Сетчатка на свету и в темноте

Сетчатка на свету и в темноте

Мы видим мир вокруг и, нам кажется, что он именно такой. Сложно даже представить, что кто — то видит его по-другому, в черно — белых тонах, или без синего и красного. Сложно поверить, что для кого — то наш привычный мир совсем другой.

Но это именно так.

Давайте посмотрим на окружающий мир глазами животных, разберемся, как животные видят, в каких цветах они воспринимают мир.

Итак, для начала разберем, что такое зрение и какие функциональные способности оно включает.

Что такое зрение?

Зрение — процесс обработки изображения объектов окружающего мира.

  • осуществляется зрительной системой
  • позволяет получать представление о величине, форме и цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними

Зрительный процесс включает:

  • проникновение светового потока через преломляющие среды глаза
  • фокусировка света на сетчатке
  • трансформация световой энергии в нервный импульс
  • передача нервного импульса от сетчатки в головной мозг
  • обработка информации с формированием увиденного образа
  • светоощущение
  • восприятие движущих объектов
  • поля зрения
  • острота зрения
  • цветовое восприятие

Светоощущение — способность глаза воспринимать свет и определять различную степень его яркости.

В глазу содержатся два типа светочувствительных клеток (рецепторов): высокочувствительные палочки, отвечающие за сумеречное (ночное) зрение, и менее чувствительные колбочки, отвечающие за цветное зрение.

Процесс приспособления глаза к различным условиям освещения называется адаптацией. Различают два вида адаптации:

  • к темноте — при понижении уровня освещенности
  • и к свету — при повышении уровня освещенности

Светоощущение является основой всех форм зрительного ощущения и восприятия, особенно в темноте. На светоощущение глаза также влияют такие факторы как:

  • распределение палочек и колбочек (у животных центральный участок сетчатки в25 ° состоит, преимущественно, из палочек, что улучшает ночное восприятие)
  • концентрация светочувствительных зрительных веществ в палочках (у собак чувствительность к свету палочек 500-510нм, у человека 400нм)
  • наличие тапетума (tapetum lucidum) — особый слой сосудистой оболочки глаза (тапетум направляет назад прошедшие на сетчатку фотоны, заставляя их ещё раз воздействовать на рецепторные клетки, повышая светочувствительность глаза, что в условиях малого освещения такая оказывается весьма ценно) у кошек глаз отражает в 130 раз больше света, чем у человека (Paul E. Miller, DVM, and Christopher J. Murphy DVM, PhD )
  • форма зрачка — форма, размер и положение зрачка у различных животных (зрачок бывает круглый, щелевидный, прямоугольный, вертикальный, горизонтальный)
  • форма зрачка может рассказать относится ли животное к хищникам или жертвам (у хищников зрачок сужается в вертикальную полоску, у жертв в горизонтальную — эту закономерность ученые обнаружили, сравнив формы зрачков у 214 видов животных)

Итак, какие бывают формы зрачков:

    • Щелевидный зрачок — (у хищных животных, таких как домашние кошки, крокодилы, ящерицы гекконы, змеи, акула) позволяет точнее подстроить глаз под количество света вокруг, так, чтобы и в темноте видеть, и на полуденном солнце не ослепнуть

    • Круглый зрачок- (у волков, собак, больших кошек — львов, тигров, гепардов, леопардов, ягуаров; птиц) т.к. они избавлены от необходимости хорошо видеть в темноте

    • Горизонтальный зрачок (травоядные) позволяет глазу хорошо видеть, что происходит у земли и охватывает довольно широкую панораму глаз защищён от прямого попадания солнечных лучей сверху, которые могли бы ослепить животное

Как животные воспринимают движущие объекты?

Восприятие движения имеет жизненно важное значение, т.к. движущиеся объекты являются сигналами либо опасности, либо потенциальной пищи и требуют быстрого соответствующего действия, в то время как неподвижные объекты могут быть игнорированы.

Например, собаки могут распознать движущиеся объекты (благодаря большому количеству палочек) на расстоянии 810 до 900 м, а неподвижные объекты только на расстоянии 585 м.

Как животные реагируют на мелькающий свет (например, в телевизоре)?

Реакция на мелькающий свет дает представление о функции палочек и колбочек.

Человеческий глаз способен улавливать колебания 55 герц, а собачий глаз улавливает колебания на частоте 75 герц. Поэтому, в отличие от нас, собаки, скорее всего, видят лишь мерцание и большая часть из них на изображение в телевизоре не обращают внимание. Изображения предметов в обоих глазах проецируются на сетчатке и передаются в кору головного мозга, где происходит их слияние в одно изображение.

