Перуница

» » Как видит глаз

Наука и Техника » 

Как видит глаз

Как видит глаз

Зрение — одно из удивительнейших проявлений природы. Мы видим мир. Всё богатство форм и красок мира доступно нам благодаря зрению. Наши глаза дают нам представление и о близких и об удалённых предметах. Мы видим, как расположены предметы в пространстве, какой они величины и как движутся. «На-глаз» мы можем определить расстояние до предмета. Зрение позволяет нам судить и о различных состояниях окружающих нас тел и о происходящих вокруг нас явлениях.


Однако бывает и так, что зрение обманывает нас. Посмотрите на изображённые вверху полоски. Они кажутся изломанными. Но приложите к ним линейку и вы увидите, что они совершенно прямые. Или вот посмотрите на рисунок 1. Вам кажется, что из центра рисунка развёртывается спираль, а попытайтесь обвести её спичкой, и вы легко убедитесь в том, что никакой спирали здесь нет. Иногда глаз видит такие движения, которых на самом деле не существует. Попробуйте двигать перед собой рисунок 2 так, чтобы ваша рука вместе с книгой описывала маленький круг, и вы заметите, что диски с чёрными и белыми кольцами начинают вращаться!


Рис. 1. Иллюзия спирали. Нарисованные кольца кажутся спиралями



Почему мы видим и как мы видим?


Эти вопросы возникают у каждого. Уже древние греческие философы сделали первые шаги в науке с «видении», названной ими «оптикой». С тех пор прошло более 2000 лет. Оптика достигла больших успехов и помогла людям разобраться во многих вопросах. Но и сейчас мы ещё не знаем всего полностью о нашем зрении.


Рис. 2. Иллюзия вращения дисков. При круговом движении книги диски представляются нам вращающимися

Нам известно теперь, что процессом зрения управляют физические и физиологические законы. А зрительные образы, возникающие в нашем сознании, — это результат работы нашего мозга.

Чтобы увидеть предмет, необходимо, чтобы он был освещён или светился сам. Глаза ощущают свет, исходящий от предмета, и доводят до нашего сознания образ предмета.

Большую роль в изучении работы глаза и познании сущности нашего зрения сыграли наши отечественные учёные М. В. Ломоносов, П. П. Лазарев, С. И. Вавилов, С. В. Кравков, М. И. Авербах, В. П. Филатов, Н. Т. Фёдоров, С. О. Майзель и др.

В этой небольшой книжке будет рассказано об устройстве нашего глаза и о его работе. Мы познакомимся с особенностями нашего зрения, а также узнаем, почему возможны обманы зрения. И если читатель по прочтении этой книжки сможет более сознательно разбираться в работе своего глаза, поймёт причины возможных ошибок зрения и станет более бережно относиться к своему глазу, то автор будет считать, что цель его книжки достигнута.


Как развивался глаз


Всем известно, что домашние животные, звери, птицы, рыбы имеют глаза и могут видеть. Но у всех ли живых существ есть глаза и могут ли они видеть так, как видит человек? У растений нет глаз. Но кто из вас не наблюдал, как комнатные цветы тянутся к окну, к свету, как многие растения поворачивают свои ветки, листья и цветы к солнцу, следуя за его лучами? Кто не знает, как цветок подсолнечника на утренней заре обращается к востоку, а вечером склоняется к западу, ловя последние лучи солнца? Некоторые цветы, такие, например, как всем известный одуванчик, раскрываются утром, а с темнотой закрывают свой венчик.

Очевидно, эти растения способны воспринимать свет. Но как?

Оказывается, у некоторых растений есть своеобразный «орган зрения». Но он далеко не похож на человеческий глаз. В конце листьев и стеблей многих растений найдены отдельные прозрачные клеточки, которые способны собирать падающие на них световые лучи. Они-то и являются своего рода световоспринимающим аппаратом. Такие сильно увеличенные клеточки некоторых растений показаны на рисунке 3. На рисунке 3, а показана клеточка в кожице листьев кислички. В наружной стенке прозрачных клеточек колокольчика (фиг. 3, б) имеются чечевицеобразные тельца, пропитанные кремнекислотой, а кремне- кислота по своим оптическим свойствам, как известно, приближается к стеклу. Таким образом, в клеточную оболочку здесь как бы вставлено маленькое увеличительное стёклышко, которое и отбрасывает узкий пучок лучей на заднюю стенку клеточки. Когда на поверхность листа лучи падают прямо, то тельце собирает их в определённое место на задней стенке клеточки. Если же на лист падает косо направленный пучок лучей, то освещается боковой участок стенки (это показано пунктиром на рисунке 3, в). Такое «необычное» освещение раздражает клеточку, и стебелёк с листом начинает двигаться, пока солнечные лучи снова не соберутся тельцем в обычном месте.


Рис. 3. Световоспринимагощие клетки растении. а — прозрачная клеточка в кожице листа кислички; б — клеточка колокольчика; в — ход лучей через преломляющее тело световоспринимающей клетки

Таким образом, мы можем сказать, что и у растений есть простейший, примитивный, орган зрения. Однако у них нет нервной системы и нет такого центрального аппарата, как наш мозг; поэтому растение лишено сознания и не способно иметь зрительные представления. Растение воспринимает свет и даже отвечает на световое раздражение движением своих листьев, веточек и соцветий. Но оно не осознаёт этих раздражений, а следовательно, видеть не может.

Подобно растениям, на свет отвечают движением и некоторые простейшие одноклеточные организмы из мира микробов. Одни из них стремятся к свету, другие убегают от него. У этих живых существ, конечно, нельзя найти каких-то обособленных органов зрения. Но замечено, что некоторые участки их клеток более чувствительны к свету, чем другие. Эти живые существа, так же как и растения, не могут осознавать воспринимаемых световых раздражений, то-есть они также не способны видеть.

Свегоощущающий аппарат растений и простейших одноклеточных существ — это первая ступень развития зрения. От этой ступени до создания высокоразвитого органа зрения — человеческого глаза, изумительно приспособленного к видению в самых различных условиях, природа прошла огромный путь.

Постепенное развитие органа зрения в животном мире шло вместе с ходом эволюции (развития) самих животных. Путём отбора полезных для организма изменений создавалась и создаётся та целесообразность, которую мы наблюдаем в строении организмов и в их приспособленности к условиям жизни.

Животные, их органы, в том числе и глаза, формировались и формируются в тесной связи с условиями их жизни, с условиями внешней среды.


Рис. 4. Светоощущающая клетка в наружном покрове кожи (эпителии) дождевого червя

У простейших представителей животного мира, как, например, у дождевого червя, орган зрения представляет собой отдельные светочувствительные клетки (рис. 4). Они разбросаны в наружных частях его кожицы и по существу мало чем отличаются от светоощущающего органа растений. Дождевой червь может различать только свет и тьму, но никакого представления о форме или расположении в пространстве светящихся предметов не получает.

У более развитых представителей мира животных орган зрения устроен уже сложнее. Он состоит из нескольких соединённых в группу светочувствительных клеток. Посмотрите на рисунок 5. Здесь слева изображён глаз пиявки, а справа — глаз стрекозы. Зрительные клетки пиявки помещаются в маленьких чашечках, образованных слоем тёмного вещества — пигмента, хорошо поглащающего свет.


Рис. 5. Различные формы глаза: а — глаз пиявки; 6—сложный глаз стрекозы

Этот глаз можно считать началом того пути развития, который привёл к образованию наиболее совершенного глаза — глаза человека.

Глаз стрекозы является представителем другой линии развития органа зрения, создавшего мозаичные глаза насекомых. Такой глаз состоит из большого набора маленьких трубочек с расположенными в них отдельными светочувствительными клетками, которые соединяются уже с окончанием зрительного нерва, идущего к головному мозгу. Лучи света могут достигать дна этих трубочек только в том случае, если они приходят с той стороны, куда повёрнуты оси этих трубочек. Благодаря этому глаз стрекозы оказывается способным различать, откуда падает на него свет.

Устройство глаз у различных представителей животного мира крайне разнообразно. Чрезвычайно разнообразно и положение и число глаз у разных животных. Так, например, у некоторых улиток один глаз находится на голове, а другой на спине. У морских звёзд — пять глаз на концах лучей. У паука-крестовика восемь глазков на голове. Известно расположение глаз у насекомых на ногах и т. д.

Некоторые животные потеряли зрение благодаря жизни в малоосвещённых местах. В таких случаях взамен органа зрения сильнее развиваются осязательные, обонятельные и слуховые органы.


