Võimatud kujundid ja mitmetähenduslikud kujutised ei ole midagi, mida ei saaks sõna-sõnalt võtta: need tekivad meie ajus. Kuna selliste kujundite tajumise protsess kulgeb kummalist ebastandardset rada pidi, saab vaatleja aru, et tema peas toimub midagi ebatavalist. Et paremini mõista protsessi, mida me nimetame "nägemiseks", on kasulik omada ettekujutust sellest, kuidas meie meeleorganid (silmad ja aju) valgusstiimuleid kasulikuks teabeks muudavad.
Silm kui optiline seade
Joonis 1. Silmamuna anatoomia.Silm (vt joonis 1) töötab nagu kaamera. Objektiiv (lääts) projitseerib võrkkestale (võrkkestas) välismaailma ümberpööratud vähendatud kujutise - valgustundlike rakkude võrgustiku, mis asub pupilli (pupilli) vastas ja hõivab üle poole õpilase sisepinna pindalast. silmamuna. Optilise instrumendina on silm pikka aega olnud väike mõistatus. Kui kaamera teravustab objektiivi valgustundlikule kihile lähemale või sellest kaugemale nihutades, siis selle valguse murdmise võimet reguleeritakse akommodatsiooni ajal (silma kohanemine teatud kaugusele). Silmaläätse kuju muudab ripslihas. Lihase kokkutõmbumisel muutub lääts ümaramaks, tuues võrkkestale teravustatud pildi lähemal asuvatest objektidest. Inimsilma ava reguleeritakse samamoodi nagu kaameras. Pupill kontrollib läätse ava suurust, laieneb või tõmbub kokku radiaalsete lihaste abil, värvides silma vikerkesta (iirist) talle iseloomuliku värviga. Kui meie silm liigub alale, millele ta soovib keskenduda, kohandub fookuskaugus ja pupilli suurus koheselt vajalike tingimustega "automaatselt".
Joonis 2. Võrkkesta ristlõige
Joonis 3. Kollase laiguga silm
Silmasisese valgustundliku kihi võrkkesta (joonis 2) struktuur on väga keeruline. Nägemisnärv (koos veresoontega) väljub silma tagaseinast. Sellel alal puuduvad valgustundlikud rakud ja seda nimetatakse pimealaks. Närvikiud hargnevad ja lõpevad kolme erinevat tüüpi rakuga, mis püüavad kinni neisse siseneva valguse. Kolmandast, sisemisest rakukihist tulevad protsessid sisaldavad molekule, mis sissetuleva valguse töötlemisel ajutiselt oma struktuuri muudavad ja seeläbi elektriimpulsi kiirgavad. Valgustundlikke rakke nimetatakse nende protsesside kuju järgi varrasteks (varrasteks) ja koonusteks (koonusteks). Koonused on värvitundlikud, vardad aga mitte. Seevastu varraste valgustundlikkus on palju suurem kui käbidel. Üks silm sisaldab umbes sada miljonit varrast ja kuus miljonit koonust, mis on võrkkesta ulatuses ebaühtlaselt jaotunud. Täpselt pupilli vastas asub nn kollatähni (joon. 3), mis koosneb ainult suhteliselt tiheda kontsentratsiooniga käbidest. Kui tahame midagi fookuses näha, asetame oma silmad nii, et pilt langeks makulale. Võrkkesta rakkude vahel on palju omavahelisi seoseid ja sajast miljonist valgustundlikust rakust saadavad elektriimpulsid saadetakse ajju mööda vaid ühte miljonit närvikiudu. Seega võib silma pealiskaudselt kirjeldada kui foto- või telekaamerat, mis on laetud valgustundliku filmiga.
Joonis 4. Kanizsa kujund
Valgusimpulsist infoni
Joonis 5. Illustratsioon Descartes'i raamatust "Le traité de l" homme, 1664
Aga kuidas me tegelikult näeme? Kuni viimase ajani oli see probleem vaevalt lahendatav. Parim vastus sellele küsimusele oli järgmine: ajus on nägemisele spetsialiseerunud piirkond, milles võrkkestalt saadud kujutis moodustub ajurakkude kujul. Mida rohkem valgust võrkkesta rakule langeb, seda intensiivsemalt töötab vastav ajurakk ehk ajurakkude aktiivsus meie nägemiskeskuses sõltub võrkkestale langeva valguse jaotusest. Lühidalt öeldes algab protsess võrkkesta kujutisega ja lõpeb vastava pildiga väikesel ajurakkude "ekraanil". Loomulikult ei seleta see nägemist, vaid lihtsalt nihutab probleemi sügavamale tasandile. Kes on mõeldud seda sisemist pilti nägema? Seda olukorda illustreerib hästi joonis 5, mis on võetud Descartes'i teosest "Le traité de l" homme". Sel juhul lõpevad kõik närvikiud teatud näärmega, mida Descartes kujutles hinge kohana ja see on ta. kes näeb sisepilti.Kuid küsimus jääb: kuidas "nägemus" tegelikult töötab?
Joonis 6
Ajus oleva minivaatleja idee pole mitte ainult nägemise selgitamiseks ebapiisav, vaid see jätab tähelepanuta ka kolm tegevust, mida visuaalne süsteem ilmselt ise teostab. Näiteks vaatame joonisel 4 olevat joonist (autor Kanizsa). Nende väljalõigete järgi näeme kolmnurka, mis koosneb kolmest ringikujulisest segmendist. Seda kolmnurka võrkkestale ei esitatud, kuid see on meie visuaalse süsteemi oletuse tulemus! Samuti on peaaegu võimatu vaadata joonist 6, nägemata pidevaid ringikujulisi mustreid, mis võistlevad meie tähelepanu eest, justkui kogeksime otseselt sisemist visuaalset tegevust. Paljud leiavad, et nende visuaalne süsteem on Dallenbachi kujundi tõttu täiesti segaduses (joonis 8), kuna nad otsivad viise, kuidas neid mustvalgeid laike mingil kujul, millest nad aru saavad, tõlgendada. Valu säästmiseks pakub joonis 10 tõlgendust, mille teie visuaalne süsteem lõplikult aktsepteerib. Vastupidiselt eelmisele joonisele ei ole teil keeruline joonisel 7 kujutatud paari tinditõmmet rekonstrueerida kahe inimese jutuks.
Joonis 7. Joonis "Sinepiseemneaia maalimisjuhendist", 1679-1701
Näiteks hoopis teistsugust nägemismeetodit illustreerivad Tübingenist pärit Werner Reichardti uurimused, kes uuris 14 aastat majakärbse nägemis- ja lennujuhtimissüsteemi. Nende uuringute eest pälvis ta 1985. aastal Heinekeni auhinna. Nagu paljudel teistel putukatel, on ka kärbsel liitsilmad, mis koosnevad paljudest sadadest üksikutest varrastest, millest igaüks on eraldi valgustundlik element. Kärbse lennujuhtimissüsteem koosneb viiest sõltumatust alamsüsteemist, mis töötavad ülikiiresti (reaktsioonikiirus umbes 10 korda kiirem kui inimesel) ja tõhusalt. Näiteks maandumise alamsüsteem töötab järgmiselt. Kui kärbse vaateväli "plahvatab" (kuna pind on lähedal), suundub kärbes "plahvatuse" keskpunkti poole. Kui keskpunkt on üle löögi, läheb see automaatselt tagurpidi. Niipea, kui kärbse jalad puudutavad pinda, lülitatakse maandumis "allsüsteem" välja. Lennates eraldab kärbes oma vaateväljast ainult kahte tüüpi teavet: punkt, kus asub teatud suurusega liikuv koht (mis peab ühtima kärbse suurusega 10 sentimeetri kaugusel) ja suund. ja selle koha liikumiskiirus üle vaatevälja. Nende andmete töötlemine aitab automaatselt korrigeerida lennutrajektoori. On väga ebatõenäoline, et kärbsel on ümbritsevast maailmast täielik pilt. Ta ei näe pindu ega objekte. Teatud viisil töödeldud visuaalsed sisendandmed edastatakse otse mootori alamsüsteemi. Seega ei muudeta visuaalsed sisendandmed sisekujutiseks, vaid vormiks, mis võimaldab kärbsel oma keskkonnale adekvaatselt reageerida. Sama võib öelda ka sellise lõpmatult keerulisema süsteemi kohta nagu inimene.
Joonis 8. Dallenbachi kujund
Põhjuseid, miks teadlased on nii kaua hoidunud lahendamast põhiküsimust, nagu inimene seda näeb, on palju. Selgus, et kõigepealt tuli selgitada paljusid teisi nägemise aspekte – võrkkesta keerulist ehitust, värvinägemist, kontrastsust, järelkujutisi jne. Kuid vastupidiselt ootustele ei suuda avastused nendes valdkondades põhiprobleemi lahendust valgustada. Veelgi olulisem probleem oli üldise kontseptsiooni või skeemi puudumine, milles kõik visuaalsed nähtused oleksid loetletud. Tavapäraste uurimisvaldkondade suhtelisi piiranguid saab järeldada suurepärasest T.N. Comsweet visuaalse taju teemal, tuginedes tema loengutele esimese ja teise semestri üliõpilastele. Eessõnas kirjutab autor: "Püüan kirjeldada selle tohutu välja aluseks olevaid fundamentaalseid aspekte, mida me juhuslikult visuaalseks tajumiseks nimetame." Kuid kui me selle raamatu sisu uurime, selgub, et need "põhiteemad" on valguse neeldumine võrkkesta varraste ja koonuste poolt, värvinägemine, viisid, kuidas sensoorsed rakud saavad suurendada või vähendada vastastikuse suhtluse piire. mõju üksteisele, sensoorsete rakkude kaudu edastatavate elektriliste signaalide sagedus jne. Tänapäeval liiguvad selle valdkonna uuringud täiesti uusi teid, mille tulemuseks on professionaalses ajakirjanduses hämmastav mitmekesisus. Ja ainult spetsialist saab kujundada üldpildi arenevast uuest visiooniteadusest. "Mitmeid uusi ideid ja uurimistulemusi üritati võhikule ligipääsetaval viisil kombineerida vaid üks kord. Ja isegi siin on küsimused "Mis on nägemine?" ja "Kuidas me näeme?" ei saanud peamisteks aruteluküsimusteks.
Pildist andmetöötluseni
David Marr Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi tehisintellekti laborist oli esimene, kes püüdis oma pärast tema surma ilmunud raamatus "Vision" (Vision) läheneda teemale hoopis teise nurga alt. Selles püüdis ta kaaluda põhiprobleemi ja pakkuda välja võimalikke viise selle lahendamiseks. Marri tulemused ei ole muidugi lõplikud ja on avatud uurimiseks erinevatest suundadest tänapäevani, kuid sellegipoolest on tema raamatu peamiseks eeliseks selle loogilisus ja järelduste järjepidevus. Igal juhul pakub Marri lähenemine väga kasulikku raamistikku, millele ehitada võimatute objektide ja kahekujuliste figuuride uuringud. Järgmistel lehekülgedel püüame järgida Marri mõttekäiku.
Marr kirjeldas traditsioonilise visuaalse taju teooria puudujääke järgmiselt:
"Püüdes mõista visuaalset tajumist ainult neuroneid uurides on sama, mis püüda mõista linnu lendu, uurides ainult tema sulgi. See on lihtsalt võimatu. Linnu lennu mõistmiseks peame mõistma aerodünaamikat ja alles siis hakkab struktuur aru saama. sulgedest ja erinevatel linnutiibade vormidel on meie jaoks igasugune tähendus. tähendus." Selles kontekstis tunnustab Marr J. J. Gobsonit kui esimest, kes puudutas olulisi küsimusi selles vaateväljas. Marri arvamus on, et Gibsoni kõige olulisem panus oli see, et "Meelte puhul on kõige olulisem see, et nad on infokanalid välismaailmast meie tajudesse (...) Ta esitas kriitilise küsimuse – kuidas meist igaüks saavutab oma igapäevaelus tajudes ühesuguseid tulemusi. - muutuv keskkond? See on väga oluline küsimus, mis näitab, et Gibson pidas õigesti visuaalse taju probleemiks anduritelt saadud teabe põhjal välismaailma objektide "õigete" omaduste taastamist. "Ja nii oleme jõudnud infotöötluse valdkonda.
Ei tohiks olla kahtlustki, et Marr tahtis eirata nägemisnähtuse teisi seletusi. Vastupidi, ta rõhutab konkreetselt, et nägemust ei saa rahuldavalt seletada ainult ühest vaatenurgast. Igapäevastele sündmustele tuleb leida selgitused, mis on kooskõlas eksperimentaalpsühholoogia tulemustega ja kõigi psühholoogide ja neuroloogide avastustega selles valdkonnas närvisüsteemi anatoomia valdkonnas. Infotöötluse osas sooviksid arvutiteadlased teada, kuidas saab visuaalset süsteemi programmeerida, millised algoritmid antud ülesande jaoks kõige paremini sobivad. Lühidalt, kuidas saab nägemist programmeerida. Nägemisprotsessi rahuldava seletusena saab aktsepteerida ainult kõikehõlmavat teooriat.
Marr töötas selle probleemiga aastatel 1973–1980. Kahjuks ei saanud ta oma tööd lõpule viia, kuid suutis luua kindla aluse edasisteks uurimusteks.
Neuroloogiast visuaalse mehhanismini
Uskumust, et paljusid inimese funktsioone juhib aju, on neuroloogid jaganud juba 19. sajandi algusest. Arvamused läksid lahku küsimuses, kas üksikute operatsioonide tegemiseks kasutatakse teatud ajukoore osi või kaasatakse igasse operatsiooni kogu aju. Tänaseks on prantsuse neuroloogi Pierre Paul Broca kuulus eksperiment viinud konkreetse asukohateooria üldise aktsepteerimiseni. Broca ravis patsienti, kes ei saanud 10 aastat rääkida, kuigi tema häälepaelad olid korras. Kui mees 1861. aastal suri, näitas lahkamine, et tema aju vasak pool oli deformeerunud. Broca soovitas, et kõnet kontrollib see ajukoore osa. Tema teooriat kinnitasid hilisemad ajukahjustusega patsientide uuringud, mis lõpuks võimaldasid märgistada inimaju elutähtsate funktsioonide keskusi.
Joonis 9. Kahe erineva ajuraku reaktsioon erinevatest suundadest tulevatele optilistele stiimulitele
Sajand hiljem, 1950. aastatel, tegid teadlased D.Kh. Hubel (D.H. Hubel) ja T.N. Wiesel (T.N. Wiesel) viis läbi katseid elusate ahvide ja kasside ajus. Ajukoore nägemiskeskusest leidsid nad närvirakke, mis on eriti tundlikud nägemisvälja horisontaalsete, vertikaalsete ja diagonaalsete joonte suhtes (joonis 9). Nende keeruka mikrokirurgia tehnika võtsid hiljem kasutusele teised teadlased.
