Особенности и функции зрительного анализатора. Палочки и колбочки. Колбочки сетчатки. Строение сетчатки глаза - схема
Мозг через орган зрения получает более 90% сенсорной информации. Фоторецепторы сетчатки глаза из всего спектра электромагнитных излучений регистрируют только волны длиной от 400 до 800 нм. Физиологическая роль глаза как органа зрения двояка. Во-первых, это оптический инструмент, собирающий свет от объектов внешней среды и проецирующий их изображения на сетчатку. Во-вторых, фоторецепторы сетчатки преобразуют оптические изображения в нервные сигналы, передаваемые в зрительную кору.
1. Основные зрительные функции:
Светочувствительность – способность различать разные интенсивности диффузного освещения;
Цветовое зрение – различение длин волн в пределах видимого спектра;
Распознавание формы – основано на фокусировке предмета на сетчатке;
Восприятие движения – происходит в результате движения сфокусированного изображения объекта на рецепторном поле как на экране;
Восприятие глубины – основано на объединении информации от двух глаз.
2. Структурные особенности зрительного анализатора.
Отделы зрительного анализатора:
периферический отдел – оптический аппарат глаза и сетчатка;
проводниковый отдел;
корковый отдел.
Орган зрения включает глазное яблоко , соединённое через зрительный нерв с мозгом, защитный аппарат (в том числе веки и слёзные железы) и аппарат движения (поперечнополосатые глазодвигательные мышцы).
Глазное яблоко . Стенка глазного яблока образована оболочками: в передней части расположены конъюнктива и роговица , в задней - сетчатка , сосудистая оболочка и склера . Полость глазного яблока занимает стекловидное тело . Кпереди от стекловидного тела расположен двояковыпуклый хрусталик . Между роговицей и хрусталиком находятся содержащие водянистую влагу перeдняя камера (между задней поверхностью роговицы и радужкой со зрачком) и задняя камера глаза (между радужкой и хрусталиком).
Роговица - прозрачная оболочка передней стенки глаза. Лимб - граница между прозрачной роговицей и непрозрачной склерой.
Склера - наружная непрозрачная оболочка глазного яблока. В месте соединения склеры с роговицей расположены небольшие сообщающиеся полости, в совокупности образующие шлеммов канал , обеспечивающий отток жидкости из передней камеры глаза.
Сосудистая оболочка осуществляет питание сетчатки и содержит большое количество сосудов, обусловливающих розовую окраску при офтальмоскопии. Радужка - передний вырост сосудистой оболочки. Другая часть сосудистой оболочки - ресничное тело - участвует в аккомодации зрения, регулируя форму хрусталика.
Радужная оболочка расположена между роговицей и хрусталиком, разделяет переднюю и заднюю камеры глаза. Радужка имеет в центре отверстие - зрачок . В состав радужки входят гладкие мышцы: циркулярная суживающая (сфинктер зрачка) и радиальная расширяющая (дилататор зрачка). При раздражении парасимпатических (холинергических) нервных волокон зрачок суживается, симпатическая (адренергическая) стимуляция приводит к расширению зрачка.
Ресничное тело находится позади от радужки вокруг хрусталика и обеспечивает аккомодацию. Основную массу ресничного тела занимает ресничная мышца (парасимпатическая иннервация). От ресничного тела по направлению к хрусталику отходят ресничные отростки , к которым прикрепляется циннова связка . При сокращении циркулярных волокон ресничной мышцы циннова связка расслабляется и хрусталик принимает более сферическую форму (увеличение рефракции).
Водянистая влага . В передней и задней камерах глаза находится жидкость - водянистая влага. Её выделяет ресничное тело в заднюю камеру глаза, через зрачок водянистая влага попадает в переднюю камеру глаза, направляется в пространства радужно–роговичного угла и оттекает в венозный синус склеры. При нарушении оттока водянистой влаги происходит повышение внутриглазного давления (глаукома), что вызывает ишемию сетчатки и может привести к слепоте.
Стекловидное тело - прозрачная среда глаза, заполняет полость между хрусталиком и сетчатой оболочкой; стекловидное тело - гель, содержащий воду, коллаген, белок витреин и гиалуроновую кислоту. Через стекловидное тело от сетчатки к хрусталику проходит канал.
Хрусталик. Эпителиальные клетки хрусталика связаны щелевыми контактами, содержат кристаллины и с возрастом утрачивают ядра и органеллы: это прозрачные хрусталиковые волокна , составляющие основную часть хрусталика. Пpозpачность хpусталика и/или его капсулы нарушается при катаракте.
Сетчатая оболочка (сетчатка) - внутренняя оболочка глаза - имеет зрительный отдел, по зубчатому краю переходящий в слепой отдел, покрывающий сзади ресничное тело и радужку. У заднего края оптической оси глаза сетчатка имеет округлое жёлтое пятно (пятно сетчатки) диаметром около 2 мм. Центральная ямка - углубление в средней части жёлтого пятна - место наилучшего восприятия. Зрительный нерв выходит из сетчатки на 4 мм кнутри от жёлтого пятна. Здесь образуется диск зрительного нерва (слепое пятно ), где отсутствует зрительное восприятие. В центре диска имеется углубление, в котором видны питающие сетчатку сосуды.
3. Защитный аппарат глаза.
Длинные ресницы верхнего века предохраняют глаз от попадания пыли; мигательный рефлекс (моргание) осуществляется автоматически. Веки содержат мейбомиевы железы , благодаря которым края век всегда увлажнены. Конъюнктива - тонкая слизистая оболочка - выстилает как внутреннюю поверхность век, так и наружную поверхность глазного яблока. Слёзная железа выделяет слёзную жидкость, которая орошает конъюнктиву.
Слёзная жидкость выполняет три основные функции: поддерживает увлажнённой конъюнктиву, действует как мягкий антисептик и вымывает пыль и мелкие частицы, попадающие на конъюнктиву. Раздражители (пыль или микроорганизмы), а также эмоции вызывают увеличение секреции слёзной жидкости до такой степени, что дренажная система (слёзные протоки, слёзный мешок, носослёзный канал) переполняется и начинают течь слёзы.
Моргание - нормальный рефлекторный акт, происходящий несколько раз в минуту - способствует увлажнению конъюнктивы. Оно также возникает как защитный рефлекс при внезапном приближении какого-либо предмета близко к поверхности лица (морды).
4. Оптический аппарат глаза
Оптический аппарат глаза – это система линз, формирующая на сетчатке перевернутое и уменьшенное изображение внешнего мира.
К компонентам оптического аппарата глаза относят: роговицу, камеры с жидкостью, радужную оболочку и зрачок, хрусталик с сумкой, стекловидное тело, секрет слезных желез.