Рис. 6. Глаз моллюска

Но пойдём по пути развития глаза пиявки дальше. Обратимся к рисунку 6. Это — глаз моллюска; он имеет форму пузыря. Все светочувствительные клетки этого глаза спрятаны внутри него и закрыты слоем нервных волокон, а впереди находится прозрачное, сильно преломляющее свет тельце — линза. Лучи света, идущие от предмета в глаз моллюска, собираются и направляются этой линзой внутрь пузыря — к светоощущающим клеткам. Все лучи, падающие с какого-нибудь одного маленького участка предмета, устремляются к одной светочувствительной клетке, лучи света с соседнего участка — к другой и т. д. Таким образом, глаз моллюска напоминает по своему устройству фотографический аппарат, в котором линза играет роль объектива аппарата, а оболочка из светочувствительных клеток — роль фотопластинки.

Лучи света, идущие от наблюдаемого предмета, собираются линзой на поверхности светочувствительных клеток, на которых и рисуется перевёрнутое изображение предмета так, как это схематически показано на рисунке 7 для глаза человека. Каждая отдельная светочувствительная клетка освещается лучами, исходящими только из вполне определённых точек предмета, то-есть каждая светочувствительная клетка глаза видит только одну, определённую точку предмета. От каждой такой клетки или от группы клеток отходит нервное волокно, соединяющее эту клетку или группу через зрительный нерв с головным мозгом, которому сигнализируется каждое световое раздражение клетки. А от всей совокупности светочувствительных клеток глаза передаётся в МОЗГ сигнализация о полной картине наблюдаемого предмета. Таким образом, моллюск уже получает возможность видеть предметы.


Рис. 7. Как рисуется оптическое изображение предмета в глазу

Глаз человека и других позвоночных животных построен по такому же типу, как глаз моллюска. В нём светочувствительные клетки так же спрятаны внутри пузыря — глазного яблока. Но их здесь очень много, и поэтому глаз получает более отчётливую картину предмета. Кроме того, есть ещё одно отличие: у низших животных, в том числе и у моллюска, глаза развиваются из наружной покровной ткани, а у позвоночных животных и у человека — из той же нервной ткани, которая образует мозг.


Рис. 8. Последовательные стадии внутриутробного развития глаза человека. Чёрным обозначена ткань, дающая начало головному мозгу. Заштрихована ткань, образующая кожные покровы. Точками обозначена промежуточная ткань

По рисунку 8 можно проследить зарождение и последовательное внутриутробное развитие глаза человека. Сначала в мозговом зачатке (он обозначен на рисунке чёрной полосой) образуется выпячивание — глазной пузырёк (рис. 8. а). Выпячивание растёт (рис. 8, б) и на нём образуется ямка (рис. 8, в). Появляется вторичный пузырёк (рис. 8, г), в котором затем развивается глазное яблоко (рис. 8, д и е). Таким образом, как справедливо замечает один из советских учёных, проф. С. В. Кравков, «есть полное основание считать наш глаз в буквальном смысле частью мозга, выдвинутой на периферию».


Устройство глаза человека


Глаз человека — весьма совершенный и сложно устроенный орган. Помещается он в углублении черепа — глазнице (рис. 9). Форма глаза почти шарообразная. Диаметр его — у взрослого человека — около 2,5 сантиметра. Снаружи глазное яблоко окутано белковой оболочкой — склерой.


Рис. 9. Глаз человека в разрезе: вверху — вид сверху; внизу слева—глазные мышцы и внизу справа—поперечный разрез глаза

Плотная склера сохраняет глазу его форму и защищает яблоко от внешних воздействий. К склере прикреплены шесть мышц, благодаря которым свободно лежащее в глазнице яблоко может поворачиваться в нужную сторону. Глаз — самый подвижный из всех наших органов чувств. Он спокоен лишь во время сна, а при бодрствовании непрерывно движется.

Строение глаза показано на рисунке 10.


Рис. 10. Схематический разрез глазного яблока

В передней части главного яблока склера переходит в прозрачную роговую оболочку. За этой оболочкой на небольшом расстоянии находится радужная оболочка, которая бывает окрашена особым веществом — пигментом в голубой, коричневый или другой оттенок, придавая глазам разных людей свой цвет.

В середине радужной оболочки имеется отверстие, носящее название зрачка. Зрачок может суживаться или расширяться в зависимости от яркости окружающих предметов. Обычно диаметр зрачка равен 3—4 миллиметрам. При сильном освещении зрачок суживается до 2 миллиметров, а при слабом освещении расширяется, доходя до 8 миллиметров, и этим регулирует в некоторой степени количество света, попадающего в глаз.

Непосредственно за зрачком расположен хрусталик, представляющий собой прозрачное белковое тело, похожее на линзу. Хрусталик имеет сложное строение. Он состоит из кольцеобразных слоёв, а клетки, его составляющие, вытянуты в виде лучей, образуя так называемую звезду хрусталика. Такое строение хрусталика делает его превосходным оптическим инструментом, не уступающим в некотором отношении качествам современных фотографических объективов.

Светоощущающей частью глаза является сетчатка. Она представляет собой разветвление по дну глаза окончаний зрительного нерва и состоит из сцепления трёх рядов нервных клеток, образующих со своими отростками десять слоёв. Строение сетчатки показано в схематическом разрезе на рисунке 11.


Рис. 11. Строение сетчатки

Волокна зрительного нерва разветвлены по всей внутренней поверхности сетчатки; они прозрачны, нечувствительны к свету и являются лишь проводниками раздражений.


Рис. 11а. Вид отдельной
палочки и колбочки

Светоощущающими элементами сетчатки являются так называемые палочки и колбочки (рис. 11а), присоединённые к концам волокон зрительного нерва. Их размеры очень малы. Диаметр палочки составляет всего около 2 микрон (то-есть 2/1000 миллиметра), а длина — около 60 микрон. Диаметр колбочки равен 6—7 микронам, а её длина примерно 35 микронам. Общее количество палочек в сетчатке огромно: оно достигает 130 миллионов; число колбочек — около 7 миллионов. В средней части сетчатки преобладают колбочки, а на краях — палочки. В наружных члениках палочек содержится светочувствительное вещество, называемое зрительным пурпуром, или родопсином. В колбочках этого вещества не обнаружено.

Однако возможно, что в них содержится очень незначительное количество светочувствительного вещества, что затрудняет его обнаружение.


Рис. 12. Вид глазного дна

По глазному дну разветвлены кровеносные сосуды. На рисунке 12 показано глазное дно таким, каким его можно видеть через зрачок с помощью особого устройства, называемого офтальмоскопом.

В том месте, где зрительный нерв входит в глаз, нет ни палочек, ни колбочек, и лучи, падающие в эту область, не вызывают ощущения света; эта область называется слепым пятном. В существовании слепого пятна легко убедиться. Посмотрите одним правым глазом на крестик на рисунке 13. При определённом положении рисунка кружок, нарисованный справа от крестика, вы не увидите — его изображение попадает на слепое пятно.


Рис. 13. Рисунок, помогающий обнаружить существование слепого пятна в глазу

Область сетчатки, обладающая наиболее ясным видением, лежит ближе к височной стороне глаза. Эта область называется жёлтым пятном (см. рис. 12); она имеет овальную форму, вытянутую в горизонтальном направлении, и очень малые размеры, в поперечнике всего около 1 миллиметра.


Рис. 14. Строение сетчатки в месте центральной ямки

Самой чувствительной частью жёлтого пятна является ещё более узкая область, в которой сетчатка углублена и образует так называемую центральную ямку. В этой области сетчатки палочки совсем отсутствуют, а колбочки расположены наиболее тесно друг к другу и имеют утончённую, удлинённую форму (рис. 14).

Каждая колбочка глаза человека соединена с отдельным нервным волокном, а палочки присоединяются группами (до 100 палочек) к одному общему нервному волокну. Вследствие этого с помощью колбочкового светоощущающего аппарата глаз способен различать наиболее мелкие подробности предмета. Зато палочковый светоощущающий аппарат оказывается более чувствительным к свету; он позволяет глазу наблюдать очень слабо освещённые предметы. Благодаря этому палочковым аппаратом глаз пользуется для видения в сумерках, а колбочковым — для видения днём, при ярком освещении.

Установлено также, что различать цвета способен только колбочковый аппарат.

Нервные волокна, идущие от каждого глаза, собраны в три главных пучка, которые, соединяясь вместе, образуют зрительный нерв каждого глаза. Один пучок заключает в себе волокна, идущие от внешней (то-есть височной) половины сетчатки, в которой расположены главным образом палочки; другой — от внутренней (то-есть носовой) половины сетчатки, в которой также расположены палочки, и третий — от центральной области сетчатки, называемой макулярной, в которой преобладают колбочки.

