Kuva silmämunan verkkokalvolta saadaan. Ihmissilmä näkee esineet ylösalaisin.

Silmän kautta, ei silmän kautta
Mieli voi nähdä maailman.
William Blake

Oppitunnin tavoitteet:

Koulutuksellinen:

• paljastaa visuaalisen analysaattorin rakenne ja merkitys, visuaaliset tuntemukset ja havainto;
• syventää tietoa silmän rakenteesta ja toiminnasta optisena järjestelmänä;
• selittää, kuinka kuva muodostuu verkkokalvolle,
• antaa käsityksen likinäköisyydestä ja kaukonäköisyydestä, näönkorjauksen tyypeistä.

Kehitetään:

• kehittää kykyä tarkkailla, vertailla ja tehdä johtopäätöksiä;
• jatkaa loogisen ajattelun kehittämistä;
• muodostaa edelleen käsityksen ympäröivän maailman käsitteiden yhtenäisyydestä.

Koulutuksellinen:

• viljellä huolellista suhtautumista terveyteen, paljastaa näköhygieniaan liittyviä kysymyksiä;
• kehittää edelleen vastuullista asennetta oppimiseen.

Laitteet:

• taulukko "Visuaalinen analysaattori",
• kokoontaitettava silmämalli,
• märkävalmiste "nisäkkäiden silmä",
• moniste kuvineen.

Tuntien aikana

1. Organisatorinen hetki.

2. Tiedon toteuttaminen. Teeman "Silmän rakenne" toisto.

3. Uuden materiaalin selitys:

Silmän optinen järjestelmä.

Verkkokalvo. Kuvien muodostuminen verkkokalvolle.

Optiset illuusiot.

Silmien majoitus.

Kahdella silmällä näkemisen etu.

Silmien liike.

Visuaaliset viat, niiden korjaus.

Näköhygienia.

4. Kiinnitys.

5. Oppitunnin tulokset. Kotitehtävien asettaminen.

Teeman "Silmän rakenne" toisto.

Biologian opettaja:

Viimeisellä oppitunnilla tutkimme aihetta "Silmän rakenne". Tarkastellaanpa tämän oppitunnin sisältöä. Jatka lausetta:

1) Aivopuoliskojen visuaalinen vyöhyke sijaitsee ...

2) Antaa väriä silmälle...

3) Analysaattori koostuu ...

4) Silmän apuelimet ovat ...

5) Silmämunassa on ... kuoret

6) Kupera - silmämunan kovera linssi on ...

Kerro meille kuvan avulla silmän rakenneosien rakenne ja tarkoitus.

Uuden materiaalin selitys.

Biologian opettaja:

Silmä on eläinten ja ihmisten näköelin. Se on itsesäätyvä laite. Sen avulla voit nähdä lähellä ja kaukana olevat kohteet. Linssi kutistuu sitten melkein palloksi, sitten venyy, mikä muuttaa polttoväliä.

Silmän optinen järjestelmä koostuu sarveiskalvosta, linssistä ja lasimaisesta rungosta.

Verkkokalvon (silmänpohjan peittävä verkkokalvon kalvo) paksuus on 0,15-0,20 mm ja se koostuu useista hermosolukerroksista. Ensimmäinen kerros on mustien pigmenttisolujen vieressä. Sen muodostavat visuaaliset reseptorit - sauvat ja kartiot. Ihmisen verkkokalvossa on satoja kertoja enemmän sauvoja kuin kartioita. Sauvat kiihtyvät hyvin nopeasti heikosta hämärässä, mutta eivät havaitse väriä. Käpyjä jännittää hitaasti ja vain kirkkaalla valolla - ne pystyvät havaitsemaan värin. Tangot jakautuvat tasaisesti verkkokalvolle. Suoraan pupillia vastapäätä verkkokalvossa on keltainen täplä, joka koostuu yksinomaan kartioista. Esinettä tarkasteltaessa katse liikkuu niin, että kuva putoaa keltaiselle pisteelle.

Oksat ulottuvat hermosoluista. Yhdessä verkkokalvon kohdassa ne kerääntyvät nippuun ja muodostavat näköhermon. Yli miljoona kuitua kuljettaa visuaalista tietoa aivoihin hermoimpulssien muodossa. Tätä paikkaa, jossa ei ole reseptoreita, kutsutaan sokeaksi pisteeksi. Verkkokalvosta alkanut kohteen värin, muodon, valaistuksen ja yksityiskohtien analyysi päättyy aivokuoren vyöhykkeelle. Kaikki tiedot kerätään tänne, ne puretaan ja tiivistetään. Tämän seurauksena muodostuu käsitys aiheesta. "Katso" aivot, älä silmät.

Joten visio on subkortikaalinen prosessi. Se riippuu silmistä aivokuoreen (niskakyhmyyn) tulevan tiedon laadusta.

Fysiikan opettaja:

Huomasimme, että silmän optinen järjestelmä koostuu sarveiskalvosta, linssistä ja lasiaisesta. Valo, joka taittuu optisessa järjestelmässä, antaa todellisia, pelkistettyjä, käänteisiä kuvia verkkokalvolla olevista kohteista.

Johannes Kepler (1571 - 1630) todisti ensimmäisenä, että verkkokalvolla oleva kuva on käänteinen piirtämällä säteiden polun silmän optiseen järjestelmään. Tämän johtopäätöksen testaamiseksi ranskalainen tiedemies René Descartes (1596 - 1650) otti häränsilmän ja raapinut irti läpinäkymättömän kerroksen sen takaseinästä ja asetti sen ikkunaluukun sisään tehtyyn reikään. Ja juuri siellä, silmänpohjan läpikuultavalla seinällä, hän näki käänteisen kuvan ikkunasta katsotusta kuvasta.

Miksi sitten näemme kaikki esineet sellaisina kuin ne ovat, ts. ylösalaisin?

Tosiasia on, että aivot korjaavat jatkuvasti näköprosessia, joka vastaanottaa tietoa paitsi silmien, myös muiden aistielinten kautta.

Vuonna 1896 amerikkalainen psykologi J. Stretton teki itselleen kokeen. Hän laittoi erityiset lasit, joiden ansiosta silmän verkkokalvolla olevien ympäröivien esineiden kuvat eivät olleet käänteisiä, vaan suoria. Ja mitä? Maailma Strettonin mielessä kääntyi ylösalaisin. Hän alkoi nähdä kaiken ylösalaisin. Tästä johtuen silmien ja muiden aistien työssä oli epäsuhta. Tutkijalle kehittyi merisairauden oireita. Kolme päivää hän tunsi pahoinvointia. Neljäntenä päivänä keho alkoi kuitenkin palautua normaaliksi, ja viidentenä päivänä Stretton alkoi tuntea olonsa samalta kuin ennen koetta. Tiedemiehen aivot tottuivat uusiin työolosuhteisiin, ja hän alkoi nähdä kaikki esineet taas suoraan. Mutta kun hän otti lasinsa pois, kaikki kääntyi jälleen ylösalaisin. Puolentoista tunnin kuluessa hänen näkönsä palautui, ja hän alkoi taas nähdä normaalisti.

On uteliasta, että tällainen sopeutuminen on ominaista vain ihmisen aivoille. Kun yhdessä kokeessa apinalle laitettiin kaatuvat lasit, se sai sellaisen psykologisen iskun, että useiden väärien liikkeiden ja kaatumisen jälkeen se joutui koomaa muistuttavaan tilaan. Hänen refleksinsä alkoivat hiipua, hänen verenpaineensa laski, ja hänen hengityksensä muuttui tiheäksi ja matalaksi. Ihmisissä ei ole mitään tällaista. Ihmisen aivot eivät kuitenkaan aina pysty selviytymään verkkokalvolta saadun kuvan analysoinnista. Tällaisissa tapauksissa syntyy illuusioita näkökyvystä - havaittu kohde ei näytä meistä siltä, ​​mitä se todella on.

Silmämme ei pysty havaitsemaan esineiden luonnetta. Älä siis pakota heihin järjen harhaluuloja. (Lucretius)

Visuaaliset itsepetokset

Puhumme usein "näön pettämisestä", "kuulon pettämisestä", mutta nämä ilmaisut ovat virheellisiä. Ei ole olemassa tunteiden pettämistä. Filosofi Kant sanoi tästä osuvasti: "Aistit eivät petä meitä - ei siksi, että ne aina tuomitsivat oikein, vaan koska ne eivät tuomitse ollenkaan."

Mikä sitten pettää meidät niin kutsutuissa aistien "petoksissa"? Tietysti mitä tässä tapauksessa "tuomarit", ts. omat aivomme. Itse asiassa suurin osa optisista illuusioista riippuu yksinomaan siitä tosiasiasta, että emme vain näe, vaan myös alitajuisesti järkeilemme ja johdamme tahattomasti itseämme harhaan. Nämä ovat tuomion, eivät tunteiden, petoksia.

Kuvagalleria tai mitä näet

Tytär, äiti ja viiksinen isä?

Intiaani ylpeänä aurinkoa katselemassa ja hupullinen eskimo selkä käännettynä...

Nuoria ja vanhoja miehiä

Nuoria ja vanhoja naisia

Ovatko viivat yhdensuuntaiset?

Onko nelikulmio neliö?

Kumpi ellipsi on suurempi - alempi vai sisempi ylempi?

Mitä enemmän tässä kuvassa on - korkeus vai leveys?

Mikä rivi on jatkoa ensimmäiselle?

Huomaatko ympyrän "vapinan"?

Näön piirre on toinen, jota ei voida jättää huomiotta. Tiedetään, että kun etäisyys linssistä kohteeseen muuttuu, muuttuu myös etäisyys sen kuvaan. Kuinka verkkokalvo säilyttää selkeän kuvan, kun siirrämme katseemme kaukaisesta kohteesta lähempään?

Kuten tiedät, linssiin kiinnitetyt lihakset pystyvät muuttamaan sen pintojen kaarevuutta ja sitä kautta silmän optista voimaa. Kun katsomme kaukana olevia esineitä, nämä lihakset ovat rentoutuneessa tilassa ja linssin kaarevuus on suhteellisen pieni. Kun katsot lähellä olevia esineitä, silmälihakset puristavat linssiä, ja sen kaarevuus ja sitä kautta optinen teho kasvavat.

Silmän kykyä sopeutua näkemään sekä lähelle että kauas kutsutaan majoitus(lat. accomodatio - sopeutuminen).

Majoituspaikan ansiosta ihminen pystyy tarkentamaan kuvia eri kohteista samalla etäisyydellä linssistä - verkkokalvolle.

Kun tarkasteltavana oleva kohde on kuitenkin hyvin lähellä, linssiä muotoilevien lihasten jännitys lisääntyy ja silmän työ väsyy. Normaalin silmän optimaalinen luku- ja kirjoitusetäisyys on noin 25 cm. Tätä etäisyyttä kutsutaan parhaaksi näköetäisyydeksi.

Biologian opettaja:

Mitä hyötyä on molemmilla silmillä näkemisestä?

1. Ihmisen näkökenttä kasvaa.

2. Kahden silmän ansiosta voimme erottaa, kumpi esine on lähempänä, mikä kauempana meistä.

Tosiasia on, että oikean ja vasemman silmän verkkokalvolla kuvat eroavat toisistaan ​​(vastaten ikään kuin esineiden näkymää oikealla ja vasemmalla). Mitä lähempänä kohde, sitä näkyvämpi tämä ero on. Se luo vaikutelman etäisyyksien eroista. Sama silmän kyky antaa sinun nähdä kohteen tilavuudessa, ei tasaisena. Tätä kykyä kutsutaan stereoskooppiseksi näkemykseksi. Molempien aivopuoliskojen yhteinen työ tekee eron esineiden, niiden muodon, koon, sijainnin, liikkeen välillä. Kolmiulotteisen avaruuden vaikutus voi syntyä, kun tarkastellaan litteää kuvaa.

