Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 26
Текст из файла (страница 26)
2 Общая поверхность усредненного глаза составляет около 17 см, поэтому полная излучаемая внутрь глаза мощность (лучистый поток) составляет приблизительно 1,7 Вт. Оценим теперь мощность прямого солнечного излучения, попадающего в глаз через зрачок. Солнечная постоянная, т. е. поток, падающий на единицу поверхности Земли перпендикулярно направлению на Солнце (усредненный), составляет приблизительно 2 0,139 Вт/см . При радиусе зрачка г = 2 мм (оценка завышена) имеем Ф, „= 0,139 яг = 0,017 Вт.
Это в 100 раз меньше собствен- 2 ного теплового излучения глаза. Таким образом, если бы глаз в ИК-области был столь же чувствителен, как и в видимой, то собственное тепловое излучение забило бы даже прямой солнечный свет. Это биологический аспект резкого спада чувствительности глаза в инфракрасной области. Интересно, что при всей тривиальности приведенной оценки она впервые была проделана относительно недавно С.И. Вавиловым. Другая причина низкой чувствительности глаза в ИК-области— чисто физическая: процесс регистрации электромагнитного излу- 138 чения органом зрения есть цепочка реакций, вызываемых отдельными квантами. Если энергия кванта ниже некоторого порогового значения, то инициировать эту цепь реакций он не в состоянии (аналогично красной границе фотоэффекта). Строение глаза.
Глаз млекопитающих — орган чувств, состоящий из большого числа рецепторных клеток (палочек и колбочек), сенсорных нейронов, образующих зрительный нерв, и сложной системы вспомогательных приспособлений (рис, 3.22) [30]. Рис. 3.22. Схематическое строение глаза (обозначения по Гульстранду) Глаз окружен плотной непрозрачной оболочкой ни — склерой. Через заднюю стенку склеры проходят кровеносные сосуды и глазной нерв е. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговицу Ь, более выпуклую, чем склера.
Толщина склеры от 0,4 до 1,1 мм, роговицы — 0,5 мм. Проведем оптическую ось глаза АВ. Двигаясь внутрь глаза по направлению от роговицы й, попадем сначала в переднюю глазную камеру а, затем в хрусталик 1 и заднюю глазную камеру яй Эти части вместе с роговицей составляют оптическую систему глаза, дающую изображения всех предметов. Толщины передней глазной камеры и хрусталика примерно одинаковы (3,6 мм).
Передняя глазная камера заполнена жидкостью, задняя — студнеобразным веществом (стекловидное тело). Показатели преломления как жидкости, так и стекловидного тела близки к физраствору — 1,336. Показатель преломления роговицы — 1,376. Внутренняя поверхность склеры покрыта сосудистой 139 оболочкой. Спереди она переходит в утолщенную частыг с кольцевидной ресничной мышцей ии и радужной оболочкой й, окраска которой индивидуальна. Посредине радужки имеется зрачок р, играющий роль апертурной диафрагмы, Изображение этого фактического отверстия, даваемое расположенными перед ним роговицей и передней камерой, играет роль входного зрачка оптической системы, а изображение, даваемое хрусталиком и стекловидным телом, — выходного зрачка оптической системы. Для практических оценок можно считать, что оба эти изображения совпадают с действительным зрачком. В зависимости от яркости наблюдаемых обьектов диаметр зрачка может меняться за счет усилий мышцы ии в пределах от 2 до 8 мм и таким образом регулировать световой поток, попадающий в глаз.
Сетчатка глаза имеет весьма сложное строение (рис. 3.23). Она состоит из нескольких слоев нервных клеток различного типа и назначения. Все они решают задачу преобразования оптического изображения в нейральное, т, е, в специальным образом закодированный набор нервных импульсов. В последнем слое находятся рецепторные клетки — палочки и колбочки. На выходе палочек и колбочек возникают электрические импульсы, передающиеся в мозг. Длина палочек составляет 0,05...0,08 мм, колбочек 0,035 мм. Размер палочек 50 х 30 мкм.
Общее число палочек в сетчатке около 130 млн, колбочек — 7 млн. Периферия сетчатки заполнена практически только палочками. По мере приближения к желтому пятну концентрация колбочек возрастает, и в пределах центральной ямки (в круге диаметром около 0,2 мм) палочек нет, там только колбочки. Желтым пятно называется потому, что при изучении глаза через щелевую лампу это пятно на белом фоне сетчатки видится как желтое. В месте входа глазного нерва нет ни палочек, ни колбочек. Это место называется слепым пятном. Поле зрения, соответствующее желтому пятну, невелико (6' по горизонтали, 4' по вертикали). Центральная ямка составляет около 1' по горизонтали и вертикали. Глаз обладает способностью быстро поворачиваться в глазной впадине, сканируя всю видимую поверхность большого предмета.