Глаз имеет систему линз с различной кривизной и различными показателями преломления световых лучей, включающую четыре преломляющих среды между: 1) воздухом и передней поверхностью роговицы; 2) задней поверхностью роговицы и водянистой влагой передней камеры; 3) водянистой влагой передней камеры и хрусталиком; 4) задней поверхностью хрусталика и стекловидным телом.
Регуляция оптического аппарата осуществляется посредством рефлекса хрусталика (аккомодации) и рефлекса зрачка.
Аккомодация - приспособление глаза к чёткому видению предметов, расположенных на различном расстоянии. Основная роль в процессе аккомодации принадлежит хрусталику, способному изменять свою кривизну. Хрусталик изменяет форму от умеренно выпуклой до значительно выпуклой. При взгляде на удалённые предметы ресничные мышцы расслабляются, поддерживающая связка растягивает и уплощает хрусталик, придавая ему дискообразную форму. При взгляде на близкие предметы для полной фокусировки необходима более значительная кривизна хрусталика, поэтому мышцы ресничного тела сокращаются, связки расслабляются, а хрусталик в силу своей эластичности становится более выпуклым.
Аккомодация контролируется парасимпатическими нервами, поступающими в глаз в составе глазодвигательного нерва. Стимуляция парасимпатического нерва вызывает сокращение ресничной мышцы, что расслабляет связочный аппарат хрусталика и приводит к увеличению его преломляющей силы. Следовательно, по мере того, как удалённый предмет приближается к глазу, возрастает парасимпатическая импульсация к ресничной мышце, и уровень её сокращения постоянно поддерживает в фокусе рассматриваемый предмет. Симпатическая стимуляция незначительно расслабляет ресничную мышцу, но этот эффект практически не оказывает влияния на нормальный аккомодационный механизм.
Способность к аккомодации зависит от функционального состояния животного (при утомлении острота зрения снижается), возраста. У старых животных хрусталик теряет свою эластичность, практически не изменяет свою кривизну и развивается дальнозоркость. При этом удаленные предметы видятся хорошо, а находящиеся вблизи – плохо. Обратное явление называется близорукостью. Близорукость и дальнозоркость часто встречается у лошадей, а близорукость – у овец.
Зрачковый рефлекс . Зрачок - круглое отверстие в радужной оболочке - очень быстро меняется в размере в зависимости от количества света, падающего на сетчатку. Просвет зрачка может изменяться от 1 мм до 8 мм. Это придаёт зрачку свойства диафрагмы. Сетчатка очень чувствительна к свету, слишком большое количество света искажает цвета и раздражает глаз. Изменяя просвет, зрачок регулирует количество света, попадающего в глаз. Яркий свет вызывает безусловнорефлекторную вегетативную реакцию, замыкающуюся в среднем мозге: сфинктер зрачка в радужной оболочке обоих глаз сокращается, а дилататор зрачка расслабляется, в результате диаметр зрачка уменьшается. Плохое освещение заставляет оба зрачка расшириться, чтобы достаточное количество света могло достичь сетчатки и возбудить фоторецепторы.
5. Вегетативная иннервация глаза .
Глаз иннервируется симпатическими и парасимпатическими нервными волокнами.
Парасимпатические преганглионарные волокна в составе глазодвигательного нерва проходят к ресничному ганглию и от него постганглионарные волокна в виде ресничных нервов поступают в глаз. Волокна этих нервов иннервируют сфинктер зрачка. Соответственно ацетилхолин и эзерин вызывают сужение зрачка, а блокада холинорецепторов сфинктера радужки атропином приводит к расширению зрачка.
Симпатическая иннервация глаза происходит из клеток бокового рога первых грудных сегментов спинного мозга. Отсюда симпатические волокна проходят в верхний симпатический ганглий, где они синаптически контактируют с постганглионарными нейронами. Постганглионарные симпатические волокна распространяются по поверхности сонной артерии и её ветвей и достигают глаза. Здесь симпатические волокна иннервируют дилататор зрачка, и возбуждение симпатических волокон расширяет зрачок. Адреналин и его аналоги также расширяют зрачок. Зрачки расширяются при гипоксии, болевом шоке, при эмоциях ярости и страха. Симпатические волокна иннервируют также некоторые наружные глазные мышцы.
6. Строение и функции сетчатки
Сетчатка прилегает к стекловидному телу и является внутренней оболочкой глазного яблока, содержащей фоторецепторы – палочки и колбочки, воспринимающие световые лучи, а так же нервные клетки с многочисленными отростками.
Сетчатка представлена несколькими слоями:
· Пигментный слой;
· Слой фоторецепторов;
· Слой горизонтальных клеток – содержит тормозные нейроны;
· Слой биполярных клеток – содержит нейроны проведения и конвергенции возбуждения;
· Слой амакриновых клеток – содержит тормозные нейроны;
· Слой ганглиозных клеток – в нем возникают потенциалы действия. Из отростков этих клеток формируется зрительный нерв;
Все слои пронизывают и связывают между собой глиальные (Мюллеровы) клетки.
Пигментный слой – состоит из пигментных клеток, содержащих пигмент фусцин. Он поглощает свет, препятствуя его рассеивание и способствуя четкости изображения, так же участвует в трофике рецепторов (депо витамина А), их антиоксидантной защите, фагоцитирует продукты распада фоторецепторов. Механически этот слой наиболее слабое место (отслойка сетчатки).
У ночных животных между пигментными клетками и фоторецепторами расположен слой, отражающий свет и состоящий из кристаллов и нитей. В результате на фоторецепторы действуют не только прямые лучи, но и отраженные, что дает возможность видеть в темноте.
От внутренней поверхности пигментного слоя в глубину примыкающего слоя фоторецепторов отходят отростки (борода), окружающие светочувствительные клетки. При сильном освещении зерна пигмента перемещаются из эпителиальных клеток и заслоняют палочки и колбочки от яркого света.
Слой фоторецепторов – осуществляет рецепцию светового раздражения. Представлен палочками (расположены в сетчатке, кроме желтого и слепого пятен) и колбочками (локализуются в наибольшей концентрации в области желтого пятна). Фоторецепторы состоят из двух члеников: наружного (содержит зрительный пигмент, чувствительный к действию света) и внутреннего (имеет ядро и митохондрии, обеспечивающие энергетические процессы в клетке), отделенных друг от друга мембраной. Светочувствительные членики фоторецепторов обращены в сторону, противоположную свету. Светочувствительный членик каждой палочки состоит из стопки тонких пластинок и дисков, собранных в виде цилиндра и включающий в свой состав фоторецепторный белок – фотопигмент. В колбочках мембрана образует дискообразные выпячивания, накладывающиеся друг на друга и уменьшающиеся в диаметре по направлению к верхнему концу. Внутренний сегмент фоторецепторной клетки оканчивается отростком, по которому возбуждение передается с фоторецептора на контактирующую с ним биполярную клетку.
