Οι εκπληκτικές ικανότητες του ανθρώπινου ματιού: κοσμική όραση και αόρατες ακτίνες. Οπτική οξύτητα

10.08.2020

Το όραμα είναι το κανάλι μέσω του οποίου ένα άτομο λαμβάνει περίπου το 70% όλων των δεδομένων για τον κόσμο που τον περιβάλλει. Και αυτό είναι δυνατό μόνο για τον λόγο ότι η ανθρώπινη όραση είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα και εκπληκτικά οπτικά συστήματα στον πλανήτη μας. Αν δεν υπήρχε θέαμα, όλοι πιθανότατα θα ζούσαμε στο σκοτάδι.

Το ανθρώπινο μάτι έχει τέλεια δομή και παρέχει όραση όχι μόνο στο χρώμα, αλλά και σε τρεις διαστάσεις και με την υψηλότερη ευκρίνεια. Έχει τη δυνατότητα να αλλάζει άμεσα την εστίαση σε διάφορες αποστάσεις, να ρυθμίζει την ένταση του εισερχόμενου φωτός, να διακρίνει έναν τεράστιο αριθμό χρωμάτων και ακόμη περισσότερες αποχρώσεις, να διορθώνει σφαιρικές και χρωματικές εκτροπές κ.λπ. Έξι επίπεδα του αμφιβληστροειδούς συνδέονται με τον εγκέφαλο του ματιού, στο οποίο, ακόμη και πριν αποσταλούν οι πληροφορίες στον εγκέφαλο, τα δεδομένα περνούν από ένα στάδιο συμπίεσης.

Πώς λειτουργεί όμως το όραμά μας μαζί σας; Πώς, ενισχύοντας το χρώμα που αντανακλάται από αντικείμενα, το μετατρέπουμε σε εικόνα; Αν το σκεφτείτε σοβαρά, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η δομή του ανθρώπινου οπτικού συστήματος μέχρι την παραμικρή λεπτομέρεια "μελετάται" από τη Φύση που το δημιούργησε. Αν προτιμάτε να πιστεύετε ότι ο Δημιουργός ή κάποια Ανώτερη Δύναμη είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία του ανθρώπου, τότε μπορείτε να τους αποδώσετε αυτήν την αξία. Ας μην καταλάβουμε, αλλά συνεχίσουμε να μιλάμε για τη συσκευή της όρασης.

Ένας τεράστιος όγκος λεπτομερειών

Η δομή του ματιού και η φυσιολογία του μπορεί να ονομαστεί πραγματικά ιδανική. Σκεφτείτε μόνοι σας: και τα δύο μάτια βρίσκονται στις οστικές κοιλότητες του κρανίου, τα οποία τα προστατεύουν από κάθε είδους βλάβη, αλλά προεξέχουν από αυτά ακριβώς έτσι ώστε να παρέχεται η ευρύτερη δυνατή οριζόντια όψη.

Η απόσταση που έχουν τα μάτια το ένα από το άλλο παρέχει χωρικό βάθος. Και οι ίδιες οι βολβές των ματιών, όπως είναι γνωστό με βεβαιότητα, έχουν σφαιρικό σχήμα, λόγω του οποίου είναι σε θέση να περιστρέφονται προς τέσσερις κατευθύνσεις: αριστερά, δεξιά, πάνω και κάτω. Αλλά ο καθένας από εμάς τα θεωρεί όλα αυτά δεδομένα - λίγοι άνθρωποι σκέφτονται πώς θα ήταν αν τα μάτια μας ήταν τετράγωνα ή τριγωνικά ή η κίνηση τους ήταν χαοτική - αυτό θα έκανε την όραση περιορισμένη, μπερδεμένη και αναποτελεσματική.

Έτσι, η δομή του ματιού είναι εξαιρετικά δύσκολη, αλλά αυτό ακριβώς κάνει. πιθανή εργασίαπερίπου τέσσερις δωδεκάδες από τα διάφορα συστατικά του. Και ακόμη και αν δεν υπήρχε ούτε ένα από αυτά τα στοιχεία, η διαδικασία της όρασης θα έπαυε να πραγματοποιείται με τον τρόπο που θα έπρεπε να πραγματοποιηθεί.

Για να δείτε πόσο περίπλοκο είναι το μάτι, σας προτείνουμε να στρέψετε την προσοχή σας στην παρακάτω εικόνα.

Ας μιλήσουμε για το πώς εφαρμόζεται στην πράξη η διαδικασία της οπτικής αντίληψης, ποια στοιχεία του οπτικού συστήματος εμπλέκονται σε αυτό και για τι ευθύνεται το καθένα από αυτά.

Φως που περνά

Καθώς το φως πλησιάζει στο μάτι, οι ακτίνες φωτός συγκρούονται με τον κερατοειδή (αλλιώς ονομάζεται κερατοειδής). Η διαφάνεια του κερατοειδούς επιτρέπει στο φως να περάσει μέσα από αυτό στην εσωτερική επιφάνεια του ματιού. Η διαφάνεια, παρεμπιπτόντως, είναι ουσιαστικό χαρακτηριστικόκερατοειδούς και παραμένει διαφανής λόγω του γεγονότος ότι μια ειδική πρωτεΐνη που περιέχει εμποδίζει την ανάπτυξη των αιμοφόρων αγγείων - μια διαδικασία που συμβαίνει σχεδόν σε κάθε ιστό του ανθρώπινου σώματος. Σε περίπτωση που ο κερατοειδής δεν ήταν διαφανής, τα υπόλοιπα στοιχεία του οπτικού συστήματος δεν θα είχαν καμία αξία.

Μεταξύ άλλων, ο κερατοειδής αποτρέπει εσωτερικές κοιλότητεςμάτια για σκουπίδια, σκόνη και τυχόν χημικά στοιχεία. Και η καμπυλότητα του κερατοειδούς του επιτρέπει να διαθλά το φως και να βοηθά τον φακό να εστιάζει τις ακτίνες του φωτός στον αμφιβληστροειδή.

Αφού το φως περάσει από τον κερατοειδή χιτώνα, περνά μέσα από μια μικρή τρύπα που βρίσκεται στη μέση της ίριδας του ματιού. Η ίριδα, από την άλλη πλευρά, είναι ένα κυκλικό διάφραγμα που κάθεται μπροστά από τον φακό ακριβώς πίσω από τον κερατοειδή. Η ίριδα είναι επίσης το στοιχείο που δίνει το χρώμα στα μάτια και το χρώμα εξαρτάται από τη χρωστική που επικρατεί στην ίριδα. Η κεντρική τρύπα στην ίριδα είναι η κόρη που είναι γνωστή στον καθένα από εμάς. Το μέγεθος αυτής της τρύπας μπορεί να ποικίλει για να ελέγξει την ποσότητα φωτός που εισέρχεται στο μάτι.

Το μέγεθος της κόρης θα αλλάξει απευθείας από την ίριδα και αυτό οφείλεται στη μοναδική δομή του, επειδή αποτελείται από δύο διαφορετικούς τύπους μυϊκού ιστού (ακόμη και εδώ υπάρχουν μύες!). Ο πρώτος μυς είναι η κυκλική πίεση - βρίσκεται στην ίριδα με κυκλικό τρόπο. Όταν το φως είναι έντονο, συστέλλεται, με αποτέλεσμα η κόρη να συστέλλεται, σαν να τραβιέται προς τα μέσα από τον μυ. Ο δεύτερος μυς επεκτείνεται - βρίσκεται ακτινικά, δηλ. κατά μήκος της ακτίνας της ίριδας, η οποία μπορεί να συγκριθεί με τις ακτίνες σε έναν τροχό. Στο σκοτεινό φως, αυτός ο δεύτερος μυς συστέλλεται και η ίριδα ανοίγει την κόρη.

