Анатомические особенности зрительных анализаторов живых организмов

Размещено на http://allbest.ru

Зрение как важнейший источник информации

Глаз

Глаз (лат. oculus) -- сенсорный орган (орган зрительной системы) человека и животных, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. У человека через глаз поступает около 90 % информации из окружающего мира.

Глаз позвоночных животных представляет собой периферическую часть зрительного анализатора, в котором фоторецепторную функцию выполняют нейросенсорные (фоторецепторные) клетки сетчатки

1. Задняя камера 2. Зубчатый край 3. Ресничная (аккомодационная) мышца 4. Ресничный (цилиарный) поясок 5. Шлеммов канал 6. Зрачок 7. Передняя камера 8. Роговица 9. Радужная оболочка 10. Кора хрусталика 11. Ядро хрусталика 12. Цилиарный отросток 13. Конъюнктива 14. Нижняя косая мышца 15. Нижняя прямая мышца 16. Медиальная прямая мышца 17. Артерии и вены сетчатки 18. Слепое пятно 19. Твердая мозговая оболочка 20. Центральная артерия сетчатки 21. Центральная вена сетчатки 22. Зрительный нерв 23. Вортикозная вена 24. Влагалище глазного яблока 25. Жёлтое пятно 26. Центральная ямка 27. Склера 28. Сосудистая оболочка глаза 29. Верхняя прямая мышца 30. Сетчатка

Зрительное восприятие внешнего мира - разнообразные формы величины цвета движения - осуществляется органом зрения - глазом. Сверхчувствительный Арарат глаза перерабатывает световые лучи как адекватный раздражитель для органа зрения в нервный процесс возбуждения. Прежде чем луч света достигает светочувствительного эпителия, он несколько раз преломляется в преломляющих средах глаза: роговице, водянистой влаге передней камеры, хрусталике и стекловидном теле

Глазное яблоко представляет собой тело шаровидной формы, несколько сплюснутое спереди назад. Оно имеет три оболочки: наружную - фиброзную, среднюю сосудистую и внутреннюю - сетчатую (ретина)

Наружная, или фиброзная, оболочка в задней части глазного яблока образует непрозрачную белочную оболочку, или склеру, спереди - прозрачную оболочку, или роговицу. Склера белого цвета, бедна сосудами, покрывает глазного яблока. Роговица выпуклой фор - мы, лишена кровеносных сосудов, но богата нервными окончаниями. Вследствие своей прозрачности она пропускает световые лучи и преломляет их.

Средняя, или сосудистая, оболочка прилегает к внутренней поверхности склеры. Она делится на три части: собственно сосудистую оболочку, радужную оболочку и ресничное тело.

Собственно сосудистая оболочка - задняя часть средней оболочки, лежит между сетчатой оболочкой и склерой, очень богата кровеносными сосудами. На внутренней поверхности ее расположена отражательная перепонка сине-зеленого цвета с металлическим блеском.

Она обслуживает свечение глаза в темноте.

Ресничное тело - средняя часть сосудистой оболочки, лежит между радужной и собственно сосудистой оболочкой. От свободного края ресничного тела к окружности хрусталика свисает множество ресничных отростков, от которых отходят волокна цинковой связки, подвешивающей хрусталик. В основе ресничного тела находится ресничная мышца.

Нормальный глаз приспособлен для рассмотрения от удаленных предметов. От них в глаз поступают параллельные лучи, которые дают резкое изображение на сетчатке. От предмета, расположенного на расстоянии 6 м, в глаз поступают расходящиеся лучи. Казалось бы, что изображение при этом должно быть неясным. Но этого не наблюдается благодаря свойству глаза приспосабливаться к ясному видению предметов, находящихся на разных расстояниях. Такое свойство называется аккомодацией. У млекопитающих аккомодация сводится к изменению преломляющей силы хрусталика путем изменения его формы с помощью ресничного мускула и цинновой связки, которая соединена с капсулой хрусталика и с внутренней поверхностью ресничного тела

