Свет проникает в глаз через. Оптическая система глаза. Между роговицей и водянистой влагой

Зрение является каналом, посредством которого человек получает примерно 70% всех данных о мире, который его окружает. И возможно это только по той причине, что именно зрение человека представляет собой одну из самых сложных и поражающих воображение зрительных систем на нашей планете. Если бы не было зрения, все мы, скорее всего, просто жили бы в темноте.

Человеческий глаз обладает совершенным строением и обеспечивает зрение не только в цвете, но также в трёх измерениях и с высочайшей резкостью. Он обладает способностью моментально менять фокус на самые разные расстояния, осуществлять регуляцию объёма поступающего света, различать между собой огромное количество цветов и ещё большее количество оттенков, производить коррекцию сферических и хроматических аберраций и т.д. С мозгом глаз связывают шесть уровней сетчатки, в которых ещё перед тем, как информация будет отправлена в мозг, данные проходят через этап компрессии.

Но как же устроено наше с вами зрение? Как посредством усиления цвета, отражённого от предметов, мы трансформируем его в изображение? Если подумать об этом серьёзно, можно сделать вывод, что устройство зрительной системы человека до мельчайших подробностей «продумано» создавшей его Природой. Если же вы предпочитаете верить в то, что за создание человека ответственен Создатель или некая Высшая Сила, то эту заслугу можете приписать им. Но давайте не будем разбираться в , а продолжим разговор об устройстве зрения.

Огромное количество деталей

Строение глаза и его физиологию можно без обиняков назвать действительно идеальными. Подумайте сами: оба глаза находятся в костных впадинах черепа, которые защищают их от всевозможных повреждений, однако выступают из них они именно так, чтобы обеспечивался максимально широкий горизонтальный обзор.

Расстояние, на котором глаза находятся друг от друга, обеспечивает пространственную глубину. А сами глазные яблоки, как доподлинно известно, обладают шарообразной формой, благодаря чему способны вращаться в четырёх направлениях: влево, вправо, вверх и вниз. Но каждый из нас воспринимает всё это, как само собой разумеющееся - мало кому приходит в голову представить, что было бы, если бы наши глаза были квадратными или треугольными или их движение было бы хаотичным - это бы сделало зрение ограниченным, сумбурным и малоэффективным.

Итак, устройство глаза предельно сложно, но как раз это и делает возможным работу примерно четырёх десятков его различных составляющих. И даже если бы не было хоть одного из этих элементов, процесс зрения перестал бы осуществляться так, как ему следует осуществляться.

Чтобы убедиться в том, насколько сложно устроен глаз, предлагаем вам обратить своё внимание на рисунок ниже.

Давайте же поговорим о том, как реализуется на практике процесс зрительного восприятия, какие элементы зрительной системы в этом участвуют, и за что каждый из них отвечает.

Прохождение света

По мере приближения света к глазу световые лучи сталкиваются с роговицей (иначе её называют роговой оболочкой). Прозрачность роговицы позволяет свету проходить сквозь неё во внутреннюю поверхность глаза. Прозрачность, кстати, является важнейшей характеристикой роговицы, и прозрачной она остаётся по причине того, что особый протеин, который в ней содержится, сдерживает развитие кровеносных сосудов - процесс, происходящий практически в каждой из тканей человеческого тела. В том случае если бы роговица прозрачной не была, остальные компоненты зрительной системы не имели бы никакого значения.

Помимо прочего, роговица не даёт попадать во внутренние полости глаза сору, пыли и каким-либо химическим элементам. А кривизна роговой оболочки позволяет ей преломлять свет и помогать хрусталику фокусировать световые лучи на сетчатке.

После того как свет прошёл сквозь роговицу, он проходит через маленькое отверстие, расположенное посередине радужки глаза. Радужка же представляет собой круглую диафрагму, которая находится перед хрусталиком сразу за роговицей. Радужка также является тем элементом, который придаёт глазу цвет, а цвет зависит от преобладающего в радужке пигмента. Центральное отверстие в радужке - это и есть знакомый каждому из нас зрачок. Размер этого отверстия имеет возможность изменяться, чтобы контролировать количество поступающего в глаз света.

Размер зрачка изменятся непосредственно радужкой, а обусловлено это её уникальнейшим строением, ведь состоит она из двух различных видов мышечных тканей (даже здесь есть мышцы!). Первая мышца является круговой сжимающей - она располагается в радужке кругообразно. Когда свет яркий, происходит её сокращение, вследствие чего зрачок сокращается, как бы втягиваясь мышцей внутрь. Вторая мышца является расширяющей - она расположена радиально, т.е. по радиусу радужки, что можно сравнить со спицами в колесе. При тёмном освещении происходит сокращение этой второй мышцы, и радужка раскрывает зрачок.

Многие до сих пор испытывают некоторые затруднения, когда пытаются объяснить, каким же всё-таки образом происходит формирование вышеназванных элементов зрительной системы человека, ведь в любой другой промежуточной форме, т.е. на каком-либо эволюционном этапе работать они просто не смогли бы, но человек видит с самого начала своего существования. Загадка…

Фокусировка

Минуя названные выше этапы, свет начинает проходить через хрусталик, находящийся за радужкой. Хрусталик является оптическим элементом, имеющим форму выпуклого продолговатого шара. Хрусталик абсолютно гладок и прозрачен, в нём нет кровеносных сосудов, а сам он расположен в эластичном мешочке.

Проходя сквозь хрусталик, свет преломляется, после чего происходит его фокусировка на ямке сетчатки - самом чувствительном месте, содержащем максимальное количество фоторецепторов.

Важно заметить, что уникальное строение и состав обеспечивают роговице и хрусталику большую силу преломления, гарантирующую короткое фокусное расстояние. И как же удивительно, что такая сложная система вмещается всего в одном глазном яблоке (подумайте только, как бы мог выглядеть человек, если бы для фокусировки световых лучей, идущих от предметов, требовался бы, например, метр!).

Не менее интересно и то, что совместная преломляющая сила этих двух элементов (роговицы и хрусталика) находится в прекрасном соотношении с глазным яблоком, а это можно смело назвать ещё одним доказательством того, что зрительная система создана просто непревзойдённо, т.к. процесс фокусирования слишком сложен, чтобы говорить о нём, как о чём-то, что произошло лишь благодаря пошаговым мутациям - эволюционным стадиям.

Если же речь идёт о предметах расположенных близко к глазу (как правило, близким считается расстояние менее 6 метров), то здесь всё ещё любопытнее, ведь в этой ситуации преломление световых лучей оказывается ещё более сильным. Обеспечивается же это увеличением кривизны хрусталика. Хрусталик соединён посредством цилиарных поясков с ресничной мышцей, которая, сокращаясь, даёт хрусталику возможность принимать более выпуклую форму, тем самым увеличивая свою преломляющую силу.

И здесь снова нельзя не упомянуть о сложнейшем строении хрусталика: составляют его множество ниточек, которые состоят из соединённых друг с другом клеточек, а тонкие пояски связывают его с цилиарным телом. Фокусировка осуществляется под контролем головного мозга крайне быстро и на полном «автомате» — осуществить такой процесс осознанно для человека невозможно.

Значение «фотоплёнки»

Результатом фокусировки становится сосредоточение изображения на сетчатке, представляющей собой многослойную ткань, чувствительную к свету, покрывающую заднюю часть глазного яблока. В сетчатке содержится примерно 137 000 000 фоторецепторов (для сравнения можно привести современные цифровые фотоаппараты, в которых подобных сенсорных элементов не более 10 000 000). Такое громадное количество фоторецепторов обусловлено тем, что расположены они крайне плотно - примерно 400 000 на 1 мм².

Здесь не будет лишним привести слова специалиста по микробиологии Алана Л. Гиллена, говорящего в своей книге «Тело по замыслу» о сетчатке глаза, как о шедевре инженерного проектирования. Он считает, что сетчатка является самым удивительным элементом глаза, сравнимым с фотоплёнкой. Светочувствительная сетчатка, расположенная на задней стороне глазного яблока, намного тоньше целлофана (её толщина составляет не более 0,2 мм) и гораздо чувствительнее, чем любая, созданная человеком фотоплёнка. Клетки этого уникального слоя способны обрабатывать до 10 миллиардов фотонов, в то время как самый чувствительный фотоаппарат способен обработать лишь несколько их тысяч. Но ещё удивительнее то, что человеческий глаз может улавливать единицы фотонов даже в темноте.