Πολλοί άνθρωποι εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν κάποιες δυσκολίες όταν προσπαθούν να εξηγήσουν πώς σχηματίζονται τα προαναφερθέντα στοιχεία του ανθρώπινου οπτικού συστήματος, άλλωστε, σε οποιαδήποτε άλλη ενδιάμεση μορφή, δηλ. σε οποιοδήποτε εξελικτικό στάδιο, απλά δεν θα μπορούσαν να λειτουργήσουν, αλλά ένα άτομο βλέπει από την αρχή της ύπαρξής του. Μυστήριο…

Εστίαση

Παρακάμπτοντας τα παραπάνω στάδια, το φως αρχίζει να περνά μέσα από τον φακό που βρίσκεται πίσω από την ίριδα. Ο φακός είναι ένα οπτικό στοιχείο σε σχήμα κυρτής επιμήκους σφαίρας. Ο φακός είναι απολύτως ομαλός και διαφανής, δεν υπάρχουν αιμοφόρα αγγεία σε αυτόν και ο ίδιος βρίσκεται σε έναν ελαστικό σάκο.

Περνώντας μέσα από το φακό, το φως διαθλάται, μετά το οποίο εστιάζεται στον τρύπα του αμφιβληστροειδούς - το πιο ευαίσθητο μέρος που περιέχει τον μέγιστο αριθμό φωτοϋποδοχέων.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η μοναδική δομή και σύνθεση παρέχει στον κερατοειδή και τον φακό υψηλή διαθλαστική ισχύ, εγγυώντας ένα μικρό εστιακό μήκος. Και πόσο εκπληκτικό είναι ότι ένα τόσο πολύπλοκο σύστημα χωράει μόνο σε έναν βολβό των ματιών (σκεφτείτε πώς θα φαινόταν ένα άτομο εάν, για παράδειγμα, ένας μετρητής απαιτούσε να εστιάσει τις ακτίνες φωτός που προέρχονται από αντικείμενα!).

Δεν είναι λιγότερο ενδιαφέρον ότι η συνδυασμένη διαθλαστική δύναμη αυτών των δύο στοιχείων (κερατοειδής και φακός) είναι σε εξαιρετική συσχέτιση με το βολβό του ματιού, και αυτό μπορεί να ονομαστεί με ασφάλεια μια ακόμη απόδειξη ότι το οπτικό σύστημα δημιουργείται απλά αξεπέραστο, επειδή η διαδικασία εστίασης είναι πολύ περίπλοκη για να μιλήσουμε ως κάτι που συνέβη μόνο μέσω σταδιακών μεταλλάξεων - εξελικτικών σταδίων.

Εάν μιλάμε για αντικείμενα που βρίσκονται κοντά στο μάτι (κατά κανόνα, απόσταση μικρότερη από 6 μέτρα θεωρείται κοντά), τότε είναι ακόμα πιο ενδιαφέρον εδώ, γιατί σε αυτή την κατάσταση η διάθλαση των ακτίνων φωτός αποδεικνύεται ομοιόμορφη ισχυρότερη. Αυτό παρέχεται από την αύξηση της καμπυλότητας του φακού. Ο φακός συνδέεται μέσω των ακτινωτών ζωνών με τον ακτινωτό μυ, ο οποίος, συστέλλοντας, επιτρέπει στον φακό να πάρει ένα πιο κυρτό σχήμα, αυξάνοντας έτσι τη διαθλαστική του δύναμη.

Και εδώ είναι αδύνατο να μην αναφέρουμε την πιο περίπλοκη δομή του φακού: τα πολλά νήματά του, τα οποία αποτελούνται από κύτταρα που συνδέονται μεταξύ τους και οι λεπτές ζώνες το συνδέουν με το ακτινωτό σώμα, αποτελούνται από αυτόν. Η εστίαση πραγματοποιείται υπό τον έλεγχο του εγκεφάλου εξαιρετικά γρήγορα και σε πλήρη "αυτόματο" - είναι αδύνατο να πραγματοποιηθεί μια τέτοια διαδικασία συνειδητά για ένα άτομο.

Η έννοια του "φωτογραφικού φιλμ"

Η εστίαση έχει ως αποτέλεσμα την εστίαση της εικόνας στον αμφιβληστροειδή, ο οποίος είναι ένας πολυστρωματικός ιστός ευαίσθητος στο φως που καλύπτει την πλάτη βολβός του ματιού... Ο αμφιβληστροειδής περιέχει περίπου 137 εκατομμύρια φωτοϋποδοχείς (για σύγκριση, μπορούν να αναφερθούν σύγχρονες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, στις οποίες δεν υπάρχουν περισσότερα από 10 εκατομμύρια τέτοια στοιχεία αισθητήρα). Ένας τόσο τεράστιος αριθμός φωτοϋποδοχέων οφείλεται στο γεγονός ότι βρίσκονται εξαιρετικά σφιχτά - περίπου 400.000 ανά 1 mm².

Εδώ δεν θα είναι περιττό να παραθέσω τα λόγια του μικροβιολόγου Alan L. Gillen, ο οποίος μιλά στο βιβλίο του "The Body by Design" για τον αμφιβληστροειδή ως αριστούργημα του σχεδιασμού μηχανικής. Πιστεύει ότι ο αμφιβληστροειδής είναι το πιο εκπληκτικό στοιχείο του ματιού, συγκρίσιμο με τη φωτογραφική ταινία. Ο ευαίσθητος στο φως αμφιβληστροειδής, που βρίσκεται στο πίσω μέρος του βολβού του ματιού, είναι πολύ λεπτότερος από το σελοφάν (το πάχος του δεν υπερβαίνει τα 0,2 mm) και είναι πολύ πιο ευαίσθητος από οποιοδήποτε ανθρώπινο φωτογραφικό φιλμ. Τα κύτταρα αυτού του μοναδικού στρώματος είναι ικανά να επεξεργαστούν έως και 10 δισεκατομμύρια φωτόνια, ενώ η πιο ευαίσθητη κάμερα μπορεί να επεξεργαστεί μόνο μερικές χιλιάδες. Αλλά ακόμη πιο εκπληκτικό είναι ότι το ανθρώπινο μάτι μπορεί να πάρει μερικά φωτόνια ακόμη και στο σκοτάδι.

Συνολικά, ο αμφιβληστροειδής αποτελείται από 10 στρώματα κυττάρων φωτοϋποδοχέων, 6 από τα οποία είναι στρώματα ευαίσθητων στο φως κυττάρων. Οι 2 τύποι φωτοϋποδοχέων έχουν ιδιαίτερο σχήμα, γι ’αυτό και ονομάζονται κώνοι και ράβδοι. Οι ράβδοι είναι εξαιρετικά ευαίσθητες στο φως και παρέχουν ασπρόμαυρη αντίληψη και νυχτερινή όραση στο μάτι. Οι κώνοι, με τη σειρά τους, δεν είναι τόσο ευαίσθητοι στο φως, αλλά είναι σε θέση να διακρίνουν χρώματα - η βέλτιστη απόδοση των κώνων σημειώνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Χάρη στο έργο των φωτοϋποδοχέων, οι ακτίνες φωτός μετατρέπονται σε σύμπλεγμα ηλεκτρικών παλμών και αποστέλλονται στον εγκέφαλο με απίστευτα υψηλή ταχύτητα, και οι ίδιες αυτές οι παρορμήσεις ξεπερνούν πάνω από ένα εκατομμύριο νευρικές ίνες σε κλάσμα του δευτερολέπτου.

Η επικοινωνία των κυττάρων φωτοϋποδοχέων στον αμφιβληστροειδή είναι πολύ περίπλοκη. Οι κώνοι και οι ράβδοι δεν συνδέονται άμεσα με τον εγκέφαλο. Έχοντας λάβει το σήμα, το ανακατευθύνουν σε διπολικά κύτταρα και ανακατευθύνουν τα σήματα που έχουν ήδη υποστεί επεξεργασία σε γαγγλιακά κύτταρα, περισσότερα από ένα εκατομμύριο νευράξονες (νευρίτες μέσω των οποίων μεταδίδονται νευρικές ώσεις) από τους οποίους αποτελούν ένα μόνο οπτικό νεύρομέσω των οποίων τα δεδομένα πηγαίνουν στον εγκέφαλο.