Katso kuvaa useita minuutteja 20 - 25 cm:n etäisyydellä silmistä.

Katso 30 sekunnin ajan luudassa olevaa noitaa katsomatta pois.

Siirrä katseesi nopeasti linnan piirustukseen ja katso portin aukkoon laskemalla kymmeneen. Avauksessa näet valkoisen noidan harmaalla taustalla.

Kun katsot silmiäsi peilistä, huomaat todennäköisesti, että molemmat silmät suorittavat suuria ja tuskin havaittavia liikkeitä tiukasti samanaikaisesti, samaan suuntaan.

Näyttävätkö silmät aina tältä? Miten käyttäydymme tutussa huoneessa? Miksi tarvitsemme silmien liikkeitä? Niitä tarvitaan ensitarkastuksessa. Ympärille katsellessamme muodostuu kokonaisvaltainen kuva, ja kaikki tämä siirtyy muistiin. Siksi silmien liikettä ei tarvita tunnettujen esineiden tunnistamiseksi.

Fysiikan opettaja:

Yksi näön tärkeimmistä ominaisuuksista on näöntarkkuus. Ihmisten visio muuttuu iän myötä, koska. linssi menettää joustavuuden, kyvyn muuttaa kaarevuuttaan. On kaukonäköisyys tai likinäköisyys.

Likinäköisyys on näön puute, jossa rinnakkaiset säteet silmän taittumisen jälkeen eivät keräänny verkkokalvolle, vaan lähemmäksi linssiä. Kuvat kaukaisista kohteista osoittautuvat siksi sumeiksi, sumeiksi verkkokalvolla. Jotta verkkokalvosta saadaan terävä kuva, kyseinen esine on tuotava lähemmäs silmää.

Lähinäköisen ihmisen parhaan näön etäisyys on alle 25 cm, joten ihmiset, joilla on samanlainen reniumin puute, pakotetaan lukemaan tekstiä asettamalla se lähelle silmiään. Likinäköisyys voi johtua seuraavista syistä:

• silmän liiallinen optinen teho;
• silmän venyminen optista akselia pitkin.

Se kehittyy yleensä kouluvuosina ja liittyy yleensä pitkittyneeseen lukemiseen tai kirjoittamiseen, erityisesti hämärässä ja valonlähteiden väärässä sijoittelussa.

Kaukonäköisyys on näön puute, jossa rinnakkaiset säteet sulautuvat silmän taittumisen jälkeen sellaiseen kulmaan, että fokus ei ole verkkokalvolla, vaan sen takana. Verkkokalvolla olevat kaukaisten kohteiden kuvat osoittautuvat jälleen sumeiksi, sumeiksi.

Biologian opettaja:

Visuaalisen väsymyksen estämiseksi on olemassa useita harjoitussarjoja. Tarjoamme sinulle joitain niistä:

Vaihtoehto 1 (kesto 3-5 minuuttia).

1. Lähtöasento - istuu mukavassa asennossa: selkä suora, silmät auki, katse on suunnattu suoraan. Se on erittäin helppo tehdä, ei stressiä.

Katso vasemmalle - suoraan, oikealle - suoraan, ylös - suoraan, alas - suoraan, viipymättä määrätyssä asennossa. Toista 1-10 kertaa.

2. Katso vinottain: vasen - alas - suora, oikea - ylös - suora, oikea - alas - suora, vasen - ylös - suora. Ja lisää vähitellen viivettä määrätyssä asennossa, hengitys on mielivaltaista, mutta varmista, että viivettä ei ole. Toista 1-10 kertaa.

3. Silmien ympyräliikkeet: 1-10 ympyrää vasemmalle ja oikealle. Aluksi nopeammin, sitten pikkuhiljaa.

4. Katso sormen tai lyijykynän kärkeä, joka on pidetty 30 cm:n etäisyydellä silmistä, ja sitten etäisyyteen. Toista useita kertoja.

5. Katso suoraan eteenpäin tarkasti ja paikoillaan yrittäen nähdä selvemmin ja räpäyttää sitten useita kertoja. Sulje silmäluomesi ja räpytä silmiä muutaman kerran.

6. Polttovälin muuttaminen: katso nenän kärkeen ja sitten kaukaisuuteen. Toista useita kertoja.

7. Hiero silmäluomet silitellen niitä varovasti etu- ja keskisormella nenästä kämmenien suuntaan. Tai: sulje silmäsi ja vedä kämmentyynyillä varovasti koskettamalla ylempiä silmäluomea pitkin temppeleistä nenäsillalle ja takaisin, vain 10 kertaa keskimäärin.

8. Hiero kämmentäsi yhteen ja peitä aiemmin suljetut silmäsi helposti ja vaivattomasti niillä peittääksesi ne kokonaan valolta 1 minuutin ajaksi. Kuvittele joutuvasi täydelliseen pimeyteen. Avoimet silmät.

Vaihtoehto 2 (kesto 1-2 min).

1. Arvostelulla 1-2, silmän kiinnittäminen läheiseen (etäisyys 15-20 cm) esineeseen, arvolla 3-7 katse siirtyy kaukaiseen kohteeseen. Arvosanalla 8 katse siirtyy jälleen läheiseen kohteeseen.

2. Liikkumattomalla päällä, 1:n kustannuksella, käännä silmät pystysuunnassa ylös, 2:n kustannuksella - alas, sitten taas ylös. Toista 10-15 kertaa.

3. Sulje silmäsi 10-15 sekunniksi, avaa ja liikuta silmiäsi oikealle ja vasemmalle, sitten ylös ja alas (5 kertaa). Katso vapaasti, ilman jännitystä.

Vaihtoehto 3 (kesto 2-3 minuuttia).

Harjoitukset suoritetaan "istuvassa" asennossa, nojaten tuolissa.

1. Katso suoraan eteenpäin 2-3 sekuntia ja laske sitten silmäsi alas 3-4 sekunniksi. Toista harjoitusta 30 sekuntia.

2. Nosta silmäsi ylös, laske ne alas, käännä silmäsi oikealle ja sitten vasemmalle. Toista 3-4 kertaa. Kesto 6 sekuntia.

3. Nosta silmäsi ylös, pyöritä niitä vastapäivään ja sitten myötäpäivään. Toista 3-4 kertaa.

4. Sulje silmäsi tiukasti 3-5 sekunniksi, avaa silmäsi 3-5 sekunniksi. Toista 4-5 kertaa. Kesto 30-50 sekuntia.

Konsolidointi.

Epätyypillisiä tilanteita tarjotaan.

1. Likinäköinen oppilas näkee taululle kirjoitetut kirjaimet epämääräisinä, sumeina. Hänen täytyy rasittaa näköään voidakseen mukauttaa silmänsä joko taululle tai muistivihkoon, mikä on haitallista sekä näkö- että hermojärjestelmälle. Ehdota tällaisten lasien suunnittelua koululaisille stressin välttämiseksi, kun luet tekstiä taululta.

2. Kun henkilön linssistä tulee samea (esimerkiksi kaihiin), se yleensä poistetaan ja korvataan muovilla. Tällainen korvaaminen vie silmältä sopeutumiskyvyn ja potilaan on käytettävä silmälaseja. Äskettäin Saksassa alettiin valmistaa keinotekoista linssiä, joka pystyy tarkentamaan itse. Arvaa mikä suunnitteluominaisuus keksittiin silmän mukautumiseen?

3. H. G. Wells kirjoitti romaanin Näkymätön mies. Aggressiivinen näkymätön persoonallisuus halusi alistaa koko maailman. Mietitkö tämän idean epäonnistumista? Milloin ympäristössä oleva esine on näkymätön? Kuinka näkymätön miehen silmä voi nähdä?

Oppitunnin tulokset. Kotitehtävien asettaminen.

• § 57, 58 (biologia),
• § 37.38 (fysiikka), tarjota epätyypillisiä tehtäviä tutkitusta aiheesta (valinnainen).

Mahdottomat hahmot ja moniselitteiset kuvat eivät ole jotain, jota ei voida ottaa kirjaimellisesti: ne syntyvät aivoissamme. Koska tällaisten hahmojen havaitsemisprosessi seuraa outoa, epätyypillistä polkua, havainnoija ymmärtää, että hänen päässään tapahtuu jotain epätavallista. Jotta ymmärtäisimme paremmin prosessia, jota kutsumme "näkemykseksi", on hyödyllistä saada käsitys siitä, kuinka aistielimemme (silmät ja aivot) muuttavat valoärsykkeitä hyödyllisiksi tiedoiksi.

Silmä optisena laitteena

Silmä (katso kuva 1) toimii kuin kamera. Linssi (linssi) heijastaa käänteisen pienennetyn kuvan ulkomaailmasta verkkokalvolle (verkkokalvolle) - valoherkkien solujen verkostoon, joka sijaitsee pupillia (pupillia) vastapäätä ja vie yli puolet sisäpinnan pinta-alasta. silmämuna. Optisena instrumenttina silmä on pitkään ollut pieni mysteeri. Kun kamera tarkennetaan siirtämällä linssiä lähemmäs valoherkkää kerrosta tai kauemmaksi siitä, sen kykyä taittaa valoa säädetään mukauttamisen aikana (silmän sopeuttaminen tietylle etäisyydelle). Silmän linssin muotoa muuttaa sädelihas. Kun lihas supistuu, linssistä tulee pyöreämpi, mikä tuo tarkennetun kuvan verkkokalvoa lähempänä olevista kohteista. Ihmissilmän aukko säädetään samalla tavalla kuin kamerassa. Pupilli säätelee linssin aukon kokoa, laajenee tai supistuu säteittäisten lihasten avulla värjäämällä silmän iiriksen (iiriksen) sille ominaisella värillään. Kun silmämme siirtyy alueelle, johon se haluaa tarkentaa, polttoväli ja pupillikoko mukautuvat välittömästi vaadittuihin olosuhteisiin "automaattisesti".

Silmän sisällä olevan valoherkän kerroksen verkkokalvon (kuva 2) rakenne on hyvin monimutkainen. Näköhermo (yhdessä verisuonten kanssa) lähtee silmän takaseinästä. Tältä alueelta puuttuu valoherkkiä soluja ja se tunnetaan "sokeana pisteenä". Hermosäikeet haarautuvat ja päättyvät kolmeen erityyppiseen soluun, jotka sieppaavat niihin tulevan valon. Kolmannesta, sisimmästä solukerroksesta tulevat prosessit sisältävät molekyylejä, jotka muuttavat tilapäisesti rakennettaan käsitellessään tulevaa valoa ja lähettävät siten sähköisen impulssin. Valoherkkiä soluja kutsutaan sauvoiksi (sauvat) ja kartioiksi (kartiot) niiden prosessien muodon mukaan. Kartiot ovat herkkiä värille, kun taas tangot eivät. Toisaalta sauvojen valoherkkyys on paljon suurempi kuin kartioiden. Yhdessä silmässä on noin sata miljoonaa sauvaa ja kuusi miljoonaa kartiota, jotka jakautuvat epätasaisesti verkkokalvolle. Täsmälleen pupillia vastapäätä on ns. macula lutea (kuva 3), joka koostuu vain käpyistä suhteellisen tiheässä pitoisuudessa. Kun haluamme nähdä jotain tarkennettuna, asetamme silmämme niin, että kuva putoaa makulan päälle. Verkkokalvon solujen välillä on monia keskinäisiä yhteyksiä, ja sadasta miljoonasta valoherkästä solusta lähetetään sähköimpulsseja aivoihin vain miljoonaa hermosäikettä pitkin. Silmää voidaan siis pinnallisesti kuvata kameraksi tai televisiokameraksi, joka on ladattu valoherkällä filmillä.