Функции палочек:
· имеют высокую чувствительность к свету (в 500 раз выше чем у колбочек) и приспособлены для ночного зрения;
· обеспечивают периферическое зрение;
· воспринимают подвижные объекты.
Функции колбочек:
· осуществляют центральное зрение и обеспечивают остроту зрения;
· осуществляют цветовосприятие.
Свет, проникающий через стекловидное тело и внутренние слои сетчатки, не оказывает на них действия и воздействует только тогда, когда доходит до палочек и колбочек. В результате возникает нервный импульс, передающийся через цепь клеток, которые миновал луч света, и по зрительному нерву направляется в головной мозг. Наибольшее возбуждение от действия света наблюдают в тех случаях, когда направление луча совпадает с длинной осью палочки или колбочки.
Возбуждение от фоторецепторов передается на волокна зрительного нерва через два слоя нервных клеток - биполярных и ганглиозных, контактирующих при помощи синапсов. Передача импульса с клеток одного слоя на другой совершается посредством выделения ацетилхолина, а механизм передачи возбуждения с фоторецептора на биполярную клетку выяснен пока недостаточно.
Некоторые биполярные нейроны связаны со многими палочками, а ганглиозные клетки контактируют со многими биполярными клетками. В результате группа фоторецепторов, соединенных с одной ганглиозной клеткой, образует рецептивное поле для этой клетки. Кроме того, в сетчатке имеются еще горизонтальные (звездчатые) и амикриновые клетки с ветвящимися отростками, соединяющими по горизонтали биполярные и ганглиозные клетки. Одна ганглиозная клетка может быть связана с десятками тысяч фоторецепторов, причем рецептивное поле этой клетки составляет площадь диаметром 1 мм.
Иначе происходит передача импульса в мозг с колбочек. Каждая колбочка передает сигнал биполярной клетке, связанной только с ней одной. Следовательно, если импульсы от рядом находящихся палочек сливаются, то сигналы от двух рядом расположенных колбочек передаются отдельно.
При рассматривании задней стенки глазного яблока, так называемого глазного дна (что можно сделать при помощи вогнутого зеркала - офтальмоскопа), виден бледноокрашенный участок, от которого расходятся кровеносные сосуды. Этот участок называют слепым пятном, так как в нем нет светочувствительных клеток. Со всей сетчатки к слепому пятну сходятся нервные волокна, образующие зрительный нерв. У сельскохозяйственных животных зрительные нервы перекрещиваются на вентральной поверхности головного мозга, причем нерв от правого глаза идет к левому полушарию, а от левого - к правому. Однако некоторое количество волокон не перекрещивается.
Биполярные нейроны сетчатки и ганглиозные клетки, образующие своими аксонами зрительный нерв, выполняют функции проводникового аппарата. Волокна зрительного нерва идут без перерыва к ядрам наружного (латерального) коленчатого тела, а также к ядрам передних бугров четверохолмия, где расположены центры ориентировочной реакции на зрительные раздражители. В наружные коленчатые тела передаются импульсы, точно соответствующие реакциям фоторецепторов сетчатки. Отсюда по аксонам последнего нейрона зрительного пути импульсы идут в затылочную область коры больших полушарий - корковый центр зрительного анализатора.
По направлению к наружному краю глаза от слепого пятна на оптической оси сетчатки находится центральное поле, имеющее вид светлой полоски - место наилучшего ви дения. В середине полоски расположено углубление, называемое цен тральной ямкой, в которой светочувствительные клетки состоят почти исключительно из колбочек, По мере удаления от нее количество палочек возрастает, колбочек же становится все меньше.
7. Фотохимические реакции и элек трические явления в сетчатке.
Рецепторы сетчатки содержат светочувствительные вещества: палочки - родопсин, колбочки - йодопсин. Родопсин и йодопсин - высокомолекулярные соединения белковой природы. Родопсин на свету теряет свою красную окраску и становится желтым, а затем обесцвечивается. Распадаясь на свету, он образует каротиноид ретинен и специфический белок - опсин. В темноте осуществляется ресинтез родопсина. Для его восстановления необходим ретинол (витамин А), который содержится в пигментном слое.
Световая энергия превращает родопсин, содержащий ретинен в форме свернутой молекулы - в цис-форме, в люмиродопсин - неустойчивое соединение, в которое ретинен входит в транс-форме с выпрямленной боковой цепью, то есть происходит изомеризация. Благодаря этому связь ретинена с белком нарушается и люмиродопсин превращается в метародопсин, а затем в свободный ретинен и в опсин. После этого транс-форма ретинена (альдегида витамина А) под действием фермента редуктазы переходит в витамин А (ретинол). Вновь идет процесс изомеризации - превращение в цис-форму, и только после этого формируется цис-ретинен, который в темноте с белком опсином вновь образует родопсин, который участвует в циклическом процессе.
Структура йодопсина близка к родопсину. Но в йодопсине ретинен соединен с другим белком, который отличается от опсина палочек. Степень поглощения света родопсином и йодопсином различна. Родопсин максимально поглощает лучи в сине-зеленой части спектра. Эти лучи в темноте кажутся наиболее яркими. Йодопсин в наибольшей степени поглощает желтый свет. Если с яркого солнечного света войти в темное помещение, то сначала ничего не видно, но по мере восстановления родопсина чувствительность палочек к свету возрастает и глаза начинают различать окружающую обстановку. Этот процесс приспособления называют тем новой адаптацией. При недостатке ретинола восстановление родопсина задерживается, глаз теряет способность к темновой адаптации (куриная слепота).
Фотохимические реакции зрительных пигментов при действии света составляют начало возбуждения зрительных рецепторов. Процесс возбуждения рецепторов сетчатки и возникновение импульсов в зрительном нерве зависят от ионов, которые образуются при распаде зрительных пигментов. В зрительных рецепторах и в зрительном нерве возникают электрические потенциалы, которые можно зафиксировать в виде электроретинограммы.
8. Световая чувствительность и ост рота зрения
Фоторецепторы сетчатки могут реагировать на очень малую величину света с чрезвычайно экономным расходованием зрительных пигментов. Палочки более чувствительны (в 1000 раз), чем колбочки. При малой интенсивности освещения восприятие света происходит при помощи палочек. Они расположены в основном по периферии сетчатки, и поэтому в сумерки лучше видны предметы, расположенные по сторонам. При ярком освещении восстановление родопсина не поспевает за его распадом в палочках и восприятие света осуществляется колбочками.
Способность к ясному различию мелких предметов и их деталей свойственна больше колбочкам, чем палочкам. Максимальную способность различать отдельные предметы называют остротой зрения. Ее определяют по наименьшему расстоянию между двумя точками, которые глаз видит отдельно, а не слитно. Максимальной остротой зрения обладает желтое пятно, к периферии от него острота зрения значительно ниже.
