Определение глаз
Глаза – это органы животных, которые специально предназначены для зрения. Они могут быть такими же простыми, как белки или клетки, которые могут отличать свет от темноты – как «глаза», обнаруженные во многих микроорганизмах, – или они могут представлять собой сложные сборки линз, фильтров, чувствительных к свету тканей, нервов и опорных структур.
Большинство животных, включая людей, имеют сложные и узкоспециализированные зрительные системы. Разные животные нашли несколько разных способов собрать свет и использовать его для выполнения сложной визуальной обработки.
Млекопитающие, например, имеют одну линзу и сетчатку, которые собирают свет и превращают этот свет в информацию, которую головной мозг умею читать; у насекомых, с другой стороны, есть «сложные глаза», которые используют много отдельных линз, чтобы собирать свет и составлять мозаичный вид на мир.
Здесь мы сосредоточимся на деталях человеческого глаза.
Части глаза и функции
Глаз имеет много частей, которые работают вместе, чтобы улучшить зрение и защитить структуры, необходимые для зрения, от инфекции и травм. Эти части включают в себя:
Конъюнктива
Поверхность глаза и внутренних век покрыта прозрачной защитной мембраной, называемой «конъюнктива».
Отсюда и слово «конъюнктивит» – научное название «розовый глаз». Конъюнктивит означает просто «воспаление конъюнктивы».
Конъюнктива смазывается несколькими веществами, вырабатываемыми организмом, чтобы держать глаз в хорошем рабочем состоянии. Эти вещества, которые включают слизь, масла и водянистые решение, предохраняйте глаза от высыхания и защищайте от поверхностных раздражителей.
Склера
Склера также известна как «белый глаз». Это, как вы уже догадались, белая часть глаза, которая окружает радужную оболочку и зрачок.
Склера сама по себе не собирает визуальные данные. Вместо этого он действует как жесткая защитная мембрана для глазного яблока. Только внешняя часть склеры белая; внутренняя часть мембраны коричневого цвета и охватывает прозрачные внутренние камеры глаза, через которые проходит свет.
Роговица
Свет начинает свое путешествие в глаз, проходя через роговицу. Этот слой прозрачный ткань сидит сверху радужки и зрачка. Это помогает сфокусировать свет для получения четкого изображения на сетчатке и действует как дополнительный защитный слой для глаз.
Хотя роговица выглядит изогнутой, обычно это плоский лист одинаковой толщины. Округлая выпуклость – это передняя камера, о которой пойдет речь далее.
Роговицу можно увидеть на этой диаграмме:
Когда вы используете контактные линзы, эти линзы существенно увеличивают или изменяют форму роговицы, чтобы правильно фокусировать свет. Некоторые люди также подвергаются лазерной хирургии, чтобы изменить форму роговицы, чтобы лучше фокусировать свет.
Поскольку это такая ценная часть глаза, организм хочет знать, когда была повреждена роговица! По этой причине через него проходит много нервных волокон, и многие из них могут поцарапаться, поцарапаться, высохнуть или заразиться.
Потому что роговицы почти нет кровь сосуды в нем – они будут мешать прохождению света – заживление от травм может занять много времени, и может быть трудно бороться с инфекцией.
По этой причине люди, которые подозревают, что у них могут быть травмы глаз или инфекция, должны немедленно обратиться к врачу. Травмы и инфекции глаз могут навсегда повредить зрение, если их не лечить должным образом.
Передняя камера
Передняя камера глаза относится к небольшому карману жидкости, который лежит между роговицей и радужной оболочкой. Эта жидкость представляет собой «водный юмор», водный раствор, который помогает роговице и зрачку фокусировать свет.
Подобно фокусировке света через стакан с водой или сплошную прозрачную линзу, водный юмор помогает глазу формировать изображение, отражая свет с постоянной скоростью.
Водный юмор сделан из плазмы крови, используя специальный процесс фильтрации, который удаляет белки и другие примеси, которые могут помутить зрение.
Задняя камера
Задняя камера относится к камере, заполненной водной жидкостью, позади радужной оболочки и зрачка. Задняя камера находится между радужкой и линзой, что завершает работу по фокусировке света.
