A látás az egyik legértékesebb emberi érzékszerv. Míg a vizuális rendszer az agy viszonylag összetett része, a folyamatot egy szerény optikai elem hajtja: a szem. Képeket képez a retinán, ahol a fényt a fotoreceptorok elnyelik. Segítségükkel elektromos jeleket továbbítanak a látókéregbe további feldolgozás céljából.
A szem optikai rendszerének fő elemei: a szaruhártya és a lencse. Érzékelik a fényt, és a retinára vetítik. Érdemes megjegyezni, hogy a szem eszköze sokkal egyszerűbb, mint a több objektívvel ellátott fényképezőgépeké. Annak ellenére, hogy csak két elem tölti be a lencsék szerepét a szemben, ez nem rontja az információ észlelését.
Fény
A fényben rejlő természet a szem optikai rendszerének bizonyos jellemzőit is befolyásolja. Például a retina a központi részén a legérzékenyebb a látható spektrum érzékelésére, amely megfelel a Nap sugárzási spektrumának. A fény keresztirányúnak tekinthetőelektromágneses hullám. A körülbelül kék (400 nm) és vörös (700 nm) közötti látható hullámhosszok az elektromágneses spektrumnak csak egy kis részét teszik ki.
Érdekes megjegyezni, hogy a fényrészecske (foton) természete is befolyásolhatja a látást bizonyos körülmények között. A fotonok abszorpciója a fotoreceptorokban véletlenszerű folyamat szabályai szerint történik. Pontosabban, az egyes fotoreceptorokat elérő fény intenzitása csak a foton elnyelésének valószínűségét határozza meg. Ez korlátozza a látás képességét alacsony fényerő mellett, és a szemnek a sötéthez való igazítását.
Átlátszóság
A mesterséges optikai rendszerekben átlátszó anyagokat használnak: üveget vagy műanyagot fénytörő fixálóval. Hasonlóképpen, az emberi szemnek élő szövet felhasználásával nagyméretű, nagy felbontású képeket kell alkotnia. Ha a retinára vetített kép túlságosan homályos, homályos, a vizuális rendszer nem fog megfelelően működni. Ennek oka lehet szem- és idegrendszeri betegségek.
A szem anatómiája
Az emberi szem folyadékkal teli, kvázi gömb alakú szerkezetként írható le. A szem optikai rendszere három szövetrétegből áll:
- külső (sclera, szaruhártya);
- belső (retina, ciliáris test, írisz);
- középfok (érhártya).
Felnőtt emberben a szem körülbelül 24 mm átmérőjű gömb, és számos sejtes és nem sejtes komponensből áll, amelyek az ektodermális és mezodermális csíravonalból származnak.források.
A szem külső részét a sclera nevű ellenálló és rugalmas szövet fedi, kivéve az elülső részt, ahol az átlátszó szaruhártya lehetővé teszi a fény bejutását a pupillába. Két másik réteg a sclera alatt: érhártya, amely tápanyagokat biztosít, és retina, ahol a fényt a képalkotás után a fotoreceptorok elnyelik.
A szem dinamikus a hat külső izom működésének köszönhetően, amelyek rögzítik és pásztázzák a vizuális környezetet. A szembe jutó fényt a szaruhártya töri meg: egy vékony, erektől mentes átlátszó réteg, amelynek átmérője körülbelül 12 mm, a központi része pedig körülbelül 0,55 mm vastag. A szaruhártya vízes könnyfilmje garantálja a legjobb képminőséget.
A szem elülső kamrája folyékony anyaggal van megtöltve. Az írisz, két izomcsoport egy központi lyukkal, amelyek mérete az összehúzódástól függ, és a pigmentek mennyiségétől és eloszlásától függően jellegzetes színű rekeszizomként működik.
A pupilla az írisz közepén lévő lyuk, amely szabályozza a szembe jutó fény mennyiségét. Mérete erős fényben 2 mm-nél kisebbtől sötétben több mint 8 mm-ig terjed. Miután a pupilla érzékeli a fényt, a kristálylencse egyesül a szaruhártyával, hogy képeket képezzen a retinán. A kristályos lencse megváltoztathatja az alakját. Elasztikus kapszula veszi körül, és zónák kötik a ciliáris testhez. A ciliáris test izmainak működése lehetővé teszi, hogy a lencse növelje vagy csökkentse erejét.