Seega ei sisalda ajukoores mitte ainult keskused erinevate funktsioonide täitmiseks, vaid iga keskuse sees, nagu näiteks nägemiskeskuses, aktiveeruvad üksikud närvirakud ainult väga spetsiifiliste signaalide vastuvõtmisel. Need silma võrkkestast tulevad signaalid korreleeruvad täpselt määratletud olukordadega välismaailmas. Tänapäeval eeldatakse, et informatsioon objektide erinevate kujude ja ruumilise paigutuse kohta sisaldub visuaalses mälus ning aktiveeritud närvirakkude infot võrreldakse selle salvestatud teabega.
See detektoriteooria mõjutas visuaalse taju uurimise suundumust 1960. aastate keskel. Sama teed on läinud ka "tehisintellektiga" seotud teadlased. Inimese nägemise protsessi arvutisimuleerimist, mida nimetatakse ka "masinnägemiseks", peeti nendes uuringutes üheks kõige hõlpsamini saavutatavaks eesmärgiks. Kuid asjad läksid veidi teisiti. Peagi sai selgeks, et on praktiliselt võimatu kirjutada programme, mis suudaksid ära tunda muutusi valguse intensiivsuses, varjudes, pinnatekstuuris ja keeruliste objektide juhuslikke kogumeid tähenduslikeks mustriteks. Veelgi enam, selline mustrituvastus nõudis piiramatul hulgal mälu, kuna mällu tuleb salvestada loendamatu arvu objektide kujutisi loendamatu arvu variatsioonidega asukoha- ja valgusolukordades.
Edasised edusammud mustrituvastuse vallas reaalses maailmas ei olnud võimalikud. On kaheldav, et arvuti suudab kunagi inimaju simuleerida. Võrreldes inimese ajuga, kus igal närvirakul on suurusjärgus 10 000 ühendust teiste närvirakkudega, on arvutiekvivalendi 1:1 suhe vaevalt piisav!
Joonis 10. Vihje Dellenbachi figuurile
Elizabeth Warringtoni loeng
1973. aastal osales Marr Briti neuroloogi Elizabeth Warringtoni loengus. Ta märkis, et suur hulk aju parema poole parietaalse kahjustusega patsiente, keda ta uuris, oskas paljusid objekte suurepäraselt ära tunda ja kirjeldada, eeldusel, et nad jälgivad neid objekte nende tavapärasel kujul. Näiteks tuvastasid sellised patsiendid küljelt vaadates kergesti ämbri, kuid ei suutnud seda sama ämbrit ära tunda ülalt vaadates. Tegelikult isegi siis, kui neile öeldi, et nad vaatavad ämbrit ülalt, keeldusid nad seda kindlalt uskumast! Veelgi üllatavam oli vasaku ajupoole kahjustusega patsientide käitumine. Sellised patsiendid ei saa tavaliselt rääkida ega oska seetõttu vaadeldavat objekti verbaalselt nimetada ega kirjeldada selle eesmärki. Siiski võivad nad näidata, et nad tajuvad objekti geomeetriat õigesti, olenemata vaatenurgast. See ajendas Marri kirjutama järgmist: "Warringtoni loeng ajendas mind järgmistele järeldustele. Esiteks on idee objekti kujust salvestatud mõnesse teise kohta ajus, mistõttu on ideed objekti kuju kohta. ja selle eesmärk erinevad nii palju.Teiseks võib nägemine ise anda vaadeldava objekti kuju sisemise kirjelduse, isegi kui seda objekti tavaliselt ei tunneta... Elizabeth Warrington on välja toonud inimese nägemise kõige olulisema fakti – see räägib objektide kuju, ruumi ja suhtelise asukoha kohta." Kui see on tõsi, peavad visuaalse taju ja tehisintellekti valdkonnas töötavad teadlased (sealhulgas masinnägemise alal töötavad inimesed) muutma Hubeli katsete detektoriteooriat täiesti uue taktika vastu.
Mooduliteooria
Joonis 11. Stereogrammid juhuslike Bela Julesi punktidega, ujuv ruut
Teine lähtepunkt Marri uurimistöös (pärast Warringtoni tööd) on eeldus, et meie visuaalsüsteemil on modulaarne struktuur. Arvuti mõistes hõlmab meie põhiprogramm "Vision" laia valikut alamprogramme, millest igaüks on teistest täiesti sõltumatu ja võib töötada teistest alamprogrammidest sõltumatult. Sellise alamprogrammi (või mooduli) musternäide on stereoskoopiline nägemine, mis tajub sügavust mõlema silma kujutiste töötlemise tulemusena, mis on üksteisest veidi erinevad kujutised. Varem oli nii, et kolmemõõtmeliseks nägemiseks tunneme kõigepealt ära kogu pildi ja seejärel otsustame, millised objektid on lähemal ja millised kaugemal. 1960. aastal suutis Bela Julesz, kes pälvis 1985. aastal Heinekeni auhinna, demonstreerida, et kahe silma ruumiline tajumine toimub ainult mõlema silma võrkkestast tehtud kahe kujutise väikeste erinevuste võrdlemisel. Seega on sügavust tunda ka seal, kus esemeid pole ja objekte ei peakski olema. Oma katsete jaoks mõtles Jules välja stereogrammid, mis koosnesid juhuslikult paigutatud punktidest (vt joonis 11). Parema silmaga nähtud kujutis on identne vasaku silmaga nähtud kujutisega, välja arvatud ruudukujulises keskosas, mis on kärbitud ja nihutatud veidi ühele servale ning joondatud uuesti taustaga. Ülejäänud valge tühimik täideti seejärel juhuslike täppidega. Kui kahte pilti (millel ühtki objekti ei tuvastata) vaadata läbi stereoskoobi, näib, et eelnevalt välja lõigatud ruut hõljub tausta kohal. Sellised stereogrammid sisaldavad ruumiandmeid, mida meie visuaalne süsteem automaatselt töötleb. Seega on stereoskoopia visuaalse süsteemi autonoomne moodul. Moodulite teooria osutus üsna tõhusaks.
Võrkkesta 2D kujutisest 3D mudelini
Joonis 12. Visuaalse protsessi käigus muudetakse võrkkesta kujutis (vasakul) esmaseks visandiks, milles ilmnevad intensiivsuse muutused (paremal)
Nägemine on mitmeastmeline protsess, mis muudab välismaailma kahemõõtmelised kujutised (võrkkesta kujutised) vaatleja jaoks kasulikuks teabeks. See algab kahemõõtmelise võrkkesta kujutisega, mis eirab esialgu värvide nägemist, kuid säilitab ainult valguse intensiivsuse taseme. Esimeses etapis muudetakse need intensiivsuse tasemed ainult ühe mooduliga intensiivsuse muutusteks või teisisõnu kontuurideks, mis näitavad valguse intensiivsuse järske muutusi. Marr tegi täpselt kindlaks, milline algoritm antud juhul on seotud (kirjeldatud matemaatiliselt ja, muide, väga keeruline) ning kuidas meie taju ja närvirakud seda algoritmi täidavad. Esimese sammu tulemust nimetas Marr "esmaseks sketšiks", mis annab kokkuvõtte valguse intensiivsuse muutustest, nende seostest ja jaotumisest kogu nägemisväljas (joonis 12). See on oluline samm, sest maailmas, mida me näeme, seostatakse intensiivsuse muutust sageli objektide loomulike kontuuridega. Teine samm viib meid selleni, mida Marr nimetas "2,5-mõõtmeliseks visandiks". 2,5-mõõtmeline visand peegeldab vaataja ees nähtavate pindade orientatsiooni ja sügavust. See pilt on üles ehitatud mitte ühe, vaid mitme mooduli andmete põhjal. Marr võttis kasutusele väga laia mõiste "2,5-dimensioonilisus", et rõhutada, et me töötame ruumilise teabega, mis on vaatleja vaatepunktist nähtav. 2,5-dimensioonilise visandi puhul on iseloomulikud perspektiivi moonutused ja selles etapis ei saa objektide tegelikku ruumilist paigutust veel üheselt määrata. Siin näidatud 2,5D eskiispilt (Joonis 13) illustreerib mitmeid teabealasid sellise visandi töötlemisel. Selliseid pilte meie ajus aga ei teki.
Joonis 13. 2.5D eskiisjoonis – "Nähtavate pindade sügavuse ja orientatsiooni keskne esitus"
Seni on visuaalsüsteem mitme mooduli abil toiminud autonoomselt, automaatselt ja sõltumatult ajju talletatud välismaailma andmetest. Protsessi viimases etapis on aga võimalik viidata juba olemasolevale teabele. See töötlemise viimane etapp annab kolmemõõtmelise mudeli – selge kirjelduse, mis ei sõltu vaatleja vaatenurgast ja sobib otseseks võrdlemiseks ajus talletatud visuaalse teabega.
Marri sõnul on kolmemõõtmelise mudeli konstrueerimisel põhiroll objektide kujundite suunavate telgede komponentidel. Need, kes selle ideega ei tunne, võivad seda pidada ebausutavaks, kuid tegelikult on selle hüpoteesi toetuseks tõendeid. Esiteks saab paljusid ümbritseva maailma objekte (eelkõige loomi ja taimi) üsna selgelt kujutada toru (või traadi) mudelite kujul. Tõepoolest, me tunneme kergesti ära selle, mis on kujutatud reproduktsioonil juhttelgede komponentide kujul (joonis 14).
Joonis 14. Lihtsaid loomamudeleid saab tuvastada nende juhttelje komponentide järgi
Teiseks pakub see teooria usutava seletuse asjaolule, et me suudame objekti visuaalselt selle komponentideks lahti võtta. See kajastub meie keeles, mis annab igale objekti osale erineva nimetuse. Seega inimkeha kirjeldamisel tähistavad sellised nimetused nagu "keha", "käsi" ja "sõrm" erinevaid kehaosi vastavalt nende telgede komponentidele (joon. 15).
Joonis 16. Ühe telje mudel (vasakul) jaotatud üksikuteks teljekomponentideks (paremal)
Kolmandaks on see teooria kooskõlas meie võimega üldistada ja samal ajal vorme eristada. Üldistame samade põhitelgedega objektide rühmitamise teel ja eristame alamtelgede analüüsimise teel nagu puuoksi. Marr pakkus välja algoritmid, mille abil 2,5-mõõtmeline mudel teisendatakse kolmemõõtmeliseks. See protsess on ka enamasti autonoomne. Marr märkis, et tema välja töötatud algoritmid töötavad ainult siis, kui kasutatakse puhtaid kirveid. Näiteks kui seda rakendada kortsus paberitükile, oleks võimalikke telgi väga raske tuvastada ja algoritm ei oleks rakendatav.
Seos 3D-mudeli ja ajju salvestatud visuaalsete kujutiste vahel aktiveerub objektide äratundmise protsessis.
Siin on meie teadmistes suur auk. Kuidas neid visuaalseid pilte ajus talletatakse? Kuidas tunnustamisprotsess kulgeb? Kuidas võrreldakse teadaolevaid pilte ja äsja koostatud 3D-pilti? See on viimane punkt, mida Marril õnnestus puudutada (joonis 16), kuid selles küsimuses kindluse toomiseks on vaja tohutul hulgal teaduslikke andmeid.
Joonis 16. Uued vormikirjeldused on seotud salvestatud vormidega võrdluse teel, mis liigub üldistatud vormilt (ülevalt) konkreetsele vormile (all)
Kuigi me ise ei ole teadlikud visuaalse info töötlemise erinevatest etappidest, on faaside ja erinevate viiside vahel, kuidas oleme aja jooksul kahemõõtmelisel pinnal ruumimuljet edasi andnud, palju selgeid paralleele.
Seega rõhutavad pointillistid võrkkesta mittekontuurset kujutist, samas kui joonpildid vastavad esialgse visandi etapile. Kubistlikke maale võib võrrelda visuaalsete andmete töötlemisega lõpliku kolmemõõtmelise mudeli konstrueerimise ettevalmistamisel, kuigi see ei olnud kindlasti kunstniku eesmärk.
Mees ja arvuti
Oma kompleksse lähenemisega teemale püüdis Marr näidata, et suudame mõista nägemisprotsessi, ilma et peaksime toetuma teadmistele, mis on ajule juba kättesaadavad.
Nii avas ta visuaalse taju valdkonna uurijatele uue tee. Tema ideid saab kasutada selleks, et sillutada teed visuaalse mootori tõhusamale rakendamisele. Kui Marr oma raamatut kirjutas, pidi ta olema teadlik pingutustest, mida tema lugejad peavad tegema, et järgida tema ideid ja järeldusi. Seda saab jälgida kogu tema töös ja see on kõige selgemini näha viimases peatükis "Lähenemise kaitseks". See on 25 trükilehe poleemiline "õigustus", milles ta kasutab soodsat hetke oma eesmärkide õigustamiseks. Selles peatükis räägib ta kujuteldava vastasega, kes ründab Marri järgmiste argumentidega:
"Ma olen siiani rahulolematu selle omavahel seotud protsessi kirjeldusega ja mõttega, et kogu allesjäänud detailirikkus on vaid kirjeldus. See kõlab natuke liiga primitiivselt... Kui me liigume lähemale väitele, et aju on arvuti, Pean ütlema kõik, mida ma üha enam kardan inimlike väärtuste olulisuse säilimise pärast.
Marr pakub intrigeeriva vastuse: "Väide, et aju on arvuti, on õige, kuid eksitav. Aju on tõepoolest väga spetsialiseerunud infotöötlusseade, õigemini suurim neist. Meie aju kui andmetöötlusseadme käsitlemine ei vähene. või eitada inimlikke väärtusi. Igal juhul see ainult toetab neid ja võib lõpuks aidata meil mõista, mis on inimlikud väärtused sellisest informatsioonilisest vaatenurgast, miks neil on valikuline tähendus ja kuidas need on seotud sotsiaalsed ja ühiskondlikud normid, mille meie geenid on meile andnud.
Silm- loomade ja inimeste nägemisorgan. Inimsilm koosneb silmamunast, mis on ühendatud nägemisnärvi ja ajuga, ja abiaparaadist (silmalaud, pisaraorganid ja lihased, mis liigutavad silmamuna).
