Цветовое зрение и строение глаза

Глаза человека — сложнейший прибор, с помощью которого он имеет возможность не только воспринимать окружающие его предметы, но и «различать» их цвет. Давайте попробуем разобраться, как же происходит этот процесс…



На данном рисунке (рис.1), изображена схема строения глаза человека. Отраженный от объекта свет, попадает в глаз через роговую оболочку (b) и зрачок (отверстие в радужной оболочке d). Далее свет проходит через глазную линзу — хрусталик (c), подвижно закрепленный с помощью мышц (a). Затем, пройдя через стекловидное тело (центральная область глаза), свет попадает на светочувствительную поверхность глаза — сетчатку (f).
Так же, следует отметить, что мышцы хрусталика (a), играют очень весомую роль в работе глаза, а именно: они изменяют кривизну хрусталика, благодаря чему, обеспечивается фокусировка изображения объектов, расположенных на различных расстояниях от глаза. Изменение кривизны хрусталика, называется — аккомодацией.
Сетчатка образована огромным количеством светочувствительных клеток. Строение этих клеток и их работа во многом объясняют механизм зрительного восприятия света, в том числе и механизм цветового зрения.
Каждая клетка или небольшая их группа соединены с отдельными нервными волокнами и могут рассматриваться как окончания этих волокон в глазу. Другой конец каждого нервного волокна находится в соответствующих «зрительных» участках головного мозга. При выходе из глаза все волокна собираются в единый пучок — зрительный нерв (i).
Светочувствительные клетки сетчатки делятся на две группы, из-за своей характерной формы эти клетки получили название палочек и колбочек (рис. 2).



Палочки и колбочки плотно примыкают друг к другу удлиненными сторонами. Размеры их очень малы: длина палочек 0,06 мм, диаметр 0,002 мм, длина и диаметр колбочек — 0,035 мм и 0,006 мм, соответственно. Число палочек в сетчатке, около 125-130 миллионов; колбочек, около 6-7 миллионов. Плотность размещения палочек и колбочек на различных участках сетчатки составляет от 20 до 200 тысяч на квадратный миллиметр. При этом колбочки преобладают в центральной части сетчатки, палочки — на периферии.
В центре сетчатки находится так называемое «желтое пятно» овальной формы (длина 2 мм, ширина 0,8 мм). В этом месте находятся почти одни колбочки. «Желтое пятно» является участком сетчатки, обеспечивающим наиболее отчетливое и резкое зрение.
Палочки и колбочки различаются между собой содержащимися в них светочувствительными веществами. Вещество палочек — родопсин (зрительный пурпур). Максимальное светопоглощение родопсина соответствует длине волны примерно 500 нм (зеленый свет). Соответственно, палочки имеют максимальную чувствительность к излучению с длиной волны 500 нм.

Предполагают, что светочувствительное вещество колбочек (йодопсин), состоит из смеси трех веществ, каждое из которых имеет максимальное поглощение. А, следовательно, и максимальную светочувствительность в коротко-, средне- и длинноволновой зонах спектра.
Под действием света молекулы светочувствительных веществ диссоциируют (распадаются) на положительно и отрицательно заряженные ионы. Это вызывает импульс тока в нервном волокне, который распространяется по направлению к мозгу со скоростью до 100 метров в секунду.
Реакции светового распада родопсина и йодопсина обратимы, т.е. через некоторое время после того, как под действием света они были разложены на ионы, происходит их восстановление в своей первоначальной чувствительной к свету форме. Таким образом, в глазу устанавливается непрерывный цикл разрушения и последующего восстановления светочувствительных веществ. Это обеспечивает нормальную работу глаза в течение продолжительного времени.
Если уровень действующего на глаз света не изменяется во времени, то устанавливается динамическое равновесие между концентрацией двух форм светочувствительных веществ. Очевидно, что чувствительность глаза пропорциональна концентрации светочувствительных веществ в первоначальной форме. Но величина этой концентрации зависит от количества света в предшествующий момент времени. Из этого следует, что световая чувствительность глаза изменяется при различных уровнях действующего света.

Известно, что если войти с яркого света в очень слабо освещенное помещение, то, в начальный момент, глаза ничего не различают. Постепенно способность глаз различать предметы восстанавливается. После длительного пребывания в темноте (около одного часа) чувствительность глаза становится максимальной. Если теперь выйти на свет, то, в первый момент, глаза будут ослеплены: восстановление светочувствительных веществ отстает от очень интенсивного их распада. Постепенно глаза приспосабливаются к уровню освещения и начинают работать нормально. Свойство глаза приспосабливаться к уровню освещения, которое выражается в изменении его чувствительности, называется — адоптацией.
Известную роль при адоптации играют и другие процессы, в частности непроизвольное изменение размера зрачка. Когда яркость увеличивается, зрачок сужается, когда яркость уменьшается — зрачок увеличивается. Поэтому диапазон яркости света на сетчатке меньше, чем его значение на роговице глаза. Предельные размеры зрачка 2 и 8 мм можно наблюдать ярким днем и темной ночью, соответственно.