Văzul este unul dintre cele mai valoroase simțuri umane. În timp ce sistemul vizual este o parte relativ complexă a creierului, procesul este condus de un element optic umil: ochiul. Formează imagini pe retină, unde lumina este absorbită de fotoreceptori. Cu ajutorul lor, semnalele electrice sunt transmise cortexului vizual pentru procesare ulterioară.
Elementele principale ale sistemului optic al ochiului: corneea și cristalinul. Ei percep lumina și o proiectează pe retină. Este de remarcat faptul că dispozitivul ochiului este mult mai simplu decât cel al camerelor cu lentile multiple create după asemănarea lui. În ciuda faptului că doar două elemente joacă rolul lentilelor în ochi, acest lucru nu afectează percepția informațiilor.
Lumină
Natura inerentă a luminii afectează, de asemenea, unele caracteristici ale sistemului optic al ochiului. De exemplu, retina este cea mai sensibilă în partea centrală pentru perceperea spectrului vizibil, corespunzător spectrului de radiații al Soarelui. Lumina poate fi văzută ca fiind transversalăunde electromagnetice. Lungimile de undă vizibile de la aproximativ albastru (400 nm) până la roșu (700 nm) reprezintă doar o mică parte din spectrul electromagnetic.
Este interesant de observat că natura particulei de lumină (foton) poate afecta și vederea în anumite condiții. Absorbția fotonilor are loc în fotoreceptori conform regulilor unui proces aleatoriu. În special, intensitatea luminii care ajunge la fiecare fotoreceptor determină doar probabilitatea de a absorbi un foton. Acest lucru limitează capacitatea de a vedea la luminozitate scăzută și de a adapta ochiul la întuneric.
Transparency
În sistemele optice artificiale se folosesc materiale transparente: sticlă sau materiale plastice cu fixator de refracție. În mod similar, ochiul uman trebuie să formeze imagini la scară mare, de în altă rezoluție, folosind țesut viu. Dacă imaginea proiectată pe retină este prea neclară, neclară, sistemul vizual nu va funcționa corect. Motivul pentru aceasta poate fi bolile oculare și neuronale.
Anatomia ochiului
Ochiul uman poate fi descris ca o structură cvasi-sferică plină de lichid. Sistemul optic al ochiului este format din trei straturi de țesuturi:
- extern (sclera, cornee);
- intern (retină, corp ciliar, iris);
- intermediar (coroidă).
La oamenii adulți, ochiul este o sferă de aproximativ 24 mm în diametru și constă din multe componente celulare și necelulare derivate din liniile germinale ectodermice și mezodermicesurse.
Exteriorul ochiului este acoperit de un țesut rezistent și flexibil numit sclera, cu excepția părții frontale unde corneea transparentă permite luminii să pătrundă în pupilă. Alte două straturi sub sclera: coroidă pentru a furniza nutrienți și retina unde lumina este absorbită de fotoreceptori după formarea imaginii.
Ochiul este dinamic datorită acțiunii a șase mușchi extrinseci de a capta și scana mediul vizual. Lumina care intră în ochi este refractată de cornee: un strat subțire transparent fără vase de sânge, de aproximativ 12 mm în diametru și aproximativ 0,55 mm grosime în partea centrală. Filmul lacrimal de apă pe cornee garantează cea mai bună calitate a imaginii.
Camera anterioară a ochiului este umplută cu o substanță lichidă. Irisul, două seturi de mușchi cu o gaură centrală a căror dimensiune depinde de contracție, acționează ca o diafragmă cu o culoare caracteristică în funcție de cantitatea și distribuția pigmenților.
Pupila este gaura din centrul irisului care reglează cantitatea de lumină care intră în ochi. Dimensiunea sa variază de la mai puțin de 2 mm în lumină puternică până la mai mult de 8 mm în întuneric. După ce pupila percepe lumina, cristalinul se combină cu corneea pentru a forma imagini pe retină. O lentilă cristalină își poate schimba forma. Este inconjurata de o capsula elastica si atasata de corpul ciliar prin zonule. Acțiunea mușchilor din corpul ciliar permite cristalinului să-și crească sau să-și scadă puterea.
Retina și cornee
Există o depresie centrală în retină undeconţine cel mai mare număr de receptori. Părțile sale periferice oferă o rezoluție mai mică, dar sunt specializate în mișcarea ochilor și detectarea obiectelor. Câmpul natural de vedere este destul de mare în comparație cu cel artificial și este de 160×130°. Macula este situată în apropiere și funcționează ca un filtru de lumină, care se presupune că protejează retina de bolile degenerative prin eliminarea razelor albastre.