Silmamuna (joonis 94) kaitseb tihe membraan, mida nimetatakse skleraks. Sklera 1 eesmist (läbipaistvat) osa nimetatakse sarvkestaks. Sarvkest on inimkeha kõige tundlikum väline osa (isegi vähimgi puudutus põhjustab silmalaugude hetkelise reflekssulgumise).
Sarvkesta taga on iiris 2, mis inimestel võib olla erinevat värvi. Sarvkesta ja vikerkesta vahel on vesine vedelik. Iirises on väike auk – pupill 3. Pupilli läbimõõt võib varieeruda 2–8 mm, valguses väheneb ja pimedas suureneb.
Pupilli taga on kaksikkumerat läätse meenutav läbipaistev korpus - lääts 4. Väljast on pehme ja peaaegu tarretu, seest kõvem ja elastsem. Objektiivi ümbritsevad lihased 5, mis kinnitavad selle kõvakesta külge.
Objektiivi taga on klaaskeha 6, mis on värvitu želatiinne mass. Kõvakesta tagumine osa – silmapõhja – on kaetud võrkkestaga (võrkkestaga) 7. See koosneb silmapõhja vooderdavatest peenematest kiududest, mis esindavad nägemisnärvi hargnenud otste.
Kuidas erinevate objektide kujutised ilmuvad ja mida silm tajub?
Valgus, mis murdub silma optilises süsteemis, mille moodustavad sarvkesta, lääts ja klaaskeha, annab võrkkestale vastavatest objektidest reaalse, vähendatud ja pöördkujutise (joonis 95). Kui valgus on sattunud võrkkesta moodustava nägemisnärvi otstele, ärritab valgus neid otsasid. Need stiimulid kanduvad mööda närvikiude ajju ja inimesel on visuaalne tunne: ta näeb objekte.
Võrkkestale ilmuva objekti kujutis on ümberpööratud. Esimesena tõestas seda I. Kepler, konstrueerides kiirte teekonna silma optilises süsteemis. Selle järelduse kontrollimiseks võttis prantsuse teadlane R. Descartes (1596-1650) härjasilma ja, kraapides selle tagaseinalt läbipaistmatu kihi, asetas selle aknaluugi sisse tehtud auku. Ja just seal, silmapõhja poolläbipaistval seinal, nägi ta aknast vaadeldud pildi ümberpööratud pilti.
Miks me siis näeme kõiki objekte sellistena, nagu nad on, st mitte tagurpidi? Fakt on see, et nägemisprotsessi korrigeerib pidevalt aju, mis saab teavet mitte ainult silmade, vaid ka teiste meeleelundite kaudu. Omal ajal märkis inglise luuletaja William Blake (1757-1827) väga õigesti:
Mõistus võib maailma näha.
1896. aastal korraldas Ameerika psühholoog J. Stretton enda peal katse. Ta pani ette spetsiaalsed prillid, tänu millele ei olnud ümbritsevate objektide kujutised silma võrkkestal mitte vastupidised, vaid otsesed. Ja mida? Maailm Strettoni meelest pöördus pea peale. Ta hakkas kõike tagurpidi nägema. Selle tõttu tekkis silmade töös teiste meeltega mittevastavus. Teadlasel tekkisid merehaiguse sümptomid. Kolm päeva tundis ta iiveldust. Kuid neljandal päeval hakkas keha normaliseeruma ja viiendal päeval hakkas Stretton tundma end samamoodi nagu enne katset. Teadlase aju harjus uute töötingimustega ja ta hakkas kõiki objekte uuesti otse nägema. Kui ta aga prillid eest võttis, läks kõik jälle pea peale. Pooleteise tunni jooksul ta nägemine taastus ja ta hakkas jälle normaalselt nägema.
On uudishimulik, et selline kohanemisvõime on iseloomulik ainult inimese ajule. Kui ühes katses pandi ahvile ümberminevad prillid, sai see sellise psühholoogilise löögi, et pärast mitme vale liigutuse tegemist ja kukkumist sattus ta koomat meenutavasse seisundisse. Tema refleksid hakkasid hääbuma, vererõhk langes ning hingamine muutus sagedaseks ja pinnapealseks. Inimestel pole midagi sellist.
Inimese aju ei saa aga alati hakkama võrkkestale saadud kujutise analüüsiga. Sellistel juhtudel tekivad visuaalsed illusioonid – vaadeldav objekt ei tundu meile nii, nagu see tegelikult on (joonis 96). 
Nägemisel on veel üks omadus, mida ei saa tähelepanuta jätta. On teada, et kui muutub kaugus objektiivist objektini, muutub ka kaugus selle kujutiseni. Kuidas jääb siis võrkkestale selge pilt, kui nihutame oma pilgu kaugemalt objektilt lähemale?
Selgub, et need lihased, mis on kinnitatud läätse külge, on võimelised muutma selle pindade kumerust ja seeläbi ka silma optilist võimsust. Kui vaatame kaugeid objekte, on need lihased pingevabas olekus ja läätse kumerus on suhteliselt väike. Lähedal asuvaid objekte vaadates suruvad silmalihased läätse kokku ning selle kumerus ja seega ka optiline võimsus suureneb.
Nimetatakse silma võimet kohaneda nägemisega nii lähedalt kui kaugelt majutus(lat. accomodatio - kohanemine). Tänu majutusele õnnestub inimesel teravustada erinevate objektide pilte objektiivist samal kaugusel - võrkkestale.
Vaadeldava objekti väga lähedase asukoha korral suureneb aga läätse deformeerivate lihaste pinge ja silma töö muutub väsitavaks. Normaalse silma jaoks on optimaalne lugemis- ja kirjutamiskaugus umbes 25 cm. Seda kaugust nimetatakse selge (või parima) nägemise kauguseks.
Millised on kahe silmaga nägemise eelised?
Esiteks saame tänu kahe silma olemasolule eristada, kumb objektidest on lähemal, kumb meist kaugemal. Fakt on see, et parema ja vasaku silma võrkkesta kujutised erinevad üksteisest (vastab objekti vaatamisele paremalt ja vasakult). Mida lähemal objekt, seda märgatavam on see erinevus. See loob mulje vahemaade erinevusest. Sama nägemisvõime võimaldab teil näha objekti mahus, mitte tasapinnaliselt.
Teiseks suureneb kahe silma olemasolu tõttu vaateväli. Inimese vaateväli on näidatud joonisel 97, a. Võrdluseks on kõrval toodud hobuse (joon. 97, c) ja jänese (joon. 97, b) vaateväljad. Neid jooniseid vaadates on lihtne mõista, miks on kiskjatel nii raske nende loomade juurde hiilida, ilma et nad end ära annaksid.
Nägemine võimaldab inimestel üksteist näha. Kas on võimalik näha ennast, aga olla teistele nähtamatu? Esimest korda püüdis sellele küsimusele vastata inglise kirjanik Herbert Wells (1866-1946) oma romaanis "Nähtamatu mees". Inimene muutub nähtamatuks pärast seda, kui tema aine muutub läbipaistvaks ja sellel on sama optiline tihedus kui ümbritseva õhuga. Siis ei toimu inimkeha ja õhu piiril valguse peegeldumist ja murdumist ning see muutub nähtamatuks. Nii näiteks kaob purustatud klaas, mis näeb õhus välja nagu valge pulber, koheselt silmist, kui see asetatakse vette – keskkonda, mille optiline tihedus on ligikaudu samasugune kui klaasil.
Saksa teadlane Shpaltegolts immutas 1911. aastal spetsiaalselt valmistatud vedelikuga looma surnud koe preparaati, misjärel asetas selle sama vedelikuga anumasse Preparaat muutus nähtamatuks.
Nähtamatu mees peab aga olema nähtamatu õhus, mitte spetsiaalselt valmistatud lahuses. Ja seda ei ole võimalik saavutada.
Aga oletame, et inimesel õnnestub ikkagi läbipaistvaks saada. Inimesed lõpetavad selle nägemise. Kas ta näeb neid ise? Ei, sest kõik selle osad, sealhulgas silmad, lakkavad valguskiiri murdmast ja järelikult ei ilmu silma võrkkestale pilti. Lisaks peavad inimese meeles nähtava kujutise moodustamiseks neelama valguskiired võrkkesta, kandes sellele üle oma energia. See energia on vajalik nägemisnärvi kaudu inimese ajju tulevate signaalide esinemiseks. Kui nähtamatu inimese silmad muutuvad täiesti läbipaistvaks, siis seda ei juhtu. Ja kui nii, siis ta lakkab üldse nägemast. Nähtamatu mees jääb pimedaks.
Herbert Wells ei võtnud seda asjaolu arvesse ja andis seetõttu oma kangelasele normaalse nägemise, võimaldades tal märkamatult terroriseerida kogu linna.
1. Kuidas on inimese silm paigutatud? Millised osad moodustavad optilise süsteemi? 2. Kirjeldage võrkkestale ilmuvat kujutist. 3. Kuidas kandub eseme kujutis ajju? Miks me näeme asju otse, mitte tagurpidi? 4. Miks, kui vaatame lähedal asuvat objekti kaugemal asuvale, näeme me jätkuvalt selle selget pilti? 5. Milline on parim nägemiskaugus? 6. Mis on kahe silmaga nägemise eelis? 7. Miks peab nähtamatu mees olema pime?
Nägemissüsteemi abiaparaat ja selle funktsioonid
Visuaalne sensoorne süsteem on varustatud keeruka abiaparaadiga, mis sisaldab silmamuna ja kolme paari lihaseid, mis tagavad selle liikumise. Silma elemendid viivad läbi võrkkestasse siseneva valgussignaali esmase teisenduse:
silma optiline süsteem fokuseerib kujutised võrkkestale;
pupill reguleerib võrkkestale langeva valguse hulka;
Silmamuna lihased tagavad selle pideva liikumise.
Kujutise moodustumine võrkkestale
Esemete pinnalt peegelduv loomulik valgus on hajus, s.t. objekti igast punktist lähtuvad valguskiired eri suundades. Seetõttu saavad silma optilise süsteemi puudumisel kiired objekti ühest punktist ( a) tabaks võrkkesta erinevaid osi ( a1, a2, a3). Selline silm suudaks eristada üldist valgustuse taset, kuid mitte objektide kontuure (joonis 1A).
Ümbritseva maailma objektide nägemiseks on vajalik, et objekti igast punktist tulevad valguskiired tabaksid ainult ühte võrkkesta punkti, s.o. pilt vajab teravustamist. Seda saab saavutada, asetades võrkkesta ette sfäärilise murdumispinna. Ühest punktist lähtuvad valguskiired ( a), kogutakse sellisel pinnal pärast murdumist ühes punktis a1(fookus). Seega ilmub võrkkestale selge ümberpööratud kujutis (joonis 1B).
Valguse murdumine toimub kahe erineva murdumisnäitajaga meediumi vahelisel liidesel. Silmamuna sisaldab 2 sfäärilist läätse: sarvkesta ja läätse. Vastavalt sellele on 4 murdumispinda: õhk/sarvkest, sarvkest/silma eeskambri vesivedelik, vesivedelik/lääts, lääts/klaaskeha.
Majutus
Akommodatsioon - silma optilise aparaadi murdumisjõu reguleerimine teatud kaugusel kõnealusest objektist. Murdumisseaduste kohaselt, kui valguskiir langeb murdumispinnale, hälbib see nurga võrra, mis sõltub selle langemisnurgast. Kui objekt läheneb, muutub sellest lähtuvate kiirte langemisnurk, mistõttu murdunud kiired kogunevad teise punkti, mis jääb võrkkesta taha, mis toob kaasa pildi hägustumise (joonis 2B). ). Selle uuesti teravustamiseks on vaja suurendada silma optilise aparaadi murdumisvõimet (joonis 2B). See saavutatakse läätse kumeruse suurenemisega, mis tekib tsiliaarse lihase toonuse tõusuga.
Võrkkesta valgustuse reguleerimine
Võrkkestale langeva valguse hulk on võrdeline pupilli pindalaga. Täiskasvanu pupilli läbimõõt varieerub vahemikus 1,5–8 mm, mis muudab võrkkestale langeva valguse intensiivsust umbes 30 korda. Pupillide reaktsioone tagavad kaks iirise silelihaste süsteemi: kui rõngakujulised lihased kokku tõmbuvad, siis pupill kitseneb ja radiaalsete lihaste kokkutõmbumisel laieneb.
Pupilli valendiku vähenemisega suureneb pildi teravus. Selle põhjuseks on asjaolu, et pupilli ahenemine takistab valguse jõudmist läätse perifeersetesse piirkondadesse ja välistab seeläbi sfäärilisest aberratsioonist tingitud pildimoonutused.
silmade liigutused
Inimsilma juhivad kuus silmalihast, mida innerveerivad kolm kraniaalnärvi – okulomotoorne, trochleaarne ja abducens. Need lihased pakuvad kahte tüüpi silmamuna liigutusi - kiireid spasmilisi (sakkaade) ja sujuvaid järgnevaid liigutusi.
Spasmilised silmaliigutused (sakad) tekivad seisvate objektide käsitlemisel (joonis 3). Silma kiired pöörded (10–80 ms) vahelduvad kindla pilgu fikseerimise perioodidega ühes punktis (200–600 ms). Silmamuna pöördenurk ühe sakkaadi jooksul ulatub mitmest kaareminutist kuni 10°-ni ning ühelt objektilt teisele vaadates võib see ulatuda 90°-ni. Suurte nihkenurkade korral kaasneb sakkaadidega pea pööre; silmamuna nihkumine eelneb tavaliselt pea liikumisele.
Silmade siledad liigutused saadavad vaateväljas liikuvaid objekte. Selliste liikumiste nurkkiirus vastab objekti nurkkiirusele. Kui viimane ületab 80°/s, siis jälgimine muutub kombineerituks: sujuvatele liigutustele lisanduvad sakkaadid ja peapöörded.
nüstagm - sujuvate ja spasmiliste liigutuste perioodiline vaheldumine. Kui rongiga sõitja vaatab aknast välja, saadavad tema silmad sujuvalt aknast väljas liikuvat maastikku ning seejärel hüppab pilk uude fikseerimispunkti.
Valgussignaali muundamine fotoretseptorites
Võrkkesta fotoretseptorite tüübid ja nende omadused
Võrkkestas on kahte tüüpi fotoretseptoreid (pulgad ja koonused), mis erinevad struktuuri ja füsioloogiliste omaduste poolest.
