16871

Дизайн человеческого глаза

Научная статья

Биология и генетика

PAGE 1 Дизайн человеческого глаза Др. Курт Декерт Человек обладает одной из наиболее изумительных зрительных систем. Основные свойства человеческого глаза включают: безупречно скорректированный оптический дизайн точная геометрия материалов контрол...

Русский

2013-06-26

271 KB

1 чел.

PAGE  1

Дизайн человеческого глаза

Др. Курт Декерт

Человек обладает одной из наиболее изумительных зрительных систем. Основные свойства человеческого глаза включают: безупречно скорректированный оптический дизайн, точная геометрия материалов, контроль мозгом, обработка информации сетчатки глаза, взаимосвязь с мозгом с шести разных уровней сенсорных клеток в сетчатке, цветное зрение, сжатие данных, которые направляются в мозг, а также высокоспециализированный состав материалов и ориентация, которая дает возможность каждому глазу функционировать и обеспечивает запоминание целых картинок.

Рис 1. Анатомия глаза

По достижении зрелости глазные яблока взрослого человека составляют примерно 0,9 дюймов (24 мм) в диаметре и слегка сплюснуты как спереди, так и сзади. Слои сетчаток каждого глаза уникальны. Внешний волокнистый слой, покрывающий и защищающий глазные яблоки, состоит из роговой оболочки глаза и склеры. Внешняя одна шестая волокнистого слоя является прозрачной роговицей, которая функционирует в качестве корректирующей линзы, чтобы помочь искривлять поступающий свет на хрусталик внутри глаза для образования на сетчатке отчетливого изображения с высоким разрешением. Затем тонкая мембрана покрывает роговицу. Оставшаяся часть волокнистого слоя глаза – это плотное, прочное, непроницаемое покрытие, белочная оболочка глаза. Внешний слой яблока содержит кровеносные сосуды, которые образуют «налитый кровью глаз», когда он раздражен. Средний слой глазного яблока является густо пигментированным, хорошо оснащенным кровью, и включает основные сложные структуры. Наиболее глубокий слой включает сетчатку глаза. В середине глаз состоит из передней полости, наполненной водянистой жидкостью. Задняя полость наполнена гелеобразной стекловидной жидкостью. Внутреннее давление (внутриглазное давление), которое производится жидкостью внутри глаза, поддерживает форму передней полости, в то время как жидкость с удерживающей тканью поддерживает форму задней полости глаза. Глазное яблоко неправильной формы приводит к неэффективной концентрации света на сетчатке. Человек может быть «близоруким» или «дальнозорким». Оба состояния можно исправить при помощи очков или контактных линз. Эти состояния могут требовать сферической и/или цилиндрической коррекции.

Проблемы, связанные с фокусировкой, могут также возникать из-за мышц, которые контролируют глаз. Это также можно исправить с помощью контактных линз или очков. Такие состояния как «амблиопичный глаз» (затуманенное зрение) или «косой глаз» требует особенных средств коррекции. Модель основных компонентов человеческого глаза далее детально описаны с тем, чтобы отобразить единую систему зрения в известных терминах.

1. РАДУЖНАЯ ОБОЛОЧКА ГЛАЗА

Радужка – это круглая регулируемая диафрагма с центральным отверстием (зрачком). Она расположена в полости за роговицей. Радужная оболочка придает глазу его цвет, в зависимости от количества присутствующего пигмента. Если пигмента много, то радужная оболочка коричневая. Если же его мало, то она голубая. В некоторых случаях может вообще не быть пигмента, в этих случаях глаз светлый. Различные пигменты окрашивают глаза разным образом, чтобы создать цвета, которые вы видите, такие как серые, зеленые и т.д. При ярком свете мышцы радужной оболочки глаза сокращают зрачок, тем самым уменьшая количество света, который попадает в глаз. И наоборот, зрачок расширяется при тусклом освещении, чтобы увеличить количество поступающего на сетчатку света. Так как снижается количество света, то возможность различать цвета уменьшается.

Рис 2. Механизм радужной оболочки

Радужка – это продолжение большой гладкой мышцы, которая также присоединяется к хрусталику посредством большого количества суспензерных связок. Эти мышцы расширяются и сокращаются, изменяя форму линзы, чтобы фокусировать изображение на сетчатку. Тоненькая мембрана, которая расположена за хрусталиком, обеспечивает наличие светонепроницаемой среды внутри глаза, таким образом, не позволяя рассеянному свету нарушать зрительные изображения на сетчатке. Это чрезвычайно важно для чистого контрастного зрения с хорошим разрешением.

