Тема 5. Світло і людина. Оптичні параметри людини. Кольоровий зір

В оці людини містяться два типи світлочутливих клітин (фоторецепторів): високо чутливі палички, що відповідають за нічний зір, і менш чувствітельниеколбочкі, що відповідають за кольоровий зір.

У приматів (у тому числі і людини) мутація викликала появу додаткового, третього типу колб - колірних рецепторів. Це було викликано розширенням екологічної ніші ссавців, переходом частини видів до денного способу життя, в тому числі на деревах. Мутація була викликана появою зміненої копії гена, що відповідає за сприйняття середньої, зеленовідчуваємої області спектра. Вона забезпечила краще розпізнавання об'єктів «денного світу» - плодів, квітів, листя.

 

 Видимий сонячний спектр

 

 Нормалізовані графіки світлочутливості колб людського ока S, M, L. Пунктиром показана сутінкова, «чорно-біла» сприйнятливість паличок

У сітківці ока людини є три види колбочок, максимуми чутливості яких припадають на червоний, зелений і синій ділянки спектру. Ще в 1970-х роках було показано, що розподіл типів колбочок у сітківці нерівномірно: «сині» колбочки знаходяться ближче до периферії, у той час як «червоні» і «зелені» розподілені випадковим чином, що було підтверджено більш детальними дослідженнями на початку XXI століття. Відповідність типів колбочок трьом «основним» кольорам забезпечує розпізнавання тисяч кольорів і відтінків. Криві спектральної чутливості трьох видів колбочок частково перекриваються, що сприяє явленіюметамеріі. Дуже сильне світло збуджує всі 3 типи рецепторів, і тому сприймається, як випромінювання сліпучо-білого кольору (ефект метамерії)[11].

Рівномірний роздратування всіх трьох елементів, відповідне середньозваженому денного світла, також викликає відчуття білого кольору.

Таблиця 7. Характеристики чутливості

Тип колбочкик	Позначення	Довжини хвиль,що сприймаються	Максимум чутливості
S	β	400—500 нм	420—440 нм
M	γ	450—630 нм	534—555 нм
L	ρ	500—700 нм	564—580 нм

Світло з різною довжиною хвилі по-різному стимулює різні типи колбочок. Наприклад, жовто-зелене світло в рівній мірі стимулює колбочки L і M-типів, але слабкіше стимулює колбочки S-типу. Червоне світло стимулює колбочки L-типу набагато сильніше, ніж колбочки M-типу, а S-типу не стимулює майже зовсім; зелено-блакитний світло стимулює рецептори M-типу сильніше, ніж L-типу, а рецептори S-типу - ще трохи сильніше ; світло з цією довжиною хвилі найбільш сильно стимулює також палички. Фіолетовий світло стимулює майже виключно колбочки S-типу. Мозок сприймає комбіновану інформацію від різних рецепторів, що забезпечує різне сприйняття світла з різною довжиною хвилі[16].

Світлова чутливість людського ока

Здатність ока сприймати світло і розпізнавати ступені його яскравості називається світловідчуття , а здатність пристосовуватися до різної яскравості освітлення - адаптацією ока; світлова чутливість оцінюється величиною порогу світлового подразника.

Людина з хорошим зором здатний розгледіти вночі світло від свічки на відстані декількох кілометрів. Однак світлова чутливість зору багатьох нічних тварин (сови, гризуни) набагато вище.

Максимальна світлова чутливість паличок очі досягається після досить тривалої темнової адаптації. Її визначають під дією світлового потоку в тілесному куті 50 ° при довжині хвилі 500 нм (максимум чутливості ока). У цих умовах порогова енергія світла близько 10-9 ерг / с, що еквівалентно потоку кількох квантів оптичного діапазону в секунду через зіницю.

Максимальні зміни зіниці для здорової людини - від 1,8 мм до 7,5 мм, що відповідає зміні площі зіниці в 17 разів. Однак, реальний діапазон зміни освітленості сітківки обмежується співвідношенням 10:1, а не 17:1, як слід було б очікувати виходячи із змін площі зіниці. Насправді освітленість сітківки пропорційна добутку площі зіниці, яскравості об'єкта і коефіцієнту пропускання очних середовищ .

Вклад зіниці в регулювання чутливості ока вкрай незначний. Весь діапазон яркостей, які наш зоровий механізм здатний сприйняти, величезний: від 10-6 Кд • м ² для ока, повністю адаптованого до темряви, до 106 Кд • м ² для ока, повністю адаптованого до світла. Механізм такого широкого діапазону чутливості криється в розкладанні і відновленні фоточутливих пігментів у фоторецепторах сітківки - колбочка і паличках.

Чутливість ока залежить від повноти адаптації, від інтенсивності джерела світла, довжини хвилі і кутових розмірів джерела, а також від часу дії подразника. Чутливість ока знижується з віком через погіршення оптичних властивостей склери і зіниці, а також рецепторного ланки сприйняття.

Максимум чутливості при денному освітленні лежить при 555-556 нм, а при слабкому вечірньому / нічному зміщується в бік фіолетового краю видимого спектру і дорівнює 510 нм (протягом доби коливається в межах 500-560 нм)[18]. Пояснюється це (залежність зору людини від умов освітленості при сприйнятті ним різнокольорових об'єктів, співвідношення їх уявній яскравості - ефект Пуркіньє) двома типами світлочутливих елементів очі - при яскравому світлі зір здійснюється переважно колбочками, а при слабкому задіюються переважно тільки палички.

