Глаз как оптический прибор мозга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Муниципальное автономное образовательное учреждение гимназия № 80

XI научно-практическая конференция «Шаг за шагом»

Глаз как оптический прибор мозга

Секция «Мир физики и химии»

Выполнил:

Корнаущенко Алиса Сергеевна

МОАУ гимназия № 80 класс 3-1

Научный руководитель:

Данина Ирина Михайловна,

учитель начальных классов

высшей категории МОАУ

гимназии №80

Челябинск

2013

Содержание

Введение

1. Строение глаза и его функции как оптического прибора

2. Кто рисует нам картинку - глаз или мозг?

3. Иллюзии зрения

Заключение

Список литературы

Введение

глаз оптический зрительный физиология

«Посредством глаза, но не глазом смотреть на мир умеет разум»

В. Блейк

Актуальность темы.

Человеческий глаз наподобие сложного оптического прибора превращает лучи света, отражаемые объектами, в зрительные образы. При этом наш орган зрения напоминает своим устройством фотоаппарат. Только человеческий «оптический прибор» более совершенен и умеет подстраиваться под изменения окружающей среды: возможность видеть ночью, объемное восприятие пространства (благодаря зрению двумя глазами) и т.д.

Однако способность человека воспринимать окружающий мир через зрительные образы не ограничивается только лишь оптической конструкцией глаза, решающую роль играет человеческий мозг и его опыт в виде представлений и знаний. Приведем пример.

Рассмотрим играющего на лужайке щенка. Он имеет определенную форму, размеры и окраску; в каждый момент времени он занимает в пространстве определенное место, находящееся от нас на определенном расстоянии и в определенном направлении; мы видим его то движущимся, то неподвижным. Мы воспринимаем его в совокупности свойств, а из нашего прошлого опыта мы знаем, что перед нами - щенок. Воспринимаемые качества, такие, как цвет, размер и т.п. остаются постоянными и не зависят от того что, например, изображение на сетчатке глаз постоянно меняется. Так, нам не кажется, что в тени щенок меняет свою окраску или что его размеры увеличиваются или уменьшаются в зависимости от того, приближается или удаляется он от нас.

Это можно объяснить тем, что процесс зрения или восприятия протекает в связи с другими психологическими процессами личности: мышлением (мы осознаем то, что перед нами находится), чувствами (определенным образом относимся к тому, что воспринимаем), волей (в той или иной форме произвольно организуем процесс восприятия). Все это ведет не совсем адекватному восприятию, к искажению воспринимаемого объекта, в том числе ведет и к искажению зрительного образа, к появлению так называемых иллюзий зрения.

Цель работы. Цель данной работы заключается в том, чтобы доказать, что глаз является лишь «оптическим прибором», а восприятие зрительных образов происходит благодаря работе мозга, что приводит в некоторых случаях к искажению образов или, к так называемым, зрительным иллюзиям.

Задачи исследования:

Освоить строение человеческого глаза.

Изучить физиологию зрительного восприятия.

Найти и исследовать различные виды иллюзий.

Провести анкетирование на тему «Иллюзии» для одноклассников.

Оценить результаты анкетирования.

Сделать выводы о природе зрительного восприятия.

1. Строение глаза и его функции как оптического прибора

По сути, наши глаза - это оптический прибор.

Объектив (роговица и хрусталик) строит на глазном дне перевернутое изображение наблюдаемого объекта.

Рассмотрим детально устройство этого прибора.

Глаза расположены в глазницах - впадинах черепа и удерживаются там с помощью мышц. Диаметр глазного яблока около 2,5 см. По форме оно представляет собой неидеальный шар. Наличие двух глаз позволяет сделать изображение объемным (трехмерным).

Наружная часть глаза состоит из склеры и роговицы.

Склера (белок глаза) - прочная наружная капсула глазного яблока.

Роговица - прозрачная выпуклая часть. Она вставлена в плотную склеру как часовое стекло в оправу матово-белого цвета. Роговица - это, образно говоря, объектив, окно в мир. За роговицей находится водная среда, которая как линза преломляет лучи света, попадающие на роговицу, и через зрачок передает изображение на заднюю поверхность глаза - сетчатку.

Радужка располагается позади прозрачной роговицы. Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Радужка представляет собой тонкую пленку, окрашенную в определенный цвет (серый, голубой, коричневый, зеленый) в зависимости от пигмента (меланина), содержащегося в ткани радужки и определяющего цвет глаз.

У людей, живущих на Севере и Юге, как правило, разный цвет глаз. У северян в основном глаза голубые, у южан - карие. Это объясняется тем, что в процессе эволюции у людей, проживающих в Южном полушарии, образуется больше темного пигмента в радужке, так как он защищает глаза от неблагоприятного действия ультрафиолетовой части спектра солнечного света.