Δύο στρώματα ενδιάμεσων νευρώνων, πριν σταλούν οπτικά δεδομένα στον εγκέφαλο, διευκολύνουν την παράλληλη επεξεργασία αυτών των πληροφοριών κατά έξι επίπεδα αντίληψης που βρίσκονται στον αμφιβληστροειδή. Αυτό είναι απαραίτητο για να αναγνωριστούν οι εικόνες το συντομότερο δυνατό.

Αντίληψη του εγκεφάλου

Αφού οι επεξεργασμένες οπτικές πληροφορίες εισέλθουν στον εγκέφαλο, αρχίζει να τις ταξινομεί, να τις επεξεργάζεται και να τις αναλύει και επίσης σχηματίζει μια ολόκληρη εικόνα από τα μεμονωμένα δεδομένα. Φυσικά, πολλά ακόμη είναι άγνωστα για τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου, αλλά ακόμη και αυτό που μπορεί να προσφέρει ο επιστημονικός κόσμος σήμερα είναι αρκετά για να εκπλαγείτε.

Με τη βοήθεια δύο ματιών, σχηματίζονται δύο "εικόνες" του κόσμου που περιβάλλει ένα άτομο - μία για κάθε αμφιβληστροειδή. Και οι δύο "εικόνες" μεταδίδονται στον εγκέφαλο και στην πραγματικότητα ένα άτομο βλέπει δύο εικόνες ταυτόχρονα. Αλλά πως?

Και το θέμα είναι αυτό: το σημείο του αμφιβληστροειδούς του ενός ματιού αντιστοιχεί ακριβώς στο σημείο του αμφιβληστροειδούς του άλλου, και αυτό υποδηλώνει ότι και οι δύο εικόνες, που εισέρχονται στον εγκέφαλο, μπορούν να τοποθετηθούν η μία πάνω στην άλλη και να συνδυαστούν μαζί για να αποκτήσουν ένα μόνο εικόνα. Οι πληροφορίες που λαμβάνουν οι φωτοϋποδοχείς καθενός από τα μάτια συγκλίνουν στον οπτικό φλοιό του εγκεφάλου, όπου εμφανίζεται μια μεμονωμένη εικόνα.

Λόγω του γεγονότος ότι τα δύο μάτια μπορούν να έχουν διαφορετικές προβολές, μπορούν να παρατηρηθούν ορισμένες ασυνέπειες, αλλά ο εγκέφαλος συγκρίνει και συνδέει τις εικόνες με τέτοιο τρόπο ώστε το άτομο να μην αισθάνεται ασυνέπειες. Επιπλέον, αυτές οι αποκλίσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποκτήσουν μια αίσθηση χωρικού βάθους.

Όπως γνωρίζετε, λόγω της διάθλασης του φωτός, οι οπτικές εικόνες που εισέρχονται στον εγκέφαλο είναι αρχικά πολύ μικρές και ανεστραμμένες, αλλά "στην έξοδο" παίρνουμε την εικόνα που έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε.

Επιπλέον, στον αμφιβληστροειδή, η εικόνα διαιρείται στα δύο από τον εγκέφαλο κατακόρυφα - μέσω μιας γραμμής που διέρχεται από τον τρύπα του αμφιβληστροειδούς. Οι αριστερές πλευρές των εικόνων που έχουν ληφθεί και με τα δύο μάτια ανακατευθύνονται προς τα και οι δεξιές ανακατευθύνονται προς τα αριστερά. Έτσι, κάθε ένα από τα ημισφαίρια του ατόμου που κοιτάζει λαμβάνει δεδομένα μόνο από ένα μέρος αυτού που βλέπει. Και πάλι - "στην έξοδο" παίρνουμε μια σταθερή εικόνα χωρίς ίχνος σύνδεσης.

Ο διαχωρισμός εικόνας και τα πολύπλοκα οπτικά μονοπάτια κάνουν τον εγκέφαλο να βλέπει ξεχωριστά κάθε ημισφαίριο του χρησιμοποιώντας κάθε ένα από τα μάτια. Αυτό σας επιτρέπει να επιταχύνετε την επεξεργασία της ροής των εισερχόμενων πληροφοριών και επίσης παρέχει όραση με το ένα μάτι, αν ξαφνικά ένα άτομο για κάποιο λόγο σταματήσει να βλέπει το άλλο.

Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ο εγκέφαλος κατά τη διαδικασία επεξεργασίας οπτικών πληροφοριών αφαιρεί «τυφλά» σημεία, παραμορφώσεις λόγω μικροκινημάτων των ματιών, αναβοσβήνει, γωνία όρασης κ.λπ., προσφέροντας στον ιδιοκτήτη του μια επαρκή ολοκληρωμένη εικόνα του παρατηρούμενου.

Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο του οπτικού συστήματος είναι. Δεν υπάρχει τρόπος να υποτιμήσουμε τη σημασία αυτού του ερωτήματος, αφού για να μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε σωστά την όραση, πρέπει να μπορούμε να γυρίσουμε τα μάτια μας, να τα σηκώσουμε, να τα χαμηλώσουμε, με λίγα λόγια, να κινήσουμε τα μάτια μας.

Συνολικά, διακρίνονται 6 εξωτερικοί μύες, οι οποίοι συνδέονται με την εξωτερική επιφάνεια του βολβού του ματιού. Αυτοί οι μύες περιλαμβάνουν 4 ευθείες (κάτω, άνω, πλάγια και μεσαία) και 2 πλάγιες (κάτω και άνω).

Τη στιγμή που οποιοσδήποτε από τους μύες συστέλλεται, ο μυς που βρίσκεται απέναντί του χαλαρώνει - αυτό εξασφαλίζει ομοιόμορφη κίνηση των ματιών (αλλιώς όλες οι κινήσεις των ματιών θα πραγματοποιούνταν σε τράνταγμα).

Γυρίζοντας δύο μάτια αλλάζει αυτόματα η κίνηση και των 12 μυών (6 μυς για κάθε μάτι). Και είναι αξιοσημείωτο ότι αυτή η διαδικασία είναι συνεχής και πολύ καλά συντονισμένη.

Σύμφωνα με τον διάσημο οφθαλμίατρο Peter Janey, ο έλεγχος και ο συντονισμός της σύνδεσης οργάνων και ιστών με το κεντρικό νευρικό σύστημαμέσω των νεύρων (αυτό ονομάζεται νεύρωση) και των 12 μυών των ματιών είναι μία από τις πολύ σύνθετες διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στον εγκέφαλο. Αν προσθέσουμε σε αυτό την ακρίβεια της ανακατεύθυνσης του βλέμματος, την ομαλότητα και την ομαλότητα των κινήσεων, την ταχύτητα με την οποία το μάτι μπορεί να περιστρέφεται (και προσθέτει έως και 700 ° ανά δευτερόλεπτο) και τα συνδυάζουμε όλα αυτά, θα έχουμε στην πραγματικότητα ένα εκπληκτικό όσον αφορά την απόδοση κινητό σύστημα ματιών. Και το γεγονός ότι ένα άτομο έχει δύο μάτια το καθιστά ακόμη πιο δύσκολο - με τη σύγχρονη κίνηση των ματιών, η ίδια μυϊκή νεύρωση είναι απαραίτητη.

Οι μύες που περιστρέφουν τα μάτια διαφέρουν από τους μυς του σκελετού. αποτελούνται από πολλές διαφορετικές ίνες και ελέγχονται από έναν ακόμη μεγαλύτερο αριθμό νευρώνων, διαφορετικά η ακρίβεια των κινήσεων θα ήταν αδύνατη. Αυτοί οι μύες μπορούν να ονομαστούν μοναδικοί επίσης επειδή είναι σε θέση να συστέλλονται γρήγορα και πρακτικά δεν κουράζονται.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι το μάτι είναι ένα από τα πιο σημαντικά όργανα του ανθρώπινου σώματος, χρειάζεται συνεχή φροντίδα. Αυτό είναι ακριβώς αυτό που προβλέπεται, αν μπορώ να το ονομάσω έτσι, "ένα ολοκληρωμένο σύστημα καθαρισμού", το οποίο αποτελείται από φρύδια, βλέφαρα, βλεφαρίδες και δακρυϊκούς αδένες.