9. Функциональные особенности клеток сетчатки
Зрительные образы .
Сетчатка вовлечена в формирование трёх зрительных образов. Первый образ формируется под действием света на уровне фоторецепторов, превращается во второй образ на уровне биполярных клеток, в ганглиозных нейронах формируется третий образ . В формировании второго образа принимают также участие горизонтальные клетки, а в образовании третьего задействованы амакринные клетки.
Латеральное торможение - способ усиления зрительного контраста. Латеральное торможение - важнейший элемент деятельности сенсорных систем, позволяющий в сетчатке усиливать явления контраста. В сетчатке латеральное торможение отмечается во всех нейронных слоях, но для горизонтальных клеток оно является их основной функцией. Горизонтальные клетки латерально синаптически связаны с синаптическими участками палочек и колбочек и с дендритами биполярных клеток. В окончаниях горизонтальных клеток выделяется медиатор, который всегда оказывает тормозное влияние. Таким образом, латеральные контакты горизонтальных клеток обеспечивают возникновение латерального торможения и передачу правильного зрительного паттерна в мозг.
Биполярные клетки реагируют на контрастность изображения. Некоторые биполяры сильнее реагируют на цветной, нежели на чёрно-белый контраст.
Ганглиозные клетки реагируют на множество свойств зрительного объекта (например, на контрастность изображения, на светлые и тёмные объекты, однородность освещения, цвет объекта, его ориентацию).
10. Цветовое зрение
Характеристики цвета . Цвет имеет три основных показателя: тон (оттенок), интенсивность и насыщение . Для каждого из цветов существует дополнительный (комплементарный) цвет, который, будучи должным образом перемешан с исходным цветом, дает ощущение белого цвета. Чёрный цвет является ощущением, создаваемым отсутствием света. Восприятие белого цвета, любого цвета спектра и даже дополнительных цветов спектра может быть достигнуто смешением в различных пропорциях красного (570 нм), зелёного (535 н़ 㰄 㠄 ㌄ 㬄 㸄 䌄 го (445 нм) цветов. Поэтому красный, зелёный и голубой - первичные (основные) цвета . Восприятие цвета зависит в какой-то мере от цвета других объектов в поле зрения. Например, красный объект кажется красным, если поле освещается зелёным или голубым цветом, и этот же красный объект будет казаться бледно-розовым или белым, если поле будет освещаться красным цветом.
Цветовосприятие - функция колбочек. Существует три типа колбочек, каждый из которых содержит только один из трёх разных (красный, зелёный и синий) зрительных пигментов.
У животных, ведущих ночной образ жизни, в сетчатке преобладают палочки (летучая мышь, сова, крот, кошка, еж), а у дневных животных - колбочки (голуби, куры, ящерицы). На основании этих наблюдений был сделан вывод, что колбочки связаны с дневным зрением, а палочки в основном приспособлены для сумеречного зрения и не воспринимают цвета. Однако кошки прекрасно видят днем, а содержащиеся в неволе ежи легко приспосабливаются к дневному образу жизни; змеи, в сетчатке которых находятся главным образом колбочки, хорошо ориентируются в сумерках. Функции палочек и колбочек у разных животных мало изучены. Лошади и рогатый скот хорошо различают цвета, в отношении собак имеются противоречивые данные.
Цветовое зрение у животных изучено крайне недостаточно. Можно предположить, что животные обладают высокоразвитым цветовым зрением, иначе невозможно объяснить широко распространенное в природе явление мимикрии, или покровительственной окраски, - один из видов приспособления животных к окружающей среде. Она жизненно необходима для них. Хищнику трудно поймать добычу, если он резко выделяется на фоне окружающей местности; многие животные спасаются от опасности, затаиваясь в полной неподвижности, так как именно движение делает их заметными на фоне, с которым сливается цвет их шкуры (горные козлы и бараны, пятнистые олени, выводковые птицы и т.д.).
Передача цветовых сигналов
Каждая ганглиозная клетка может стимулироваться как отдельными, так и многими колбочками. Когда все три типа колбочек - красные, голубые и зеленые - стимулируют одну и ту же ганглиозную клетку, сигналы, передаваемые через ганглиозную клетку, будут одинаковыми для любого цвета спектра. Эти сигналы не играют роли в определении различных цветов. Все они будут сигналами белого цвета.
Если ганглиозная клетка возбуждается колбочками только одного цвета, то она будет тормозиться возбуждением колбочки другого типа. Это наблюдается для красных и зелёных колбочек. Красные вызывают возбуждение, а зеленые - торможение ганглиозных клеток и наоборот: когда зеленые - возбуждают, то красные - тормозят. Такой же реципрокный тип отношений наблюдается между колбочками голубого, с одной стороны, и комбинацией красных и зелёных колбочек, с другой стороны, вызывая реципрокные (возбуждение–торможение) отношения между голубым и жёлтым цветом.
Механизм антагонистических эффектов следующий: колбочка одного цвета возбуждает ганглиозную клетку через деполяризованную биполярную клетку, а колбочка другого цвета тормозит ту же ганглиозную клетку через гиперполяризованную биполярную клетку.
- Светоощущение
- цветоощущение
- восприятие формы и движения объектов (острота зрения, поле зрения)
- бинокулярное зрение (способность зрительной системы соединять изоброжение с двух глаз в один образ и локализовать его по направлению и глубине).
Реализация этих функций связана с сетчаткой глаза .
Изображение внешней среды через оптическую систему фокусируется на сетчатке. Она охватывает пространство в 100 градусов вокруг пространственной оси.
У человека наружных слоем сетчатки будет являться слой пигментных клеток. Они обеспечивают поглощение света, и таким образом устраняют светорассеивание.
Можно выделить вертикальные и горизонтальные слои. Вертикальные слои представлены слоями палочек и колбочек (их светочувствительные сегменты направлены к пигментному эпителию), слоем биполярных клеток (с ними фоторецепторы образуют синоптические связи), слоем ганглиозных клеток (аксоны формируют зрительный нерв).
Так же существуют горизонтальные клетки между фоторецепторами и биполярными клетками. Второй горизонтальный словй предоставлен анокриновыми клетками, которые располагаются между биполярными и ганглиозными.
Желтое пятно.
В центре находится центральная ямка. Фоторецепторы в этой зоне представлены колбочками, которые имеют диаметр около 0,5 мкм. Плотность этих фоторецепторов достигает 150 000 на одик квадратный мл. По мере удаления от желтого пятная к периферии число колбочек уменьшается, но увеличивается число палочек. 120 мл колбочек и 120 мл палочек.
Число волокон в зрительном нерве составляет 500 тыс. Поэтому существует конвергенция. На одну ганглиозную клетку приходится до 100 рецепторных клеток.