Это можно увидеть здесь:
Глаукома – состояние, которое приводит к постепенно ухудшающемуся зрению и, в конечном итоге, к слепоте, если ее не лечить, возникает, когда водная жидкость не может надлежащим образом стекать из передней и задней камер.
Когда водный юмор не может стечь, давление жидкости увеличивается до тех пор, пока не будут нанесены непоправимые повреждения частям глаза, необходимым для зрения.
Ирис
Радужная оболочка – это цветное кольцо вокруг зрачка. Разные люди имеют различное количество пигмента в их радужной оболочке, в результате чего цвет глаз варьируется от черного до очень бледного синего и зеленого.
Интересно, что на самом деле человеческий глаз не производит синий или зеленый пигмент. Все человеческие глаза имеют коричневый пигмент меланин, тот же самый пигмент, который содержится в нашем кожа, Но те с очень маленьким количеством меланина отражают много света, который рассеивается, поскольку это достигает поверхности глаза.
Свет, который рассеивается через прозрачное вещество, имеет тенденцию казаться синим, потому что больше прозрачной среды поглощает больше красных и зеленых длин волн, в то время как синий свет имеет тенденцию рассеиваться и отражаться. Это рассеяние синего света – это та же самая причина, по которой небо синее, вода в бассейнах выглядит синей, и та же причина, по которой ваши вены выглядят голубыми под вашей кожей, даже если они на самом деле темно-красные.
Зеленые глаза возникают, когда кто-то с очень небольшим количеством пигмента в их радужной оболочке – производя синий цвет посредством рассеяния – также производит желтый пигмент, который смешивается с синим цветом.
Радужка имеет сфинктер мускул, что позволяет ему расширяться или сжиматься, делая ученика больше или меньше. Это важно для контроля количества света, который получают наши глаза. Если у вас когда-нибудь зрачки искусственно расширят ваши зрачки, вы заметите, что чрезмерно расширенный зрачок вызывает помутнение зрения и может причинять боль яркому свету.
Ученик
Зрачок – это отверстие во внутреннюю камеру глаза. Зрачки кажутся черными, потому что свет проходит через них и не возвращается. Таким образом, ученик – наше настоящее «окно в мир».
Как только он прошел через зрачок, свет фокусируется линзой. Затем он проходит через остальную часть глазного яблока к сетчатке, которая лежит в задней части глаза. Сетчатка превращает свет в сигналы, которые может понять наш мозг.
объектив
Хрусталик глаза лежит сразу за зрачком. Некоторые люди думают, что хрусталик глаза находится снаружи, где находится роговица – возможно, из-за использования слова «контактные линзы». Но линза, которая выполняет окончательную фокусировку света, находится внутри глаза, позади зрачка.
Линза представляет собой сложную структуру. Он сделан из эластичной капсулы, содержащей белки и воду, которые преломляют свет с постоянной скоростью, как линзы, используемые в очках. У этого есть слои мягких тканей, окружающих твердое “ядро”.
Мягкость его внешних слоев позволяет линзе изменять форму, когда ее толкают или растягивают окружающие цилиарные мышцы, что делает ее «регулируемой» линзой, которая может изменять способ фокусировки света в зависимости от того, насколько близко или далеко находится объект.
Линзы многих людей теряют способность менять форму в возрасте около 50 лет. Вот почему многим пожилым людям нужны очки для чтения, чтобы сфокусировать свет для чтения мелкого шрифта.
Стекловидное тело
Стекловидное тело представляет собой густую желатиновую жидкость, которая заполняет большую часть глазного яблока. Как и водный юмор, он преломляет свет с постоянной скоростью, но в отличие от водянистого юмора он густой и желеобразный.
Желеобразная толщина стекловидного тела помогает глазу сохранить свою круглую форму. Точное поддержание этой формы имеет важное значение для зрения, потому что свет фокусируется роговицей и линзой с намерением ударить сетчатку на заданное расстояние. Если сетчатка движется ближе или дальше к линзе из-за изменений в форме глаза, свет не будет должным образом сфокусирован при достижении сетчатки.
