Η όραση είναι μια από τις πιο πολύτιμες αισθήσεις του ανθρώπου. Ενώ το οπτικό σύστημα είναι ένα σχετικά πολύπλοκο μέρος του εγκεφάλου, η διαδικασία καθοδηγείται από ένα ταπεινό οπτικό στοιχείο: το μάτι. Σχηματίζει εικόνες στον αμφιβληστροειδή, όπου το φως απορροφάται από φωτοϋποδοχείς. Με τη βοήθειά τους, τα ηλεκτρικά σήματα μεταδίδονται στον οπτικό φλοιό για περαιτέρω επεξεργασία.
Τα κύρια στοιχεία του οπτικού συστήματος του ματιού: ο κερατοειδής και ο φακός. Αντιλαμβάνονται το φως και το προβάλλουν στον αμφιβληστροειδή. Αξίζει να σημειωθεί ότι η συσκευή του ματιού είναι πολύ πιο απλή από αυτή των καμερών με πολλαπλούς φακούς που έχουν δημιουργηθεί στην ομοιότητα της. Παρά το γεγονός ότι μόνο δύο στοιχεία παίζουν το ρόλο των φακών στο μάτι, αυτό δεν βλάπτει την αντίληψη των πληροφοριών.
Φως
Η εγγενής φύση του φωτός επηρεάζει επίσης ορισμένα χαρακτηριστικά του οπτικού συστήματος του ματιού. Για παράδειγμα, ο αμφιβληστροειδής είναι πιο ευαίσθητος στο κεντρικό τμήμα για την αντίληψη του ορατού φάσματος, που αντιστοιχεί στο φάσμα ακτινοβολίας του Ήλιου. Το φως μπορεί να φανεί ως εγκάρσιοηλεκτρομαγνητικό κύμα. Τα ορατά μήκη κύματος από περίπου μπλε (400 nm) έως κόκκινο (700 nm) αποτελούν μόνο ένα μικρό κλάσμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η φύση του σωματιδίου του φωτός (φωτόνιο) μπορεί επίσης να επηρεάσει την όραση υπό ορισμένες συνθήκες. Η απορρόφηση των φωτονίων γίνεται στους φωτοϋποδοχείς σύμφωνα με τους κανόνες μιας τυχαίας διαδικασίας. Συγκεκριμένα, η ένταση του φωτός που φτάνει σε κάθε φωτοϋποδοχέα καθορίζει μόνο την πιθανότητα απορρόφησης ενός φωτονίου. Αυτό περιορίζει την ικανότητα να βλέπεις σε χαμηλή φωτεινότητα και να προσαρμόζεις το μάτι στο σκοτάδι.
Διαφάνεια
Στα τεχνητά οπτικά συστήματα χρησιμοποιούνται διαφανή υλικά: γυαλί ή πλαστικό με διαθλαστικό στερέωσης. Ομοίως, το ανθρώπινο μάτι πρέπει να σχηματίζει εικόνες μεγάλης κλίμακας, υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιώντας ζωντανό ιστό. Εάν η εικόνα που προβάλλεται στον αμφιβληστροειδή είναι πολύ θολή, θολή, το οπτικό σύστημα δεν θα λειτουργήσει σωστά. Ο λόγος για αυτό μπορεί να είναι ασθένειες των ματιών και των νευρώνων.
Ανατομία του ματιού
Το ανθρώπινο μάτι μπορεί να περιγραφεί ως μια σχεδόν σφαιρική δομή γεμάτη υγρό. Το οπτικό σύστημα του ματιού αποτελείται από τρία στρώματα ιστών:
- εξωτερικός (σκληρός χιτώνας, κερατοειδής);
- εσωτερικό (αμφιβληστροειδής, ακτινωτό σώμα, ίριδα);
- ενδιάμεσο (χοριοειδές).
Στους ενήλικους ανθρώπους, το μάτι είναι μια σφαίρα κατά προσέγγιση 24 mm σε διάμετρο και αποτελείται από πολλά κυτταρικά και μη κυτταρικά συστατικά που προέρχονται από εξωδερμική και μεσόδερμα βλαστική σειράπηγές.
Το εξωτερικό του ματιού καλύπτεται από έναν ανθεκτικό και εύκαμπτο ιστό που ονομάζεται σκληρός χιτώνας, εκτός από το μπροστινό μέρος όπου ο διαφανής κερατοειδής επιτρέπει στο φως να εισέλθει στην κόρη. Δύο άλλα στρώματα κάτω από τον σκληρό χιτώνα: χοριοειδές για την παροχή θρεπτικών συστατικών και αμφιβληστροειδή όπου το φως απορροφάται από φωτοϋποδοχείς μετά το σχηματισμό εικόνας.
