Podľa fyzikálnych zákonov zbiehavá šošovka obracia obraz objektu. Rohovka aj šošovka sú kolektívne šošovky, takže obraz sa na sietnici objavuje aj obrátene. Obraz je potom prenášaný pozdĺž nervov do mozgu, kde dostávame dodatočný obraz taký, aký v skutočnosti je.
Novonarodené dieťa vidí predmety hore nohami. Schopnosť oka vidieť prevrátený obraz sa objavuje postupne pomocou tréningu a tréningu, do ktorého sú zapojené nielen vizuálne, ale aj iné analyzátory. Medzi nimi hlavnú úlohu zohrávajú orgány rovnováhy, svalové a kožné vnemy. V dôsledku interakcie týchto analyzátorov vznikajú holistické obrazy vonkajších objektov a javov.
Zaujímavý spôsob, ako overiť túto skutočnosť: zľahka zatlačte prstom na vonkajší okraj dolného viečka pravého oka. V ľavom hornom rohu zraku uvidíte čiernu bodku – skutočný obraz vášho prsta.
Ako zistiť niečo osobné o vašom partnerovi podľa jeho vzhľadu
Tajomstvá „sov“, o ktorých „skřivani“ nevedia Ako funguje „brainmail“ – prenos správ z mozgu do mozgu cez internet Prečo je nuda potrebná? „Man Magnet“: Ako sa stať charizmatickejším a pritiahnuť k sebe ľudí 25 citátov, ktoré vyzdvihnú vášho vnútorného bojovníka Ako rozvíjať sebavedomie Je možné „očistiť telo od toxínov“? 5 dôvodov, prečo ľudia budú vždy obviňovať zo zločinu obeť, nie zločinca Experiment: muž vypije 10 plechoviek koly denne, aby dokázal jej škodlivosť
Nemožné postavy a nejednoznačné obrazy nie sú niečo, čo nemožno brať doslovne: vznikajú v našom mozgu. Keďže proces vnímania takýchto postáv ide zvláštnou, nekonvenčnou cestou, pozorovateľ pochopí, že v jeho hlave sa deje niečo nezvyčajné. Na lepšie pochopenie procesu, ktorý nazývame „videnie“, je užitočné pochopiť, ako naše zmyslové orgány (oči a mozog) premieňajú svetelné podnety na užitočné informácie.
Oko ako optické zariadenie
Obrázok 1. Anatómia očnej gule.Oko (pozri obr. 1) funguje ako kamera. Šošovka (šošovka) premieta prevrátený, zmenšený obraz z vonkajšieho sveta na sietnicu (sietnicu), sieť fotosenzitívnych buniek umiestnených oproti zrenici (zornici) a zaberá viac ako polovicu plochy vnútorného povrchu očnej gule. . Ako optický nástroj bolo oko dlho záhadou. Kým fotoaparát zaostruje približovaním alebo odďaľovaním šošovky od svetlocitlivej vrstvy, pri akomodácii (prispôsobenie oka na určitú vzdialenosť) sa upravuje jeho schopnosť lámať svetlo. Tvar očnej šošovky mení ciliárny sval. Keď sa sval stiahne, šošovka sa zaguľatí, čo umožní, aby sa na sietnici objavil zaostrený obraz bližších predmetov. Clona ľudského oka sa nastavuje rovnakým spôsobom ako vo fotoaparáte. Zornička riadi veľkosť otvoru, rozširovania alebo sťahovania šošovky pomocou radiálnych svalov, ktoré farbia očnú dúhovku (dúhovku) jej charakteristickou farbou. Keď naše oko presunie pohľad na oblasť, na ktorú sa chce zamerať, ohnisková vzdialenosť a veľkosť zrenice sa okamžite „automaticky“ prispôsobia požadovaným podmienkam.
Obrázok 2. Rez sietnicou
Obrázok 3. Oko so žltou škvrnou
Štruktúra sietnice (obrázok 2), fotosenzitívnej vrstvy vo vnútri oka, je veľmi zložitá. Očný nerv (spolu s krvnými cievami) vychádza zo zadnej časti oka. Táto oblasť nemá žiadne fotosenzitívne bunky a je známa ako slepá škvrna. Nervové vlákna sa rozvetvujú a končia v troch rôznych typoch buniek, ktoré detegujú svetlo, ktoré do nich vstupuje. Procesy prichádzajúce z tretej, najvnútornejšej vrstvy buniek obsahujú molekuly, ktoré pri spracovaní prichádzajúceho svetla dočasne menia svoju štruktúru, a tým vydávajú elektrický impulz. Fotosenzitívne bunky sa nazývajú tyčinky a čapíky na základe tvaru ich procesov. Šišky sú citlivé na farbu, zatiaľ čo tyčinky nie. Na druhej strane fotosenzitivita tyčiniek je oveľa vyššia ako u čapíkov. Jedno oko obsahuje asi sto miliónov tyčiniek a šesť miliónov čapíkov, ktoré sú nerovnomerne rozmiestnené po sietnici. Presne oproti zrenici leží takzvaná macula macula (obr. 3), ktorú tvoria iba čapíky v pomerne hustej koncentrácii. Keď chceme niečo vidieť zaostrené, umiestnime oko tak, aby obraz dopadol na makulu. Medzi bunkami sietnice existuje veľa spojení a elektrické impulzy zo sto miliónov fotosenzitívnych buniek sa do mozgu posielajú len po milióne nervových vlákien. Oko teda možno povrchne opísať ako fotografickú alebo televíznu kameru nabitú fotosenzitívnym filmom.
Obrázok 4. Postava Kanizsa
Od svetelného impulzu k informáciám
Obrázok 5. Ilustrácia z Descartovej knihy „Le traité de l’homme“, 1664
Ale ako to naozaj vidíme? Donedávna bol tento problém len ťažko riešiteľný. Najlepšou odpoveďou na túto otázku bolo, že v mozgu existuje oblasť, ktorá sa špecializuje na videnie, v ktorej sa obraz získaný zo sietnice vytvára vo forme mozgových buniek. Čím viac svetla dopadá na bunku sietnice, tým intenzívnejšie pracuje zodpovedajúca mozgová bunka, to znamená, že aktivita mozgových buniek v našom zrakovom centre závisí od rozloženia svetla dopadajúceho na sietnicu. Stručne povedané, proces začína obrazom na sietnici a končí zodpovedajúcim obrazom na malej „obrazovke“ mozgových buniek. Prirodzene to nevysvetľuje víziu, ale jednoducho posúva problém na hlbšiu úroveň. Kto má vidieť tento vnútorný obraz? Túto situáciu dobre ilustruje obrázok 5, prevzatý z Descartovho diela „Le traité de l'homme". V tomto prípade všetky nervové vlákna končia v určitej žľaze, ktorú Descartes predstavoval ako sídlo duše, a to táto žľaza, ktorá vidí vnútorný obraz, ale zostáva otázka: Ako vlastne funguje „videnie“?
Obrázok 6.
Myšlienka mini-pozorovateľa v mozgu nielenže nestačí na vysvetlenie videnia, ale ignoruje aj tri činnosti, ktoré zjavne vykonáva priamo samotný vizuálny systém. Pozrime sa napríklad na obrázok na obrázku 4 (od Kanizsu). Trojuholník vidíme v troch kruhových segmentoch podľa ich výrezov. Tento trojuholník nebol prezentovaný sietnici, ale je výsledkom špekulácií nášho vizuálneho systému! Tiež je takmer nemožné pozrieť sa na obrázok 6 bez toho, aby sme videli súvislé sekvencie kruhových vzorov, ktoré súperia o našu pozornosť, ako keby sme priamo zažívali vnútornú vizuálnu aktivitu. Mnoho ľudí zisťuje, že ich vizuálny systém je úplne zmätený postavou Dallenbacha (obrázok 8), pretože hľadajú spôsoby, ako interpretovať tieto čierne a biele škvrny do nejakej formy, ktorej rozumejú. Aby ste si ušetrili problémy, obrázok 10 ponúka výklad, ktorý váš vizuálny systém raz a navždy prijme. Na rozdiel od predchádzajúcej kresby nebudete mať problém zrekonštruovať niekoľko ťahov atramentom na obrázku 7 do podoby dvoch ľudí, ktorí sa rozprávajú.
Obrázok 7. Kresba z "Mustard Seed Garden Manual of Painting", 1679-1701
Napríklad úplne inú metódu videnia ilustruje výskum Wernera Reichardta z Tübingenu, ktorý 14 rokov skúmal systémy videnia a riadenia letu muchy domácej. Za tieto štúdie mu bola v roku 1985 udelená cena Heineken. Rovnako ako mnoho iných druhov hmyzu, mucha má zložené oči, ktoré pozostávajú z mnohých stoviek jednotlivých tyčiniek, z ktorých každá je samostatným fotosenzitívnym prvkom. Systém riadenia letu muchy sa skladá z piatich nezávislých podsystémov, ktoré fungujú mimoriadne rýchlo (rýchlosť reakcie je približne 10-krát vyššia ako u človeka) a efektívne. Napríklad pristávací subsystém funguje nasledovne. Keď zorné pole muchy "exploduje" (pretože povrch je blízko), mucha sa pohybuje smerom k stredu "výbuchu". Ak je stred nad muškou, automaticky sa obráti hore nohami. Akonáhle sa nohy muchy dotknú hladiny, pristávací „subsystém“ sa vypne. Pri lietaní mucha získava zo svojho zorného poľa iba dva typy informácií: bod, v ktorom sa nachádza pohybujúca sa škvrna určitej veľkosti (ktorá sa musí zhodovať s veľkosťou muchy vo vzdialenosti 10 centimetrov). ako smer a rýchlosť pohybu tohto bodu cez zorné pole. Spracovanie týchto údajov pomáha automaticky upraviť dráhu letu. Je veľmi nepravdepodobné, že mucha má úplný obraz o svete okolo seba. Nevidí ani povrchy, ani predmety. Vstupné vizuálne dáta spracované určitým spôsobom sa prenášajú priamo do podsystému motora. Vizuálny vstup sa teda neprevádza do vnútorného obrazu, ale do podoby, ktorá umožňuje muche primerane reagovať na svoje prostredie. To isté možno povedať o takom nekonečne zložitejšom systéme, akým je človek.
Obrázok 8. Obrázok Dallenbach
Existuje mnoho dôvodov, prečo sa vedci tak dlho zdržiavali riešenia základnej otázky tak, ako ju vnímame. Ukázalo sa, že najprv bolo potrebné vysvetliť mnohé iné problémy videnia – zložitú štruktúru sietnice, farebné videnie, kontrast, dosvit atď. Na rozdiel od očakávaní však objavy v týchto oblastiach nie sú schopné osvetliť riešenie hlavného problému. Ešte výraznejším problémom bol nedostatok akéhokoľvek všeobecného konceptu alebo schémy, ktorá by vymenovala všetky vizuálne javy. Relatívne obmedzenia konvenčných oblastí výskumu možno vyčítať z vynikajúceho sprievodcu od T.N. Comsweet na tému zrakového vnímania, zostavený z jeho prednášok pre študentov prvého a druhého semestra. V predslove autor píše: "Snažím sa opísať základné aspekty, ktoré sú základom rozsiahleho poľa, ktoré náhodne nazývame vizuálne vnímanie." Pri skúmaní obsahu tejto knihy sa však ukazuje, že tieto „základné témy“ sú absorpcia svetla tyčinkami a čapíkmi sietnice, farebné videnie, spôsoby, akými môžu zmyslové bunky zvyšovať alebo znižovať hranice vzájomného ovplyvňovania. na sebe, frekvencia elektrických signálov prenášaných zmyslovými bunkami a pod. V súčasnosti sa výskum v tejto oblasti uberá úplne novými cestami, čo vedie k ohromujúcej rozmanitosti v odbornej tlači. A iba špecialista si môže vytvoriť všeobecný obraz o rozvíjajúcej sa novej vede o vízii." Bol len jeden pokus spojiť niekoľko nových myšlienok a výsledkov výskumu spôsobom dostupným laikom. A aj tu sú otázky „Čo je vízia?" a "Ako vidíme?" sa nestali hlavnými otázkami diskusie.
