Структура человеческого глаза настолько сложна, что трудно поверить, что это не продукт разумного замысла, но, глядя на глаза других животных, ученые показали, что он эволюционировал очень постепенно от простого светло-темного датчика над Конечно около 100 миллионов лет. Он функционирует очень похоже на камеру с отверстием, через которое проходит свет, линзой для фокусировки и светочувствительной мембраной сзади.
Количество света, попадающего в глаз, контролируется круговыми и радиальными мышцами в радужной оболочке, которые сокращаются и расслабляются, чтобы изменить размер зрачка. Сначала свет проходит через жесткий защитный слой, называемый роговицей, а затем попадает в линзу. Эта регулируемая структура изгибает свет, фокусируя его вниз до точки на сетчатке, в задней части глаза.
Сетчатка покрыта миллионами светочувствительных рецепторов, известных как палочки и колбочки. Каждый рецептор содержит молекулы пигмента, которые изменяют свою форму при попадании на них света, вызывая электрическое сообщение, которое поступает в мозг через зрительный нерв.
Как мы видим
Как зрительный нерв передает информацию в мозг
Задняя часть глаза покрыта слоем светочувствительных клеток, толщина которых составляет всего несколько миллиметров. Когда световые фотоны попадают в пигменты внутри клеток, он запускает каскад сигналов, которые проходят через серию различных соединений, прежде чем они передаются в мозг.
Сначала они проходят через интернейроны, а затем к нейронам, известным как ганглиозные клетки. Эти клетки сшиты, способны сравнивать соседние сигналы, отфильтровывая некоторую информацию, прежде чем передать ее мозгу. Это помогает улучшить контраст и четкость. Нейроны перемещаются через заднюю поверхность к зрительному нерву, который передает информацию в мозг.
Когда два зрительных нерва входят в мозг, они пересекаются, объединяясь в точке, известной как зрительный хиазм. Здесь сигналы с левой стороны обоих глаз направляются на левую сторону мозга и наоборот, что позволяет комбинировать и сравнивать изображения обоих глаз.
Сигналы поступают в мозг через таламус, который разделяет поступающую информацию на две части, одна из которых содержит цвет и детали, а другая - движение и контраст. Затем сообщения перемещаются в заднюю часть мозга и в зрительную зону коры головного мозга. Кора выложена так, что она отражает заднюю часть сетчатки, позволяя реконструировать детальное изображение.
Цветовое зрение
Как работает цветовое зрение
Откройте глаза, и вы встретитесь с множеством разных цветов, но удивительно, что вы можете обнаружить только три различные длины волны света, соответствующие зеленому, синему и красному. Объединение этих трех сигналов в мозге создает миллионы различных оттенков.
Каждый глаз содержит от 6 до 7 миллионов колбочек, содержащих один из трех чувствительных к цвету белков, известных как опсины. Когда световые фотоны попадают на опсины, они меняют форму, вызывая каскад, который генерирует электрические сигналы, которые, в свою очередь, передают сообщения в мозг. Более половины наших колбочек реагируют на красный свет, около трети - на зеленый, и только на два процента - на синий, что дает нам зрение, сфокусированное вокруг желто-зеленой области спектра.
Подавляющее большинство колбочек в человеческом глазу расположено в центре сетчатки, в месте, известном как ямка, размером всего лишь доли миллиметра в поперечнике. Свет фокусируется на этой точке, обеспечивая четкое, полноцветное изображение в центре нашего зрения. В остальной части сетчатки преобладают 120 миллионов палочек, которые обнаруживают свет, но не цвет.
Мы настолько привыкли видеть мир красным, зеленым и синим, что может показаться странным думать, что большинство других животных не могут этого сделать, но трехцветное зрение, подобное нашему, относительно необычно. Некоторые виды рыб, рептилий и птиц имеют четырехцветное зрение, способное видеть красный, зеленый, синий и ультрафиолетовый или инфракрасный свет, но во время эволюции млекопитающих два из четырех типов конусов были потеряны, в результате чего большинство современных млекопитающих с дихроматическим зрением - видя только оттенки желтого и синего.
Это не было проблемой для многих ранних млекопитающих, потому что они были в основном ночными и жили под землей, где было мало необходимости в хорошем цветовом зрении. Однако, когда приматы начали перемещаться в деревья, генное дублирование дало некоторым видам способность видеть красный цвет, предоставляя значительное эволюционное преимущество в выборе спелых красных фруктов на фоне зеленых листьев.
Даже сегодня не все приматы могут видеть в трех цветах; у некоторых есть дихроматическое зрение, и многие ночные обезьяны видят только черно-белое изображение. Это все зависит от окружающей среды; если вам не нужно видеть все цвета, чтобы выжить, тогда зачем тратить энергию на пигменты?
Видеть в трех измерениях
Наши глаза способны воспроизводить только двухмерные изображения, но с некоторой умной обработкой мозг может построить эти плоские изображения в трехмерном виде. Наши глаза расположены на расстоянии около пяти сантиметров (два дюйма), поэтому каждый видит мир под немного другим углом. Мозг сравнивает две картины, используя различия, чтобы создать иллюзию глубины.
Как мы видим в 3D
Откройте для себя более удивительную науку в последнем номере журнала « Как это работает ». Он доступен у всех хороших розничных продавцов, или вы можете заказать его онлайн в ImagineShop. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы никогда не пропустить выпуск журнала « Как это работает », подпишитесь сегодня!
Плюс взглянуть на:
Топ 5 фактов о видении
Какое максимальное расстояние может видеть человеческий глаз, если ему ничто не мешает?
Как солнцезащитные очки защищают ваши глаза?