Με τη βοήθεια των δακρυϊκών αδένων, παράγεται τακτικά ένα κολλώδες υγρό, το οποίο κινείται με αργή ταχύτητα προς τα κάτω στην εξωτερική επιφάνεια του βολβού του ματιού. Αυτό το υγρό ξεπλένει διάφορα υπολείμματα (σκόνη κ.λπ.) από τον κερατοειδή, μετά τα οποία εισέρχεται στο εσωτερικό δακρυϊκό κανάλι και στη συνέχεια ρέει κάτω από το ρινικό κανάλι, αποβάλλοντας από το σώμα.

Τα δάκρυα περιέχουν έναν πολύ ισχυρό αντιβακτηριακό παράγοντα που καταστρέφει ιούς και βακτήρια. Τα βλέφαρα λειτουργούν ως υαλοκαθαριστήρες - καθαρίζουν και ενυδατώνουν τα μάτια μέσω ακούσιου βλεφαρίσματος σε διαστήματα 10-15 δευτερολέπτων. Μαζί με τα βλέφαρα, οι βλεφαρίδες λειτουργούν επίσης, εμποδίζοντας τυχόν συντρίμμια, βρωμιά, μικρόβια κ.λπ. να εισέλθουν στο μάτι.

Εάν τα βλέφαρα δεν εκτελούσαν τη λειτουργία τους, τα μάτια του ατόμου θα στεγνώσουν σταδιακά και θα καλυφθούν με ουλές. Εάν δεν υπήρχε δακρυϊκός αγωγός, τα μάτια θα ήταν συνεχώς γεμάτα με δακρυϊκό υγρό. Εάν το άτομο δεν αναβοσβήνει, τα συντρίμμια θα έπεφταν στα μάτια του και θα μπορούσε ακόμη και να τυφλωθεί. Ολόκληρο το "σύστημα καθαρισμού" πρέπει να περιλαμβάνει το έργο όλων των στοιχείων χωρίς εξαίρεση, διαφορετικά θα απλώς σταματούσε να λειτουργεί.

Τα μάτια ως δείκτης της κατάστασης

Τα ανθρώπινα μάτια είναι ικανά να μεταδώσουν πολλές πληροφορίες κατά τη διαδικασία της αλληλεπίδρασής του με άλλους ανθρώπους και τον κόσμο γύρω του. Τα μάτια μπορούν να εκπέμπουν αγάπη, να καίγονται από θυμό, να αντανακλούν τη χαρά, το φόβο ή το άγχος ή την κούραση. Τα μάτια δείχνουν πού κοιτάζει ένα άτομο, είτε ενδιαφέρεται για κάτι είτε όχι.

Για παράδειγμα, όταν οι άνθρωποι γυρίζουν τα μάτια τους ενώ μιλούν με κάποιον, αυτό μπορεί να θεωρηθεί με εντελώς διαφορετικό τρόπο από το συνηθισμένο ανοδικό βλέμμα. Τα μεγάλα μάτια στα παιδιά προκαλούν απόλαυση και στοργή στους γύρω τους. Και η κατάσταση των μαθητών αντικατοπτρίζει την κατάσταση της συνείδησης στην οποία ένα άτομο βρίσκεται σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Τα μάτια είναι ένας δείκτης ζωής και θανάτου, αν μιλάμε με παγκόσμια έννοια. Πιθανώς για αυτόν τον λόγο ονομάζονται "καθρέφτης" της ψυχής.

Αντί για συμπέρασμα

Σε αυτό το μάθημα, εξετάσαμε τη δομή του ανθρώπινου οπτικού συστήματος. Φυσικά, χάσαμε πολλές λεπτομέρειες (αυτό το θέμα είναι πολύ ογκώδες και είναι προβληματικό να το εντάξουμε στο πλαίσιο ενός μαθήματος), αλλά παρόλα αυτά προσπαθήσαμε να μεταφέρουμε το υλικό έτσι ώστε να έχετε μια σαφή ιδέα για το ΠΩΣ βλέπει το άτομο.

Δεν θα μπορούσατε παρά να παρατηρήσετε ότι τόσο η πολυπλοκότητα όσο και οι δυνατότητες του ματιού επιτρέπουν σε αυτό το όργανο να υπερβεί πολλές φορές ακόμη και το μεγαλύτερο σύγχρονες τεχνολογίεςκαι επιστημονικές εξελίξεις. Το μάτι είναι μια σαφής επίδειξη της πολυπλοκότητας της μηχανικής σε έναν τεράστιο αριθμό αποχρώσεων.

Αλλά η γνώση για τη συσκευή όρασης είναι, φυσικά, καλή και χρήσιμη, αλλά το πιο σημαντικό είναι να γνωρίζουμε πώς μπορεί να αποκατασταθεί η όραση. Το γεγονός είναι ότι ο τρόπος ζωής ενός ατόμου, οι συνθήκες στις οποίες ζει και ορισμένοι άλλοι παράγοντες (άγχος, γενετική, κακές συνήθειες, ασθένειες και πολλά άλλα) - όλα αυτά συχνά συμβάλλουν στο γεγονός ότι με την πάροδο των ετών η όραση μπορεί να επιδεινωθεί, δηλ. μι. το οπτικό σύστημα αρχίζει να δυσλειτουργεί.

Αλλά η επιδείνωση της όρασης στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι μια μη αναστρέψιμη διαδικασία - γνωρίζοντας ορισμένες τεχνικές, αυτή η διαδικασία μπορεί να αντιστραφεί και η όραση, αν όχι η ίδια με αυτή ενός μωρού (αν και μερικές φορές αυτό είναι επίσης δυνατό), τότε όσο το δυνατόν καλύτερα για κάθε άτομο. Επομένως, το επόμενο μάθημα της πορείας μας για την ανάπτυξη της όρασης θα είναι αφιερωμένο στις μεθόδους αποκατάστασης της όρασης.

Κοιτάξτε τη ρίζα!

Δοκιμάστε τις γνώσεις σας

Εάν θέλετε να δοκιμάσετε τις γνώσεις σας για το θέμα αυτού του μαθήματος, μπορείτε να κάνετε ένα σύντομο τεστ που αποτελείται από πολλές ερωτήσεις. Σε κάθε ερώτηση, μόνο 1 επιλογή μπορεί να είναι σωστή. Αφού ορίσετε μία από τις επιλογές, το σύστημα προχωρά αυτόματα στην επόμενη ερώτηση. Τα σημεία που λαμβάνετε επηρεάζονται από την ορθότητα των απαντήσεών σας και τον χρόνο που αφιερώνετε στο πέρασμα. Λάβετε υπόψη ότι οι ερωτήσεις είναι διαφορετικές κάθε φορά και οι επιλογές είναι μικτές.

Θεωρητικά ένα σημείο φωτός από μακρινή πηγή σημείουόταν η εστίαση στον αμφιβληστροειδή πρέπει να είναι απειροελάχιστη. Ωστόσο, δεδομένου ότι το οπτικό σύστημα του ματιού είναι ατελές, ένα τέτοιο σημείο στον αμφιβληστροειδή, ακόμη και στη μέγιστη ανάλυση του οπτικού συστήματος ενός κανονικού ματιού, έχει συνήθως συνολική διάμετρο περίπου 11 μm. Στο κέντρο του σημείου, η φωτεινότητα είναι υψηλότερη και προς τις άκρες του, η φωτεινότητα μειώνεται σταδιακά.

Μέση διάμετρος κώνων στο όρμοο αμφιβληστροειδής (το κεντρικό τμήμα του αμφιβληστροειδούς, όπου η οπτική οξύτητα είναι υψηλότερη) είναι περίπου 1,5 μm, που είναι το 1/7 της διαμέτρου του σημείου φωτός. Ωστόσο, δεδομένου ότι το σημείο του φωτός έχει ένα φωτεινό κεντρικό σημείο και σκιασμένες άκρες, ένα άτομο μπορεί κανονικά να διακρίνει δύο ξεχωριστά σημεία με απόσταση στον αμφιβληστροειδή μεταξύ των κέντρων του περίπου 2 μm, το οποίο είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το πλάτος των κώνων του fovea.