Палочки воспринимают лучи в условиях сумеречного зрения (при плохой освещенности). Они не погут передать цветопигменты. С колбочками же связано восприятие цветов.
По месту локализации колбочки отвечают за центральное зрение, а палочки будут обеспечивать периферическое зрение.
Строение фоторецептора.
Каждый фоторцептор состоит из наружного сегмента, внутреннего сегмента. В центре находится ядро, митохондрии, другие органеллы клетки, которые обеспечивают энергетический процесс. Наружный сегмент имеет пластинчатое строение и состотит из дисков. В палочках насчитывается от 400 до 800 в одном фоторецепторе. Каждый диск представляет собой двойную мембрану. Имеется двойной слой липидов, а между ними находится слой белка. Диски образуются путем выпячивания наружной мембраны фоторецепторов. В палочках эти диски отшнуровыываются от наружной мембраны. Внутри дисков содержится большое количество ионов натрия. С мембранами дисков связаны зрительные пигменты. В палочках содержится зритеьлный пигмент родопсин. А пигменты колбочек обозначают как фотоксины. Но в сетчатке у человека колобочки содержат 3 разносидности пигмента. Поэтому их подразделяют на S, L и M тип в зависимости от восприятия разной длинной волны.
Зрительный пигмент палочек родопсин состоит из белка опсина и альдегида витамина А ретиналя. Родопсин имеет максимальную чувствительность к длине волны (505 нм). Цвет родопсина - пурпурный. молекулярный вес составляют 41 т. Молекулы родопсина связаны с G белками дисков мембран. Родопсин может поглощать световые лучи, которые вызывают фотохимическую реакцию. При поглащении света происходит изменение положения ретиналя и он переходит из 11-цис формы в форму All trans. При тому происходит выпрямление молекулы ретиналя. Она выпрямляется, а затем отсоединяется от белка. Когда происходит отсоединение, то он поглощается пигментными клетками. Происходит встраивание в ряд промежуточных содениней, одним из которых будет являться метародопсин 2. Активированная форма подвергает полочку к активации белка трансдуцина. Это тоже разновидность G белка, который содержится в палочке. Трансдуцин активирует фермент фосфодиэстеразу. А фосфодиэстераза действует на циклический ГМФ и превращает его в 5 ГМФ. Было доказано, что наличие циклического ГМФ поддерижвает в открытом состоянии натриевые каналы. В темноте наружный сегмент имеет повышенной способностью к проникновению натрия. Ионы натрия выделяются из внутреннего сегмента фоторецепторов за счет натриево-калиевого насоса. выделившийся натрий проникает через мембрану наружного сегмента и вызывает ее деполяризацию. Натрий так же проникает в синоптическое окончание фоторецептора, вызывая деполяризацию пресинаптической мембраны.
Воздействие света на фоторцептор завершается тем, что натриевые каналы на свету начинают закрывться. Гиперполяризация мембраны фоторецептора и уменьшение выделения медиатора. Мембранный потенциал в темноте составляет -40 мВ. При действии света мембранный потенциал начинает увеличиваться (гиперполяризуется). Фотохимические реации носят каскадный характер. Одна молекула активированного методоксина 2 активирует 500 молекул трансдуцина. Активированный трансдуцин обеспечивает активацию нескольких тысяч молекул цАМФ.
При возбуждении фоторецепторов происходит дальнешая передача возбуждения на биполярные клетки. При этом было обнаружено, что биполярные клетки могут быть деполяризующимися и гиперполяризующимися. Свет действует на палочки колбочки, пигмент разлагается, возникает гипеерполяризация, происходит уменьшение медатора, что влияет на биполярные клетки. Они в свою очередь делятся на деполяризующиеся (тормозятся в темноте) и гиперполяризующие (возбуждаются на свету), далее сигнал передается на биполярные клетки. Ганглиозные клетки в сетчатке галаз находятся в состоянии постоянной активности. В них возникает потенциал действия. Формирование потенциала действия связано только с возбуждением ганглиозных клеток. Влияние биполярных клеток на ганглиозные меняет частоту разряда в ганглиозных клетках. Одновременно с активацией вертикальных слоев происходит активация горизонтальных клеток. Горизонтальные клетки так же могут быть затарможенными, но возбуждаются на свету. Медиатор Горизонтальных клеток оказывает тормозное действие на лежащие радом фоторецепторы (возникает латеральное торможение).
В ходе воздействия формируется 3 изображения. Первое возникает в фоторецепторах. Второе возникает в биполярных клетках. Третье - в ганглиозных. Формирование и активация нервых элементов сетчатки происходит за счет множества медиаторов. Эти медиаторы включают ацетилхолин, дофамин, серотонин, ГАМК, глицин, вещество P, соматостатин, эндорфины и энгипарины, холицистокенин, глюкагон, нейрокензин.
При их возбуждении было обнаружено, что рецепторные, биполярные и ганглиозные клетки могут реагировать на изображние со светлым центром, окруженное темным полем. Это реакция на включение.
Вторая группа нейронов реагирует на темный центр, окруженный светлым полем. Такая реакция будет называться реакцией на выключение
Ганглиозные клетки в сетчатке представлены 3 группамми. Ганглоизоные клетки подразделяют на M, P, W
Аксоны M-клеток заканчиваются в крупно-клеточных слоях латерального коленчатого тела. P-клетки обадают более уским рецептивным полем.
Ганглиозные клетки проводят возбуждение к 4 подкорковым структурам.
- это верхные букорки четверохолмия среднего мозга
- Латеральные коленчатые тела зрительного бугра
- супрахиазнальные ядра гипоталамуса
- ядра глазодвигательного нерва
Латеральные коленчатые тела. В латеральных коленчатых телах выявлено 6 дифференцированных слоев клеток. При этом первый и второй слои содержат. Неперекрещенные волокна оканчиваются во втором, третьем и пятом слоях. Мелкоклеточные слои передают восприятие цвета, фактуры, формы итонкого различения глубины зрения. Крупноклеточные слои воспринимают движение и мерцание.
Финальная точка - поле 17 коры затылочной доли на клетках четвертого слоя. А оттуда аксоны поднимаются к более поверхностным слоям.
Зрительная кора построена по колоночному принципу, когда клетки располагаются в форме вертикальной колонки, а 6 слоев коры начинают работать на обработку сигнала. 17 поле окружено дополнительными оценочными полями (18 и 19)
Предполагается, что в зрительной коре существует 3 корковых системы. Одна формирует восприятие форм. Вотрая корковая система обеспечивает восприятие цвета. Третяя система воспринимает движение, локализацию и пространственное отношение предмета. Информация из этих трех систем объединяется в один интегральный зрительный образ.
