Светоощущение

Природа наших ощущений

Ощущение света - это субъективный образ, возникающий в результате воздействия электромагнитных волн длиной от 390 до 720 нанометров па рецепторные структуры зрительного анализатора. Из этого следует, что первым этапом в формировании светоощущения является трансформация энергии раздражителя в процесс нервного возбуждения. Это и происходит в сетчатой оболочке глаза.

Непосредственно светочувствительными элементами являются зрительные рецепторы - палочки и колбочки. Первые из них обладают высокой чувствительностью, но не способны к цветовосприятию, они обеспечивают зрение в сумерках. Вторые характеризуются низкой чувствительностью, работают только при высокой освещенности, но обеспечивают цветовое зрение. Возникшее в рецепторах возбуждение через биполярные и ганглиозные клетки по волокнам зрительного тракта попадает в центральную нервную систему. Горизонтальные и амакриновые клетки меняют взаимодействие между элементами сетчатки и обеспечивают тем самым ее перестройку в зависимости от характера падающих раздражителей. Кроме того, имеется слой пигментных клеток с отростками, которые заходят между рецепторами, что обеспечивает более благоприятные условия для работы светочувствительных элементов.

Колбочковая и палочковая световоспринимающие системы помимо различий по абсолютной чувствительности имеют неодинаковую и спектральную чувствительность. Колбочковое зрение наиболее чувствительно к излучению с длиной волны 554 нанометров, а палочковое - 513 нанометров. Это, в частности, проявляется в изменении соотношения по яркости в дневное и сумеречное или ночное время. Например, днем в саду самыми яркими кажутся плоды, имеющие желтую, оранжевую или красноватую окраску, ночью же зеленые. Днем в поле выделяются яркие маки, по сравнению с которыми голубые васильки кажутся неприметными. После захода солнца в сумерках картина меняется.

Трансформация энергии электромагнитного излучения в процесс нервного возбуждения происходит в рецепторах. В наружных сегментах палочек имеется особый фоточувствительный пигмент родопсин, а во внутреннем - ядро и митохондрии, обеспечивающие энергетические процессы в рецепторной клетке. При действии электромагнитных волн видимой части спектра происходит расщепление молекулы родопсина, что обусловливает появление рецепторного потенциала, который запускает цепь взаимосвязанных процессов, приводящих в конечном итоге к возникновению в ганглиозных клетках распространяющегося нервного возбуждения.

В темноте же идет восстановление, регенерация родопсина. В этих реакциях непосредственным участником является витамин А. Он в организме синтезироваться не может, мы его получаем только с пищей. Если концентрация данного вещества снижается, то зрение существенно ухудшается. Особенно это становится заметным в условиях пониженной освещенности - в сумерках, ночью. Такое состояние получило название гемералопии, или в просторечье "куриной слепоты".

Чувствительность рецепторных элементов сетчатки приближается к теоретически возможному максимуму. Для возникновения зрительного ощущения достаточно, чтобы палочкой был поглощен 1-2 кванта света. Всегда ли нужна такая чрезвычайно высокая чувствительность? Конечно, нет. Ведь мы даже чаще бываем в хорошо освещенных помещениях, и, следовательно, рецепторы подвержены интенсивнейшей бомбардировке. Однако орган зрения позволяет нам видеть как в самых густых сумерках, так и при ярком солнечном освещении. Возможным это становится потому, что глаз обладает замечательным свойством - менять свою светочувствительность в зависимости от условий освещенности. Это свойство получило название адаптации.

Освещенность в естественных условиях меняется на 6-9 порядков, примерно в таком же диапазоне соответственно меняется и световая чувствительность. Это обеспечивается несколькими механизмами. К ним относится изменение диаметра зрачка, который выполняет функцию, аналогичную диафрагме фотоаппарата. Как в зависимости от условий освещенности фотограф пользуется пленками различной чувствительности, так и глаз имеет две такие "пленки": одна предназначена для работы в сумерках - палочковая, вторая для высокой освещенности - колбочковая. Но в отличие от всех технических систем чувствительность каждой из них способна также меняться посредством изменения концентрации фотопигментов благодаря функционированию пигментного эпителия. В результате перестройки взаимодействия между элементами сетчатки меняется чувствительность и зрительных центров. В целом это и позволяет очень тонко приспосабливать наше зрение к условиям освещенности.

Удивительнейшую особенность в работе светоприемников глаза заметил советский исследователь А.Л.Ярбус. Он создал оригинальное приспособление в виде располагаемой на роговице присоски с миниатюрной лампочкой. Естественно, эта присоска двигалась вместе с глазным яблоком, и потому изображение источника света всегда падало на одно и то же место сетчатки, на одни и те же рецепторы. При этом было замечено, что у человека ощущение света возникает только в момент включения и выключения лампочки, но, когда она горит постоянно, человек не видит ее. Весьма своеобразный факт! Ведь мы привыкли непрерывно видеть предмет при его рассматривании. Оказалось, что рецепторы сетчатки работают по on-, off-типу, то есть реагируют только на включение или выключение светового раздражителя. Непрерывность же наших ощущений связана с тем, что глаз постоянно совершает микродвижения, благодаря которым изображения перемещаются по сетчатке, "включая" и "выключая" при этом всякий раз новые рецепторы.

Чувствительность различных участков сетчатки к свету неодинакова. Установлено, что область центральной ямки, где палочки почти совсем отсутствуют, а находятся только колбочки, имеет самую низкую абсолютную чувствительность. Участки сетчатки, отдаленные от центра на 10-12 градусов, обладают самой высокой плотностью палочковых рецепторных элементов на единицу площади; это место отличается самой высокой световой чувствительностью, которая далее к периферии постепенно снижается. Эта особенность зрения наглядно проявляется при рассматривании слабо светящихся предметов в темноте (например, циферблат часов). Если смотреть на них прямо, то они не видны, если же под углом 10-12 градусов, то заметны достаточно отчетливо.

На сетчатке имеется еще одно своеобразное место, которое совершенно лишено рецепторов и потому к свету нечувствительно. Это так называемое слепое пятно, или диск зрительного нерва; здесь отростки ганглиозных клеток группируются в зрительный нерв. Слепое пятно в поле зрения расположено кнаружи под углом в среднем около 15 градусов и имеет угловые размеры около 1 градуса. При обычной зрительной работе человек его не замечает, но в наличии такого участка легко убедиться при помощи широко известного опыта Мариотта: на листе бумаги нарисуйте небольшой круг и крест на расстоянии примерно 10-15 сантиметров друг от друга; закройте левый глаз, правым непрерывно смотрите на крест, чтобы притом крест находился почти напротив левого глаза, а круг - напротив правого глаза; при определенном расстоянии рисунка от глаз (подберите его, приближая и отодвигая рисунок) нарисованный круг исчезнет, так как его изображение будет проецироваться на слепое пятно сетчатки.

Виктор Иванович Шостак, 1983 год