Глаза, имеющие «вытянутые» или «сдавленные» формы, являются причинами близорукости и дальнозоркости. Глаза ближнего зрения вытянуты, поэтому свет фокусируется на точке перед сетчаткой, а не на самой сетчатке. Точно так же дальнозоркие глаза слишком короткие, поэтому свет фокусируется на точке за сетчаткой.
Очки корректируют близорукость или дальнозоркость путем регулировки фокуса света до того, как он попадет в глаз, чтобы свет был правильно сфокусирован при попадании на сетчатку.
Точка фокусировки света в близоруком глазе вместе с близоруким глазом с корректирующей линзой может быть видна ниже:
Сетчатка содержит два основных типа световых рецепторов: колбочковые клетки и палочковые клетки.
Клеточные конусы позволяют нам видеть цвет. Существует три типа колбочек (или более, у некоторых людей с редкими мутациями). Каждый тип конуса клетка реагирует на определенную длину волны – или цвет – света.
Клетки конуса S-типа реагируют на короткие световые волны и позволяют нам видеть синий и фиолетовый цвета. Клетки конуса М-типа реагируют на средние длины волн и позволяют нам видеть зеленый цвет. Ячейки конуса L-типа реагируют на длинные волны видимого света – красные и оранжевые волны.
Желтый цвет вызывается активацией как зеленых конусных клеток М-типа, так и красных конусных клеток L-типа. Розовый цвет получается путем активации как синих клеток конуса S-типа, так и красных клеток конуса L-типа. Белый цвет появляется, когда все ячейки конуса активируются одинаково, указывая на объект, который отражает все длины волн в визуальном спектре.
Дальтонизм возникает, когда мутация препятствует нормальной работе одного или нескольких типов колбочек. Часто эти клетки-конусы реагируют на свет, но не на нормальной длине волны. Это может привести к пробелам в восприятии цвета.
Дальтонизм иногда можно лечить с помощью специальных очков, которые отфильтровывают длины волн цвета, которые могут запутать мутантные клетки конуса, заставляя различные цвета выглядеть одинаково. При ношении этих очков многие люди с дальтонизмом говорят, что видят все цвета четко и ярко.
Поскольку конические клетки реагируют только на часть визуального спектра, они плохо работают в условиях низкой освещенности. В темноте мы видим использование палочек, которые не различают цвета, но более чувствительны к общему уровню освещенности.
Стержневые клетки реагируют на все длины волн видимого света. Они могут сказать нам, сколько света идет на нас – но не то, какая это длина волны. Вот почему мы не видим цвета в темноте; мы получаем всю нашу информацию из ячеек колбочек, которые не могут различать разные цвета.
Сетчатка может извлекать информацию только из света, который поражает ее. Это означает, что для того, чтобы сетчатка могла видеть четкое изображение мира, свет, который попадает на него, должен быть правильно сфокусирован другими частями глаза. Как уже говорилось выше, неправильная фокусировка света может привести к ухудшению зрения и другим нарушениям.
Оптический нерв
Зрительный нерв – это пучок нервных волокон, которые перемещаются от сетчатки к мозгу. Каждый зрительный нерв кодирует данные изображения, записанные сетчаткой, в виде нервных сигналов, которые могут быть прочитаны мозгом.
Затем мозг читает данные и выполняет сложную обработку, включая поиск ассоциаций с известными объектами. Так мы можем идентифицировать лица и другие объекты в нашей среде.
Интересно, что хотя глаза в передней части глава обработка зрительных сигналов в мозге происходит в «затылочной доле» в задней части головы.
Это означает, что зрительный нерв должен возвращаться в мозг, а затем через специальные каналы, проходящие через него. При этом зрительные нервы «пересекаются» – это означает, что левая сторона затылочной доли интерпретирует визуальные данные от правого глаза, и наоборот.
«пересекая На этом изображении можно увидеть снимок мозга, который был искусственно окрашен, чтобы показать путь, пройденный зрительным нервом. Обратите внимание на красный «Х», который образуется там, где зрительные нервы пересекают друг друга за глазами:
Повреждение зрительного нерва или областей зрительной обработки мозга может привести к постоянной слепоте, даже если сам глаз в порядке. И наоборот, людям с неповрежденными зрительными нервами иногда может быть позволено «видеть» с помощью зрительных протезов, которые стимулируют зрительный нерв, даже если остальная часть глаза отсутствует или не функционирует.