Зрительная система передает возможность передавать цвета. Все разнообразие цветом можно разделить на 2 группы: ахроматические (белый, черный и оттенки серого) и хроматические (имеют определенный цветовой тон.
Красный цвет: 723-647 нм (L)
Зеленый цвет: 575-492 нм (M)
Синий цвет: 492-450 нм (S)
Трехкомпонентная теория.
Существуют максимумы поглащения в области красного, зеленого и синего цветов. При действии лучей разной длинны волны происходит смешение цветов. Выделяют оптическое и вычитательное смешение. Желтый и синий лучи дадут ощущение белого цвета. Но если смешать желтую и синию краску, то получается зеленый (вычитательное действие цветов). В цветооущении имеет значение кора больших полушарий. При мономолекулярном восприятии одним глазом происходит ощущение белого цвета.
Нарушения цветовосприятия:
Протанопия - слепота на красный цвет.
Дейтеранопия - слепота на зеленый цвет
Титранопия - слепота на синий цвет.
Восприятие пространства.
Острота зрения. По остротой зрения понимают восприятие деталей предметов. Зависит от велечины изображения, освещенности, светлости.
Две точки воспринимаются отдельно, если расстояние между этими точками будет не меньше углового расстояния в одну минуту.
При воспрятии пространства принято так же определять поле зрения. Глаз при фиксированном состоятии определеняет фиксированный точки пространства. Поле зрения определяют в градусах. Это дуга, разделенная на градусы.
Наружная - 90, снизу - 70, сверху 60, в сторону носа - 60.
Суммарное поле зрения будет получатся при суммировании двух глаз. Поле зрения меняется на разные цвета.
проводящие пути нервного анализатора:
1 - фотосенсорны клетки сетчатки - палочки и колбочки
2 - биолярные нейроциты сетчатки
3 - ганглиозные клетки сетчатки
Зрительный нерв
Зрительный перекрест
Зрительный тракт
Латеральное коленчатое тело
Зрительная лучистость
Кора затылочной доли гловного мозга
Ядро - кора затылочной доли в области шпорной борозды
Прошло немало лет, прежде чем был достигнут существенный прогресс в физиологии рецепторов, биполяров, горизонтальных и амакриновых клеток. Тому было множество причин: пульсация сосудов постоянно мешала попыткам удерживать микроэлектрод в одиночной клетке или рядом с ней; рецепторы, биполяры и горизонтальные клетки не генерируют импульсов, поэтому регистрация намного меньших градуальных потенциалов требует применения внутриклеточных методик; трудно с уверенностью сказать, в клетке какого типа (или рядом с какой клеткой) находится электрод. Некоторые из этих затруднений можно преодолеть надлежащим выбором животного; например, сетчатки холоднокровных позвоночных способны выживать, будучи извлечены из глаза и погружены в солевой раствор, насыщенный кислородом, и при этом отсутствие кровообращения исключает пульсацию артерий; у протея (род крупных саламандр) очень большие клетки, их активность легко регистрировать; рыбы, лягушки, черепахи, кролики и кошки - все эти животные имеют свои преимущества при исследованиях того или иного типа, поэтому при изучении физиологии сетчатки использовались разные виды. Трудность при работе с таким большим числом видов состоит в том, что детали организации сетчатки могут заметно различаться у разных животных. Кроме того, наши представления о сетчатке приматов, реакции которой трудно регистрировать, до недавнего времени в значительной мере основывались на результатах, полученных на других видах. Однако по мере преодоления технических трудностей ускоряется и прогресс исследований на приматах.
В последние годы изучение реакции палочек и колбочек на свет очень сильно продвинулось вперед, и появилось ощущение, что мы начинаем понимать, как они работают.
Палочки и колбочки различаются во многих отношениях. Наиболее важно различие в их относительной чувствительности: палочки чувствительны к очень слабому свету, колбочки требуют намного более яркого освещения. Я уже описывал различия в их распределении по сетчатке, наиболее заметное из них - отсутствие палочек в центральной ямке. Они различны и по форме: палочки длинные и тонкие, а колбочки короткие и конусообразные. Как палочки, так и колбочки содержат светочувствительные пигменты. Во всех палочках пигмент один и тот же; колбочки делятся на три типа, каждый из них со своим особым зрительным пигментом. Эти четыре пигмента чувствительны к различным длинам световых волн, и в случае колбочек эти различия составляют основу цветового зрения.
Под воздействием света в рецепторах происходит процесс, называемый выцветанием. В этом процессе молекула зрительного пигмента поглощает фотон - единичный квант видимого света - и при этом химически превращается в другое соединение, хуже поглощающее свет или, быть может, чувствительное к другим длинам волн. Практически у всех животных, от насекомых до человека, и даже у некоторых бактерий этот рецепторный пигмент состоит из белка, к которому присоединена небольшая молекула, близкая к витамину A; она и представляет собой химически трансформируемую светом часть. Благодаря главным образом работам Джорджа Уолда из Гарварда, проведенным в 50-х годах, нам теперь многое известно о химии выцветания и последующего восстановления зрительных пигментов.
Рис. 30. Этот срез периферической части сетчатки обезьяны проходит через слой палочек и колбочек. Маленькие белые пятнышки - палочки; более крупные черные участки с белыми точками в центре - колбочки.
Большинство обычных сенсорных рецепторов - химических, температурных или механических - деполяризуется в ответ на соответствующий стимул, т.е. они реагируют на возбуждающий стимул так же, как обычные нейроны ; деполяризация ведет к высвобождению медиатора из аксонных окончаний (часто, как и в случае зрительных рецепторов, это не приводит к возникновению импульсов, вероятно из-за очень малой длины аксона). У беспозвоночных, от усоногих раков до насекомых, световые рецепторы ведут себя таким же образом, и до 1964 года предполагалось, что аналогичный механизм - деполяризация под влиянием света - действует также в палочках и колбочках позвоночных.
В 1964 году японскому нейрофизиологу Цунео Томита, работавшему в университете Кейо в Токио, впервые удалось ввести микроэлектрод в колбочки сетчатки рыбы и получить столь неожиданный результат, что у многих современников он вызывал вначале серьезные сомнения. В темноте потенциал на мембране колбочки оказался необычайно низким для нервной клетки: приблизительно 50 милливольт вместо обычных 70. При освещении колбочки этот потенциал возрастал - мембрана гиперполяризовалась - в противоположность тому, чего следовало бы ожидать. В темноте фоторецепторы позвоночных явно больше деполяризованы (имеют более низкий мембранный потенциал), чем обычные нервные клетки в состоянии покоя, и деполяризация вызывает непрерывное высвобождение медиатора из окончаний их аксонов - в точности так, как это происходит в обычных рецепторах при стимуляции. Свет, повышая потенциал на мембране рецепторной клетки (т.е. гиперполяризуя ее), уменьшает выделение медиатора. Таким образом, стимуляция, как это ни странно на первый взгляд, выключает рецепторы. Открытие Томита помогает нам объяснить, почему волокна зрительного нерва у позвоночных столь активны в темноте: спонтанную активность проявляют именно рецепторы; многие биполярные и ганглиозные клетки, вероятно, делают попросту то, что им диктуют рецепторные клетки.