Когда глаз устремлен вдаль, ресничная мышца находится в состоянии покоя, цинновы связки напряжены и растягивают эластический хрусталик, делая его более плоским. При рассматривании предметов, расположенных от глаза ближе 6 м, неясность отображения предмета на сетчатке вызывает рефлекторно, через глазодвигательный нерв, сокращение ресничной мышцы, ресничное тело перемещается вперед и вверх, цинновы связки расслабляются, и хрусталик вследствие своей упругости принимает более выпуклую форму. Преломляющая сила хрусталика, таким образом, увеличивается. С возрастом эластичность хрусталика постепенно уменьшается, и его способность, к аккомодации ослабевает.

Нормальный глаз оптически приспособлен для лучей параллельных. Отдаленная точка ясного зрения находится на очень большом расстоянии. Главный фокус нормального глаза находится на сетчатке. Однако встречаются пороки преломления лучей (рефракции) в глазу. К ним относятся близорукость (миопия) и дальнозоркость (гипермиропия). Близорукость может быть обусловлена или удлиненной осью глаза, или более округлой формой роговицы, или повышенной силой преломления хрусталика.

Радужная оболочка непрозрачная, пигментированная, находится между роговицей и хрусталиком. Через отвёрстие радужной оболочки (круглой или овальной формы) зрачок - в глаз проходят лучи света. В радужной оболочке две мышцы.

Одна из них суживатель зрачка - состоит из круговых, циркулярных волокон. По действию эта мышца напоминает диафрагму в фотоаппарате. Вторая мышца - расширитель зрачка - состоит из волокон, расположенных радиально.

При ярком освещении сильно раздражается светочувствительный слой сетчатки. Это раздражение рефлекторно, через глазодвигательный нерв вызывает сокращение суживателя зрачка, и зрачковое отверстие уменьшается.

Вечером или в темном помещении тонус суживателя зрачка рефлекторно ослабляется, зрачковое отверстие расширяется, в глаз поступает много рассеянных лучей. Радужная оболочка благодаря тонусу суживателя зрачка закрывает края хрусталика, не пропускает боковые лучи света, а пропускает только центральные лучи и тем самым устраняет светорассеивание. Так регулируется поступление света в глаз.

Между роговицей, с одной стороны, и передней поверхностью радужной оболочки - с другой, находится передняя камера глаза, а между задней поверхностью радужной оболочки и хрусталиком - задняя камера глаза. Обе камеры заполнены внутриглазной (камерной) прозрачной жидкостью и через зрачковое отверстие сообщаются между собой. Все пространство глазного яблока позади хрусталика заполнено стекловидным телом, представляющим собой студенистую прозрачную массу.

Сетчатая оболочка, или сетчатка. Луч света как раздражитель преобразуется в нервный процесс возбуждения в сетчатке - внутренней оболочке глаза сложного строения. Она состоит в основном из трех невронов. Воспринимает световые раздражения первый неврон, так называемые колбочки и палочки, которые и представляют собой зрительные рецепторы. Этот неврон самый наружный, расположен от падающего света дальше остальных. Возбуждение от первого неврона через отростки передается второму неврону - биполярным клеткам, а затем третьему неврону - ганглиозным клеткам. Нервные волокна ганглиозных клеток составляют зрительный нерв. Место выхода из глаза волокон зрительного нерва нечувствительно к свету, так как там нет зрительных рецепторов - колбочек и палочек, и называется слепым пятном.

Светопреломляющий аппарат глаза представляет собой сложную систему линз, формирующую на сетчатке уменьшенное и перевёрнутое изображение внешнего мира, включает в себя роговицу, камерную влагу -- жидкости передней и задней камер глаза,хрусталик, а также стекловидное тело, позади которого лежит сетчатка, воспринимающая свет.

Аккомодационный аппарат глаза обеспечивает фокусировку изображения на сетчатке, а также приспособление глаза к интенсивности освещения. Он включает в себя радужку с отверстием в центре -- зрачком -- и ресничное тело с ресничным пояском хрусталика.