Od obrazu až po spracovanie dát
David Marr z laboratória umelej inteligencie MIT bol prvý, kto vo svojej knihe Vízia, ktorá vyšla po jeho smrti, pristúpil na túto tému z úplne iného uhla. V ňom sa snažil preskúmať hlavný problém a navrhnúť možné spôsoby jeho riešenia. Marrove výsledky samozrejme nie sú konečné a sú stále otvorené výskumu z rôznych smerov, no napriek tomu je hlavnou výhodou jeho knihy jej logika a konzistentnosť záverov. V každom prípade, Marrov prístup poskytuje veľmi užitočný základ, na ktorom je možné postaviť štúdie nemožných objektov a duálnych postáv. Na nasledujúcich stránkach sa pokúsime sledovať Marrov myšlienkový pochod.
Marr opísal nedostatky tradičnej teórie vizuálneho vnímania takto:
"Pokúšať sa pochopiť vizuálne vnímanie štúdiom iba neurónov je ako snažiť sa pochopiť let vtáka skúmaním iba jeho peria. Je to jednoducho nemožné. Aby sme pochopili let vtáka, musíme pochopiť aerodynamiku a až potom štruktúru perie a rôzne tvary vtáčích krídel nám budú dávať akýkoľvek zmysel.“ V tomto kontexte Marr pripisuje J. J. Gobsonovi ako prvému, kto sa zaoberal dôležitými otázkami v tomto zornom poli. dôležitým príspevkom bolo, že „najdôležitejšie na zmysloch je, že sú to informačné kanály z vonkajšieho sveta k nášmu vnímaniu (...) Položil kritickú otázku – Ako každý z nás dosahuje rovnaké výsledky vo vnímaní v každodennom živote? život v neustále sa meniacich podmienkach? Toto je veľmi dôležitá otázka, ktorá ukazuje, že Gibson správne pozeral na problém vizuálneho vnímania ako na rekonštrukciu „správnych“ vlastností predmetov vo vonkajšom svete zo zmyslových informácií.“ A tak sme sa dostali do oblasti spracovania informácií.
Nemalo by byť pochýb o tom, že Marr chcel ignorovať iné vysvetlenia fenoménu videnia. Naopak, osobitne zdôrazňuje, že víziu nemožno uspokojivo vysvetliť len z jedného uhla pohľadu. Pre každodenné udalosti je potrebné nájsť vysvetlenia, ktoré sú v súlade s výsledkami experimentálnej psychológie a všetkými objavmi psychológov a neurológov v tejto oblasti v oblasti anatómie nervového systému. Pokiaľ ide o spracovanie informácií, informatici by chceli vedieť, ako sa dá naprogramovať vizuálny systém, aké algoritmy sú pre danú úlohu najvhodnejšie. Skrátka, ako sa dá naprogramovať videnie. Len komplexná teória môže byť prijatá ako uspokojivé vysvetlenie procesu videnia.
Marr na tomto probléme pracoval v rokoch 1973 až 1980. Žiaľ, nepodarilo sa mu dielo dokončiť, no dokázal položiť pevné základy pre ďalší výskum.
Od neurovedy k vizuálnemu mechanizmu
Názor, že mnohé ľudské funkcie riadi mozog, zdieľali neurológovia už od začiatku 19. storočia. Názory na to, či sa na vykonávanie konkrétnych operácií používali konkrétne časti mozgovej kôry, alebo či sa pri každej operácii využíval celý mozog, sa rôznili. Dnes známy experiment francúzskeho neurológa Pierra Paula Brocu viedol k všeobecnému prijatiu teórie špecifickej polohy. Broca liečil pacienta, ktorý nemohol hovoriť 10 rokov, hoci jeho hlasivky boli v poriadku. Keď muž v roku 1861 zomrel, pitva odhalila, že ľavá strana jeho mozgu bola zdeformovaná. Broca navrhol, že reč je riadená touto časťou mozgovej kôry. Jeho teóriu potvrdili následné vyšetrenia pacientov s poškodením mozgu, ktoré v konečnom dôsledku umožnili označiť centrá vitálnych funkcií ľudského mozgu.
Obrázok 9. Reakcia dvoch rôznych mozgových buniek na optické podnety rôznych smerov
O storočie neskôr, v 50. rokoch minulého storočia, vedci D.H. Hubel (D.H. Hubel) a T.N. Wiesel (T.N. Wiesel) robil experimenty v mozgoch živých opíc a mačiek. Vo zrakovom centre mozgovej kôry našli nervové bunky citlivé najmä na horizontálne, vertikálne a diagonálne línie v zornom poli (obr. 9). Ich sofistikovanú mikrochirurgickú techniku následne prevzali ďalší vedci.
Mozgová kôra teda obsahuje nielen centrá na vykonávanie rôznych funkcií, ale v rámci každého centra, podobne ako v centre zraku, sa jednotlivé nervové bunky aktivujú až pri prijatí veľmi špecifických signálov. Tieto signály prichádzajúce zo sietnice oka korelujú s jasne definovanými situáciami vo vonkajšom svete. Dnes sa predpokladá, že informácie o rôznych tvaroch a priestorových usporiadaniach predmetov sú obsiahnuté vo vizuálnej pamäti a informácie z aktivovaných nervových buniek sa porovnávajú s týmito uloženými informáciami.
Táto teória detektora ovplyvnila smer výskumu zrakového vnímania v polovici 60. rokov 20. storočia. Vedci spojení s „umelou inteligenciou“ išli rovnakou cestou. Počítačová simulácia procesu ľudského videnia, nazývaná aj „strojové videnie“, bola v týchto štúdiách považovaná za jeden z najľahšie dosiahnuteľných cieľov. Všetko však dopadlo trochu inak. Čoskoro sa ukázalo, že je prakticky nemožné napísať programy, ktoré by boli schopné rozpoznať zmeny intenzity svetla, tieňov, povrchovej štruktúry a náhodné zostavy zložitých objektov do zmysluplných obrázkov. Okrem toho takéto rozpoznávanie vzorov vyžadovalo neobmedzené množstvo pamäte, pretože obrázky nespočetných objektov musia byť uložené v pamäti v nespočetných variáciách umiestnenia a svetelných situácií.
Akýkoľvek ďalší pokrok v oblasti rozpoznávania vzorov v reálnych podmienkach nebol možný. Je pochybné, že počítač bude niekedy schopný simulovať ľudský mozog. V porovnaní s ľudským mozgom, v ktorom má každá nervová bunka asi 10 000 spojení s inými nervovými bunkami, sa ekvivalentný počítačový pomer 1:1 sotva zdá primeraný!
Obrázok 10. Riešenie k obrázku Dellenbach
Prednáška Elizabeth Warrington
V roku 1973 sa Marr zúčastnil prednášky britskej neurologičky Elizabeth Warringtonovej. Poznamenala, že veľký počet pacientov s parietálnymi léziami na pravej strane mozgu, ktorých vyšetrovala, dokáže dokonale rozpoznať a opísať rôzne predmety za predpokladu, že tieto predmety pozorovali v ich obvyklej forme. Takíto pacienti mali napríklad malé ťažkosti s identifikáciou vedra pri pohľade zboku, ale nedokázali rozpoznať to isté vedro pri pohľade zhora. V skutočnosti, aj keď im povedali, že sa pozerajú na vedro zhora, rozhodne tomu odmietli uveriť! Ešte prekvapivejšie bolo správanie pacientov s poškodením ľavej časti mozgu. Takíto pacienti zvyčajne nevedia hovoriť, a preto nemôžu verbálne pomenovať objekt, na ktorý sa pozerajú, ani opísať jeho účel. Môžu však ukázať, že správne vnímajú geometriu objektu bez ohľadu na uhol pohľadu. To podnietilo Marra k napísaniu nasledovného: "Warringtonova prednáška ma priviedla k nasledujúcim záverom. Po prvé, myšlienka tvaru objektu je uložená niekde inde v mozgu, a preto predstavy o tvare objektu a jeho Po druhé, samotné videnie môže poskytnúť vnútorný opis tvaru pozorovaného objektu, aj keď tento objekt nie je rozpoznaný bežným spôsobom... Elizabeth Warrington poukázala na najpodstatnejší fakt ľudského videnia – hovorí. o tvare, priestore a relatívnej polohe predmetov“. Ak je to naozaj tak, potom vedci pracujúci v oblasti vizuálneho vnímania a umelej inteligencie (vrátane tých, ktorí pracujú v oblasti počítačového videnia) budú musieť vymeniť teóriu detektorov z Hubelových experimentov za úplne nový súbor taktík.
Teória modulu
Obrázok 11. Stereogramy s náhodnými bodkami od Bélu Zhulesa, plávajúci štvorec
Druhým východiskovým bodom v Marrovom výskume (po oboznámení sa s Warringtonovým dielom) je predpoklad, že náš vizuálny systém má modulárnu štruktúru. V počítačovom jazyku náš hlavný program Vision pokrýva širokú škálu podprogramov, z ktorých každý je úplne nezávislý od ostatných a môže fungovať nezávisle od iných podprogramov. Vzorovým príkladom takejto rutiny (alebo modulu) je stereoskopické videnie, v ktorom je hĺbka vnímaná ako výsledok spracovania obrázkov z oboch očí, ktoré sú navzájom mierne odlišnými obrázkami. Predtým sa verilo, že na to, aby sme videli v troch rozmeroch, najprv rozpoznáme celé obrázky a potom sa rozhodneme, ktoré objekty sú bližšie a ktoré sú ďalej. V roku 1960 Bela Julesz, ktorý bol ocenený cenou Heineken v roku 1985, dokázal, že priestorové vnímanie v dvoch očiach sa vyskytuje výlučne porovnaním malých rozdielov medzi dvoma obrázkami získanými zo sietnice oboch očí. Hĺbku teda človek môže cítiť aj tam, kde nie sú žiadne predmety a žiadne predmety by nemali byť prítomné. Pre svoje experimenty Jules vymyslel stereogramy pozostávajúce z náhodne umiestnených bodov (pozri obr. 11). Obraz videný pravým okom je vo všetkých ohľadoch identický s obrazom ľavým okom okrem štvorcovej centrálnej oblasti, ktorá je orezaná a mierne posunutá k jednému okraju a opäť zarovnaná s pozadím. Zostávajúca biela medzera bola potom vyplnená náhodnými bodkami. Ak sa na dva obrázky (v ktorých nie je rozpoznaný žiadny objekt) pozeráte cez stereoskop, štvorec, ktorý bol predtým vyrezaný, sa bude zdať, že sa vznáša nad pozadím. Takéto stereogramy obsahujú priestorové údaje, ktoré náš vizuálny systém automaticky spracuje. Stereoskopia je teda autonómnym modulom zrakového systému. Modulová teória sa ukázala ako celkom efektívna.