Valoimpulssista tietoon

Mutta kuinka me todella näemme? Viime aikoihin asti tätä ongelmaa tuskin pystyttiin ratkaisemaan. Paras vastaus tähän kysymykseen oli seuraava: aivoissa on näkemiseen erikoistunut alue, jossa verkkokalvolta saatu kuva muodostuu aivosolujen muodossa. Mitä enemmän valoa osuu verkkokalvon soluun, sitä intensiivisemmin sitä vastaava aivosolu toimii, eli aivosolujen toiminta näkökeskuksessamme riippuu verkkokalvolle putoavan valon jakautumisesta. Lyhyesti sanottuna prosessi alkaa kuvalla verkkokalvolla ja päättyy vastaavaan kuvaan pienellä aivosolujen "näytöllä". Tämä ei luonnollisesti selitä näkemystä, vaan yksinkertaisesti siirtää ongelman syvemmälle tasolle. Kenen on tarkoitus nähdä tämä sisäinen kuva? Tätä tilannetta havainnollistaa hyvin kuva 5, joka on otettu Descartesin teoksesta "Le traité de l" homme." Tässä tapauksessa kaikki hermosäikeet päättyvät tiettyyn rauhaseen, jonka Descartes kuvitteli sielun paikaksi, ja se on hän. kuka näkee sisäisen kuvan, mutta kysymys jää: kuinka "näkemys" itse asiassa toimii?

Ajatus mini-tarkkailijasta aivoissa ei ole pelkästään riittämätön selittämään näkemystä, vaan se jättää huomiotta myös kolme toimintaa, jotka ilmeisesti suorittaa suoraan näköjärjestelmä itse. Katsotaanpa esimerkiksi kuvan 4 kuvaa (kanizsa). Näemme kolmion kolmessa pyöreässä segmentissä niiden leikkausten perusteella. Tätä kolmiota ei esitetty verkkokalvolle, mutta se on visuaalisen järjestelmämme arvauksen tulos! Lisäksi on lähes mahdotonta katsoa kuvaa 6 näkemättä jatkuvia pyöreitä kuvioita, jotka kilpailevat huomiostamme, ikään kuin kokimme suoraan sisäistä visuaalista toimintaa. Monet huomaavat, että heidän näköjärjestelmänsä on täysin hämmentynyt Dallenbachin hahmosta (kuva 8), kun he etsivät tapoja tulkita näitä mustia ja valkoisia pisteitä jossain ymmärtämässään muodossa. Kivun säästämiseksi kuva 10 tarjoaa tulkinnan, jonka näköjärjestelmäsi hyväksyy lopullisesti. Toisin kuin edellisessä piirustuksessa, sinun ei ole vaikeaa rekonstruoida muutaman kuvan 7 musteen vedot kuvaksi, jossa kaksi ihmistä puhuu.

Esimerkiksi täysin erilaista näkömenetelmää havainnollistaa tübingeniläisen Werner Reichardtin tutkimus. Hän vietti 14 vuotta kotikärpäsen näkö- ja lennonohjausjärjestelmää tutkiessaan. Näistä tutkimuksista hänelle myönnettiin Heineken-palkinto vuonna 1985. Kuten monilla muillakin hyönteisillä, kärpäsellä on yhdistelmäsilmät, jotka koostuvat useista sadoista yksittäisistä sauvoista, joista jokainen on erillinen valoherkkä elementti. Perhon lennonohjausjärjestelmä koostuu viidestä itsenäisestä osajärjestelmästä, jotka toimivat erittäin nopeasti (reaktionopeus noin 10 kertaa nopeampi kuin ihmisen) ja tehokkaasti. Esimerkiksi laskeutumisosajärjestelmä toimii seuraavasti. Kun kärpäsen näkökenttä "räjähtää" (koska pinta on lähellä), kärpänen suuntaa kohti "räjähdyksen" keskustaa. Jos keskus on lennon yläpuolella, se kääntyy automaattisesti ylösalaisin. Heti kun kärpäsen jalat koskettavat pintaa, laskeutumisen "alijärjestelmä" poistetaan käytöstä. Lentäessään kärpäs poimii näkökentästään vain kahdenlaista tietoa: pisteen, jossa tietyn kokoinen liikkuva piste sijaitsee (jonka tulee vastata kärpäsen kokoa 10 senttimetrin etäisyydellä) ja suunnan. ja tämän pisteen liikkumisnopeus näkökentän poikki. Näiden tietojen käsittely auttaa korjaamaan lentoradan automaattisesti. On erittäin epätodennäköistä, että kärpäsellä on täydellinen kuva ympäröivästä maailmasta. Hän ei näe pintoja eikä esineitä. Tietyllä tavalla käsitelty visuaalinen sisääntulodata välitetään suoraan moottorin osajärjestelmään. Siten syötetty visuaalinen data ei muunnu sisäiseksi kuvaksi, vaan muotoon, jonka avulla kärpänen voi reagoida riittävästi ympäristöönsä. Sama voidaan sanoa sellaisesta äärettömän monimutkaisemmasta järjestelmästä kuin ihminen.

On monia syitä, miksi tiedemiehet ovat pidättäytyneet ratkaisemasta peruskysymystä niin kauan, sellaisena kuin ihminen sen näkee. Kävi ilmi, että monet muut näkönäkökohdat piti selittää ensin - verkkokalvon monimutkainen rakenne, värinäkö, kontrasti, jälkikuvat ja niin edelleen. Toisin kuin odotettiin, näiden alueiden löydöt eivät kuitenkaan pysty valaisemaan pääongelman ratkaisua. Vielä merkittävämpi ongelma oli sellaisen yleisen käsitteen tai kaavan puute, jossa kaikki visuaaliset ilmiöt olisi lueteltu. Perinteisten tutkimusalueiden suhteelliset rajoitukset voidaan poimia erinomaisesta T.N. Comsweet visuaalisen havainnon aiheesta, joka perustuu hänen luentoihinsa ensimmäisen ja toisen lukukauden opiskelijoille. Esipuheessa kirjoittaja kirjoittaa: "Yritän kuvata perusnäkökohtia, jotka ovat sen valtavan kentän taustalla, jota me rennosti kutsumme visuaaliseksi havainnoimiseksi." Kuitenkin, kun tutkimme tämän kirjan sisältöä, nämä "perusaiheet" osoittautuvat valon imeytymiseksi verkkokalvon sauvojen ja kartioiden toimesta, värinäkemisestä, tavoista, joilla aistisolut voivat lisätä tai vähentää keskinäisen keskinäisen toiminnan rajoja. vaikutus toisiinsa, aistisolujen kautta lähetettyjen sähköisten signaalien taajuus jne. Nykyään tämän alan tutkimus seuraa täysin uusia polkuja, mikä johtaa hämmentävään monimuotoisuuteen ammattilehdistössä. Ja vain asiantuntija voi muodostaa yleiskuvan kehittyvästä uudesta näön tieteestä." Oli vain yksi yritys yhdistää useita uusia ideoita ja tutkimustuloksia maallikon ulottuvilla olevalla tavalla. Ja jopa täällä kysymykset "Mitä on visio?" ja "Kuinka me näemme?" ei tullut pääasiallisia. keskustelukysymykset.

Kuvasta tietojenkäsittelyyn

David Marr Massachusetts Institute of Technologyn tekoälylaboratoriosta oli ensimmäinen, joka yritti lähestyä aihetta täysin eri näkökulmasta kirjassaan "Vision" (Vision), joka julkaistiin hänen kuolemansa jälkeen. Siinä hän pyrki pohtimaan pääongelmaa ja ehdottamaan mahdollisia tapoja ratkaista se. Marrin tulokset eivät tietenkään ole lopullisia ja ovat avoimia tutkimukselle eri suunnista tähän päivään asti, mutta kuitenkin hänen kirjansa tärkein etu on sen loogisuus ja johtopäätösten johdonmukaisuus. Joka tapauksessa Marrin lähestymistapa tarjoaa erittäin hyödyllisen kehyksen mahdottomien kohteiden ja kaksoishahmojen tutkimusten rakentamiselle. Seuraavilla sivuilla yritämme seurata Marrin ajatuskulkua.

Marr kuvaili visuaalisen havainnoinnin perinteisen teorian puutteita seuraavasti:

"Yrittää ymmärtää visuaalista havaintoa tutkimalla vain hermosoluja on kuin yrittäisi ymmärtää linnun lentoa tutkimalla vain sen höyheniä. Se on yksinkertaisesti mahdotonta. Ymmärtääksemme linnun lennon meidän on ymmärrettävä aerodynamiikka ja vasta sitten rakenne. höyhenillä ja linnun siipien eri muodoilla on meille mitä tahansa merkitystä. merkitys." Tässä yhteydessä Marr pitää JJ Gobsonia ensimmäisenä, joka kosketti tärkeitä kysymyksiä tässä näkökentässä. Marrin mukaan Gibsonin tärkein panos oli että "aisteissa tärkeintä on, että ne ovat informaatiokanavia ulkomaailmasta havaintoihimme (...) Hän esitti kriittisen kysymyksen – Miten jokainen meistä saa samat tulokset havaitessaan jokapäiväisessä elämässä jatkuvasti muuttuvassa ympäristössä? Tämä on erittäin tärkeä kysymys, joka osoittaa, että Gibson piti oikein visuaalisen havainnoinnin ongelmaa antureilta saaduista tiedoista toipuvana ulkomaailman esineiden "oikeista" ominaisuuksista. "Ja näin olemme saavuttaneet tiedonkäsittelyn kentän.

Ei pitäisi olla epäilystäkään siitä, että Marr halusi jättää huomioimatta muita selityksiä näön ilmiölle. Päinvastoin, hän korostaa erityisesti, että näkemystä ei voida selittää tyydyttävästi vain yhdestä näkökulmasta. Selitykset on löydettävä jokapäiväisille tapahtumille, jotka ovat yhdenmukaisia ​​kokeellisen psykologian tulosten ja kaikkien psykologien ja neurologien hermoston anatomian alalla tällä alalla tekemien löytöjen kanssa. Tietojenkäsittelyn osalta tietojenkäsittelytieteilijät haluaisivat tietää, miten visuaalinen järjestelmä voidaan ohjelmoida, mitkä algoritmit sopivat parhaiten tiettyyn tehtävään. Lyhyesti sanottuna, kuinka visio voidaan ohjelmoida. Vain kattava teoria voidaan hyväksyä tyydyttäväksi selitykseksi näkemisprosessille.

Marr työskenteli tämän ongelman parissa vuosina 1973-1980. Valitettavasti hän ei kyennyt saattamaan työtään valmiiksi, mutta hän pystyi luomaan vankan pohjan jatkotutkimukselle.

Neurologiasta näkömekanismiin

Neurologit ovat jakaneet 1800-luvun alusta lähtien uskomuksen, että aivot ohjaavat monia ihmisen toimintoja. Mielipiteet erosivat siitä, käytetäänkö tiettyjä aivokuoren osia yksittäisten leikkausten suorittamiseen vai onko jokaisessa leikkauksessa mukana koko aivot. Nykyään ranskalaisen neurologin Pierre Paul Brocan kuuluisa kokeilu on johtanut tietyn sijaintiteorian yleiseen hyväksymiseen. Broca hoiti potilasta, joka ei kyennyt puhumaan 10 vuoteen, vaikka hänen äänihuulet olivat kunnossa. Kun mies kuoli vuonna 1861, ruumiinavaus osoitti, että hänen aivojensa vasen puoli oli epämuodostunut. Broca ehdotti, että puhetta ohjaa tämä aivokuoren osa. Hänen teoriansa vahvistettiin myöhemmillä aivovammapotilaiden tutkimuksilla, jotka lopulta mahdollistivat elintoimintojen keskukset ihmisen aivoissa.