В центре радужки имеется черное круглое отверстие - зрачок. Через него проходят лучи, достигающие сетчатки. Зрачок с помощью мышц регулирует количество поступающего света, что способствует ясности изображения. Диаметр зрачка может изменяться от 2 до 8 мм в зависимости от освещения. При ярком свете зрачок сужается, а при слабом свете - расширяется.

Хрусталик - "естественная линза" глаза. Он прозрачен, эластичен - может менять свою форму, почти мгновенно "наводя фокус", за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Специальные мышцы изменяют кривизну хрусталика, делают его более или менее выпуклым и на глазном дне строится резко именно то изображение, на которое мы сейчас смотрим.

Стекловидное тело -- гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза. Мы видим объекты потому, что они отражают свет. Цвета, которые мы различаем, определяются тем, какую из частей видимого светового спектра отражает или поглощает предмет.

Сетчатка, - это часть глаза, воспринимающая изображение - внутренняя светочувствительная оболочка глаза, выстилающая глазное дно.

Пройдя сквозь хрусталик, а затем через прозрачное, словно чистейший хрусталь, стекловидное тело, которое заполняет собой всю внутреннюю часть глазного яблока, лучи света попадают на внутреннюю, очень тонкую оболочку глаза -- сетчатку. Сетчатка состоит из мельчайших палочкообразных и колбочкообразных клеток, отличающихся друг от друга формой и весьма неравномерно распределенных по сетчатке. Эти световоспринимающие клетки называются зрительными рецепторами. В них под действием раздражения, вызываемого лучами света, возникает возбуждение, которое передается через клетки нейроны в зрительный нерв. По нему возбуждение попадает уже в головной мозг.

Расположенные в сетчатке зрительные рецепторы делятся, как мы сказали, на две отличающиеся друг от друга по строению и функциям группы -- на так называемые палочки и колбочки.

Палочки раздражаются слабым сумеречным светом, но не обладают способностью воспринимать цвет.

Колбочки раздражаются только ярким светом и способны воспринимать цвета.

В середине сетчатки, прямо напротив зрачка, находится маленькое круглое возвышение -- так называемое желтое пятно, представляющее собой скопление колбочек. Оттого наиболее ясно мы видим те предметы, которые находятся прямо против зрачка.

Каждая колбочка соединена со своим собственным индивидуальным нейроном. Палочки такого индивидуального нейрона не имеют и вынуждены группироваться целыми скоплениями вокруг одного нейрона.

Так как несколько палочек посылают свою информацию в одну и ту же нервную клетку, то в сумерки очень слабо возбужденные палочки общими усилиями могут возбудить свой нейрон и глаз все-таки что-то увидит, тогда как колбочки, которые адресуются лишь к своей собственной нервной клетке, в этом случае бессильны.

Именно из-за того, что в сумерках мы почти не пользуемся колбочками, объясняется то явление, что для человеческого глаза ночью все кошки серы.

Таким образом, к помощи палочек мы прибегаем лишь в сумерках, когда колбочки становятся просто помехой.

Мы могли бы видеть ночью гораздо лучше, если бы не привычка фокусировать изображение на желтом пятне -- так называемая центральная фиксация. Поэтому ночью мы гораздо лучше видим предметы, изображение которых оказывается на боковых участках сетчатки, а это происходит, когда мы не смотрим прямо на предмет, который хотим увидеть. Чтобы хорошо видеть ночью, нужно лишь тренировать при сумеречном свете периферийные участки, то есть те, которые днем приносят нам мало пользы.

2. Кто рисует нам картинку - глаз или мозг?

Мы видим предметы потому, что они отражают свет. Глаз улавливает эти лучи. Роговица и хрусталик пропускают эти лучи внутрь глаза, и на сетчатке строится перевернутое изображение. А мозг переворачивает картинку.

При всей сложности оптических процессов, происходящих в глазу, видим мы не глазами. Глаза только отражает картинку. А видим мы мозгом, центральной нервной системой.

Мозг синхронизирует работу обеих глаз, делая для нас мир трехмерным.

Мозг выполняет функции автофокуса, делая резким именно то, на что мы смотрим.

Мозг смешивает и интерпретирует три цвета, к которым чувствителен глаз и мы видим всю гамму цветов.

Именно мозг достраивает картинку, если она неполная - например, собачий хвост или половина от крыши дома. Мозг как компьютер идентифицирует увиденное и выискивает в своей памяти похожие картинки. На основании прошлого опыта он и «достраивает» изображение.

3. Иллюзии зрения

Известно, что наше зрение несовершенно и иногда мы видим не то, что существует в действительности. Такие ошибки зрения называются оптическими иллюзиями. Оптические иллюзии возникают из-за несовершенства человеческого глаза, а также из-за неправильного осмысления человеком увиденного. Приведем основные примеры оптических иллюзий.