Κανονική οπτική οξύτητατο ανθρώπινο μάτι για τη διάκριση σημειακών πηγών φωτός είναι περίπου 25 δευτερόλεπτα τόξου. Επομένως, όταν οι ακτίνες φωτός από δύο ξεχωριστά σημεία φτάνουν στο μάτι σε γωνία 25 δευτερολέπτων μεταξύ τους, συνήθως αναγνωρίζονται ως δύο σημεία αντί για ένα. Αυτό σημαίνει ότι ένα άτομο με φυσιολογική οπτική οξύτητα, κοιτάζοντας δύο πηγές φωτός φωτεινού σημείου από απόσταση 10 m, μπορεί να διακρίνει αυτές τις πηγές ως ξεχωριστά αντικείμενα μόνο εάν βρίσκονται σε απόσταση 1,5-2 mm το ένα από το άλλο.

Με τη διάμετρο του βόθρουλιγότερο από 500 μικρά λιγότερο από 2 ° του οπτικού πεδίου πέφτουν στην περιοχή του αμφιβληστροειδούς με τη μέγιστη οπτική οξύτητα. Έξω από την περιοχή του κεντρικού βόθρου, η οπτική οξύτητα εξασθενεί σταδιακά, μειώνοντας περισσότερο από 10 φορές όταν φτάσετε στην περιφέρεια. Αυτό συμβαίνει επειδή στα περιφερειακά τμήματα του αμφιβληστροειδούς, με απόσταση από τον όρμο, ένας αυξανόμενος αριθμός ράβδων και κώνων συνδέονται με κάθε ίνα του οπτικού νεύρου.

Κλινική μέθοδος για τον προσδιορισμό της οπτικής οξύτητας... Η κάρτα δοκιμής ματιών αποτελείται συνήθως από γράμματα διαφόρων μεγεθών τοποθετημένα περίπου 6 μέτρα (20 πόδια) από το άτομο που δοκιμάζεται. Εάν ένα άτομο από αυτήν την απόσταση βλέπει καθαρά τα γράμματα που πρέπει να δει κανονικά, λένε ότι η οπτική του οξύτητα είναι 1.0 (20/20), δηλ. η όραση είναι φυσιολογική. Εάν ένα άτομο από αυτήν την απόσταση βλέπει μόνο εκείνα τα γράμματα που κανονικά θα πρέπει να είναι ορατά από 60 μέτρα (200 πόδια), το άτομο λέγεται ότι έχει 0,1 (20/200) όραση. Με άλλα λόγια, κλινική μέθοδοςΗ αξιολόγηση της οπτικής οξύτητας χρησιμοποιεί ένα μαθηματικό κλάσμα που αντικατοπτρίζει την αναλογία δύο αποστάσεων ή την αναλογία της οπτικής οξύτητας ενός δεδομένου ατόμου προς την κανονική οπτική οξύτητα.

Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι, με τη βοήθεια των οποίων ένα άτομο συνήθως καθορίζει την απόσταση από ένα αντικείμενο: (1) το μέγεθος των εικόνων γνωστών αντικειμένων στον αμφιβληστροειδή. (2) το φαινόμενο της κίνησης παράλλαξης · (3) το φαινόμενο της στερεοψίας. Η ικανότητα προσδιορισμού της απόστασης ονομάζεται αντίληψη βάθους.

Προσδιορισμός της απόστασης ανά διάστασηεικόνες γνωστών αντικειμένων στον αμφιβληστροειδή. Εάν γνωρίζετε ότι το ύψος του ατόμου που βλέπετε είναι 180 εκατοστά, μπορείτε να καθορίσετε πόσο μακριά είναι το άτομο από εσάς απλά από το μέγεθος της εικόνας του στον αμφιβληστροειδή. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο καθένας μας σκέφτεται συνειδητά το μέγεθος στον αμφιβληστροειδή, αλλά ο εγκέφαλος μαθαίνει να υπολογίζει αυτόματα τις αποστάσεις από τα αντικείμενα από το μέγεθος των εικόνων όταν είναι γνωστά τα δεδομένα.

Προσδιορισμός της παράλλαξης της απόστασης κίνησης... Ένας άλλος σημαντικός τρόπος προσδιορισμού της απόστασης από το μάτι στο αντικείμενο είναι ο βαθμός μεταβολής της παράλλαξης της κίνησης. Εάν ένα άτομο κοιτάζει την απόσταση εντελώς ακίνητο, δεν υπάρχει παράλλαξη. Ωστόσο, όταν το κεφάλι μετατοπίζεται στη μία ή στην άλλη πλευρά, οι εικόνες κοντινών αντικειμένων κινούνται γρήγορα κατά μήκος του αμφιβληστροειδούς, ενώ οι εικόνες των μακρινών αντικειμένων παραμένουν σχεδόν ακίνητες. Για παράδειγμα, όταν η κεφαλή μετατοπιστεί στο πλάι κατά 2,54 cm, η εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται σε αυτήν την απόσταση από τα μάτια κινείται σχεδόν σε ολόκληρο τον αμφιβληστροειδή, ενώ η μετατόπιση της εικόνας ενός αντικειμένου που βρίσκεται σε απόσταση 60 m από τα μάτια δεν γίνεται αισθητή. Έτσι, χρησιμοποιώντας τον μεταβλητό μηχανισμό παράλλαξης, είναι δυνατό να προσδιοριστούν οι σχετικές αποστάσεις σε διάφορα αντικείμενα ακόμη και με το ένα μάτι.

Προσδιορισμός απόστασης με χρήση στερεοψυχής... Διόφθαλμη όραση. Μια άλλη αιτία αίσθησης παράλλαξης είναι η διόφθαλμη όραση. Δεδομένου ότι τα μάτια μετατοπίζονται μεταξύ τους κατά λίγο περισσότερο από 5 cm, οι εικόνες στους αμφιβληστροειδείς χιτώνες των ματιών διαφέρουν μεταξύ τους. Για παράδειγμα, ένα αντικείμενο μπροστά από τη μύτη σε απόσταση 2,54 cm σχηματίζει μια εικόνα στην αριστερή πλευρά του αμφιβληστροειδούς του αριστερού ματιού και σωστη πλευραο αμφιβληστροειδής του δεξιού ματιού, ενώ εικόνες ενός μικρού αντικειμένου που βρίσκεται μπροστά από τη μύτη και 6 μ. μακριά από αυτό σχηματίζονται σε στενά αντίστοιχα σημεία στα κέντρα και των δύο αμφιβληστροειδών. Οι εικόνες της κόκκινης κηλίδας και του κίτρινου τετραγώνου προβάλλονται σε αντίθετες περιοχές των δύο αμφιβληστροειδών λόγω του ότι τα αντικείμενα βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις μπροστά στα μάτια.

Αυτός ο τύπος παράλλαξησυμβαίνει πάντα όταν βλέπεις με δύο μάτια. Είναι η διόφθαλμη παράλλαξη (ή stereopsis) που είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου υπεύθυνη για την πολύ υψηλότερη ικανότητα εκτίμησης της απόστασης σε κλειστά αντικείμενα για ένα άτομο με δύο μάτια σε σύγκριση με ένα άτομο με μόνο ένα μάτι. Ωστόσο, το stereopsis είναι ουσιαστικά άχρηστο για την αντίληψη βάθους πέρα από τα 15-60 m.

Η επιφάνεια της Γης κάμπτεται και εξαφανίζεται από το οπτικό πεδίο σε απόσταση 5 χιλιομέτρων. Αλλά η οπτική μας οξύτητα μας επιτρέπει να βλέπουμε πολύ πέρα από τον ορίζοντα. Αν η Γη ήταν επίπεδη ή αν στεκόσασταν στην κορυφή ενός βουνού και κοιτούσατε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή του πλανήτη από το συνηθισμένο, θα μπορούσατε να δείτε έντονα φώτα εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά. Σε μια σκοτεινή νύχτα, ίσως να μπορείτε να δείτε τη φλόγα ενός κεριού 48 χιλιόμετρα μακριά.