Vuosisata myöhemmin, 1950-luvulla, tutkijat D.Kh. Hubel (D.H. Hubel) ja T.N. Wiesel (T.N. Wiesel) suoritti kokeita elävien apinoiden ja kissojen aivoissa. He löysivät aivokuoren näkökeskuksesta hermosoluja, jotka ovat erityisen herkkiä näkökentän vaaka-, pysty- ja diagonaalisille viivoille (kuva 9). Heidän hienostuneen mikrokirurgian tekniikkansa omaksuivat myöhemmin muut tutkijat.

Siten aivokuoressa ei ole vain keskuksia eri toimintojen suorittamiseksi, vaan jokaisen keskuksen sisällä, kuten esimerkiksi näkökeskuksessa, yksittäiset hermosolut aktivoituvat vain, kun vastaanotetaan hyvin spesifisiä signaaleja. Nämä silmän verkkokalvolta tulevat signaalit korreloivat ulkomaailman hyvin määriteltyjen tilanteiden kanssa. Nykyään oletetaan, että visuaaliseen muistiin sisältyy tietoa esineiden eri muodoista ja tilajärjestelyistä, ja aktivoituneiden hermosolujen informaatiota verrataan tähän tallennettuun tietoon.

Tämä ilmaisimien teoria vaikutti visuaalisen havainnon tutkimuksen suuntaukseen 1960-luvun puolivälissä. "Tekoälyyn" liittyvät tutkijat ovat seuranneet samaa tietä. Ihmisen näköprosessin tietokonesimulointia, jota kutsutaan myös "konenäön" näkemykseksi, pidettiin yhtenä helpoimmin saavutettavissa olevista tavoitteista näissä tutkimuksissa. Mutta asiat menivät hieman toisin. Pian kävi selväksi, että oli käytännössä mahdotonta kirjoittaa ohjelmia, jotka kykenisivät tunnistamaan muutokset valon voimakkuudessa, varjoissa, pinnan tekstuurissa ja satunnaisissa monimutkaisten esineiden kokoelmissa merkityksellisiksi kuvioiksi. Lisäksi tällainen kuviontunnistus vaati rajattomasti muistia, koska kuvia lukemattomasta määrästä kohteita on tallennettava muistiin lukemattomissa paikoissa ja valaistustilanteissa.

Mikään lisäedistys kuviontunnistuksen alalla todellisessa maailmassa ei ollut mahdollista. On kyseenalaista, pystyykö tietokone koskaan simuloimaan ihmisaivoja. Verrattuna ihmisen aivoihin, joissa jokaisella hermosolulla on luokkaa 10 000 yhteyttä muihin hermosoluihin, 1:1 tietokoneekvivalenttisuhde on tuskin riittävä!

Elizabeth Warringtonin luento

Vuonna 1973 Marr osallistui brittiläisen neurologin Elizabeth Warringtonin luennolle. Hän huomautti, että suuri määrä potilaita, joilla oli parietaalivaurio aivojen oikealla puolella ja joita hän tutki, pystyi tunnistamaan ja kuvailemaan monia esineitä täydellisesti, edellyttäen, että he havaitsivat nämä esineet tavanomaisessa muodossaan. Esimerkiksi sellaiset potilaat tunnistivat helposti kauhan sivulta katsottuna, mutta eivät pystyneet tunnistamaan samaa kauhaa ylhäältä katsottuna. Itse asiassa, vaikka heille kerrottiin, että he katsoivat ämpäriä ylhäältä, he kieltäytyivät jyrkästi uskomasta sitä! Vielä yllättävämpää oli aivojen vasemmalla puolella vaurioituneiden potilaiden käyttäytyminen. Tällaiset potilaat eivät yleensä pysty puhumaan eivätkä siksi voi sanallisesti nimetä katselemaansa kohdetta tai kuvailla sen tarkoitusta. Ne voivat kuitenkin osoittaa, että he havaitsevat oikein kohteen geometrian katselukulmasta riippumatta. Tämä sai Marrin kirjoittamaan seuraavaa: "Warringtonin luento sai minut tekemään seuraavat johtopäätökset. Ensinnäkin idea esineen muodosta tallentuu johonkin muuhun paikkaan aivoissa, minkä vuoksi ideat esineen muodosta ja sen tarkoitus eroaa niin paljon.Toiseksi, itse visio voi tarjota sisäisen kuvauksen havaitun kohteen muodosta, vaikka kohdetta ei normaalisti tunnistettaisi... Elizabeth Warrington on huomauttanut ihmisen näkemisen oleellisimmasta tosiasiasta – se puhuu esineiden muodosta, tilasta ja suhteellisesta sijainnista." Jos tämä on totta, visuaalisen havainnoinnin ja tekoälyn alalla työskentelevien tutkijoiden (mukaan lukien konenäköalalla työskentelevien) on muutettava Hubelin kokeiden ilmaisimien teoria täysin uuteen taktiikointiin.

Moduuliteoria

Toinen lähtökohta Marrin tutkimuksessa (Warringtonin työn jälkeen) on oletus, että visuaalisella järjestelmällämme on modulaarinen rakenne. Tietokoneen kannalta pääohjelmamme "Vision" kattaa laajan valikoiman aliohjelmia, joista jokainen on täysin riippumaton muista ja voi toimia muista aliohjelmista riippumatta. Hyvä esimerkki tällaisesta alirutiinista (tai moduulista) on stereoskooppinen näkö, joka havaitsee syvyyden molemmista silmistä peräisin olevien kuvien prosessoinnin tuloksena, jotka ovat hieman erilaisia ​​​​kuvia toisistaan. Ennen oli tapana nähdä kolmessa ulottuvuudessa, että tunnistamme ensin koko kuvan ja päätämme sitten, mitkä kohteet ovat lähempänä ja mitkä kauempana. Vuonna 1960 Bela Julesz, joka sai Heineken-palkinnon vuonna 1985, pystyi osoittamaan, että kahden silmän avaruudellinen havainto tapahtuu pelkästään vertaamalla pieniä eroja kahden kuvan välillä, jotka on otettu molempien silmien verkkokalvosta. Siten voi tuntea syvyyden myös siellä, missä ei ole esineitä eikä esineitä pitäisi olla. Kokeiluunsa Jules keksi stereogrammit, jotka koostuivat satunnaisesti sijoitetuista pisteistä (katso kuva 11). Oikean silmän näkemä kuva on identtinen vasemman silmän näkemän kuvan kanssa kaikilta osin paitsi neliömäisellä keskialueella, joka rajataan ja siirretään hieman toiselle reunalle ja kohdistetaan jälleen taustaan. Jäljelle jäänyt valkoinen rako täytettiin sitten satunnaisilla pisteillä. Kun kahta kuvaa (joissa ei tunnisteta esinettä) tarkastellaan stereoskoopin läpi, aiemmin irti leikattu neliö näyttää leijuvan taustan yläpuolella. Tällaiset stereogrammit sisältävät spatiaalista tietoa, jonka visuaalinen järjestelmämme käsittelee automaattisesti. Siten stereoskopia on visuaalisen järjestelmän autonominen moduuli. Moduuliteoria osoittautui varsin tehokkaaksi.

Verkkokalvon 2D-kuvasta 3D-malliin

Visio on monivaiheinen prosessi, joka muuntaa kaksiulotteiset ulkomaailman esitykset (verkkokalvokuvat) hyödylliseksi tiedoksi katsojalle. Se alkaa verkkokalvon kaksiulotteisella kuvalla, joka jättää värinäön toistaiseksi huomiotta, mutta säilyttää vain valon intensiteettitasot. Ensimmäisessä vaiheessa, vain yhdellä moduulilla, nämä intensiteettitasot muunnetaan intensiteetin muutoksiksi tai toisin sanoen ääriviivoiksi, jotka osoittavat äkillisiä muutoksia valon voimakkuudessa. Marr selvitti tarkalleen, mikä algoritmi tässä tapauksessa on mukana (kuvattu matemaattisesti ja muuten hyvin monimutkainen) ja kuinka havainnointimme ja hermosolumme suorittavat tämän algoritmin. Ensimmäisen vaiheen tulosta Marr kutsui "primary sketchiksi", joka tarjoaa yhteenvedon valon voimakkuuden muutoksista, niiden suhteista ja jakautumisesta näkökentässä (kuva 12). Tämä on tärkeä askel, koska näkemässämme maailmassa intensiteetin muutos liittyy usein esineiden luonnollisiin ääriviivoihin. Toinen vaihe vie meidät siihen, mitä Marr kutsui "2,5-ulotteiseksi luonnokseksi". 2,5-ulotteinen luonnos heijastaa näkyvien pintojen suuntaa ja syvyyttä katsojan edessä. Tämä kuva on rakennettu ei yhden, vaan usean moduulin tietojen perusteella. Marr loi erittäin laajan käsitteen "2,5-ulotteisuus" korostaakseen, että työskentelemme havainnointiasemalta näkyvän tilatiedon kanssa. 2,5-ulotteiselle luonnokselle perspektiivivääristymät ovat luonteenomaisia, eikä objektien todellista tilajärjestelyä voida tässä vaiheessa vielä määrittää yksiselitteisesti. Tässä näkyvä 2,5D-luonnoskuva (Kuva 13) havainnollistaa useita tietoalueita tällaisen luonnoksen käsittelyssä. Tällaisia ​​kuvia ei kuitenkaan muodostu aivoissamme.

Näköjärjestelmä on tähän asti toiminut itsenäisesti, automaattisesti ja riippumattomasti aivoihin tallennetusta ulkomaailmasta tiedosta useiden moduulien avulla. Prosessin loppuvaiheessa on kuitenkin mahdollista viitata jo saatavilla olevaan tietoon. Tämä käsittelyn viimeinen vaihe tarjoaa 3D-mallin - selkeän kuvauksen, joka on riippumaton tarkkailijan näkökulmasta ja sopii suoraan vertailuun aivoihin tallennettuun visuaaliseen informaatioon.

Marrin mukaan kolmiulotteisen mallin rakentamisessa päärooli on esineiden muotojen ohjausakselien komponenteilla. Ne, jotka eivät tunne tätä ajatusta, saattavat pitää sitä epäuskottavana, mutta itse asiassa on näyttöä tämän hypoteesin tueksi. Ensinnäkin monet ympäröivän maailman esineet (erityisesti eläimet ja kasvit) voidaan kuvata melko selvästi putki- (tai lanka) mallien muodossa. Itse asiassa voimme helposti tunnistaa, mitä jäljennöksessä on esitetty ohjausakselien komponenttien muodossa (kuva 14).

Toiseksi tämä teoria tarjoaa uskottavan selityksen sille, että pystymme visuaalisesti purkamaan esineen sen osiin. Tämä heijastuu kielessämme, joka antaa eri nimet objektin jokaiselle osalle. Siten ihmiskehoa kuvattaessa sellaiset nimitykset "vartalo", "käsi" ja "sormi" osoittavat kehon eri osia niiden akselikomponenttien mukaan (kuva 15).