Corneea este o secțiune sferică cu o rază de curbură anterioară de 7,8 mm, o rază de curbură posterioară de 6,5 mm și un indice de refracție neomogen de 1,37 datorită structurii stratificate.
Mărimea ochilor și focalizarea
Ochiul static mediu are o lungime axială totală de 24,2 mm, iar obiectele îndepărtate sunt focalizate exact în centrul retinei. Dar abaterile în dimensiunea ochiului pot schimba situația:
- miopie, când imaginile sunt focalizate în fața retinei,
- hipermetropie când se întâmplă în spatele ei.
Funcțiile sistemului optic al ochiului sunt încălcate și în caz de astigmatism - o curbură incorectă a cristalinului.
Calitatea imaginii pe retină
Chiar și atunci când sistemul optic al ochiului este perfect focalizat, nu produce o imagine perfectă. Mai mulți factori influențează acest lucru:
- difracția luminii în pupilă (blur);
- aberații optice (cu cât pupila este mai mare, cu atât vizibilitatea este mai slabă);
- împrăștiere în interiorul ochiului.
Formele specifice ale lentilelor pentru ochi, variațiile indicelui de refracție și caracteristicile geometriei sunt deficiențe ale sistemului optic al ochiuluicomparativ cu omologii artificiali. Ochiul normal are o calitate de cel puțin șase ori mai scăzută și fiecare creează un bitmap original în funcție de aberațiile prezente. Deci, de exemplu, forma percepută a stelelor va varia de la o persoană la alta.
Viziune periferică
Câmpul central al retinei oferă cea mai mare rezoluție spațială, dar și partea periferică mai puțin vigilentă este importantă. Datorită vederii periferice, o persoană poate naviga în întuneric, poate distinge între factorul de mișcare și nu obiectul în mișcare în sine și forma acestuia și poate naviga în spațiu. Vederea periferică este predominantă la animale și păsări. Mai mult, unele dintre ele au un unghi de vizualizare de toate 360 ° pentru o șansă mai mare de supraviețuire. Iluziile vizuale sunt calculate pe baza caracteristicilor vederii periferice.
Rezultat
Sistemul optic al ochiului uman este simplu și de încredere și perfect adaptat percepției lumii înconjurătoare. Deși calitatea vizibilului este mai scăzută decât în sistemele tehnice avansate, acesta îndeplinește cerințele organismului. Ochii au o serie de mecanisme compensatorii care lasă unele dintre potențialele limitări optice neglijabile. De exemplu, efectul negativ mare al defocalizării cromatice este eliminat de filtrele de culoare adecvate și de sensibilitatea spectrală trece-bandă.
În ultimul deceniu, posibilitatea de a corecta aberațiile oculare folosindoptica. Acest lucru este în prezent posibil din punct de vedere tehnic în laborator cu dispozitive corective precum lentilele intraoculare. Corecția poate restabili capacitatea de a vedea, dar există o nuanță - selectivitatea fotoreceptorilor. Chiar dacă imaginile clare sunt proiectate pe retină, cea mai mică literă care trebuie percepută va necesita fotoreceptori multipli pentru a o interpreta corect. Imaginile cu litere mai mici decât acuitatea vizuală corespunzătoare nu vor fi distinse.
Totuși, principalele tulburări de vedere sunt aberațiile slabe: defocalizarea și astigmatismul. Aceste cazuri au fost ușor de corectat prin diferite evoluții tehnologice încă din secolul al XIII-lea, când au fost inventate lentilele cilindrice. Metodele moderne implică utilizarea lentilelor de contact și intraoculare sau a procedurilor de chirurgie refractivă cu laser pentru a edita structura sistemului optic al pacientului.
Viitorul oftalmologiei pare promițător. Fotonica și tehnologia luminii vor juca un rol cheie în aceasta. Utilizarea optoelectronicii avansate ar permite noilor proteze să restaureze ochii cu vedere departe fără a îndepărta țesutul viu, așa cum este cazul în prezent. Noua tomografie cu coerență optică ar putea oferi o vizualizare 3D în timp real la scară completă a ochiului. Știința nu stă pe loc, astfel încât sistemul optic al ochiului să ne permită fiecăruia dintre noi să vadă lumea în toată gloria ei.