Tabel 1. Varraste ja koonuste füsioloogilised omadused
pulgad |
koonused |
|
| valgustundlik pigment | Rhodopsiin |
jodopsiin |
| Maksimaalne pigmendi imendumine | Sellel on kaks maksimumi - üks spektri nähtavas osas (500 nm), teine ultraviolettkiirguses (350 nm) |
On 3 tüüpi jodopsiine, millel on erinevad neeldumismaksimumid: 440 nm (sinine), 520 nm (roheline) ja 580 nm (punane) |
| Rakuklassid | Iga koonus sisaldab ainult ühte pigmenti. Vastavalt sellele on olemas 3 erineva lainepikkusega valguse suhtes tundlikku koonuste klassi. | |
| Võrkkesta jaotus | Võrkkesta keskosas on varda tihedus umbes 150 000 mm2 kohta, perifeeria suunas väheneb see 50 000-ni mm2 kohta. Keskses lohus ja pimenurgas pole vardaid. |
Fovea koonuste tihedus ulatub 150 000-ni mm2 kohta, pimedas need puuduvad ja võrkkesta ülejäänud pinnal ei ületa koonuste tihedus 10 000 mm2 kohta. |
| Valgustundlikkus | Vardad on umbes 500 korda kõrgemad kui koonused |
|
| Funktsioon | Pakkuda mustvalget (skototoopne nägemine) |
Pakkuge värvi (fototoopiline nägemine) |
Kahelise nägemise teooria
Kahe valgustundlikkuse poolest erineva fotoretseptori süsteemi (koonused ja vardad) olemasolu võimaldab reguleerida ümbritseva valguse muutuva tasemega. Ebapiisava valgustuse tingimustes tagavad valguse tajumise vardad, samas kui värvid on eristamatud ( skotoopiline nägemine e). Eredas valguses tagavad nägemise peamiselt koonused, mis võimaldab värve hästi eristada ( fototoopiline nägemus ).
Valgussignaali muundamise mehhanism fotoretseptoris
Võrkkesta fotoretseptorites muundub elektromagnetkiirguse (valguse) energia raku membraanipotentsiaali kõikumiste energiaks. Teisendusprotsess toimub mitmes etapis (joonis 4).
Esimeses etapis neeldub nähtava valguse footon, mis langeb valgustundliku pigmendi molekuli, konjugeeritud kaksiksidemete p-elektronite poolt 11- cis-võrkkest, samas kui võrkkesta läheb sisse transs- kuju. Stereomerisatsioon 11- cis-võrkkest põhjustab konformatsioonilisi muutusi rodopsiini molekuli valguosas.
Teises etapis aktiveeritakse transdutsiini valk, mis oma passiivses olekus sisaldab tihedalt seotud SKT-d. Pärast interaktsiooni fotoaktiveeritud rodopsiiniga vahetab transdutsiin GDP molekuli GTP vastu.
Kolmandas etapis moodustab GTP-d sisaldav transdutsiin inaktiivse cGMP-fosfodiesteraasiga kompleksi, mis viib viimase aktiveerimiseni.
4. etapis hüdrolüüsib aktiveeritud cGMP-fosfodiesteraas rakusisest GMP-st GMP-ks.
5. etapis põhjustab cGMP kontsentratsiooni langus katioonikanalite sulgemise ja fotoretseptori membraani hüperpolarisatsiooni.
Signaali ülekande ajal fosfodiesteraasi mehhanism seda tugevdatakse. Fotoretseptori vastuse ajal suudab üks ergastatud rodopsiini molekul aktiveerida mitusada transdutsiini molekuli. See. signaali ülekande esimeses etapis toimub võimendus 100-1000 korda. Iga aktiveeritud transdutsiini molekul aktiveerib ainult ühe fosfodiesteraasi molekuli, kuid viimane katalüüsib mitme tuhande molekuli hüdrolüüsi GMP-ga. See. selles etapis võimendatakse signaali veel 1000–10 000 korda. Seetõttu võib footonist cGMP-le signaali edastamisel toimuda selle võimendus üle 100 000 korra.
Infotöötlus võrkkestas
Võrkkesta närvivõrgu elemendid ja nende funktsioonid
Võrkkesta närvivõrk sisaldab nelja tüüpi närvirakke (joonis 5):
ganglionrakud,
bipolaarsed rakud,
amakriinsed rakud,
horisontaalsed rakud.
ganglionrakud - neuronid, mille aksonid nägemisnärvi osana väljuvad silmast ja suunduvad kesknärvisüsteemi. Ganglionrakkude ülesanne on ergastust juhtida võrkkestast kesknärvisüsteemi.
bipolaarsed rakud ühendada retseptor- ja ganglionrakud. Bipolaarse raku kehast väljuvad kaks hargnenud protsessi: üks protsess moodustab sünaptilised kontaktid mitme fotoretseptori rakuga, teine mitme ganglionrakuga. Bipolaarsete rakkude ülesanne on ergastus fotoretseptoritelt ganglionrakkudesse.
Horisontaalsed rakud ühendage külgnevad fotoretseptorid. Horisontaalse raku kehast ulatuvad välja mitmed protsessid, mis moodustavad fotoretseptoritega sünaptilisi kontakte. Horisontaalsete rakkude põhiülesanne on fotoretseptorite külgmiste interaktsioonide rakendamine.
amakriinrakud paiknevad sarnaselt horisontaalsetega, kuid need moodustuvad kontaktidest mitte fotoretseptoriga, vaid ganglionrakkudega.
Ergastuse levik võrkkestas
Kui fotoretseptor on valgustatud, tekib selles retseptori potentsiaal, mis on hüperpolarisatsioon. Fotoretseptori rakus tekkinud retseptori potentsiaal kandub vahendaja abil sünaptiliste kontaktide kaudu bipolaarsetele ja horisontaalsetele rakkudele.
Bipolaarses rakus võivad areneda nii depolarisatsioon kui ka hüperpolarisatsioon (vt täpsemalt allpool), mis levib sünaptilise kontakti kaudu ganglionrakkudesse. Viimased on spontaanselt aktiivsed, s.t. genereerib pidevalt teatud sagedusel aktsioonipotentsiaale. Ganglionrakkude hüperpolarisatsioon viib närviimpulsside sageduse vähenemiseni, depolarisatsioon - selle suurenemiseni.
Võrkkesta neuronite elektrilised reaktsioonid
Bipolaarse raku vastuvõtuväli on fotoretseptori rakkude kogum, millega see moodustab sünaptilisi kontakte. Ganglionraku vastuvõtuvälja all mõistetakse fotoretseptorrakkude kogumit, millega see ganglionrakk on bipolaarsete rakkude kaudu ühendatud.
Bipolaarsete ja ganglionrakkude vastuvõtuväljad on ümarad. Retseptiivses väljas saab eristada kesk- ja perifeerset osa (joon. 6). Retseptiivse välja kesk- ja perifeerse osa vaheline piir on dünaamiline ja võib valguse taseme muutudes nihkuda.
Võrkkesta närvirakkude reaktsioonid nende vastuvõtuvälja kesk- ja perifeersete osade fotoretseptorite valgustamisel on reeglina vastupidised. Samal ajal on olemas mitut klassi ganglion- ja bipolaarsed rakud (ON -, OFF -rakud), mis näitavad erinevaid elektrilisi reaktsioone valguse toimele (joonis 6).
Tabel 2. Ganglion- ja bipolaarsete rakkude klassid ja nende elektrilised reaktsioonid
Rakuklassid |
Närvirakkude reaktsioon paiknevate fotoretseptorite valgustamisel |
|
RP keskosas |
RP perifeerses osas |
|
bipolaarsed rakud PEAL tüüp |
Depolarisatsioon |
Hüperpolarisatsioon |
bipolaarsed rakud VÄLJAS tüüp |
Hüperpolarisatsioon |
Depolarisatsioon |
ganglionrakud PEAL tüüp |
||
ganglionrakud VÄLJAS tüüp |
Hüperpolarisatsioon ja AP sageduse vähenemine |
Depolarisatsioon ja AP sageduse suurenemine |
ganglionrakud PEAL- VÄLJAS tüüp |
Need annavad lühikese ON-reaktsiooni paigalseisvale valgusstiimulile ja lühikese OFF-reaktsiooni valguse nõrgenemisele. |
|
Visuaalse teabe töötlemine kesknärvisüsteemis
Nägemissüsteemi sensoorsed rajad
Võrkkesta ganglionrakkude müeliniseerunud aksonid saadetakse kahe nägemisnärvi osana ajju (joonis 7). Parem ja vasak nägemisnärv ühinevad kolju põhjas, moodustades optilise kiasma. Siin lähevad mõlema silma võrkkesta mediaalse poole närvikiud kontralateraalsele poolele ja võrkkesta külgmiste poolte kiud jätkuvad ipsilateraalselt.
Pärast ristumist järgnevad optilise trakti ganglionrakkude aksonid lateraalsetele genikulaarkehadele (LCB), kus nad moodustavad sünaptilised kontaktid kesknärvisüsteemi neuronitega. LKT närvirakkude aksonid osana nn. visuaalne kiirgus jõuab primaarse nägemiskoore neuroniteni (väli 17 Brodmanni järgi). Edasi, mööda intrakortikaalseid ühendusi, levib erutus sekundaarsesse visuaalsesse ajukooresse (väljad 18b-19) ja ajukoore assotsiatiivsetesse tsoonidesse.
Nägemissüsteemi sensoorsed rajad on organiseeritud vastavalt retinotoopne põhimõte - naaberganglionrakkude erutus jõuab LCT ja ajukoore naaberpunktidesse. Võrkkesta pind on justkui projitseeritud LKT ja ajukoore pinnale.
Enamik ganglionrakkude aksoneid lõpevad LCT-ga, samas kui osa kiududest läheb ülemisse kolliikulisse, hüpotalamusse, ajutüve preektaalsesse piirkonda ja nägemistrakti tuuma.
Võrkkesta ja ülemise kolliku vaheline ühendus reguleerib silmade liikumist.
Võrkkesta projektsioon hüpotalamusele aitab siduda endogeenseid ööpäevaseid rütme valgustuse taseme igapäevaste kõikumistega.
Võrkkesta ja kehatüve preektaalse piirkonna vaheline ühendus on ülimalt oluline pupilli valendiku ja majutuse reguleerimiseks.
Nägemisteede tuumade neuronid, mis saavad ka ganglionrakkudest sünaptilisi sisendeid, on seotud ajutüve vestibulaarsete tuumadega. See projektsioon võimaldab teil visuaalsete signaalide põhjal hinnata keha asendit ruumis ja see on ka keerukate okulomotoorsete reaktsioonide (nüstagm) rakendamiseks.
Visuaalse teabe töötlemine LCT-s
LCT neuronitel on ümarad vastuvõtuväljad. Nende rakkude elektrilised reaktsioonid on sarnased ganglionrakkude omadega.
LCT-s on neuroneid, mis on erutatud, kui nende vastuvõtuväljas on valguse/tumeduse piir (kontrastsed neuronid) või kui see piir liigub vastuvõtuväljas (liikumisdetektorid).
Visuaalse teabe töötlemine esmases visuaalses ajukoores
Sõltuvalt vastusest valgusstiimulitele jagatakse kortikaalsed neuronid mitmesse klassi.
Lihtsa vastuvõtuväljaga neuronid. Sellise neuroni tugevaim erutus tekib siis, kui selle vastuvõtlikku väli valgustatakse teatud orientatsiooniga valgusribaga. Sellise neuroni tekitatud närviimpulsside sagedus väheneb valgusriba orientatsiooni muutumisel (joonis 8A).
Keerulise vastuvõtuväljaga neuronid. Neuroni maksimaalne ergastusaste saavutatakse siis, kui valgusstiimul liigub vastuvõtuvälja ON-tsoonis teatud suunas. Valgusstiimuli liikumine teises suunas või valgusstiimuli väljumine väljaspool ON tsooni põhjustab nõrgema ergastuse (joonis 8B).
Superkompleksse vastuvõtuväljaga neuronid. Sellise neuroni maksimaalne ergastus saavutatakse keeruka konfiguratsiooniga valgusstiimuli toimel. Näiteks tuntakse neuroneid, mille tugevaim ergastus areneb kahe valguse ja pimeduse piiri ületamisel vastuvõtuvälja ON tsoonis (joon. 23.8 C).
Vaatamata tohutule hulgale eksperimentaalsetele andmetele rakkude reageerimise mustrite kohta erinevatele visuaalsetele stiimulitele, ei ole praegu täielikku teooriat, mis selgitaks visuaalse teabe töötlemise mehhanisme ajus. Me ei saa selgitada, kuidas võrkkesta, LC ja ajukoore neuronite mitmekesised elektrilised reaktsioonid tagavad mustrituvastuse ja muud visuaalse tajumise nähtused.
Abiseadmete funktsioonide reguleerimine
majutuse määrus. Läätse kõveruse muutmine toimub ripslihase abil. Siliaarlihase kokkutõmbumisel suureneb läätse esipinna kumerus ja suureneb murdumisvõime. Siliaarlihase silelihaskiude innerveerivad postganglionilised neuronid, mille kehad paiknevad tsiliaarganglionis.
Adekvaatseks stiimuliks läätse kõveruse astme muutmiseks on kujutise hägusus võrkkestal, mille salvestavad primaarse ajukoore neuronid. Ajukoore allapoole suunatud ühenduste tõttu toimub preektaalse piirkonna neuronite ergastuse astme muutus, mis omakorda põhjustab okulomotoorse tuuma preganglionaarsete neuronite (Edinger-Westphali tuum) ja tsiliaari postganglionaarsete neuronite aktiveerumist või pärssimist. ganglion.
Pupilli valendiku reguleerimine. Pupillide ahenemine tekib siis, kui sarvkesta rõngakujulised silelihaskiud, mida innerveerivad tsiliaarse ganglioni parasümpaatilised postganglionaarsed neuronid, tõmbuvad kokku. Viimase ergastamine toimub võrkkestale langeva suure valguse intensiivsusega, mida tajuvad esmase visuaalse ajukoore neuronid.
Pupillide laienemine toimub sarvkesta radiaalsete lihaste kokkutõmbumisel, mida innerveerivad HSP sümpaatilised neuronid. Viimase tegevus on tsilospinaalkeskuse ja pretektaalse piirkonna kontrolli all. Pupillide laienemise stiimuliks on võrkkesta valgustuse taseme langus.
Silmade liigutuste reguleerimine. Osa ganglionraku kiududest järgivad ülemiste kolliikulite (keskaju) neuroneid, mis on seotud okulomotoorsete, trochleaarsete ja abducens närvide tuumadega, mille neuronid innerveerivad silma lihaste vöötlihaskiude. Ülemiste tuberkullite närvirakud saavad sünaptilisi sisendeid vestibulaarsetelt retseptoritelt, kaelalihaste proprioretseptoritelt, mis võimaldab kehal koordineerida silmade liigutusi kehaliigutustega ruumis.