Зрительные нервы обоих глаз частично перекрещиваются. После перекрещивания нервные волокна от височных областей сетчатки направляются в соответствующие им мозговые полушария, а нервные волокна от носовых областей сетчатки направляются в противоположные полушария головного мозга. Волокна же от центральной области сетчатки направляются в одно и другое полушария головного мозга. Схема соединения зрительных нервов с полушариями головного мозга показана на рисунке 15.


Рис. 15. Схема соединения зрительных нервов с головным мозгом. Лучи, приходящие от правой половины поля зрения, попадают и в правом и в левом глазу на окончания тех зрительных нервов, которые идут в левую половину коры головного мозга. Точно так же лучи, идущие от левой половины поля зрения, падают на участки сетчатки в обоих глазах, соединенные с правой половиной коры головного мозга

Конечными центрами зрения в головном мозгу у человека являются затылочные доли коры большого мозга — места так называемой «борозды птичьей шпоры». При разрушении этого участка коры у человека и у высших обезьян наступает полная слепота. У животных же, стоящих на более низких ступенях развития, реакции на световые раздражения сохраняются и после удаления затылочных долей коры головного мозга.

Иногда встречаются такие заболевания глаза: человек, рассматривая какой-нибудь предмет, не видит одну, например левую, его половину. Такое нарушение зрения вполне объясняется перекрещиванием нервных пучков. Ведь если почему-либо повреждён зрительный центр правого полушария,

то слепнут правые половины обеих сетчаток, так как нервные пучки соединяют их только с правой долей мозга (см. рис. 15). А так как свет в правые части сетчаток падает от левой половины предмета, то больной и перестаёт её видеть.

Определённые участки коры головного мозга связаны со вполне определёнными участками сетчатки глаза, причём более центральные места сетчатки и жёлтое пятно связаны с более задними затылочными частями зрительной области мозга, чем краевые участки. Так как каждая точка предмета рисуется на определённом участке сетчатки, то очевидно, что каждая точка видимого предмета будет отображаться на вполне определённой части коры головного мозга. На рисунке 16 показано примерное соответствие отдельных участков мозговой коры определённым участкам правой половины поля зрения.


Рис. 16. Рисунок, показывающий, к каким участкам коры головного мозга приходят сигналы по нервным волокнам от тех или иных точек рассматриваемого предмета, находящегося в правой половине поля зрения

Это соответствие было установлено в результате наблюдения ряда случаев повреждений мозга — путём сопоставления этих повреждений со связанными с ними определёнными расстройствами зрения.

Каррикатурная фигурка человека, нарисованная на поверхности задней доли левого полушария, изображает приблизительно размеры и расположение контролируемых мозгом участков правой половины поля зрения, в которой глаза наблюдают человека.

Лицо этого человека, находящееся в центре поля зрения, воспринимается наиболее задней, затылочной частью зрительной области мозга, занимающей большую область мозговой коры.

Другие части тела человека, видимые не в центре поля зрения, отображаются соответственно другими участками коры мозга и занимают область вдоль борозды «птичьей шпоры» уже меньшую.

Таким образом, мы можем сказать, что конечным аппаратом нашего органа зрения является кора головного мозга, где и возникают зрительные представления о предметах.


Глаз как фотографический аппарат


И так, мы видели, как устроен наш глаз. Познакомимся теперь с тем, как он видит.

Устройство нашего глаза часто сравнивают с устройством фотографического аппарата.

Когда фотограф желает получить хороший фотографический снимок, он прежде всего добивается чёткого изображения снимаемого предмета на фотографической пластинке. Такое изображение на фотопластинке получается в том случае, если оно, как говорят, сфокусировано, то-есть находится в фокусе. В этом случае лучи, идущие от каждой точки фотографируемого предмета, после преломления в линзах объектива фотоаппарата сходятся снова в точке как раз в том месте, где находится фотографическая пластинка. Иными словами, фотопластинка располагается в фокусе объектива. После этого, для получения хорошей яркости фотографируемого предмета фотограф уменьшает или увеличивает площадь действующего отверстия объектива в зависимости от освещённости предмета. Наконец, он подбирает соответствующую по чувствительности пластинку.

В некотором смысле и глаз выполняет то же самое, причём всю эту работу глаз совершает автоматически. Хрусталик глаза, как и объектив фотоаппарата, преломляет падающие на него лучи от предмета и собирает их в фокусе. При этом, если предмет находится на значительном расстоянии от глаза, например на расстоянии 6 метров или далее, то чёткое изображение предмета рисуется хрусталиком точно на поверхности сетчатки (см. рис. 7). Однако если предмет располагается ближе к глазу, то его чёткое изображение уже не совпадёт с сетчаткой: оно находится уже за сетчаткой. Чтобы получить чёткое изображение таких предметов на фотопластинке, фотограф выдвигает несколько вперёд объектив аппарата и таким образом фокусирует изображение предмета.

Наш глаз, однако, является жёстким, не эластичным; глазное яблоко не может удлиняться или укорачиваться для фокусирования изображений на поверхности сетчатки. Поэтому фокусирование изображения в глазу производится иначе — путём изменения кривизны хрусталика, который обладает гибкостью, эластичностью. Известно, что чем большую кривизну поверхностей имеет линза, тем ближе к ней собираются в фокус падающие на неё лучи. В нашем глазу, когда мы рассматриваем близкие предметы, хрусталик автоматически, благодаря своей гибкости, эластичности, увеличивает кривизну своих поверхностей. Такое изменение кривизны хрусталика называется аккомодацией. Таким образом, аккомодация хрусталика позволяет получать чёткие изображения близких предметов на сетчатке глаза, а не за ней.

Далее. Известно, что когда мы смотрим на яркий предмет, отверстие зрачка нашего глаза непроизвольно уменьшается. Наоборот, когда мы рассматриваем слабо освещённые предметы, зрачок увеличивается. Это сходно с уменьшением и увеличением площади отверстия фотографического объектива.

Наконец, в зависимости от яркости освещения в глазу вступает в действие соответствующий световоспринимающий аппарат сетчатки. Днём, при достаточно ярком освещении предметов, глаз пользуется колбочковой светоощущающей системой сетчатки; она позволяет видеть окружающие нас предметы в их естественных цветах. В сумерки глаз пользуется палочковым аппаратом, который во много раз превосходит по чувствительности колбочковую систему. К тому же глаз может приспосабливаться к наблюдению ярких и тёмных предметов. Изменение чувствительности сетчатки, возможно, достигается частично с помощью прикрывания палочек и колбочек пигментными клетками; при сильном освещении сетчатки они поднимаются и прикрывают нижние части колбочек и палочек.

Приспособленность сетчатки глаза к наблюдению ярких или тёмных предметов называют адаптацией глаза (к свету или к темноте).

Так же, как и в фотографическом аппарате, изображения на сетчатке глаза получаются перевёрнутыми.

Происходит это потому, что лучи, идущие от верхних частей предмета, оказываются внизу сетчатки, а лучи, идущие от нижней части предмета, оказываются вверху сетчатки (см. рис. 7). Подобным же образом лучи, падающие справа, пойдут налево, а падающие слева пойдут направо.

Люди, впервые знакомящиеся с устройством глаза, часто недоумевают, как это получается так, что изображение на сетчатке глаза перевёрнуто вверх ногами, а видим мы все предметы правильно. Но ведь изображение, получающееся на сетчатке, мы не рассматриваем со стороны! Воспринимает изображение наш мозг, а в нём вырабатывается привычка оценивать это изображение совершенно правильно.

Свет, действующий на колбочки или палочки, вызывает в них химические превращения. Благодаря этому в нервном волокне, соединяющем светоощущающие клетки глаза с мозгом, возникают электрические явления. Всё время, пока свет действует на клетки, по нервному волокну к мозгу бегут электрические сигналы. Чем ярче отдельные места предмета, тем больше освещены соответствующие колбочки или палочки и тем чаще бегут от них сигналы. Эти сигналы раздражают определённые участки мозга и дают нам зрительный образ предмета.

На рисунке 17 графически изображены эти электрические сигналы, возникающие в нервных волокнах освещённого глаза. Исследование производилось особым прибором — микрозондом, который вводился внутрь глаза кошки. Такие же электрические импульсы обнаружены, например, у рыб и птиц. Чем ярче освещение глаза, тем чаще бегут эти импульсы; в темноте они прекращаются.