Фокусировка изображения обеспечивается за счёт изменения кривизны хрусталика, которая регулируется цилиарной мышцей. При увеличении кривизны хрусталик становится более выпуклым и сильнее преломляет свет, настраиваясь на видение близко расположенных объектов. При расслаблении мышцы хрусталик становится более плоским, и глаз приспосабливается для видения удалённых предметов. У других животных, в частности, головоногих, при аккомодации превалирует как раз изменение расстояния между хрусталиком и сетчаткой.

Зрачок представляет собой отверстие переменного размера в радужной оболочке. Он выполняет роль диафрагмы глаза, регулируя количество света, падающего на сетчатку. При ярком свете кольцевые мышцы радужки сокращаются, а радиальные расслабляются, при этом зрачок сужается, и количество света, попадающего на сетчатку уменьшается, это предохраняет её от повреждения. При слабом свете наоборот сокращаются радиальные мышцы, и зрачок расширяется, пропуская в глаз больше света.

Рецепторный аппарат глаза представлен зрительной частью сетчатки, содержащей фоторецепторные клетки (высокодифференцированные нервные элементы), а также тела и аксоны нейронов (проводящие нервное раздражение клетки и нервные волокна), расположенных поверх сетчатки и соединяющиеся в слепом пятне в зрительный нерв.

Сетчатка также имеет слоистое строение. Устройство сетчатой оболочки чрезвычайно сложное. Микроскопически в ней выделяют 10 слоёв. Самый наружный слой является свето-цветовоспринимающим, он обращен к сосудистой оболочке (вовнутрь) и состоит из нейроэпителиальных клеток -- палочек и колбочек, воспринимающих свет и цвета, следующие слои образованы проводящими нервное раздражение клетками и нервными волокнами. У человека толщина сетчатки очень мала, на разных участках она составляет от 0,05 до 0,5 мм.

Свет входит в глаз через роговицу, проходит последовательно сквозь жидкость передней (и задней) камеры, хрусталик и стекловидное тело, пройдя через всю толщу сетчатки, попадает на отростки светочувствительных клеток -- палочек и колбочек. В них протекают фотохимические процессы, обеспечивающие цветовое зрение.

Областью наиболее высокого (чувствительного) зрения, центрального, в сетчатке является так называемое жёлтое пятно с центральной ямкой, содержащей только колбочки (здесь толщина сетчатки до 0,08--0,05 мм) - ответственных за цветовое зрение (цветоощущение). То есть вся световая информация, которая попадает на жёлтое пятно, передается в мозг наиболее полно. Место на сетчатке, где нет ни палочек, ни колбочек называется слепым пятном; оттуда зрительный нерв выходит на другую сторону сетчатки и далее в мозг.

У позвоночных позади сетчатки расположен тапетум -- особый слой сосудистой оболочки глаза, выполняющий функцию зеркальца. Он отражает прошедший сквозь сетчатку свет обратно на неё, таким образом повышая световую чувствительность глаз. Покрывает всё глазное дно или его часть, визуально напоминает перламутр.

Восприятие света

Мы воспринимаем свет благодаря тому, что его лучи проходят через оптическую систему глаза. Там возбуждение обрабатывается и передаётся в центральные отделы зрительной системы. Сетчатка -- это сложная оболочка глаза, содержащая несколько слоев клеток, различных по форме и функциям.

Первый (внешний) слой -- пигментный, состоит из плотно расположенных эпителиальных клеток, содержащих чёрный пигмент фусцин. Он поглощает световые лучи, способствуя более четкому изображению предметов. Второй слой -- рецепторный, образован светочувствительными клетками -- зрительными рецепторами -- фоторецепторами: колбочками и палочками. Они воспринимают свет и превращают его энергию в нервные импульсы.

В сетчатке человека насчитывают около 130 млн палочек и 7 млн колбочек. Расположены они неравномерно: в центре сетчатки находятся преимущественно колбочки, дальше от центра -- колбочки и палочки, а на периферии преобладают палочки.