Το μάτι είναι δυναμικό λόγω της δράσης έξι εξωγενών μυών για τη σύλληψη και τη σάρωση του οπτικού περιβάλλοντος. Το φως που εισέρχεται στο μάτι διαθλάται από τον κερατοειδή: ένα λεπτό διαφανές στρώμα χωρίς αιμοφόρα αγγεία, περίπου 12 mm σε διάμετρο και περίπου 0,55 mm πάχος στο κεντρικό τμήμα. Το δακρυϊκό φιλμ νερού στον κερατοειδή εγγυάται την καλύτερη ποιότητα εικόνας.
Ο πρόσθιος θάλαμος του ματιού είναι γεμάτος με μια υγρή ουσία. Η ίριδα, δύο ομάδες μυών με μια κεντρική τρύπα της οποίας το μέγεθος εξαρτάται από τη συστολή, λειτουργεί σαν διάφραγμα με χαρακτηριστικό χρώμα ανάλογα με την ποσότητα και την κατανομή των χρωστικών.
Η κόρη είναι η τρύπα στο κέντρο της ίριδας που ρυθμίζει την ποσότητα του φωτός που εισέρχεται στο μάτι. Το μέγεθός του κυμαίνεται από λιγότερο από 2 mm σε έντονο φως έως περισσότερο από 8 mm στο σκοτάδι. Αφού η κόρη αντιληφθεί το φως, ο κρυσταλλικός φακός ενώνεται με τον κερατοειδή για να σχηματίσει εικόνες στον αμφιβληστροειδή. Ένας κρυσταλλικός φακός μπορεί να αλλάξει το σχήμα του. Περιβάλλεται από ελαστική κάψουλα και συνδέεται με το ακτινωτό σώμα με ζώνες. Η δράση των μυών στο ακτινωτό σώμα επιτρέπει στον φακό να αυξήσει ή να μειώσει τη δύναμή του.
Αμφιβληστροειδής και κερατοειδής
Υπάρχει κεντρική κατάθλιψη στον αμφιβληστροειδή όπουπεριέχει τον μεγαλύτερο αριθμό υποδοχέων. Τα περιφερειακά του μέρη δίνουν μικρότερη ανάλυση, αλλά είναι εξειδικευμένα στην κίνηση των ματιών και στην ανίχνευση αντικειμένων. Το φυσικό οπτικό πεδίο είναι αρκετά μεγάλο σε σύγκριση με το τεχνητό και είναι 160×130°. Η ωχρά κηλίδα βρίσκεται κοντά και λειτουργεί ως φίλτρο φωτός, προστατεύοντας υποτιθέμενα τον αμφιβληστροειδή από εκφυλιστικές ασθένειες ελέγχοντας τις μπλε ακτίνες.
Ο κερατοειδής είναι μια σφαιρική τομή με πρόσθια ακτίνα καμπυλότητας 7,8 mm, οπίσθια ακτίνα καμπυλότητας 6,5 mm και ανομοιογενή δείκτη διάθλασης 1,37 λόγω της πολυεπίπεδης δομής.
Μέγεθος ματιών και εστίαση
Ο μέσος στατικός οφθαλμός έχει συνολικό αξονικό μήκος 24,2 mm και τα μακρινά αντικείμενα εστιάζονται ακριβώς στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς. Αλλά οι αποκλίσεις στο μέγεθος του ματιού μπορούν να αλλάξουν την κατάσταση:
- μυωπία, όταν οι εικόνες εστιάζονται μπροστά από τον αμφιβληστροειδή,
- υπερμετρωπία όταν συμβαίνει πίσω της.
Οι λειτουργίες του οπτικού συστήματος του ματιού παραβιάζονται επίσης σε περίπτωση αστιγματισμού - λανθασμένη καμπυλότητα του φακού.
Ποιότητα εικόνας στον αμφιβληστροειδή
Ακόμη και όταν το οπτικό σύστημα του ματιού είναι τέλεια εστιασμένο, δεν παράγει τέλεια εικόνα. Διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν αυτό:
- διάθλαση φωτός στην κόρη (θάμπωμα);
- οπτικές εκτροπές (όσο μεγαλύτερη είναι η κόρη, τόσο χειρότερη είναι η ορατότητα);
- σκέδαση μέσα στο μάτι.
Ειδικά σχήματα φακών ματιών, διακυμάνσεις του δείκτη διάθλασης και γεωμετρικά χαρακτηριστικά είναι μειονεκτήματα του οπτικού συστήματος του ματιούσε σύγκριση με τα τεχνητά αντίστοιχα. Το κανονικό μάτι είναι τουλάχιστον έξι φορές χαμηλότερης ποιότητας και το καθένα δημιουργεί ένα πρωτότυπο bitmap ανάλογα με τις παρεκκλίσεις που υπάρχουν. Έτσι, για παράδειγμα, το αντιληπτό σχήμα των αστεριών θα διαφέρει από άτομο σε άτομο.