Какие у животных поля зрения?

Поле зрения — пространство, воспринимаемое глазом при неподвижном взгляде. Можно выделить два основных типа зрения:

  • бинокулярное зрение — восприятие окружающих предметов двумя глазами
  • монокулярное зрение — восприятие окружающих предметов одним глазом

Бинокулярное зрение имеется далеко не у всех видов животных и зависит от строения и взаиморасположения глаз на голове. Бинокулярное зрение позволяет совершать тонкие координированные движения передними конечностями, прыжки, легко передвигаться.

Хищникам бинокулярное восприятие объектов охоты помогает правильно оценить расстояние до намеченной жертвы и выбрать оптимальную траекторию нападения. У собак, волков, койотов, лисиц, шакалов угол бинокулярного поля равен 60-75°, у медведей 80-85°. У кошек 140°(зрительные оси обоих глаз почти параллельны).

Читайте также:  Запущенный бронхит последствия

Монокулярное зрение с большим полем позволяет потенциальным жертвам (сурки, суслики, зайцы, копытные и т. п.) вовремя заметить опасность. достигает у грызунов 360°, у копытных 300-350°, у птиц достигает более 300°. Хамелеоны и морские коньки умеют смотреть сразу в двух направлениях, т.к. их глаза двигаются независимо друг от друга.

Острота зрения

  • способность глаза воспринимать две точки, расположенные на минимальном расстоянии друг от друга, как отдельные
  • минимальное расстояние, при котором две точки будут видны раздельно, зависит от анатомо-физиологических свойств сетчатки

От чего зависит острота зрения?

  • от размеров колбочек, рефракции глаза, ширины зрачка, прозрачности роговицы, хрусталика и стекловидного тела (составляют светопреломляющий аппарат), состояния сетчатой оболочки и зрительного нерва, возраста
  • диаметр колбочки определяет величину максимальной остроты зрения (чем меньше диаметр колбочек, тем больше острота зрения)

Угол зрения -универсальная основа для выражения остроты зрения. Предел чувствительности глаза большинства людей в норме равен 1. У человека для определения остроты зрения используют таблицу Головина-Сивцева, содержащую буквы, цифры или знаки различной величины. У животных остроту зрения определяют с помощью (Ofri ., 2012):

  • поведенческого теста
  • электроретинографии

Острота зрения собак оценивается в 20-40% от остроты зрения людей, т.е. собака узнает объект с 6 метров, тогда как человек — с 27 м.

Почему собака не обладает остротой зрения человека?

У собак, как и у всех других млекопитающих, за исключением обезьяны и человека, отсутствует центральная ямка сетчатки (область максимальной остроты зрения). Большинство собак слегка дальнозорки (гиперметропия: +0,5 Д), т.е. они могут различать мелкие предметы или их детали на расстоянии не ближе 50-33 см; все предметы, расположенные ближе, кажутся расплывчатыми, в кругах рассеивания. Кошки близоруки, то есть они не видят дальние объекты также хорошо. Способность хорошо видеть вблизи больше подходит для охоты на добычу. Лошадь имеет невысокую остроту зрения и относительно близорука. Хорьки близоруки, что является, без сомнения, реакцией на их адаптацию к норному образу жизни и поиску добычи по запаху. Близорукое зрение хорьков является таким же острым как и наше и, может быть, даже немного острее.

орел 20/5 Reymond
сокол 20/8 Reymond
человек 20/20 Ravikumar
лошадь 20/30–20/60 Timney
голубь 20/50 Rounsley
собака 20/50–20/140 Odom
кошка 20/100–20/180 Belleville
кролик 20/200 Belleville
корова 20/460 Rehkamper
слон 20/960 Shyan-Norwalt
мышь 20/1200 Gianfranceschi

Таким образом,самое острое зрение у орла, затем в порядке убывания: сокол, человек, лошадь, голубь, собака,кошка,кролик,корова, слон,мышь.

Цветовое зрение

Цветовое зрение — это восприятие цветового многообразия окружающего мира. Вся световая часть электромагнитных волн создает цветовую гамму с постепенным переходом от красного до фиолетового (цветовой спектр). Осуществляется цветовое зрение колбочками. В сетчатке глаза человека есть три вида колбочек:

  • первый воспринимает длинноволновые цвета – красный и оранжевый
  • второй тип лучше воспринимает средневолновые цвета – жёлтый и зелёный
  • третий тип колбочек отвечает за коротковолновые цвета – синий и фиолетовый

Трихромазия — восприятие всех трех цветов
Дихромазия — восприятие только двух цветов
Монохромазия — восприятие только одного цвета

6.4.6. Структура и функции сетчатки

Сетчатка представляет собой внутреннюю светочувствительную оболочку глаза (периферическое звено зрительной сенсорной системы), в которой расположены два вида вторично-чувствующих, различных по своему функциональному значению фоторецепторов (палочек и колбочек) и несколько видов нервных клеток. Сетчатка имеет сложное строение, включает в себя несколько слоев.