Колбочки обеспечивают восприятие формы и цвета предмета. Они малочувствительны к свету, возбуждаются только при ярком освещении. Больше колбочек вокруг центральной ямки. Это место скопления колбочек называют жёлтым пятном. Жёлтое пятно, особенно его центральную ямку, считают местом наилучшего видения. В норме изображение всегда фокусируется оптической системой глаза на жёлтом пятне. При этом предметы, которые воспринимаются периферическим зрением, различаются хуже.

Палочки имеют удлинённую форму, цвет не различают, но очень чувствительны к свету и поэтому возбуждаются даже при малом, так называемом сумеречном, освещении. Поэтому мы можем видеть даже в плохо освещённой комнате или в сумерках, когда очертания предметов едва отличаются. Благодаря тому, что палочки преобладают на периферии сетчатки, мы способны видеть «уголком глаза», что происходит вокруг нас.

Итак фоторецепторы воспринимают свет и превращают его в энергию в нервный импульс, который продолжает свой ??путь в сетчатке и проходит через третий слой клеток, образованный соединением фоторецепторов с нервными клетками, имеющими по два отростка (их называют биполярными). Далее информация по зрительным нервам через средний и промежуточный мозг передается в зрительные зоны коры головного мозга. На нижней поверхности мозга зрительные нервы частично пересекаются, поэтому часть информации от правого глаза поступает в левое полушарие и наоборот.

Место, где зрительный нерв выходит из сетчатки, называется слепым пятном. Оно лишено фоторецепторов. Предметы, изображение которых попадает на этот участок, не видны. Площадь слепого пятна сетчатки глаза человека (в норме) составляет от 2,5 до 6 ммІ.

Восприятие цвета

Многоцветность воспринимается благодаря тому, что колбочки реагируют на определенный спектр света изолированно. Существует три типа колбочек. Колбочки первого типа реагируют преимущественно на красный цвет, второго -- на зелёный и третьего -- на синий. Эти цвета называют основными. Под действием волн различной длины колбочки каждого типа возбуждаются неодинаково. Вследствие этого каждая длина волны воспринимается как особый цвет. Например, когда мы смотрим на радугу, то самыми заметными для нас кажутся основные цвета (красный, зелёный, синий).

Восприятие расположения предметов в пространстве

Правильная оценка расположения предметов в пространстве и расстояния до них достигается глазомером. Его можно улучшить, как и любое свойство. Глазомер особенно важен для пилотов, водителей. Улучшения восприятия предметов достигается благодаря таким характеристикам, как поле зрения, угловая скорость, бинокулярное зрение и конвергенция.

Поле зрения -- это пространство, которое можно охватить глазом при фиксированном состоянии глазного яблока. Полем зрения можно охватить значительное количество предметов, их расположение на определенном расстоянии. Однако изображение предметов, находящихся в поле зрения но расположенных ближе, частично накладывается на изображения тех, что за ними. С удалением предметов от глаза уменьшаются их размеры, рельефность их формы, разница теней на поверхности, насыщенность цветов и т. п., пока предмет не исчезает из поля зрения.

В пространстве много предметов движется, и мы можем воспринимать не только их движение, но и скорость движения. Скорость движения предметов определяют на основании скорости перемещения их по сетчатке, так называемой угловой скорости. Угловая скорость близко расположенных предметов выше, к примеру, вагоны движущегося поезда проносятся мимо наблюдателя с большой скоростью, а самолет в небе исчезает из поля зрения медленно, хотя скорость его гораздо больше скорости поезда. Это потому, что поезд находится относительно наблюдателя намного ближе, чем самолет. Таким образом, близко расположенные предметы исчезают из поля зрения раньше, чем отдаленные, поскольку их угловая скорость больше. Однако движение предметов, которые перемещаются чрезвычайно быстро или слишком медленно, глаз не воспринимает.

Точной оценке пространственного расположения предметов, их движения способствует также бинокулярное зрение. Это позволяет не только воспринимать объемное изображение предмета, поскольку одновременно охватывается и левая, и правая части объекта, но и определить местоположение в пространстве, расстояние до него. Это можно объяснить тем, что когда в коре большого головного мозга объединяются ощущения от изображений предметов в левом и правом глазу, в ней происходит оценка последовательности расположения предметов, их формы.