Поэтому поле ясного зрения соответствует примерно 150' по горизонтали и 120' по вертикали. Вместе с тем подвижность глаза позволяет концентрировать внимание на наиболе. важных деталях изображения. Палочки обладают большей, по сравнению с колбочками, светочувствительностью и реагируют на слабое освещение. Палочка способна генерировать зрительный сигнал в ответ на поглощение 140 — 2 одного кванта света.
При освещенности менее 10 лк зрительное ощущение вызывается только палочками. Они содержат один зрительный пигмент и не способны различать цвета, поэтому используются преимущественно в ночном зрении 143). Рие. 3.23. Схема сетчатки: а — упаковка палочек и колбочек а сетчатке; б — внешний вид колбочки (слеаа) и палочки На наружном сегменте палочки световая энергия преобразуется в рецепторный потенциал (рис. 3.24). Наружный сегмент полностью состоит из мембран. В палочках число мембранных дисков достигает 600 — 1000. От внутреннего сегмента через сннаптический участок ряд структур ведет к зрительному нерву. Мембранные Ядро Митохондрии диски Наружный сегмент Синалгичеекий участок Внутренний сегмент Рис.
3.24. Схематичное изображение палочки 14! 100 о И о ой о й о х б о о с о й~ 143 Колбочки содержат три зрительных пигмента, что обеспечивает восприятие цвета. Колбочки используются главным образом при дневном освещении. Цветное зрение начинается с освещенностей порядка 1 лк. При освещенности более 10 ...10 лк зрение обеспечивается в основном колбочками. Существует в ет три разновидности колбочек, которые характеризуются различными кривыми поглощения зрительных пигментов (иодопсина). На рис.
3.25 представлены кривые поглощения зрительных пигментов для приматов. Эти кривые имеют большое сходство с кривыми поглощения зрительных пигментов человека. Максимумы кривых приходятся на 447 нм (сине-фиолетовый свет), 540 нм (зеленый свет), 577 нм (желтый свет). 400 450 500 550 Л, нм Рис. 3.25. К в ри ые поглощения зрительных пигментов для приматов Палочковое (периферическое) зрение отличается меньшей остротой, так как палочки расположены менее плотно, равномерно по всей сетчатке, кроме центральной ямки, где сосредоточены в основном колбочки, дающие остроту зрения своей плотной упаковкой.
Детали предмета различаются наиболее отчетливо, когда изображение получается на желтом пятне и в особенности на центральной ямке (фовеальное зрение). Периферическое зрение, напротив, имеет место при расположении изображения вдали от центральной ямки. Глаз воспринимает раздельно две близко расположенные светящиеся точки только при условии, что угловое р между этими точками не меньше определенного расстояние 69 предела, называемого предельным разрешаемым угловым расстоянием, а обратная ему величина называется разрсшающей способностью, или просто остротой зрения. Нормальная острота зрения соответствует разрешению одной угловой минуты.
Острота зрения максимальна, если изображение попадает на центральн ю у. са ом деле, для разрешения необходимо, чтобы изображения соседних точек приходились на разные колбочки, поскольку мозг однозначно реагирует на раздражение каждой колбочки. 142 Палочковое же зрение устроено так, что с одним волокном зрительного нерва соединено много палочек, поэтому оно увеличивает чувствительность глаза в условиях слабой освещенности. В связи с этим в центральной ямке, где можно пренебречь наличием палочек, разрешение максимально. Угловое расстояние 89 равно углу, под которым видно из задней узловой точки глаза среднее расстояние бх между двумя соседними колбочками на центральной ямке, т.
е. 59 ж бх//, где)" — переднее фокусное расстояние глаза. Для глаза Бх ж 0,0025 мм (2,5 мкм),/ = 15 мм (в среднем по Гульстранду), отсюда 89 = 30". Учитывая изложенное, можно дать объяснение эффекту Пуркинье. При малых яркостях свет воспринимается только палочками, при возрастании яркости все больше включаются колбочки. Одновременно при росте яркости Е уменьшается зрачок, и изображение все больше концентрируется в области желтого пятна и 5 2 центральной ямки. При Е > 10 кд/м изображение сосредоточено в области центральной ямки, и в дальнейшем какие-либо изменения в восприятии отсутствуют (по крайней мере до тех пор, пока не нарушится нормальный ход реакций, связанных с работой колбочек). Зрительная адаптация. Светочувствительностью глаза называют величину, обратную пороговой яркости, т.
е, минимальной яркости, вызывающей зрительное ощущение в данных условиях -7 наблюдения. Она изменяется в широких пределах (от 10 до 10 кд/м, т, е, от 10 до 10 Вт) благодаря зрительной адапта- 5 2 — 17 — 5 ции — способности глаза приспосабливаться к различному уровню яркости. При понижении яркости происходит темновая адаптация, при повышении — световая. Темновая адаптация протекает значительно медленнее, чем световая.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