Рис. 17. Электрические сигналы (импульсы) в отдельных волокнах зрительного нерва кошки. Поперечные чёрточки означают зарегистрированные электрические импульсы. Частые сигналы зарегистрированы при ярком свете. В темноте сигналы отсутствуют.

Так как каждый участок коры головного мозга знает благодаря опыту, откуда к нему пришёл сигнал, то этого оказывается достаточно, чтобы в нашем сознании возникало правильное представление о рассматриваемых предметах.


Рис. 18. Фотографии изображений, запечатлевшихся на сетчатке в мёртвом глазу

Как уже было сказано, действие света на клетки сетчатки вызывает в них химические превращения. Что это за превращения? В наружных члениках палочек есть очень чувствительное к свету вещество — зрительный пурпур. И вот, когда на палочки падает свет, пурпур постепенно разлагается и обесцвечивается. Если свет действует на глаз долго, то он разлагает большие количества зрительного пурпура. В живом глазу обесцветившийся пурпур восстанавливается питательными веществами, которые приносит кровь. Но в мёртвом глазу те места сетчатки, которые подверглись освещению, сохраняют обесцветившийся зрительный пурпур. Благодаря этому на сетчатке мёртвого глаза может быть запечатлено изображение находящегося перед глазом предмета. Это изображение очень напоминает обычный фотоснимок. На рисунке 18 приведены фотографии таких изображений, созданных на сетчатке глаза разложившимся зрительным пурпуром.


Достоинства оптической системы глаза и острота зрения


С помощью простой выпуклой линзы можно получить сфокусированное изображение предмета так, как это было показано на рисунке 7. В глазу роль линзы, как мы уже знаем, выполняет хрусталик. Однако простая линза не позволяет получать достаточно чёткое изображение предмета. Получить изображение предмета высокого качества можно с помощью более сложных оптических систем, составленных, например, из нескольких разных линз. Такую систему представляет, в частности, современный фотографический объектив.

Взглянем на достоинства и недостатки оптической системы нашего глаза.

Один из крупнейших учёных прошлого века, Гельмгольц, изучавший глаз, однажды заявил: «если бы оптик пытался продать мне инструмент, в котором оказались бы недостатки, присущие глазу, то я считал бы себя вправе высказать ему в самых резких выражениях порицание за такую небрежную работу и вернуть ему инструмент с протестом».

Действительно, если рассматривать глаз как оптический прибор, в нём можно найти ряд недостатков. Эти недостатки в первую очередь относятся к хрусталику. Хрусталик не может дать чётко всего изображения рассматриваемого предмета на сетчатке. Когда мы говорим о пути лучей через хрусталик, мы безоговорочно принимаем, что изображение какой-нибудь одной точки предмета рисуется на сетчатке тоже одной точкой. На самом деле это верно только для тех участков предмета, свет от которых идёт через центр хрусталика. Тогда лучи действительно собираются на сетчатке в одну точку. Но лучи, проходящие через хрусталик на разных расстояниях от центра, преломляются неодинаково с центральными, и поэтому все они не могут собраться в одной и той же точке. Одни из них дают изображение точки за сетчаткой, а другие — впереди. Такие лучи дают на сетчатке кружки рассеяния, которые делают изображение расплывчатым. Это явление называют сферической аберрацией (сфера—шар, аберрация—отклонение).

Второй недостаток, более заметный, связан с тем, что различного цвета лучи, как известно, преломляются по- разному. Белый свет, состоящий из лучей разных цветов, проходя через хрусталик, расщепляется на составные лучи. И так как фиолетовые и синие лучи преломляются сильнее остальных, они собираются впереди сетчатки, а красные и оранжевые, как менее преломляющиеся, — за сетчаткой. Поэтому на сетчатке вместо белой точки получается кружок с радужными каёмками. Это — так называемая хроматическая, то-есть цветная, аберрация.

У современных фотографических объективов эти недостатки — аберрации — искусно исправляются, у глаза же природа оставила их неисправленными.

Но здесь не надо забывать о том, что глаз — не физический прибор, а живой орган. Мы не замечаем этих недостатков! Чем это объясняется? Может быть, наш глаз просто не способен различать маленькие кружки рассеяния и цветную кайму? Нет. Наш глаз обладает очень большой остротой зрения: на расстоянии в 10 метров нормальный глаз различает две точки, отстоящие друг от друга всего лишь на 3 миллиметра. А нередко встречаются люди и с ещё большей остротой зрения. Известно также, что при особенно благоприятных условиях (освещение, фон) острота зрения может увеличиться в 5—6 раз по сравнению с нормальной. Таким образом, глаз, конечно, мог бы заметить недостатки изображения, вызванные аберрацией.

Почему же мы не видим ни цветной каймы, ни кружков рассеяния? Отчасти это может быть объяснено так.

Аберрации особенно заметны при ярком свете. Но мы знаем, что при достаточно сильном освещении зрачок суживается и пропускает свет только через участки хрусталика, близкие к центру. А вблизи центра лучи преломляются слабо; поэтому почти все они собираются на сетчатке, а в этом случае кружки рассеяния и радужные каёмки очень малы.

Вы можете спросить, а как же в сумерках? Ведь при слабом свете зрачок расширен? В этом случае, хотя и получается размытое, неясное изображение, мы уже неспособны различить ни кружков рассеяния, ни каёмок. На эти особенности сумеречного зрения впервые обратил внимание великий русский учёный М. В. Ломоносов. Однако только совсем недавно академик С. И. Вавилов показал, почему при сумеречноночном зрении аберрации глаза несущественны.

Дело в том, что палочки, которыми пользуется глаз при слабом свете, не чувствительны к цвету лучей и поэтому не могут заметить хроматической аберрации. К тому же они соединены большими группами — по 100 и больше на одном нервном волокне; вследствие этого кружок рассеяния, по величине не превосходящий такого объединения палочек, воспринимается ими так, как если б это был не кружок, а маленькая светящаяся точка.

Правда, мы можем специальными опытами обнаружить и хроматическую и сферическую аберрации глаза. Прикройте, например, чем-нибудь непрозрачным правую половину зрачка и посмотрите из комнаты на оконную раму или просто на чёрную полосу на белом фоне. С левой стороны рамы будет оранжевая кайма, а с правой — синеватая. Это — результат хроматической аберрации.

А вот опыт, доказывающий сферическую аберрацию. Если вы будете держать чёрную нитку перед ярким пламенем, она вам покажется разорванной. Кружки рассеяния света охватывают с обеих сторон нить и делают её невидимой.

Нетрудно проверить и уменьшение сферической аберрации при суженном зрачке. Придвиньте какую-нибудь раскрытую книгу к глазам настолько, чтобы буквы расплывались. Если теперь посмотреть на строчки через маленький искусственный зрачок — близко приставленную к глазу бумажку с дырочкой приблизительно в 1—2 миллиметра, — сферическая аберрация уменьшится, и вы легко прочтёте слова.

Итак, нужно создать какие-то специальные условия для того, чтобы заметить аберрации, уловить эти постоянные ошибки глаза.

Объяснить вполне, почему обычно глаз не замечает этих отклонений, мы ещё не можем. Вероятная причина этого кроется в удивительной способности нашего мозга исключать из сознания ошибки зрительного аппарата.

Ни один фотографический аппарат с самой совершенной оптикой, которую может создать современная техника, не даёт возможности получить такого ясного и чёткого изображения предмета, какое непосредственно видит наш глаз! Если с помощью микроскопа мы и можем увидеть недоступный прямому наблюдению мир крошечных существ или с помощью телескопа — невидимые невооружённому глазу далёкие звёздные миры, тем не менее, смотря в микроскоп или телескоп непосредственно глазом, мы всегда замечаем такие подробности, которые исчезают на фотоснимках, сделанных с помощью тех же приборов.

Таким образом, несмотря на справедливость слов, сказанных Гельмгольцем, мы можем с полным правом говорить об исключительных достоинствах нашего органа зрения. 


Для чего бывают нужны очки?


Глаза человека могут сохранять способность нормально видеть до глубокой старости. Но в некоторых случаях происходит нарушение работы глаза и ухудшение зрения. Чаще всего виновником ухудшения зрения является хрусталик.


Рис. 19. Схема хода лучей от далёкого предмета: а — в нормальном глазу; б—в близоруком глазу; в — в дальнозорком глазу. (Ф — фокус, в котором собираются лучи после их преломления в глазу.)