Visuaalse taju nähtused
Mustri äratundmine
Visuaalsüsteemil on märkimisväärne võime objekti ära tunda selle kujutise mitmel viisil. Kujutise (tuttav nägu, kiri jne) tunneme ära siis, kui selle osad puuduvad, kui see sisaldab üleliigseid elemente, kui see on ruumis erinevalt orienteeritud, erinevate nurkmõõtmetega, erinevate külgede poolt meie poole pööratud. jne P. (joonis 9). Selle nähtuse neurofüsioloogilisi mehhanisme uuritakse praegu intensiivselt.
Kuju ja suuruse püsivus
Reeglina tajume ümbritsevaid objekte kuju ja suurusega muutumatuna. Kuigi tegelikult ei ole nende kuju ja suurus võrkkestal püsivad. Näiteks näeb vaateväljas olev jalgrattur alati sama suur, olenemata kaugusest temaga. Jalgratta rattaid tajutakse ümaratena, kuigi tegelikult võivad nende kujutised võrkkestal olla kitsad ellipsid. See nähtus näitab kogemuse rolli ümbritseva maailma nägemuses. Selle nähtuse neurofüsioloogilised mehhanismid on praegu teadmata.
Sügavuse tajumine
Võrkkesta kujutis ümbritsevast maailmast on tasane. Meie näeme aga maailma mahukana. On mitmeid mehhanisme, mis võimaldavad luua kolmemõõtmelise ruumi võrkkestale moodustunud lamedate kujutiste põhjal.
Kuna silmad asuvad üksteisest teatud kaugusel, erinevad vasaku ja parema silma võrkkestale moodustunud kujutised üksteisest mõnevõrra. Mida lähemal on objekt vaatlejale, seda rohkem need pildid erinevad.
Kattuvad kujutised aitavad hinnata ka nende suhtelist asendit ruumis. Lähedase objekti kujutis võib kattuda kauge objekti kujutisega, kuid mitte vastupidi.
Kui vaatleja pea nihkub, nihkuvad ka võrkkesta vaadeldavate objektide kujutised (parallaksi nähtus). Sama pea nihutamise korral nihkuvad lähedaste objektide pildid rohkem kui kaugete objektide pildid.
Ruumi vaikuse tajumine
Kui ühe silma sulgedes vajutame sõrme teisele silmamunale, siis näeme, et maailm meie ümber nihkub küljele. Tavatingimustes on ümbritsev maailm paigal, kuigi võrkkesta kujutis pidevalt “hüppab” silmamunade liikumise, peapöörete ja kehaasendi muutumise tõttu ruumis. Ümbritseva ruumi liikumatuse tajumise tagab see, et visuaalsete piltide töötlemisel võetakse arvesse infot silmade liikumise, pea liigutuste ja keha asendi kohta ruumis. Visuaalne sensoorne süsteem suudab võrkkesta kujutise liikumisest "lahutada" oma silmade ja keha liigutused.
Värvinägemise teooriad
Kolmekomponendiline teooria
Põhineb trikromaatiliste lisandite segamise põhimõttel. Selle teooria kohaselt töötavad kolme tüüpi koonused (tundlikud punase, rohelise ja sinise suhtes) iseseisvate retseptorisüsteemidena. Võrreldes kolme tüüpi koonuste signaalide intensiivsust, tekitab visuaalne sensoorne süsteem "virtuaalse aditiivse nihke" ja arvutab tegeliku värvi. Teooria autorid on Jung, Maxwell, Helmholtz.
Vastase värviteooria
See eeldab, et mis tahes värvi saab ühemõtteliselt kirjeldada, näidates selle asukohta kahel skaalal - "sini-kollane", "punane-roheline". Nende skaalade poolustel lebavaid värve nimetatakse vastasvärvideks. Seda teooriat toetab tõsiasi, et võrkkestas, LC-s ja ajukoores on neuroneid, mis aktiveeruvad, kui nende vastuvõtuväli on punase valgusega valgustatud, ja inhibeeritakse, kui valgus on roheline. Teised neuronid süttivad kollasega kokkupuutel ja inhibeeritakse sinisega kokkupuutel. Eeldatakse, et "punase-rohelise" ja "kollase-sinise" süsteemide neuronite ergastusastme võrdlemisel suudab visuaalne sensoorne süsteem arvutada valguse värviomadused. Teooria autorid on Mach, Goering.
Seega on mõlema värvinägemise teooria kohta eksperimentaalseid tõendeid. praegu kaalumisel. Et kolmekomponendiline teooria kirjeldab adekvaatselt värvide tajumise mehhanisme võrkkesta fotoretseptorite tasemel ja vastandvärvide teooria kirjeldab värvitaju mehhanisme närvivõrkude tasandil.
Läbi silma, mitte silma
Mõistus võib maailma näha.
William Blake
Tunni eesmärgid:
Hariduslik:
- paljastada visuaalse analüsaatori struktuur ja tähendus, visuaalsed aistingud ja taju;
- süvendada teadmisi silma kui optilise süsteemi ehitusest ja talitlusest;
- selgitada, kuidas võrkkestale tekib kujutis,
- anda aimu lühinägelikkusest ja kaugnägelikkusest, nägemise korrigeerimise tüüpidest.
Arendamine:
- kujundada vaatlus-, võrdlemis- ja järelduste tegemise oskus;
- jätkata loogilise mõtlemise arendamist;
- jätkuvalt kujundama ettekujutust ümbritseva maailma mõistete ühtsusest.
Hariduslik:
- kasvatada hoolikat suhtumist oma tervisesse, paljastada visuaalse hügieeni küsimusi;
- jätkuvalt arendada vastutustundlikku suhtumist õppimisse.
Varustus:
- tabel "Visuaalne analüsaator",
- kokkupandav silmamudel,
- märg preparaat "Imetajate silm",
- jaotusmaterjal koos illustratsioonidega.
Tundide ajal
1. Organisatsioonimoment.
2. Teadmiste aktualiseerimine. Teema "Silma ehitus" kordamine.
3. Uue materjali selgitus:
Silma optiline süsteem.
Võrkkesta. Kujutiste moodustumine võrkkestale.
Optilised illusioonid.
Silmade majutus.
Kahe silmaga nägemise eelis.
Silmade liikumine.
Visuaalsed defektid, nende parandamine.
Nägemishügieen.
4. Kinnitamine.
5. Tunni tulemused. Kodutöö seadmine.
Teema "Silma ehitus" kordamine.
Bioloogia õpetaja:
Viimases tunnis uurisime teemat "Silma ehitus". Vaatame selle õppetunni sisu üle. Jätkake lauset:
1) Ajupoolkerade visuaalne tsoon asub ...
2) annab silmadele värvi ...
3) Analüsaator koosneb ...
4) Silma abiorganid on ...
5) Silmal on ... kestad
6) Kumer - silmamuna nõgus lääts on ...
Rääkige meile pildi abil silma koostisosade ehitusest ja eesmärgist.
Uue materjali selgitus.
Bioloogia õpetaja:
Silm on loomade ja inimeste nägemisorgan. See on isereguleeruv seade. See võimaldab teil näha lähedal ja kaugel asuvaid objekte. Seejärel kahaneb objektiiv peaaegu palliks, seejärel venib, muutes seeläbi fookuskaugust.
Silma optiline süsteem koosneb sarvkest, läätsest ja klaaskehast.
Võrkkesta (silmapõhja katva võrkkesta membraan) paksus on 0,15-0,20 mm ja see koosneb mitmest närvirakkude kihist. Esimene kiht külgneb mustade pigmendirakkudega. Selle moodustavad visuaalsed retseptorid - vardad ja koonused. Inimese võrkkestas on sadu kordi rohkem vardaid kui käbisid. Vardad erutuvad nõrgas hämaras väga kiiresti, kuid ei taju värvi. Käbid erutuvad aeglaselt ja ainult ereda valgusega - nad on võimelised tajuma värvi. Vardad jaotuvad võrkkestale ühtlaselt. Otse õpilase vastas võrkkestas on kollane laik, mis koosneb eranditult koonustest. Objekti kaaludes liigub pilk nii, et pilt langeb kollasele laigule.
Närvirakkudest ulatuvad oksad. Võrkkesta ühes kohas kogunevad nad kimpu ja moodustavad nägemisnärvi. Rohkem kui miljon kiudu kannavad närviimpulsside kujul visuaalset teavet ajju. Seda kohta, kus puuduvad retseptorid, nimetatakse pimealaks. Objekti värvi, kuju, valgustuse, selle detailide analüüs, mis sai alguse võrkkestast, lõpeb ajukoore tsoonis. Siia kogutakse kogu teave, see dekodeeritakse ja võetakse kokku. Selle tulemusena tekib ettekujutus teemast. "Näha" aju, mitte silma.
Seega on nägemine subkortikaalne protsess. See sõltub silmadest ajukooresse (kuklapiirkonda) tuleva teabe kvaliteedist.
Füüsika õpetaja:
Saime teada, et silma optiline süsteem koosneb sarvkestast, läätsest ja klaaskehast. Optilises süsteemis murdunud valgus annab võrkkestale vaadeldavatest objektidest tõelisi, vähendatud pöördkujutisi.
Johannes Kepler (1571 - 1630) tõestas esimesena, et võrkkesta kujutis on ümberpööratud, konstrueerides kiirte teekonna silma optilises süsteemis. Selle järelduse kontrollimiseks võttis prantsuse teadlane René Descartes (1596 - 1650) härjasilma ja, kraapides selle tagaseinalt läbipaistmatu kihi, asetas selle aknaluugi sisse tehtud auku. Ja just seal, silmapõhja poolläbipaistval seinal, nägi ta aknast vaadeldud pildi ümberpööratud pilti.
Miks me siis näeme kõiki objekte sellistena, nagu nad on, st. pea alaspidi?
Fakt on see, et nägemisprotsessi korrigeerib pidevalt aju, mis saab teavet mitte ainult silmade, vaid ka teiste meeleelundite kaudu.
1896. aastal korraldas Ameerika psühholoog J. Stretton enda peal katse. Ta pani ette spetsiaalsed prillid, tänu millele ei olnud ümbritsevate objektide kujutised silma võrkkestal mitte vastupidised, vaid otsesed. Ja mida? Maailm Strettoni meelest pöördus pea peale. Ta hakkas kõike tagurpidi nägema. Selle tõttu tekkis silmade töös teiste meeltega mittevastavus. Teadlasel tekkisid merehaiguse sümptomid. Kolm päeva tundis ta iiveldust. Kuid neljandal päeval hakkas keha normaliseeruma ja viiendal päeval hakkas Stretton end tundma samamoodi nagu enne katset. Teadlase aju harjus uute töötingimustega ja ta hakkas taas kõiki objekte otse nägema. Kui ta aga prillid eest võttis, läks kõik jälle pea peale. Pooleteise tunni jooksul ta nägemine taastus ja ta hakkas jälle normaalselt nägema.
On uudishimulik, et selline kohanemine on iseloomulik ainult inimese ajule. Kui ühes katses pandi ahvile ümberminevad prillid, sai see sellise psühholoogilise löögi, et pärast mitme vale liigutuse tegemist ja kukkumist sattus ta koomat meenutavasse seisundisse. Tema refleksid hakkasid hääbuma, vererõhk langes ning hingamine muutus sagedaseks ja pinnapealseks. Inimestel pole midagi sellist. Inimese aju ei saa aga alati hakkama võrkkestale saadud kujutise analüüsiga. Sellistel juhtudel tekivad illusioonid nägemisest – vaadeldav objekt ei tundu meile nii, nagu see tegelikult on.
Meie silmad ei suuda objektide olemust tajuda. Seetõttu ärge suruge neile peale mõistuse pettekujutlusi. (Lucretius)
Visuaalsed enesepettused
Me räägime sageli "nägemise petmisest", "kuulmise petmisest", kuid need väljendid on valed. Puuduvad tunnete pettused. Filosoof Kant ütles selle kohta tabavalt: "Meeled ei peta meid – mitte sellepärast, et nad hindavad alati õigesti, vaid sellepärast, et nad ei mõista üldse."
Mis meid siis niinimetatud meelte "pettustes" petab? Muidugi, mis antud juhul "kohtunikud", st. meie enda aju. Tõepoolest, enamik optilistest illusioonidest sõltuvad ainult sellest, et me mitte ainult ei näe, vaid ka alateadlikult mõtleme ja eksitame end tahtmatult. Need on hinnangute, mitte tunnete pettused.
Piltide galerii või mida sa näed
Tütar, ema ja vuntsidega isa?
Uhkelt päikest vaatav indiaanlane ja seljaga kapuutsiga eskimo...
Noored ja vanad mehed
Noored ja vanad naised
Kas jooned on paralleelsed?
Kas nelinurk on ruut?
Kumb ellips on suurem - alumine või sisemine ülemine?
Mida sellel joonisel rohkem on – kõrgust või laiust?
Milline rida on esimese jätk?
Kas märkate ringi "värisemist"?
Nägemisel on veel üks omadus, mida ei saa tähelepanuta jätta. On teada, et kui muutub kaugus objektiivist objektini, muutub ka kaugus selle kujutiseni. Kuidas jääb võrkkestale selge pilt alles, kui nihutame oma pilgu kaugemalt objektilt lähemale?
Teatavasti on läätse külge kinnitatud lihased võimelised muutma selle pindade kumerust ja seeläbi ka silma optilist võimsust. Kui vaatame kaugeid objekte, on need lihased pingevabas olekus ja läätse kumerus on suhteliselt väike. Lähedal asuvaid objekte vaadates suruvad silmalihased läätse kokku ning selle kumerus ja sellest tulenevalt optiline võimsus suureneb.
Nimetatakse silma võimet kohaneda nii lähedale kui kaugele nägemisega majutus(lat. accomodatio - kohanemine).
Tänu majutusele õnnestub inimesel teravustada erinevate objektide pilte objektiivist samal kaugusel - võrkkestale.
Vaadeldava objekti väga lähedase asukoha korral suureneb aga läätse deformeerivate lihaste pinge ja silma töö muutub väsitavaks. Normaalse silma jaoks on optimaalne lugemis- ja kirjutamiskaugus umbes 25 cm. Seda kaugust nimetatakse parimaks nägemiskauguseks.
Bioloogia õpetaja:
Mis kasu on mõlema silmaga nägemisest?
