Как глаз чувствует свет

Как люди и животные воспринимают свет

Автор:

Фоменко Наталия Ивановна

Мед. портал:

Глаз человека устроен таким образом, что видеть в полной темноте он не может. Это связано с особенностью зрительной функции. Чтобы глаз смог зафиксировать изображение какого-либо объекта, нужно чтобы световые лучи,отразившись от него, попали на сетчатку глаза. Для того, чтобы человеческий глаз видел предметы, освещение может быть природным или искусственным. Восприятие объектов глазами животных и птиц отличается от человеческого видения, так как устройство органов зрения у некоторых представителей фауны рассчитано на особенности их среды обитания.

Механизм восприятия световых лучей

Свет является высокочастотными электромагнитными волнами. Глаза человека воспринимают только определенную частоту этих волн, а остальные являются для глаза невидимыми. Источники световых волн могут быть первичными и вторичными. Солнце и лампы являются первичными, а вот вторичными являются все остальные объекты, отражающие свет. Если объект прозрачный и не отражает свет, тогда для глаза он невидимый. То же происходит и в полной темноте, когда все находящиеся вне поля освещенности предметы невидимы для глаз.

Устройство глаза рассчитано на восприятие диапазона световых волн в пределах 400-790 ТГц, поэтому инфракрасное и ультрафиолетовое излучение человек не видит. Диапазон частот, которые видит человек, называют видимым излучением. У животных этот диапазон отличается, поэтому птицы и пчелы, к примеру, видят ультрафиолетовое излучение, находящееся в диапазоне с длинной волны 300-400 нм. Также различают ультрафиолетовые лучи рептилии, рыбы, ракообразные и моллюски.

Такая способность у животных развита для обеспечения выживания в естественной среде, для охоты, поиска еды или защиты от хищников. Пчелы при помощи ультрафиолетового света видят цветы и пыльцу. Видение животными уф-лучей обеспечивается за счет особого строения глаза, а вот для человека такое излучение является опасным, поэтому и блокируется. Также во время блокирования ультрафиолетового излучения острота зрения усиливается.

Инфракрасные лучи животные видеть не могут так же, как и человек. Глаз животного не настроен на восприятие инфракрасного излучения, но при помощи расположенных на разных участках тела рецепторов некоторые представители фауны могут чувствовать тепловое излучение. Человеку для распознавания инфракрасного излучения нужно дополнительное применение специального прибора – тепловизора.

Как человек и животные видят цвета

Человеческий глаз имеет в структуре сетчатки особые чувствительные фоторецепторы, которые обеспечивают восприятие окружающих объектов. Так для обеспечения сумеречного видения на сетчатке есть палочки, а для цветного восприятия окружающего мира – колбочки (для распознания синего, зеленого и красного цвета в спектре). Комбинация этих основных цветов спектра дает возможность распознавать человеку тысячи оттенков. При очень сильном освещении активируются одновременно все фоторецепторы, поэтому человек видит слепящий белый цвет.

В случае отсутствия или нарушения в функционировании колбочек для восприятия того или иного цвета спектра возникает заболевание дальтонизм. Человек с дальтонизмом может не воспринимать определенный цвет спектра или идентифицировать его ошибочно, путая зеленый и красный, например.

У большинства млекопитающих структура глаза устроена таким образом, что они могут воспринимать только черный и белый цвета. Особенность их глаз заключается в высокой чувствительности к оттенкам серого. Собаки, к примеру, отличают очень много серых оттенков. Именно поэтому многие ошибочно полагают, что собаки могут отличать цвета. На самом деле они безошибочно идентифицируют оттенок серого, но не цвет в его естественном проявлении.

Источник

Искусственный глаз чувствует свет быстрее настоящего

Сетчатка из перовскитных фотоэлементов даёт изображение всего из ста пикселей, зато реагирует на свет быстрее, чем натуральная.