В последующие десятилетия главные задачи состояли в том, чтобы выяснить, как свет вызывает гиперполяризацию рецептора и в особенности каким образом выцветание всего одной молекулы зрительного пигмента под действием одного фотона может привести в палочке к измеримому изменению мембранного потенциала. В настоящее время оба процесса достаточно хорошо поняты. Гиперполяризация на свету вызывается перекрытием потока ионов. В темноте часть рецепторной мембраны более проницаема для ионов натрия, чем остальная мембрана. Поэтому ионы натрия непрерывно входят здесь в клетку, а где-то в другом месте ионы калия выходят наружу. Поток ионов в темноте, или темновой ток, открыли в 1970 году Уильям Хейгинс, Ричард Пенн и Шуко Йосиками в Национальном институте артрита и нарушений метаболизма в Бетезде. Он вызывает деполяризацию покоящегося рецептора и тем самым - его постоянную активность. В результате выцветания зрительного пигмента на свету поры для натрия закрываются, темновой ток уменьшается и степень деполяризации мембраны становится меньше, т.е. клетка гиперполяризуется. Ее активность (высвобождение ею медиатора) ослабевает.
Рис. 31. Одиночная колбочка (слева) и две палочки с колбочкой (справа) были отпрепарированы и окрашены осмиевой кислотой. Тонкий отросток наверху каждой клетки - наружный сегмент, содержащий зрительный пигмент. Волокна внизу идут к не показанным здесь синаптическим областям.
В настоящее время в результате работ Евгения Фесенко с сотрудниками в Академии наук в Москве, Дениса Бейлора в Стэнфордском университете, Кин-Вай Яу в Техасском университете и других мы намного ближе подошли к пониманию связи между выцветанием пигмента и закрытием натриевых пор. Например, очень трудно было представить себе, как выцветание единственной молекулы могло бы привести к закрытию миллионов пор, необходимому для наблюдаемых изменений потенциала. В настоящее время выяснилось, что поры в рецепторе открываются с помощью молекул вещества, называемого циклическим гуанозинмонофосфатом (цГМФ). Выцветание молекулы зрительного пигмента приводит к целому каскаду событий. Белковая часть обесцвеченной молекулы пигмента активирует большое число молекул фермента трансдуцина, а каждая из них в свою очередь инактивирует сотни молекул цГМФ, обычно участвующих в открытии пор. Так в результате выцветания одной молекулы пигмента закрываются миллионы пор.
Все это позволяет объяснить ряд явлений, бывших ранее загадочными. Во-первых, давно известно, что человек, адаптировавшийся к полной темноте, способен увидеть такую слабую вспышку света, при которой ни один рецептор не может получить более одного фотона. Как показывают расчеты, для ощущения вспышки нужно, чтобы в короткий промежуток времени около шести близко расположенных палочек были стимулированы фотонами. Теперь становится понятно, как одиночный фотон может возбудить палочку и заставить ее генерировать сигнал достаточной силы.
Во-вторых, мы теперь можем объяснить неспособность палочек реагировать на изменения освещенности, если свет уже достаточно ярок. По-видимому, чувствительность палочек столь высока, что при сильной освещенности, например при солнечном свете, все натриевые поры закрыты, и дальнейшее усиление света может не давать никакого дополнительного эффекта. Тогда мы говорим, что палочки насыщены.
Быть может, спустя несколько лет студенты-биологи будут видеть во всей этой повести о рецепторах просто еще одну вещь, которую нужно выучить. Надеюсь, однако, что этого не произойдет. Чтобы полностью оценить ее значение, надо было потратить многие годы, гадая о том, каким образом могут работать рецепторы, а затем внезапно - меньше чем за десяток лет - в результате эффектных исследований решить эту проблему. Волнение по этому поводу еще не стихло.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
В настоящее время принято разделение фоторецепторов на 2 группы: цилиарные (производные клеток со жгутиком) и рабдомерные (производные клеток без жгутика). В обоих случаях зрительный пигмент оказывается включенным в фоторецепторную мембрану, причем во всех видах рецептор-ных клеток они обладают сходной химической природой и называются родопсинами.
Фоторецепторы располагаются во внутреннем слое сетчатки - светочувствительном слое. У человека зрительные рецепторы - цилиарные, представленные двумя типами - палочками и колбочками.
Колбочек насчитывается около 6 млн., располагаются они в центральной части сетчатки и отвечают за цветное зрение. Палочек значительно больше - около 120 млн., располагаются они на периферии сетчатки и отвечают за черно-белое зрение.
Колбочки обеспечивают зрение при дневном свете (фотоническое), палочки - в условиях ясной ночи (скотопическое). В сумерках оба вида фоторецепторов заняты одинаково, обеспечивая мезопическое зрение. При фото-пическом зрении наблюдается максимальная острота и временное разрешение быстро меняющихся фигур. При скотопическом зрении имеет место функциональная цветовая слепота, («все кошки серы»).
При переходе из освещенной комнаты в темную зрение падает практически до нуля, но постепенно оно восстанавливается, приспосабливаясь к низкой интенсивности света в окружающей среде (темповая адаптация). По мере развития темновой адаптации острота зрения повышается.
Процесс, противоположный темповой адаптации, развивающийся при переходе из темной комнаты на яркий свет называется световой адаптацией.
Тем новая адаптация длится около 30 мин, в то время как световая занимает всего 15-60 с.
Все виды фоторецепторов передают информацию о восприятии кванта света в ЦПС не с помощью нервного импульса, а электротоническим путем.
Кванты света поглощаются в рецепторах специализированными молекулами из класса каротиноидов - хромолипопротеинами.
Спектр поглощающая часть молекулы - хромофор - представлена альдегидами витамина А, или ретиналями. При связывании ретиналя с опсином образуется родопсин с максимумом поглощения 500 нм (отсюда его другое название - зрительный пурпур).
При поглощении фотона совершается реакция выцвечивания или обесцвечивания родопсина (потеря цвета молекулой). При этом выделяется энергия, формирующая электрический ток в рецепторных клетках, которые таким образом передают информацию о кванте света в ЦНС.
Помимо фоторецепторов в сетчатке выделяют пигментные и глиальные, а также клетки четыре класса нервных клеток - биполярные, горизонтальные, ганглиозные и амакриновые.
Пигментные клетки обеспечивают фоторецепторы - палочки и колбочки - родопсином, глиальные клетки выполняют опорную функцию.