Od 2D obrazu sietnice po 3D model
Obrázok 12. Počas vizuálneho procesu sa obraz sietnice (vľavo) prevedie na primárny náčrt, v ktorom sa prejavia zmeny intenzity (vpravo)
Vízia je viacstupňový proces, ktorý premieňa dvojrozmerné reprezentácie vonkajšieho sveta (obrazy sietnice) na užitočné informácie pre pozorovateľa. Začína sa dvojrozmerným obrázkom zo sietnice oka, ktorý, zatiaľ čo ignoruje farebné videnie, ukladá iba úrovne intenzity svetla. V prvom kroku, s použitím len jedného modulu, sa tieto úrovne intenzity premenia na zmeny intenzity alebo, inými slovami, na obrysy, ktoré ukazujú prudké zmeny intenzity svetla. Marr presne stanovil, o aký algoritmus ide v tomto prípade (popísaný matematicky a mimochodom veľmi zložitý) a ako naše vnímanie a nervové bunky vykonávajú tento algoritmus. Výsledkom prvého kroku je to, čo Marr nazýva „primárna skica“, ktorá ponúka súhrn zmien intenzity svetla, ich vzťahov a distribúcie v zornom poli (obrázok 12). Ide o dôležitý krok, pretože vo svete, ktorý vidíme, sú zmeny intenzity často spojené s prirodzenými obrysmi objektov. Druhý krok nás privádza k tomu, čo Marr nazýva „2,5-rozmerná skica“. 2,5-rozmerná skica odráža orientáciu a hĺbku viditeľných plôch pred pozorovateľom. Tento obraz je vytvorený na základe údajov nie z jedného, ale z niekoľkých modulov. Marr vytvoril veľmi široký koncept „2,5-dimenzionality“, aby zdôraznil, že pracujeme s priestorovými informáciami, ktoré sú viditeľné z pohľadu pozorovateľa. 2,5-rozmerný náčrt sa vyznačuje perspektívnymi skresleniami a v tomto štádiu ešte nemožno jednoznačne určiť skutočné priestorové umiestnenie objektov. Tu zobrazený 2,5-rozmerný obrázok náčrtu (obrázok 13) ilustruje niekoľko informačných oblastí pri spracovaní takéhoto náčrtu. Obraz tohto typu sa však v našom mozgu nevytvára.
Obrázok 13. Nákres 2.5D náčrtu - "centrované znázornenie hĺbky a orientácie viditeľných plôch"
Až doteraz fungoval vizuálny systém pomocou niekoľkých modulov autonómne, automaticky a nezávisle od údajov o vonkajšom svete uložených v mozgu. V záverečnej fáze procesu je však možné odvolávať sa na už dostupné informácie. Tento posledný krok spracovania poskytuje trojrozmerný model – jasný popis, ktorý je nezávislý od uhla pohľadu diváka a je vhodný na priame porovnanie s vizuálnymi informáciami uloženými v mozgu.
Podľa Marra hlavnú úlohu pri konštrukcii trojrozmerného modelu zohrávajú zložky riadiacich osí tvarov predmetov. Tí, ktorí túto myšlienku nepoznajú, ju môžu považovať za pritiahnuté za vlasy, ale v skutočnosti existujú dôkazy na podporu tejto hypotézy. Po prvé, mnohé objekty okolitého sveta (najmä zvieratá a rastliny) môžu byť celkom jasne znázornené vo forme trubicových (alebo drôtených) modelov. To, čo je na reprodukcii znázornené vo forme komponentov vodiacich osí, totiž ľahko rozpoznáme (obr. 14).
Obrázok 14. Jednoduché zvieracie modely možno identifikovať podľa ich komponentov vodiacej osi.
Po druhé, táto teória ponúka vierohodné vysvetlenie skutočnosti, že sme schopní vizuálne rozložiť objekt na jeho súčasti. To sa odráža v našom jazyku, ktorý dáva rôzne názvy každej časti objektu. Pri opise ľudského tela teda označenia ako „telo“, „ruka“ a „prst“ označujú rôzne časti tela podľa ich axiálnych komponentov (obr. 15).
Obrázok 16. Jednoosový model (vľavo) rozdelený na jednotlivé komponenty osi (vpravo)
Po tretie, táto teória je v súlade s našou schopnosťou zovšeobecňovať a zároveň rozlišovať formy. Zovšeobecňujeme zoskupovaním objektov s rovnakými hlavnými osami a rozlišujeme analyzovaním podriadených osí ako vetvy stromu. Marr navrhol algoritmy, ktoré konvertujú 2,5-rozmerný model na trojrozmerný. Tento proces je tiež do značnej miery autonómny. Marr poznamenal, že algoritmy, ktoré vyvinul, fungujú iba vtedy, keď sa používajú čisté osi. Napríklad pri aplikácii na pokrčený list papiera bude veľmi ťažké identifikovať možné osi a algoritmus nebude použiteľný.
Spojenie medzi trojrozmerným modelom a vizuálnymi obrazmi uloženými v mozgu sa aktivuje počas procesu rozpoznávania objektov.
V našich vedomostiach je tu veľká medzera. Ako sú tieto vizuálne obrazy uložené v mozgu? Ako prebieha proces uznávania? Ako prebieha porovnanie medzi známymi obrázkami a novo zostaveným 3D obrázkom? Toto je posledný bod, ktorého sa Marr dotkol (obr. 16), no na vnesenie istoty do tejto problematiky je potrebné obrovské množstvo vedeckých údajov.
Obrázok 16. Nové popisy tvarov súvisia s uloženými tvarmi porovnaním, ktoré prechádza zo zovšeobecneného tvaru (hore) do konkrétneho tvaru (dole)
Aj keď si sami nie sme vedomí rôznych fáz vizuálneho spracovania, existuje veľa jasných paralel medzi fázami a rôznymi spôsobmi, ktorými sme v priebehu času sprostredkovali dojem priestoru na dvojrozmernú plochu.
Pointilisti teda zdôrazňujú bezkontúrový obraz sietnice, zatiaľ čo čiarové obrazy zodpovedajú štádiu primárneho náčrtu. Kubistické maľby možno prirovnať k spracovaniu vizuálnych dát pri príprave stavby finálneho trojrozmerného modelu, aj keď to určite nebolo zámerom umelca.
Človek a počítač
Vo svojom komplexnom prístupe k téme sa Marr snažil ukázať, že môžeme pochopiť proces videnia bez toho, aby sme museli čerpať z poznatkov, ktoré už má mozog k dispozícii.
Tým otvoril novú cestu pre výskumníkov v oblasti zrakového vnímania. Jeho nápady môžu byť použité na vydláždenie efektívnejšej cesty k implementácii vizuálneho stroja. Keď Marr písal svoju knihu, musel si byť vedomý úsilia, ktoré by jeho čitatelia museli vynaložiť, aby nasledovali jeho myšlienky a závery. Je to evidentné v celej jeho práci a najzjavnejšie je to v poslednej kapitole „Na obranu prístupu“. Ide o polemický „prípad“ 25 tlačených strán, v ktorých využíva priaznivú chvíľu na zdôvodnenie svojich cieľov. V tejto kapitole vedie rozhovor s imaginárnym protivníkom, ktorý útočí na Marra argumentmi, ako sú tieto:
"Stále som nespokojný s popisom tohto vzájomne prepojeného procesu a s myšlienkou, že všetko to zostávajúce bohatstvo detailov je len opis. Znie to trochu primitívne... Keď sa približujeme k tvrdeniu, že mozog je počítač, Musím povedať všetko, čoho sa stále viac bojím pre zachovanie zmyslu ľudských hodnôt.“
Marr ponúka zaujímavú odpoveď: "Tvrdenie, že mozog je počítač, je správne, ale zavádzajúce. Mozog je skutočne vysoko špecializovaným zariadením na spracovanie informácií, alebo skôr najväčším z nich. Pohľad na náš mozog ako na zariadenie na spracovanie údajov neponižuje alebo popierať ľudské hodnoty, v každom prípade ich len podporuje a v konečnom dôsledku nám môže pomôcť pochopiť, aké sú ľudské hodnoty z takéhoto informačného hľadiska, prečo majú selektívny význam a ako zapadajú do spoločnosti. a verejné normy, ktoré nám poskytli naše gény“.
Receptor
Aferentná dráha
3) zóny kôry, kde sa premieta tento typ citlivosti-
ozval sa I. Pavlov analyzátor.
V modernej vedeckej literatúre sa častejšie nazýva analyzátor zmyslový systém. Na kortikálnom konci analyzátora prebieha analýza a syntéza prijatých informácií.
Vizuálny senzorický systém
Orgán videnia - oko - pozostáva z očnej gule a pomocného aparátu. Očný nerv vychádza z očnej gule a spája ju s mozgom.
Očná guľa je guľovitého tvaru, vpredu vypuklejšia. Leží v dutine očnice a pozostáva z vnútorného jadra a troch obalov, ktoré ho obklopujú: vonkajšieho, stredného a vnútorného (obr. 1).
Ryža. 1. Horizontálny rez očnej buľvy a mechanizmus akomodácie (diagram) [Kositsky G.I., 1985]. V ľavej polovici je šošovka (7) pri pozorovaní vzdialeného predmetu sploštená a vpravo sa stala vypuklejšou v dôsledku akomodačnej námahy pri pohľade na blízky predmet 1 - skléru; 2 - cievnatka; 3 - sietnica; 4 - rohovka; 5 - predná komora; 6 - dúhovka; 7 - šošovka; 8 - sklovité telo; 9 - ciliárny sval, ciliárne procesy a ciliárne väzivo (cinnova); 10 - centrálna jamka; 11 - zrakový nerv
OČNÁ BUĽBA
Vonkajšia škrupina volal vláknitý alebo vláknitý. Jeho zadný úsek predstavuje tunica albuginea, príp skléra, ktorý chráni vnútorné jadro oka a pomáha udržiavať jeho tvar. Predná časť je reprezentovaná konvexnejšou priehľadnou rohovka cez ktoré svetlo vstupuje do oka.
Stredná škrupina bohaté na krvné cievy a preto sa nazývajú cievne. Má tri časti:
vpredu – dúhovka
priemer - ciliárne telo
zadná časť - samotná cievnatka.
Dúhovka má tvar plochého prstenca, jej farba môže byť modrá, zelenosivá alebo hnedá v závislosti od množstva a charakteru pigmentu. Otvor v strede dúhovky je zrenica- schopný zmršťovania a rozširovania. Veľkosť zrenice regulujú špeciálne očné svaly umiestnené v hrúbke dúhovky: zvierač (konstriktor) zrenice a dilatátor zrenice, ktorý zrenicu rozširuje. Nachádza sa za dúhovkou ciliárne telo - kruhový hrebeň, ktorého vnútorný okraj má ciliárne procesy. Obsahuje ciliárny sval, ktorého sťahovanie sa prenáša špeciálnym väzivom na šošovku a mení jej zakrivenie. Samotná cievnatka- veľká zadná časť strednej vrstvy očnej gule, obsahuje čiernu pigmentovú vrstvu, ktorá pohlcuje svetlo.
Vnútorná škrupina Očná guľa sa nazýva sietnica alebo sietnica. Ide o svetlocitlivú časť oka, ktorá pokrýva vnútro cievovky. Má zložitú štruktúru. Sietnica obsahuje svetlocitlivé receptory – tyčinky a čapíky.
Vnútorné jadro očnej gule makeup šošovky, sklovca a komorovej vody prednej a zadnej komory oka.