Попытки создать полностью искусственный аналог глаза предпринимались неоднократно, однако такие устройства по многим параметрам уступали настоящему глазу. Пусть у нас есть искусственные светочувствительные элементы-рецепторы, их нужно ещё правильным образом расположить. Если они будут лежать просто на ровной плоскости, то большая часть света, проходящая через линзу (искусственный хрусталик), будет рассеиваться. Чтобы острота такого глаза была сопоставима с настоящим, его фоторецепторы должны располагаться куполом – так, как в настоящей сетчатке, которая выстилает полусферический «задник» нашего глаза. Округлая форма глаза, в котором сетчатка выстилает внутреннюю поверхность. Если же изогнуть такую плоскую сетчатку, то придётся пожертвовать частью фотоэлементов – их плотность придётся уменьшить, чтобы в матрице были места, за счёт которых её можно было бы сжимать и растягивать.

Исследователи из Гонконгского научно-технологического университета вышли из положения, введя фотоэлементы в микропоры уже изогнутой мембраны-носителя, сделанной из оксида алюминия. Это позволило рассадить фоточувствительные элементы намного гуще, чем в предыдущих искусственных глазах: плотность фотоэлементов была 4,6 × 10 8 на один квадратный сантиметр, что гораздо выше, чем плотность фоторецепторов в сетчатке человеческого глаза – около 10 7 на один квадратный сантиметр. Фотоэлементы представляли собой нанопровода из разновидности перовскита, состоящей из формамидина, йода и свинца. Роговицу и радужную оболочку сделали из алюминия, покрытого вольфрамовой плёнкой, камера между линзой и «сетчаткой», которая в обычном глазу заполнена стекловидным телом, в искусственном глазу была заполнена ионным раствором, помогавшим электрохимическим реакциям в перовскитных фоторецепторах.

Роль зрительного нерва играли провода из жидкой смеси металлов галлия и индия, заключённых в резиновую оболочку. Провода-нервы контактировали с нанопроводками-фоторецепторами через индиевую прокладку. И хотя теоретически разрешение искусственной сетчатки должно быть больше, чем у обычного нашего глаза (потому что плотность фоторецепторов у него больше), на деле так не было. Дело в том, что каждый провод-нерв был толщиной около 700 микрометров и одновременно собирал сигналы от нескольких фоторецепторов. На самом деле, в человеческом глазу сигнал тоже отчасти суммируется и усредняется – потому что импульсы от нескольких рецепторов-палочек (но не колбочек) стекаются к одной клетке-посреднику. Тем не менее, один пиксель картинки, получаемый от искусственного глаза, был намного крупнее пикселя, который отправляет в мозг глаз натуральный: проводов-нервов к сетчатке удалось подсоединить всего 100, так что и картинка состояла всего из ста пикселей.

Но по другим параметрам искусственный глаз был вполне сопоставим с настоящим, в чём-то и превосходил его. В статье в Nature говорится, что поле зрения у искусственного глаза почти такое же широкое и нижний предел чувствительности у него такой же, как у естественного, то есть искусственный глаз может видеть в очень тусклом свете. А вот реакция на свет у искусственного глаза была даже быстрее: его фоторецепторы реагировали на световой импульс за 19,2 миллисекунды, а в исходное состояние возвращались как минимум за 23,9 миллисекунды, независимо от длины световой волны. У человеческих рецепторов на реакцию и возврат в исходное состояние уходит от 40 до 150 миллисекунд. То есть в целом искусственный глаз на свет реагирует быстрее.

Как пишет портал Nature, пока что неясно, как долго такой глаз может работать. Авторы работы говорят, что он нормально функционировал девять часов без перерыва, но, вообще говоря, про электрохимические устройства известно, что со временем они устают. Возможно, на более долгой временной дистанции искусственный глаз начнёт видеть хуже. Но если глаз окажется долговечным, если к нему удастся подсоединить на сто проводов, а тысячу или, чего доброго, миллион, и если производить такую перовскитную сетчатку будет не так сложно, как сейчас (а сейчас её делать дорого и долго), то подобные искусственные глаза в скором времени можно будет увидеть если не у людей, то хотя бы у роботов.