Всего сетчатку составляют 10 слоёв фоторецепторных клеток, 6 слоёв из которых являются слоями светочувствительных клеток. 2 вида фоторецепторов имеют особую форму, по причине чего их называют колбочками и палочками. Палочки крайне восприимчивы к свету и обеспечивают глазу чёрно-белое восприятие и ночное зрение. Колбочки, в свою очередь, не так восприимчивы к свету, но способны различать цвета - оптимальная работа колбочек отмечается в дневное время суток.

Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в комплексы электрических импульсов и посылаются в мозг на невероятно большой скорости, а сами эти импульсы за доли секунд преодолевают свыше миллиона нервных волокон.

Связь фоторецепторных клеток в сетчатке очень сложна. Колбочки и палочки никак напрямую с мозгом не связаны. Получив сигнал, они переадресовывают его биполярным клеткам, а те перенаправляют уже обработанные собою сигналы ганглиозным клеткам, более миллиона аксонов (нейритов, по которым передаются нервные импульсы) которых составляют единый зрительный нерв, по которому данные и поступают в мозг.

Два слоя промежуточных нейронов, до того как зрительные данные будут отправлены в мозг, способствуют параллельной обработке этой информации шестью уровнями восприятия, находящимися в сетчатке глаза. Необходимо это для того чтобы изображения распознавались как можно быстрее.

Восприятие мозга

После того как обработанная зрительная информация поступает в мозг, он начинает её сортировку, обработку и анализ, а также формирует цельное изображение из отдельных данных. Конечно же, о работе человеческого мозга ещё много чего неизвестно, однако даже того, что научный мир может предоставить сегодня, вполне достаточно, чтобы поразиться.

При помощи двух глаз формируются две «картинки» мира, который окружает человека - по одной на каждую сетчатку. Обе «картинки» передаются в мозг, и в действительности человек видит два изображения в одно и то же время. Но как?

А дело вот в чём: точка сетчатки одного глаза точно соответствует точке сетчатки другого, а это говорит о том, чтоб оба изображения, попадая в мозг, могут накладываться друг на друга и сочетаться вместе для получения единого изображения. Информация, полученная фоторецепторами каждого из глаз, сходится в зрительной коре головного мозга, где и появляется единое изображение.

По причине того, что у двух глаз может быть разная проекция, могут наблюдаться и некоторые несоответствия, однако мозг сопоставляет и соединяет изображения таким образом, что человек никаких несоответствий не ощущает. Мало того - эти несоответствия могут быть использованы с целью получения чувства пространственной глубины.

Как известно, из-за преломления света зрительные образы, поступающие в мозг, изначально являются очень маленькими и перевёрнутыми, однако «на выходе» мы получаем то изображение, которое привыкли видеть.

Помимо этого в сетчатке изображение делится мозгом надвое по вертикали - через линию, которая проходит через ямку сетчатки. Левые части изображений, полученных обоими глазами, перенаправляются в , а правые части - в левое. Так, каждое из полушарий смотрящего человека получает данные только от одной части того, что он видит. И снова - «на выходе» мы получаем цельное изображение без каких бы то ни было следов соединения.

Разделение изображений и крайне сложные оптические пути делают так, что мозг видит отдельно каждым из своих полушарий с использованием каждого из глаз. Это позволяет ускорить обработку потока входящей информации, а также обеспечивает зрение одним глазом, если вдруг человек по какой-либо причине перестаёт видеть другим.

Можно заключить, что мозг в процессе обработки зрительной информации убирает «слепые» пятна, искажения из-за микродвижений глаз, морганий, угла зрения и т.п., предлагая своему хозяину адекватное целостное изображение наблюдаемого.

Ещё одним из важных элементов зрительной системы является . Умалять значение этого вопроса никак нельзя, т.к. чтобы вообще иметь возможность использовать зрение должным образом мы должны уметь поворачивать глаза, поднимать их, опускать, короче говоря - двигать глазами.

Всего можно выделить 6 внешних мышц, которые соединяются с внешней поверхностью глазного яблока. К этим мышцам относятся 4 прямые (нижняя, верхняя, боковая и средняя) и 2 косые (нижняя и верхняя).

В тот момент, когда какая-либо из мышц сокращается, мышца, являющаяся для неё противоположной, расслабляется - это обеспечивает ровное движение глаз (в противном случае все движения глазами осуществлялись бы рывками).

При повороте двух глаз автоматически изменяется движение всех 12 мышц (по 6 мышц на каждый глаз). И примечательно то, что процесс этот является непрерывным и очень хорошо скоординированным.

По словам знаменитого офтальмолога Питера Джени, контроль и координация связи органов и тканей с центральной нервной системой посредством нервов (это называется иннервацией) всех 12 глазных мышц представляет собой один из очень сложных процессов, происходящих в мозге. Если же добавить к этому точность перенаправления взора, плавность и ровность движений, скорость, с которой может вращаться глаз (а она составляет в сумме до 700° в секунду), и соединить всё это, мы получим на самом деле феноменальную по части исполнения подвижную глазную систему. А то, что человек имеет два глаза, делает её ещё более сложной - при синхронном движении глаз необходима одинаковая мускульная иннервация.

Мышцы, которые вращают глаза, отличны от мышц скелета, т.к. их составляет множество всевозможных волокон, а контролируются они ещё большим числом нейронов, иначе точность движений стала бы невозможной. Данные мышцы можно назвать уникальными ещё и потому, что они способны быстро сокращаться и практически не устают.

Учитывая то, что глаз - это один из наиболее важных органов человеческого организма, он нуждается в непрерывном уходе. Именно для этого как раз и предусмотрена, если так можно назвать, «интегрированная система очистки», которая состоит из бровей, век, ресниц и слёзных желёз.

При помощи слёзных желёз регулярно производится липкая жидкость, с медленной скоростью движущаяся вниз по внешней поверхности глазного яблока. Эта жидкость смывает различный сор (пыль и т.п.) с роговицы, после чего входит во внутренний слёзный канал и затем стекает по носовому каналу, выводясь из организма.

В слезах содержится очень сильное антибактериальное вещество, уничтожающее вирусы и бактерии. Веки выполняют функцию стеклоочистителей - они очищают и увлажняют глаза благодаря непроизвольному морганию с интервалом в 10-15 секунд. Вместе с веками работают ещё и ресницы, предотвращая попадание в глаз любого сора, грязи, микробов и т.п.

Если бы веки не выполняли свою функцию, глаза человека постепенно бы засохли и покрылись рубцами. Если бы не было слёзного протока, глаза бы постоянно заливались слёзной жидкостью. Если бы человек не моргал, в его глаза попадал бы мусор, и он мог бы даже ослепнуть. Вся «очистительная система» должна включать в себя работу всех элементов без исключения, в противном случае она просто перестала бы функционировать.

Глаза как показатель состояния

Глаза человека способны передавать немало информации в процессе его взаимодействия с другими людьми и окружающим миром. Глаза могут излучать любовь, гореть от гнева, отражать радость, страх или беспокойство, или усталости. Глаза показывают, куда смотрит человек, заинтересован он в чём-либо или же нет.

Например, когда люди закатывают глаза, беседуя с кем-то, это можно расценивать совершенно иначе, нежели обычный взгляд, направленный вверх. Большие глаза у детей вызывают у окружающих восторг и умиление. А состояние зрачков отражает то состояние сознания, в котором в данный момент времени находится человек. Глаза - это показатель жизни и смерти, если уж говорить в глобальном смысле. Наверное, именно по этой причине их называют «зеркалом» души.

Вместо заключения

В этом уроке мы с вами рассмотрели устройство зрительной системы человека. Естественно, мы упустили немало деталей (сама по себе эта тема очень объёмна и вместить её в рамки одного урока проблематично), но всё же постарались донести материал так, чтобы вы имели чёткое представление о том, КАК видит человек.

Вы не могли не заметить, что как сложность, так и возможности глаза позволяют этому органу многократно превосходить даже самые современные технологии и научные разработки. Глаз является наглядной демонстрацией сложности инженерии в огромном количестве нюансов.

Но знать об устройстве зрения - это, конечно же, хорошо и полезно, однако наиболее важно знать о том, как зрение можно восстанавливать. Дело в том, что и образ жизни человека, и условия, в которых он живёт, и некоторые другие факторы (стрессы, генетика, вредные привычки, заболевания и многое другое) - всё это нередко способствует тому, что с годами зрение может ухудшаться, т.е. зрительная система начинает давать сбои.

Но ухудшение зрения в большинстве случаев не является необратимым процессом - зная определённые методики, данный процесс можно повернуть вспять, и сделать зрение, если уж и не таким, как у младенца (хотя иногда возможно и это), то хорошим настолько, насколько вообще это возможно для каждого отдельно взятого человека. Поэтому следующий урок нашего курса по развитию зрения будет посвящён методам восстановления зрения.