С течением времени он теряет свою эластичность и частично перестаёт изменять свою выпуклость. Это приводит к тому, что глаз теряет способность аккомодировать, то-есть оказывается не в состоянии хорошо видеть близкие предметы, становится дальнозорким. Чёткое изображение от близких предметов рисуется в нормальном глазу так, как изображено на рисунке 19, а, а у дальнозоркого глаза рисуется за сетчаткой (рис. 19, в). Чтобы исправить этот недостаток, надо помочь хрусталику придвинуть получаемое изображение к сетчатке. Такую помощь оказывает ему двояковыпуклая собирательная линза, как бы дополняющая недостающую хрусталику кривизну. Поэтому для рассматривания близких предметов дальнозоркие люди и пользуются очками с двояковыпуклыми стёклами.

У людей, страдающих близорукостью, наоборот, изображение близких предметов рисуется как раз на сетчатке, а удалённых — впереди сетчатки (рис. 19, б). Чтобы исправить этот недостаток, надо поместить перед глазом рассеивающую, вогнутую, линзу. Такая линза переносит изображение далёких предметов на сетчатку. Значит, близорукие люди при наблюдении удалённых предметов должны пользоваться очками с рассеивающими, вогнутыми, стёклами.

У некоторых людей, в особенности у стариков, хрусталик иногда совсем теряет способность изменять кривизну. В таких случаях приходится иметь одни очки с вогнутыми стёклами для наблюдения далёких предметов и другие — с выпуклыми стёклами — для чтения или рассматривания близких предметов. Чтобы не пользоваться двумя парами очков, нередко делают в одних и тех же очках двойные стёкла. Верхняя часть стекла имеет одну выпуклость для рассматривания далёких предметов, а нижняя часть стекла — другую — для рассматривания близких предметов и для чтения. Такие очки называются бифокальными — они изображены на рисунке 20.


Рис. 20. Современный тип бифокальных очков, позволяющих через верхнюю половину смотреть на далёкие предметы, а через нижнюю половину — на близкие предметы

Одним из распространённых недостатков глаз, также требующих исправления при помощи очков, является так называемый астигматизм. Человек, страдающий им,

видит чётко, например, вертикальные линии, а горизонтальные линии видит нерезко, или наоборот. Происходит это большей частью от того, что роговица теряет правильную шаровую форму, и её кривизна в различных направлениях оказывается различной.


Рис. 21. Рисунок, позволяющий проверить наличие астигматизма у глаза. Если у вас есть астигматизм, одна из букв будет казаться вам более черной, чем другие, если смотреть на рисунок одним глазом

В наличии или отсутствии астигматизма можно убедиться, если посмотреть одним глазом с расстояния в 20—25 сантиметров на рисунок 21. Если у вас есть астигматизм, одни буквы будут казаться вам более чёрными, чем другие. При повороте книги более чёрной станет другая буква.

Исправляют астигматизм глаза при помощи очков с цилиндрическими стёклами.

Вследствие ранений и травм, а также от ряда глазных заболеваний в сетчатке иногда происходят болезненные изменения, вызывающие общее ослабление зрения. Острота зрения таких глаз может быть повышена применением специальных очков, дающих на сетчатке увеличенные изображения. Эти очки называются телескопическими очками; они несколько напоминают театральные бинокли. Оригинальная система лёгких зеркальных телескопических очков, дающих большие увеличения, разработана советским учёным проф. Д. Д. Максутовым. Такие очки изображены на рисунке 22.


Рис. 22. Зеркальные телескопические очки Максутова, заменяющие бинокль

При сильном ослаблении зрения вместо телескопических очков применяют телескопические лупы.

В последнее время появился новый тип очков, так называемые контактные очковые линзы (рис. 23).


Рис. 23. Контактные очковые линзы, надеваемые под веко непосредственно на глазное яблоко

Они надеваются под веко прямо на глазное яблоко и движутся вместе с глазом. Контактные очковые линзы не требуют никакой оправы, не запотевают и невидимы для постороннего глаза. Поэтому они особенно ценны для певцов и актёров, выступающих на сцене, для спортсменов и в ряде других случаев, когда применение обычных очков невозможно.

Кроме того, существуют ещё так называемые растровые— дырчатые — очки (рис. 24), состоящие из сетки или из ряда отверстий с отдельными мелкими линзочками. Они служат для увеличения резкости наблюдаемых далёких предметов.


Рис. 24. Растровые (дырчатые) очки, позволяющие увеличивать резкость изображения далёких предметов

В некоторых случаях применяют очки с цветными стёклами, тёмными дымчатыми стёклами и другие. Применение очков с цветными стёклами позволяет легче обнаруживать замаскированные предметы.

Изложенным здесь применение очков далеко не исчерпывается. Мы хотели только показать, сколь обширно может быть применение искусственных приспособлений для улучшения работы глаза.


Зрение днём и ночью


Чувствительность нашего глаза к свету чрезвычайно велика. Достаточно сказать, что в условиях полной темноты и при отсутствии атмосферных помех (тумана, дождя, снега, пыли) человек может заметить свет от свечи, удалённой от него на расстояние в 30 километров!

Чувствительность глаза во много раз превосходит чувствительность современных фотографических пластинок и приборов, регистрирующих свет. Однако такой огромной чувствительностью к свету глаз начинает обладать только после того, как он значительное время (около одного часа) перед этим находился в темноте. Если же человек сразу из ярко освещённого помещения попадает в тёмное, то его глаза первое время ничего не различают. Лишь постепенно перед глазами начинают вырисовываться слабо освещённые предметы. Такое приспособление глаза называется, как мы уже говорили, адаптацией к темноте.

Человек теряет способность хорошо различать предметы также и при выходе из тёмного помещения на открытое место, ярко освещённое солнцем.

Солнечный свет оказывает в этом случае слепящее действие на глаза; требуется некоторое время, чтобы глаз смог привыкнуть к яркому освещению.

Приспособление глаза к наблюдению ярко освещённых предметов называется адаптацией к свету.

При адаптации к свету чувствительность глаза уменьшается, а при адаптации к темноте — увеличивается и иногда может возрасти в 200 тысяч раз! Адаптация к темноте достигается отчасти за счёт увеличения отверстия зрачка, а главным образом, за счёт увеличения чувствительности самой сетчатки.



Рис. 25. Поднимание пигментных клеток при ярком освещении глаза: а — пигментные клетки опущены; б — подняты

Как мы уже говорили, палочки и колбочки могут защищаться от яркого освещения поднимающимися со дна глаза чёрными клетками; это изображено на рисунке 25. Эти чёрные клетки как бы загораживают от света значительную часть поверхности палочек и колбочек и поглощают лишний слепящий свет. Но они поднимаются со дна глаза не мгновенно, и поэтому в первые моменты на ярком солнце мы видим плохо. При уменьшении яркости рассматриваемых предметов чёрные клетки опускаются.

Так как палочки во много раз более чувствительны, чем колбочки, то, как уже говорилось, в сумерках, при слабом освещении, воспринимающим аппаратом являются исключительно палочки, а колбочки из процесса зрения выключаются. Но для нормальной работы в сумерках палочкового аппарата требуется восстановление его светочувствительного вещества — зрительного пурпура, легко обесцвечивающегося под действием яркого света. Восстановление зрительного пурпура в глазу идёт около часа. Этим и объясняется медленная адаптация глаза к темноте.

В сумерках глаз теряет остроту зрения, так как область самого отчётливого видения, состоящая из колбочек, — жёлтое пятно, оказывается неработающей. А палочки не способны точно различать подробности предмета. Ведь с одним и тем же нервным волоконцем соединено около ста палочек, и лучи от различных точек предмета, падая на эту группу палочек и возбуждая только одно нервное волокно, не могут восприниматься мозгом раздельно.

Кроме того, глаз в сумерках перестаёт различать цвета. На этот счёт существует даже народная пословица: «Ночью все кошки серы». И это действительно так. Происходит это потому, что палочки не различают цветных оттенков. Они чувствительны в основном к синим лучам и лишь в небольшой степени к остальным.

А колбочки чувствительны ко всем лучам и особенно к жёлто-зелёным. Этим и объясняется, что при уменьшении яркости освещения красный цвет «темнеет» быстрее, чем синий. При дневном свете красный мак кажется нам более светлым, чем василёк. В сумерках же, напротив, василёк кажется светлее мака.

Если в организме человека недостаточно витамина А, который участвует в восстановлении зрительного пурпура, — работа палочкового аппарата нарушается. В этом случае человек днём видит хорошо, а в сумерках совсем перестаёт видеть. Такое расстройство зрения в обыденной жизни называют «куриной слепотой».

«Куриная слепота» наглядно подтверждает существование двух светоощущающих аппаратов нашего глаза: дневного — колбочкового и ночного — палочкового.