Источник

Светобоязнь глаз – заболевание или естественная реакция?

• 

Каковы симптомы светобоязни?

Светобоязнь (фотофобия) – это повышенная чувствительность глаз к свету. Солнечный свет или искусственное освещение вызывают неприятные ощущения (боль, чувство рези в глазах), желание сощурится или закрыть глаза. Эти явления могут сопровождаться сухостью глаз, покраснением, слезоточением, дискомфортом, острой болью и головной болью.

Причины светобоязни

Иногда повышенная чувствительность к свету не связана с какими-либо расстройствами и является особенностью организма. Также она является следствием вредных привычек или условий работы. В других случаях, она может быть связана с воспалением глаз (из-за коньюктивита, кератита, увеита) или повреждением глаз (солнечный ожог, эрозия роговицы, неправильное ношение контактных линз, либо неправильно подобранных контактных линз). Эти состояния могут представлять угрозу и требуют консультации офтальмолога.

В некоторых случаях, подобная болезнь может носить наследственный характер и объясняться повышенной чувствительностью глаза к повышенной световой интенсивности, даже при отсутствии каких-либо заболеваний.
Таким пациентам рекомендуют носить специальные защитные очки с затемненными стеклами, чтобы снизить дискомфортные ощущения в дневное время суток и адаптироваться к выполнению своих ежедневных обязанностей.

Лечение светобоязни

Лечение светобоязни глаз напрямую зависти от причин, которыми она обусловлена. Если подобная патология развивается вследствие воспалительного заболевания какого-либо отдела глазного яблока, то после устранения очага воспаления фотофобия проходит сама по себе.
В том случае, если подобное нарушение связано с механическим повреждением глаз или попаданием инородного тела, а так же загрязнения, то после устранения негативного фактора и реабилитации травмированного органа, а так же полного восстановления им своих функций, заболевание так же может самостоятельно пройти.
А если фотофобия обусловлена развитием каких-либо инфекционных заболеваний, никак не связанных с работой зрительной системы и ее нормальным функционированием, то лечение в первую очередь должно быть направлено на терапию основного заболевания, которое спровоцировало светобоязнь.

Помните, что несмотря на то, что наличие светобоязни глаз, в некоторых случаях вполне объяснимо и особой тревоги не вызывает, при чрезмерном проявлении подобного отклонения его не стоит игнорировать. Ведь фотофобия может стать первым сигналом развития достаточно серьезного нарушения.

В Клинике микрохирургии «Глаз» (г. Екатеринбург) проводится полное обследование и диагностика зрения. Обследование проводится без очередей и долгих ожиданий, на самом современном оборудовании, высококвалифицированными офтальмологами. В случае, если вам поставлен диагноз того или иного заболевания зрения, офтальмолог назначит всё необходимое лечение, операции (по показаниям), а также регулярный контроль.

Источник

Особенности восприятия цвета и света

Благодаря зрительному аппарату (глазу) и мозгу человек способен различать и воспринимать цвета окружающего его мира. Довольно нелегко сделать анализ эмоционального воздействия цвета, по сравнению с физиологическими процессами, появляющимися в результате световосприятия. Однако большое количество людей предпочитает определённые цвета и полагает, что цвет оказывает непосредственное воздействие на настроение. Трудно объяснить то, что многие люди находят сложным жить и работать в помещениях, где цветовое оформление кажется неудачным. Как известно, все цвета разделяют на тяжелые и лёгкие, сильные и слабые, успокаивающие и возбуждающие.

Строение человеческого глаза

Опытами ученых сегодня доказано, что у многих людей существует похожее мнение относительно условного веса цветов. Например, по их мнению, красный является самым тяжёлым, за ним следует оранжевый, потом синий и зелёный, затем — жёлтый и белый.