1. Inimese vaateväli suureneb.
2. Just tänu kahe silma olemasolule saame eristada, milline objekt on meist lähemal, kumb kaugemal.
Fakt on see, et parema ja vasaku silma võrkkesta kujutised erinevad üksteisest (mis vastavad objektide vaatele paremal ja vasakul). Mida lähemal objekt, seda märgatavam on see erinevus. See loob mulje vahemaade erinevusest. Silma sama võime võimaldab näha objekti mahus, mitte tasapinnaliselt. Seda võimet nimetatakse stereoskoopiliseks nägemiseks. Mõlema ajupoolkera ühine töö võimaldab eristada objekte, nende kuju, suurust, asukohta, liikumist. Kolmemõõtmelise ruumi mõju võib tekkida tasapinnalise pildi puhul.
Vaadake mitu minutit pilti silmadest 20–25 cm kaugusel.
Vaata 30 sekundit luudale otsa vaatamata nõida.
Suunake oma pilk kiiresti lossi joonisele ja vaadake, lugedes 10-ni, väravaavale. Avamisel näete hallil taustal valget nõida.
Kui vaatate oma silmi peeglist, märkate tõenäoliselt, et mõlemad silmad teevad suuri ja vaevumärgatavaid liigutusi rangelt üheaegselt, samas suunas.
Kas silmad näevad alati sellised välja? Kuidas me käitume tuttavas ruumis? Miks me vajame silmade liigutusi? Neid on vaja esmaseks ülevaatuseks. Ringi vaadates moodustub terviklik pilt ja see kõik kantakse üle mällu. Seetõttu pole tuntud objektide äratundmiseks silmade liigutamine vajalik.
Füüsika õpetaja:
Nägemise üks peamisi omadusi on nägemisteravus. Inimeste nägemine muutub vanusega, sest. lääts kaotab elastsuse, võime muuta oma kumerust. Esineb kaug- või lühinägelikkust.
Müoopia on nägemise puudumine, mille korral paralleelsed kiired pärast silma murdumist ei kogune võrkkestale, vaid läätsele lähemale. Kaugete objektide kujutised osutuvad seetõttu võrkkestal uduseks, uduseks. Võrkkestale terava pildi saamiseks tuleb kõnealune objekt silmale lähemale tuua.
Müoopilise inimese parima nägemise kaugus on alla 25 cm, nii et sarnase reeniumipuudusega inimesed on sunnitud teksti lugema, asetades selle silmade lähedale. Müoopia võib olla tingitud järgmistest põhjustest:
- silma liigne optiline võimsus;
- silma pikenemine piki selle optilist telge.
Tavaliselt areneb see välja kooliaastatel ja on reeglina seotud pikaajalise lugemise või kirjutamisega, eriti vähese valguse ja valgusallikate ebaõige paigutusega.
Kaugnägelikkus on nägemise puudumine, mille korral paralleelsed kiired pärast silma murdumist koonduvad sellise nurga all, et fookus ei asu võrkkesta, vaid selle taga. Võrkkesta kaugemate objektide kujutised osutuvad jällegi uduseks, uduseks.
Bioloogia õpetaja:
Nägemisväsimuse vältimiseks on mitmeid harjutuste komplekte. Pakume teile mõnda neist:
valik 1 (kestus 3-5 minutit).
1. Lähteasend - istumine mugavas asendis: selg sirge, silmad lahti, pilk suunatud otse. Seda on väga lihtne teha, pole stressi.
Vaadake vasakule - otse, paremale - otse, üles - otse, alla - otse, viivituseta määratud asendis. Korda 1-10 korda.
2. Vaadake diagonaalselt: vasakule - alla - otse, paremale - üles - otse, paremale - alla - otse, vasakule - üles - otse. Ja suurendage järk-järgult viivitusi määratud asendis, hingamine on meelevaldne, kuid veenduge, et viivitust poleks. Korda 1-10 korda.
3. Ringikujulised silmade liigutused: 1 kuni 10 ringi vasakule ja paremale. Alguses kiiremini, siis järk-järgult aeglustage.
4. Vaata silmadest 30 cm kaugusel hoitud sõrme või pliiatsi otsa ja seejärel kaugusesse. Korrake mitu korda.
5. Vaata pingsalt ja paigal otse ette, püüdes selgemalt näha, seejärel pilguta mitu korda. Sulgege silmalaud, seejärel pilgutage paar korda.
6. Fookuskauguse muutmine: vaadake ninaotsa, seejärel kaugusesse. Korrake mitu korda.
7. Masseeri silmalauge, silitades neid õrnalt nimetis- ja keskmise sõrmega ninast kuni oimukohtadeni. Või: sulgege silmad ja tõmmake peopesa padjanditega väga õrnalt puudutades mööda ülemisi silmalaugusid oimukohtadest kuni ninasillani ja tagasi, ainult 10 korda keskmise tempoga.
8. Hõõruge oma peopesad kokku ja katke nendega kergelt, pingutuseta oma varem suletud silmad, et need 1 minutiks täielikult valguse eest varjata. Kujutage ette, et olete sukeldunud täielikku pimedusse. Avatud silmad.
2. variant (kestus 1-2 min).
1. Hindega 1-2, silmade fikseerimine lähedasele (kaugus 15-20 cm) objektile, hindega 3-7, suunatakse pilk kaugel asuvale objektile. Kui loendus on 8, suunatakse pilk uuesti lähedal asuvale objektile.
2. Liikumatu peaga pöörake 1 arvelt silmad vertikaalselt üles, 2 arvelt - alla, siis uuesti üles. Korda 10-15 korda.
3. Sulgege silmad 10-15 sekundiks, avage ja liigutage silmi paremale ja vasakule, seejärel üles-alla (5 korda). Vabalt, pingevabalt, vaata kaugusesse.
Valik 3 (kestus 2-3 minutit).
Harjutused tehakse "istuvas" asendis, tooli seljatoega.
1. Vaadake 2-3 sekundit otse ette, seejärel langetage silmad 3-4 sekundiks alla. Korda harjutust 30 sekundit.
2. Tõstke silmad üles, langetage alla, viige silmad paremale, seejärel vasakule. Korda 3-4 korda. Kestus 6 sekundit.
3. Tõstke silmad üles, tehke nendega ringjaid liigutusi vastupäeva, seejärel päripäeva. Korda 3-4 korda.
4. Sule silmad tihedalt 3-5 sekundiks, ava 3-5 sekundiks. Korda 4-5 korda. Kestus 30-50 sekundit.
Konsolideerimine.
Pakutakse ebastandardseid olukordi.
1. Lühinägelik õpilane tajub tahvlile kirjutatud tähti ebamääraste, hägusatena. Ta peab oma nägemist pingutama, et oma silm tahvlile või märkmikule mahutada, mis on kahjulik nii nägemis- kui närvisüsteemile. Soovitage koolilastele selliste prillide kujundust, et vältida stressi tahvlilt teksti lugemisel.
2. Kui inimese lääts muutub häguseks (näiteks kae korral), eemaldatakse see tavaliselt ja asendatakse plastläätsega. Selline asendus võtab silmalt kohanemisvõime ja patsient peab kasutama prille. Hiljuti hakati Saksamaal tootma kunstläätse, mis suudab ise teravustada. Arvake ära, milline disainifunktsioon silma majutuseks leiutati?
3. H. G. Wells kirjutas romaani "Nähtamatu mees". Agressiivne nähtamatu isiksus tahtis allutada kogu maailma. Mõelge selle idee läbikukkumisele? Millal on keskkonnas olev objekt nähtamatu? Kuidas näeb nähtamatu silm?
Tunni tulemused. Kodutöö seadmine.
- § 57, 58 (bioloogia),
- § 37.38 (füüsika), pakkuda mittestandardseid ülesandeid õpitud teemal (vabatahtlik).
Tähtis on teada võrkkesta ehitust ja seda, kuidas me visuaalset infot vastu võtame, vähemalt kõige üldisemal kujul.
1. Vaadake silmade struktuuri. Pärast seda, kui valguskiired läbivad läätse, tungivad nad läbi klaaskeha ja langevad silma sisemisele, väga õhukesele kestale - võrkkestale. Just tema mängib pildi fikseerimisel peamist rolli. Võrkkesta on meie visuaalse analüsaatori keskne lüli.
Võrkkesta külgneb koroidiga, kuid paljudes piirkondades lõdvalt. Siin kipub ta erinevate haiguste korral kooruma. Võrkkesta haiguste korral on koroid sageli seotud patoloogilise protsessiga. Koroidis puuduvad närvilõpmed, seetõttu haigena valu ei teki, mis annab tavaliselt märku mingist talitlushäirest.
Valgust tajuv võrkkesta võib funktsionaalselt jagada keskseks (kollase laigu piirkond) ja perifeerseks (ülejäänud võrkkesta pind). Sellest lähtuvalt eristatakse tsentraalset nägemist, mis võimaldab selgelt näha objektide peeneid detaile, ja perifeerset nägemist, mille puhul tajutakse objekti kuju vähem selgelt, kuid selle abil toimub ruumis orienteerumine.
2. Võrgustikul on keeruline mitmekihiline struktuur. See koosneb fotoretseptoritest (spetsiaalne neuroepiteel) ja närvirakkudest. Silma võrkkestas asuvad fotoretseptorid jagunevad kahte tüüpi, mida nimetatakse nende kuju järgi: koonused ja vardad. Vardad (neid on võrkkestas umbes 130 miljonit) on kõrge valgustundlikkusega ja võimaldavad näha halvas valguses, samuti vastutavad nad perifeerse nägemise eest. Koonused (neid on võrkkestas umbes 7 miljonit), vastupidi, nõuavad nende ergutamiseks rohkem valgust, kuid just need võimaldavad teil näha peeneid detaile (need vastutavad keskse nägemise eest) ja võimaldavad eristada. värvid. Suurim koonuste kontsentratsioon on võrkkesta piirkonnas, mida tuntakse makula või maakulana, mis hõlmab umbes 1% võrkkesta pindalast.
Vardad sisaldavad visuaalselt lillat värvi, tänu millele erutuvad väga kiiresti ja nõrga valgusega. A-vitamiin osaleb visuaalse lilla moodustumisel, mille puudumisel tekib nn ööpimedus. Koonused ei sisalda visuaalselt lillat värvi, seetõttu erutuvad nad aeglaselt ja ainult ereda valgusega, kuid nad on võimelised tajuma värvi: kolme tüüpi koonuste (sinine, roheline ja punane) välimised segmendid sisaldavad visuaalseid pigmente. kolme tüüpi, mille neeldumisspektri maksimumid on spektri sinises, rohelises ja punases piirkonnas.
3 . Võrkkesta välimistes kihtides paiknevates varrastes ja koonustes muundatakse valguse energia närvikoe elektrienergiaks. Võrkkesta välimistes kihtides tekkivad impulsid jõuavad selle sisemistes kihtides paiknevate vahepealsete neuroniteni ja seejärel närvirakkudeni. Nende närvirakkude protsessid koonduvad radiaalselt võrkkesta ühte piirkonda ja moodustavad nägemisnärvi ketta, mis on silmapõhja uurimisel nähtav.
Nägemisnärv koosneb võrkkesta närvirakkude protsessidest ja väljub silmamunast selle tagumise pooluse lähedal. See kannab signaale närvilõpmetest ajju.
Silmast väljudes jaguneb nägemisnärv kaheks pooleks. Sisemine pool lõikub teise silma sama poolega. Kummagi silma võrkkesta parem pool edastab nägemisnärvi kaudu kujutise parema poole aju paremasse külge ja võrkkesta vasak pool vastavalt kujutise vasaku poole vasakule poole. aju. Üldpildi sellest, mida näeme, loob otse aju.
Seega algab visuaalne tajumine kujutise võrkkestale projitseerimise ja fotoretseptorite ergastamisega ning seejärel töödeldakse saadud teavet järjestikku subkortikaalsetes ja kortikaalsetes nägemiskeskustes. Selle tulemusena tekib visuaalne pilt, mis tänu visuaalse analüsaatori koostoimele teiste analüsaatoritega ja kogunenud kogemusele (visuaalne mälu) peegeldab õigesti objektiivset reaalsust. Silma võrkkestal saadakse objektist vähendatud ja ümberpööratud kujutis, kuid me näeme pilti sirgelt ja reaalses suuruses. See juhtub ka seetõttu, et koos visuaalsete piltidega satuvad ajju ka närviimpulsid okulomotoorsetest lihastest, näiteks kui vaatame üles, pööravad lihased silmi üles. Silmalihased töötavad pidevalt, kirjeldades objekti kontuure ja need liigutused salvestab ka aju.
Silma struktuur.
Inimsilm on visuaalne analüsaator, 95% informatsioonist meid ümbritseva maailma kohta saame silmade kaudu. Kaasaegne inimene peab terve päeva töötama läheduses olevate objektidega: vaatama arvutiekraani, lugema jne. Meie silmad on tohutu stressi all, mille tagajärjel kannatavad paljud inimesed silmahaiguste ja nägemispuudega. Igaüks peaks teadma, kuidas silm töötab, millised on selle funktsioonid.
Silm on optiline süsteem, sellel on peaaegu sfääriline kuju. Silm on kerakujuline keha läbimõõduga umbes 25 mm ja massiga 8 g.Silmamuna seinad moodustavad kolm kesta. Välimine – valgukest koosneb tihedast läbipaistmatust sidekoest. See võimaldab silmal oma kuju säilitada. Järgmine silma kest on vaskulaarne, see sisaldab kõiki silma kudesid toitvaid veresooni. Kooroid on must, kuna selle rakud sisaldavad musta pigmenti, mis neelab valguskiiri, takistades nende hajumist silma ümber. Kooroid läheb iirisesse 2, erinevatel inimestel on sellel erinev värvus, mis määrab silmade värvi. Iiris on rõngakujuline lihaseline diafragma, mille keskel on väike auk – pupill 3. See on must, kuna koht, kust valguskiired ei tule, on meie jaoks must. Pupilli kaudu sisenevad valguskiired silma, kuid ei välju tagasi, olles justkui lõksus. Pupill reguleerib valguse voolu silma, refleksiivselt kitseneb või laieneb, pupilli suurus võib olla 2 kuni 8 mm sõltuvalt valgustusest.
Sarvkesta ja vikerkesta vahel on vesine vedelik, mille taga - objektiiv 4. Objektiiv on kaksikkumer lääts, see on elastne ja võib ripslihase 5 abil muuta oma kumerust, mistõttu on tagatud valguskiirte täpne fokuseerimine. . Läätse murdumisnäitaja on 1,45. Objektiivi taga on klaaskeha 6, mis täidab silma põhiosa. Klaaskeha ja vesivedeliku murdumisnäitaja on peaaegu sama, mis veel – 1,33. Kõvakesta tagasein on kaetud väga õhukeste kiududega, mis katavad silma põhja, ja neid nimetatakse võrkkesta 7. Need kiud on nägemisnärvi hargnemine. Kujutis ilmub võrkkestale. Parima pildi asukohta, mis asub nägemisnärvi väljapääsu kohal, nimetatakse kollane laik 8 ja võrkkesta piirkonda, kust nägemisnärv silmast väljub ja mis ei tekita kujutist, nimetatakse varjatud koht 9.