Зрите в корень!

Проверьте свои знания

Если вы хотите проверить свои знания по теме данного урока, можете пройти небольшой тест, состоящий из нескольких вопросов. В каждом вопросе правильным может быть только 1 вариант. После выбора вами одного из вариантов, система автоматически переходит к следующему вопросу. На получаемые вами баллы влияет правильность ваших ответов и затраченное на прохождение время. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты перемешиваются.

Зрительная сенсорная система. Зрительное восприятие. Проецирование световых лучей на сетчатку глаза. Оптическая система глаза. Рефракция.

Зрительное восприятие оставляет в памяти человека наибольшую часть его чувственных впечатлений об окружающем мире. Оно происходит в результате поглощения фоторецепторами сетчатки отраженной от окружающих предметов энергии световых лучей или электромагнитных волн в диапазоне от 400 до 700 нм. Энергия поглощенных квантов света (адекватный раздражитель) преобразуется сетчаткой в нервные импульсы, поступающие по зрительным нервам к латеральным коленчатым телам, а от них - в проекционную зрительную кору. В дальнейшей переработке зрительной информации у человека участвуют свыше тридцати отделов мозга, представляющих вторичные сенсорные и ассоциативные области коры.

Проецирование световых лучей на сетчатку глаза

Прежде чем попасть на сетчатку, световые лучи последовательно проходят через роговицу, жидкость передней камеры глаза, хрусталик и стекловидное тело, вместе образующие оптическую систему глаза (рис. 17.5). На каждом из этапов этого пути свет преломляется и в результате на сетчатке возникает уменьшенное и перевернутое изображение наблюдаемого предмета, этот процесс называется рефракцией . Преломляющая сила оптической системы глаза составляет около 58,6 диоптрий при рассматривании удаленных предметов и возрастает до приблизительно 70,5 диоптрий при фокусировании на сетчатку световых лучей, отраженных от близко расположенных предметов (1 диоптрия соответствует преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 1 м).

Человеческий глаз - замечательное достижение эволюции и отличный оптический инструмент. Порог чувствительности глаза близок к теоретическому пределу, обусловленному квантовыми свойствами света, в частности дифракцией света. Диапазон воспринимаемых глазом интенсивностей составляет, фокус может быстро перемещаться от очень короткого расстояния до бесконечности.
Глаз является системой линз, которая формирует перевернутое действительное изображение на светочувствительной поверхности. Глазное яблоко имеет приблизительно сферическую форму с диаметром около 2,3см . Внешняя его оболочка является почти волокнистым непрозрачным слоем, называемым склерой . Свет поступает в глаз через роговицу, представляющую собой прозрачную оболочку на внешней стороне поверхности глазного яблока. В центре роговицы расположено цветное кольцо – радужкой (радужная оболочка) со зрачком посредине. Они действуют подобно диафрагме, осуществляя регуляцию поступления света в глаз.
Хрусталик представляет собой линзу, состоящую из волокнистого прозрачного материала. Его форма и, следовательно, фокусное расстояние могут изменяться с помощью цилиарных мышц глазного яблока. Пространство между роговицей и линзой заполнено водянистой жидкостью и называется передней камерой . За линзой расположено прозрачное желеобразное вещество, называемое стекловидным телом .
Внутренняя поверхность глазного яблока покрыта сетчаткой , которая содержит многочисленные нервные клетки - зрительные рецепторы: палочки и колбочки, которые отвечают на зрительные раздражения, генерируя биопотенциалы. Наиболее чувствительной областью сетчатки является желтое пятно , где содержится наибольшее число зрительных рецепторов. Центральная часть сетчатки содержит только плотно упакованные колбочки. Глаз вращается, чтобы рассмотреть изучаемый объект.

Рис. 1. Глаз человека

Преломление в глазе

Глаз является оптическим эквивалентом обычной фотографической камеры. В нем есть система линз, апертурная система (зрачок) и сетчатка, на которой фиксируется изображение.

Система линз глаза сформирована из четырех преломляющих сред: роговицы, водяной камеры, хрусталика, стеклянного тела. Показатели их преломления не имеют значительных отличий. Они составляют 1,38 для роговицы, 1,33 для водяной камеры, 1,40 для хрусталика и 1,34 для стекловидного тела (рис. 2).

Рис. 2. Глаз как система преломляющих сред (числа являются показателями преломления)

В этих четырех преломляющих поверхностях происходит преломление света: 1) между воздухом и передней поверхностью роговицы; 2) между задней поверхностью роговицы и водяной камерой; 3) между водяным камерой и передней поверхностью хрусталика; 4) между задней поверхностью хрусталика и стекловидным телом.
Наиболее сильное преломление происходит на передней поверхности роговицы. Роговица имеет небольшой радиус кривизны, и показатель преломления роговицы в наибольшей степени отличается от показателя преломления воздуха.
Преломляющая способность хрусталика меньше, чем у роговицы. Она составляет около одной трети общей преломляющей мощности систем линз глаза. Причина этого различия в том, что жидкости, окружающие хрусталик, имеют показатели преломления, которые существенно не отличаются от показателя преломления хрусталика. Если хрусталик удалить из глаза, окруженный воздухом он имеет показатель преломления почти в шесть раз больший, чем в глазе.

Хрусталик выполняет очень важную функцию. Его кривизна может изменяться, что обеспечивает тонкое фокусирование на объекты, расположенные на различных расстояниях от глаза.

Редуцированный глаз

Редуцированный глаз является упрощенной моделью реального глаза. Он схематически представляет оптическую систему нормального глаза человека. Редуцированный глаз представлен единственной линзой (одной преломляющей средой). В редуцированном глазе все преломляющие поверхности реального глаза суммируются алгебраически, формируя единственную преломляющую поверхность.
Редуцированный глаз позволяет провести простые вычисления. Общая преломляющая способность сред составляет почти 59 диоптрий, когда линза аккомодирована на зрение отдаленных объектов. Центральная точка редуцированного глаза лежит впереди сетчатки на 17 миллиметров. Луч из любой точки объекта приходит в редуцированный глаз и проходит через центральную точку без преломления. Так же, как стеклянная линза формирует изображение на листе бумаги, система линз глаза образует изображение на сетчатке. Это уменьшенное, действительное, перевернутое изображение объекта. Головной мозг формирует восприятие объекта в прямом положении и в реальном размере.

Аккомодация

Для ясного видения объекта необходимо, чтобы после преломления лучей, изображение формировалось на сетчатке. Изменение преломляющей силы глаза для фокусировки близких и отдаленных объектов называется аккомодацией .
Наиболее отдаленная точка, на которую фокусируется глаз, называется дальней точкой видения - бесконечность. В этом случае параллельные лучи, входящие в глаз, фокусируются на сетчатку.
Объект виден в деталях, когда он установлен как можно ближе к глазу. Минимальное расстояние четкого видения – около 7 см при нормальном зрении. В этом случае аппарат аккомодации находится в максимально напряжённом состоянии.
Точка, расположенная на расстоянии 25см , называется точкой наилучшего видения , поскольку в данном случае различимы все детали рассматриваемого объекта без максимального напряжения аппарата аккомодации, вследствие чего глаз может длительное время не утомляться.
Если глаз сфокусирован на объект в ближней точке, он должен отрегулировать свое фокусное расстояние и увеличить преломляющую силу. Этот процесс происходит путем изменений формы хрусталика. Когда объект подносят ближе к глазу, форма хрусталика изменяется от формы умеренно выпуклой линзы в форму выпуклой линзы.
Хрусталик образован волокнистым желеобразным веществом. Он окружен прочной гибкой капсулой и имеет специальные связки, идущие от края линзы к внешней поверхности глазного яблока. Эти связки постоянно напряжены. Форма хрусталика изменяется цилиарной мышцей . Сокращение этой мышцы уменьшает натяжение капсулы хрусталика, он становится более выпуклым и из-за естественной эластичности капсулы принимает сферическую форму. И наоборот, когда цилиарная мышца полностью расслаблена, преломляющая сила линзы наиболее слабая. С другой стороны, когда цилиарная мышца находится в максимально сокращенном состоянии, преломляющая сила линзы становится наибольшей. Этот процесс управляется центральной нервной системой.