Самая передняя камера, непосредственно за роговицей и перед радужной оболочкой, содержит чистую водяную жидкость, которая способствует хорошему зрению. Она позволяет поддерживать форму глаза, регулируя внутриглазное давление и обеспечивая поддержку внутренним структурам, поставляет питательные вещества хрусталику и роговице, удаляет метаболические отходы глаза. Задняя камера передней полости находится за радужной оболочкой и перед хрусталиком. Она помогает обеспечивать оптическую коррекцию изображения на сетчатке. Некоторые последние оптические инструменты также используют связанные жидкости для повышенной эффективности и лучшей коррекции.

2. ХРУСТАЛИК

Типичный, двояковыпуклый (искривленный снаружи на обеих поверхностях) хрусталик – это кристально-чистый, прозрачный оптический элемент, который является полутвердым и упругим. Он имеет форму продолговатого шара. Вся поверхность хрусталика гладкая и блестящая, не содержит кровяных сосудов и помещена в эластичную мембрану. Хрусталик удерживается на месте с помощью суспензорных связок, которые могут заставлять линзу становиться либо толще, либо тоньше. Сложные системы контроля автоматически изменяют ее фокусное расстояние, чтобы точно сфокусировать изображения на сетчатке в зависимости от того, куда мозг направляет глаз, чтобы что-то увидеть. Любые изменения в зрении человека, обусловленные дефектами линз, на сегодняшний день можно корректировать почти до идеального зрения, используя новые лазерные технологии, контактные линзы, или же обычные очки.

Рис 3. Хрусталик

3.СЕТЧАТКА ГЛАЗА

Сетчатка является наиболее глубоким слоем, составляя оптический путь глаза. Это тонкая, чувствительная, чрезвычайно сложная сенсорная ткань, которая состоит из шести слоев светочувствительных клеток. Сетчатка охватывает заднюю часть глаза. Клетки фоторецепторов (палочки и колбочки) превращают свет сначала в химическую энергию, а затем в электрическую. Палочки функционируют в тусклом освещении, обеспечивая ограниченное ночное зрение. Палочки используются для возможности видеть звезды; они не различают цвет, но они различают движения и мелкие детали. Существует примерно 126 миллионов палочек в каждом глазе и примерно 6 миллионов колбочек. Для сравнения, в большинстве цифровых камер всего лишь один миллион сенсорных элементов. Колбочки лучше всего функционируют при ярком освещении и дают возможность различать цвета. Колбочек особенно много в маленькой ямке с задней стороны сетчатки. Густые области палочек и колбочек находятся в кругообразной области, которая окружает эту высокочувствительную территорию с высоким разрешением. Далее наружу густота колбочек уменьшается, а соотношение палочек к колбочкам увеличивается до тех пор, пока они полностью не исчезнут на краях сетчатки. Это дает нам возможность видеть намного больше деталей на ограниченном участке поля зрения, чем большинство телевизионных камер. Оптический нерв соединяет глаз с мозгом.

Рис 4. Слои сетчатки

Тысячи волокон нервных оптических клеток проходят по поверхности сетчатки и сходятся для того, чтобы выйти из глаза в оптическом диске (или слепое пятно), область составляет примерно 0,06 дюймов (1,5 мм.) в диаметре, и расположенная в нижней задней части сетчатки. Волокна этого нерва составлены из большого количества клеток, каждая из которых имеет тысячи соединений, чтобы переносить электрические импульсы от сетчатки к мозгу. В случае повреждения оптического нерва зрение теряется.

Зрительная система человеческого глаза параллельно обрабатывает шесть разных уровней восприятия в сетчатке перед тем, как информация поступает в мозг для конечной обработки. Эти шесть разных уровней представляют собой шесть разных типов клеток, которые составляют чувствительный элемент сетчатки. Каждый чувствительный уровень играет различную роль в зрении и распознавания. Сжатие данных из каждого из этих уровней чувствительных элементов проявляется в значительном сжатии ключевых зрительных данных, которые направляются в мозг. Такая параллельная обработка обеспечивает быстрое распознавание сложную информацию.