Objektív Má tvar bikonvexnej šošovky, je priehľadná a elastická, umiestnená za zrenicou. Šošovka láme svetelné lúče vstupujúce do oka a zaostruje ich na sietnicu. Pomáha mu v tom rohovka a vnútroočné tekutiny. Pomocou ciliárneho svalu šošovka mení svoje zakrivenie a nadobúda tvar potrebný na videnie „do diaľky“ alebo „na blízko“.
Za objektívom je sklovca- priehľadná rôsolovitá hmota.
Dutina medzi rohovkou a dúhovkou tvorí prednú komoru oka a medzi dúhovkou a šošovkou zadnú komoru. Sú naplnené priehľadnou tekutinou – komorovou vodou a komunikujú medzi sebou cez zrenicu. Vnútorné tekutiny oka sú pod tlakom, ktorý je definovaný ako vnútroočný tlak. Keď sa zvýši, môže dôjsť k poškodeniu zraku. Zvýšený vnútroočný tlak je príznakom vážneho ochorenia oka – glaukómu.
Doplnkový očný prístroj pozostáva z ochranných zariadení, slzného a motorického aparátu.
K ochranným formáciám vzťahovať obočie, mihalnice a očné viečka. Obočie chráni oko pred stekaním potu z čela. Riasy, ktoré sa nachádzajú na voľných okrajoch horných a dolných viečok, chránia oči pred prachom, snehom a dažďom. Základom očného viečka je doska spojivového tkaniva pripomínajúca chrupavku, vonkajšia strana je pokrytá kožou a vnútorná strana je pokrytá spojivovou membránou - spojovky. Z očných viečok prechádza spojovka na prednú plochu očnej gule, s výnimkou rohovky. Pri zatvorených očných viečkach sa medzi spojovkou viečok a spojovkou očnej gule vytvorí úzky priestor - spojovkový vak.
Slzný aparát predstavuje slzná žľaza a slzné cesty. Slzná žľaza zaberá jamku v hornom rohu bočnej steny očnice. Niekoľko jeho kanálikov ústi do horného fornixu spojovkového vaku. Slza omýva očnú buľvu a neustále zvlhčuje rohovku. Pohyb slznej tekutiny smerom k mediálnemu kútiku oka je uľahčený blikajúcimi pohybmi viečok. Vo vnútornom kútiku oka sa hromadia slzy vo forme slzného jazierka, na dne ktorého je viditeľná slzná papila. Odtiaľ cez slzné dierky (dierky na vnútorných okrajoch horných a dolných viečok) sa slza dostane najskôr do slzných kanálikov a potom do slzného vaku. Ten prechádza do nazolakrimálneho kanálika, cez ktorý slzy vstupujú do nosnej dutiny.
Motorický systém oka predstavuje šesť svalov. Svaly začínajú od šľachového prstenca okolo zrakového nervu v hĺbke očnice a sú pripojené k očnej gule. Existujú štyri priame svaly očnej buľvy (horný, dolný, bočný a stredný) a dva šikmé svaly (horný a dolný). Svaly pôsobia tak, že obe oči sa pohybujú spolu a smerujú do rovnakého bodu. Sval, ktorý zdvíha horné viečko, tiež začína od šľachového krúžku. Svaly oka sú pruhované a sťahujú sa dobrovoľne.
Fyziológia videnia
Svetlocitlivé receptory oka (fotoreceptory) - čapíky a tyčinky, sú umiestnené vo vonkajšej vrstve sietnice. Fotoreceptory sú v kontakte s bipolárnymi neurónmi, ktoré zase kontaktujú gangliové neuróny. Vytvára sa reťazec buniek, ktoré pod vplyvom svetla vytvárajú a vedú nervový impulz. Procesy gangliových neurónov tvoria optický nerv.
Pri výstupe z oka sa zrakový nerv rozdelí na dve polovice. Vnútorná sa pretína a spolu s vonkajšou polovicou zrakového nervu na opačnej strane smeruje do laterálneho genikulárneho tela, kde sa nachádza ďalší neurón, končiaci na bunkách zrakovej kôry v tylovom laloku hemisféry. Niektoré vlákna optického traktu sú nasmerované do buniek jadier superior colliculi strešnej dosky stredného mozgu. Tieto jadrá, rovnako ako jadrá laterálnych genikulárnych telies, predstavujú primárne (reflexné) zrakové centrá. Tektospinálny trakt začína od jadier colliculus superior, cez ktoré sa vykonávajú reflexné orientačné pohyby spojené s videním. Jadrá colliculus superior majú tiež spojenie s parasympatikovým jadrom okulomotorického nervu, ktorý sa nachádza pod dnom mozgového akvaduktu. Z neho začínajú vlákna tvoriace okulomotorický nerv, ktorý inervuje zvierač zrenice, ktorý zaisťuje zovretie zrenice v jasnom svetle (pupilárny reflex), a ciliárny sval, ktorý zabezpečuje akomodáciu oka.
Adekvátnym dráždidlom pre oko je svetlo - elektromagnetické vlny s dĺžkou 400 - 750 nm. Kratšie ultrafialové a dlhšie infračervené lúče ľudské oko nevníma.
Očný aparát, rohovka a šošovka, ktorý láme svetelné lúče, zaostruje obraz predmetov na sietnici. Svetelný lúč prechádza vrstvou gangliových a bipolárnych buniek a dosahuje čapíky a tyčinky. Fotoreceptory sú rozdelené na vonkajší segment obsahujúci svetlocitlivý vizuálny pigment (rodopsín v začiarkavacích značkách a jódpsín v čapiciach) a vnútorný segment obsahujúci mitochondrie. Vonkajšie segmenty sú ponorené do čiernej pigmentovej vrstvy lemujúcej vnútorný povrch oka. Znižuje odraz svetla vo vnútri oka a podieľa sa na metabolizme receptorov.
V sietnici je asi 7 miliónov čapíkov a asi 130 miliónov tyčiniek. Tyčinky sú citlivejšie na svetlo a nazývajú sa prístrojmi na videnie za súmraku. Kužele, ktoré sú 500-krát menej citlivé na svetlo, sú zariadenia na denné a farebné videnie. Zmysel pre farby a svet farieb je prístupný rybám, obojživelníkom, plazom a vtákom. Dokazuje to schopnosť vyvinúť podmienené reflexy na rôzne farby. Psy a kopytníky farby nevnímajú. Na rozdiel od zaužívanej predstavy, že býci naozaj nemajú radi červenú farbu, experimenty dokázali, že nedokážu rozlíšiť zelenú, modrú a dokonca ani čiernu od červenej. Medzi cicavcami sú farby schopné vnímať iba opice a ľudia.
Kužele a tyčinky sú v sietnici rozmiestnené nerovnomerne. Na dne oka oproti zrenici je takzvaná škvrna v jeho strede je priehlbina - centrálna fovea - miesto najlepšieho videnia. Toto je miesto, kde je obraz zaostrený pri prezeraní objektu.
Fovea obsahuje iba šišky. Smerom k periférii sietnice sa počet čapíkov znižuje a počet tyčiniek sa zvyšuje. Okraj sietnice obsahuje iba tyčinky.
Neďaleko miesta sietnice, bližšie k nosu, sa nachádza slepá škvrna. Tu vystupuje zrakový nerv. Táto oblasť nemá žiadne fotoreceptory a nezúčastňuje sa na videní.
Konštrukcia obrazu na sietnici.
Lúč svetla dosiahne sietnicu a prechádza cez množstvo refrakčných povrchov a médií: rohovku, komorovú vodu prednej komory, šošovku a sklovec. Lúče vychádzajúce z jedného bodu vo vonkajšom priestore musia byť zaostrené do jedného bodu na sietnici, len vtedy je možné jasné videnie.
Obraz na sietnici je skutočný, prevrátený a zmenšený. Napriek tomu, že obraz je hore nohami, vnímame predmety vo vzpriamenej podobe. Stáva sa to preto, že činnosť niektorých zmyslových orgánov je kontrolovaná inými. Pre nás je „dole“ tam, kde smeruje gravitačná sila.
Ryža. 2. Konštrukcia obrazu v oku, a, b - predmet: a, b" - jeho prevrátený a zmenšený obraz na sietnici; C je uzlový bod, ktorým lúče prechádzajú bez lomu, a α je uhol pohľadu
Zraková ostrosť.
Zraková ostrosť je schopnosť oka vidieť dva body oddelene. To je dostupné normálnemu oku, ak veľkosť ich obrazu na sietnici je 4 µm a zorný uhol je 1 min. Pri menšom pozorovacom uhle sa nedosiahne jasné videnie;
Zraková ostrosť sa určuje pomocou špeciálnych tabuliek, ktoré zobrazujú 12 riadkov písmen. Na ľavej strane každého riadku je napísané, z akej vzdialenosti by mal byť viditeľný pre človeka s normálnym zrakom. Subjekt je umiestnený v určitej vzdialenosti od stola a nájde sa riadok, ktorý číta bez chýb.
Zraková ostrosť sa zvyšuje pri jasnom svetle a je veľmi nízka pri slabom osvetlení.
priama viditeľnosť. Celý priestor viditeľný okom nehybným pohľadom nasmerovaným dopredu sa nazýva zorné pole.
Existuje centrálne (v oblasti makuly) a periférne videnie. Najväčšia zraková ostrosť je v oblasti centrálnej fovey. Existujú iba kužele, ich priemer je malý, tesne priliehajú k sebe. Každý kužeľ je spojený s jedným bipolárnym neurónom, ktorý je zase spojený s jedným gangliovým neurónom, z ktorého odchádza samostatné nervové vlákno, ktoré prenáša impulzy do mozgu.
Periférne videnie je menej ostré. Vysvetľuje sa to tým, že na periférii sietnice sú čapíky obklopené tyčinkami a každý už nemá samostatnú cestu do mozgu. Skupina čapíkov končí na jednej bipolárnej bunke a veľa takýchto buniek vysiela svoje impulzy do jednej gangliovej bunky. V očnom nerve je približne 1 milión vlákien a v oku je asi 140 miliónov receptorov.
Periféria sietnice zle rozlišuje detaily objektu, ale dobre vníma ich pohyby. Bočné videnie má veľký význam pre vnímanie vonkajšieho sveta. Pre vodičov rôznych druhov dopravy je jeho porušovanie neprijateľné.
Zorné pole sa určuje pomocou špeciálneho prístroja - perimetra (obr. 133), pozostávajúceho z polkruhu rozdeleného na stupne a opierky brady.
Ryža. 3. Určenie zorného poľa pomocou Forstnerovho perimetra
Subjekt zatvorí jedno oko a zafixuje bielu bodku druhým do stredu obvodového oblúka pred seba. Ak chcete určiť hranice zorného poľa pozdĺž obvodového oblúka, začínajúc od jeho konca, pomaly posúvajte bielu značku a určte uhol, pod ktorým je viditeľná pevným okom.
Zorné pole je najväčšie smerom von, k spánku - 90°, k nosu a hore a dole - asi 70°. Môžete určiť hranice farebného videnia a zároveň sa presvedčiť o úžasných faktoch: periférne časti sietnice nevnímajú farby; Farebné zorné polia nie sú pre rôzne farby rovnaké, najužšie je zelené.
Ubytovanie. Oko sa často porovnáva s fotoaparátom. Má svetlocitlivú obrazovku - sietnicu, na ktorej sa pomocou rohovky a šošovky získava jasný obraz vonkajšieho sveta. Oko je schopné jasne vidieť rovnako vzdialené predmety. Táto jeho schopnosť sa nazýva akomodácia.