Рассмотрим структуру и функции слоев сетчатки, следуя от наружного слоя, прилегающего к сосудистой оболочке, к внутреннему слою, прилегающему к стекловидному телу (рис. 62. В).

Рис. 62. Строение глаза:

А – схема строения глазного яблока: 1 — роговая оболочка; 2 — передняя камера глаза; 3 — мышца, суживающая зрачок; 4 — мышца, расширяющая зрачок; 5 — радужная оболочка; 6 — хрусталик; 7 — волокна цинновой связки; 8 — ресничные отростки; 9,10 — циркулярные и радиальные волокна ресничной мышцы; 11 — склера; 12 — сосудистая оболочка.

Бсхема строения фоторецепторной клетки: 1 — наружный сегмент; 2 — ножка; 3 — внутренний сегмент; 4 — ядро; 5 — синаптический отросток; 6 — митохондрии; 7 — диски.

Всхема строения сетчатой оболочки: 1 — палочки; 2 — колбочки; 3 — слой фоторецепторных клеток; 4 — слой синаптических связей фоторецепторных клеток с биполярными нейронами; 5 — слой биполярных нейронов; 6 — биполярные нейроны; 7 — амакриновая клетка; 8 — слой синаптических связей биполярных нейронов с ганглиозными нейронами; 9 — ганглиозные нервные клетки; 10 — волокна зрительного нерва; 11 — горизонтальная клетка.

Наружный слой сетчаткипигментный слой образован одним рядом эпителиальных клеток, содержащих пигмент меланин, который придает слою черный цвет. Этот пигмент называют также экранирующим пигментом, он поглощает доходящий до него свет, препятствуя тем самым его отражению и рассеиванию, что способствует четкости зрительного восприятия. Клетки пигментного эпителия имеют многочисленные отростки, которые плотно окружают светочувствительные наружные сегменты палочек и колбочек. Пигментные клетки принимают участие в обмене веществ в фоторецепторных клетках, содержат витамин А, обеспечивают обновление мембран фоторецепторов, «откусывая» и переваривая старые диски мембран, обломки наружных сегментов палочек и колбочек. Обновление отработанных палочковых дисков происходит днем, колбочковых — ночью.

Читайте также:  Значение компактного вещества

Контакт между клетками пигментного эпителия и фоторецепторами достаточно слабый. Именно в этом месте происходит отслойка сетчатки — опасное заболевание глаз. оно приводит к нарушению зрения не только вследствие ее смещения с места оптического фокусирования изображения, но и вследствие дегенерации рецепторов из-за нарушения контакта с пигментным эпителием, что приводит к серьезнейшему нарушению метаболизма самих рецепторов. Метаболические нарушения усугубляются тем, что нарушается доставка питательных веществ из капилляров сосудистой оболочки глаза, так как сам слой фоторецепторов не содержит капилляров.

Фоторецепторы. К пигментному слою с внутренней стороны сетчатки примыкает слой фоторецепторов палочек и колбочек. Палочки и колбочки распределяются в сетчатке глаза неравномерно. Центральная часть сетчатки называется желтым пятном (место наилучшего видения), в центре его имеется небольшое углубление – центральная ямка. В ней располагаются только колбочки (до 140 тыс. на 1 мм 2 ). По направлению к периферии сетчатки их число уменьшается, а число палочек возрастает, на дальней периферии имеются только палочки. Поэтому в сетчатке каждого глаза человека находится 6—7 млн. колбочек и 110—123 млн. палочек. Желтый цвет желтому пятну придает лютеин, он играет роль защитного светофильтра и нейтрализует свободные радикалы в сетчатке глаза.

Современные искусственные источники света (мониторы компьютеров, экраны телевизоров) дают яркий синий цвет и вызывают превращение молекул клеток желтого пятна в свободные радикалы, разрушающие клетки пятна. С дефицитом лютеина связывают развитие возрастной дегенерации (вырождения) клеток желтого пятна, что приводит к потери зрения у людей старшего возраста. Много лютеина содержится в шпинате, желтом перце, кукурузе.