Pilt silmas.
Nüüd kaaluge silma kui optilist süsteemi. See hõlmab sarvkesta, läätse, klaaskeha. Peamine roll pildi loomisel kuulub objektiivile. See fokusseerib kiired võrkkestale, mille tulemuseks on tegelik vähendatud ümberpööratud kujutis objektidest, mille aju korrigeerib sirgeks. Kiired on keskendunud võrkkestale, silma tagaseinale.
Jaotises "Katsed" on toodud näide selle kohta, kuidas saate pildi pupillil olevast valgusallikast, mis tekib silmast peegelduvate kiirte abil.
Läbi silma, mitte silma
Mõistus võib maailma näha.
William Blake
Tunni eesmärgid:
Hariduslik:
- paljastada visuaalse analüsaatori struktuur ja tähendus, visuaalsed aistingud ja taju;
- süvendada teadmisi silma kui optilise süsteemi ehitusest ja talitlusest;
- selgitada, kuidas võrkkestale tekib kujutis,
- anda aimu lühinägelikkusest ja kaugnägelikkusest, nägemise korrigeerimise tüüpidest.
Arendamine:
- kujundada vaatlus-, võrdlemis- ja järelduste tegemise oskus;
- jätkata loogilise mõtlemise arendamist;
- jätkuvalt kujundama ettekujutust ümbritseva maailma mõistete ühtsusest.
Hariduslik:
- kasvatada hoolikat suhtumist oma tervisesse, paljastada visuaalse hügieeni küsimusi;
- jätkuvalt arendada vastutustundlikku suhtumist õppimisse.
Varustus:
- tabel "Visuaalne analüsaator",
- kokkupandav silmamudel,
- märg preparaat "Imetajate silm",
- jaotusmaterjal koos illustratsioonidega.
Tundide ajal
1. Organisatsioonimoment.
2. Teadmiste aktualiseerimine. Teema "Silma ehitus" kordamine.
3. Uue materjali selgitus:
Silma optiline süsteem.
Võrkkesta. Kujutiste moodustumine võrkkestale.
Optilised illusioonid.
Silmade majutus.
Kahe silmaga nägemise eelis.
Silmade liikumine.
Visuaalsed defektid, nende parandamine.
Nägemishügieen.
4. Kinnitamine.
5. Tunni tulemused. Kodutöö seadmine.
Teema "Silma ehitus" kordamine.
Bioloogia õpetaja:
Viimases tunnis uurisime teemat "Silma ehitus". Vaatame selle õppetunni sisu üle. Jätkake lauset:
1) Ajupoolkerade visuaalne tsoon asub ...
2) annab silmadele värvi ...
3) Analüsaator koosneb ...
4) Silma abiorganid on ...
5) Silmal on ... kestad
6) Kumer - silmamuna nõgus lääts on ...
Rääkige meile pildi abil silma koostisosade ehitusest ja eesmärgist.
Uue materjali selgitus.
Bioloogia õpetaja:
Silm on loomade ja inimeste nägemisorgan. See on isereguleeruv seade. See võimaldab teil näha lähedal ja kaugel asuvaid objekte. Seejärel kahaneb objektiiv peaaegu palliks, seejärel venib, muutes seeläbi fookuskaugust.
Silma optiline süsteem koosneb sarvkest, läätsest ja klaaskehast.
Võrkkesta (silmapõhja katva võrkkesta membraan) paksus on 0,15-0,20 mm ja see koosneb mitmest närvirakkude kihist. Esimene kiht külgneb mustade pigmendirakkudega. Selle moodustavad visuaalsed retseptorid - vardad ja koonused. Inimese võrkkestas on sadu kordi rohkem vardaid kui käbisid. Vardad erutuvad nõrgas hämaras väga kiiresti, kuid ei taju värvi. Käbid erutuvad aeglaselt ja ainult ereda valgusega - nad on võimelised tajuma värvi. Vardad jaotuvad võrkkestale ühtlaselt. Otse õpilase vastas võrkkestas on kollane laik, mis koosneb eranditult koonustest. Objekti kaaludes liigub pilk nii, et pilt langeb kollasele laigule.
Närvirakkudest ulatuvad oksad. Võrkkesta ühes kohas kogunevad nad kimpu ja moodustavad nägemisnärvi. Rohkem kui miljon kiudu kannavad närviimpulsside kujul visuaalset teavet ajju. Seda kohta, kus puuduvad retseptorid, nimetatakse pimealaks. Objekti värvi, kuju, valgustuse, selle detailide analüüs, mis sai alguse võrkkestast, lõpeb ajukoore tsoonis. Siia kogutakse kogu teave, see dekodeeritakse ja võetakse kokku. Selle tulemusena tekib ettekujutus teemast. "Näha" aju, mitte silma.
Seega on nägemine subkortikaalne protsess. See sõltub silmadest ajukooresse (kuklapiirkonda) tuleva teabe kvaliteedist.
Füüsika õpetaja:
Saime teada, et silma optiline süsteem koosneb sarvkestast, läätsest ja klaaskehast. Optilises süsteemis murdunud valgus annab võrkkestale vaadeldavatest objektidest tõelisi, vähendatud pöördkujutisi.
Johannes Kepler (1571 - 1630) tõestas esimesena, et võrkkesta kujutis on ümberpööratud, konstrueerides kiirte teekonna silma optilises süsteemis. Selle järelduse kontrollimiseks võttis prantsuse teadlane René Descartes (1596 - 1650) härjasilma ja, kraapides selle tagaseinalt läbipaistmatu kihi, asetas selle aknaluugi sisse tehtud auku. Ja just seal, silmapõhja poolläbipaistval seinal, nägi ta aknast vaadeldud pildi ümberpööratud pilti.
Miks me siis näeme kõiki objekte sellistena, nagu nad on, st. pea alaspidi?
Fakt on see, et nägemisprotsessi korrigeerib pidevalt aju, mis saab teavet mitte ainult silmade, vaid ka teiste meeleelundite kaudu.
1896. aastal korraldas Ameerika psühholoog J. Stretton enda peal katse. Ta pani ette spetsiaalsed prillid, tänu millele ei olnud ümbritsevate objektide kujutised silma võrkkestal mitte vastupidised, vaid otsesed. Ja mida? Maailm Strettoni meelest pöördus pea peale. Ta hakkas kõike tagurpidi nägema. Selle tõttu tekkis silmade töös teiste meeltega mittevastavus. Teadlasel tekkisid merehaiguse sümptomid. Kolm päeva tundis ta iiveldust. Kuid neljandal päeval hakkas keha normaliseeruma ja viiendal päeval hakkas Stretton end tundma samamoodi nagu enne katset. Teadlase aju harjus uute töötingimustega ja ta hakkas taas kõiki objekte otse nägema. Kui ta aga prillid eest võttis, läks kõik jälle pea peale. Pooleteise tunni jooksul ta nägemine taastus ja ta hakkas jälle normaalselt nägema.
On uudishimulik, et selline kohanemine on iseloomulik ainult inimese ajule. Kui ühes katses pandi ahvile ümberminevad prillid, sai see sellise psühholoogilise löögi, et pärast mitme vale liigutuse tegemist ja kukkumist sattus ta koomat meenutavasse seisundisse. Tema refleksid hakkasid hääbuma, vererõhk langes ning hingamine muutus sagedaseks ja pinnapealseks. Inimestel pole midagi sellist. Inimese aju ei saa aga alati hakkama võrkkestale saadud kujutise analüüsiga. Sellistel juhtudel tekivad illusioonid nägemisest – vaadeldav objekt ei tundu meile nii, nagu see tegelikult on.
Meie silmad ei suuda objektide olemust tajuda. Seetõttu ärge suruge neile peale mõistuse pettekujutlusi. (Lucretius)
Visuaalsed enesepettused
Me räägime sageli "nägemise petmisest", "kuulmise petmisest", kuid need väljendid on valed. Puuduvad tunnete pettused. Filosoof Kant ütles selle kohta tabavalt: "Meeled ei peta meid – mitte sellepärast, et nad hindavad alati õigesti, vaid sellepärast, et nad ei mõista üldse."
Mis meid siis niinimetatud meelte "pettustes" petab? Muidugi, mis antud juhul "kohtunikud", st. meie enda aju. Tõepoolest, enamik optilistest illusioonidest sõltuvad ainult sellest, et me mitte ainult ei näe, vaid ka alateadlikult mõtleme ja eksitame end tahtmatult. Need on hinnangute, mitte tunnete pettused.
Piltide galerii või mida sa näed
Tütar, ema ja vuntsidega isa?
Uhkelt päikest vaatav indiaanlane ja seljaga kapuutsiga eskimo...
Noored ja vanad mehed
Noored ja vanad naised
Kas jooned on paralleelsed?
Kas nelinurk on ruut?
Kumb ellips on suurem - alumine või sisemine ülemine?
Mida sellel joonisel rohkem on – kõrgust või laiust?
Milline rida on esimese jätk?
Kas märkate ringi "värisemist"?
Nägemisel on veel üks omadus, mida ei saa tähelepanuta jätta. On teada, et kui muutub kaugus objektiivist objektini, muutub ka kaugus selle kujutiseni. Kuidas jääb võrkkestale selge pilt alles, kui nihutame oma pilgu kaugemalt objektilt lähemale?
Teatavasti on läätse külge kinnitatud lihased võimelised muutma selle pindade kumerust ja seeläbi ka silma optilist võimsust. Kui vaatame kaugeid objekte, on need lihased pingevabas olekus ja läätse kumerus on suhteliselt väike. Lähedal asuvaid objekte vaadates suruvad silmalihased läätse kokku ning selle kumerus ja sellest tulenevalt optiline võimsus suureneb.
Nimetatakse silma võimet kohaneda nii lähedale kui kaugele nägemisega majutus(lat. accomodatio - kohanemine).
Tänu majutusele õnnestub inimesel teravustada erinevate objektide pilte objektiivist samal kaugusel - võrkkestale.
Vaadeldava objekti väga lähedase asukoha korral suureneb aga läätse deformeerivate lihaste pinge ja silma töö muutub väsitavaks. Normaalse silma jaoks on optimaalne lugemis- ja kirjutamiskaugus umbes 25 cm. Seda kaugust nimetatakse parimaks nägemiskauguseks.
Bioloogia õpetaja:
Mis kasu on mõlema silmaga nägemisest?
1. Inimese vaateväli suureneb.
2. Just tänu kahe silma olemasolule saame eristada, milline objekt on meist lähemal, kumb kaugemal.
Fakt on see, et parema ja vasaku silma võrkkesta kujutised erinevad üksteisest (mis vastavad objektide vaatele paremal ja vasakul). Mida lähemal objekt, seda märgatavam on see erinevus. See loob mulje vahemaade erinevusest. Silma sama võime võimaldab näha objekti mahus, mitte tasapinnaliselt. Seda võimet nimetatakse stereoskoopiliseks nägemiseks. Mõlema ajupoolkera ühine töö võimaldab eristada objekte, nende kuju, suurust, asukohta, liikumist. Kolmemõõtmelise ruumi mõju võib tekkida tasapinnalise pildi puhul.
Vaadake mitu minutit pilti silmadest 20–25 cm kaugusel.
Vaata 30 sekundit luudale otsa vaatamata nõida.
Suunake oma pilk kiiresti lossi joonisele ja vaadake, lugedes 10-ni, väravaavale. Avamisel näete hallil taustal valget nõida.
Kui vaatate oma silmi peeglist, märkate tõenäoliselt, et mõlemad silmad teevad suuri ja vaevumärgatavaid liigutusi rangelt üheaegselt, samas suunas.
Kas silmad näevad alati sellised välja? Kuidas me käitume tuttavas ruumis? Miks me vajame silmade liigutusi? Neid on vaja esmaseks ülevaatuseks. Ringi vaadates moodustub terviklik pilt ja see kõik kantakse üle mällu. Seetõttu pole tuntud objektide äratundmiseks silmade liigutamine vajalik.
Füüsika õpetaja:
Nägemise üks peamisi omadusi on nägemisteravus. Inimeste nägemine muutub vanusega, sest. lääts kaotab elastsuse, võime muuta oma kumerust. Esineb kaug- või lühinägelikkust.
Müoopia on nägemise puudumine, mille korral paralleelsed kiired pärast silma murdumist ei kogune võrkkestale, vaid läätsele lähemale. Kaugete objektide kujutised osutuvad seetõttu võrkkestal uduseks, uduseks. Võrkkestale terava pildi saamiseks tuleb kõnealune objekt silmale lähemale tuua.
Müoopilise inimese parima nägemise kaugus on alla 25 cm, nii et sarnase reeniumipuudusega inimesed on sunnitud teksti lugema, asetades selle silmade lähedale. Müoopia võib olla tingitud järgmistest põhjustest:
- silma liigne optiline võimsus;
- silma pikenemine piki selle optilist telge.
Tavaliselt areneb see välja kooliaastatel ja on reeglina seotud pikaajalise lugemise või kirjutamisega, eriti vähese valguse ja valgusallikate ebaõige paigutusega.
Kaugnägelikkus on nägemise puudumine, mille korral paralleelsed kiired pärast silma murdumist koonduvad sellise nurga all, et fookus ei asu võrkkesta, vaid selle taga. Võrkkesta kaugemate objektide kujutised osutuvad jällegi uduseks, uduseks.
Bioloogia õpetaja:
Nägemisväsimuse vältimiseks on mitmeid harjutuste komplekte. Pakume teile mõnda neist:
valik 1 (kestus 3-5 minutit).
1. Lähteasend - istumine mugavas asendis: selg sirge, silmad lahti, pilk suunatud otse. Seda on väga lihtne teha, pole stressi.
Vaadake vasakule - otse, paremale - otse, üles - otse, alla - otse, viivituseta määratud asendis. Korda 1-10 korda.
2. Vaadake diagonaalselt: vasakule - alla - otse, paremale - üles - otse, paremale - alla - otse, vasakule - üles - otse. Ja suurendage järk-järgult viivitusi määratud asendis, hingamine on meelevaldne, kuid veenduge, et viivitust poleks. Korda 1-10 korda.