С помощью оптики, например, с помощью телескопов мы можем продолжать исследовать нашу вселенную. Подобным образом мы используем микроскопы, чтобы увидеть крошечные составные элементы глаз, как например, клетки. По сравнению с другими оптическими инструментами, угловой охват естественных глаз является более обширным, чем у большинства кино или видеокамер, которые используются для записи особенных событий. Наши зрительные системы являются примером неснижаемой сложности, которую невозможно создать с помощью мутаций и естественного отбора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39110. Понятие, содержание и формы права собственности на природные ресурсы 55 KB
  В настоящее время формы собственности на природные ресурсы определяются Конституцией РФ. Согласно ч. 2 ст. 9 земля и другие природные ресурсы могут находиться в частной, государственной, муниципальной и иных формах собственности.
39111. Устойчивое лесопользование 27.73 KB
  Сегодня обстановка быстро меняется и все действующие лица устойчивого лесопользования: компании по переработке древесины государственные учреждения природоохранные и общественные организации все они принимают участие в поиске возможностей по ускорению реформ увеличению инвестиций в лесное дело и развитие общественных институтов благоприятствующих инвестициям и реформам. Если раньше леса ценились прежде всего как источник древесины теперь в них хотят видеть место обитания животных птиц растений источник биоразнообразия; ценятся...
39112. Природные кризисы в истории развития жизни на Земле 278.5 KB
  Важнейшие катастрофы26 Заключение39 Список используемой литературы43 Приложения. При рассмотрении вопроса природных и искусственных катастроф на Земле именно в этом контексте хотелось бы определиться со значимостью изучения этого вопроса для будущего человечества ибо именно катастрофы приводят к самым большим бедствиям и разрушениям имеют огромное влияние на дальнейшее развитие всего живого как и в конкретном регионе так и на всей планете. Часто это...
39113. Ноосферная концепция В.И. Вернадского 52.5 KB
  Осознавая огромную роль и значение человека в жизни и преобразовании планеты русский ученый употреблял понятие ноосфера в разных смыслах: 1.[2] Таким образом понятие ноосфера предстаёт в двух аспектах: 1. Ноосфера в стадии становления развивающаяся стихийно с момента появления человека; 2. Ноосфера развитая сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека.
39114. Устойчивое развитие и эколого – правовой режим охраны природных ресурсов и объектов 71.5 KB
  Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце дошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию
39115. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА 305.5 KB
  Если к двум электродам между которыми находится газовый промежуток приложить электрическое поле то при определенной разности потенциалов между электродами которую назовем критической и обозначим через U0 возникает коронный разряд. При прочих равных условиях вероятность появления свечения вокруг электрода а следовательно короны тем больше чем меньше радиус кривизны электродов. Свечение возникающее при коронном разряде около электрода связано с элементарными процессами происходящими на границе электрод воздух или в объеме...
39116. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА. Отрицательный коронный разряд 85 KB
  Кроме того критические потенциалы коронного разряда и искрового пробоя Uп неодинаковы. Возникновение коронного разряда объясняется появлением вблизи коронирующего электрода резкой неоднородности электрического поля значительно превосходящей напряженность электрического поля на других участках воздушного промежутка между электродами. Для возникновения коронного разряда напряженность поля у электрода должна превосходить электрическую прочность воздуха.
39117. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ И ТЕОРИИ, ОКАЗАВШИЕ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ПСИХОЛОГИИ 102.5 KB
  Основным фактором детерминирующим развитие и функционирование живых организмов а также отдельных физиологических систем в составе организма выступает не прошлое событие а подготовка к еще не наступившим событиям которая обеспечивается прогнозированием результатов предстоящих действий на основе опережающего отражения и механизмами целеполагания. Любой поведенческий акт живого организма обеспечивается рядом системных механизмов и процессов которые организуются в функциональную систему: механизм афферентного синтеза...
39118. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ОБЩЕПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОБЪЯСНЕНИЮ ПСИХИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ 63.5 KB
  Строгий естественнонаучный подход к анализу и объяснению психических явлений в психологии поведения. В качестве одного из основателей объективной психологии поведения называют российского физиолога И. Вместе с тем это направление имеет множество научных достижений которые составляют золотой фонд мировой психологии: исследована эффективность различных типов подкрепления поощрения и наказания в процессах научения разработано множество тонких методов позволяющих регистрировать различные формы поведения животных установлено...