Рис. 3. Аккомодация в нормальном глазе

Старческая дальнозоркость

Преломляющая сила хрусталика может увеличиваться от 20 диоптрий до 34 диоптрий у детей. Средняя аккомодация составляет 14 диоптрий. В результате общая преломляющая сила глаза составляет почти 59 диоптрий, когда глаз аккомодирован для дальнего зрения, и 73 диоптрия - при максимальной аккомодации.
При старении человека хрусталик становиться более толстым и менее эластичным. Следовательно, способность линзы изменять свою форму уменьшается с возрастом. Сила аккомодации уменьшается от 14 диоптрий у ребенка до менее 2 диоптрий в возрасте от 45 до 50 лет и становится равной 0 в возрасте 70 лет. Поэтому линза почти не аккомодируется. Это нарушение аккомодации называется старческой дальнозоркостью . Глаза при этом сфокусированы всегда на постоянном расстоянии. Они не могут аккомодироваться как для ближнего, так и дальнего зрения. Следовательно, чтобы видеть ясно на различных расстояниях, старый человек должен носить бифокальные очки с верхним сегментом, сфокусированным для дальнего видения, и более низким сегментом, сфокусированным для ближнего видения.

Ошибки преломления

Эмметропия . Считается, что глаз будет нормальным (эмметропичным), если параллельные световые лучи с отдаленных объектов фокусируются в сетчатку при полном расслаблении цилиарной мышцы. Такой глаз видит ясно отдаленные объекты, когда расслаблена цилиарная мышца, то есть без аккомодации. При фокусировании объектов ближнего диапазона расстояний в глазе сокращается цилиарная мышца, обеспечивая подходящую степень аккомодации.

Рис. 4. Преломление параллельных световых лучей в глазе человека.

Гиперметропия (гиперопия). Гиперметропия также известна как дальнозоркость . Она обусловлена либо малым размером глазного яблока, либо слабой преломляющей силой системы линз глаза. В таких условиях параллельные световые лучи не преломляются системой линз глаза достаточно для того, чтобы фокус (соответственно изображение) находился на сетчатке. Для преодоления этой аномалии цилиарная мышца должна сократиться, увеличив оптическую силу глаза. Следовательно, дальнозоркий человек способен фокусировать отдаленные объекты на сетчатке, используя механизм аккомодации. Для видения более близких объектов мощности аккомодации не хватает.
При небольшом резерве аккомодации дальнозоркий человек часто не способный аккомодировать глаз достаточно для фокусирования не только близких, но даже отдаленных объектов.
Для коррекции дальнозоркости необходимо увеличить преломляющую силу глаза. Для этого используют выпуклые линзы, которые добавляют преломляющую силу к силе оптической системе глаза.

Миопия . При миопии (или близорукости) параллельные световые лучи с отдаленных объектов фокусируются перед сетчаткой, несмотря на то, что цилиарная мышца полностью расслаблена. Это бывает из-за слишком длинного глазного яблока, а также вследствие слишком высокой преломляющей силы оптической системы глаза.
Нет механизма, с помощью которого глаз мог бы уменьшить преломляющую силу своего хрусталика менее, чем возможно при полном расслаблении цилиарной мышцы. Процесс аккомодации приводит к ухудшению видения. Следовательно, человек с миопией не может фокусировать отдаленные объекты на сетчатку. Изображение может сфокусироваться только, если объект находится достаточно близко от глаза. Следовательно, у человека с миопией ограничена дальняя точка ясного видения.
Известно, что лучи, проходящие через вогнутую линзу, преломляются. Если преломляющая сила глаза слишком велика, как при миопии, иногда она может быть нейтрализована вогнутой линзой. Используя лазерную технику, можно также откорректировать слишком большую выпуклость роговицы.

Астигматизм . В астигматическом глазе преломляющая поверхность роговицы является не сферической, а эллипсоидальной. Это происходит из-за слишком большой кривизны роговицы в одной из своих плоскостей. В результате световые лучи, проходящие через роговицу в одной плоскости, не преломляются так же сильно, как лучи, проходящие через нее в другой плоскости. Они не собираются в общем фокусе. Астигматизм не может компенсироваться глазом с помощью аккомодации, но корректировать его можно с помощью цилиндрической линзы, которая исправит ошибку в одной из плоскостей.

Коррекция оптических аномалий контактными линзами

Недавно для коррекции различных аномалий зрения стали использовать пластические контактные линзы. Они устанавливаются против передней поверхности роговицы и фиксируются тонким слоем слез, который заполняет пространство между контактной линзой и роговицей. Жесткие контактные линзы делают из жесткой пластмассы. Их размеры составляют 1мм в толщину и 1см в диаметре. Также существуют мягкие контактные линзы.
Контактные линзы заменяют роговицу как внешнюю сторону глаза и почти полностью аннулируют долю преломляющей способности глаза, которая происходит в норме на передней поверхности роговицы. При использовании контактных линз передняя поверхность роговицы не играет значимой роли в преломлении глаза. Основную роль начинает выполнять передняя поверхность контактной линзы. Особенно важно это у лиц с ненормально сформированной роговицей.
Другой особенностью контактных линз является то, что, поворачиваясь вместе с глазом, они дают более широкую область ясного видения, чем это делают обычные очки. Они являются также более удобными в использовании для художников, спортсменов и т.п.

Острота зрения

Способность человеческого глаза ясно видеть мелкие детали ограничена. Нормальный глаз может различать различные точечные источники света, расположенные на расстоянии 25 секунд дуги. То есть, когда световые лучи с двух отдельных точек попадают в глаз под углом более 25 секунд между ними, они видны в качестве двух точек. Лучи с меньшим угловым разделением не могут быть различены. Это означает, что человек с нормальной остротой зрения может различить две точки света на расстоянии 10 метров, если они друг от друга находятся на расстоянии 2 миллиметра.

Рис. 7. Максимальная острота зрения для двух точечных источников света.

Наличие этого предела предусмотрено структурой сетчатки. Средний диаметр рецепторов в сетчатке составляет почти 1,5 микрометров. Человек может нормально различить две отдельные точки, если в сетчатке расстояние между ними составляет 2 микрометра. Таким образом, чтобы различать два небольших объекта, они должны возбудить две разных колбочки. По крайней мере, между ними один будет находиться 1 невозбужденная колбочка.

Др.Ховард Гликсмен

Как говорят, «видеть – это верить». Возможность физически видеть или определять какой-либо объект или явление, дает нам гораздо больше уверенности в их существовании. Более того, имея возможность интеллектуально видеть или понимать что-либо, обеспечивает нас высшим уровнем оправдания нашей веры в способность знать правду. Все же, выражение «Видеть – значит верить» само по себе представляет фальшивое понимание того, что означает слово «верить». Если можно физически определять или действительно что-то понимать, то не нужно верить в то, что уже известно посредством ощущений или интеллекта. Верование во что-нибудь требует, чтобы оно либо не ощущалось восприятием, либо не полностью понималось интеллектом. Если кое-что можно увидеть с помощью ощущений или полного понимания интеллектом, тогда единственным ограничивающим фактором для каждого из нас является наше доверие тому, что все, что мы видим и думаем, является правдой.

После всего вышесказанного интересно будет порассуждать на тему достаточно сильной зависимости большинства научных исследований от нашей возможности восприятия посредством зрения. От конструирования отслеживающих устройств, необходимых для наблюдений, до сопоставления данных для анализа и интерпретации: везде способность видеть является очень важной для нас, обеспечивая возможность анализировать окружающий мир.

Но как происходит это таинство зрения? Каким образом мы способны воспринимать свет и любоваться теми, кто нам дорог, восторгаться величием природы и рассматривать гениальные произведения искусства? Эта, а также две последующие статьи будут посвящены исследованию данного вопроса. Как в действительности мы способны улавливать определенный диапазон электромагнитной энергии и превращать его в изображение для дальнейшего рассмотрения?

От фокусирования света на сетчатке до создания нервных импульсов, которые посылаются в мозг, где это все интерпретируется как восприятие зрения; мы рассмотрим необходимые компоненты, которые делают зрение реальностью для человечества. Но я вас предостерегаю - несмотря на обширные знания в области процесса зрения, а так же в области причинной диагностики того, почему оно может быть нефункциональным, все же мы абсолютно не имеем понятия, как мозг выполняет этот трюк.

Да, мы знаем о преломлении света и биомолекулярных реакциях в клетках фоторецепторов сетчатки, все это правда. Мы даже понимаем, как эти нервные импульсы влияют на другую смежную нервную ткань и на выделение различных нейротрансмиттеров. Нам известны разные пути, по которым проходит зрение в пределах мозга, что вызывает смешивания нейровозбуждающих сообщений в визуальной коре головного мозга. Но даже эти знания не могут нам подсказать, как мозг может превратить электрическую информацию в панорамное обозрение Большого каньона, в изображение лица новорожденного ребенка, а также искусства Микеланджело или великого Леонардо. Мы только знаем, что мозг делает эту работу. Это все равно, что спросить о том, что могло бы быть биомолекулярной основой для мысли. В наше время наука не имеет необходимых средств для ответа на данный вопрос.

Глаз

Глаз является сложным органом восприятия, который способен принимать лучи света и фокусировать их на светочувствительных рецепторах, содержащихся в сетчатке. Есть много частей глаза, которые играют важную роль либо непосредственно при выполнении этой функций, либо поддерживая ее (рис.1,2,3).

Рис.1 Вид глаза с отмеченными частями. Смотрите текст для дальнейшего описания характеристик, функций и эффектов их нарушения. Иллюстрации взяты из сайта: www.99main.com/~charlief/Blindness.htm

Рис.2 Вид глаза снаружи с некоторыми из его наиболее важных частей. Иллюстрации получены из сайта: www.99main.com/~charlief/Blindness.htm

Рис.3 Слезы производятся в слезной железе и протекают по поверхности глаза через веки, затем просачиваются в нос сквозь слезно-носовой канал. Поэтому ваш нос затрудняет дыхание, когда вы много плачете.

Веко должно быть открытым и мускулы глаза должны разместить его таким образом, чтобы он располагался по одной линии с лучами света, которые проектируются от объекта рассматривания. Когда лучи света приближаются к глазу, сначала они сталкиваются с роговой оболочкой, которая омывается в необходимом количестве слезами слезной железы. Кривизна и природа роговицы позволяют фотонам света преломляться, как только они начинают концентрироваться в нашей области центрального зрения, которая называется пятном.

Затем свет проходит через внешнюю камеру, которая находится позади роговицы и перед радужной оболочкой и хрусталиком. Внешняя камера наполнена водяной жидкостью, которая называется водянистой влагой, что произошла от структур, расположенных поблизости, и разрешает свету проникать дальше в глаз.

От внешней камеры свет продолжает направляться через регулируемое отверстие в радужке, называемым зрачком, который позволяет глазу контролировать количество входящего света. Затем свет проникает в переднюю (внешнюю) поверхность хрусталика, где потом происходит преломление. Свет продолжает двигаться через хрусталик и выходит через обратную (заднюю) поверхность, снова преломляясь на своем пути к фокусированию на месте центрального зрения – ямка, которая содержит высокую плотность определенных клеток-фоторецепторов. Именно на этом важном этапе глаз должен сделать все необходимое, чтобы позволить всем фотонам света, отраженным от объекта рассматривания, сфокусироваться на предназначенном месте в сетчатке. Он выполняет это, активно изменяя кривизну хрусталика посредством действия цилиарного мускула.

Затем фотоны света направляются через гелеобразное стекловидное тело, которое в значительной степени поддерживает глазное яблоко, и направляется в сетчатку. После этого активизируются клетки фоторецептора в сетчатке, позволяя, в конечном счете, нервным импульсам посылаться вдоль оптического нерва к визуальной коре головного мозга, где они интерпретируются как «зрение».

Представим, что нам понадобилось объяснить происхождение первого, чувствительного к свету «пятна». Эволюция более сложных глаз, с такой точки зрения, является простой… не так ли? Не совсем. Для каждого из различных компонентов необходимо наличие уникальных протеинов, выполняющих уникальнейшие функции, что, в свою очередь, требует наличия уникального гена в ДНК этого существа. Ни гены, ни протеины, которые они кодируют, не функционируют самостоятельно. Существование уникального гена или протеина означает, что вовлекается уникальная система других генов или протеинов со своей функцией. В такой системе отсутствие хотя бы одного системного гена, протеина или молекулы означает, что целая система становиться нефункциональной. Принимая во внимание тот факт, что эволюция одного гена или протеина никогда не наблюдалась и не воспроизводилась в лабораторных условиях, такие, на первый взгляд незначительные различия, внезапно становятся очень важными и огромными.

Фокус статьи

В этой статье мы рассмотрим некоторые из частей глаза и то, как они выполняют три фундаментальные функции: защита и поддержка; передача света; и фокусирование изображения. Мы также увидим, что происходит, когда возникают проблемы и зрение подвергается риску. Это подведет нас размышлениям над вопросом макроэволюции и постепенного развития механизмов.

В следующей статье мы рассмотрим клетки фоторецепторов и взаимосвязь их размещения в сетчатке с их функциями, а также поговорим о биомолекулярной основе для нервного воспроизведения импульсов вдоль оптического нерва. В мы рассмотрим, как визуальное сообщение отправляется в мозг посредством различных путей, и получим общее представление о сложной природе того, как визуальная кора головного мозга «видит».

Служить и защищать

Существует много компонентов, которые несут ответственность не только за защиту и оберегание глаза, но и обеспечивают его питательными веществами и физической поддержкой. Без наличия какого-либо из этих важных факторов, мы не смогли бы видеть так хорошо, как это происходит сейчас. Вот список одних из наиболее важных частей с кратким изложением того, что они делают для глаза.

Глазная впадина: состоит из пяти разных костей, которые срастаются: лобная кость, решетчатая кость, скуловая кость, челюстная кость, слезная кость, что обеспечивает костную защиту примерно 2/3 глазного яблока. Эти кости также обеспечивают надежную основу для происхождения сухожилий мышц, которые несут ответственность за движение глаза.

Веки: верхние и нижние , каждой из которых нужен нейромышечный контроль и рефлекторная деятельность для защиты глаза; защищают глаз от воздействия света, пыли, грязи, бактерий, т.д. Мигание или рефлекс роговицы обеспечивает быстрое закрытие глаза, как только роговица раздражается при попадании на нее инородного тела, к примеру, пыли или грязи. Ослепительный рефлекс обеспечивает быстрое закрытие век, когда глаз подвергается воздействию очень яркого света, таким образом, блокируя 99% света, проникающего в глаз. Рефлекс угрозы обеспечивает мгновенное закрытие век от разных движений, которые направляются к глазу. Стимулы для инициирования этих двух последних рефлексов происходят из сетчатки. Вдобавок к функции защиты, мигая, веки распространяют слезную оболочку вдоль передней поверхности глаза, что необходимо для роговицы.

Слезная оболочка и ее образование: включает три слоя, состоящих из масла, воды и слизистой жидкости; вырабатывается сальной железой век, слезной железой, клетками конъюнктивы. Слезная оболочка удерживает влагу, сохраняет гладкую поверхность на передней части глаза, облегчая проведение света, оберегает глаз от заражения и повреждения.

Склера: известна также как белок глаза. Это внешний защитный слой, покрытый конъюнктивой, которая вырабатывает и выделяет жидкость, увлажняющую и смазывающую глаз.

Сосудистая оболочка глаза: этот слой расположен между склерой и сетчаткой. Он обеспечивает циркуляцию крови к задней части глаза и к пигментированному эпителию сетчатки (ПЭС), расположенному прямо за ней и поглощающему свет. Таким образом, когда свет проникает сквозь сетчатку, слой, что расположен с задней стороны, поглощает его и предотвращает обратное отражение, тем самым, предотвращая искажение зрения.

Роговая оболочка глаза: эта специализированная соединяющая ткань находится в той же плоскости, что и склера, к которой она примыкает на корнеосклеральной точке соединения. Тем не менее, она находится там, где свет проникает в глаз. В роговице отсутствуют кровяные сосуды, то есть, она бессосудистая. Это одна из наиболее важных характеристик, которая разрешает ей оставаться четкой, чтобы пропускать свет в оставшуюся часть глаза. Роговица получает воду, кислород и питательные вещества от двух источников: с помощью слез, которые, выделяясь слезной железой, равномерно распределяются по роговице под действием век, и от водянистой влаги, присутствующей во внешней камере (смотрите ниже). Пока роговица защищает глаз, веки защищают ее. Нейромускулатурная система в теле обеспечивает роговицу наибольшей густотой чувствительных нервных волокон, чтобы они могли защищать ее от малейшего раздражения, которое может закончиться заражением. Один из последних рефлексов в предсмертном состоянии – это рефлекс роговицы, который проверяется прикосновением клочка ткани до роговицы глаза человека, находящегося без сознания. Позитивный рефлекс вызовет внезапную попытку закрыть веки, что можно увидеть с помощью движения мышц вокруг глаза.

Водянистая влага: это водянистая жидкость, которая производится цилиарным телом и выделяется во внешнюю камеру, расположенную прямо за роговицей и перед радужкой. Эта жидкость питает не только роговицу, но и хрусталик, и играет роль в образовании формы передней части глаза, занимая место в этой области. Водянистая жидкость вытекает во внешнюю камеру через каналы Шлемма.

Стекловидное тело: это толстое, прозрачное и гелеобразное вещество, наполняющее яблоко глаза и придающее ему форму и вид. Оно имеет способность сжиматься, а затем возвращаться к своей обычной форме, тем самым, позволяя глазному яблоку противостоять травмам без серьезных повреждений.

Нарушение защиты

Примеры того, что может случиться в реальной жизни с этими разнообразными компонентами, когда они не функционируют, и как это может повлиять на зрение, дает нам понимание, насколько важным является каждый из этих компонентов для сохранения надлежащего зрения.

• Травма глазницы может причинить серьезные повреждения глазному яблоку, что проявляется в его внутреннем повреждении, а также ущемлении нервов и мышц, которые управляют глазом, и это проявляется в двойном зрении и проблемах восприятия глубины.
• Нарушение функционирования век может происходить от воспаления или повреждения 7-го черепно-мозгового нерва (лицевого нерва), когда возможность правильно закрывать глаз подвергается риску. Это может проявиться в повреждении роговицы, поскольку веки больше не смогут ее защищать от окружающей среды и травм, мешая тем временем слезной оболочке проходить через ее поверхность. Зачастую, пациент будет носить глазную повязку и наносить мазь на нижний мешочек, чтобы поддерживать влагу в роговице и предотвратить повреждение.
• Синдром Шегрена и синдром «сухого глаза» проявляются в увеличении риска образования слез, который является не только раздражающим состоянием, но проявляется в нечетком зрении.
• Повреждение роговицы, такое как заражение или травма, может проявляться в последующем повреждении структур, находящихся за ней, редко в эндофтальмите, а так же в сильной инфекции внутренней части глаза, что часто приводит к его хирургическому удалению.
• Полный разрыв через слои роговицы может проявляться в выделении водянистой влаги глаза из внешней камеры, вследствие чего передняя часть глаза становится гладкой, и тогда внешняя камера существует только потенциально, приводя к потере зрения.
• Стекловидное тело глаза часто изнашивается, начинает втягиваться и может стянуть сетчатку с ее места крепления, что приводит к ее отсоединению.

Итак, подведем итоги. Из вышеописанного становиться видно, что каждая часть глаза является абсолютно необходимой для поддержки и функционирования зрения. Сетчатка играет важную роль, имея фоточувствительные клетки, которые могут посылать сообщения в мозг для интерпретации. Но каждый из упомянутых компонентов играет важную роль в поддержке, без которой наше зрение пострадало бы либо вообще не смогло бы существовать.

Макроэволюция и ее последовательный механизм обязан еще более детально объяснять, как человеческое зрение, согласно ее утверждению, развилось посредством случайных мутаций от светочувствительных пятен у беспозвоночных, принимая во внимание сложную структуру, физиологическую природу и взаимозависимость всех вышеупомянутых компонентов.

Разрешите свету проходить

Для того чтобы глаз функционировал должным образом, многие из его частей должны быть способными разрешать свету проходить через них, при этом, не разрушая и не искажая его. Другими словами, они должны быть светопроницаемыми. Посмотрите на остальные части тела, и вы вряд ли найдете другие ткани, обладающие такой жизненной особенностью, которая разрешает проникновения света. Макроэволюция должна быть способной объяснить не только генетические механизмы происхождения макромолекул, составляющих части глаз, но и объяснить также, каким образом получилось так, что они обладают уникальной особенностью быть светопроницаемыми и размещаться в одном органе тела, что необходимо для правильного функционирования.

Роговица защищает глаз от окружающей среды, но также она разрешает свету проникать в глаз на его пути к сетчатке. Прозрачность роговицы зависит от отсутствия в ней кровяных сосудов. Но клетки роговицы сами требуют воды, кислорода и питательных веществ для выживания, как любая другая часть тела. Они получает эти жизненно необходимые вещества от слез, которые покрывают переднюю часть роговицы и от водянистой влаги, которая омывает заднюю часть. Ясно, что выдвигать предположения насчет развития светопроницаемой роговицы, не принимая во внимание то, как она сама могла работать и оставаться светопроницаемой в течение всего процесса, - это, на самом деле, сильное упрощение весьма сложного явления, чем это предполагалось ранее. Повреждение роговицы заражением или травмой может привести к рубцеванию, вследствие чего может развиться слепота, поскольку свет более уже не будет проникать через нее в сетчатку. Самой распространенной причиной слепоты в мире является трахома - инфекция, которая повреждает роговицу.

Внешняя камера , которая с внешней стороны связана с роговицей, наполняется водянистой влагой , производимой из ресничного тела. Эта влага является чистой водяной жидкостью, которая не только разрешает свету проходить невредимым, но и поддерживает роговицу и хрусталик. Существует много других жидкостей, которые вырабатываются в теле, как, например, кровь, моча, синовиальная жидкость, слюна и т.д. Большинство из них не способствуют передаче света в том объеме, который необходим для зрения. Макроэволюция должна также объяснить развитие ресничного тела и его способность вырабатывать эту водяную влагу, которая наполняет, формирует и поддерживает внешнюю камеру. Также должна быть объяснена, с точки зрения макроэволюции, необходимость водяной влаги для зрения, в том смысле, что в реальности она обслуживает еще и другие ткани (роговицу и хрусталик), которые очень важны для продолжения функционирования. Какие из этих компонентов появились первыми, и как они функционировали друг без друга?

Радужка (радужная оболочка) – это протяженность пигментированной сосудистой оболочки глаза, которая придает ему цвет. Радужка контролирует количество света, поступающего далее к сетчатке. Она состоит из двух разных видов мышц, обе из которых контролируются нервными клетками, регулируя размер открытия, которое называются зрачком. Сфинктер зрачка (круговая суживающая мышца), который размещается вдоль края радужки, сокращается, чтобы закрывать отверстие в зрачке. Расширяющая мышца идет радиально через радужку, как спицы колеса, и когда она сокращается, то зрачок открывается. Радужная оболочка очень важна для контролирования количества света, которое проникает в глаз в определенный период. Тот человек, который вследствие болезни глаз, называемой экземой, испытал на себе мучение из-за расширения зрачков, и ему поэтому приходилось выходить на свет, может полностью оценить данный факт.

Макроэволюция должна ответить, как развилась каждая мышца и в каком порядке, обеспечивая в то же время функционирование зрачка. Какая мышца возникла первой, и какие генетические изменения несли за это ответственность? Как функционировала радужка для промежуточного глаза, когда отсутствовала одна из мышц? Как и когда возник контролирующий нервный рефлекс?

Хрусталик расположен непосредственно за радужкой и помещен в специальный мешочек. Он удерживается на месте с помощью поддерживающих связок , присоединенных к цилиарному телу и называемых поясками. Хрусталик состоит из протеинов, которые позволяют ему оставаться прозрачным и светопроницаемым для передачи света в сетчатку. Как и роговица, хрусталик не содержит сосудов и, таким образом, зависит от водянистой влаги для получения воды, кислорода, питательных веществ. Образование катаракты может произойти вследствие травмы или изнашивания хрусталика, причиняя обесцвечивание и жесткость, что является помехой для нормального зрения. Как и роговица, хрусталик состоит из сложной сети тканей, построенных из разных макромолекул, которые зависят от генетического кода в ДНК. Макроэволюция должна объяснить точную природу генетических мутаций или клеточных трансформаций, которые должны были произойти в более примитивных светочувствительных органах, чтобы развить такую сложную ткань со своими уникальными способностями проводить свет.

Стекловидное тело , как упоминалось в предыдущей части, является светлой, гелеобразной субстанцией, которая заполняет большую часть яблока глаза и придает ему форму и вид. Еще раз подчеркнем, что тело может производить материал с нужными качествами и размещать его в органе, которому он нужен. Те же вопросы к макроэволюции, которые касались макромолекулярного развития роговицы и хрусталика, как упоминалось выше, относятся и к стекловидному телу, причем необходимо помнить, что все три ткани, имея различную физическую природу, находятся в правильных положениях, что позволяет человеку видеть.

Фокусирование, фокусирование, фокусирование

Я хотел бы, чтобы вы сейчас обернулись, выглянули в окно или через дверь комнаты, в которой вы находитесь, и посмотрели на какой-нибудь максимально удаленный объект. Как вы полагаете, сколько из всего, что видят ваши глаза, вы по-настоящему фокусируете? Человеческий глаз способен к высокой визуальной резкости. Это выражено в угловой разрешающей способности, т.е. в том, сколько градусов из 360 в визуальном поле может ясно сфокусировать глаз? Человеческий глаз может разрешать одну дуговую минуту, которая представляет 1/60 градуса. Полная луна занимает 30 дуговых минут в небе. Достаточно удивительно, не так ли?

Некоторые хищные птицы могут обеспечивать разрешение до 20 дуговых секунд, что предоставляет им большую визуальную резкость, чем наша.

А сейчас обернитесь снова и посмотрите на этот отдаленный объект. Но в этот раз заметьте, что, хотя с первого взгляда вам кажется, что вы фокусируетесь на большой части поля, когда в действительности вы концентрируетесь на том, куда вы смотрите. Тогда вы поймете, что это представляет всего лишь маленькую часть целого изображения. То, что вы сейчас испытываете – это центральное зрение, которое зависит от ямки и пятна, окружающего его в сетчатке. Этот участок состоит в основном из фоторецепторов-колбочек, которые лучше всего работают при ярком свете и позволяют видеть четкие изображения в цвете. Почему и как это происходит, мы будем рассматривать в следующей статье. По существу, люди, страдающие дистрофией желтого пятна, хорошо знают о том, что может случиться, когда их центральное зрение ухудшается.

Сейчас, обернитесь снова и посмотрите на объект, который находится вдалеке, но в этот раз обратите внимание, насколько неопределенным и недостаточно цветным является все остальное, что находится за пределами центрального зрения. Это ваше периферийное зрение, которое в основном зависит от фоторецепторов-палочек, которые выстилают оставшуюся часть сетчатки и обеспечивают нас ночным зрением. Это также будет обсуждаться в следующей статье. Мы рассмотрим, как сетчатка способна посылать в мозг нервные импульсы. Но для того, чтобы вы могли оценить необходимость в возможности глаза фокусироваться, вам сначала следует понять, как сетчатка работает. В конце концов – это то, на чем фокусируются световые лучи.

Кроме случаев перпендикулярного прохождения, лучи света изгибаются или преломляются, когда они проходят сквозь вещества разной плотности такие, как воздух или вода. Поэтому свет, помимо света, который проходит непосредственно через центр роговицы и хрусталика, будет преломляться в направлении главного фокуса на некотором расстоянии за ними (фокусное расстояние). Это расстояние будет зависеть от совместной силы роговой оболочки и хрусталика, направленной на преломление света и непосредственно связанной с их кривизной.

Для понимания того, как и почему глаз должен фокусировать свет, чтобы мы четко видели, важно знать, что все лучи света, проникающие в глаз от источника на расстоянии более 20 футов, перемещаются параллельно друг к другу. Чтобы глаз мог иметь центральное зрение, роговая оболочка и линза должны быть способными преломлять эти лучи таким образом, чтобы все они сводились на ямке и пятне. (см. рис.4)

Рис. 4 Данный рисунок демонстрирует, как глаз фокусируется на объектах, расположенных на расстоянии более 20 футов. Заметьте, насколько параллельны лучи света друг к другу при их приближении к глазу. Роговица и хрусталик работают вместе, чтобы преломлять свет к фокальной точке на сетчатке, которая совпадает с размещением ямки и пятна, окружающих ее. (см. рис.1) Иллюстрация взята на сайте: www.health.indiamart.com/eye-care.

Преломляющая сила хрусталика измеряется в диоптриях. Эта сила выражается как обратная величина от фокусного расстояния. Например, если фокусная длина линзы составляет 1 метр, тогда преломляющая мощность обозначается как 1/1 = 1 диоптрий. Таким образом, если сила роговой оболочки и хрусталика для сведения в оду точку лучей света составляла бы 1 диоптр, то размер глаза от передней части к задней должен был бы составлять 1 метр для того, чтобы свет мог фокусироваться на сетчатке.

На самом деле, преломляющая сила роговой оболочки – примерно 43 диоптрия, а преломляющая мощность хрусталика в состоянии спокойствия при рассматривании объекта, находящегося на расстоянии более 20 футов, составляет примерно 15 диоптрий. При подсчете объединенной преломляющей мощности роговой оболочки и хрусталика можно увидеть, что она составляет примерно 58 диоптрий. Это означает, что расстояние от роговицы к сетчатке составило примерно 1/58 = 0.017 метров = 17 мм для правильного фокусирования света на ямке. Что же нам известно? Это как раз столько, сколько оно составляет у большинства людей. Конечно же, это аппроксимация средней величины и определенный человек может иметь роговицу или хрусталик с другой кривизной, которая проявляется в разнообразных диоптрических возможностях и длине глазного яблока.

Главное здесь, что совместная преломляющая мощность роговицы и хрусталика отлично соотносится с размером глазного яблока. Макроэволюция должна объяснить генетические мутации, которые были ответственны не только за то, что примитивная светочувствительная ткань была помещена в хорошо защищенном яблоке, заполненном гелеобразным веществом, но и за то, что разные ткани и жидкость позволяют свету передаваться и фокусироваться с силой, которая соответствует размерам этого яблока.

Люди, испытывающие близорукость (миопию), имеют затруднения четкостью зрения, поскольку их глазное яблоко слишком длинное и роговая оболочка с линзой фокусируют свет от объекта перед сетчаткой. Это позволяет свету продолжать проходить через фокусную точку и распределятся на сетчатке, что приводит к расплывчатому зрению. Эту проблему можно разрешить с помощью очков или линз.

А сейчас давайте рассмотрим, что происходит, когда глаз пробует фокусироваться на чем-то, расположенном близко. По определению свет, который проникает в глаз от объекта, расположенного на расстоянии менее 20 футов, не проникает параллельно, а является расходящимся. (см. рис.5). Таким образом, чтобы быть способным фокусироваться на объекте, который находится близко от наших глаз, роговица и хрусталик каким-то образом должны быть способными преломлять свет сильнее, чем они могут сделать это в состоянии покоя.

Рис. 5 Рисунок демонстрирует нам, как глаз фокусируется на объектах, расположенных на расстоянии менее 20 футов. Заметьте, что лучи света, проникающие в глаз, не параллельные, а расходящиеся. Поскольку преломляющая мощность роговицы фиксирована, то хрусталик должен регулировать все необходимое, чтобы фокусироваться на близких объектах. Смотрите текст, чтобы понять, как она это делает. Иллюстрация взята на сайте: www.health.indiamart.com/eye-care.

Отойдите и посмотрите снова вдаль, а затем сфокусируйте свой взгляд на задней стороне своей руки. Вы почувствуете небольшое дергание в глазах, поскольку вы фокусируете взгляд на близком расстоянии. Этот процесс называется приспособлением. Что происходит на самом деле, так это то, что ресничная мышца под нервным контролем может сокращаться, что позволяет хрусталику больше выпучиваться. Это движение увеличивает преломляющую мощность линзы от 15 до 30 диоптрий. Такое действие заставляет лучи света сводиться больше и разрешает глазу фокусировать свет от близко расположенного объекта на ямку и пятно. Опыт нам показал, что существует ограничение насчет того, как близко глаз может фокусировать. Это явление называется ближайшей точкой ясного зрения.

По мере того, как люди стареют, около 40 лет у них развивается состояние, которое называется пресбиопией (старческая дальнозоркость), когда у них появляются затруднения с фокусировкой на близко расположенных объектах, поскольку хрусталик становится жестким и теряет свою эластичность. Поэтому часто можно увидеть пожилых людей, которые держат предметы на расстоянии от глаз, чтобы сфокусироваться на них. Вы также можете заметить, что они носят бифокальные очки или очки для чтения, с помощью которых они могут спокойно читать.

Макроэволюция должна быть в состоянии объяснить независимое развитие каждого компонента, необходимого для приспособляемости. Хрусталик должен быть достаточно эластичным, что позволяет ему изменять форму. Он должна находиться в висящем состоянии, чтобы двигаться. Цилиарная мышца и ее нервный контроль должны также произойти. Целый процесс нейромышечного функционирования и действия рефлекса должны объясняться пошаговым процессом на бимолекулярном и электрофизиологическом уровнях. К сожалению, ничего из перечисленного выше не было объяснено, прозвучали лишь расплывчатые, без особой конкретизации, оптимистические заявления на тему простоты этих заданий. Возможно, этого вполне может быть достаточно для тех, кто ранее был предан понятию макроэволюции, но совершенно не соответствует требованиям, предъявляемым даже к попыткам любого подлинно научного объяснения.

В завершение хочется напомнить, что для того, чтобы иметь такую сложную последовательность в глазе для правильного фокусирования, нужно также быть способным поворачивать глаза к интересующему нас предмету. Существует шесть внешних мышц глаза, функционирующих согласованно. Совместная работа глаз обеспечивает нам правильное восприятие глубины и зрение. Как только какая-нибудь мышца сокращается, противоположная ей расслабляется для обеспечения ровного движения глаз, когда они сканируют окружающую среду. Это происходит под контролем нервов и требует объяснения от макроэволюции.

(См. и ).

Какая мышца возникла первой, и какие генетические мутации несли за это ответственность? Как функционировал глаз без наличия других мышц? Когда и как развился нервный контроль мышц? Когда и каким образом произошла координация?

Изменения в фокусировании?

Из информации этой статьи все еще могут подниматься вопросы к макроэволюции, на которые не было ответа. Мы даже не затрагивали проблему биомолекулярной основы для функционирования фоторецептора, образования нервного импульса, оптического пути к мозгу, результатом чего является нервная возбуждающая система, интерпретируемая мозгом как «зрением». Множество экстраординарных сложных частей необходимы человеческому глазу для существования, длительности действия и функционирования. Наука сейчас обладает новой информацией об образовании макромолекул и тканей, лежащих в основе электрофизиологических механизмов функционирования фоторецепторов, и о взаимозависимых анатомических компонентах глаза, необходимых для надлежащего функционирования и выживания. Макроэволюция обязательно должна исследовать все эти вопросы, чтобы обеспечить объяснение происхождения такого сложного органа.

Несмотря на то, что в то время Дарвин не знал этого, интуиция на самом деле его не подвела, когда он высказал свое мнение в книге «О происхождении видов»: «Предполагать, что глаз […] мог сформироваться путем естественного отбора, кажется, я свободно признаю, что это является в высшей степени абсурдом».

Сегодня для принятия теории происхождения исследователи, обладающие современным пониманием того, каким образом на самом деле работает жизнь, потребовали бы намного больше доказательств, чем простое существование разных типов глаз в различных организмах. Каждый аспект функционирования глаза и зрения - генетический код, отвечающий за макромолекулярные структуры, содержащиеся в пределах каждой необходимой части, физиологическая взаимозависимость каждого компонента, электрофизиология «зрения», механизмы мозга, которые позволяют получать нервные импульсы и преобразовывать их в то, что мы называем «зрением» и т.д. - все это должно быть представлено в виде пошагового процесса для того, чтобы макроэволюцию можно было считать приемлемым механизмом происхождения.

Принимая во внимание все требования к макроэволюции, рассматривая логическое и тщательное объяснение развития человеческого глаза, одним из рациональных подходов к объяснению может быть сравнения функционирования глаза с фактическим данными, которые содержатся в человеческих изобретениях. Обычно говорят, что глаз похож на камеру, но на самом деле, это несколько не точное предположение. Поскольку в человеческих отношениях является, так сказать, универсальным понимание, что если «у» похож на «х», тогда согласно определению «х» хронологически предшествовал «у». Таким образом, при сравнивании глаза с камерой наиболее правдивым утверждением будет высказывание, что «камера похожа на глаз». Для любого здравомыслящего читателя очевидно, что камера не произошла сама собою, а образовалась человеческим интеллектом, то есть, она была произведением разумного дизайна.

Таким образом, является ли прыжком веры мнение, что, поскольку на основе опыта нам известно, что камера была создана интеллектуально и очень похожа на человеческий глаз, то глаз также был создан разумно? Что является более рациональным для разума: предложения макроэволюции или же разумный замысел?

В следующей статье мы тщательно исследуем мир сетчатки с ее клетками-фоторецепторами, а также биомолекулярную и электрофизиологическую основу для улавливания фотона, и как результат, передачу импульсов в мозг. Определенно, это добавит еще один слой сложности, требующий макроэволюционного объяснения, которое пока, на мой взгляд, еще не было представлено должным образом.

Доктор Ховард Гликсмен окончил университет в Торонто в 1978 году. Он практиковал медицину почти 25 лет в г. Оквилле, Онтарио и Спринг Хилл, Флорида. Недавно д-р Гликсмен оставил свою частную практику и начал практиковать паллиативную медицину для хосписа в своей общине. У него особый интерес к вопросам влияния на характер нашей культуры достижений современной науки, также в круг его интересов входят исследования на тему, что означает быть человеком.

Глаз является единственным органом человека, имеющим оптически прозрачные ткани, которые называются иначе оптическими средами глаза. Именно благодаря им лучи света проходят в глаз и человек получает возможность видеть. Попробуем в самом примитивном виде разобрать строение оптического аппарата органа зрения.

Глаз имеет шаровидную форму. Он окружен белочной и роговой оболочками. Белочная оболочка состоит из плотных, пучков переплетающихся волокон, она белого цвета и непрозрачна. В передней части глазного яблока в белочную оболочку «вставлена» примерно так же, как часовое стекло в оправу, роговая оболочка. Она имеет сферическую форму и, что самое важное, совершенно прозрачна. Лучи света, падающие на глаз, прежде всего проходят через роговую оболочку, которая сильно преломляет их.

После роговой оболочки световой луч проходит через переднюю камеру глаза - пространство, заполненное бесцветной прозрачной жидкостью. Глубина ее в среднем 3 миллиметра. Задней стенкой передней камеры является радужная оболочка, придающая цвет глазу, в центре ее находится круглое отверстие - зрачок. При осмотре глаза он нам кажется черным. Благодаря мышцам, заложенным в радужной оболочке, зрачок может изменять свою ширину: сужаться на свету и расширяться в темноте. Это как бы диафрагма фотоаппарата, которая автоматически ограждает глаз от поступления большого количества света при ярком освещении и, наоборот, при пониженном освещении, расширяясь, помогает глазу улавливать даже слабые световые лучи. После прохождения через зрачок луч света попадает на своеобразное образование, которое называется хрусталиком. Его легко себе представить - это чечевицеобразное тело, напоминающее обычную лупу. Свет может свободно проходить через хрусталик, но при этом он преломляется так же, как по законам физики преломляется световой луч, проходящий через призму, т. е. отклоняется к основанию.

Мы можем себе представить хрусталик, как две призмы, сложенные основаниями. Хрусталик обладает еще одной чрезвычайно интересной особенностью: может изменять свою кривизну. По краю хрусталика прикрепляются тонкие нити, называемые цинновыми связками, которые другим своим концом сращены с ресничной мышцей, находящейся за корнем радужной оболочки. Хрусталик стремится принять шарообразную форму, но этому мешают натянутые связки. При сокращении ресничной мышцы связки расслабляются, и хрусталик становится более выпуклым. Изменение кривизны хрусталика не остается бесследным для зрения, так как лучи света в связи с этим изменяют степень преломления. Это свойство хрусталика изменять свою кривизну, как мы увидим ниже, имеет очень большое значение для зрительного акта.

После хрусталика свет проходит через стекловидное тело, заполняющее всю полость глазного яблока. Стекловидное тело состоит из тонких волокон, между которыми находится бесцветная прозрачная жидкость, обладающая большой вязкостью; эта жидкость напоминает расплавленное стекло. Отсюда и произошло его название - стекловидное тело.

Лучи света, пройдя через роговую оболочку, переднюю камеру, хрусталик и стекловидное тело, попадают на чувствительную к свету сетчатую оболочку (сетчатка), которая наиболее сложно устроена из всех оболочек глаза. В наружной части сетчатки имеется слой клеток, которые под микроскопом имеют вид палочек и колбочек. В центральной части сетчатки сосредоточены преимущественно колбочки, которые играют основную роль в процессе наиболее ясного, отчетливого зрения и цветового ощущения. Дальше от центра сетчатки начинают появляться палочки, количество которых увеличивается к периферическим участкам сетчатки. Колбочек же, наоборот, чем дальше от центра, тем становится меньше. Ученые подсчитали, что в сетчатке человека находится 7 миллионов колбочек и 130 миллионов палочек. В отличие от колбочек, которые действуют на свету, палочки начинают «работать» при пониженном освещении и в темноте. Палочки очень чувствительны даже к небольшому количеству света и поэтому дают возможность человеку ориентироваться в темноте.

Как же происходит процесс зрения? Лучи света, попадая на сетчатку, вызывают сложный фотохимический процесс, в результате которого происходит раздражение палочек и колбочек. Это раздражение передается по сетчатке на слой нервных волокон, из которых составляется зрительный нерв. Зрительный нерв через специальное отверстие проходит в полость черепа. Здесь зрительные волокна проделывают длинный и сложный путь и в конечном итоге заканчиваются в затылочной части коры головного мозга. Эта область является высшим зрительным центром, в котором и воссоздается зрительный образ, точно соответствующий рассматриваемому предмету.