Строение человеческого глаза достаточно сложное:

склера;
сосудистая оболочка;
зрительный нерв;
сетчатка;
стекловидное тело;
ресничный поясок;
хрусталик;
передняя камера глаза, наполненная жидкостью;
зрачок;
радужная оболочка;
роговица.

Когда человек наблюдает объект, то отраженный свет сначала попадает на его роговицу, затем проходит через переднюю камеру, и отверстие в радужной оболочке (зрачок). Свет попадает на сетчатку глаза, но прежде он проходит через хрусталик, который может изменять свою кривизну, и стекловидное тело, где появляется уменьшенное зеркально-шарообразное изображение видимого объекта.
Для того, чтобы полосы на французском флаге казались одинаковой ширины на судах их делают в пропорции 33:30:37

На сетчатке глаза расположены два вида светочувствительных клеток (фоторецепторов), которые при освещении изменяют все световые сигналы. Они также называются колбочками и палочками.

Их существует около 7 млн, и они распределены по всей поверхности сетчатки, за исключением слепого пятна и имеют малую светочувствительность. Кроме того, колбочки подразделяются на три вида, это чувствительные к красному свету, зелёному и синему, соответственно реагирующие лишь на синюю, зелёную и красную часть видимых оттенков. Если же передаются остальные цвета, например жёлтый, то возбуждаются два рецептора (красно- и зелёночувствительный). При таком значительном возбуждении всех трёх рецепторов появляется ощущение белого, а при слабом возбуждении напротив — серого цвета. Если возбуждения трёх рецепторов отсутствуют, то возникает ощущение чёрного цвета.

Можно привести также следующий пример. Поверхность объекта, имеющего красный цвет, при интенсивном освещении белым светом, поглощает синие и зелёные лучи, и отражает красные, а также зелёные. Именно благодаря разнообразию возможностей смешения световых лучей различных длин спектра, появляется такое многообразие цветовых тонов, из которых глаз отличает примерно 2 млн. Вот так колбочки обеспечивают глаз человека восприятием цвета.

На чёрном фоне цвета кажутся интенсивнее, по сравнению со светлым.

Палочки наоборот, имеют намного большую чувствительность, чем колбочки, а также чувствительны к синезелёной части видимого спектра. В сетчатке глаза расположено около 130 млн. палочек, которые в основном не передают цвета, а работают при небольших освещённостях, выступая аппаратом сумеречного зрения.

Цвет способен изменять представление человека о настоящих размерах предметов, а те цвета, которые кажутся тяжёлыми, заметно уменьшают такие размеры. Например, французский флаг, состоящий из трёх цветов, включает синюю, красную, белую вертикальные полосы одинаковой ширины. В свою очередь, на морских судах соотношение таких полос меняют в пропорции 33:30:37 для того, чтобы на большом расстоянии они казались равнозначными.

Огромное значение на усиление или ослабление восприятия глазом контрастных цветов имеют такие параметры как расстояние и освещение. Таким образом, чем больше расстояние между глазом человека и контрастной парой цветов, тем наименее активно они кажутся нам. Фон, на котором находится предмет определённого цвета, также воздействует на усиление и ослабление контрастов. То есть на чёрном фоне они кажутся интенсивнее, по сравнению с любым светлым.

Мы обычно не задумываемся о том, что есть свет. А между тем именно эти волны несут в себе большое количество энергии, которая используется нашим организмом. Нехватка света в нашей жизни не может не отразиться отрицательно для нашего организма. Не даром сейчас становится всё более популярным лечение, основанное на воздействие этих электромагнитных излучений (цветотерапия, хромотерапия, ауро-сома, цветовая диета, графохромотерапия и многое другое).

Что такое свет и цвет?

Свет — это электромагнитное излучение с длиной волны от 440 до 700 нм. Человеческий глаз воспринимает часть солнечного света и охватывает излучение с длиной волны от 0,38 до 0,78 микрон.

Световой спектр состоит из лучей очень насыщенного цвета. Свет распространяется со скоростью 186 000 миль в секунду (300 млн. километров в секунду).