Каждая фоторецепторная клетка состоит из наружного светочувствительного сегмента, содержащего зрительный пигмент, и внутреннего сегмента, содержащего ядро и митохондрии (последние обеспечивают энергетические процессы в фоторецепторной клетке). Внутренний сегмент переходит в отросток, контактирующий с дендритом биполярного нейрона.

Палочки и колбочки сетчатки обращены своими светочувствительными наружными сегментами к пигментному эпителию, т. е. в сторону, противоположную свету. Мембрана наружного сегмента образует складки — тонкие дисковидные пластинки (рис. 62. Б). Они содержат молекулы зрительных пигментов, в палочках находится пигмент родопсин, в колбочках родственный ему пигмент – йодопсин (он состоит из нескольких зрительных пигментов, в настоящее время известны и исследованы два пигмента: хлоролаб и эритролаб ).

Палочки обладают более высокой чувствительностью к световым лучам и обеспечивают сумеречное зрение. Для возбуждения колбочек необходимо более сильное освещение, поэтому они обеспечивают дневное цветовое зрение. В сумерках центральное колбочковое зрение резко снижается, преобладает периферическое палочковое зрение, поэтому в сумерках практически человек не различает цвета («ночью все кошки серы»).

В фоторецепторах происходит взаимодействие квантов света с фотопигментами. При поглощении кванта света молекулой зрительного пигмента (родопсина) происходит цикл фотохимических реакций, которые приводят в конечном итоге к распаду родопсина на ретиналь (альдегид витамина А) и белок опсин. Эти фотохимические реакции вызывают изменение проницаемости мембран дисков фоторецепторов для ионов натрия, что приводит к возникновению рецепторного потенциала, т. е. к трансформации световой энергии в нервное возбуждение. В темноте происходит ресинтез родопсина. Источником ретиналя в организме служат каротиноиды, поэтому недостаток их в пище приводит к дефициту витамина А и, как следствие, к недостаточному ресинтезу родопсина, что в свою очередь является причиной нарушения сумеречного зрения, или «куриной слепоты».

Нейроны сетчатки. В сетчатке различают 4 типа нейронов: биполярные, ганглиозные, горизонтальные, амакриновые.

Возбуждение, возникшее в фоторецепторной клетке, по отростку внутреннего сегмента передается через синаптические контакты на дендриты биполярных нейронов. Биполярные нейроны, в свою очередь, передают возбуждение ганглиозным нейронам, которые прилегают изнутри к биполярным нейронам. Аксоны ганглиозных нервных клеток образуют волокна зрительного нерва (нерв содержит около 1 млн. волокон).

Горизонтальные и амакриновые нейроны связывают между собой биполярные и ганглиозные т нейроны.

Место выхода зрительного нерва из глаза – диск зрительного нерва, называется слепым пятном, этот участок сетчатки не содержит фоторецепторов и нечувствителен к свету. Если изображение предмета попадает на слепое пятно, предмет не виден, в этом можно убедиться с помощью опыта Мариотта. Если закрыть правый глаз, а левым фиксировать круг на рисунке 6, то на определенном расстоянии рисунка от глаза (от 10 до 25 см), крест исчезает, так как его изображение падает на слепое пятно (рис. 63).

Читайте также:  Эмпиема плевры клиника

Рис. 63. Схема опыта Мариотта

В центральной ямке каждая колбочка контактирует с одной биполярной клеткой, которая в свою очередь соединена с одной ганглиозной клеткой. На периферии сетчатки значительное количество колбочек и палочек связаны с одной биполярной клеткой (одна биполярная клетка объединяет от 200 до 300 фоторецепторов), а несколько биполярных клеток – с одной ганглиозной клеткой. Таким образом, импульсы от многих фоторецепторов сходятся (конвергируют) через биполярные нейроны к одной ганглиозной клетке (она является общим конечным путем).

Все перечисленные нейроны сетчатки с их отростками образуют нервный аппарат глаза, который не только передает информацию в зрительные центры мозга, но и участвует в ее анализе и переработке. Поэтому сетчатку называют частью мозга, вынесенной на периферию.

19 сентября 2016

Большая часть колбочек в человеческом глазу на самом деле создаёт чёрно-белое изображение окружающего нас мира, а закрашивают эту «контурную карту» те фоторецепторы, которые действительно реагируют на цвет.

В сетчатке глаза есть три типа фоторецепторных клеток: светочувствительные ганглионарные клетки, которые сейчас активно исследуют в связи с их ролью в регуляции биологических ритмов, и знаменитые палочки и колбочки.