Το πόσο μακριά μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι εξαρτάται από το πόσα σωματίδια φωτός ή φωτόνια εκπέμπει το μακρινό αντικείμενο. Το πιο μακρινό αντικείμενο ορατό με γυμνό μάτι είναι το νεφέλωμα της Ανδρομέδας, που βρίσκεται σε τεράστια απόσταση 2,6 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Συνολικά, ένα τρισεκατομμύριο αστέρια σε αυτόν τον γαλαξία εκπέμπουν αρκετό φως για αρκετές χιλιάδες φωτόνια να συγκρουστούν με κάθε τετραγωνικό εκατοστό της επιφάνειας της γης κάθε δευτερόλεπτο. Σε μια σκοτεινή νύχτα, αυτή η ποσότητα είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει τον αμφιβληστροειδή.

Το 1941, ο επιστήμονας όρασης Selig Hecht και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Columbia έκαναν αυτό που εξακολουθεί να θεωρείται αξιόπιστο μέτρο του απόλυτου ορίου της όρασης - τον ελάχιστο αριθμό φωτονίων που πρέπει να εισέλθουν στον αμφιβληστροειδή για να προκαλέσουν οπτική επίγνωση. Το πείραμα έθεσε το κατώφλι κάτω από ιδανικές συνθήκες: δόθηκε στα μάτια των συμμετεχόντων χρόνος να συνηθίσουν πλήρως στο απόλυτο σκοτάδι, μια γαλαζοπράσινη λάμψη φωτός που δρα ως ερεθιστικό είχε μήκος κύματος 510 νανόμετρα (στα οποία τα μάτια είναι πιο ευαίσθητα) , και το φως κατευθύνθηκε προς το περιφερειακό άκρο του αμφιβληστροειδούς γεμάτο με κύτταρα που αναγνωρίζουν το φως με ραβδιά.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, για να μπορέσουν οι συμμετέχοντες στο πείραμα να αναγνωρίσουν μια τέτοια λάμψη φωτός σε περισσότερες από τις μισές περιπτώσεις, από 54 έως 148 φωτόνια έπρεπε να χτυπήσουν τους βολβούς των ματιών. Με βάση μετρήσεις απορρόφησης του αμφιβληστροειδούς, οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι κατά μέσο όρο 10 φωτόνια απορροφώνται από τις ράβδους του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς. Έτσι, η απορρόφηση 5-14 φωτονίων ή, αντίστοιχα, η ενεργοποίηση 5-14 ράβδων υποδεικνύει στον εγκέφαλο ότι βλέπετε κάτι.

"Αυτός είναι πραγματικά ένας πολύ μικρός αριθμός χημικών αντιδράσεων", σημείωσαν ο Hecht και οι συνεργάτες του σε ένα άρθρο σχετικά με το πείραμα.

Λαμβάνοντας υπόψη το απόλυτο κατώφλι, τη φωτεινότητα της φλόγας του κεριού και την εκτιμώμενη απόσταση στην οποία το φωτεινό αντικείμενο εξασθενεί, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένα άτομο μπορεί να διακρίνει την αμυδρή τρεμούλα της φλόγας ενός κεριού σε απόσταση 48 χιλιομέτρων.

Ανθρώπινου μεγέθους αντικείμενα διακρίνονται καθώς εκτείνονται σε απόσταση μόλις 3 χιλιομέτρων περίπου. Συγκριτικά, σε αυτή την απόσταση, θα μπορούσαμε να διακρίνουμε σαφώς τους δύο προβολείς ενός αυτοκινήτου, αλλά σε ποια απόσταση μπορούμε να αναγνωρίσουμε ότι ένα αντικείμενο είναι κάτι περισσότερο από ένα τρεμόπαιγμα φωτός; Για να εμφανιστεί ένα αντικείμενο εκτεταμένο και όχι μοιάζει με το σημείο, το φως από αυτό πρέπει να ενεργοποιήσει τουλάχιστον δύο γειτονικούς κώνους του αμφιβληστροειδούς - τα κύτταρα που είναι υπεύθυνα για την έγχρωμη όραση. Στην ιδανική περίπτωση, το αντικείμενο πρέπει να βρίσκεται σε γωνία τουλάχιστον 1 λεπτού λεπτού, ή το ένα έκτο του βαθμού, για να διεγείρει τους γειτονικούς κώνους. Αυτό το γωνιακό μέτρο παραμένει το ίδιο ανεξάρτητα από το αν το αντικείμενο είναι κοντά ή μακριά (το μακρινό αντικείμενο πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερο για να είναι στην ίδια γωνία με το κοντινό). Η πανσέληνος βρίσκεται σε γωνία 30 λεπτών, ενώ η Αφροδίτη είναι ελάχιστα ορατή ως εκτεταμένο αντικείμενο σε γωνία περίπου 1 λεπτού.

Από την παρατήρηση μακρινών γαλαξιών έτη φωτός μακριά έως την αντίληψη των αόρατων χρωμάτων, ο Άνταμ Χαντχούσι εξηγεί στο BBC γιατί τα μάτια σας μπορούν να κάνουν απίστευτα πράγματα. Κοίτα γύρω σου. Τι βλέπεις? Όλα αυτά τα χρώματα, τοίχοι, παράθυρα, όλα φαίνονται προφανή, λες και έτσι θα έπρεπε να είναι εδώ. Η ιδέα ότι τα βλέπουμε όλα αυτά χάρη στα σωματίδια φωτός - φωτόνια - που αναπηδούν από αυτά τα αντικείμενα και χτυπούν τα μάτια μας φαίνεται απίστευτη.

Αυτός ο βομβαρδισμός φωτονίων απορροφάται από περίπου 126 εκατομμύρια ευαίσθητα στο φως κύτταρα. Διαφορετικές κατευθύνσεις και ενέργειες φωτονίων μεταδίδονται στον εγκέφαλό μας σε διαφορετικά σχήματα, χρώματα, φωτεινότητα, γεμίζοντας τον πολύχρωμο κόσμο μας με εικόνες.

Το αξιοσημείωτο όραμά μας έχει προφανώς έναν αριθμό περιορισμών. Δεν μπορούμε να δούμε ραδιοκύματα που προέρχονται από τις ηλεκτρονικές συσκευές μας, δεν μπορούμε να δούμε βακτήρια κάτω από τη μύτη μας. Αλλά με την πρόοδο στη φυσική και τη βιολογία, μπορούμε να εντοπίσουμε τους θεμελιώδεις περιορισμούς της φυσικής όρασης. "Όλα όσα μπορείτε να διακρίνετε έχουν ένα όριο, το χαμηλότερο επίπεδο πάνω και κάτω από το οποίο δεν μπορείτε να δείτε", λέει ο Michael Landy, καθηγητής νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης.

Ας ξεκινήσουμε κοιτάζοντας αυτά τα οπτικά κατώφλια μέσα - συγχωρέστε το λογοπαίγνιο - αυτό που πολλοί συνδέουν με την όραση καταρχήν: το χρώμα.

Το γιατί βλέπουμε μοβ αντί για καφέ εξαρτάται από την ενέργεια ή το μήκος κύματος των φωτονίων που προσβάλλουν τον αμφιβληστροειδή, που βρίσκεται στο πίσω μέρος των βολβών των ματιών μας. Υπάρχουν δύο τύποι φωτοϋποδοχέων, οι ράβδοι και οι κώνοι. Οι κώνοι είναι υπεύθυνοι για το χρώμα και οι ράβδοι μας επιτρέπουν να δούμε αποχρώσεις του γκρι σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, όπως τη νύχτα. Opsins, ή μόρια χρωστικών ουσιών, στα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς απορροφούν την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια των προσπίπτοντων φωτονίων, δημιουργώντας ηλεκτρική ώθηση. Αυτό το σήμα ταξιδεύει μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο, όπου γεννιέται η συνειδητή αντίληψη των χρωμάτων και των εικόνων.