Как глаз различает цвета


Все видимые нами лучи света имеют одну и ту же природу. Любое световое излучение — это электромагнитные колебания такого же характера, как радиоволны, посылаемые радиостанциями.

Видимый свет отличается от радиоволн лишь длиной волны.

Глаз человека способен видеть только те электромагнитные волны, длина которых находится в пределах от 380 до 780 миллионных долей миллиметра, хотя в известных условиях глаз может различать лучи с ещё более короткими и более длинными волнами.

Разные по длине волны световые лучи воспринимаются нашим глазом как различно окрашенные: лучи с наиболее длинными волнами представляются нам красными, а с наиболее короткими — фиолетовыми. Длины волн различных видимых цветных лучей приблизительно такие (длины волн даны в миллионных долях миллиметра, то-есть в миллимикронах):

фиолетовые лучи — 380—450, жёлто-зелёные — 550—575, синие лучи — 450—480, жёлтые лучи — 575—585, голубые лучи— 480—510, оранжевые лучи — 585—620, зелёные лучи— 510—550, красные лучи— 620—780.

Белый свет представляет собой смешение этих цветных лучей.

Путём смешения лучей различных цветов можно получать очень большое количество оттенков; так, смешивая красные и синие лучи, можно получить пурпурный цвет; смешивая красные и зелёные лучи, можно получить жёлтые или почти белые лучи.

Для смешения цветных лучей их отбрасывают на экран, налагая друг на друга, или пользуются простым прибором, изображённым на рисунке 26. Этот прибор представляет собой диск, в который вставлены цветные полосы бумаги. При быстром вращении диска цвета, составляющие диск, сливаются для глаза в один общий цветной тон.


Рис. 26. Прибор-вертушка для смешения цветов. Такая вертушка была описана еще в «Оптике» Птоломея 1800 лет тому назад. Если диск раскрасить по секторам в три цвета: красный, зелёный, синий, то при быстром вращении диска цвета отдельных секторов смешиваются в один общий — серый тон

Смешение цветных лучей не следует путать со смешением красок. Законы смешения красок по целому ряду причин другие, чем законы смешения цветных лучей. Для примера можно указать хотя бы на то, что при смешении жёлтой и синей красок обычно получают зелёную краску, а при смешении жёлтых и синих лучей — жёлтый или белый цвет.

Как же наш глаз различает цвета?

Трудно предположить, что светоощущающий аппарат глаза способен различать все цветные лучи порознь. Такой аппарат должен был бы быть очень сложным, да и в глазу он не найден.

Установить, каким образом глаз различает цветные лучи, пока ещё точно не удалось. Для объяснения этого предложено несколько теорий цветного зрения.

Одной из наиболее распространённых и хорошо согласующихся с опытом теорий является теория, основные идеи которой были высказаны ещё М. В. Ломоносовым в 1767 году в речи «О происхождении цветов». По этой теории, развитой далее академиком П. П. Лазаревым, дневной светоощущающий аппарат нашего глаза, то-есть

колбочки, имеет три различающихся по своему составу химических вещества, чувствительных к свету, как зрительный пурпур палочек. При этом одно вещество чувствительно главным образом к красным лучам, другое наиболее чувствительно к зелёным лучам и третье вещество чувствительно в основном к сине-фиолетовым лучам. Чувствительность этих веществ к различным лучам света схематически показана на рисунке 27.


Рис. 27. Схема зрительного раздражения трёх родов нервных окончаний при цветном зрении: к— красноощущающие волокна; з — зелёноощущающие волокна; с — синеощущающие волокна. При воздействии разных лучей света светочувствительное вещество в различных волокнах возбуждается в различной степени

Горизонтальные линии к, з и с изображают красноощущающие, зелёно- и синеощущающие вещества. Перпендикуляры на них обозначают степень возбуждения светом этих веществ, то-есть чем сильнее возбуждается данное вещество, тем более длинным перпендикуляром это возбуждение изображается. Предполагается, что каждое из этих веществ содержится раздельно в различных колбочках сетчатки (пока таких веществ ещё не найдено в глазу, но поиски их ведутся).

При освещении глаза красными лучами сильно возбуждаются красноощущающие волокна (к), дающие ощущение красного цвета, и почти не возбуждаются волокна других видов (з и с). При освещении глаза оранжевым светом сильно возбуждаются красноощущающие волокна (к) и возбуждаются зелёноощущающие волокна (з). При освещении жёлтым светом возбуждаются красноощущающие волокна (к) и в большой степени возбуждаются зелёноощущающие волокна (з). При действии на глаз зелёных лучей зелёноощущающие волокна (з) возбуждаются ещё сильнее, а красноощущающие (к) возбуждаются в меньшей мере. При действии голубых лучей возбуждаются в некоторой степени синеощущающие волокна (с), а также зелёноощущающие и красноощущающие волокна (з и к). При действии синих лучей возбуждаются наиболее сильно синеощущающие волокна (с). При действии фиолетовых лучей возбуждаются волокна синеощущающие (с) и красноощущающие (к).

Белый свет, представляющий смесь лучей разных цветов, возбуждает в равной мере волокна всех трёх родов, что и даёт нам ощущение белого цвета.

Таким образом, легко заметить, что по этой теории ощущения различных цветных оттенков получаются благодаря различной степени возбуждения указанных трёх сортов светочувствительных волокон — колбочек.

Эта теория цветного зрения хорошо подтверждается опытами по смешению цветов. Действуя на глаз комбинацией различных цветных лучей, можно заранее предположить, какие волокна будут ими возбуждаться и какой цвет будет видеть глаз. И оказывается, что глаз ощущает именно тот цвет, который предсказывается теорией.

Более того, теория показывает, что глаз в соответствующих условиях может ощущать основные цвета более яркими, чем они есть на самом деле. Если бы удалось возбудить, например, только одно красноощущающее волокно, совсем не возбуждая при этом зелёноощущающего и синеощущающего, то мы, вероятно, увидели бы красный цвет очень ярким. И действительно, такой пересыщенный красный цвет мы при некоторых условиях можем увидеть. Если очень долго смотреть на зелёное поле, то зелёноощущающие и синеощущающие волокна окажутся как бы утомлёнными длительным возбуждением; светочувствительные вещества, с помощью которых мы воспринимаем зелёные и синие лучи, в этих волокнах под действием света изменятся, и чувствительность глаза к этим лучам упадёт. И вот, если после такого продолжительного возбуждения мы посмотрим на красный цвет, он покажется нам более ярким, чем обычно. Таким образом, мы искусственно увеличиваем его красноту.

Такие цвета, ощущение которых мы можем создавать, искусственно возбуждая один из наших цветоощущающих аппаратов (т. е. один род колбочек), называются пересыщенными.

Трёхцветная теория доказывает, что любой видимый глазом цвет может быть создан сочетанием трёх основных цветов.

И действительно, смешением лучей основных цветов: красного, зелёного и сине-фиолетового, можно получать почти всё разнообразие цветных оттенков, видимых глазом.

Эта особенность глаза широко используется в современной технике для получения цветных изображений, например в цветном кино, в полиграфии и т. д.


Цветная слепота


При слабом освещении человек перестаёт различать цвета. Происходит это потому, что колбочки на слабый свет не реагируют, а палочки не различают цветных оттенков. При усилении яркости освещения глазу вновь возвращается способность различать цвета. Однако бывают случаи, когда глаз неспособен различать цвета даже при ярком освещении.

Как это может получаться?

Предположим, что колбочки, чувствительные к красному цвету, окажутся чувствительными также и к зелёному. Ясно, что глаз такого человека не будет отличать красный цвет от зелёного; он будет путать его с жёлтым и зелёным. Такой человек окажется цветнослепым.

Люди, страдающие цветной слепотой, встречаются нередко. Но обнаружить этот недостаток не всегда легко. Человек привыкает называть цвета предметов общепринятыми названиями, но всё же может их путать. Так, например, вышивальщица, страдающая слепотой на красный цвет, может вышить розу зелёными нитками, а листья — красными.

Цветная слепота — недостаток обычно прирождённый, передающийся по наследству. Им страдают до 6—7 процентов мужчин; у женщин цветная слепота встречается редко.

Случай собственной цветной слепоты был впервые подробно описан известным химиком Дальтоном. Поэтому цветную слепоту иногда называют по его имени — дальтонизмом.

Хотя Дальтон страдал резко выраженной цветной слепотой, он убедился в недостатке своего зрения только в возрасте 26 лет. Дальтон обратил внимание на то, что цветок герани, который казался всем розовым, ему представлялся днём голубым, а вечером, при свечах, красным. Все друзья уверяли его, что они не видят никакой бросающейся в глаза разницы в цвете герани днём и вечером. Это наблюдение побудило Дальтона изучить особенности своего зрения, и он нашёл, что красный, оранжевый, жёлтый и зелёный цвета казались ему почти одинаковыми: все их он называл жёлтыми. Зато он мог хорошо различать и правильно называл синий и фиолетовый цвета. Дальтон говорил, что кровь казалась ему бутылочно-зелёного цвета, а трава — почти красной. Лавровый лист прекрасно подходил по цвету к палочке красного сургуча.

Трудно представить, как Дальтон, страдавший столь резко выраженной цветной слепотой, не обнаружил её раньше 26-летнего возраста. Возможно, это было следствием нашей способности не обращать внимания на то, что привычно. Цветнослепой часто может думать, что он прав, а окружающие ошибаются.

Известны случаи, когда даже художники не замечают, что они страдают цветной слепотой. Картины таких художников отличаются чрезвычайной разноцветностью.

Для многих профессий цветная слепота не является крупным недостатком. Другое дело, если такой слепотой страдает машинист на железной дороге или лоцман корабля, которым крайне важно резко отличать красный цвет сигнала от зелёного, чтобы знать об опасности на пути. В этих случаях цветная слепота грозит серьёзной катастрофой.

Чтобы предотвратить такие случаи, сейчас на всех железных дорогах, на речном и морском транспорте производится специальное обследование всех поступающих на работу машинистов, лоцманов, сигнальщиков с целью проверки их цветного зрения.

В настоящее время цветную слепоту можно определить достаточно точно. Чаще всего для обнаружения её пользуются рассматриванием специальных цветных таблиц, Такие таблицы у нас разработаны проф. Рабкиным.


Как глаз различает форму и оценивает расстояние


Глаз позволяет нам определить форму и расположение предметов в пространстве. «На-глаз» мы можем оценить приблизительно и расстояние до предмета.

Как это происходит?

Отчасти в определении расстояния до предмета помогает нам аккомодация. Дело в том, что изменение выпуклости хрусталика связано с некоторым его напряжением. Если вы попытаетесь прочитать строку в этой книге, приблизив её сантиметров на 10 к глазу, хрусталик должен при этом настолько увеличить кривизну, что напряжение его мышц станет заметно для вас по чувству лёгкой боли. Вот это напряжение и помогает нашему сознанию определить расстояние до предмета. Помогают здесь также и жизненный опыт, и различные косвенные признаки, позволяющие судить об относительной удалённости наблюдаемых предметов. Так, мы знаем, что передние предметы загораживают более удалённые, что далеко стоящий человек кажется нам меньше ростом и т. д.

Однако наибольшее значение в оценке пространственного расположения предметов имеет зрение двумя глазами. Глядя одним глазом, мы затрудняемся, например, продеть нитку в игольное ушко, а смотря двумя глазами, мы выполняем это легко.

Зрение двумя глазами позволяет легче определять и форму рассматриваемых предметов.

Наблюдая один и тот же предмет двумя глазами, мы немного их скашиваем. Такое скашивание называется конвергенцией глаз; оно вызывается некоторыми усилиями глазных мышц. Эти усилия бессознательно воспринимаются нами и отчасти помогают судить о расстоянии до рассматриваемого предмета. Но главной причиной, создающей в нашем представлении форму предметов и картину расположения их в пространстве, при зрении двумя глазами, является то, что каждый наш глаз видит один и тот же предмет с несколько различной точки зрения.

Вид предмета для одного глаза представляется несколько отличным от вида этого предмета для другого глаза. На рисунке 28 показан вид стеклянного кубика, каким мы его видим правым и левым глазами. Оба изображения очень сходны друг с другом, но всё же, если внимательно их сравнить, то можно заметить, что они отличаются друг от друга.


Рис. 28. Вид стеклянного кубика, каким он представляется правому и левому глазам

Работа нашего сознания над слиянием обоих изображений в один образ предмета и создаёт представление об объёме, форме и расположении предмета в пространстве. Такое объёмное видение называется стереоскопическим (от греческих слов: «стерео» — объёмный, телесный и «скопео» — вижу). Если постараться левое изображение кубика на рисунке 28 разглядывать левым глазом, а правое — правым, скосив оба глаза, то мы увидим один образ, отличающийся большой рельефностью, объёмностью. Этот образ и есть стереоскопический.

Для облегчения такого раздельного рассматривания каждым глазом парных стереоскопических рисунков и фотографий существуют особые приборы — стереоскопы (рис. 29).


Рис. 29. Общий вид стереоскопа

Однако легко научиться рассматривать стереоскопические фотографии и рисунки и без стереоскопа.

В этом вам может помочь рисунок 30. Попробуйте всматриваться в этот рисунок, отодвинув его от себя на некоторое расстояние и несколько скосив глаза. Смотрите как бы вдаль между двумя кружками. При этом изображения чёрных кружков начинают как бы плыть навстречу друг другу, пока не соединятся в один общий кружок.


Рис. 30. Рисунок, помогающий научиться рассматривать стереоскопические рисунки непосредственно без стереоскопа

Правда, справа и слева от него будет видно ещё по одному кружку, но нужно смотреть на средний: он и будет слитным изображением правого и левого. Почти каждый человек в течение 10—15 минут может научиться так рассматривать рисунки.

После этой тренировки можно попытаться таким же образом рассматривать рисунок 28 или фигуры кристалла на рисунке 31, пока два изображения сольются в один рельефный образ. Благодаря тому, что один глаз видит грани кристалла чёрными, а другой — белыми, в нашем сознании возникает представление о металлическом блеске этого кристалла.


Рис. 31. Стереоскопический рисунок кристалла при его рассматривании в стереоскоп дает ощущение металлического блеска

Металлический блеск золота, серебра, блеск стекла, хрусталя, игра цветов алмаза и других камней создаются именно при стереоскопическом рассматривании изображений, которые для одного глаза представляются окрашенными в один цвет, а для другого глаза — в другой.

Законы стереоскопического видения находят сейчас применение при создании объёмных образов в кино и в фотографии. Всем зрителям, сидящим в стереоскопическом кино, дают возможность наблюдать «правое» и «левое» изображения раздельно каждым глазом. Это достигается с помощью особого экрана или других устройств, облегчающих условия для наблюдения каждого изображения своим глазом.


Зрительные иллюзии


До сих пор мы говорили об удивительной способности глаза получать совершенные изображения различно удалённых и различно освещённых предметов. Но мы не должны забывать о тех ошибках, которые иногда совершает глаз.

Слитное изображение отдельных картин в кино мы видим именно вследствие тех особенностей, которые присущи нашему зрительному аппарату. Смотря на последовательный ряд различных изображений, которые быстро чередуются на экране кинематографа, мы видим, будто эти изображения непрерывно и плавно переходят одно в другое. Это происходит потому, что наш глаз обладает некоторой зрительной памятью. След от воспринятого глазом изображения не исчезает сразу, а на некоторое время (около десятой доли секунды) остаётся в нашем сознании. Память сохраняет нам зрительный образ. Поэтому глаз не замечает быстрой смены отдельных изображений, а видит на экране непрерывное естественное движение. Мы также не замечаем и того, что экран не всё время ярко освещён, а в быстрой последовательности то освещается, то затемняется.

Глаз не видит и мигания наших электрических лампочек, питаемых переменным током; колебания яркости при этом происходят около 100 раз в секунду, и глаз не может различать отдельных вспышек света.

Наш мозг, сопоставляя зрительные ощущения с теми, которые ему дают остальные чувства и длительный опыт, выключает из сознания всё то, что мешает правильному восприятию. Слепое пятно, например, постоянно мешает нам видеть весь предмет, но мы этого никогда не замечаем, и только специальный опыт убеждает нас в его существовании. Мы не видим также и аберраций глаза, хотя они настолько велики, что должны были бы значительно ухудшать изображения рассматриваемых предметов.

Наш глаз обладает, как и остальные органы чувств, высокой степенью приспособляемости. Так, если у человека, употребляющего очки, треснет одно из стёкол, трещина будет мешать ему только в первое время, а затем глаз настолько привыкает к этой трещине, что просто перестаёт её замечать. Оборотной стороной этих свойств нашего глаза является то, что глаз легко может быть обманут и иногда, попадая в незнакомую обстановку, становится беспомощным.

Характерными примерами несоответствий между зрительным ощущением и действительной картиной являются так называемые зрительные иллюзии или оптические обманы. Глаз может совершить ошибку при определении расположения предмета в пространстве, при определении его формы, размеров и рельефа. Легко допустимы ошибки и в определении яркости и цвета предметов. Возможны также ошибки в определении движения предметов и т. д. Мы уже приводили примеры таких зрительных обманов в начале нашей книжки. Вот ещё несколько таких примеров.

Взгляните на рисунок. Что вы видите на этом рисунке — два профиля или вазу? Здесь борьба нашего сознания в определении фона и предмета мешает нам сделать определённое суждение о видимом.


Рис. 32. Обман зрения при определении размера фигур

На рис. 32 фигура мужчины кажется самой большой. На самом деле больше всех фигура идущей сзади девочки.

Если вы посмотрите одним глазом на рисунок 33, так, чтобы ваш глаз приблизительно находился в точке, где пересекаются мысленные продолжения изображённых линии, то вы увидите ряд булавок, словно воткнутых в бумагу. При лёгком перемещении рисунка из стороны в сторону булавки кажутся качающимися. Явлением светового контраста можно объяснить то, что на фигуре, изображённой на рисунке 34, в местах пересечения белых полос, видны появляющиеся и исчезающие сероватые пятнышки. Обратите внимание на цветной рисунок, приведённый на обложке нашей книжки внизу, и вы увидите такое же проявление цветного контраста.

Рис. 33. Зрительная иллюзия
«воткнутых булавок»
Рис. 34. Зрительная иллюзия серых пятен
на перекрещивании белых полос




Глаза надо беречь


Мы знаем теперь, каким тонким и сложным инструментом является наш глаз. Можно удивляться тому, как чётко и бесперебойно работает этот инструмент на протяжении всей нашей жизни. Современной технике ещё далеко до построения столь искусного и чувствительного прибора, как глаз человека.

Если небрежно относиться к инструменту, не беречь его, срок жизни инструмента, срок его точной работы может сильно сократиться. Так и наш глаз требует бережного отношения для того, чтобы его способность хорошо видеть сохранилась на долгий срок.

Прежде всего нужно достаточное и правильное освещение. Чем равномернее распределён свет, тем меньше утомляется глаз. Поэтому рассеянный свет солнца, дневное освещение, является самым совершенным. При искусственном освещении раздражение глаза может вызываться не только силой света, но и цветом его. Лучшим искусственным освещением можно считать появляющиеся сейчас новые, так называемые люминесцентные лампы, «лампы дневного света», которые дают равномерное и мягкое освещение.

Не менее важна забота и о мышечном аппарате глаза. Мышцы, изменяющие выпуклость хрусталика, мышцы, расширяющие и сужающие зрачок, и, наконец, мышцы, поворачивающие глазные яблоки, не должны чрезмерно напрягаться. Все предметы следует располагать на рабочем месте так, чтобы не было необходимости часто переводить взгляд с близко расположенных предметов на далёкие, и наоборот. Следует избегать присутствия на рабочем месте сильно отличающихся по яркости предметов. При работе с мелкими предметами полезно пользоваться лупой.

В случае обнаружения близорукости или дальнозоркости необходимо сразу же начать пользоваться очками, чтобы предотвратить дальнейшее развитие заболевания глаз*. Выбор очков должен делаться только врачом, потому что не всегда более всего подходят те очки, которые в данный момент дают самое ясное видение; часто зрение гибнет от ношения неподходящих очков.
_________
* На самом деле, возможно, это не самый лучший совет. Мы рекомендуем ознакомиться с книгой Вильямя Бейтса Улучшение зрения без очков по методу Бейтса (прим. per.)

При работе, где возможны поражения глаз, необходимы защитные очки. Очки, предохраняющие глаза от попадания инородных тел, бывают с бесцветными стёклами, а очки для защиты от яркого света, например у рабочих-автогенщиков, — с цветными — синими, чёрными.

Особенно опасны образования на тканях глаза опухолей. В случае заболевания глаз следует немедленно обращаться к врачу по глазным болезням.


Заключение


В этой книжке мы познакомились с основными сведениями об устройстве и работе нашего органа зрения — глаза. Мы узнали, что наш глаз является результатом длительного развития органа зрения. Мы узнали, что зрительный процесс не заканчивается в глазу — представление о видимой картине возникает в зрительных центрах нашего мозга, который является органом мышления.

Глаз даёт нам возможность получать самые подробные сведения об окружающем: узнавать о форме, о цвете предметов, о расположении их в пространстве, об их движении. Но наш глаз не лишён и недостатков, которые порой могут вводить нас в заблуждение. Однако человек всегда может разобраться в ошибках зрения. Благодаря своему высокоразвитому уму он видит в окружающей его природе значительно больше и подробнее того, что рисуется на сетчатке глаза хрусталиком. Наиболее ярко эту особенность человеческого глаза можно определить словами, сказанными Ф. Энгельсом: «Орлиный глаз видит значительно дальше человеческого глаза, но человеческий глаз замечает в вещах значительно больше, чем глаз орла».

Человек благодаря изобретённым им приборам сейчас способен видеть то, что невооружённый глаз никогда не смог бы увидеть. Микроскоп открывает ему двери в мир мельчайших организмов, а телескоп позволяет видеть далёкие звёздные миры. Наконец, человек в наше время использует для видения и такие лучи, к которым его глаз вообще не чувствителен. 50 лет назад, например, никто не думал о том, что когда-нибудь можно будет видеть, что находится внутри непрозрачных предметов. А теперь рентгеновские лучи дают нам возможность увидеть внутренние органы и скелет человека.

Другой пример: мы привыкли думать о том, что через густой туман и облака ничего увидеть нельзя. Однако теперь учёные нашли способ видеть и в тумане, и сквозь облака, и в ночном мраке. Такую сказочную услугу оказывают человеку лучи с более длинными, чем у видимого света, волнами — инфракрасные и другие лучи.

И, может быть, недалеко то время, когда появятся такие приборы, которые возвратят слепым возможность видеть мир. В нашей социалистической стране, где народ занят мирным созидательным трудом, нет никаких преград для творческой мысли и для воплощения в жизнь плодотворных научных идей.

Скачать брошюру: n_-valjus-kak-vidit-glaz-npb.djvu [2,29 Mb] (cкачиваний: 17)

Проф. Н. А. Валюс
1948


Напоследок заметка В. С. ФАРФЕЛЯ - доктора биологических наук:

Недавно мне задали вопрос: «Почему мышцы от упражнения становятся сильнее, а глаза — слабее?»

Вопрос, действительно, любопытный. Каждый ведь знает, какими крепкими и неутомимыми становятся мышцы от работы, от физических упражнений, от занятий спортом. И в то же время хорошо известно, что многие люди, которым приходится подолгу рассматривать мелкие предметы — смотреть в микроскоп, чинить часы, читать книги, жалуются на ослабление зрения и прибегают к помощи очков. Казалось бы, зрение у них от постоянного упражнения должно было окрепнуть, стать более острым, неутомимым, а получается наоборот. В чем здесь дело?

Задачу эту мы решим, если будем отличать упражнение, тренировку от перенапряжения, переутомления. Глаза, как и каждый орган, от упражнения развиваются и крепнут. Лишите человека надолго возможности видеть — поместите его на многие дни, недели, месяцы, годы в темное помещение, и зрение его ослабнет, он станет почти слепым, совсем как крот. Зато какое превосходное зрение у моряков и жителей степей; они постоянно упражняют свои глаза на смотрении вдаль, и глаза у них как у орла. Но не следует думать, что у человека, занимающегося рассматриванием близких предметов, глаза обязательно портятся. Наоборот, они могут совершенствоваться — правда, в одном лишь отношении: специально для смотрения вблизи, и человек, упражнявшийся в этом деле, различает такие мелкие детали, которых не различит человек неопытный. Ослабление же зрения происходит от перенапряжения глаз, от их утомления.

У великого ученого Мечникова глаза испортились не оттого, что он смотрел в микроскоп, а от того, что он просиживал за микроскопом многие часы подряд, смотрел целыми ночами, не давая отдыха своим глазам. От чтения книг глаза не портятся, но они портятся от чтения при скверном освещении, от чтения лежа, в неудобной позе, от ночного чтения.

Совершенно то же самое происходит и с мышцами. Если не давать отдыха мышцам, перенапрягать их, утомлять их непрерывно, заставлять их работать дни и ночи — они не разовьются, не окрепнут, а ослабнут. Каждый орган — будь то мышцы, будь то глаза — надо упражнять разумно, чередуя работу с отдыхом, давая покой после утомления, создавая благоприятные условия для работы — вот в чем секрет развития органов.

https://www.perunica.ru/nauka/9962-kak-vidit-glaz.html  



+4


Категория: Наука и Техника

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.