Есть надежда, что по мере развития технологий наша способность искусственно стимулировать зрительный нерв будет продолжать развиваться, так что люди с поврежденными глазами могут иметь почти нормальное зрение.
Аргумент о неприводимой сложности
Сложность человеческого глаза часто выделялась в качестве доказательства «неснижаемой сложности».
Идея неснижаемой сложности гласит, что некоторые структуры, встречающиеся в природе, не могли развиться в результате мутации и естественный отбор потому что они не работали бы вообще, если бы даже один кусок отсутствовал. Сторонники неснижаемой сложности спрашивают, как глаз мог эволюционировать в результате случайной мутации, поскольку небольшие изменения в его структуре или удаление какой-либо его части сделали бы глаз бесполезным.
Тем не менее, в последние годы было открыто новое понимание эволюции глаз, что предполагает естественный способ, которым все структуры глаза могли бы возникнуть в результате случайной мутации.
Историческая тенденция к тому, что «наука не может объяснить», которая впоследствии будет объяснена новыми открытиями, побудила многих религиозных ученых предостерегать от использования аргумента «неснижаемой сложности».
В своей книге «Язык Бога» генетик Фрэнсис Коллинз предупреждает читателей, что цитирование «вещей, которые наука не может объяснить» в качестве доказательства Бога создает идею «Бога пробелов», в которой, как полагают, существование Бога полагается на наука не может объяснить существование вещей. Фрэнсис утверждает, что по мере того, как эти «пробелы» в научном понимании продолжают сокращаться, будет возрастать и важность «Бога пробелов».
В результате Коллинз утверждает, что для науки и религии лучше рассматривать две области как совместимые, чем иметь религиозную точку зрения, которая требует, чтобы наука потерпела неудачу, чтобы работать. Будучи убежденным верующим в Бога, Коллинз призвал своих собратьев-верующих принять научные теории и рассматривать их как средство узнать больше о Боге, а не как вызов догматическим представлениям о Боге.
викторина
1. Что из следующего НЕ верно для глаз?A. Все глаза должны иметь как минимум линзу, сетчатку и зрительный нерв.B. Все глаза должны содержать клетки или белки, которые реагируют на свет.C. Почти у всех животных есть какие-то глаза.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 1
верно. «Глаз» может быть таким же простым, как участок светочувствительных тканей или клеток в более простой форме жизни. У животных, которым требуется детальное зрение, появились более сложные структуры глаз.
2. Что из перечисленного является гелеобразным веществом, которое помогает глазу сохранять свою форму?A. Скользкий юморB. КонъюнктиваC. Стекловидное телоD. Ни один из вышеперечисленных
Ответ на вопрос № 2
С верно. Стекловидный юмор имеет желеобразную консистенцию и помогает глазу сохранять свою круглую форму.
3. Что из перечисленного НЕ относится к роговице?A. У него почти нет прямого кровоснабжения, поэтому он уязвим для травм и инфекций.B. У него почти нет нервов, поэтому трудно сказать, когда он ранен или заражен.C. Это прозрачная плоская мембрана одинаковой ширины.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 3
В верно. В то время как роговица почти не имеет прямого кровотока, у нее есть много нервов, чтобы сказать ее владельцу, когда он ранен или заражен. Боль в глазах является потенциальным признаком повреждения роговицы или инфекции и должна быть оценена врачом.
Ссылки
- Земля, М. (1992). Эволюция глаз. Ежегодный обзор неврология, 15 (1), 1-29. DOI: 10,1146 / annurev.neuro.15.1.1
- Montag, E.D. (н.д.). Части глаза. Получено 10 августа 2017 г. с сайта https://www.cis.rit.edu/people/faculty/montag/vandplite/pages/chap_8/ch8p3.html.
- Лиз Сегре; иллюстрация глаза Стивена Баги. (Н.о.). Человеческий глаз анатомия – Объясненные части глаза. Получено 10 августа 2017 г. с сайта http://www.allaboutvision.com/resources/anatomy.htm.
- Новая энциклопедия Британика. (1987). Чикаго: Энциклопедия Британика.