Биполярные клетки передают информацию от фоторецепторов к горизонтальным и амакриновым клеткам. В свою очередь амакриновые клетки синаптически связаны с горизонтальными и ганглиозными клетками, которым и передается нервный импульс. Отростки ганглиозных клеток формируют зрительный нерв.
Передача нервного импульса от фоторецепторов к биполярным и ганг-лиозным клеткам представляет собой главный путь поступления информации в ЦНС, а от фоторецепторов к горизонтальным и амакриновым клеткам - латеральный, обеспечивающий латеральное торможение.
Ганглиозные клетки, объединяясь, формируют рецептивные поля, которые могут частично или полностью перекрываться. Информация от них поступает по волокнам типа С.
Зрение - это один из способов познавать окружающий мир и ориентироваться в пространстве. Несмотря на то что другие органы чувств тоже очень важны, с помощью глаз человек воспринимает около 90% всей информации, поступающей из окружающей среды. Благодаря способности видеть то, что находится вокруг нас, мы можем судить о происходящих событиях, отличать предметы друг от друга, а также заметить угрожающие факторы. Глаза человека устроены так, что помимо самих объектов, они различают ещё и цвета, в которые окрашен наш мир. За это отвечают специальные микроскопические клетки - палочки и колбочки, которые присутствуют в сетчатке каждого из нас. Благодаря им воспринятая нами информация о виде окружающего передаётся в головной мозг.
Строение глаза: схема
Несмотря на то что глаз занимает так мало места, он содержит множество анатомических структур, благодаря которым мы имеем способность видеть. Орган зрения практически напрямую связан с головным мозгом, и с помощью специального исследования офтальмологи видят пересечение зрительного нерва. имеет форму шара и располагается в специальной выемке - орбите, которую образуют кости черепа. Чтобы понять, для чего нужны многочисленные структуры органа зрения, необходимо знать строение глаза. Схема показывает, что глаз состоит таких образований, как хрусталик, передняя и задняя камеры, зрительный нерв и оболочки. Снаружи орган зрения покрывает склера - защитный каркас глаза.
Оболочки глаза
Склера выполняет функцию защиты глазного яблока от повреждений. Она является наружной оболочкой и занимает около 5/6 поверхности органа зрения. Часть склеры, которая находится снаружи и выходит непосредственно к окружающей среде, называется роговицей. Ей присущи свойства, благодаря которым мы имеем способность чётко видеть окружающий мир. Основные из них - это прозрачность, зеркальность, влажность, гладкость и способность пропускать и преломлять лучи. Остальная часть наружной оболочки глаза - склера - состоит из плотной соединительнотканной основы. Под ней находится следующий слой - сосудистый. Средняя оболочка представлена тремя образованиями, расположенными последовательно: радужка, и хореоидея. Помимо этого, сосудистый слой включает зрачок. Он представляет собой небольшое отверстие, не покрытое радужной оболочкой. Каждое из этих образований имеет собственную функцию, которая необходима для обеспечения зрения. Последний слой - это сетчатая оболочка глаза. Она контактирует непосредственно с головным мозгом. Строение сетчатки глаза очень сложно. Это связано с тем, что она считается самой важной оболочкой органа зрения.
Строение сетчатки глаза
Внутренняя оболочка органа зрения является составляющей частью мозгового вещества. Она представлена слоями нейронов, которые устилают глаз изнутри. Благодаря сетчатой оболочке мы получаем изображение всего, что находится вокруг нас. На ней фокусируются все преломлённые лучи и составляются в чёткий предмет. сетчатки переходят в зрительный нерв, по волокнам которого информация достигает головного мозга. На внутренней оболочке глаза имеется небольшое пятно, которое находится в центре и обладает наибольшей способностью к видению. Эта часть называется макулой. В этом месте располагаются зрительные клетки - палочки и колбочки глаза. Они обеспечивают нам как дневное, так и ночное видение окружающего мира.
Функции палочек и колбочек
Эти клетки расположены на глаза и необходимы для того, чтобы видеть. Палочки и колбочки являются преобразователями чёрно-белого и цветного зрения. Оба вида клеток выступают в качестве светочувствительных рецепторов глаза. Колбочки названы так из-за своей конической формы, они являются связующим звеном между сетчатой оболочкой и центральной нервной системой. Основная их функция - это преобразование световых ощущений, получаемых из внешней среды, в электрические сигналы (импульсы), обрабатываемые головным мозгом. Специфичность к распознаванию дневного света принадлежит колбочкам благодаря содержащемуся в них пигменту - йодопсину. Это вещество имеет несколько видов клеток, которые воспринимают различные части спектра. Палочки являются более чувствительными к свету, поэтому их основная функция сложнее - обеспечение видимости в сумерках. Они тоже содержат пигментную основу - вещество родопсин, которое обесцвечивается при попадании солнечных лучей.
Строение палочек и колбочек
Своё название эти клетки получили благодаря своей форме - цилиндрической и конической. Палочки, в отличие от колбочек, располагаются больше по периферии сетчатки и практически отсутствуют в макуле. Это связано с их функцией - обеспечением ночного видения, а также периферических полей зрения. Оба типа клеток имеют схожее строение и состоят из 4 частей:
Количество светочувствительных рецепторов на сетчатке сильно различается. Палочковые клетки составляют около 130 миллионов. Колбочки сетчатки значительно уступают им в количестве, в среднем их насчитывается примерно 7 млн.
Особенности передачи световых импульсов
Палочки и колбочки способны воспринимать световой поток и передавать его в ЦНС. Оба типа клеток способны работать в дневное время. Отличием является то, что светочувствительность колбочек гораздо выше, чем палочек. Передача полученных сигналов осуществляется благодаря интернейронам, к каждому из которых присоединяется несколько рецепторов. Объединения сразу нескольких палочковых клеток делают чувствительность органа зрения значительно большей. Такое явление получило название «конвергенция». Она обеспечивает нам обзор сразу нескольких а также способность улавливать различные движения, происходящие вокруг нас.
Способность к восприятию цветов
Оба вида рецепторов сетчатки необходимы не только, чтобы различать дневное и сумеречное зрение, но и определять цветные картинки. Строение глаза человека позволяет многое: воспринимать большую площадь окружающей среды, видеть в любое время суток. Кроме того, мы имеем одну из интересных способностей - бинокулярное зрение, позволяющее значительно расширить обзор. Палочки и колбочки участвуют в восприятии практически всего цветового спектра, благодаря чему люди, в отличие от животных, различают все краски этого мира. Цветное зрение в большей степени обеспечивают колбочки, которые бывают 3-х видов (коротко-, средне и длинноволновые). Тем не менее палочки тоже имеют способность к восприятию небольшой части спектра.