3. Ringikujulised silmade liigutused: 1 kuni 10 ringi vasakule ja paremale. Alguses kiiremini, siis järk-järgult aeglustage.
4. Vaata silmadest 30 cm kaugusel hoitud sõrme või pliiatsi otsa ja seejärel kaugusesse. Korrake mitu korda.
5. Vaata pingsalt ja paigal otse ette, püüdes selgemalt näha, seejärel pilguta mitu korda. Sulgege silmalaud, seejärel pilgutage paar korda.
6. Fookuskauguse muutmine: vaadake ninaotsa, seejärel kaugusesse. Korrake mitu korda.
7. Masseeri silmalauge, silitades neid õrnalt nimetis- ja keskmise sõrmega ninast kuni oimukohtadeni. Või: sulgege silmad ja tõmmake peopesa padjanditega väga õrnalt puudutades mööda ülemisi silmalaugusid oimukohtadest kuni ninasillani ja tagasi, ainult 10 korda keskmise tempoga.
8. Hõõruge oma peopesad kokku ja katke nendega kergelt, pingutuseta oma varem suletud silmad, et need 1 minutiks täielikult valguse eest varjata. Kujutage ette, et olete sukeldunud täielikku pimedusse. Avatud silmad.
2. variant (kestus 1-2 min).
1. Hindega 1-2, silmade fikseerimine lähedasele (kaugus 15-20 cm) objektile, hindega 3-7, suunatakse pilk kaugel asuvale objektile. Kui loendus on 8, suunatakse pilk uuesti lähedal asuvale objektile.
2. Liikumatu peaga pöörake 1 arvelt silmad vertikaalselt üles, 2 arvelt - alla, siis uuesti üles. Korda 10-15 korda.
3. Sulgege silmad 10-15 sekundiks, avage ja liigutage silmi paremale ja vasakule, seejärel üles-alla (5 korda). Vabalt, pingevabalt, vaata kaugusesse.
Valik 3 (kestus 2-3 minutit).
Harjutused tehakse "istuvas" asendis, tooli seljatoega.
1. Vaadake 2-3 sekundit otse ette, seejärel langetage silmad 3-4 sekundiks alla. Korda harjutust 30 sekundit.
2. Tõstke silmad üles, langetage alla, viige silmad paremale, seejärel vasakule. Korda 3-4 korda. Kestus 6 sekundit.
3. Tõstke silmad üles, tehke nendega ringjaid liigutusi vastupäeva, seejärel päripäeva. Korda 3-4 korda.
4. Sule silmad tihedalt 3-5 sekundiks, ava 3-5 sekundiks. Korda 4-5 korda. Kestus 30-50 sekundit.
Konsolideerimine.
Pakutakse ebastandardseid olukordi.
1. Lühinägelik õpilane tajub tahvlile kirjutatud tähti ebamääraste, hägusatena. Ta peab oma nägemist pingutama, et oma silm tahvlile või märkmikule mahutada, mis on kahjulik nii nägemis- kui närvisüsteemile. Soovitage koolilastele selliste prillide kujundust, et vältida stressi tahvlilt teksti lugemisel.
2. Kui inimese lääts muutub häguseks (näiteks kae korral), eemaldatakse see tavaliselt ja asendatakse plastläätsega. Selline asendus võtab silmalt kohanemisvõime ja patsient peab kasutama prille. Hiljuti hakati Saksamaal tootma kunstläätse, mis suudab ise teravustada. Arvake ära, milline disainifunktsioon silma majutuseks leiutati?
3. H. G. Wells kirjutas romaani "Nähtamatu mees". Agressiivne nähtamatu isiksus tahtis allutada kogu maailma. Mõelge selle idee läbikukkumisele? Millal on keskkonnas olev objekt nähtamatu? Kuidas näeb nähtamatu silm?
Tunni tulemused. Kodutöö seadmine.
- § 57, 58 (bioloogia),
- § 37.38 (füüsika), pakkuda mittestandardseid ülesandeid õpitud teemal (vabatahtlik).
Füüsikaseaduste kohaselt pöörab koonduv lääts objekti kujutist ümber. Nii sarvkest kui ka lääts on koonduvad läätsed, nii et pilt tabab ka võrkkesta tagurpidi. Pärast seda kantakse pilt mööda närve edasi ajju, kust saame järelpildi sellisena, nagu see tegelikult on.
Vastsündinud laps näeb esemeid tagurpidi. Silma eripära näha ümberpööratud pilti ilmneb järk-järgult, koolituse ja treeningu abil, milles osalevad mitte ainult visuaalsed, vaid ka teised analüsaatorid. Nende hulgas mängivad peamist rolli tasakaalu-, lihas- ja nahaaistingu organid. Nende analüsaatorite koostoime tulemusena tekivad väliste objektide ja nähtuste terviklikud kujutised.
Huvitav viis selle fakti kontrollimiseks: vajutage kergelt sõrmega parema silma alumise silmalau välisservale. Näete oma nägemise vasakus ülanurgas musta punkti – teie sõrme tegelikku kujutist.
Kuidas tema välimuse järgi vestluskaaslase kohta midagi isiklikku teada saada
"Öökullide" saladused, millest "lõokesed" ei tea Kuidas ajupost töötab – sõnumite edastamine ajust ajju Interneti kaudu Miks on igavus vajalik? "Magnetimees": kuidas saada karismaatilisemaks ja meelitada inimesi enda juurde 25 tsitaati sisemise võitleja äratamiseks Kuidas arendada enesekindlust Kas on võimalik "keha mürkidest puhastada"? 5 põhjust, miks inimesed süüdistavad kuriteos alati ohvrit, mitte toimepanijat Katse: mees joob 10 purki koolat päevas, et tõestada selle kahju
Silm on kerakujuline keha. Selle läbimõõt on 25 mm ja kaal 8 g, on visuaalne analüsaator. See jäädvustab nähtu ja edastab pildi edasi, seejärel närviimpulsside kaudu ajju.
Optilise visuaalse süsteemi seade - inimsilm saab ise reguleerida, olenevalt sissetulevast valgusest. Ta on võimeline nägema kaugeid ja lähedasi objekte.
Võrkkesta struktuur on väga keeruline
Silmamuna koosneb kolmest kestast. Välimine – läbipaistmatu sidekude, mis toetab silma kuju. Teine kest - vaskulaarne, sisaldab suurt veresoonte võrku, mis toidab silmamuna.
See on musta värvi, neelab valgust, takistades selle hajumist. Kolmas kest on värviline, silmade värv sõltub selle värvist. Keskel on pupill, mis reguleerib kiirte voolu ja läbimõõdu muutusi, sõltuvalt valgustuse intensiivsusest.
Silma optiline süsteem koosneb klaaskehast. Objektiiv võib võtta väikese palli suuruse ja venitada suureks, muutes kauguse fookust. Ta suudab oma kumerust muuta.
Silmapõhja katab võrkkest, mille paksus on kuni 0,2 mm. See koosneb kihilisest närvisüsteemist. Võrkkestal on suur visuaalne osa – fotoretseptori rakud ja pime eesmine osa.
Võrkkesta visuaalsed retseptorid on vardad ja koonused. See osa koosneb kümnest kihist ja seda saab vaadata ainult mikroskoobi all.
Kuidas võrkkestale kujutis tekib
Kujutise projitseerimine võrkkestale Kui valguskiired läbivad läätse, liikudes läbi klaaskeha, langevad need võrkkestale, mis asub silmapõhja tasapinnal. Võrkkesta pupilli vastas on kollane laik - see on keskosa, sellel olev pilt on kõige selgem.
Ülejäänud on perifeerne. Keskosa võimaldab teil objekte selgelt ja väikseima detailini uurida. Perifeerse nägemise abil on inimene võimeline nägema mitte väga selget pilti, kuid navigeerima ruumis.
Pildi tajumine toimub pildi projitseerimisel silma võrkkestale. Fotoretseptorid on põnevil. See teave saadetakse ajju ja töödeldakse visuaalsetes keskustes. Iga silma võrkkest edastab oma poole pildist närviimpulsside kaudu.
Tänu sellele ja visuaalsele mälule tekib ühine visuaalne pilt. Kujutis kuvatakse võrkkestale vähendatud kujul, tagurpidi. Ja silme ees on see näha otse ja loomulikes mõõtmetes.
Nägemise halvenemine koos võrkkesta kahjustusega
Võrkkesta kahjustus põhjustab nägemise halvenemist. Kui selle keskosa on kahjustatud, võib see põhjustada nägemise täielikku kaotust. Pikka aega ei pruugi inimene perifeerse nägemise rikkumistest teadlik olla.
Kahjustused tuvastatakse perifeerse nägemise kontrollimisel. Kui võrkkesta selle osa suur ala on kahjustatud, ilmneb järgmine:
- nägemiskahjustus üksikute fragmentide kaotuse kujul;
- vähenenud orientatsioon hämaras;
- värvide tajumise muutus.
Võrkkesta objektide kujutis, pildi juhtimine aju poolt
Nägemise korrigeerimine laseriga Kui valgusvoog keskendub võrkkesta ette, mitte keskele, nimetatakse seda visuaalset defekti lühinägelikkuseks. Lühinägev inimene näeb halvasti kaugele ja näeb hästi lähedalt. Kui valguskiired on keskendunud võrkkesta taha, nimetatakse seda kaugnägelikkuseks.
Inimene, vastupidi, näeb lähedalt halvasti ja eristab hästi kaugel asuvaid objekte. Mõne aja pärast, kui silm objekti kujutist ei näe, kaob see võrkkestalt. Visuaalselt meeldejääv pilt salvestatakse inimmõistusse 0,1 sekundiks. Seda omadust nimetatakse nägemisinertsiks.
Kuidas pilti juhib aju
Teine teadlane Johannes Kepler mõistis, et projitseeritud pilt on tagurpidi. Ja teine teadlane, prantslane Rene Descartes, viis läbi katse ja kinnitas seda järeldust. Ta eemaldas härjasilmalt tagumise läbipaistmatu kihi.
Ta pistis silma klaasis olevasse auku ja nägi silmapõhja seinal akna taga tagurpidi pilti. Seega on tõestatud väide, et kõik silma võrkkestast toituvad kujutised on ümberpööratud välimusega.
Ja see, et me näeme pilte mitte tagurpidi, on aju teene. See on aju, mis pidevalt korrigeerib visuaalset protsessi. Seda on ka teaduslikult ja eksperimentaalselt tõestatud. Psühholoog J. Stretton otsustas 1896. aastal teha eksperimendi.
Ta kasutas prille, tänu millele nägid silma võrkkesta kõik objektid otse välja, mitte tagurpidi. Siis, nagu Stretton ise nägi enda ees tagurpidi pilte. Ta hakkas kogema nähtuste ebaühtlust: silmadega nägemist ja teiste meelte tunnetamist. Esinesid merehaiguse tunnused, ta tundis end halvasti, tundis ebamugavust ja keha tasakaaluhäireid. See kestis kolm päeva.
Neljandal päeval paranes. Viiendal - ta tundis end suurepäraselt, nagu enne katse algust. See tähendab, et aju kohanes muutustega ja viis mõne aja pärast kõik normaalseks.
Niipea kui ta prillid eest võttis, pöördus kõik jälle pea peale. Kuid sel juhul sai aju ülesandega kiiremini hakkama, pooleteise tunni pärast oli kõik taastatud ja pilt muutus normaalseks. Sama katse viidi läbi ahviga, kuid ta ei talunud katset ja langes omamoodi koomasse.
Nägemise tunnused
Vardad ja koonused Teine nägemise tunnus on akommodatsioon, see on silmade võime kohaneda nii lähedalt kui ka kaugelt nägemiseks. Objektiivil on lihased, mis võivad muuta pinna kumerust.
Kaugemal asuvaid esemeid vaadates on pinna kumerus väike ja lihased lõdvestunud. Lähedal asuvaid objekte vaadeldes viivad lihased läätse kokkusurutud olekusse, suureneb kumerus ja seega ka optiline võimsus.
Kuid väga lähedal muutub lihaspinge kõige kõrgemaks, see võib deformeeruda, silmad väsivad kiiresti. Seetõttu on lugemise ja kirjutamise maksimaalne kaugus objektist 25 cm.
Vasaku ja parema silma võrkkestal on saadud kujutised üksteisest erinevad, kuna kumbki silm eraldi näeb objekti oma küljelt. Mida lähemal vaadeldav objekt, seda eredamad on erinevused.
Silmad näevad objekte mahus, mitte tasapinnas. Seda funktsiooni nimetatakse stereoskoopiliseks nägemiseks. Kui vaatate joonist või objekti pikka aega, siis liigutades oma silmad vabasse ruumi, näete hetkeks selle objekti või joonise piirjooni.
Faktid nägemise kohta
Silma ehituse kohta on palju huvitavaid fakte. Huvitavad faktid inimeste ja loomade nägemise kohta:
- Ainult 2% maailma elanikkonnast on rohelised silmad.
- Erinevat värvi silmad on 1% kogu elanikkonnast.
- Albiinodel on punased silmad.
- Inimese vaatenurk on 160–210 °.
- Kasside silmad pöörlevad kuni 185°.
- Hobusel on 350° silm.
- Väikenärilisi näeb raisakotkas 5 km kõrguselt.
- Dragonflyl on ainulaadne nägemisorgan, mis koosneb 30 tuhandest üksikust silmast. Iga silm näeb eraldi fragmenti ja aju ühendab kõik suureks pildiks. Sellist nägemust nimetatakse tahuliseks. Dragonfly näeb 300 pilti sekundis.
- Jaanalinnu silm on suurem kui tema aju.
- Suure vaala silm kaalub 1 kg.
- Krokodillid nutavad liha süües, vabanedes liigsest soolast.
- Skorpionide hulgas on kuni 12 silmaga liike, mõnel ämblikul on 8 silma.
- Koerad ja kassid ei erista punast.
- Ka mesilane ei näe punast, vaid eristab teisi, tunneb hästi ultraviolettkiirgust.
- Levinud arvamus, et lehmad ja pullid reageerivad punasele, on vale. Härjavõitlustes pööravad pullid tähelepanu mitte punasele värvile, vaid kaltsu liikumisele, kuna nad on siiski lühinägelikud.
Silma elund on struktuurilt ja funktsionaalsuselt keeruline. Iga selle komponent on individuaalne ja ainulaadne, sealhulgas võrkkest. Pildi õige ja selge tajumine, nägemisteravus ja maailmanägemine värvides ja värvides sõltuvad iga osakonna tööst eraldi ja koos.
Müoopia ja selle ravimeetodite kohta - videos: