Как устроен зрительный анализатор: структура и функции

Зрительный анализатор — это парный орган зрения, представленный глазным яблоком, мышечной системой глаза и вспомогательным аппаратом. С помощью способности видеть человек может различать цвет, форму, величину предмета, его освещенность и расстояние на котором он находится. Так человеческий глаз способен различать направление движения предметов или их неподвижность. 90% информации человек получает благодаря способности видеть. Орган зрения является самым важным из всех органов чувств. Зрительный анализатор включает в себя глазное яблоко с мышцами и вспомогательный аппарат.

Строение и отделы

Строение зрительного анализатора сложное, но именно благодаря этому мы можем воспринимать окружающий мир настолько ярко и полно. Состоит он из таких частей:

• Периферический отдел – здесь расположены рецепторы сетчатки глаза.
• Проводниковая часть – это зрительный нерв.
• Центральный отдел – центр зрительного анализатора локализован в затылочной части головы человека.

Работу зрительного анализатора по своей сути можно сравнить с системой телевидения: антенной, проводами и телевизором

Основные функции зрительного анализатора – это восприятие, проведение и обработка зрительной информации. Анализатор глаза не работает в первую очередь без глазного яблока – это и есть его периферическая часть, на которую приходятся основные зрительные функции.

Схема строения непосредственного глазного яблока включает 10 элементов:

Строение глаза человека (анатомия)

• склера – это наружная оболочка глазного яблока, сравнительно плотная и непрозрачная, в ней есть сосуды и нервные окончания, она соединяется в передней части с роговицей, а в задней – с сетчаткой;
• сосудистая оболочка – обеспечивает провод питательных веществ вместе с кровью к сетчатке глаза;
• сетчатка – этот элемент, состоящий из клеток фото-рецепторов, обеспечивает чувствительность глазного яблока к свету. Фоторецепторы бывают двух видов – палочки и колбочки. Палочки отвечают за периферическое зрение, они отличаются высокой светочувствительностью. Благодаря клеткам-палочкам, человек способен видеть в сумерках. Функциональная особенность колбочек совершенно другая. Они позволяют глазу воспринимать различные цвета и мелкие детали. Колбочки отвечают за центральное зрение. Оба вида клеток вырабатывают родопсин – вещество, которое преобразует световую энергию в электрическую. Именно ее способен воспринимать и расшифровывать корковый отдел головного мозга;
• роговица – это прозрачная часть в переднем отделе глазного яблока, здесь происходит преломление света. Особенность роговицы состоит в том, что в ней совсем нет кровеносных сосудов;
• радужная оболочка – оптически это самая яркая часть глазного яблока, здесь сосредоточен пигмент, отвечающий за цвет глаз человека. Чем его больше и чем ближе он к поверхности радужки, тем темнее будет цвет глаз. Структурно радужная оболочка представляет собой мышечные волокна, которые отвечают за сокращение зрачка, который, в свою очередь, регулирует количество света, передающегося к сетчатке;
• ресничная мышца – иногда ее называют ресничным пояском, главная характеристика этого элемента – регулировка хрусталика, благодаря чему взгляд человека может быстро сфокусироваться на одном предмете;
• хрусталик – это прозрачная линза глаза, главная его задача – фокусировка на одном предмете. Хрусталик эластичен, это свойство усиливается окружающими его мышцами, благодаря чему человек может отчетливо видеть и вблизи, и вдали;
• стекловидное тело – это прозрачная гелеобразная субстанция, заполняющая глазное яблоко. Именно оно формирует его округлую, устойчивую форму, а также пропускает свет от хрусталика к сетчатке;
• зрительный нерв – это основная часть проводящего пути информации от глазного яблока в области коры головного мозга, обрабатывающие ее;
• желтое пятно – это участок максимальной остроты зрения, он расположен напротив зрачка над местом входа зрительного нерва. Свое название пятно получило за большое содержание пигмента желтого цвета. Примечательно, что некоторые хищные птицы, отличающиеся острым зрением, имеют целых три желтых пятна на глазном яблоке.

Периферия собирает максимум зрительной информации, которая затем через проводниковый отдел зрительного анализатора передается к клеткам коры головного мозга для дальнейшей обработки.

Вот так схематично выглядит строение глазного яблока в разрезе

Система преломления: ее особенности, состав, строение

Зрительный анализатор – это достаточно сложный орган, в составе которого есть также и органы системы преломления:

• Стекловидное тело – особенная биологическая жидкость, заполняющая глазное яблоко. Она имеет студенистую консистенцию, используется органом для поддержания целостности – определенной формы – глазного яблока. Выполняет функцию преломления светового потока;
• Хрусталик – уникальный элемент – природная линза, которая будет преломлять световой поток;
• Передняя и задняя камеры – первая выполняет роль питания всего органа.

Именно сложная оптика глазного органа позволяет различать форму, объем, а также различные оттенки и параметры предметов.

Вспомогательные элементы глазного яблока

Глаз человека подвижен, что позволяет улавливать большое количество информации со всех направлений и быстро реагировать на раздражители. Подвижность обеспечивается мышцами, охватывающими глазное яблоко. Всего их три пары:

• Пара, обеспечивающая движение глаза вверх и вниз.
• Пара, отвечающая за движение влево и вправо.
• Пара, благодаря которой глазное яблоко может вращаться относительно оптической оси.

Этого достаточно, чтобы человек мог смотреть в самых разных направлениях, не поворачивая головы, и быстро реагировать на зрительные раздражители. Движение мышц обеспечивается глазодвигательными нервами.

Также к вспомогательным элементам зрительного аппарата относятся:

• веки и ресницы;
• конъюнктива;
• слезный аппарат.

Веки и ресницы выполняют защитную функцию, образуя физическую преграду для проникновения инородных тел и веществ, воздействия слишком яркого света. Веки представляют собой эластичные пластины из соединительной ткани, покрытые снаружи кожей, а изнутри – конъюнктивой. Конъюнктива – это слизистая оболочка, выстилающая сам глаз и веко изнутри. Ее функция тоже защитная, но обеспечивается она за счет выработки специального секрета, увлажняющего глазное яблоко и образующая невидимую естественную пленку.

Зрительная система человека устроена сложно, но вполне логично, каждый элемент несет определенную функцию и тесно связан с другими

Слезный аппарат – это слезные железы, от которых по протокам слезная жидкость выводится в конъюнктивальный мешок. Железы парные, расположены они в уголках глаз. Также во внутреннем уголке глаза находится слезное озерцо, куда стекает слеза после того, как омыла наружную часть глазного яблока. Оттуда слезная жидкость переходит в слезно-носовой проток и стекает в нижние отделы носовых проходов.

Это естественный и постоянный процесс, никак не ощущаемый человеком. Но когда слезной жидкости вырабатывается слишком много, слезно-носовой проток не в состоянии ее принять и переместить всю одновременно. Жидкость переливается через край слезного озерца – образуются слезы. Если же, наоборот, по каким-то причинам слезной жидкости вырабатывается слишком мало или же она не может продвигаться через слезные протоки по причине их закупорки, возникает сухость глаза. Человек ощущает сильный дискомфорт, боль и резь в глазах.

Вспомогательный аппарат

Выясняя, из чего состоит зрительный анализатор, следует изучить строение, назначение вспомогательного аппарата зрительного органа. В числе дополнительных элементов в органе имеется:

1. Веки и брови – выполняют защитную функцию, причем предотвращают не только попадание посторонних предметов, но и солнечного потока;
2. Мышцы – без них невозможна двигательная активность глаза;
3. Конъюнктива – защитный барьер, слизистая оболочка, которая препятствует проникновению болезнетворной микрофлоры внутрь глаза, а также предотвращает пересыхание органа зрения;
4. Слезный аппарат – используется организмом для продуцирования слез, за что отвечает специальная железа.

Достаточно сложное строение зрительного анализатора объясняет и функции глаза. Зрительный орган – главный «поставщик» информации об окружающем мире и происходящем.

Именно зрительный путь подает импульсы в головной мозг для проведения дальнейшего анализа. А вот нарушение некоторых или сразу нескольких частей зрительного анализатора, а также их деформация ведет к частичной потере остроты зрения, правильности восприятия, а также к частичной или полной слепоте. Функции зрительного анализатора неоценимы для организма, поскольку из этого органа он будет черпать информацию.

Как происходит восприятие и передача зрительной информации

Чтобы понять, как же работает зрительный анализатор, стоит представить себе телевизор и антенну. Антенна – это глазное яблоко. Оно реагирует на раздражитель, воспринимает его, преобразует в электрическую волну и передает к головному мозгу. Осуществляется это посредством проводникового отдела зрительного анализатора, состоящего из нервных волокон. Их можно сравнить с телевизионным кабелем. Корковый отдел – это телевизор, он обрабатывает волну и расшифровывает ее. В результате получается привычная для нашего восприятия зрительная картинка.

Зрение человека – это намного сложнее и больше, чем просто глаза. Это сложный многоступенчатый процесс, осуществляемый, благодаря слаженной работе группы различных органов и элементов

Подробнее стоит рассмотреть проводниковый отдел. Он состоит из перекрещенных нервных окончаний, то есть информация от правого глаза идет к левому полушарию, а от левого – к правому. Почему именно так? Все просто и логично. Дело в том, что для оптимальной расшифровки сигнала от глазного яблока к корковому отделу его путь должен быть максимально коротким. Участок в правом полушарии мозга, ответственный за расшифровку сигнала, расположен ближе к левому глазу, чем к правому. И наоборот. Вот почему сигналы передаются по перекрещенным путям.

Перекрещенные нервы далее образуют так называемый зрительный тракт. Здесь информация от разных частей глаза передается для расшифровки к разным частям головного мозга, чтобы сформировалась четкая зрительная картинка. Мозг уже может определить яркость, степень освещенности, цветовую гамму.

Что происходит дальше? Уже почти окончательно обработанный зрительный сигнал поступает в корковый отдел, осталось только извлечь из него информацию. В этом и заключаются основные функции зрительного анализатора. Здесь осуществляются:

• восприятие сложных зрительных объектов, например, печатного текста в книге;
• оценка размеров, формы, удаленности предметов;
• формирование восприятия перспективы;
• различие между плоскими и объемными предметами;
• объединение всей полученной информации в целостную картинку.

Итак, благодаря слаженной работе всех отделов и элементов зрительного анализатора, человек способен не только видеть, но и понимать увиденное. Те 90% информации, которую мы получаем из окружающего мира через глаза, поступает к нам именно таким многоступенчатым путем.

Сетчатка. Нейронная сеть сетчатки

Сетчатка — тонкая внутренняя оболочка глаза, прилегающая к сосудистой оболочке и содержащая фоторецепторы и нейронную сеть, образованную 4 типами нервных клеток.

Фоторецептор — рецепторная клетка зрительной сенсорной системы, которая возбуждается при действии света.

■ Первым в сетчатке по ходу световых лучей является слой нервных (ганглиозных) клеток, слой фоторецепторов — последний по ходу лучей, он прилегает к пигментным клеткам сосудистой оболочки.

Типы фоторецепторов сетчатки глаза: колбочки и палочки (различаются по форме рецепторных клеток). Чувствительность фоторецепторов к свету обусловлена особыми светочувствительными белками (см. ниже), молекулы которых под воздействием света распадаются на два фрагмента и при этом возбуждают фоторецептор.

Колбочки — фоторецепторы, воспринимающие очертания и детали объектов и обеспечивающие цветовое зрение. Всего в сетчатке глаза человека имеется около 6 млн. колбочек.

Трехкомпонентная теория цвета: в сетчатке глаза человека и позвоночных животных имеется три вида колбочек (по последним данным — семь видов), каждый из которых содержит только один из типов светочувствительного белка и лучше всего воспринимает один из цветов — красно-оранжевый (светочувствительный белок — хлоролаб), желто-зеленый (светочувствительный белок эритлаб) или сине-фиолетовый (светочувствительный белок —иодопсин). Одновременное возбуждение двух или трех видов кол бочек воспринимается человеком как составной цвет (например, розовый или белый).

Палочки — фоторецепторы, обеспечивающие черно-белое зрение и обладающие высокой чувствительностью к свету. Светочувствительный белок — родопсин. Для возбуждения палочки достаточно попадания всего 6-10 квднтов света, которые зрительной сенсорной системой регистрируются как одна слабая вспышка.

Всего в сетчатке глаза человека насчитывается около 125 млн. палочек.

Колбочки менее чувствительны к свету, чем палочки. Поэтому в сумерках зрение обеспечивается только палочками, из-за чего в этих условиях человек плохо различает цвета.

Желтое пятно — область в центральной части сетчатки, в которой колбочки расположены с максимальной плотностью, а палочки отсутствуют. Желтое пятно — область наилучшего видения; на нее проецируются световые лучи от той точки, на которую направлен наш взгляд. В центре желтого пятна имеется небольшое углубление сетчатки — центральная ямка. По мере удаления от желтого пятна количество колбочек уменьшается, а количество палочек возрастает. На периферии сетчатки имеются только палочки.

Центральное зрение — наилучшее видение предметов, обусловленное наличием максимального количества колбочек в области желтого пятна; обеспечивает возможность рассматривать мелкие детали предметов.

Периферическое, или боковое, зрение — менее острое видение предметов периферическими участками сетчатки, в которых количество колбочек невелико; позволяет ориентироваться в пространстве и замечать движение, происходящее вблизи боковой границы обзора.

Типы нервных клеток сетчатки глаза: горизонтальные, ганглиозные, биполярные и амакриновые. Соединяясь друг с другом, эти клетки образуют нейронную сеть сетчатки.

Горизонтальные нервные клетки соединяют фоторецепторы друг с другом. От тела каждой горизонтальной клетки отходит множество отростков, которые образуют синаптические контакты на фоторецепторах сетчатки.

Ганглиозные нервные клетки — нейроны, аксоны которых образуют зрительный нерв, выходящий из глаза и идущий в головной мозг.

Биполярные клетки соединяют фоторецепторы с ганглиозными клетками. Биполярные клетки имеют два отростка: один из них контактирует с несколькими фоторецепторами, а другой -с несколькими биполярными клетками.

Амакриновые клетки соединяют друг с другом ганглиозные клетки; по своему строению они сходны с горизонтальными.

Зрительный нерв — нерв, выходящий из глаза и следующий в головной мозг; образован пучком собранных вместе аксонов ганглиозных нервных клеток.

Слепое пятно — область Сетчатки, в которой отсутствуют фоторецепторы, а аксоны ганглиозных клеток собираются в пучок, формируя зрительный нерв; это место выхода зрительного нерва; находится сбоку от желтого пятна.

Принцип работы нейронной сети сетчатки.

■ Каждая фоторецепторная клетка соединена с несколькими горизонтальными и биполярными клетками, а каждая биполярная — с несколькими ганглиозными клетками. Ганглиозные клетки также соединяются между собой через амакриновые клетки.

■ Такая сеть рецепторных и нервных клеток позволяет, во-первых, сравнивать информацию, поступающую от соседних рецепторных клеток, и во-вторых, дублировать работу отдельных элементов зрительной системы, устраняя их возможные ошибки и тем самым исключая риск.

■ Нервные импульсы от рецепторных клеток поступают сначала в горизонтальные и биполярные, а затем в ганглиозные клетки сетчатки, обменивающиеся информацией друг с другом.

■ Результатом работы нейронной сети сетчатки является первичный анализ изображения и его движения. Полученная информация передается по зрительному нерву в головной мозг.

Как изменяется зрительный анализатор с возрастом

Возрастные особенности зрительного анализатора неодинаковы: у новорожденного он еще не сформирован до конца, младенцы не могут фокусировать взгляд, быстро реагировать на раздражители, в полной мере обрабатывать полученную информацию, чтобы воспринимать цвет, размер, форму, удаленность предметов.

Новорожденные дети воспринимают мир в перевернутом виде и в черно-белом цвете, так как формирование зрительного анализатора у них еще полностью не завершено

К 1 году зрение ребенка становится почти таким же острым, как у взрослого человека, что можно проверить по специальным таблицам. Но полное завершение формирования зрительного анализатора наступает только к 10–11 годам. До 60 лет в среднем, при условии соблюдения гигиены органов зрения и профилактики патологий, зрительный аппарат работает исправно. Затем начинается ослабление функций, что обусловлено естественным износом мышечных волокон, сосудов и нервных окончаний.

Вспомогательные структуры глаза. Движения глаз

Вспомогательные структуры глаза: брови, веки, ресницы, слезные железы, слезные протоки, мышцы глазного яблока.

Брови предупреждают попадание в глаза пота, стекающего со лба.

Веки осуществляют механическую защиту глазного яблока; изнутри имеют оболочку — конъюнктиву. Периодические смыкания и размыкания век (моргание) обеспечивают равномерное распределение слезной жидкости по поверхности глазного яблока.

Ресницы обеспечивают дополнительную защиту глазного яблока от пыли.

Слезные железы продуцируют слезную жидкость; расположены у верхних наружных углов глаз.

Слезные протоки служат для отведения излишков слезной жидкости в носовую полость.

Слезная жидкость увлажняет и согревает глаза, облегчает движение век, уменьшая их трение, предохраняет глаза от проникновения инфекций (содержит бактерицидное вещество — лизоцим), смывает пыль через слезный канал.

Мышцы глаза, обеспечивающие повороты глазного яблока в глазнице (одним концом эти мышцы прикреплены к глазному яблоку, другим — к глазнице):

— верхняя и нижняя прямые мышцы;

— внутренняя и наружная прямые мышцы;

— верхняя и нижняя косые мышцы.

Сокращение верхней прямой мышцы приводит к повороту глазного яблока по вертикали вверх. При одновременном сокращении верхней прямой и наружной прямой мышц глазное яблоко перемещается по диагонали. Сокращение косых мышц вызывает вращение глазного яблока по часовой стрелке или против нее.

❖ Виды движений глаз: скачкообразные и плавные.

Скачкообразные движения (или саккады) возникают, когда человек осматривается вокруг. За одну секунду глаз совершает от 2 до 5. саккад.

Плавные движения глаз сопровождают предметы, перемещающиеся в поле зрения.

Что еще интересно знать

Получать трехмерное изображение мы можем, благодаря тому, что у нас есть два глаза. Выше уже говорилось о том, что правый глаз передает волну к левому полушарию, а левый наоборот, к правому. Далее обе волны соединяются, направляются к нужным отделам для расшифровки. При этом каждый глаз видит свою «картинку», и только при правильном сопоставлении они дают четкое и яркое изображение. Если же на каком-то из этапов происходит сбой, происходит нарушение бинокулярного зрения. Человек видит сразу две картинки, причем они различные.

Сбой на любом этапе передачи и обработки информации в зрительном анализаторе приводит к различным нарушениям зрения

Зрительный анализатор не напрасно сравнивают с телевизором. Изображение предметов, после того как они пройдут преломление на сетчатке, поступает к головному мозгу в перевернутом виде. И только в соответствующих отделах преобразуется в более удобную для восприятия человека форму, то есть возвращается «с головы на ноги».

Есть версия, что новорожденные дети видят именно так – в перевернутом виде. К сожалению, рассказать об этом сами они не могут, а проверить теорию с помощью специальной аппаратуры пока что невозможно. Скорее всего они воспринимают зрительные раздражители так же, как и взрослые люди, но поскольку зрительный анализатор сформирован еще не до конца, полученная информация не обрабатывается и адаптируется полностью для восприятия. Малыш просто не справится с такими объемными нагрузками.

Таким образом, строение глаза сложное, но продуманное и почти совершенное. Сначала свет попадает на периферическую часть глазного яблока, проходит через зрачок к сетчатке, преломляется в хрусталике, затем преобразуется в электрическую волну и проходит по перекрещенным нервным волокнам к коре головного мозга. Здесь происходит расшифровка и оценка полученной информации, а затем ее декодирование в понятную для нашего восприятия зрительную картинку. Это, действительно, схоже с антенной, кабелем и телевизором. Но намного филигранней, логичней и удивительней, ведь это создала сама природа, и под этим сложным процессом на самом деле подразумевается то, что мы называем зрением.

Преломление света

Система зрительного анализатора такова, что изначально лучи света преломляются и фокусируются на роговице и проходят через переднюю камеру до радужки. Через зрачок центральная часть светового потока попадает на хрусталик, где происходит более точная его фокусировка, а потом через стекловидное тело – на сетчатку. На сетчатке проецируется изображение предмета в уменьшенном и притом перевернутом виде, а энергия световых лучей фоторецепторами преобразуется в нервные импульсы. Информация далее через глазной нерв поступает в головной мозг. Место на сетчатке, сквозь которое проходит зрительный нерв, лишено фоторецепторов, поэтому называется слепым пятном.

Аккомодация. Зрачковый рефлекс

Аккомодация — процесс (и способность к) приспособления (-ю) глаза к четкому (резкому) видению предметов, находящихся на разных расстояниях; осуществляется изменением преломляющей силы хрусталика путем изменения его кривизны (выпуклости).

■ Пример: при рассматривании близких предметов хрусталик делается более выпуклым (за счет сокращения ресничной мышцы глаза), и его преломляющая сила возрастает. В результате световые лучи, исходящие от этих предметов, фокусируются точно на сетчатке — изображение становится резким. В то же время лучи, исходящие от удаленных предметов, фокусируются перед сетчаткой, и их изображение становится нечетким.

Зрачковый рефлекс — безусловное рефлекторное изменение диаметра зрачка при изменении уровня освещенности (при уменьшении освещенности зрачок расширяется, при ярком свете он сужается), приводящее к изменению количества света, падающего на сетчатку; служит для адаптации зрительной системы к разному уровню освещенности.

■ Площадь зрачка у человека может изменяться более чем в 40 раз.