Refrakčná sila rohovky zostáva konštantná; jemné, presné zaostrenie nastáva v dôsledku zmien zakrivenia šošovky. Túto funkciu vykonáva pasívne. Faktom je, že šošovka je umiestnená v kapsule alebo vaku, ktorý je pripevnený k ciliárnemu svalu cez ciliárne väzivo. Keď je sval uvoľnený a väzivo je napnuté, ťahá kapsulu, čím sa šošovka splošťuje. Keď je akomodácia namáhaná na pozorovanie blízkych predmetov, čítanie, písanie, ciliárny sval sa sťahuje, väzivo, ktoré napína kapsulu, sa uvoľňuje a šošovka sa vďaka svojej elasticite zaobľuje a zvyšuje sa jej refrakčná sila.
S pribúdajúcim vekom sa elasticita šošovky znižuje, pri kontrakcii ciliárneho svalu tvrdne a stráca schopnosť meniť svoje zakrivenie. To sťažuje jasné videnie na blízko. Starecká ďalekozrakosť (presbyopia) vzniká po 40. roku života. Koriguje sa pomocou okuliarov – bikonvexných šošoviek, ktoré sa nosia pri čítaní.
Anomália videnia. Anomália, ktorá vzniká u mladých ľudí, je najčastejšie dôsledkom nesprávneho vývoja oka, a to jeho nesprávnej dĺžky. Pri predĺžení očnej gule vzniká krátkozrakosť (krátkozrakosť) a obraz je zaostrený pred sietnicou. Vzdialené predmety nie sú jasne viditeľné. Bikonkávne šošovky sa používajú na korekciu krátkozrakosti. Pri skrátení očnej gule sa pozoruje ďalekozrakosť (hyperopia). Obraz je zaostrený za sietnicou. Korekcia vyžaduje bikonvexné šošovky (obr. 134).
Ryža. 4. Refrakcia s normálnym videním (a), s krátkozrakosťou (b) a ďalekozrakosťou (d). Optická korekcia krátkozrakosti (c) a ďalekozrakosti (d) (diagram) [Kositsky G. I., 1985]
Zrakové postihnutie nazývané astigmatizmus sa vyskytuje, keď je zakrivenie rohovky alebo šošovky abnormálne. V tomto prípade je obraz v oku skreslený. Na opravu potrebujete cylindrické sklo, ktoré nie je vždy ľahké nájsť.
Prispôsobenie očí.
Pri odchode z tmavej miestnosti do ostrého svetla sme spočiatku oslepení a môžeme dokonca pociťovať bolesť v očiach. Tieto javy prechádzajú veľmi rýchlo, oči si zvyknú na jasné osvetlenie.
Zníženie citlivosti očných receptorov na svetlo sa nazýva adaptácia. To spôsobuje vyblednutie vizuálnej fialovej. Svetelná adaptácia končí v prvých 4 - 6 minútach.
Pri prechode zo svetlej miestnosti do tmavej nastáva adaptácia na tmu, ktorá trvá viac ako 45 minút. Citlivosť tyčí sa zvyšuje 200 000 - 400 000 krát. Vo všeobecnosti možno tento jav pozorovať pri vstupe do zatemnenej kinosály. Na štúdium postupu adaptácie existujú špeciálne zariadenia - adaptoméry.
Doplnkový aparát zrakového systému a jeho funkcie
Zrakový senzorický systém je vybavený komplexným pomocným aparátom, ktorý zahŕňa očnú buľvu a tri páry svalov, ktoré zabezpečujú jej pohyby. Prvky očnej gule vykonávajú primárnu transformáciu svetelného signálu vstupujúceho do sietnice:
optický systém oka zaostruje obrazy na sietnicu;
žiak reguluje množstvo svetla dopadajúceho na sietnicu;
- svaly očnej gule zabezpečujú jej nepretržitý pohyb.
Tvorba obrazu na sietnici
Prirodzené svetlo odrazené od povrchu predmetov je difúzne, t.j. Svetelné lúče z každého bodu na objekte prichádzajú rôznymi smermi. Preto pri absencii optického systému oka lúče z jedného bodu objektu ( A) by spadli do rôznych častí sietnice ( a1, a2, a3). Takéto oko by dokázalo rozlíšiť všeobecnú úroveň osvetlenia, ale nie obrysy predmetov (obr. 1 A).
Aby sme videli predmety v okolitom svete, je potrebné, aby svetelné lúče z každého bodu predmetu dopadali len na jeden bod sietnice, t.j. obraz je potrebné zaostriť. To sa dá dosiahnuť umiestnením sférickej refrakčnej plochy pred sietnicu. Svetelné lúče vychádzajúce z jedného bodu ( A), po refrakcii na takomto povrchu sa budú zbierať v jednom bode a1(zameranie). Na sietnici sa tak objaví jasný prevrátený obraz (obr. 1 B).
K lomu svetla dochádza na rozhraní medzi dvoma médiami s rôznymi indexmi lomu. Očná guľa obsahuje dve sférické šošovky: rohovku a šošovku. V súlade s tým existujú 4 refrakčné povrchy: vzduch/rohovka, rohovka/komorová voda prednej komory oka, komorová voda/šošovka, šošovka/sklovec.
Ubytovanie
Akomodácia je nastavenie refrakčnej sily optického aparátu oka na určitú vzdialenosť od predmetného objektu. Podľa zákonov lomu, ak lúč svetla dopadá na lomivý povrch, je vychýlený o uhol v závislosti od uhla jeho dopadu. Keď sa objekt priblíži, zmení sa uhol dopadu lúčov, ktoré z neho vychádzajú, takže lomené lúče sa budú zbiehať v inom bode, ktorý sa bude nachádzať za sietnicou, čo povedie k „rozmazaniu“ obrazu (obrázok 2 B). Na opätovné zaostrenie je potrebné zvýšiť refrakčnú silu optického aparátu oka (obrázok 2 B). To sa dosiahne zvýšením zakrivenia šošovky, ku ktorému dochádza so zvyšujúcim sa tónom ciliárneho svalu.
Regulácia osvetlenia sietnice
Množstvo svetla dopadajúceho na sietnicu je úmerné ploche zrenice. Priemer zrenice u dospelého človeka sa pohybuje od 1,5 do 8 mm, čo zabezpečuje zmenu intenzity svetla dopadajúceho na sietnicu približne 30-násobne. Pupilárne reakcie zabezpečujú dva systémy hladkých svalov dúhovky: pri kontrakcii kruhových svalov sa zrenica zužuje a pri kontrakcii radiálnych svalov sa zrenica rozširuje.
Keď sa lúmen zrenice znižuje, ostrosť obrazu sa zvyšuje. K tomu dochádza, pretože zúženie zrenice bráni svetlu preniknúť do periférnych oblastí šošovky a tým eliminuje skreslenie obrazu spôsobené sférickou aberáciou.
Pohyby očí
Ľudské oko poháňa šesť očných svalov, ktoré sú inervované tromi hlavovými nervami – okulomotorickým, trochleárnym a abducensom. Tieto svaly zabezpečujú dva typy pohybov očnej gule – rýchle sakadické pohyby (sakády) a plynulé sledovacie pohyby.
Skákavé pohyby očí (sakády) vznikajú pri pohľade na stacionárne objekty (obr. 3). Rýchle otáčania očnej gule (10 - 80 ms) sa striedajú s periódami nehybnej fixácie pohľadu v jednom bode (200 - 600 ms). Uhol rotácie očnej gule počas jednej sakády sa pohybuje od niekoľkých oblúkových minút do 10 ° a pri pohybe pohľadu z jedného objektu na druhý môže dosiahnuť 90 °. Pri veľkých uhloch posunu sú sakády sprevádzané rotáciou hlavy; Posun očnej gule zvyčajne predchádza pohybu hlavy.
Hladké pohyby očí sprevádzajú predmety pohybujúce sa v zornom poli. Uhlová rýchlosť takýchto pohybov zodpovedá uhlovej rýchlosti objektu. Ak táto rýchlosť prekročí 80°/s, sledovanie sa skombinuje: plynulé pohyby sú doplnené sakádami a otáčaním hlavy.
Nystagmus - periodické striedanie plynulých a trhavých pohybov. Keď sa človek cestujúci vo vlaku pozrie z okna, jeho oči plynule sledujú krajinu pohybujúcu sa za oknom a potom sa jeho pohľad náhle presunie do nového bodu fixácie.
Premena svetelného signálu vo fotoreceptoroch
Typy sietnicových fotoreceptorov a ich vlastnosti
Sietnica má dva typy fotoreceptorov (tyčinky a čapíky), ktoré sa líšia štruktúrou a fyziologickými vlastnosťami.
Stôl 1. Fyziologické vlastnosti tyčiniek a čapíkov
Tyčinky |
Šišky |
|
| Fotosenzitívny pigment | rodopsín |
jodopsín |
| Maximálna absorpcia pigmentu | Má dve maximá - jedno vo viditeľnej časti spektra (500 nm), druhé v ultrafialovom (350 nm) |
Existujú 3 typy jodopsínov, ktoré majú rôzne absorpčné maximá: 440 nm (modrá), 520 nm (zelená) a 580 nm (červená) |
| Bunkové triedy | Každý kužeľ obsahuje iba jeden pigment. Podľa toho existujú 3 triedy kužeľov, ktoré sú citlivé na svetlo rôznych vlnových dĺžok | |
| Distribúcia sietnice | V centrálnej časti sietnice je hustota tyčiniek asi 150 000 na mm2, smerom k periférii klesá na 50 000 na mm2. Vo fovee a slepom uhle nie sú žiadne prúty. |
Hustota čapíkov v centrálnej fovee dosahuje 150 000 na mm2, v slepej škvrne chýbajú a na celom zvyšnom povrchu sietnice hustota čapíkov nepresahuje 10 000 na mm2. |
| Citlivosť na svetlo | Tyčinky sú asi 500-krát vyššie ako šišky |
|
| Funkcia | Poskytnite čiernobiele (skototopické videnie) |
Poskytnite farbu (fototopické videnie) |
Teória duality videnia
Prítomnosť dvoch fotoreceptorových systémov (kužeľov a tyčiniek), ktoré sa líšia citlivosťou na svetlo, umožňuje prispôsobenie sa meniacim sa úrovniam vonkajšieho osvetlenia. Pri slabom osvetlení je vnímanie svetla zabezpečené tyčinkami, pričom farby sú nerozoznateľné ( skototopické videnie e). Pri jasnom svetle zabezpečujú videnie hlavne čapíky, čo umožňuje jasne rozlíšiť farby ( fototopické videnie ).
Mechanizmus konverzie svetelného signálu vo fotoreceptore
Vo fotoreceptoroch sietnice sa energia elektromagnetického žiarenia (svetla) premieňa na energiu kolísania membránového potenciálu bunky. Proces transformácie prebieha v niekoľkých fázach (obr. 4).
V 1. štádiu je fotón viditeľného svetla, ktorý vstupuje do molekuly svetlocitlivého pigmentu, absorbovaný p-elektrónmi konjugovaných dvojitých väzieb 11- cis-retinal, pričom sietnica prechádza do tranz- forma. Stereomerizácia 11- cis-retinal spôsobuje konformačné zmeny v proteínovej časti molekuly rodopsínu.
V 2. štádiu sa aktivuje transducínový proteín, ktorý v neaktívnom stave obsahuje pevne viazaný GDP. Po interakcii s fotoaktivovaným rodopsínom transducín vymieňa molekulu GDP za GTP.