Если преломление в левом и правом глазу неодинаковое, это приводит к нарушению бинокулярного зрения (видение двумя глазами) -- косоглазия. Тогда на сетчатке возникает резкое изображение от одного глаза и расплывчатое от другого. Вызывается косоглазие нарушением иннервации мышц глаза, прирожденно или приобретенным снижением остроты зрения на один глаз и тому подобное.

Ещё одним из механизмов пространственного восприятия является восхождение глаз (конвергенция). Оси правого и левого глаза с помощью глазодвигательной мышцы сходятся на предмете, который рассматривается. Чем ближе расположен предмет, тем сильнее сокращены прямые внутренние и растянуты прямые внешние мышцы глаза. Это позволяет определить удаленность предметов.

Типы глаз

Фасеточные глаза мухи: Фоторецепторная способность найдена у некоторых простейших существ. Беспозвоночные, многие черви и змеи, а также двустворчатые моллюски имеют глаза простейшей структуры -- без хрусталика. Среди моллюсков только головоногие имеют сложные глаза, похожие на глаза позвоночных.

Глаз насекомого -- составное, состоит из множества отдельных фасеток, каждая из которых собирает свет и направляет его к рецептору, чтобы создать зрительный образ. Существует десять различных типов структурной организации светоприёмных органов. Стоит отметить, что все схемы захвата оптического изображения, которые используются человеком, -- за исключением трансфокатора (вариообъектива) и линзы Френеля -- можно найти в природе. Схемы строения глаза можно категоризировать следующим образом: «Простой глаз» -- с одной вогнутой светоприёмной поверхностью, «Сложный глаз» -- состоящий из нескольких отдельных линз, расположенных на общей выпуклой поверхности.

Стоит заметить, что слово «простой» не относится к меньшему уровню сложности или остроты восприятия. На самом деле, оба типа строения глаза могут быть адаптированным к почти любой среде или типу поведения. Единственное ограничение, присущее для данной схемы строения глаза, -- это разрешение. Структурная организация сложных глаз не позволяет им достичь разрешения лучшей чем 1 °. Также, суперпозиционные глаза могут достигать высокой чувствительности чем аппозиционные глаза. Именно поэтому, суперпозиционные глаза больше подходят жителям сред с низким уровнем освещенности (океаническое дно) или почти полным отсутствием света (подземные водоемы, пещеры). Глаза также естественно разделяются на две группы на основе строения клеток фоторецепторов: фоторецепторы могут быть цилиарными (как у позвоночных) или рабдомерными. Эти две группы не являются монофилийными. Так например, Книдариям также присущи цилиарной клетки в качестве «глаз», а некоторых аннелид имеющиеся оба типа фоторецепторных клеток.

И природа изобрела их несколько типов, каждый раз настраивая наилучшим образом для того или иного видения. Скажем, глаза рыб отлично приспособлены различать окружающее под водой, кошки отлично ориентируются в темноте, а орёл замечает крохотную мышь с километровой высоты... Человек, создавая фотоаппарат, сумел на первых порах сымитировать лишь свой собственный глаз. А вот сложный, фасеточный глаз насекомого скопировать до сих пор толком так и не смог. Этот шедевр природы сложен из многих тысяч крохотных, отдельных "глазков" -- омматидиев. Каждый омматидий состоит из "линзочки" и примыкающего к ней длинного прозрачного кристаллического конуса. Глаз комнатной мухи состоит из 4000 омматидиев-конусов; рабочей пчелы -- из 5000 конусов, прилегающих вплотную друг к другу; глаз бабочки -- из 17 000, а стрекозы -- из 30 000 отдельных глазков. Каждый из них выхватывает из окружающего их пространства одну точку. Но в мозгу насекомого все они складываются в единую мозаику. зрение хрусталик глаз

А у паука мало того, что глаза сложные, вдобавок их целых восемь