Kolmanneksi tämä teoria on yhdenmukainen kykymme kanssa yleistää ja samalla erottaa muotoja. Yleistämme ryhmittelemällä objektit, joilla on samat pääakselit, ja teemme eron analysoimalla lapsiakseleita kuten puun oksia. Marr ehdotti algoritmeja, joilla 2,5-ulotteinen malli muunnetaan kolmiulotteiseksi. Tämä prosessi on myös pääosin itsenäinen. Marr huomautti, että hänen kehittämänsä algoritmit toimivat vain, kun käytetään puhtaita akseleita. Jos esimerkiksi rypistyneelle paperille sovellettaisiin, mahdollisia akseleita olisi erittäin vaikea tunnistaa ja algoritmia ei voida soveltaa.

Yhteys 3D-mallin ja aivoihin tallennettujen visuaalisten kuvien välillä aktivoituu kohteen tunnistusprosessissa.

Tiedossamme on tässä suuri aukko. Miten nämä visuaaliset kuvat säilyvät aivoissa? Miten tunnustamisprosessi etenee? Miten vertailu tehdään tunnettujen kuvien ja vasta muodostetun 3D-kuvan välillä? Tämä on viimeinen kohta, jota Marr onnistui koskemaan (kuva 16), mutta tarvitaan valtava määrä tieteellistä tietoa varmuuden saamiseksi tähän asiaan.

Vaikka emme itse ole tietoisia visuaalisen käsittelyn eri vaiheista, on monia silmiinpistäviä yhtäläisyyksiä vaiheiden ja eri tavoiden välillä, joilla olemme välittäneet vaikutelman avaruudesta kaksiulotteisella pinnalla ajan myötä.

Joten pointillistit korostavat verkkokalvon ei-ääriviivakuvaa, kun taas viivakuvat vastaavat alkuperäisen luonnoksen vaihetta. Kubistisia maalauksia voidaan verrata visuaalisen datan käsittelyyn valmisteltaessa lopullisen kolmiulotteisen mallin rakentamista, vaikka se ei todellakaan ollut taiteilijan tarkoitus.

Mies ja tietokone

Monimutkaisessa lähestymistavassaan aiheeseen Marr pyrki osoittamaan, että voimme ymmärtää näkemisen ilman, että meidän on hyödynnettävä tietoa, joka on jo aivojen käytettävissä.

Näin hän avasi uuden tien visuaalisen havainnon tutkijoille. Hänen ideoitaan voidaan käyttää tasoittamaan tietä tehokkaammalle tavalle toteuttaa visuaalinen moottori. Kun Marr kirjoitti kirjansa, hänen täytyi olla tietoinen lukijoidensa ponnisteluista seuratakseen hänen ajatuksiaan ja johtopäätöksiään. Tämä voidaan jäljittää läpi hänen työnsä, ja se näkyy selkeimmin viimeisessä luvussa "Lähestymisen puolustamiseksi". Tämä on 25 painetun sivun poleeminen "perustelu", jossa hän käyttää suotuisaa hetkeä oikeuttaakseen tavoitteensa. Tässä luvussa hän puhuu kuvitteelliselle vastustajalle, joka hyökkää Marria vastaan ​​seuraavilla perusteilla:

"Olen edelleen tyytymätön tämän toisiinsa liittyvän prosessin kuvaukseen ja ajatukseen, että kaikki jäljelle jäävä yksityiskohtien rikkaus on vain kuvausta. Se kuulostaa hieman liian primitiiviseltä... Kun siirrymme yhä lähemmäksi sanomista, että aivot ovat tietokone, minun on sanottava kaikki, mitä pelkään yhä enemmän inhimillisten arvojen merkityksen säilymisen puolesta.

Marr tarjoaa kiehtovan vastauksen: "Väite, jonka mukaan aivot ovat tietokone, on oikea, mutta harhaanjohtava. Aivot ovat todellakin pitkälle erikoistunut tiedonkäsittelylaite, tai pikemminkin suurin niistä. Aivojen pitäminen tietojenkäsittelylaitteena ei vähene. tai kumoaa inhimillisiä arvoja. Se joka tapauksessa vain tukee niitä ja voi lopulta auttaa meitä ymmärtämään, mitä inhimilliset arvot ovat tällaisesta informaation näkökulmasta katsottuna, miksi niillä on valikoiva merkitys ja miten ne liittyvät sosiaaliset ja yhteiskunnalliset normit, jotka geenimme ovat antaneet meille.

Silmä koostuu silmämuna jonka halkaisija on 22-24 mm, peitetty läpinäkymättömällä vaipalla, kovakalvo, ja etuosa on läpinäkyvä sarveiskalvo(tai sarveiskalvo). Kovakalvo ja sarveiskalvo suojaavat silmää ja tukevat silmän motorisia lihaksia.

Iiris- ohut verisuonilevy, joka rajoittaa säteiden lähetyssäteitä. Valo pääsee silmään oppilas. Valaistuksesta riippuen pupillin halkaisija voi vaihdella 1-8 mm.

linssi on elastinen linssi, joka on kiinnitetty lihaksiin ciliaarinen vartalo. Siliaarirunko muuttaa linssin muotoa. Linssi jakaa silmän sisäpinnan etukammioon, joka on täytetty nesteellä, ja takakammioon, joka on täytetty lasimainen ruumis.

Takakameran sisäpinta on peitetty valoherkällä kerroksella - verkkokalvo. Valosignaalit välittyvät verkkokalvolta aivoihin optinen hermo. Verkkokalvon ja kovakalvon välissä on suonikalvo, koostuu verisuoniverkostosta, joka ruokkii silmää.

Verkkokalvolla on keltainen täplä- selkeimmän näön alue. Makulan ja linssin keskustan läpi kulkevaa linjaa kutsutaan visuaalinen akseli. Se poikkeaa silmän optisesta akselista ylöspäin noin 5 asteen kulmassa. Makulan halkaisija on noin 1 mm ja vastaava silmän näkökenttä on 6-8 astetta.

Verkkokalvo on peitetty valoherkillä elementeillä: syömäpuikot Ja käpyjä. Tangot ovat herkempiä valolle, mutta eivät erota värejä ja toimivat hämäränäön kannalta. Kartiot ovat herkkiä väreille, mutta vähemmän herkkiä valolle ja palvelevat siksi päivänäön kannalta. Makulan alueella käpyjä on hallitseva, ja sauvoja on vähän; verkkokalvon reunalle, päinvastoin, kartioiden määrä vähenee nopeasti ja vain sauvat jäävät jäljelle.

Makulan keskellä on keskeinen fossa. Fossan pohja on vuorattu vain kartioilla. Fovean halkaisija on 0,4 mm, näkökenttä on 1 aste.

Makulassa suurinta osaa kartioista lähestyvät näköhermon yksittäiset kuidut. Makulan ulkopuolella yksi näköhermosäitu palvelee ryhmää kartioita tai sauvoja. Siksi silmän fovea ja makulan alueella silmä pystyy erottamaan hienot yksityiskohdat, ja muulle verkkokalvolle putoava kuva muuttuu vähemmän selkeäksi. Verkkokalvon reunaosa palvelee pääasiassa avaruudessa suuntautumiseen.

Tikut sisältävät pigmenttiä rodopsiini, kerääntyen niihin pimeässä ja haalistumassa valossa. Sauvojen valon havaitseminen johtuu kemiallisista reaktioista, jotka aiheutuvat valon vaikutuksesta rodopsiiniin. Käpyt reagoivat valoon reagoimalla jodopsiini.

Rodopsiinin ja jodopsiinin lisäksi verkkokalvon takapinnalla on musta pigmentti. Valossa tämä pigmentti tunkeutuu verkkokalvon kerroksiin ja absorboi merkittävän osan valoenergiasta ja suojaa sauvoja ja kartioita voimakkaalta valolta.

Näköhermon rungon tilalla sijaitsee sokea piste. Tämä verkkokalvon alue ei ole herkkä valolle. Kuolleen kulman halkaisija on 1,88 mm, mikä vastaa 6 asteen näkökenttää. Tämä tarkoittaa, että henkilö 1 metrin etäisyydeltä ei välttämättä näe halkaisijaltaan 10 cm:n esinettä, jos hänen kuvansa heijastetaan kuolleelle kullelle.

Silmän optinen järjestelmä koostuu sarveiskalvosta, nestemäisestä nesteestä, linssistä ja lasimaisesta rungosta. Valon taittuminen silmässä tapahtuu pääasiassa sarveiskalvon ja linssin pinnoilla.

Havaitun kohteen valo kulkee silmän optisen järjestelmän läpi ja keskittyy verkkokalvolle muodostaen sille käänteisen ja pienennetyn kuvan (aivot "kääntävät" käänteisen kuvan, ja se koetaan suoraksi).

Lasaisen taitekerroin on suurempi kuin yksi, joten silmän polttovälit ulkoavaruudessa (etupolttoväli) ja silmän sisällä (takapolttoväli) eivät ole samat.

Silmän optinen teho (dioptereina) lasketaan silmän takapolttovälin käänteislukuna metreinä ilmaistuna. Silmän optinen teho riippuu siitä, onko se levossa (58 dioptria normaalilla silmällä) vai maksimaalisessa akkomodaatiotilassa (70 dioptria).

Majoitus Silmän kyky erottaa selvästi eri etäisyyksillä olevat esineet. Mukautuminen johtuu linssin kaarevuuden muutoksesta sädekehän lihasten jännityksen tai rentoutumisen aikana. Kun sädekettä venytetään, linssi venyy ja sen kaarevuussäteet kasvavat. Kun lihasjännitys vähenee, linssin kaarevuus kasvaa elastisten voimien vaikutuksesta.

Normaalin silmän vapaassa, stressittömässä tilassa verkkokalvolle saadaan selkeät kuvat äärettömän kaukana olevista kohteista, ja suurimmalla akkomodaatiolla lähimmät kohteet ovat näkyvissä.

Objektin sijaintia, joka luo verkkokalvolle terävän kuvan rento silmän luomiseksi, kutsutaan silmän kaukainen kohta.

Kohteen sijaintia, jossa verkkokalvolle syntyy terävä kuva mahdollisimman suurella silmän rasituksella, kutsutaan lähimpään silmäpisteeseen.

Kun silmä on sovitettu äärettömään, takafokus osuu verkkokalvon kanssa. Verkkokalvon suurimmalla jännityksellä saadaan kuva noin 9 cm:n etäisyydellä olevasta esineestä.

Lähimmän ja kaukaisen pisteen välisten etäisyyksien käänteislukujen erotusta kutsutaan silmän majoitusalue(dioptereina mitattuna).

Iän myötä silmän mukautumiskyky heikkenee. Keskimääräisen silmän 20-vuotiaana lähipiste on noin 10 cm:n etäisyydellä (accommodation range 10 dioptria), 50-vuotiaana lähipiste on jo noin 40 cm:n etäisyydellä (accommodation range 2,5 dioptria), ja 60-vuotiaana se menee äärettömyyteen, eli majoitus pysähtyy. Tätä ilmiötä kutsutaan ikääntyväksi kaukonäköisyydeksi tai presbyopia.

Paras näköetäisyys- Tämä on etäisyys, jolla normaali silmä kokee vähiten rasitusta katsoessaan kohteen yksityiskohtia. Normaalilla näkökyvyllä se on keskimäärin 25-30 cm.

Silmän sopeutumista muuttuviin valo-olosuhteisiin kutsutaan sopeutumista. Sopeutuminen johtuu pupilliaukon halkaisijan muutoksesta, mustan pigmentin liikkeestä verkkokalvon kerroksissa sekä sauvojen ja kartioiden erilaisesta reaktiosta valoon. Pupillin supistuminen tapahtuu 5 sekunnissa ja sen täysi laajeneminen kestää 5 minuuttia.