V 3. štádiu tvorí transducín obsahujúci GTP komplex s neaktívnou cGMP fosfodiesterázou, čo vedie k jej aktivácii.
V 4. štádiu aktivovaná cGMP fosfodiesteráza hydrolyzuje intracelulárne z GMP na GMP.
V 5. štádiu vedie pokles koncentrácie cGMP k uzavretiu katiónových kanálov a hyperpolarizácii membrány fotoreceptora.
Počas prenosu signálu pozdĺž mechanizmus fosfodiesterázy je posilnená. Počas fotoreceptorovej odpovede sa jednej molekule excitovaného rodopsínu podarí aktivovať niekoľko stoviek molekúl transducínu. To. V prvej fáze prenosu signálu dochádza k 100- až 1000-násobnému zosilneniu. Každá aktivovaná molekula transducínu aktivuje iba jednu molekulu fosfodiesterázy, ale tá katalyzuje hydrolýzu niekoľkých tisíc molekúl pomocou GMP. To. v tejto fáze je signál zosilnený ešte 1 000-10 000 krát. Preto pri prenose signálu z fotónu do cGMP môže dôjsť k viac ako 100 000-násobnému zosilneniu.
Spracovanie informácií v sietnici
Prvky neurónovej siete sietnice a ich funkcie
Neurónová sieť sietnice zahŕňa 4 typy nervových buniek (obr. 5):
- gangliové bunky,
bipolárne bunky,
- amakrinné bunky,
- horizontálne bunky.
Gangliové bunky – neuróny, ktorých axóny ako súčasť zrakového nervu opúšťajú oko a idú do centrálneho nervového systému. Funkciou gangliových buniek je viesť excitáciu zo sietnice do centrálneho nervového systému.
Bipolárne bunky spája receptorové a gangliové bunky. Z tela bipolárnej bunky vychádzajú dva rozvetvené procesy: jeden proces vytvára synaptické kontakty s niekoľkými fotoreceptorovými bunkami, druhý s niekoľkými gangliovými bunkami. Funkciou bipolárnych buniek je viesť excitáciu z fotoreceptorov do gangliových buniek.
Horizontálne bunky pripojte blízke fotoreceptory. Z horizontálneho bunkového tela vybieha niekoľko procesov, ktoré tvoria synaptické kontakty s fotoreceptormi. Hlavnou funkciou horizontálnych buniek je vykonávať laterálne interakcie fotoreceptorov.
Amakrinné bunky sú umiestnené podobne ako horizontálne, ale sú tvorené kontaktmi nie s fotoreceptorovými bunkami, ale s gangliovými bunkami.
Šírenie excitácie v sietnici
Pri osvetlení fotoreceptora v ňom vzniká receptorový potenciál, ktorý predstavuje hyperpolarizáciu. Receptorový potenciál, ktorý vzniká vo fotoreceptorovej bunke, sa prenáša do bipolárnych a horizontálnych buniek cez synaptické kontakty pomocou vysielača.
V bipolárnej bunke sa môže vyvinúť depolarizácia aj hyperpolarizácia (podrobnejšie pozri nižšie), ktorá sa šíri synaptickým kontaktom do gangliových buniek. Posledne menované sú spontánne aktívne, t.j. nepretržite generovať akčné potenciály pri určitej frekvencii. Hyperpolarizácia gangliových buniek vedie k zníženiu frekvencie nervových impulzov, depolarizácia vedie k jej zvýšeniu.
Elektrické odozvy neurónov sietnice
Recepčné pole bipolárnej bunky je súbor fotoreceptorových buniek, s ktorými vytvára synaptické kontakty. Receptívne pole gangliovej bunky sa chápe ako súbor fotoreceptorových buniek, na ktoré je daná gangliová bunka pripojená prostredníctvom bipolárnych buniek.
Recepčné polia bipolárnych a gangliových buniek sú okrúhleho tvaru. V receptívnom poli možno rozlíšiť centrálnu a periférnu časť (obr. 6). Hranica medzi centrálnou a periférnou časťou receptívneho poľa je dynamická a môže sa posúvať so zmenami v úrovniach svetla.
Reakcie nervových buniek sietnice pri osvetlení fotoreceptormi v centrálnej a periférnej časti ich receptívneho poľa sú zvyčajne opačné. Zároveň existuje niekoľko tried gangliových a bipolárnych buniek (ON -, OFF - bunky), demonštrujúcich rôzne elektrické odozvy na pôsobenie svetla (obr. 6).
Tabuľka 2 Triedy gangliových a bipolárnych buniek a ich elektrické odozvy
Bunkové triedy |
Reakcia nervových buniek pri osvetlení umiestnenými fotoreceptormi |
|
v strednej časti Poľskej republiky |
v okrajovej časti RP |
|
Bipolárne bunky ON typu |
Depolarizácia |
Hyperpolarizácia |
Bipolárne bunky VYPNUTÉ typu |
Hyperpolarizácia |
Depolarizácia |
Gangliové bunky ON typu |
||
Gangliové bunky VYPNUTÉ typu |
Hyperpolarizácia a zníženie frekvencie AP |
Depolarizácia a zvýšenie frekvencie AP |
Gangliové bunky ON- VYPNUTÉ typu |
Poskytujú krátku ON reakciu na stacionárny svetelný stimul a krátku OFF reakciu na slabnúce svetlo. |
|
Spracovanie vizuálnych informácií v centrálnom nervovom systéme
Senzorické dráhy zrakového systému
Myelinizované axóny gangliových buniek sietnice sú posielané do mozgu ako súčasť dvoch optických nervov (obr. 7). Pravý a ľavý optický nerv sa spájajú v spodnej časti lebky a vytvárajú očnú chiasmu. Tu nervové vlákna prichádzajúce z mediálnej polovice sietnice každého oka prechádzajú na kontralaterálnu stranu a vlákna z laterálnych polovíc sietníc pokračujú ipsilaterálne.
Po prekrížení nasledujú axóny gangliových buniek v optickom trakte do laterálneho geniculate tela (LCC), kde vytvárajú synaptické kontakty s neurónmi centrálneho nervového systému. Axóny nervových buniek LCT ako súčasť tzv. zrakové vyžarovanie dosahuje neuróny primárnej zrakovej kôry (Brodmannova oblasť 17). Ďalej, pozdĺž intrakortikálnych spojení sa excitácia šíri do sekundárnej zrakovej kôry (polia 18b-19) a asociačných zón kôry.
Zmyslové dráhy zrakového systému sú organizované podľa retinotopický princíp – excitácia zo susedných gangliových buniek dosiahne susedné body LCT a kôry. Povrch sietnice je akoby premietaný na povrch LCT a kôry.
Väčšina axónov gangliových buniek končí v LCT, zatiaľ čo niektoré vlákna nasledujú do horného colliculus, hypotalamu, pretektálnej oblasti mozgového kmeňa a jadra zrakového traktu.
Spojenie medzi sietnicou a colliculus superior slúži na reguláciu pohybov očí.
Projekcia sietnice do hypotalamu slúži na spojenie endogénnych cirkadiánnych rytmov s dennými fluktuáciami hladín svetla.
Spojenie medzi sietnicou a pretektálnou oblasťou trupu je mimoriadne dôležité pre reguláciu lumenu zrenice a akomodáciu.
Neuróny jadier zrakového traktu, ktoré tiež prijímajú synaptické vstupy z gangliových buniek, sú spojené s vestibulárnymi jadrami mozgového kmeňa. Táto projekcia umožňuje odhadnúť polohu tela v priestore na základe vizuálnych signálov a tiež slúži na vykonávanie zložitých okulomotorických reakcií (nystagmus).
Spracovanie vizuálnych informácií v LCT
LCT neuróny majú okrúhle receptívne polia. Elektrické odozvy týchto buniek sú podobné ako u gangliových buniek.
V LCT sú neuróny, ktoré sú excitované, keď je v ich receptívnom poli hranica svetlo/tma (kontrastné neuróny) alebo keď sa táto hranica pohybuje v receptívnom poli (detektory pohybu).
Spracovanie vizuálnych informácií v primárnej zrakovej kôre
V závislosti od reakcie na svetelné podnety sú kortikálne neuróny rozdelené do niekoľkých tried.
Neuróny s jednoduchým receptívnym poľom. K najsilnejšej excitácii takéhoto neurónu dochádza vtedy, keď je jeho receptívne pole osvetlené svetelným pásom určitej orientácie. Frekvencia nervových impulzov generovaných takýmto neurónom klesá pri zmene orientácie svetelného pásu (obr. 8 A).
Neuróny s komplexným receptívnym poľom. Maximálny stupeň excitácie neurónu sa dosiahne, keď sa svetelný stimul pohybuje v rámci ON zóny receptívneho poľa v určitom smere. Posunutie svetelného podnetu iným smerom alebo ponechanie svetelného podnetu mimo ON zónu spôsobuje slabšiu excitáciu (obr. 8 B).
Neuróny s vysoko komplexným receptívnym poľom. Maximálna excitácia takéhoto neurónu sa dosiahne pôsobením svetelného stimulu komplexnej konfigurácie. Známe sú napríklad neuróny, ktorých najsilnejšia excitácia vzniká pri prekročení dvoch hraníc medzi svetlom a tmou v rámci ON zóny receptívneho poľa (obr. 23.8 B).
Napriek obrovskému množstvu experimentálnych údajov o vzorcoch reakcie buniek na rôzne vizuálne podnety dodnes neexistuje úplná teória vysvetľujúca mechanizmy spracovania vizuálnych informácií v mozgu. Nevieme vysvetliť, ako rôzne elektrické odozvy retinálnych, LCT a kortikálnych neurónov umožňujú rozpoznávanie vzorov a iné javy vizuálneho vnímania.
Regulácia funkcií pomocných zariadení
Regulácia ubytovania. Zakrivenie šošovky sa mení pomocou ciliárneho svalu. Pri kontrakcii ciliárneho svalu sa zväčšuje zakrivenie prednej plochy šošovky a zvyšuje sa refrakčná sila. Vlákna hladkého svalstva ciliárneho svalu sú inervované postgangliovými neurónmi, ktorých telá sú umiestnené v ciliárnom gangliu.
Adekvátnym podnetom na zmenu stupňa zakrivenia šošovky je rozostrenie obrazu na sietnici, ktoré registrujú neuróny primárnej kôry. V dôsledku zostupných spojení kôry dochádza k zmene stupňa excitácie neurónov v pretektálnej oblasti, čo následne spôsobuje aktiváciu alebo inhibíciu pregangliových neurónov okulomotorického jadra (Edinger-Westphal nucleus) a postgangliových neurónov ciliárneho jadra. ganglion.
Regulácia lumenu zrenice. Zúženie zrenice nastáva pri kontrakcii kruhových vlákien hladkého svalstva rohovky, ktoré sú inervované parasympatickými postgangliovými neurónmi ciliárneho ganglia. Tie sú excitované svetlom vysokej intenzity dopadajúcim na sietnicu, ktoré je vnímané neurónmi v primárnej zrakovej kôre.
Rozšírenie zrenice sa dosiahne kontrakciou radiálnych svalov rohovky, ktoré sú inervované sympatickými neurónmi VSH. Jeho činnosť je pod kontrolou ciliospinálneho centra a pretektálnej oblasti. Podnetom na rozšírenie zrenice je zníženie úrovne osvetlenia sietnice.