Палочки сгруппированы большей частью по краям сетчатки, они более чувствительны, чем колбочки, но чувствительность их сконцентрирована около длины волны в 498 нм, что соответствует сине-зелёному свету. (Поэтому в сумерках нам всё кажется зеленовато-синеватым: когда освещённость падает, на первый план выходят палочки, которые ловят преимущественно сине-зелёные оттенки спектра.)

У колбочек же, как мы знаем, есть несколько фоточувствительных белков, благодаря которым колбочки делятся на «сине-фиолетовые», «жёлто-зелёные» (или просто «зелёные») и «жёлто-красные» (или просто «красные»). Считается, что задача колбочек – просто передавать в мозг цветовой сигнал, а мозг уже сам, анализируя количество сигналов того или иного цвета, их интенсивность, расположение и т. д., скомбинирует общую цветовую картину.

Однако исследования Рамкумара Сабесана (Ramkumar Sabesan) и его коллег из Калифорнийского университета в Беркли говорят о том, что механизм цветовосприятия у нас устроен немного иначе. В своих экспериментах они попытались выяснить, как отвечает на свет отдельно взятая колбочка в сетчатке человека.

В эксперименте участвовали два человека, в чьих глазах с помощью специальной микроскопической техники удалось точно определить местоположение примерно 1000 колбочек. Поскольку глаз всё время совершает микродвижения, нужно было научиться предсказывать эти микродвижения. Наконец, имея на руках карту колбочек и зная, как будет двигаться глаз, можно было приступить к главному: на определённую колбочку посылали лазерный луч, а сам участник эксперимента говорил, какого он цвета. За два года исследователям удалось перебрать 273 «зелёных» и «красных» колбочки («синие» пока что остались за бортом).

В итоге оказалось, что большая часть фоторецепторов реагирует не на цвет, а на свет. Например, 119 «красных» колбочки в ответ в ответ на красный луч посылали сигнал белого цвета – человеку казалось, что он видит белый – и только 48 видели собственно красный. Среди «зелёных» белый цвет видели 77, а сам зелёный – только 21. Иными словами, большая часть колбочек, по крайней мере, из тех 273, которые удалось проверить, на самом деле нужна для того, чтобы отличить свет от темноты.

Потенциально все фоторецепторы могут чувствовать цвет, но далеко не все это делают. Кроме того, выяснилось, что те колбочки, которые находятся в окружении рецепторов другого оттенка (например, если «зелёная» сидит в окружении «красных») скорее склонны передавать белый сигнал – что несколько расходится с привычной точкой зрения, что в таком положении фоторецептор делается ещё более чувствительным к своему цвету. Полностью полученные результаты опубликованы в Science Advances.

Получается, что сетчатка делает двойную работу: с помощью «чёрно-белых» колбочек получается некое изображение, детализированное и с достаточно высоким разрешением, с подробно прорисованными контурами и тенями, а потом те рецепторы, которые всё-таки воспринимают цвет, «заливают» эти контуры красками, причём в том, что касается оттенков, разрешение картинки получается неважным. Работу по «раскрашиванию» окружающей действительности завершает мозг, комбинируя данные по цвету.

Это далеко не первый раз, когда сетчатка заставляет нас по-новому взглянуть на её функции. Так, несколько лет назад исследователи из Университета Квинсленда обнаружили, что отростки некоторых ганглионарных клеток сетчатки реагируют на направленное движение источника света, и посылают в мозг уже готовую информацию о том, что рядом что-то движется.

И можно также вспомнить, что в 2013 году в Current Biology вышла статья, авторы которой утверждали, что некоторые биполярные нейроны сетчатки, наряду с её же ганглионарными клетками, занимаются предварительным анализом зрительной информации, кодируя некоторые параметры, вроде интенсивности и направления света, и отправляя в мозг закодированные результаты своей аналитической работы.

Ссылка на основную публикацию
Сердцебиение в ушах и голове причины
Кровяное давление стучит, отит давит низкими частотами, а спазм загадочно щёлкает. Лайфхакер выяснил, о чём говорят фантомные звуки. Откуда берётся...
Сенна для детей
Сенна мекканская или кассия остролистная – многолетний полукустарник, родиной которого являются пустынные районы Азии, Африки, Пакистана. Еще в 9 веке...
Сенситивные периоды развития силы
Эта статья подходит к проблеме с научной точки зрения и уделяет внимание таким темам, как физические качества ребенка и их...
Сердцебиение новорожденного ребенка норма таблица
Частота сердечных сокращений (ЧСС) у детей: когда стоит волноваться? "Только сердце больного человека бьется как часы" Джеймс Маккензи, 2010г. "При...
Adblock detector