Страница 2 из 4
Глаз имеет шаровидную или эллиптическую форму (вытянутую в переднезаднем направлении), он как бы висит на зрительном нерве (рис. 1).
Рис 1. Схематический разрез глаза:
1 — лобная кость; 2 — лицевой нерв; 3 — верхняя косая мышца; 4 – блоковый нерв; 5 — верхняя прямая мышца; 6 – общий глазодвигательный нерв; 7 – глазничная артерия; 8 — наружная прямая мышца; 9 – нижняя прямая мышца; 10 — клиновидная кость; 11 — задняя артерия; 12 — подглазничный нерв; 13 — нижняя косая мышца; 14 — верхняя челюсть; 15 — круговая мышца глаза; 16 — нижний свод конъюнктивы; 17 — нижний хрящ века; 18 — радужка; 19 – зрачок; 20 — роговица; 21 — ресница; 22 — круговая мышца глаза; 23 — верхний свод конъюнктивы; 24 — глазничная перегородка; 25 — бровь; 26 — кожа
Глаз человека – это прибор для приема и переработки световой информации. Его ближайшим техническим аналогом является телевизионная видеокамера. Как глаз, так и камера состоят из двух частей: оптической системы, формирующей изображение на какой-то поверхности, и растра – мозаики из светочувствительных элементов, которые превращают световой сигнал в какой-то другой (чаще всего электрический), который можно передать в накопитель информации. У глаза таким накопителем является человеческий мозг, у видеокамеры – магнитофонная лента.
Как и у видеокамеры, у глаза есть объектив. Он состоит из двух линз: первая представлена роговой оболочкой, или роговицей, – прозрачной выпуклой пластинкой, вставленной спереди в плотную оболочку глаза (склеру) наподобие часового стекла. Вторая представлена хрусталиком – чечевицеобразной двояковыпуклой линзой, сильно преломляющей свет. В отличие от видеокамеры и других технических камер, эта линза сделана из эластичного материала, и ее поверхности (особенно передняя) могут менять свою кривизну.
Достигается это следующим образом. Хрусталик в глазу «подвешен» на тонких нитях, которые охватывают его круговым поясом. Наружные концы этих нитей прикрепляются к специальной круговой ресничной мышце. Когда эта мышца расслабленна, то кольцо, образуемое ее телом, имеет большой диаметр, нити, держащие хрусталик, натянуты, и его кривизна, а следовательно, и преломляющая сила минимальны. Когда же ресничная мышца напрягается, ее кольцо сужается, нити расслабляются, и хрусталик становится более выпуклым и, следовательно, более сильно преломляющим. Напомним, что это свойство хрусталика менять свою преломляющую силу, а вместе с этим и фокусную точку всего глаза, называется аккомодацией. Заметим, что и технические системы обладают этим свойством: это наводка на резкость при изменении расстояния до предмета, только она осуществляется не изменением кривизны линз, а их перемещением вперед или назад по оптической оси.
В отличие от видеокамеры, глаз заполнен не воздухом, а жидкостью: пространство между роговицей и хрусталиком заполнено так называемой камерной влагой, а пространство позади хрусталика – студнеобразной массой (стекловидным телом). Еще один общий элемент у глаза и видеокамеры – диафрагма. В глазу это зрачок – круглое отверстие в радужной оболочке, диск, который находится за роговицей и определяет цвет глаза. Функция этой оболочки – ограничивать поступление света в глаз при очень яркой освещенности. Это достигается сужением зрачка при высокой освещенности и расширением – при низкой. Радужная оболочка переходит в ресничное тело, содержащее уже упомянутую нами ресничную мышцу, а затем в сосудистую оболочку, которая представляет собой густую сеть кровеносных сосудов, выстилающую изнутри склеру и питающую все ткани глаза.