Regulácia pohybov očí. Niektoré vlákna gangliových buniek nadväzujú na neuróny colliculus superior (stredný mozog), ktoré sú spojené s jadrami okulomotorického, trochleárneho a abdukčného nervu, ktorého neuróny inervujú priečne pruhované svalové vlákna očných svalov. Nervové bunky colliculi superior budú dostávať synaptické vstupy z vestibulárnych receptorov a proprioceptorov krčných svalov, čo umožňuje telu koordinovať pohyby očí s pohybmi tela v priestore.
Fenomény zrakového vnímania
Rozpoznávanie vzorov
Vizuálny systém má pozoruhodnú schopnosť rozpoznať objekt v širokej škále obrázkov. Obraz (známu tvár, písmeno a pod.) spoznáme, keď niektoré jeho časti chýbajú, keď obsahuje nepotrebné prvky, keď je inak orientovaný v priestore, má rôzne uhlové rozmery, je k nám otočený rôznymi stranami. , atď. P. (obr. 9). V súčasnosti sa intenzívne skúmajú neurofyziologické mechanizmy tohto javu.
Stálosť tvaru a veľkosti
Okolité predmety spravidla vnímame ako nezmenené v tvare a veľkosti. Aj keď v skutočnosti ich tvar a veľkosť na sietnici nie sú konštantné. Napríklad cyklista sa v zornom poli javí vždy rovnako veľký bez ohľadu na vzdialenosť od neho. Kolesá bicykla sú vnímané ako okrúhle, hoci v skutočnosti môžu byť ich obrazy na sietnici úzke elipsy. Tento jav demonštruje úlohu skúsenosti pri videní sveta okolo nás. Neurofyziologické mechanizmy tohto javu sú v súčasnosti neznáme.
Vnímanie priestorovej hĺbky
Obraz okolitého sveta na sietnici je plochý. Svet však vidíme v objeme. Existuje niekoľko mechanizmov, ktoré zabezpečujú konštrukciu 3-rozmerného priestoru na základe plochých obrazov vytvorených na sietnici.
Keďže oči sú umiestnené v určitej vzdialenosti od seba, obrazy vytvorené na sietnici ľavého a pravého oka sa od seba mierne líšia. Čím bližšie je objekt k pozorovateľovi, tým odlišnejšie budú tieto obrazy.
Prekrývajúce sa obrázky tiež pomáhajú vyhodnotiť ich relatívnu polohu v priestore. Obraz blízkeho objektu môže prekrývať obraz vzdialeného, ale nie naopak.
Pri pohybe hlavy pozorovateľa sa posunú aj obrazy pozorovaných predmetov na sietnici (fenomén paralaxy). Pri rovnakom posune hlavy sa obrazy blízkych objektov posunú viac ako obrazy vzdialených objektov
Vnímanie ticha priestoru
Ak po zatvorení jedného oka zatlačíme prstom na druhú očnú buľvu, uvidíme, že svet okolo nás sa posúva do strany. Za normálnych podmienok je okolitý svet nehybný, hoci obraz na sietnici neustále „skáče“ v dôsledku pohybu očných buliev, otáčania hlavy a zmien polohy tela v priestore. Vnímanie ticha okolitého priestoru je zabezpečené tým, že pri spracovaní vizuálnych obrazov sa berú do úvahy informácie o pohyboch očí, pohyboch hlavy a polohe tela v priestore. Zrakový senzorický systém je schopný „odčítať“ vlastné pohyby očí a tela od pohybu obrazu na sietnici.
Teórie farebného videnia
Trojzložková teória
Založené na princípe trichromatického miešania aditív. Podľa tejto teórie tri typy čapíkov (citlivé na červenú, zelenú a modrú) fungujú ako nezávislé receptorové systémy. Porovnaním intenzity signálov z troch typov čapíkov vytvára vizuálny senzorický systém „virtuálnu aditívnu odchýlku“ a vypočítava skutočnú farbu. Autormi teórie sú Jung, Maxwell, Helmholtz.
Teória oponentských farieb
Predpokladá sa, že akúkoľvek farbu možno jednoznačne opísať uvedením jej polohy na dvoch stupňoch - „modro-žltá“, „červeno-zelená“. Farby ležiace na póloch týchto stupníc sa nazývajú farby súpera. Túto teóriu podporuje skutočnosť, že v sietnici, LCT a kôre sú neuróny, ktoré sa aktivujú, ak je ich receptívne pole osvetlené červeným svetlom, a inhibované, ak je svetlo zelené. Ostatné neuróny sú excitované, keď sú vystavené žltej farbe, a inhibované, keď sú vystavené modrej. Predpokladá sa, že porovnaním stupňa excitácie neurónov v „červeno-zelenom“ a „žlto-modrom“ systéme dokáže zrakový senzorický systém vypočítať farebné charakteristiky svetla. Autormi teórie sú Mach, Goering.
Existujú teda experimentálne dôkazy pre obe teórie farebného videnia. V súčasnosti sa uvažuje. Že trojzložková teória adekvátne popisuje mechanizmy vnímania farieb na úrovni sietnicových fotoreceptorov a teória protikladných farieb – mechanizmy vnímania farieb na úrovni neurónových sietí.
Okom, nie okom
Myseľ vie, ako sa pozerať na svet.
William Blake
Ciele lekcie:
Vzdelávacie:
- odhaliť štruktúru a význam vizuálneho analyzátora, zrakových vnemov a vnímania;
- prehĺbiť vedomosti o stavbe a funkcii oka ako optického systému;
- vysvetliť, ako sa vytvárajú obrazy na sietnici,
- poskytnúť predstavu o krátkozrakosti a ďalekozrakosti a typoch korekcie zraku.
Vzdelávacie:
- rozvíjať schopnosť pozorovať, porovnávať a vyvodzovať závery;
- naďalej rozvíjať logické myslenie;
- naďalej formovať predstavu o jednote konceptov okolitého sveta.
Vzdelávacie:
- pestovať starostlivý postoj k svojmu zdraviu, riešiť otázky zrakovej hygieny;
- naďalej rozvíjať zodpovedný prístup k učeniu.
Vybavenie:
- tabuľka "Vizuálny analyzátor",
- skladací model oka,
- mokrý prípravok "Oko cicavcov"
- letáky s ilustráciami.
Počas vyučovania
1. Organizačný moment.
2. Aktualizácia vedomostí. Opakovanie témy "Štruktúra oka."
3. Vysvetlenie nového materiálu:
Optický systém oka.
Retina. Tvorba obrazov na sietnici.
Optické ilúzie.
Akomodácia oka.
Výhoda vidieť oboma očami.
Pohyb očí.
Vizuálne chyby a ich korekcia.
Vizuálna hygiena.
4. Konsolidácia.
5. Zhrnutie lekcie. Stanovenie domácich úloh.
Opakovanie témy "Štruktúra oka."
učiteľ biológie:
V poslednej lekcii sme študovali tému „Štruktúra oka“. Pripomeňme si materiál tejto lekcie. Pokračujte vo vete:
1) Vizuálna zóna mozgových hemisfér sa nachádza v ...
2) Dodáva farbu oku...
3) Analyzátor pozostáva z...
4) Pomocné orgány oka sú...
5) Očná guľa má... membrány
6) Konvexná - konkávna šošovka očnej gule je ...
Pomocou výkresu povedzte o štruktúre a účele jednotlivých častí oka.
Vysvetlenie nového materiálu.
učiteľ biológie:
Oko je orgánom videnia u zvierat a ľudí. Toto je samonastavovacie zariadenie. Umožňuje vám vidieť blízke a vzdialené predmety. Šošovka sa buď zmrští takmer do gule, alebo sa natiahne, čím sa zmení ohnisková vzdialenosť.
Optický systém oka pozostáva z rohovky, šošovky a sklovca.
Sietnica (sieťka pokrývajúca fundus oka) má hrúbku 0,15 - 0,20 mm a pozostáva z niekoľkých vrstiev nervových buniek. Prvá vrstva susedí s bunkami čierneho pigmentu. Tvoria ho zrakové receptory – tyčinky a čapíky. V sietnici človeka je stokrát viac tyčiniek ako čapíkov. Prúty sú veľmi rýchlo vzrušené slabým svetlom súmraku, ale nedokážu vnímať farbu. Kužele sa vzrušujú pomaly a iba jasným svetlom - sú schopné vnímať farbu. Tyčinky sú rovnomerne rozmiestnené po sietnici. Priamo oproti zrenici v sietnici je žltá škvrna, ktorá pozostáva výlučne z kužeľov. Pri skúmaní predmetu sa pohľad pohybuje tak, že obraz dopadá na žltú škvrnu.
Procesy vychádzajú z nervových buniek. Na jednom mieste sietnice sa zhromažďujú do zväzku a tvoria zrakový nerv. Viac ako milión vlákien prenáša vizuálne informácie do mozgu vo forme nervových impulzov. Toto miesto bez receptorov sa nazýva slepá škvrna. Analýza farby, tvaru, osvetlenia objektu a jeho detailov, ktorá začala v sietnici, končí v kôre. Tu sú zhromaždené, dešifrované a zhrnuté všetky informácie. V dôsledku toho sa vytvára predstava o predmete. Je to mozog, ktorý „vidí“, nie oko.
Takže videnie je subkortikálny proces. Závisí to od kvality informácií prichádzajúcich z očí do mozgovej kôry (okcipitálnej oblasti).
učiteľ fyziky:
Zistili sme, že optický systém oka pozostáva z rohovky, šošovky a sklovca. Svetlo, lomené v optickom systéme, poskytuje skutočné, redukované, inverzné obrazy predmetných objektov na sietnici.
Prvým, kto dokázal, že obraz na sietnici je prevrátený vykreslením dráhy lúčov v optickom systéme oka, bol Johannes Kepler (1571 - 1630). Na overenie tohto záveru francúzsky vedec René Descartes (1596 - 1650) vzal volské oko a po zoškrabaní nepriehľadnej vrstvy z jeho zadnej steny ho vložil do otvoru v okenici. A potom na priesvitnej stene fundusu uvidel prevrátený obraz obrazu pozorovaného z okna.
Prečo potom vidíme všetky predmety také, aké sú, t.j. nie hore nohami?
Faktom je, že proces videnia je neustále korigovaný mozgom, ktorý prijíma informácie nielen očami, ale aj inými zmyslami.
V roku 1896 vykonal americký psychológ J. Stretton na sebe experiment. Nasadil si špeciálne okuliare, vďaka ktorým sa obrazy okolitých predmetov na sietnici oka neprevracali, ale dopredu. A čo? Svet v Strettonovej mysli sa obrátil hore nohami. Všetky predmety začal vidieť hore nohami. Z tohto dôvodu došlo k nesúladu v práci očí s inými zmyslami. U vedca sa objavili príznaky morskej choroby. Tri dni cítil nevoľnosť. Na štvrtý deň sa však telo začalo vracať do normálu a na piaty deň sa Stretton začal cítiť rovnako ako pred experimentom. Vedcov mozog si zvykol na nové pracovné podmienky a začal opäť vidieť všetky predmety rovno. No keď si zložil okuliare, všetko sa opäť obrátilo hore nohami. Za hodinu a pol sa mu zrak obnovil a začal opäť normálne vidieť.
Je zvláštne, že takéto prispôsobenie je charakteristické iba pre ľudský mozog. Keď pri jednom z experimentov opici nasadili inverzné okuliare, dostala taký psychologický úder, že po niekoľkých chybných pohyboch a páde upadla do stavu pripomínajúceho kómu. Jej reflexy začali miznúť, krvný tlak klesol a dýchanie sa zrýchlilo a plytko. Nič také sa u ľudí nepozoruje. Nie vždy si však ľudský mozog dokáže poradiť s rozborom obrazu získaného na sietnici. V takýchto prípadoch vznikajú zrakové ilúzie – pozorovaný objekt sa nám nezdá taký, aký v skutočnosti je.