Гострота зору

Здатність різних людей бачити більші чи менші деталі предмета з одного і того ж відстані при однаковій формі очного яблука і однаковою заломлюючої силі диоптрической очної системи обумовлюється відмінністю в відстані між чутливими елементами сітківки і називається гостротою зору.

Гострота зору - здатність ока сприймати роздільно дві точки, розташовані один від одного на деякій відстані (деталізація, дрібнозернистість, разрешетка). Мірилом гостроти зору є кут зору, тобто кут, утворений променями, що виходять від країв розглянутого предмета (або від двох точок A і B) до вузлової точці (K) очі. Гострота зору обернено-пропорційна куту зору, тобто, чим він менше, тим гострота зору вище. У нормі очей людини здатний роздільно сприймати об'єкти, кутова відстань між якими не менше 1 '(1 хвилина).

Гострота зору - одна з найважливіших функцій зору. Гострота зору людини обмежена його будовою. Око людини на відміну від очей головоногих, наприклад, це звернений орган, тобто, світлочутливі клітини знаходяться під шаром нервів і кровоносних судин.

Гострота зору залежить від розмірів колб, що знаходяться в області жовтої плями, сітківки, а також від низки чинників: рефракції ока, ширини зіниці, прозорості рогівки, кришталика (і його еластичності), склоподібного тіла (вряди складають светопреломляющій апарат), стану сітчастої оболонки і зорового нерва, віку.

Гостроту зору та / або Світлову чутливість часто також називають роздільною здатністю простого (неозброєного) очі (resolving power).

Поле зору

Периферичний зір (поле зору) - визначають межі поля зору при проекції їх на сферичну поверхню (за допомогою периметра). Поле зору - простір, сприймається оком при нерухомому погляді. Зорове поле є функцією периферичних відділів сітківки; його станом значною мірою визначається можливість людини вільно орієнтуватися в просторі.

Зміни поля зору обумовлюються органічними та / або функціональними захворюваннями зорового аналізатора: сітківки, зорового нерва, зорового шляху, ЦНС. Порушення поля зору виявляються або звуженням його меж (виражають у градусах або лінійних величинах), або випаданням окремих його ділянок (Геміанопсія), появою скотоми.

Бінокулярність

 Розглядаючи предмет обома очима, ми бачимо його тільки тоді одиночним, коли осі зору очей утворюють такий кут збіжності (конвергенцію), при якому симетричні виразні зображення на сетчатках виходять в певних відповідних місцях чутливого жовтої плями (fovea centralis). Завдяки такому бінокулярного зору, ми не тільки судимий про відносне положенні і відстані предметів, але і сприймаємо рельєф і об'єм.

Основними характеристиками бінокулярного зору є наявність елементарного бінокулярного, глибинного і стереоскопічного зору, гострота стереозрения і фузійні резерви.

Наявність елементарного бінокулярного зору перевіряється за допомогою розбиття деякого зображення на фрагменти, частина яких пред'являється лівому, а частина – правому глазу. Спостерігач має елементарним бінокулярний зір, якщо він здатний скласти з фрагментів єдине вихідне зображення.

Наявність глибинного зору перевіряється шляхом пред'явлення силуетних, а стереоскопічного - випадково-точкових стереограм, які повинні викликати у спостерігача специфічне переживання глибини, що відрізняється від враження просторовості, заснованого на монокулярних ознаках.

Гострота стереозору - це величина, зворотна порогу стереоскопічного сприйняття. Поріг стереоскопічного сприйняття - це мінімальна диспаратність (кутовий зсув) між частинами стереограми. Для його вимірювання використовується принцип, який полягає в наступному. Три пари фігур пред'являються роздільно лівому і правому оці спостерігача. В одній з пар положення фігур збігається, у двох інших одна з фігур зміщена по горизонталі на певну відстань. Випробуваного просять вказати фігури, розташовані в порядку зростання відносного відстані. Якщо фігури вказані у правильній послідовності, то рівень тесту збільшується (диспаратность зменшується), якщо ні - диспаратность збільшується.

Фузійні резерви - умови, за яких існує можливість моторної фузії стереограма. Фузійні резерви визначаються максимальною диспаратность між частинами стереограми, за яких вона ще сприймається в якості об'ємного зображення. Для вимірювання фузіонних резервів використовується принцип, зворотний вживаному при дослідженні гостроти стереозору. Наприклад, випробуваного просять з'єднати в одне зображення дві вертикальних смуги, одна з яких видно лівому, а інша - правому оці. Експериментатор при цьому починає повільно розводити смуги спочатку при конвергентної, а потім при дивергентной диспаратности. Зображення починає роздвоюватися при значенні диспаратности, що характеризує фузионной резерв спостерігача.

Бінокуляром може порушуватися при косоокості та деяких інших захворюваннях очей[24]. При сильної втоми може спостерігатися тимчасове косоокість, викликане відключенням веденого очі.

Контрастна чутливість

Контрастна чутливість - здатність людини бачити об'єкти, слабо відрізняються по яскравості від фону. Оцінка контрастної чутливості проводиться за синусоїдальним гратам. Підвищення порогу контрастної чутливості може бути ознакою ряду очних захворювань, у зв'язку з чим його дослідження може застосовуватися в діагностиці.