Περιφερική όραση
Το κεντρικό πεδίο του αμφιβληστροειδούς δίνει τη μεγαλύτερη χωρική ανάλυση, αλλά το λιγότερο προσεκτικό περιφερειακό τμήμα είναι επίσης σημαντικό. Χάρη στην περιφερειακή όραση, ένα άτομο μπορεί να πλοηγηθεί στο σκοτάδι, να διακρίνει τον παράγοντα κίνησης και όχι το ίδιο το κινούμενο αντικείμενο και το σχήμα του και να πλοηγηθεί στο διάστημα. Η περιφερειακή όραση κυριαρχεί σε ζώα και πτηνά. Επιπλέον, ορισμένα από αυτά έχουν γωνία θέασης 360 ° για μεγαλύτερη πιθανότητα επιβίωσης. Οι οπτικές ψευδαισθήσεις υπολογίζονται με βάση τα χαρακτηριστικά της περιφερειακής όρασης.
Αποτέλεσμα
Το οπτικό σύστημα του ανθρώπινου ματιού είναι απλό και αξιόπιστο και τέλεια προσαρμοσμένο στην αντίληψη του γύρω κόσμου. Αν και η ποιότητα του ορατού είναι χαμηλότερη από ό,τι στα προηγμένα τεχνικά συστήματα, πληροί τις απαιτήσεις του οργανισμού. Τα μάτια έχουν έναν αριθμό αντισταθμιστικών μηχανισμών που αφήνουν ορισμένους από τους πιθανούς οπτικούς περιορισμούς αμελητέους. Για παράδειγμα, το μεγάλο αρνητικό αποτέλεσμα της χρωματικής αποεστίασης εξαλείφεται με κατάλληλα χρωματικά φίλτρα και φασματική ευαισθησία ζώνης.
Την τελευταία δεκαετία, η δυνατότητα διόρθωσης των οφθαλμικών εκτροπών χρησιμοποιώντας προσαρμοστικόοπτική. Αυτό είναι σήμερα τεχνικά εφικτό στο εργαστήριο με διορθωτικές συσκευές όπως οι ενδοφθάλμιοι φακοί. Η διόρθωση μπορεί να αποκαταστήσει την ικανότητα να βλέπεις, αλλά υπάρχει μια απόχρωση - η επιλεκτικότητα των φωτοϋποδοχέων. Ακόμα κι αν ευκρινείς εικόνες προβάλλονται στον αμφιβληστροειδή, το μικρότερο γράμμα που πρέπει να γίνει αντιληπτό θα απαιτήσει πολλαπλούς φωτοϋποδοχείς για να ερμηνευτεί σωστά. Εικόνες με γράμματα μικρότερα από την αντίστοιχη οπτική οξύτητα δεν θα διακρίνονται.
Ωστόσο, οι κύριες διαταραχές της όρασης είναι οι αδύναμες εκτροπές: η αποεστίαση και ο αστιγματισμός. Αυτές οι περιπτώσεις διορθώθηκαν εύκολα από διάφορες τεχνολογικές εξελίξεις από τον δέκατο τρίτο αιώνα, όταν εφευρέθηκαν οι κυλινδρικοί φακοί. Οι σύγχρονες μέθοδοι περιλαμβάνουν τη χρήση φακών επαφής και ενδοφθάλμιων φακών ή επεμβάσεις διαθλαστικής χειρουργικής με λέιζερ για την επεξεργασία της δομής του οπτικού συστήματος του ασθενούς.
Το μέλλον της οφθαλμολογίας φαίνεται πολλά υποσχόμενο. Η φωτονική και η τεχνολογία φωτισμού θα παίξουν καθοριστικό ρόλο σε αυτό. Η χρήση προηγμένων οπτοηλεκτρονικών θα επέτρεπε στις νέες προθέσεις να αποκαταστήσουν τα διορατικά μάτια χωρίς να αφαιρέσουν ζωντανούς ιστούς, όπως συμβαίνει σήμερα. Η νέα οπτική τομογραφία συνοχής θα μπορούσε να παρέχει πλήρης κλίμακας τρισδιάστατη απεικόνιση του ματιού σε πραγματικό χρόνο. Η επιστήμη δεν μένει ακίνητη, ώστε το οπτικό σύστημα του ματιού να επιτρέπει στον καθένα μας να βλέπει τον κόσμο σε όλο του το μεγαλείο.