Naše oči nedokážu vnímať povahu predmetov. Nevnucujte im preto bludy rozumu. (Lucretius)
Vizuálne sebaklamy
Často hovoríme o „klamaní oka“, „klamaní sluchu“, ale tieto výrazy sú nesprávne. Neexistujú žiadne klamstvá pocitov. Filozof Kant o tom výstižne povedal: „Zmysly nás neklamú nie preto, že vždy súdia správne, ale preto, že nesúdia vôbec.
Čo nás potom klame v takzvaných „klamoch“ zmyslov? Samozrejme to, čo v tomto prípade “sudcovia”, t.j. náš vlastný mozog. Väčšina optických ilúzií totiž závisí výlučne od toho, že nielen vidíme, ale aj nevedome uvažujeme a nevedomky sa zavádzame. Sú to podvody v úsudku, nie o pocitoch.
Galéria obrázkov alebo toho, čo vidíte
Dcéra, mama a fúzatý otec?
Ind hrdo hľadiaci do slnka a Eskimák v kapucni otočený chrbtom...
Mladí aj starí muži
Mladé a staré ženy
Sú čiary rovnobežné?
Je štvoruholník štvorec?
Ktorá elipsa je väčšia – spodná alebo horná vnútorná?
Čo je na tomto obrázku väčšie - výška alebo šírka?
Ktorý riadok je pokračovaním prvého?
Všimli ste si, že sa kruh "chveje"?
Je tu ešte jedna črta vízie, ktorú nemožno ignorovať. Je známe, že keď sa zmení vzdialenosť od objektívu k objektu, zmení sa aj vzdialenosť k jeho obrazu. Ako zostane čistý obraz na sietnici, keď presunieme pohľad zo vzdialeného objektu na bližší?
Ako viete, svaly, ktoré sú pripojené k šošovke, sú schopné meniť zakrivenie jej povrchov a tým aj optickú silu oka. Keď sa pozeráme na vzdialené predmety, tieto svaly sú v uvoľnenom stave a zakrivenie šošovky je relatívne malé. Pri pohľade na blízke predmety očné svaly stláčajú šošovku a jej zakrivenie a tým aj optická sila sa zvyšuje.
Schopnosť oka prispôsobiť sa videniu na blízko aj na väčšie vzdialenosti sa nazýva ubytovanie(z lat. accomodatio - zariadenie).
Vďaka akomodácii sa človeku darí zaostrovať obrazy rôznych predmetov v rovnakej vzdialenosti od šošovky – na sietnicu.
Keď je však predmet veľmi blízko, zvyšuje sa napätie svalov, ktoré deformujú šošovku, a práca oka sa stáva únavnou. Optimálna vzdialenosť na čítanie a písanie pre normálne oko je asi 25 cm. Táto vzdialenosť sa nazýva vzdialenosť najlepšieho videnia.
učiteľ biológie:
Akú výhodu dáva videnie oboma očami?
1. Ľudské zorné pole sa zväčšuje.
2. Práve vďaka prítomnosti dvoch očí vieme rozlíšiť, ktorý objekt je bližšie a ktorý je od nás ďalej.
Faktom je, že sietnica pravého a ľavého oka vytvára obrazy, ktoré sa navzájom líšia (zodpovedajú tomu, že sa na predmety pozeráme ako napravo a naľavo). Čím je objekt bližšie, tým je tento rozdiel zreteľnejší. To vytvára dojem rozdielu vo vzdialenostiach. Rovnaká schopnosť oka vám umožňuje vidieť objekt ako trojrozmerný a nie plochý. Táto schopnosť sa nazýva stereoskopické videnie. Spoločná práca oboch mozgových hemisfér zabezpečuje rozlíšenie predmetov, ich tvar, veľkosť, umiestnenie, pohyb. Účinok objemového priestoru môže nastať v prípadoch, keď uvažujeme plochý obraz.
Niekoľko minút sa pozerajte na obrázok vo vzdialenosti 20 - 25 cm od očí.
Po dobu 30 sekúnd sa pozerajte na čarodejnicu na metle bez toho, aby ste odvrátili zrak.
Rýchlo presuňte pohľad na nákres hradu a počítajte do 10 a pozrite sa do otvoru brány. V otvore uvidíte bielu čarodejnicu na sivom podklade.
Keď sa pozriete na svoje oči v zrkadle, pravdepodobne si všimnete, že obe oči robia veľké a jemné pohyby striktne súčasne, rovnakým smerom.
Pozerajú sa oči vždy na všetko takto? Ako sa správame v už známej miestnosti? Prečo potrebujeme pohyby očí? Sú potrebné na prvotnú kontrolu. Skúmaním si vytvárame celistvý obraz a to všetko sa prenáša do uloženia v pamäti. Preto pohyb očí nie je potrebný na rozpoznanie dobre známych predmetov.
učiteľ fyziky:
Jednou z hlavných charakteristík zraku je ostrosť. Vízia ľudí sa vekom mení, pretože... šošovka stráca elasticitu a schopnosť meniť svoje zakrivenie. Objavuje sa ďalekozrakosť alebo krátkozrakosť.
Krátkozrakosť je porucha zraku, pri ktorej sa paralelné lúče po lomu v oku nezhromažďujú na sietnici, ale bližšie k šošovke. Obrazy vzdialených objektov sa preto na sietnici javia ako rozmazané a rozmazané. Aby sme získali ostrý obraz na sietnici, treba predmetný predmet priblížiť k oku.
Vzdialenosť najlepšieho videnia pre krátkozrakého človeka je menšia ako 25 cm. Preto sú ľudia s podobným nedostatkom rénia nútení čítať text a prikladať ho k očiam. Krátkozrakosť môže byť spôsobená nasledujúcimi dôvodmi:
- nadmerná optická sila oka;
- predĺženie oka pozdĺž jeho optickej osi.
Zvyčajne sa rozvíja počas školských rokov a zvyčajne je spojená s dlhším čítaním alebo písaním, najmä pri nedostatočnom osvetlení a nesprávnom umiestnení svetelných zdrojov.
Ďalekozrakosť je porucha zraku, pri ktorej sa rovnobežné lúče po lomu v oku zbiehajú pod takým uhlom, že ohnisko nie je na sietnici, ale za ňou. Obrázky vzdialených objektov na sietnici sa opäť ukážu ako rozmazané a rozmazané.
učiteľ biológie:
Aby ste predišli únave zraku, existuje množstvo cvičení. Ponúkame vám niektoré z nich:
možnosť 1 (trvanie 3-5 minút).
1. Východisková poloha - sedenie v pohodlnej polohe: chrbtica je rovná, oči sú otvorené, pohľad smeruje rovno. Je to veľmi jednoduché, bez stresu.
Nasmerujte svoj pohľad doľava - rovno, doprava - rovno, hore - rovno, dole - rovno, bez zdržania v unesenej polohe. Opakujte 1-10 krát.
2. Posuňte pohľad diagonálne: doľava - dole - rovno, doprava - hore - rovno, doprava - dole - rovno, doľava - hore - rovno. A postupne zvyšujte oneskorenia v unesenej polohe, dýchanie je dobrovoľné, ale uistite sa, že nedochádza k oneskoreniu. Opakujte 1-10 krát.
3. Kruhové pohyby očí: od 1 do 10 kruhov vľavo a vpravo. Najprv rýchlejšie, potom postupne znižujte tempo.
4. Pozrite sa na špičku prsta alebo ceruzky vo vzdialenosti 30 cm od očí a potom do diaľky. Opakujte niekoľkokrát.
5. Pozerajte sa uprene a nehybne pred seba, snažte sa vidieť jasnejšie, potom niekoľkokrát žmurknite. Stlačte viečka a potom niekoľkokrát žmurknite.
6. Zmena ohniskovej vzdialenosti: pozrite sa na špičku nosa a potom do diaľky. Opakujte niekoľkokrát.
7. Masírujte očné viečka, jemne ich hladkajte ukazovákom a prostredníkom v smere od nosa k spánkom. Alebo: zatvorte oči a pomocou vankúšikov dlaní sa veľmi jemne dotýkajte, aby ste sa pohybovali pozdĺž horných viečok od spánkov ku koreňu nosa a chrbta, celkovo 10-krát priemerným tempom.
8. Pošúchajte si dlane o seba a ľahko, bez námahy, nimi zakryte predtým zatvorené oči, aby ste ich na 1 minútu úplne zablokovali pred svetlom. Predstavte si, že sa ponoríte do úplnej tmy. Otvoriť oči.
Možnosť 2 (trvanie 1-2 minúty).
1. Pri počítaní 1-2 sa oči fixujú na blízky (vzdialenosť 15-20 cm) predmet pri počítaní 3-7 sa pohľad prenesie na vzdialený predmet; Pri počte 8 sa pohľad opäť prenesie na najbližší objekt.
2. S nehybnou hlavou pri počítaní do 1 otočte oči zvisle nahor, na počte 2, nadol a potom znova nahor. Opakujte 10-15 krát.
3. Zatvorte oči na 10-15 sekúnd, otvorte a pohybujte očami doprava a doľava, potom hore a dole (5-krát). Voľne, bez napätia nasmerujte svoj pohľad do diaľky.
Možnosť 3 (trvanie 2-3 minúty).
Cvičenia sa vykonávajú v sede, opierajúc sa o stoličku.
1. Pozerajte sa priamo pred seba na 2-3 sekundy, potom sklopte oči na 3-4 sekundy. Cvičenie opakujte 30 sekúnd.
2. Zdvihnite oči nahor, sklopte ich nadol, pozerajte sa doprava, potom doľava. Opakujte 3-4 krát. Trvanie 6 sekúnd.
3. Zdvihnite oči, robte s nimi krúživé pohyby proti smeru hodinových ručičiek a potom v smere hodinových ručičiek. Opakujte 3-4 krát.
4. Pevne zatvorte oči na 3-5 sekúnd, otvorte na 3-5 sekúnd. Opakujte 4-5 krát. Trvanie 30-50 sekúnd.
Konsolidácia.
Ponúkajú sa neštandardné situácie.
1. Krátkozraký žiak vníma písmená napísané na tabuli rozmazané a nezreteľné. Musí namáhať zrak, aby sa oko zmestilo na dosku alebo na notebook, čo je škodlivé pre zrakový aj nervový systém. Navrhnite dizajn takýchto okuliarov pre školákov, aby ste sa vyhli stresu pri čítaní textu z tabule.
2. Keď sa očná šošovka človeka zakalí (napríklad pri sivom zákale), zvyčajne sa odstráni a nahradí plastovou šošovkou. Takáto náhrada zbavuje oči schopnosti akomodácie a pacient musí používať okuliare. Nedávno začalo Nemecko vyrábať umelú šošovku, ktorá sa dokáže sama zaostriť. Hádajte, aký dizajnový prvok bol vynájdený na umiestnenie oka?
3. H.G. Wells napísal román „Neviditeľný muž“. Agresívna neviditeľná osobnosť si chcela podmaniť celý svet. Zamyslite sa nad tým, čo je na tejto myšlienke zlé? Kedy je objekt v prostredí neviditeľný? Ako môže vidieť oko neviditeľného človeka?
Zhrnutie lekcie. Stanovenie domácich úloh.
- § 57, 58 (biológia),
- § 37.38 (fyzika), ponúka neštandardné úlohy na študovanú tému (voliteľné).