Retina és szaruhártya
Van egy központi depresszió a retinában, ahola legtöbb receptort tartalmazza. Perifériás részei kisebb felbontást adnak, de a szemmozgásra és tárgyérzékelésre specializálódtak. A természetes látómező a mesterségeshez képest meglehetősen nagy és 160×130°. A makula a közelben található, és fényszűrőként funkcionál, és állítólag megvédi a retinát a degeneratív betegségektől a kék sugarak kiszűrésével.
A szaruhártya egy gömb alakú szakasz, amelynek elülső görbületi sugara 7,8 mm, hátsó görbületi sugara 6,5 mm, inhomogén törésmutatója 1,37 a réteges szerkezet miatt.
Szemméret és fókusz
Az átlagos statikus szem teljes tengelyirányú hossza 24,2 mm, és a távoli tárgyak pontosan a retina közepére fókuszálnak. De a szem méretének eltérései megváltoztathatják a helyzetet:
- rövidlátás, amikor a képek a retina elé fókuszálnak,
- távlatosság, amikor az a háta mögött történik.
A szem optikai rendszerének funkciói asztigmatizmus – a lencse helytelen görbülete – esetén is sérülnek.
Képminőség a retinán
Még akkor sem hoz létre tökéletes képet, ha a szem optikai rendszere tökéletesen fókuszált. Ezt számos tényező befolyásolja:
- fény diffrakciója a pupillában (elmosódás);
- optikai aberrációk (minél nagyobb a pupilla, annál rosszabb a láthatóság);
- szórás a szem belsejében.
Az adott szemlencse formák, a törésmutató-változások és a geometriai jellemzők a szem optikai rendszerének hiányosságaimesterséges társaihoz képest. A normál szem legalább hatszor gyengébb minőségű, és mindegyik eredeti bittérképet hoz létre a jelenlévő aberrációktól függően. Így például a csillagok észlelt alakja személyenként változik.
Perifériás látás
A retina központi mezője adja a legnagyobb térbeli felbontást, de fontos a kevésbé éber perifériás rész is. A perifériás látásnak köszönhetően a személy navigálhat a sötétben, megkülönböztetheti a mozgási tényezőt, nem pedig magát a mozgó tárgyat és annak alakját, és navigálhat a térben. Állatok és madarak esetében a perifériás látás dominál. Sőt, némelyikük 360°-os betekintési szöggel rendelkezik, így nagyobb az esély a túlélésre. A vizuális illúziókat a perifériás látás jellemzői alapján számítják ki.
Eredmény
Az emberi szem optikai rendszere egyszerű és megbízható, és tökéletesen alkalmazkodik a környező világ érzékeléséhez. Bár a látható minősége alacsonyabb, mint a fejlett technikai rendszerekben, megfelel a szervezet követelményeinek. A szemnek számos kompenzációs mechanizmusa van, amelyek elhanyagolhatóak néhány lehetséges optikai korlátot. Például a kromatikus defókuszálás nagy negatív hatását megfelelő színszűrők és sáváteresztő spektrális érzékenység küszöböli ki.
Az elmúlt évtizedben lehetőség nyílt a szemhibák adaptív használatával történő korrigálásáraoptika. Ez jelenleg technikailag lehetséges a laboratóriumban korrekciós eszközökkel, például intraokuláris lencsékkel. A korrekció visszaállíthatja a látás képességét, de van egy árnyalat - a fotoreceptorok szelektivitása. Még ha éles képeket vetítenek is a retinára, a legkisebb betű észleléséhez több fotoreceptorra van szükség a helyes értelmezéshez. A megfelelő látásélességnél kisebb betűk képei nem lesznek megkülönböztetve.
A fő látási zavarok azonban a gyenge aberrációk: defókuszálás és asztigmatizmus. Ezeket az eseteket a tizenharmadik század óta, a hengeres lencsék feltalálása óta a különféle technológiai fejlesztések könnyen korrigálták. A modern módszerek közé tartozik a kontaktlencsék és az intraokuláris lencsék vagy a lézeres refraktív sebészeti eljárások alkalmazása a páciens optikai rendszerének szerkezetének szerkesztésére.
A szemészet jövője ígéretesnek tűnik. A fotonika és a világítástechnika kulcsszerepet fog játszani benne. A fejlett optoelektronika alkalmazása lehetővé tenné, hogy új protézisek helyreállítsák a távollátó szemeket anélkül, hogy az élő szöveteket eltávolítanák, ahogy ez jelenleg is történik. Az új optikai koherencia tomográfia teljes körű valós idejű, 3D-s szem megjelenítést biztosíthat. A tudomány nem áll meg úgy, hogy a szem optikai rendszere lehetővé teszi mindannyiunk számára, hogy a világot a maga teljes pompájában lássuk.