Цвет — основной признак, по которому различаются лучи света, то есть это отдельные участки световой шкалы. Восприятие цвета формируется в результате того, что глаз, получив раздражение от электромагнитных колебаний, передаёт его в высшие отделы головного мозга человека. Цветовые ощущения имеют двойственную природу: они отражают свойства, с одной стороны, внешнего мира, а с другой — нашей нервной системы.

Минимальные значения соответствуют синей части спектра, а максимальные — красной части спектра. Зелёный цвет — находится в самой середине этой шкалы. В цифровом выражении цвета можно определить следующим образом:
красный — 0,78-9,63 микрон;
оранжевый — 0,63-0,6 микрон;
жёлтый — 0,6-0,57 микрон;
зелёный — 0,57-0,49; микрон
голубой — 0,49-0,46 микрон;
синий — 0,46-0,43 микрон;
фиолетовый — 0,43-0,38 микрон.

Белый свет — это сумма всех волн видимого спектра.

За пределами этого диапазона находятся ультрафиолетовые (УФ) и инфракрасные (ИК) световые волны, их человек зрительно уже не воспринимает, хотя они оказывают очень сильное воздействие на организм.

Характеристики цвета

Насыщенность — это интенсивность цвета.
Яркость — это количество световых лучей, отражённых поверхностью данного цвета.
Яркость определяется освещением, то есть количеством отражённого светового потока.
Для цветов характерно свойство перемешиваться между собой и тем самым давать новые оттенки.

На усиление или ослабление восприятия человеком контрастных цветов влияют расстояние и освещение. Чем больше расстояние между контрастной парой цветов и глазом, тем менее активно они выглядят и наоборот. Окружающий фон так же влияет на усиление или ослабление контрастов: на чёрном фоне они сильнее, чем на любом светлом.

Все цвета делятся на следующие группы

Первичные цвета: красный, жёлтый и синий.
Вторичные цвета, которые образовываются посредством соединения между собой первичных цветов: красный + жёлтый = Оранжевый, жёлтый + синий = зелёный. Красный + синий = фиолетовый. Красный + жёлтый + синий = коричневый.
Третичные цвета — это те цвета, которые были получены посредством смешения вторичных цветов: оранжевый + зелёный = жёлто-коричневый. Оранжевый + фиолетовый = красно-коричневый. Зелёный + фиолетовый = сине-коричневый.

Польза цвета и света

Чтобы восстановить здоровье, нужно передать в организм соответствующую информацию. Эта информация закодирована в цветовых волнах. Одной из главных причин большого числа, так называемых, болезней цивилизации — гипертонии, высокого уровня холестерина, депрессии, остеопороза, диабета и т. д. может быть назван недостаток естественного света.

Меняя длину световых волн, можно передавать клеткам именно ту информацию, которая необходима для восстановления их жизнедеятельности. Цветотерапия и направлена на то, чтобы организм получил не хватающую ему цветовую энергию.

Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, как свет проникает в тело человека и воздействует на него.

Действуя на радужку глаза, цвет возбуждает определённые рецепторы. Те, кто хоть однажды проходил диагностику по радужной оболочке глаза, знает, что по ней можно «прочитать» болезнь любого из органов. Оно и понятно, ведь «радужка» рефлекторно связана со всеми внутренними органами и, разумеется, с мозгом. Отсюда нетрудно догадаться, что тот или иной цвет, действуя на радужную оболочку глаза, тем самым рефлекторно воздействует и на жизнедеятельность органов нашего тела.

Возможно, свет проникает через сетчатку глаза и стимулирует гипофиз, который в свою очередь стимулирует тот или иной орган. Но тогда не понятно, почему полезен такой метод как цветопунктура отдельных секторов человеческого тела.

Вероятно, наше тело способно чувствовать эти излучения с помощью рецепторов кожного покрова. Это подтверждает наука радионика — согласно этому учению вибрации света вызывают вибрации в нашем организме. Свет вибрирует во время движения, наше тело начинает вибрировать во время энергетического излучения. Это движение можно увидеть на фотографиях Кирлиана, с помощью которых можно запечатлеть ауру.