Иррадиация.

Состоит в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся больше, чем темные предметы на светлом фоне. Эта особенность связана с несовершенством хрусталика. Именно с этой иллюзией связано, например, то, что черная одежда визуально делает человека более стройным, а белая - наоборот.

Оценка вертикальных линий.

Благодаря расположению линии, соединяющей глаза человека в горизонтальной плоскости, человек обладает способностью точнее определить на глаз горизонтальные расстояния, чем высоту предметов. Поэтому большинство людей обладает способностью преувеличивать вертикальные протяженности по сравнению с горизонтальными.

Еще одна иллюзия, в которой столешница стола стоящего вертикально кажется длиннее столешницы, расположенной горизонтально. На самом деле оба стола одинакого размера.

Сочетание форм - психологическая иллюзия.

На приводимом рисунке прямолинейные стороны квадрата кажутся искривленными, а весь квадрат - деформированным из-за того, что глаз смотрит одновременно на прямые и изогнутые линии.

“Фигура” и фон».

При восприятии фигуры и фона мы склонны видеть, прежде всего, пятна меньшей площади, а также пятна более яркие. На рисунке большинство видит в первую очередь вазу, а затем два силуэта.

Иллюзии при движении объекта.

При движении объекта наблюдения встречается также ряд зрительных иллюзий, которые обусловлены некоторыми свойствами нашего зрительного аппарата. Например, если круг с окрашенным сектором привести во вращение, то весь круг нам кажется окрашенным. Это можно объяснить способностью нашего глаза в течение долей секунды удерживать зрительное впечатление, хотя видимый предмет уже исчез из вида.

Иллюзии цвета.

Посмотрите внимательно на доску. С ней все в порядке? Белые клетки в тени и черные на свету - одного цвета! Однако глаза этого не замечают. Мозг видит черные и белые клетки независимо от освещенности, так как наш мозг воспринимает доску как шахматную и «достраивает» рисунок.

Есть также иллюзии, которым пока не найдено объяснение. Так, например, человеку сложно определить точное направление диагональных линий. Суть иллюзии: человеку сложно определить, является ли черная линия продолжением синей или красной. Продолжением чёрной линии является красная линия, а не синяя, как представляется на первый взгляд.

Портретные иллюзии.

Многим приходилось видеть так называемые загадочные, как бы живые, портреты, которые всегда смотрят на нас, следя за нашими передвижениями и обращая глаза туда, куда мы переходим. Это объясняется тем, что зрачки глаз на портрете помещены в середине разреза глаз. Именно такими мы видим глаза, смотрящие на нас, когда же глаза смотрят в сторону, мимо нас, то зрачок и вся радужная оболочка кажутся нам находящимися не на середине глаза, а смещенными в бок. Когда мы отходим в сторону от портрета, зрачки, конечно, своего положения не меняют - остаются посреди глаз, а так как все лицо мы продолжаем видеть в прежнем положении по отношению к нам, то нам и кажется, что портрет повернул голову и следит за нами. Пример тому - знаменитый портрет Моны Лизы Да Винчи.

Заключение

В ходе исследовательской работы мы изучили материал о строении глаза и пришли к выводу, что он имеет сложную оптическую структуру.

При изучении процесса зрительного восприятия мы обнаружили, что в зрении участвует не только глаз, но и нервные клетки. Однако главную роль в процессе зрительного восприятия играет мозг. Именно он делает картинку более четкой, подавая сигнал глазным мышцам. Именно мозг достраивает неполные изображения, что подтверждают иллюзии зрения, так как иллюзии являются результатом неправильной «достройки».

Мы составили анкету по иллюзиям зрения с тем, чтобы выявить, что иллюзии действительно «работают». По результатам анкетирования получилось, что из 10 иллюзий школьники в среднем подтвердили действие иллюзий на 70%.

На основании результатов анкетирования мы можем утверждать, что восприятие зрительных образов происходит в человеческом мозгу, а не непосредственно органом зрения, так как иллюзии строит именно мозг. Это доказывает, что глаза - это оптический прибор. А видим мы мозгом.

Список литературы

1. Анатомия человека: учеб. для студ. инст. физ. культ. /Под ред. Козлова В.И. - М., «Физкультура и спорт», 1978.

2. Артамонов И.Д. Иллюзии зрения. М., 1961.

3. Демидов В. Как мы видим то, что видим. Изд. “Знание”, М., 1987.

4. Рок И. Введение в зрительное восприятие. Книга первая. М., “Педагогика”, 1980.

5. http://illuzi.ru.

6. http://ru.wikipedia.org.

Размещено на Allbest.ru