Наконец, важнейшим элементом обеих систем является светочувствительный растр. В камере это сеть крошечных фотоэлементов, перерабатывающих световой сигнал в электрический. В глазу это специальная оболочка – сетчатка. Сетчатка – достаточно сложное устройство, главным в котором является тонкий слой светочувствительных клеток – фоторецепторов. Они бывают двух видов: отвечающие на слабый засвет (так называемые палочки) и отвечающие на сильный засвет (колбочки). Палочек насчитывается около 130 миллионов, и они расположены по всей сетчатке, кроме самого центра. Благодаря им обнаруживаются предметы на периферии поля зрения, в том числе при низкой освещенности. Колбочек насчитывается около 7 миллионов. Они расположены главным образом в центральной зоне сетчатки, в так называемом «желтом пятне». Фоторецепторы при изменении количества падающего на них света генерируют электрический потенциал, который передается на клетки-биполяры, а затем на ганглиозные клетки. При этом благодаря сложным соединениям этих клеток, происходит удаление случайных «помех» в изображении, усиливаются слабые контрасты, острее воспринимаются движущиеся предметы.
В конечном счете вся эта информация в кодированной форме передается в виде импульсов по волокнам зрительного нерва, которые начинаются от ганглиозных клеток и идут в мозг. Зрительный нерв – аналог кабеля, который передает сигнал от фотоэлементов на регистрирующее устройство в видеокамере. Разница только в том, что в сетчатке имеется не просто передатчик изображения, но и «компьютер», занимающийся обработкой изображения.
Существует мнение, что новорожденный младенец видит мир перевернутым и только постепенно, сопоставляя видимое с осязаемым, учится видеть все правильно. Это ложное и наивное представление. Хотя на сетчатке глаза действительно возникает перевернутое изображение видимой картины, это вовсе не означает, что такое же изображение отпечатывается в мозге. «Изображение» (если под ним понимать распределение в пространстве возбужденных и невозбужденных нервных клеток – нейронов) в зрительном центре (а он находится на берегах шпорной борозды затылочной коры мозга) сильно отличается от картинки на сетчатке. В нем гораздо крупнее и детальнее изображен центр картинки, чем ее периферия, выделяются резкие перепады освещенности – контуры предметов, каким-то образом отделяются движущиеся детали от неподвижных.
Итак, в зрительной системе происходит не просто передача изображения, как в телефаксе, а одновременно его расшифровка и отбрасывание ненужных или менее нужных деталей. Впрочем, сейчас уже изобрели технические системы по сжатию информации для ее экономной передачи и хранения. Нечто подобное происходит и в человеческом мозге.
Для того чтобы изображение предметов было четким, сетчатка должна находиться в заднем фокусе оптической системы глаза. Возможны три случая: либо сетчатка находится впереди фокуса, либо в фокусе, либо позади него. Во втором случае изображение предметов, находящихся вдали («в бесконечности»), будет резким, четким, в остальных двух оно размытое, нечеткое. Но есть разница: в первом случае никакие внешние предметы не видны четко, причем близкие видны еще хуже, чем удаленные, тогда как в третьем случае есть какое-то конечное расстояние от глаза, на котором предметы видны четко.
Относительное положение фокусной точки глаза и сетчатки называется рефракцией глаза. Случай, когда фокус лежит за сетчаткой, называется дальнозоркостью (гиперметропией), когда на сетчатке – соразмерной рефракцией (эмметропией), когда перед сетчаткой – близорукостью (миопией). Ясно, что близорукость – удачный термин, поскольку такой глаз хорошо видит вблизи, а дальнозоркость – неудачный термин, поскольку такой глаз плохо видит и вдаль, и вблизи.
Глава 2
Аномалии зрения
В мире насчитывается более 45 миллионов слепых и свыше 135 миллионов слабовидящих. Итак, у взрослых от 32 до 52 % всех заболеваний составляют макулярные изменения и дегенерация сетчатки; 13—21 % – миопия и ее осложнения; от 7 до 9 % – атрофия зрительного нерва (это заболевание может проявляться снижением и даже утратой зрения). А глаукома находится на четвертом месте.