Pimeä sopeutuminen tapahtuu siirtymisen aikana korkeasta kirkkaudesta matalaan. Kirkkaassa valossa kartiot toimivat, mutta sauvat ovat "sokeutuneet", rodopsiini on haalistunut, musta pigmentti on tunkeutunut verkkokalvon läpi ja estää kartiot valolta. Kun kirkkaus laskee jyrkästi, pupillin aukko avautuu ohittaen suuremman valovirran. Sitten musta pigmentti poistuu verkkokalvolta, rodopsiini palautuu, ja kun sitä on tarpeeksi, sauvat alkavat toimia. Koska kartiot eivät ole herkkiä pienille kirkkauksille, silmä ei aluksi huomaa mitään. Silmän herkkyys saavuttaa maksimiarvonsa 50-60 minuutin pimeässä olemisen jälkeen.

Valon mukauttaminen- Tämä on silmän mukautumisprosessi siirtymisen aikana matalasta kirkkaudesta korkeaan. Aluksi sauvat ovat voimakkaasti ärsyyntyneitä, "sokeutuneita" rodopsiinin nopean hajoamisen vuoksi. Myös käpyt, joita ei vielä ole suojattu mustan pigmentin rakeilla, ovat liian ärtyneitä. 8-10 minuutin kuluttua sokeuden tunne lakkaa ja silmä näkee uudelleen.

näkökenttä silmä on melko leveä (125 astetta pystysuunnassa ja 150 astetta vaakasuunnassa), mutta vain pieni osa siitä käytetään selkeään erotteluun. Täydellisimmän näkökenttä (vastaa keskeistä foveaa) on noin 1-1,5 °, tyydyttävä (koko makulan alueella) - noin 8 ° vaakasuunnassa ja 6 ° pystysuunnassa. Muu näkökenttä palvelee karkeaa avaruudessa suuntautumista. Ympäröivän tilan näkemiseksi silmän on suoritettava jatkuva pyörimisliike kiertoradalla 45-50°. Tämä pyöritys tuo foveaan kuvia erilaisista esineistä ja mahdollistaa niiden tarkan tarkastelun. Silmien liikkeet suoritetaan ilman tietoisuuden osallistumista, ja yleensä henkilö ei huomaa niitä.

Silmän resoluution kulmaraja- Tämä on pienin kulma, jossa silmä tarkkailee erikseen kahta valopistettä. Silmän resoluution kulmaraja on noin 1 minuutti ja riippuu esineiden kontrastista, valaistuksesta, pupillien halkaisijasta ja valon aallonpituudesta. Lisäksi resoluutioraja kasvaa kuvan siirtyessä pois foveasta ja visuaalisten vikojen esiintyessä.

Visuaaliset viat ja niiden korjaus

Normaalissa näkemisessä silmän kaukainen piste on äärettömän kaukana. Tämä tarkoittaa, että rentoutuneen silmän polttoväli on yhtä suuri kuin silmän akselin pituus ja kuva osuu tarkalleen verkkokalvolle fovea-alueella.

Tällainen silmä erottaa esineet hyvin kaukaa, ja riittävällä majoituksella - myös lähellä.

Likinäköisyys

Likinäköisyydessä äärettömän kaukana olevan kohteen säteet kohdistuvat verkkokalvon eteen, jolloin verkkokalvolle muodostuu epäselvä kuva.

Useimmiten tämä johtuu silmämunan venymisestä (muodonmuutoksesta). Harvemmin likinäköisyys esiintyy normaalilla silmän pituudella (noin 24 mm) silmän optisen järjestelmän liian korkean optisen tehon vuoksi (yli 60 dioptria).

Molemmissa tapauksissa kaukaisten kohteiden kuva on silmän sisällä eikä verkkokalvolla. Ainoastaan ​​silmän lähellä olevien kohteiden fokus putoaa verkkokalvolle, eli silmän kaukainen piste on äärellisen etäisyyden päässä sen edessä.

silmän kaukainen kohta

Likinäköisyys korjataan negatiivisilla linsseillä, jotka rakentavat kuvan äärettömän kaukana olevasta pisteestä silmän kaukaiseen pisteeseen.

silmän kaukainen kohta

Likinäköisyys ilmenee useimmiten lapsuudessa ja nuoruudessa, ja silmämunan kasvaessa likinäköisyys lisääntyy. Todellista likinäköisyyttä edeltää yleensä niin kutsuttu väärä likinäköisyys - seuraus akkomodaatiospasmista. Tässä tapauksessa on mahdollista palauttaa normaali näkökyky keinoilla, jotka laajentavat pupillia ja lievittävät sädelihaksen jännitystä.

kaukonäköisyys

Kaukonäköisyydessä äärettömän kaukana olevan kohteen säteet keskittyvät verkkokalvon taakse.

Kaukonäköisyys johtuu silmän heikosta optisesta tehosta tietyllä silmämunan pituudella: joko lyhyt silmä normaalilla optisella teholla tai silmän matala optinen teho normaalipituudella.

Tarkentaaksesi kuvan verkkokalvolle, sinun on rasitettava sädekehän lihaksia koko ajan. Mitä lähempänä silmää esineet ovat, sitä kauemmaksi verkkokalvon taakse niiden kuva menee ja sitä enemmän työtä silmän lihaksilta vaaditaan.

Kaukonäköisen silmän kaukopiste on verkkokalvon takana, eli rennossa tilassa hän näkee selvästi vain takanaan olevan esineen.

silmän kaukainen kohta

Tietenkään esinettä ei voi laittaa silmän taakse, mutta sen kuvan voi projisoida sinne positiivisten linssien avulla.

silmän kaukainen kohta

Lievällä kaukonäköisyydellä kauko- ja lähinäkö on hyvä, mutta työssä saattaa esiintyä väsymystä ja päänsärkyä. Keskimääräisellä kaukonäköisyydellä kaukonäkö säilyy hyvänä, mutta lähinäkö on vaikeaa. Korkean kaukonäköisyyden myötä sekä etäisyys- että lähinäkö heikkenevät, koska silmän kaikki mahdollisuudet tarkentaa verkkokalvolle kuva jopa kaukaisista kohteista on käytetty.

Vastasyntyneellä silmä on hieman puristettu vaakasuunnassa, joten silmässä on lievä kaukonäköisyys, joka häviää silmämunan kasvaessa.

Ametropia

Silmän ametropia (likinäköisyys tai kaukonäköisyys) ilmaistaan ​​dioptereina metreinä ilmaistuna etäisyyden silmän pinnasta kaukopisteeseen.

Lyhyt- tai kaukonäköisyyden korjaamiseen tarvittava linssin optinen teho riippuu silmälasien ja silmän välisestä etäisyydestä. Piilolinssit sijaitsevat lähellä silmää, joten niiden optinen voima on yhtä suuri kuin ametropia.

Jos esimerkiksi likinäköisyydellä kaukainen piste on silmän edessä 50 cm:n etäisyydellä, sen korjaamiseen tarvitaan piilolinssejä, joiden optinen teho on -2 dioptria.

Heikon ametropian asteen katsotaan olevan enintään 3 dioptria, keskitasoa - 3 - 6 dioptria ja korkea - yli 6 dioptria.

Astigmatismi

Astigmatismissa silmän polttovälit ovat erilaisia ​​sen optisen akselin läpi kulkevissa eri osissa. Toisen silmän astigmatismi yhdistää likinäköisyyden, kaukonäköisyyden ja normaalin näön vaikutukset. Esimerkiksi silmä voi olla likinäköinen vaakasuorassa osassa ja kaukonäköinen pystyleikkauksessa. Sitten äärettömässä hän ei pysty näkemään selvästi vaakasuuntaisia ​​viivoja, ja hän erottaa selvästi pystysuorat. Lähietäisyydellä, päinvastoin, tällainen silmä näkee pystysuorat viivat hyvin, ja vaakaviivat ovat epäselviä.

Astigmatismin syy on joko sarveiskalvon epäsäännöllinen muoto tai linssin poikkeama silmän optisesta akselista. Astigmatismi on useimmiten synnynnäistä, mutta se voi johtua leikkauksesta tai silmävammoista. Näköhavaintovirheiden lisäksi astigmatismiin liittyy yleensä silmien väsymystä ja päänsärkyä. Astigmatismia korjataan sylinterimäisillä (kollektiivisilla tai hajaantuvilla) linsseillä yhdessä pallomaisten linssien kanssa.

Näköjärjestelmän apulaitteet ja sen toiminnot

Visuaalinen sensorijärjestelmä on varustettu monimutkaisella apulaitteella, joka sisältää silmämunan ja kolme paria lihaksia, jotka tarjoavat sen liikkeen. Silmämunan elementit suorittavat verkkokalvolle tulevan valosignaalin ensisijaisen muutoksen:
• silmän optinen järjestelmä kohdistaa kuvat verkkokalvolle;
• pupilli säätelee verkkokalvolle tulevan valon määrää;
• silmämunan lihakset varmistavat sen jatkuvan liikkeen.

Kuvan muodostus verkkokalvolla

Esineiden pinnalta heijastuva luonnonvalo on diffuusia, ts. valonsäteet kohteen jokaisesta pisteestä lähtevät eri suuntiin. Siksi silmän optisen järjestelmän puuttuessa säteet kohteen yhdestä pisteestä ( mutta) osuisi verkkokalvon eri osiin ( a1, a2, a3). Tällainen silmä pystyisi erottamaan yleisen valaistuksen tason, mutta ei esineiden ääriviivoja (kuva 1A).

Ympäröivän maailman esineiden näkemiseksi on välttämätöntä, että valonsäteet kohteen jokaisesta pisteestä osuvat vain yhteen verkkokalvon pisteeseen, ts. kuva pitää tarkentaa. Tämä voidaan saavuttaa asettamalla pallomainen taitepinta verkkokalvon eteen. Yhdestä pisteestä lähtevät valonsäteet ( mutta), tällaisen pinnan taittumisen jälkeen kerätään yhdessä pisteessä a1(tarkennus). Siten verkkokalvolle ilmestyy selkeä käänteinen kuva (kuva 1B).

Valon taittuminen tapahtuu kahden eri taitekertoimen omaavan aineen rajapinnassa. Silmämunassa on kaksi pallomaista linssiä: sarveiskalvo ja linssi. Näin ollen on olemassa 4 taittopintaa: ilma/sarveiskalvo, silmän etukammion sarveiskalvo/vesineste, kammion vesiliuos/linssi, linssi/lasiaisrunko.

Majoitus

Accommodation - silmän optisen laitteen taitevoiman säätö tietyllä etäisyydellä kyseisestä kohteesta. Taittumislakien mukaan, jos valonsäde putoaa taitepinnalle, se poikkeaa kulman verran, joka riippuu sen tulokulmasta. Kun esine lähestyy, siitä lähtevien säteiden tulokulma muuttuu, joten taitetut säteet kerääntyvät toiseen pisteeseen, joka on verkkokalvon takana, mikä johtaa kuvan "sumennukseen" (kuva 2B). ). Sen uudelleen tarkentamiseksi on tarpeen lisätä silmän optisen laitteen taitevoimaa (kuva 2B). Tämä saavutetaan lisäämällä linssin kaarevuutta, mikä tapahtuu sädelihaksen sävyn lisääntyessä.

Verkkokalvon valaistuksen säätö

Verkkokalvolle osuvan valon määrä on verrannollinen pupillin pinta-alaan. Pupillin halkaisija vaihtelee aikuisella 1,5-8 mm, mikä muuttaa verkkokalvolle tulevan valon voimakkuutta noin 30-kertaiseksi. Pupillireaktiot saadaan aikaan kahdella iiriksen sileälihasjärjestelmällä: kun rengasmaiset lihakset supistuvat, pupilli kapenee ja säteittäisten lihasten supistuessa se laajenee.

