا ، كما لو كان هذا ما يجب أن يكون هنا. فكرة أننا نرى كل هذا بفضل جزيئات الضوء - الفوتونات - التي ترتد عن هذه الأجسام وتضرب أعيننا ، تبدو فكرة لا تصدق.

يتم امتصاص هذا القصف الفوتوني من قبل ما يقرب من 126 مليون خلية حساسة للضوء. تنتقل اتجاهات وطاقات الفوتونات المختلفة إلى دماغنا بأشكال وألوان وإضاءة مختلفة ، وملء عالمنا متعدد الألوان بالصور.

من الواضح أن رؤيتنا الرائعة لها عدد من القيود. لا يمكننا رؤية موجات الراديو المنبعثة من أجهزتنا الإلكترونية ، ولا يمكننا رؤية البكتيريا تحت أنوفنا. ولكن مع التقدم في الفيزياء والبيولوجيا ، يمكننا تحديد القيود الأساسية للرؤية الطبيعية. يقول مايكل لاندي ، أستاذ علم الأعصاب في جامعة نيويورك: "كل ما يمكنك تمييزه له عتبة ، أدنى مستوى أعلى وأدنى لا يمكنك رؤيته".

لنبدأ بالنظر إلى هذه العتبات البصرية من خلال - العفو عن التورية - ما يربطه الكثيرون بالرؤية في المقام الأول: اللون.

لماذا نرى اللون الأرجواني بدلاً من البني يعتمد على الطاقة ، أو الطول الموجي ، للفوتونات التي تضرب شبكية العين ، الموجودة في الجزء الخلفي من مقل أعيننا. هناك نوعان من المستقبلات الضوئية ، العصي والمخاريط. المخاريط مسؤولة عن اللون ، وتسمح لنا القضبان برؤية ظلال من اللون الرمادي في ظروف الإضاءة المنخفضة مثل الليل. تمتص جزيئات Opsins ، أو جزيئات الصباغ ، في خلايا شبكية العين الطاقة الكهرومغناطيسية للفوتونات الساقطة ، مما يؤدي إلى توليد نبضة كهربائية. تنتقل هذه الإشارة عبر العصب البصري إلى الدماغ ، حيث يولد الإدراك الواعي للألوان والصور.

لدينا ثلاثة أنواع من المخاريط والأوبسين المقابلة ، كل منها حساس للفوتونات ذات الطول الموجي المعين. يتم تحديد هذه الأقماع بواسطة الأحرف S و M و L (موجات قصيرة ومتوسطة وطويلة ، على التوالي). نحن ندرك أن الموجات القصيرة هي الأزرق والموجات الطويلة كالأحمر. تتحول الأطوال الموجية بينها وبين مجموعاتها إلى قوس قزح كامل. يقول لاندي: "كل الضوء الذي نراه ، بخلاف المصطنع باستخدام مناشير أو أجهزة ذكية مثل الليزر ، هو مزيج من أطوال موجية مختلفة".

من بين جميع الأطوال الموجية الممكنة للفوتون ، تعرض المخاريط نطاقًا صغيرًا يتراوح بين 380 و 720 نانومترًا - ما نسميه الطيف المرئي. خارج نطاق إدراكنا ، يوجد طيف الأشعة تحت الحمراء والراديوي ، هذا الأخير له طول موجي يتراوح من ملليمتر إلى كيلومتر في الطول.

فوق طيفنا المرئي ، عند طاقات أعلى وأطوال موجية أقصر ، نجد الطيف فوق البنفسجي ، ثم الأشعة السينية ، وفي الجزء العلوي ، طيف أشعة جاما ، التي تصل أطوالها الموجية إلى تريليون من المتر.

على الرغم من أن معظمنا يقتصر على الطيف المرئي ، إلا أن الأشخاص الذين يعانون من انعدام العدسة (عدم وجود عدسة) يمكنهم الرؤية في الطيف فوق البنفسجي. يتم إنشاء Aphakia ، كقاعدة عامة ، نتيجة للإزالة الجراحية لإعتام عدسة العين أو العيوب الخلقية. عادةً ما تحجب العدسة الأشعة فوق البنفسجية ، لذلك بدونها ، يمكن للناس أن يروا خارج الطيف المرئي ويلاحظون أطوال موجية تصل إلى 300 نانومتر في صبغة زرقاء.

أظهرت دراسة أجريت عام 2014 أنه ، نسبيًا ، يمكننا جميعًا رؤية فوتونات الأشعة تحت الحمراء. إذا اصطدم فوتونان من فوتونات الأشعة تحت الحمراء بطريق الخطأ بخلية شبكية في وقت واحد تقريبًا ، يتم دمج طاقتهما ، مما يؤدي إلى تحويل الطول الموجي من غير مرئي (على سبيل المثال 1000 نانومتر) إلى 500 نانومتر مرئية (بارد اللون الاخضربالنسبة لمعظم العيون).

تحتوي العين البشرية السليمة على ثلاثة أنواع من المخاريط ، يمكن لكل منها أن يميز حوالي 100 لون مختلف من الألوان ، لذلك يتفق معظم الباحثين على أن أعيننا في المجموع يمكن أن تميز حوالي مليون لون. ومع ذلك ، فإن إدراك اللون هو قدرة ذاتية تختلف من شخص لآخر ، لذلك من الصعب تحديد الأرقام الدقيقة.

يقول كيمبرلي جاميسون ، مساعد باحث في جامعة كاليفورنيا ، إيرفين: "من الصعب جدًا وضع ذلك في أرقام". "ما يراه شخص ما يمكن أن يكون فقط جزءًا صغيرًا من الألوان التي يراها شخص آخر."

يعرف جيمسون ما يتحدث عنه لأنه يعمل مع "رباعي الألوان" - أشخاص يتمتعون برؤية "خارقة". هؤلاء الأفراد النادرون ، ومعظمهم من النساء ، لديهم طفرة جينية تمنحهم مخاريط رابعة إضافية. بشكل تقريبي ، بفضل المجموعة الرابعة من المخاريط ، يمكن لرباعي الألوان رؤية 100 مليون لون. (الأشخاص المصابون بعمى الألوان ، ثنائي اللون ، لديهم نوعان فقط من المخاريط ويمكنهم رؤية حوالي 10000 لون).

كم عدد الفوتونات التي نحتاج أن نراها كحد أدنى؟

لكي تعمل رؤية الألوان ، تحتاج المخاريط عمومًا إلى إضاءة أكثر بكثير من نظيراتها من القضبان. لذلك ، في ظروف الإضاءة المنخفضة ، "يتلاشى" اللون ، حيث تظهر القضبان أحادية اللون في المقدمة.

في ظروف المختبر المثالية وفي مواقع الشبكية حيث تكون القضبان غائبة إلى حد كبير ، لا يمكن تنشيط المخاريط إلا بواسطة حفنة من الفوتونات. ومع ذلك ، تعمل العصا بشكل أفضل في ظروف الإضاءة المحيطة. أظهرت التجارب في الأربعينيات أن كمًا واحدًا من الضوء يكفي لجذب انتباهنا. يقول بريان واندل ، أستاذ علم النفس والهندسة الكهربائية بجامعة ستانفورد: "يمكن للناس أن يستجيبوا لفوتون واحد". "لا فائدة من أن تكون أكثر حساسية".

في عام 1941 ، وضع باحثون في جامعة كولومبيا الناس في غرفة مظلمة وتركوا أعينهم تتكيف. استغرق الأمر بضع دقائق للوصول إلى الحساسية الكاملة - وهذا هو السبب في أننا نعاني من مشاكل في الرؤية عندما تنطفئ الأضواء فجأة.

ثم أضاء العلماء ضوءًا أزرق مخضرًا أمام وجوه الأشخاص. عند مستوى أعلى من العشوائية الإحصائية ، تمكن المشاركون من التقاط الضوء عندما وصلت أول 54 فوتونًا إلى أعينهم.

بعد تعويض فقدان الفوتونات من خلال امتصاصها من قبل مكونات أخرى للعين ، وجد العلماء أن خمسة فوتونات بالفعل تنشط خمسة قضبان منفصلة ، مما يمنح المشاركين إحساسًا بالضوء.

ما هو حد الأبعد والأبعد الذي يمكننا رؤيته؟

قد تفاجئك هذه الحقيقة: لا توجد قيود داخلية على أصغر أو أبعد شيء يمكننا رؤيته. طالما أن الأجسام من أي حجم ، وعلى أي مسافة ، تنقل الفوتونات إلى خلايا شبكية العين ، يمكننا رؤيتها.

يقول لاندي: "كل ما تهتم به العين هو كمية الضوء التي تلامس العين". - العدد الإجمالي للفوتونات. يمكنك جعل مصدر الضوء صغيرًا وبعيدًا بشكل يبعث على السخرية ، ولكن إذا أطلق فوتونات قوية ، فسترى ذلك ".

على سبيل المثال ، يُعتقد على نطاق واسع أنه في ليلة مظلمة وصافية ، يمكننا رؤية ضوء الشمعة من مسافة 48 كيلومترًا. من الناحية العملية ، بالطبع ، سوف تستحم أعيننا بالفوتونات ، لذلك تجول الكميات الخفيفة معها مسافات طويلةفقط تضيع في هذه الفوضى. يقول لاندي: "عندما تزيد شدة الخلفية ، تزداد كمية الضوء التي تحتاجها لرؤية شيء ما".

سماء الليل ، بخلفيتها المظلمة المليئة بالنجوم ، هي مثال صارخ على مدى رؤيتنا. النجوم ضخمة. كثير مما نراه في سماء الليل يبلغ قطره ملايين الكيلومترات. ولكن حتى أقرب النجوم تبعد عنا 24 تريليون كيلومتر على الأقل ، وبالتالي فهي صغيرة جدًا بالنسبة لأعيننا بحيث لا يمكن تكوينها. ومع ذلك ، فإننا نراها كنقاط انبعاث قوية للضوء حيث تعبر الفوتونات مسافات كونية وتدخل أعيننا.

تقع جميع النجوم الفردية التي نراها في سماء الليل في مجرتنا - درب التبانة. أبعد شيء يمكننا رؤيته بالعين المجردة هو خارج مجرتنا: إنها مجرة أندروميدا ، التي تقع على بعد 2.5 مليون سنة ضوئية. (على الرغم من كونها مثيرة للجدل ، إلا أن بعض الأفراد يدعون أنهم قادرون على رؤية مجرة Triangulum في سماء ليلية شديدة الظلام ، وتبعد ثلاثة ملايين سنة ضوئية ، ما عليك سوى أن تأخذ كلامهم من أجلها).

يتحول تريليون نجم في مجرة المرأة المسلسلة ، بالنظر إلى المسافة التي تفصلها ، إلى بقعة متوهجة غامضة من السماء. ومع ذلك ، فإن أبعادها هائلة. من حيث الحجم الظاهر ، حتى على بعد كوينتيليون كيلومتر منا ، هذه المجرة أكبر ستة أضعاف من اكتمال القمر. ومع ذلك ، فإن القليل من الفوتونات تصل إلى أعيننا لدرجة أن هذا الوحش السماوي يكاد يكون غير مرئي.

ما مدى حدة نظرك؟

لماذا لا يمكننا التمييز بين النجوم الفردية في مجرة المرأة المسلسلة؟ حدود الدقة البصرية ، أو حدة البصر لدينا ، تفرض حدودًا. حدة البصر هي القدرة على تمييز التفاصيل مثل النقاط أو الخطوط بشكل منفصل عن بعضها البعض بحيث لا يتم دمجها معًا. وبالتالي ، يمكننا أن نفكر في حدود الرؤية على أنها عدد "النقاط" التي يمكننا تمييزها.

يتم تعيين حدود حدة البصر من خلال عدة عوامل ، مثل المسافة بين المخاريط والقضبان المكدسة في شبكية العين. من المهم أيضًا أن تكون بصريات مقلة العين نفسها ، والتي ، كما قلنا بالفعل ، تمنع تغلغل جميع الفوتونات الممكنة في الخلايا الحساسة للضوء.

من الناحية النظرية ، أظهر البحث أن أفضل ما يمكننا رؤيته هو حوالي 120 بكسل لكل درجة من القوس ، وهي وحدة قياس الزاوية. يمكنك التفكير في الأمر على أنه لوح شطرنج أبيض وأسود مقاس 60 × 60 يلائم مسمار يد ممدودة. يقول لاندي: "هذا هو أوضح نمط يمكنك رؤيته".

يسترشد اختبار العين ، مثل الرسم البياني ذي الأحرف الصغيرة ، بنفس المبادئ. تفسر نفس حدود الحدة سبب عدم قدرتنا على التمييز والتركيز على خلية بيولوجية واحدة مملة يبلغ عرضها بضعة ميكرومتر.

لكن لا تشطب نفسك. مليون لون ، فوتون واحد ، عوالم مجرية على بعد كيلومترات - ليس بالأمر السيئ بالنسبة لفقاعة من الهلام في تجاويف أعيننا ، متصلة بإسفنجة تزن 1.4 كيلوغرام في جماجمنا.

أظهرت دراسة أجريت عام 2014 أنه ، نسبيًا ، يمكننا جميعًا رؤية فوتونات الأشعة تحت الحمراء. إذا اصطدم فوتونان من فوتونات الأشعة تحت الحمراء بطريق الخطأ بخلية شبكية في وقت واحد تقريبًا ، فإن طاقتهما تتحد ، مما يؤدي إلى تحويل الطول الموجي من غير مرئي (مثل 1000 نانومتر) إلى 500 نانومتر مرئية (أخضر بارد لمعظم العيون).

يقول كيمبرلي جاميسون ، مساعد باحث في جامعة كاليفورنيا ، إيرفين: "من الصعب جدًا وضع ذلك في أرقام". "ما يراه شخص ما يمكن أن يكون فقط جزءًا صغيرًا من الألوان التي يراها شخص آخر."

كم عدد الفوتونات التي نحتاج أن نراها كحد أدنى؟

ما هو حد الأبعد والأبعد الذي يمكننا رؤيته؟

يقول لاندي: "كل ما تهتم به العين هو كمية الضوء التي تلامس العين". - العدد الإجمالي للفوتونات. يمكنك جعل مصدر الضوء صغيرًا وبعيدًا بشكل يبعث على السخرية ، ولكن إذا أطلق فوتونات قوية ، فسترى ذلك ".

على سبيل المثال ، يُعتقد على نطاق واسع أنه في ليلة مظلمة وصافية ، يمكننا رؤية ضوء الشمعة من مسافة 48 كيلومترًا. من الناحية العملية ، بالطبع ، سوف تستحم أعيننا في الفوتونات ، لذا فإن الكميات الضوئية المتجولة من مسافات بعيدة ستضيع ببساطة في هذا الخليط. يقول لاندي: "عندما تزيد شدة الخلفية ، تزداد كمية الضوء التي تحتاجها لرؤية شيء ما".

كل النجوم الفردية التي نراها في سماء الليل موجودة في مجرتنا -. أبعد شيء يمكننا رؤيته بالعين المجردة هو خارج مجرتنا: إنها مجرة أندروميدا ، التي تقع على بعد 2.5 مليون سنة ضوئية. (على الرغم من كونها مثيرة للجدل ، إلا أن بعض الأفراد يدعون أنهم قادرون على رؤية مجرة Triangulum في سماء ليلية مظلمة للغاية ، وتبعد ثلاثة ملايين سنة ضوئية ، ما عليك سوى أن تأخذ كلمتهم من أجلها).