Возможно, эти вибрации начинают воздействовать на мозг, стимулируя его и заставляя вырабатывать гормоны. В последствии эти гормоны попадают в кровь и начинают воздействовать на внутренние органы человека.

Так как все цвета различны по своей структуре, то не трудно догадаться, что и воздействие каждого отдельного цвета будет различным. Цвета разделяют на сильные и слабые, успокаивающие и возбуждающие, даже на тяжёлые и легкие. Красный был признан самым тяжёлым, за ним шли равные по весу цвета: оранжевый, синий и зелёный, затем — жёлтый и последним — белый.

Общее влияние цвета на физическое и психическое состояние человека

На протяжении многих столетий у людей по всему миру складывалась определённая ассоциация определённым цветом. Например, римляне и египтяне соотносили чёрный цвет с печалью и скорбью, белый цвет — с чистотой, однако в Китае и Японии белый цвет — символ скорби, а вот у населения Южной Африки цветом печали был красный, в Бирме напротив, печаль ассоциировалась с жёлтым, а в Иране — с синим.

Влияние цвета на человека достаточно индивидуально, и зависит также от определённого опыта, например от метода подбора цвета определённых торжеств или же повседневной работы.

В зависимости от времени воздействия на человека, либо количества занимаемой цветом площади, он вызывает положительные или отрицательные эмоции, и влияет на его психику. Глаз человека способен распознавать 1,5 миллиона цветов и оттенков, а цвета воспринимаются даже кожей, воздействуют и на людей, лишённых зрения. В процессе исследований, проведённых учёными в Вене, имели место испытания с завязанными глазами. Людей ввели в комнату с красными стенами, после чего их пульс увеличился, затем их поместили в помещение с жёлтыми стенами, причём пульс резко нормализовался, а в комнате с синими стенами, он заметно понизился. Кроме того, заметное воздействие на цветовосприятии и снижении цветовой чувствительности оказывает возраст и пол человека. До 20-25 восприятие возрастает, а после 25 уменьшается по отношению к определённым оттенкам.

Исследования, имевшие место в американских университетах доказали, что основные цвета, преобладающие в детской комнате, могут воздействовать на изменение давления у детей, снижать или повышать их агрессивность, причем у зрячих и незрячих. Можно сделать соответствующий вывод, что цвета могут оказывать негативное и позитивное воздействие на человека.

Восприятие цветов и оттенков можно сравнить с музыкантом, настраивающим свой инструмент. Все оттенки способны вызывать в душе человека неуловимые отклики и настроения, поэтому он и ищет резонанс колебаний цветовых волн с внутренними отголосками своей души.

Ученые разных стран мира утверждают, что красный цвет помогает вырабатыванию красных телец в печени, а также помогает скорейшему выведению ядов из организма человека. Полагают, что красный цвет способен уничтожать различные вирусы и значительно снижает воспаления в организме. Зачастую в специальной литературе встречается мысль о том, что любому органу человека присущи вибрации определённых цветов. Разноцветную окраску внутренностей человека можно встретить на древних китайских рисунках, иллюстрирующих методы восточной медицины.

Кроме того, цвета не только влияют на настроение и психическое состояние человека, но и приводят к некоторым физиологическим отклонениям в организме. Например, в помещении с красными или оранжевыми обоями заметно учащается пульс и повышается температура. В процессе окраски помещений выбор цвета обычно предполагает очень неожиданный эффект. Нам известен такой случай, когда хозяин ресторана, хотевший улучшить аппетит у посетителей, приказал покрасить стены в красный цвет. После чего аппетит гостей улучшился, однако чрезвычайно увеличилось количество разбитой посуды и число драк и происшествий.

Известно также, что цветом можно вылечить даже многие серьезные заболевания. К примеру, во многих банях и саунах благодаря определенному оборудованию существует возможность принимать целебные цветовые ванны.

Источник