Pupillin luumenin pienentyessä kuvan terävyys kasvaa. Tämä johtuu siitä, että pupillin supistuminen estää valoa pääsemästä linssin reuna-alueille ja eliminoi siten pallopoikkeaman aiheuttaman kuvan vääristymisen.

silmien liikkeet

Ihmissilmää ohjaa kuusi silmälihasta, joita hermottavat kolme kallohermoa - okulomotorinen, trochleaarinen ja abducens. Nämä lihakset tarjoavat kahdenlaisia ​​silmämunan liikkeitä - nopeat kouristukset (sakkadit) ja pehmeät seuraavat liikkeet.

Spastiset silmien liikkeet (sakkadit) esiin, kun tarkastellaan paikallaan olevia kohteita (kuva 3). Silmämunan nopeat käännökset (10 - 80 ms) vuorottelevat kiinteän katseen kiinnittymisen jaksojen kanssa yhteen kohtaan (200 - 600 ms). Silmämunan kiertokulma yhden sakkadin aikana vaihtelee useista kaariminuuteista 10°:een, ja esineestä toiseen katsottuna se voi olla jopa 90°. Suurilla siirtymäkulmilla sakkadeihin liittyy pään käännös; silmämunan siirtyminen edeltää yleensä pään liikettä.

Silmän pehmeät liikkeet seurata näkökentässä liikkuvia esineitä. Tällaisten liikkeiden kulmanopeus vastaa kohteen kulmanopeutta. Jos jälkimmäinen ylittää 80°/s, seuraaminen yhdistetään: tasaisia ​​liikkeitä täydennetään sakkadeilla ja pään käännöksillä.

nystagmus - tasaisten ja puuskittaisten liikkeiden säännöllinen vuorottelu. Kun junassa ajava ihminen katsoo ulos ikkunasta, hänen silmänsä seuraavat sujuvasti ikkunan ulkopuolella liikkuvaa maisemaa, ja sitten hänen katseensa hyppää uuteen kiinnityspisteeseen.

Valosignaalin muunnos fotoreseptoreissa

Verkkokalvon fotoreseptorityypit ja niiden ominaisuudet

Verkkokalvossa on kahden tyyppisiä fotoreseptoreita (sauvat ja kartiot), jotka eroavat rakenteeltaan ja fysiologisista ominaisuuksista.

Pöytä 1. Tankojen ja kartioiden fysiologiset ominaisuudet

Kaksoisnäön teoria

Kahden valoherkkyydessään eroavan valoreseptorijärjestelmän (kartiot ja tangot) läsnäolo mahdollistaa säädön ympäristön valon vaihtelevaan tasoon. Riittämättömän valaistuksen olosuhteissa valon havaitseminen tapahtuu sauvojen avulla, kun taas värit ovat erottamattomia ( skotooppinen visio e). Kirkkaassa valossa näön tarjoavat pääasiassa kartiot, mikä mahdollistaa värien erottamisen hyvin ( fototooppinen visio ).

Valosignaalin muuntamisen mekanismi fotoreseptorissa

Verkkokalvon fotoreseptoreissa sähkömagneettisen säteilyn (valo) energia muunnetaan solun kalvopotentiaalin vaihtelujen energiaksi. Muunnosprosessi etenee useissa vaiheissa (kuva 4).

• Ensimmäisessä vaiheessa näkyvän valon fotoni, joka putoaa valoherkän pigmentin molekyyliin, absorboituu konjugoitujen kaksoissidosten p-elektroniin 11- IVY-verkkokalvo, kun taas verkkokalvo siirtyy transsi-muoto. Stereomerointi 11- IVY-verkkokalvo aiheuttaa konformaatiomuutoksia rodopsiinimolekyylin proteiiniosassa.

• Toisessa vaiheessa aktivoituu transdusiiniproteiini, joka inaktiivisessa tilassaan sisältää tiukasti sitoutuneen GDP:n. Kun transdusiini on vuorovaikutuksessa fotoaktivoidun rodopsiinin kanssa, se vaihtaa GDP-molekyylin GTP:hen.

• Kolmannessa vaiheessa GTP:tä sisältävä transdusiini muodostaa kompleksin inaktiivisen cGMP-fosfodiesteraasin kanssa, mikä johtaa viimeksi mainitun aktivoitumiseen.

• Neljännessä vaiheessa aktivoitu cGMP-fosfodiesteraasi hydrolysoi solunsisäisen GMP:stä GMP:ksi.

• Viidennessä vaiheessa cGMP:n pitoisuuden lasku johtaa kationikanavien sulkeutumiseen ja fotoreseptorikalvon hyperpolarisaatioon.

Signaalinsiirron aikana fosfodiesteraasimekanismi sitä vahvistetaan. Fotoreseptorivasteen aikana yksi kiihtynyt rodopsiinimolekyyli onnistuu aktivoimaan useita satoja transdusiinimolekyylejä. Että. signaalinsiirron ensimmäisessä vaiheessa tapahtuu 100-1000-kertainen vahvistus. Jokainen aktivoitu transdusiinimolekyyli aktivoi vain yhden fosfodiesteraasimolekyylin, mutta jälkimmäinen katalysoi useiden tuhansien molekyylien hydrolyysiä GMP:llä. Että. tässä vaiheessa signaali vahvistetaan vielä 1 000 - 10 000 kertaa. Siksi, kun signaali lähetetään fotonista cGMP:hen, voi tapahtua yli 100 000-kertainen sen vahvistus.

Tietojenkäsittely verkkokalvossa

Verkkokalvon hermoverkon elementit ja niiden tehtävät

Verkkokalvon hermoverkko sisältää 4 tyyppiä hermosoluja (kuva 5):

• gangliosolut,
• kaksisuuntaiset solut,
• amakriinisolut,
• vaakasuuntaiset solut.

gangliosolut - neuronit, joiden aksonit osana näköhermoa poistuvat silmästä ja seuraavat keskushermostoon. Gangliosolujen tehtävänä on johtaa viritystä verkkokalvolta keskushermostoon.

kaksisuuntaiset solut yhdistä reseptori- ja gangliosolut. Kaksisuuntaisen solun rungosta lähtee kaksi haarautunutta prosessia: toinen prosessi muodostaa synaptisia kontakteja useiden fotoreseptorisolujen kanssa, toinen useiden gangliosolujen kanssa. Kaksisuuntaisten solujen tehtävänä on johtaa viritys fotoreseptoreista gangliosoluihin.

Vaakasuuntaiset solut yhdistä viereiset fotoreseptorit. Vaakasuuntaisen solun rungosta ulottuu useita prosesseja, jotka muodostavat synaptisia kontakteja fotoreseptoreiden kanssa. Vaakasuuntaisten solujen päätehtävä on fotoreseptoreiden lateraalisen vuorovaikutuksen toteuttaminen.

amakriinisolut sijaitsevat samalla tavalla kuin vaakasuuntaiset, mutta ne muodostuvat kosketuksista ei fotoreseptoreihin, vaan gangliosoluihin.

Herätyksen leviäminen verkkokalvossa

Kun valoreseptori on valaistu, siihen kehittyy reseptoripotentiaali, joka on hyperpolarisaatiota. Fotoreseptorisolussa syntynyt reseptoripotentiaali välittyy bipolaarisiin ja horisontaalisiin soluihin synaptisten kontaktien kautta välittäjän avulla.

Sekä depolarisaatio että hyperpolarisaatio voivat kehittyä kaksisuuntaisessa solussa (katso lisätietoja alla), joka leviää gangliosoluihin synaptisen kontaktin kautta. Jälkimmäiset ovat spontaanisti aktiivisia, ts. tuottaa jatkuvasti toimintapotentiaalia tietyllä taajuudella. Gangliosolujen hyperpolarisaatio johtaa hermoimpulssien taajuuden vähenemiseen, depolarisaatio - sen lisääntymiseen.

Verkkokalvon neuronien sähköiset vasteet

Kaksisuuntaisen solun vastaanottava kenttä on kokoelma fotoreseptorisoluja, joiden kanssa se muodostaa synaptisia kontakteja. Gangliosolun vastaanottava kenttä ymmärretään fotoreseptorisolujen kokonaisuudeksi, johon tämä gangliosolu on kytketty bipolaaristen solujen kautta.

Kaksisuuntaisten ja gangliosolujen reseptiiviset kentät ovat pyöreitä. Reseptiivisessä kentässä voidaan erottaa keskus- ja reunaosat (kuva 6). Reseptiivisen kentän keski- ja reunaosien välinen raja on dynaaminen ja voi siirtyä valotason muuttuessa.

Verkkokalvon hermosolujen reaktiot niiden reseptiivisen kentän keskus- ja reunaosien fotoreseptoreiden valaistumisen yhteydessä ovat yleensä päinvastaisia. Samanaikaisesti on olemassa useita ganglionisten ja kaksisuuntaisten solujen luokkia (ON -, OFF -solut), jotka osoittavat erilaisia ​​sähköisiä vasteita valon vaikutukselle (kuva 6).

Taulukko 2. Ganglio- ja bipolaaristen solujen luokat ja niiden sähkövasteet

Visuaalisen tiedon käsittely keskushermostossa

Näköjärjestelmän aistinvaraiset reitit

Verkkokalvon gangliosolujen myelinisoituneet aksonit lähetetään aivoihin osana kahta näköhermoa (kuvio 7). Oikea ja vasen näköhermo yhdistyvät kallon pohjassa muodostaen optisen kiasman. Täällä kummankin silmän verkkokalvon mediaalisesta puoliskosta tulevat hermosäikeet siirtyvät kontralateraaliselle puolelle ja verkkokalvon lateraalisista puoliskoista tulevat kuidut jatkuvat ipsilateraalisesti.

Risteyksen jälkeen optisen alueen gangliosolujen aksonit seuraavat lateraalisiin genikulaattikappaleisiin (LCB), joissa ne muodostavat synaptisia kontakteja keskushermoston neuronien kanssa. LKT:n hermosolujen aksonit osana ns. näkösäteily saavuttaa ensisijaisen näkökuoren neuronit (kenttä 17 Brodmannin mukaan). Lisäksi viritys leviää intrakortikaalisia yhteyksiä pitkin sekundaariseen näkökuoreen (kentät 18b-19) ja aivokuoren assosiatiivisille vyöhykkeille.

Näköjärjestelmän aistireitit on järjestetty sen mukaan retinotooppinen periaate - viritys viereisistä gangliosoluista saavuttaa LCT:n ja aivokuoren naapuripisteet. Verkkokalvon pinta projisoituu ikään kuin LKT:n ja aivokuoren pinnalle.

Suurin osa gangliosolujen aksoneista päättyy LCT:hen, kun taas osa kuiduista menee ylempään colliculukseen, hypotalamukseen, aivorungon preektaaliseen alueeseen ja näkökanavan ytimeen.

• Verkkokalvon ja colliculuksen yläosan välinen yhteys säätelee silmän liikkeitä.

• Verkkokalvon projektio hypotalamukseen yhdistää endogeeniset vuorokausirytmit valotason vuorokausivaihteluihin.

• Verkkokalvon ja rungon preektaalisen alueen välinen yhteys on erittäin tärkeä pupillin ontelon säätelylle ja akkomodaatiolle.

• Näkökanavan ytimien hermosolut, jotka saavat myös synaptista syöttöä gangliosoluista, liittyvät aivorungon vestibulaarisiin ytimiin. Tämän projektion avulla voit arvioida kehon asemaa avaruudessa visuaalisten signaalien perusteella, ja se toimii myös monimutkaisten silmämotoristen reaktioiden (nystagmuksen) toteuttamisessa.

Visuaalisen tiedon käsittely LCT:ssä

• LCT-hermosoluilla on pyöristetyt reseptiiviset kentät. Näiden solujen sähkövasteet ovat samanlaisia ​​kuin gangliosolujen.