Έχουμε τρεις τύπους κώνων και αντίστοιχες οψίνες, καθένα από τα οποία είναι ευαίσθητο σε φωτόνια συγκεκριμένου μήκους κύματος. Αυτοί οι κώνοι ορίζονται με τα γράμματα S, M και L (σύντομα, μεσαία και μεγάλα κύματα, αντίστοιχα). Αντιλαμβανόμαστε τα σύντομα κύματα ως μπλε, τα μακριά κύματα ως κόκκινα. Τα μήκη κύματος μεταξύ τους και οι συνδυασμοί τους μετατρέπονται σε πλήρες ουράνιο τόξο. "Όλο το φως που βλέπουμε, εκτός από το τεχνητό που δημιουργήθηκε με πρίσματα ή έξυπνες συσκευές όπως τα λέιζερ, είναι ένα μείγμα διαφορετικών μηκών κύματος", λέει ο Landy.

Από όλα τα πιθανά μήκη κύματος φωτονίων, οι κώνοι μας εμφανίζουν μια μικρή ζώνη μεταξύ 380 και 720 νανομέτρων - αυτό που ονομάζουμε ορατό φάσμα. Έξω από το φάσμα της αντίληψής μας, υπάρχει ένα υπέρυθρο και ραδιοφάσμα, το τελευταίο έχει μήκος κύματος από χιλιοστό έως χιλιόμετρο σε μήκος.

Πάνω από το ορατό μας φάσμα, σε υψηλότερες ενέργειες και μικρότερα μήκη κύματος, βρίσκουμε το υπεριώδες φάσμα, μετά τις ακτίνες Χ και στην κορυφή, το φάσμα των ακτίνων γάμμα, του οποίου τα μήκη κύματος φτάνουν το ένα τρισεκατομμυριοστό του μέτρου.

Παρόλο που οι περισσότεροι από εμάς περιορίζονται στο ορατό φάσμα, τα άτομα με αφασία (έλλειψη φακού) μπορούν να δουν στο υπεριώδες φάσμα. Η Αφακία, κατά κανόνα, δημιουργείται ως αποτέλεσμα χειρουργικής αφαίρεσης καταρράκτη ή γενετικών ανωμαλιών. Συνήθως, ο φακός αποκλείει το υπεριώδες φως, οπότε χωρίς αυτό, οι άνθρωποι μπορούν να δουν έξω από το ορατό φάσμα και να αντιληφθούν μήκη κύματος έως και 300 νανόμετρα σε μια γαλαζωπή απόχρωση.

Μια μελέτη του 2014 έδειξε ότι, σχετικά μιλώντας, όλοι μπορούμε να δούμε υπέρυθρα φωτόνια. Εάν δύο υπέρυθρα φωτόνια χτυπήσουν κατά λάθος ένα κύτταρο αμφιβληστροειδούς σχεδόν ταυτόχρονα, η ενέργεια τους συνδυάζεται, μετατρέποντας το μήκος κύματος τους από αόρατο (π.χ. 1000 νανόμετρα) σε ορατό 500 νανόμετρα (κρύο πράσινο χρώμαγια τα περισσότερα μάτια).

Ένα υγιές ανθρώπινο μάτι έχει τρεις τύπους κώνων, καθένας από τους οποίους μπορεί να διακρίνει περίπου 100 διαφορετικές χρωματικές αποχρώσεις, οπότε οι περισσότεροι ερευνητές συμφωνούν ότι τα μάτια μας συνολικά μπορούν να διακρίνουν περίπου ένα εκατομμύριο αποχρώσεις. Ωστόσο, η αντίληψη χρώματος είναι μια μάλλον υποκειμενική ικανότητα που διαφέρει από άτομο σε άτομο, οπότε είναι μάλλον δύσκολο να προσδιοριστούν οι ακριβείς αριθμοί.

«Είναι αρκετά δύσκολο να το μεταφράσω σε αριθμούς», λέει η Kimberly Jamison, βοηθός έρευνας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine. "Αυτό που βλέπει ένα άτομο μπορεί να είναι μόνο ένα κλάσμα των χρωμάτων που βλέπει ένα άλλο άτομο."

Ο Τζέιμσον ξέρει για τι μιλάει επειδή συνεργάζεται με «τετράχρωμα» - άτομα με «υπεράνθρωπη» όραση. Αυτά τα σπάνια άτομα, κυρίως γυναίκες, έχουν μια γενετική μετάλλαξη που τους δίνει επιπλέον τέταρτους κώνους. Σε γενικές γραμμές, χάρη στο τέταρτο σετ κώνων, τα τετραχρώματα μπορούν να δουν 100 εκατομμύρια χρώματα. (Τα άτομα με αχρωματοψία, διχρωμίες, έχουν μόνο δύο είδη κώνων και μπορούν να δουν περίπου 10.000 χρώματα.)

Πόσα φωτόνια πρέπει να δούμε;

Για να λειτουργήσει η έγχρωμη όραση, οι κώνοι χρειάζονται γενικά πολύ περισσότερο φως από τους αντίστοιχους ράβδους τους. Επομένως, σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, το χρώμα «ξεθωριάζει», καθώς τα μονόχρωμα μπαστούνια έρχονται στο προσκήνιο.

Σε ιδανικές συνθήκες εργαστηρίου και σε θέσεις αμφιβληστροειδούς όπου οι ράβδοι απουσιάζουν σε μεγάλο βαθμό, οι κώνοι μπορούν να ενεργοποιηθούν μόνο με μια χούφτα φωτονίων. Παρόλα αυτά, τα ραβδιά είναι καλύτερα σε συνθήκες φωτισμού περιβάλλοντος. Τα πειράματα της δεκαετίας του 1940 έδειξαν ότι ένα κβαντικό φως είναι αρκετό για να τραβήξει την προσοχή μας. "Οι άνθρωποι μπορούν να ανταποκριθούν σε ένα μόνο φωτόνιο", λέει ο Brian Wandell, καθηγητής ψυχολογίας και ηλεκτρολογίας στο Stanford. «Δεν έχει νόημα να είσαι πιο ευαίσθητος».

Το 1941, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια έβαλαν τους ανθρώπους σε ένα σκοτεινό δωμάτιο και άφησαν τα μάτια τους να προσαρμοστούν. Χρειάστηκαν μερικά λεπτά για να φτάσουν στην πλήρη ευαισθησία - γι 'αυτό έχουμε προβλήματα όρασης όταν τα φώτα σβήνουν ξαφνικά.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες άναψαν ένα μπλε-πράσινο φως μπροστά από τα πρόσωπα των ατόμων. Σε επίπεδο πάνω από τη στατιστική τυχαιότητα, οι συμμετέχοντες μπόρεσαν να συλλάβουν φως όταν τα πρώτα 54 φωτόνια έφτασαν στα μάτια τους.

Αφού αντιστάθμισαν την απώλεια φωτονίων μέσω απορρόφησης από άλλα συστατικά του ματιού, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι ήδη πέντε φωτόνια ενεργοποιούν πέντε ξεχωριστές ράβδους, οι οποίες δίνουν στους συμμετέχοντες μια αίσθηση φωτός.

Ποιο είναι το όριο των πιο ρηχών και πιο μακρινών που μπορούμε να δούμε;

Αυτό το γεγονός μπορεί να σας εκπλήξει: δεν υπάρχει εσωτερικός περιορισμός στο μικρότερο ή πιο μακρινό πράγμα που μπορούμε να δούμε. Όσο αντικείμενα οποιουδήποτε μεγέθους, σε οποιαδήποτε απόσταση, μεταδίδουν φωτόνια στα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς, μπορούμε να τα δούμε.

"Το μόνο που φροντίζει το μάτι είναι η ποσότητα φωτός που χτυπά το μάτι", λέει ο Landy. - Ο συνολικός αριθμός φωτονίων. Μπορείτε να κάνετε μια πηγή φωτός γελοία μικρή και μακρινή, αλλά αν εκπέμπει ισχυρά φωτόνια, θα την δείτε ».

Για παράδειγμα, πιστεύεται ευρέως ότι σε μια σκοτεινή, καθαρή νύχτα, μπορούμε να δούμε ένα φως κεριού από απόσταση 48 χιλιομέτρων. Στην πράξη, φυσικά, τα μάτια μας απλά θα λούζονται με φωτόνια, οπότε τα περιπλανώμενα κβάντα φωτός από μεγάλες αποστάσεις απλά θα χαθούν σε αυτό το χάος. "Όταν αυξάνετε την ένταση του φόντου, η ποσότητα φωτός που χρειάζεστε για να δείτε κάτι αυξάνεται", λέει ο Landy.

Ο νυχτερινός ουρανός, με το σκούρο φόντο του διάστικτο με αστέρια, είναι ένα εντυπωσιακό παράδειγμα της εμβέλειάς μας. Τα αστέρια είναι τεράστια. πολλά από αυτά που βλέπουμε στον νυχτερινό ουρανό έχουν διάμετρο εκατομμύρια χιλιόμετρα. Αλλά ακόμα και τα πλησιέστερα αστέρια είναι τουλάχιστον 24 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα από εμάς, και ως εκ τούτου είναι τόσο μικρά για τα μάτια μας που δεν μπορούν να διακριθούν. Ωστόσο, τα βλέπουμε ως ισχυρά σημεία εκπομπής φωτός καθώς τα φωτόνια διασχίζουν τις κοσμικές αποστάσεις και εισέρχονται στα μάτια μας.

Όλα τα μεμονωμένα αστέρια που βλέπουμε στον νυχτερινό ουρανό βρίσκονται στον γαλαξία μας - τον Γαλαξία μας. Το πιο μακρινό αντικείμενο που μπορούμε να δούμε με γυμνό μάτι βρίσκεται έξω από τον γαλαξία μας: είναι ο γαλαξίας της Ανδρομέδας, που βρίσκεται 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας. (Αν και αμφιλεγόμενο, ορισμένα άτομα ισχυρίζονται ότι είναι σε θέση να δουν τον γαλαξία Triangulum σε έναν εξαιρετικά σκοτεινό νυχτερινό ουρανό, και είναι τρία εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, απλώς δώστε το λόγο τους).

Ένα τρισεκατομμύριο αστέρια στον γαλαξία της Ανδρομέδας, δεδομένης της απόστασης σε αυτόν, θολώνουν σε ένα ασαφές λαμπερό κομμάτι του ουρανού. Ωστόσο, οι διαστάσεις του είναι κολοσσιαίες. Όσον αφορά το φαινομενικό μέγεθος, ακόμη και σε χιλιόμετρα χιλιόμετρα από εμάς, αυτός ο γαλαξίας είναι έξι φορές ευρύτερος από την πανσέληνο. Ωστόσο, τόσο λίγα φωτόνια φτάνουν στα μάτια μας που αυτό το ουράνιο τέρας είναι σχεδόν αόρατο.

Πόσο οξεία μπορεί να είναι η όρασή σας;

Γιατί δεν ξεχωρίζουμε μεμονωμένα αστέρια στον γαλαξία της Ανδρομέδας; Τα όρια της οπτικής μας ανάλυσης ή οπτικής οξύτητας, επιβάλλουν όρια. Η οπτική οξύτητα είναι η ικανότητα να διακρίνουμε λεπτομέρειες όπως σημεία ή γραμμές ξεχωριστά μεταξύ τους, έτσι ώστε να μην συγχωνεύονται μεταξύ τους. Έτσι, μπορούμε να σκεφτούμε τα όρια της όρασης ως τον αριθμό των "σημείων" που μπορούμε να διακρίνουμε.

Τα όρια της οπτικής οξύτητας καθορίζονται από διάφορους παράγοντες, όπως η απόσταση μεταξύ των κώνων και των ράβδων που είναι συσκευασμένα στον αμφιβληστροειδή. Επίσης σημαντική είναι η οπτική του ίδιου του βολβού του ματιού, η οποία, όπως ήδη είπαμε, εμποδίζει τη διείσδυση όλων των δυνατών φωτονίων σε ευαίσθητα στο φως κύτταρα.

Θεωρητικά, η έρευνα έχει δείξει ότι το καλύτερο που μπορούμε να δούμε είναι περίπου 120 εικονοστοιχεία ανά βαθμό τόξου, μια μονάδα γωνιακής μέτρησης. Μπορείτε να το σκεφτείτε ως μια ασπρόμαυρη σκακιέρα 60x60 που ταιριάζει στο νύχι ενός απλωμένου χεριού. "Αυτό είναι το πιο ξεκάθαρο μοτίβο που μπορείτε να δείτε", λέει ο Landy.

Μια εξέταση ματιών, όπως ένα γράφημα με μικρά γράμματα, καθοδηγείται από τις ίδιες αρχές. Αυτά τα ίδια όρια οξύτητας εξηγούν γιατί δεν μπορούμε να διακρίνουμε και να επικεντρωθούμε σε ένα μόνο θαμπό βιολογικό κύτταρο πλάτους λίγων μικρομέτρων.

Αλλά μην διαγράφετε τον εαυτό σας. Ένα εκατομμύριο χρώματα, μεμονωμένα φωτόνια, γαλαξιακοί κόσμοι σε απόσταση εκατομμυρίων χιλιομέτρων - όχι τόσο άσχημα για μια φούσκα ζελέ στις υποδοχές των ματιών μας, που συνδέεται με ένα σφουγγάρι 1,4 κιλών στα κρανία μας.

Μια μελέτη του 2014 έδειξε ότι, σχετικά μιλώντας, όλοι μπορούμε να δούμε υπέρυθρα φωτόνια. Εάν δύο υπέρυθρα φωτόνια χτυπήσουν κατά λάθος ένα κύτταρο αμφιβληστροειδούς σχεδόν ταυτόχρονα, η ενέργειά τους συνδυάζεται, μετατρέποντας το μήκος κύματος τους από αόρατο (όπως 1000 νανόμετρα) σε ορατό 500 νανόμετρα (ψυχρό πράσινο για τα περισσότερα μάτια).

«Είναι αρκετά δύσκολο να το μεταφράσω σε αριθμούς», λέει η Kimberly Jamison, βοηθός έρευνας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine. "Αυτό που βλέπει ένα άτομο μπορεί να είναι μόνο ένα κλάσμα των χρωμάτων που βλέπει ένα άλλο άτομο."

Πόσα φωτόνια πρέπει να δούμε;

Το 1941, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια έβαλαν τους ανθρώπους σε ένα σκοτεινό δωμάτιο και άφησαν τα μάτια τους να προσαρμοστούν. Χρειάστηκαν μερικά λεπτά για να φτάσουν στην πλήρη ευαισθησία - για αυτό έχουμε προβλήματα όρασης όταν τα φώτα σβήνουν ξαφνικά.

Ποιο είναι το όριο των πιο ρηχών και πιο μακρινών που μπορούμε να δούμε;

"Το μόνο που φροντίζει το μάτι είναι η ποσότητα φωτός που χτυπά το μάτι", λέει ο Landy. - Ο συνολικός αριθμός φωτονίων. Μπορείτε να κάνετε μια πηγή φωτός γελοία μικρή και μακρινή, αλλά αν εκπέμπει ισχυρά φωτόνια, θα την δείτε ».

Όλα τα μεμονωμένα αστέρια που βλέπουμε στον νυχτερινό ουρανό βρίσκονται στον γαλαξία μας -. Το πιο μακρινό αντικείμενο που μπορούμε να δούμε με γυμνό μάτι βρίσκεται έξω από τον γαλαξία μας: είναι ο γαλαξίας της Ανδρομέδας, που βρίσκεται 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας. (Αν και αμφιλεγόμενο, ορισμένα άτομα ισχυρίζονται ότι είναι σε θέση να δουν τον γαλαξία Triangulum σε έναν εξαιρετικά σκοτεινό νυχτερινό ουρανό, και είναι τρία εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, απλώς δώστε το λόγο τους).