• LCT:ssä on hermosoluja, jotka laukeavat, kun niiden vastaanottavassa kentässä on valo/tumma raja (kontrastihermosolut) tai kun tämä raja liikkuu reseptiivisen kentän sisällä (liiketunnistimet).

Visuaalisen tiedon käsittely ensisijaisessa näkökuoressa

Riippuen vasteesta valoärsykkeisiin, aivokuoren neuronit jaetaan useisiin luokkiin.

Neuronit, joilla on yksinkertainen vastaanottava kenttä. Tällaisen neuronin voimakkain viritys tapahtuu, kun sen vastaanottava kenttä valaistaan ​​tietyn suuntaisella valonauhalla. Tällaisen neuronin synnyttämien hermoimpulssien taajuus pienenee valonauhan suunnan muuttuessa (kuvio 8A).

Neuronit, joilla on monimutkainen vastaanottava kenttä. Hermosolun maksimaalinen viritysaste saavutetaan, kun valoärsyke liikkuu reseptiivisen kentän ON-alueen sisällä tiettyyn suuntaan. Valoärsykkeen liike toiseen suuntaan tai valoärsykkeen poistuminen ON-alueen ulkopuolelle aiheuttaa heikompaa viritystä (kuva 8B).

Neuronit, joilla on superkompleksinen vastaanottava kenttä. Tällaisen neuronin maksimaalinen viritys saavutetaan monimutkaisen konfiguraation valon ärsykkeen vaikutuksesta. Tunnetaan esimerkiksi hermosoluja, joiden voimakkain viritys kehittyy ylittäessä kaksi valon ja pimeyden välistä rajaa reseptiivisen kentän ON-alueella (kuva 23.8 C).

Huolimatta valtavasta määrästä kokeellista tietoa solujen vastemalleista erilaisiin visuaalisiin ärsykkeisiin, tällä hetkellä ei ole täydellistä teoriaa, joka selittäisi visuaalisen tiedon prosessoinnin mekanismeja aivoissa. Emme voi selittää, kuinka verkkokalvon, LC:n ja aivokuoren neuronien erilaiset sähkövasteet ohjaavat kuvioiden tunnistusta ja muita visuaalisia havaintoilmiöitä.

Apulaitteiden toimintojen säätö

majoitusasetus. Linssin kaarevuuden muutos tapahtuu sädelihaksen avulla. Siliaarilihaksen supistumisen myötä linssin etupinnan kaarevuus kasvaa ja taitekyky kasvaa. Siliaarisen lihaksen sileät lihassäikeet hermottuvat postganglionisilla hermosoluilla, joiden ruumiit sijaitsevat sädekalvon gangliossa.

Riittävä ärsyke linssin kaarevuusasteen muuttamiseen on verkkokalvolla olevan kuvan sumeus, jonka tallentavat primaarisen aivokuoren neuronit. Aivokuoren alaspäin suuntautuvista yhteyksistä johtuen preektaalisen alueen hermosolujen viritysaste muuttuu, mikä puolestaan ​​aiheuttaa silmän motorisen ytimen preganglionisten hermosolujen (Edinger–Westphal nucleus) ja siliaarisen ganglion postganglionisten hermosolujen aktivaatiota tai estoa.

Pupillin luumenin säätely. Pupillin supistuminen tapahtuu, kun sarveiskalvon rengasmaiset sileät lihassäikeet, joita hermottavat siliaarisen ganglion parasympaattiset postganglioniset neuronit, supistuvat. Jälkimmäisen viritys tapahtuu verkkokalvolle osuvan valon suurella intensiteetillä, jonka ensisijaisen näkökuoren neuronit havaitsevat.

Pupillin laajeneminen tapahtuu supistumalla sarveiskalvon säteittäisiä lihaksia, joita hermottavat HSP:n sympaattiset neuronit. Jälkimmäisen aktiivisuus on ciliospinal-keskuksen ja pretektaalisen alueen hallinnassa. Pupillin laajentumisen ärsyke on verkkokalvon valaistuksen väheneminen.

Silmien liikkeiden säätely. Osa gangliosolusäikeistä seuraa ylemmän colliculin (väliaivojen) hermosoluja, jotka liittyvät silmän motoristen, trochleaaristen ja abducens-hermojen ytimiin, joiden hermosolut hermottavat silmän lihasten poikkijuovaisia ​​lihaskuituja. Ylätuberkuloiden hermosolut saavat synaptisia syöttöjä vestibulaarisista reseptoreista, niskalihasten proprioreseptoreista, minkä ansiosta keho voi koordinoida silmien liikkeitä kehon liikkeiden kanssa avaruudessa.

Visuaalisen havainnon ilmiöt

Hahmontunnistus

Visuaalisella järjestelmällä on huomattava kyky tunnistaa esine monin eri tavoin sen kuvasta. Voimme tunnistaa kuvan (tutut kasvot, kirjain tms.), kun sen jotkin osat puuttuvat, kun se sisältää ylimääräisiä elementtejä, kun se on avaruudessa suunnattu eri tavalla, sillä on erilaiset kulmamitat, se on kääntynyt meihin eri puolilta jne. P. (Kuva 9). Tämän ilmiön neurofysiologisia mekanismeja tutkitaan parhaillaan intensiivisesti.

Muodon ja koon pysyvyys

Yleensä havaitsemme ympäröivät esineet muodoltaan ja kooltaan muuttumattomina. Vaikka itse asiassa niiden muoto ja koko verkkokalvolla eivät ole vakioita. Esimerkiksi näkökentässä oleva pyöräilijä näyttää aina samankokoiselta riippumatta etäisyydestä häneen. Polkupyörän pyörät koetaan pyöreinä, vaikka itse asiassa niiden verkkokalvolla olevat kuvat voivat olla kapeita ellipsejä. Tämä ilmiö osoittaa kokemuksen roolin ympäröivän maailman visiossa. Tämän ilmiön neurofysiologisia mekanismeja ei tällä hetkellä tunneta.

Syvyysnäkö

Kuva ympäröivästä maailmasta verkkokalvolla on litteä. Näemme kuitenkin maailman suurena. On olemassa useita mekanismeja, jotka mahdollistavat kolmiulotteisen tilan rakentamisen verkkokalvolle muodostettujen litteiden kuvien perusteella.

• Koska silmät sijaitsevat tietyllä etäisyydellä toisistaan, vasemman ja oikean silmän verkkokalvolle muodostuvat kuvat eroavat hieman toisistaan. Mitä lähempänä kohde on havainnoijaa, sitä erilaisempia nämä kuvat ovat.

• Päällekkäiset kuvat auttavat myös arvioimaan niiden suhteellista sijaintia avaruudessa. Läheisen kohteen kuva voi mennä päällekkäin kaukana olevan kohteen kuvan kanssa, mutta ei päinvastoin.

• Kun tarkkailijan pää siirtyy, myös verkkokalvolla olevien kohteiden kuvat siirtyvät (parallaksiilmiö). Samalla päänsiirrolla lähellä olevien kohteiden kuvat siirtyvät enemmän kuin etäisten kohteiden kuvat.

Avaruuden hiljaisuuden käsitys

Jos suljemme yhden silmän, painamme sormella toista silmämunaa, niin näemme, että ympärillämme oleva maailma siirtyy sivuun. Normaaleissa olosuhteissa ympäröivä maailma on paikallaan, vaikka kuva verkkokalvolla "hyppää" jatkuvasti silmämunien liikkeen, pään käännösten ja kehon asennon muutosten vuoksi avaruudessa. Ympäröivän tilan liikkumattomuuden havaitseminen varmistetaan sillä, että visuaalisen kuvan käsittelyssä otetaan huomioon tiedot silmien liikkeestä, pään liikkeistä ja kehon asennosta avaruudessa. Visuaalinen sensorijärjestelmä pystyy "vähentämään" silmän ja kehon omat liikkeensä verkkokalvolla olevan kuvan liikkeestä.

Värinäön teoriat

Kolmikomponenttinen teoria

Perustuu trikromaattisen lisäainesekoituksen periaatteeseen. Tämän teorian mukaan kolme kartiotyyppiä (herkät punaiselle, vihreälle ja siniselle) toimivat itsenäisinä reseptorijärjestelminä. Vertailemalla kolmen tyyppisten kartioiden signaalien voimakkuutta visuaalinen sensorijärjestelmä tuottaa "virtuaalisen additiivisen poikkeaman" ja laskee todellisen värin. Teorian kirjoittajat ovat Jung, Maxwell, Helmholtz.

Vastustajan väriteoria

Siinä oletetaan, että mitä tahansa väriä voidaan kuvata yksiselitteisesti osoittamalla sen sijainti kahdella asteikolla - "sini-keltainen", "punainen-vihreä". Näiden asteikkojen napoissa olevia värejä kutsutaan vastustajaväreiksi. Tätä teoriaa tukee se tosiasia, että verkkokalvossa, LC:ssä ja aivokuoressa on neuroneja, jotka aktivoituvat, kun niiden vastaanottava kenttä valaistaan ​​punaisella valolla ja estyvät, kun valo on vihreä. Muut hermosolut syttyvät, kun ne altistuvat keltaiselle, ja ne estyvät altistuessaan siniselle. Oletetaan, että vertaamalla "punavihreän" ja "keltaisensinisen" järjestelmien neuronien viritysastetta visuaalinen sensorijärjestelmä voi laskea valon väriominaisuudet. Teorian kirjoittajat ovat Mach, Goering.

Siten molemmille värinäköteorioille on kokeellista näyttöä. tällä hetkellä harkittuna. Että kolmikomponenttinen teoria kuvaa riittävästi värin havaitsemisen mekanismeja verkkokalvon fotoreseptorien tasolla ja vastakkaisten värien teoria kuvaa värin havaitsemisen mekanismeja hermoverkkojen tasolla.

Fysiikan lakien mukaan suppeneva linssi kääntää kohteen kuvan. Sekä sarveiskalvo että linssi ovat suppenevia linssejä, joten kuva osuu myös verkkokalvoon ylösalaisin. Sen jälkeen kuva välittyy hermoja pitkin aivoihin, joista saamme jälkikuvan sellaisena kuin se todella on.

Vastasyntynyt vauva näkee esineet ylösalaisin. Silmän erikoisuus nähdä käänteinen kuva ilmenee vähitellen harjoittelun ja harjoittelun avulla, johon osallistuvat paitsi visuaaliset myös muut analysaattorit. Niistä pääroolissa ovat tasapainoelimet, lihas- ja ihoaistimukset. Näiden analysaattoreiden vuorovaikutuksen seurauksena syntyy yhtenäisiä kuvia ulkoisista kohteista ja ilmiöistä.

Mielenkiintoinen tapa tarkistaa tämä tosiasia: paina sormeasi kevyesti oikean silmän alaluomeen ulkoreunaan. Näet näkösi vasemmassa yläkulmassa mustan pisteen - sormesi todellisen kuvan.

Kuinka oppia jotain henkilökohtaista keskustelukumppanista hänen ulkonäöstään

"Pöllöjen" salaisuudet, joista "kiurut" eivät tiedä

Kuinka brainmail toimii - viestien välittäminen aivoista aivoihin Internetin kautta

Miksi tylsyyttä tarvitaan?

"Magneettimies": Kuinka tulla karismaattisemmaksi ja houkutella ihmisiä luoksesi

25 lainausta herättääksesi sisäisen taistelijasi

5 syytä, miksi ihmiset aina syyttävät rikoksesta uhria, eivät rikoksentekijää

Kokeilu: mies juo 10 tölkkiä colaa päivässä todistaakseen sen haitan