I coni percepiscono i seguenti colori. Funzioni di bastoncelli e coni nella retina

BASTONI E CONI

BASTONI E CONI(fotorecettori), cellule della RETINA, sensibili alla luce. Le bacchette si trovano nello strato colorato, secernono RODOPSINA e sono RECETTORI di luce a bassa intensità. I coni secernono iodopsina, adatta per distinguere i colori. Le aste distinguono solo le sfumature del bianco e nero, ma sono particolarmente sensibili al movimento.


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38. Fotorecettori (bastoncini e coni), differenze tra loro. Processi biofisici che si verificano quando un quanto di luce viene assorbito nei fotorecettori. Pigmenti visivi di bastoncelli e coni. Fotoisomerizzazione della rodopsina. Meccanismo di visione dei colori.

.3. BIOFISICA DELLA PERCEZIONE DELLA LUCE NELLA RETINA La struttura della retina

Viene chiamata la struttura dell'occhio su cui si ottiene l'immagine retina(maglia). In esso, nello strato più esterno, ci sono cellule fotorecettrici: bastoncelli e coni. Lo strato successivo è formato da neuroni bipolari e il terzo strato è formato da cellule gangliari (Fig. 4).Tra bastoncelli (coni) e dendriti bipolari, nonché tra assoni bipolari e cellule gangliari, ci sono sinapsi. Si formano gli assoni delle cellule gangliari nervo ottico. All'esterno della retina (contando dal centro dell'occhio) si trova uno strato nero dell'epitelio pigmentato, che assorbe la radiazione inutilizzata (non assorbita dai fotorecettori) che è passata attraverso la retina. Dall'altro lato della retina (più vicino al centro). coroide fornendo ossigeno e sostanze nutritive alla retina.

Aste e coni sono costituiti da due parti (segmenti) . Segmento interno - questa è una cellula normale con un nucleo, mitocondri (ce ne sono molti nei fotorecettori) e altre strutture. Segmento esterno. quasi interamente riempito di dischi, che sono formati da membrane fosfolipidiche (in bastoncini fino a 1000 dischi, in coni circa 300). Le membrane del disco contengono circa il 50% di fosfolipidi e il 50% di uno speciale pigmento visivo, che nei bastoncelli è chiamato rodopsina(per il suo colore rosa; rhodes in greco significa rosa), e in coni iodopsina. Per brevità, di seguito parleremo solo di bastoncini; i processi nei coni sono simili Le differenze tra coni e bacchette saranno trattate in un'altra sezione. La rodopsina è costituita da una proteina opsin, a cui è allegato un gruppo chiamato retinico. . La retina nella sua struttura chimica è molto vicina alla vitamina A, dalla quale viene sintetizzata nel corpo. Pertanto, una mancanza di vitamina A può causare problemi alla vista.

Differenze tra aste e coni

1. differenza di sensibilità. . La soglia per il rilevamento della luce nei bastoncelli è molto più bassa di quella dei coni. Questo, in primo luogo, è spiegato dal fatto che ci sono più dischi nei bastoncelli che nei coni e, quindi, c'è una maggiore probabilità di assorbimento dei quanti di luce. Tuttavia, motivo principale in un diverso. Bacchette vicine che utilizzano sinapsi elettriche. combinati in complessi chiamati campi ricettivi .. sinapsi elettriche (connessioni) può aprire e chiudere; pertanto, il numero di bastoncelli nel campo ricettivo può variare ampiamente a seconda della quantità di illuminazione: più debole è la luce, più grandi sono i campi recettivi. In condizioni di scarsa illuminazione, più di mille bastoncini possono combinarsi in un campo. Il significato di tale combinazione è che aumenta il rapporto tra segnale utile e rumore. Come risultato delle fluttuazioni termiche sulle membrane delle aste, si verifica una differenza di potenziale variabile in modo casuale, chiamata rumore In condizioni di scarsa illuminazione, l'ampiezza del rumore può superare il segnale utile, ovvero la quantità di iperpolarizzazione causata dal azione della luce. Può sembrare che in tali condizioni la ricezione della luce diventi impossibile, tuttavia, nel caso di percezione della luce non da un bastoncino separato, ma da un ampio campo ricettivo, esiste una differenza fondamentale tra rumore e segnale utile. Il segnale utile in questo caso nasce come somma dei segnali generati dagli stick combinati in un unico sistema - campo ricettivo . Questi segnali sono coerenti, provengono da tutte le aste nella stessa fase. I segnali di rumore dovuti alla natura caotica del movimento termico sono incoerenti, arrivano in fasi casuali. È noto dalla teoria dell'addizione delle oscillazioni che per segnali coerenti l'ampiezza totale è uguale a : Asum = A 1 n, dove MA 1 - ampiezza del segnale singolo, n- numero di segnali In caso di incoerente. segnali (rumore) Asumm=A 1 5.7n. Lascia, ad esempio, che l'ampiezza del segnale utile sia 10 μV e l'ampiezza del rumore sia 50 μV È chiaro che il segnale andrà perso sullo sfondo del rumore. Se 1000 bastoncelli vengono combinati in un campo ricettivo, il segnale utile totale sarà 10 μV

10 mV e il rumore totale è 50 μV 5. 7 \u003d 1650 μV \u003d 1,65 mV, ovvero il segnale sarà 6 volte più rumore. Con questo atteggiamento, il segnale sarà ricevuto con sicurezza e creerà una sensazione di luce. I coni funzionano in buona luce, quando anche in un singolo cono il segnale (PRP) è molto più che rumore. Pertanto, ogni cono invia solitamente il proprio segnale alle cellule bipolari e gangliari indipendentemente dagli altri. Tuttavia, se la luce è ridotta, i coni possono anche combinarsi in campi ricettivi. È vero, il numero di coni nel campo è generalmente piccolo (diverse decine). In generale, i coni forniscono la visione diurna, i bastoncelli forniscono la visione crepuscolare.

2.Differenza di risoluzione.. Il potere risolutivo dell'occhio è caratterizzato dall'angolo minimo al quale due punti adiacenti dell'oggetto sono ancora visibili separatamente. La risoluzione è determinata principalmente dalla distanza tra celle di fotorecettori adiacenti. Affinché due punti non si fondano in uno, la loro immagine deve cadere su due coni, tra i quali ce ne sarà un altro (vedi Fig. 5). In media, ciò corrisponde a un angolo visivo minimo di circa un minuto, ovvero la risoluzione della visione del cono è elevata. I bastoncelli sono solitamente combinati in campi ricettivi. Verranno percepiti tutti i punti le cui immagini cadono su un campo ricettivo

giuro come un punto, poiché l'intero campo ricettivo invia un unico segnale totale al sistema nervoso centrale. Ecco perchè potere risolutivo (acuità visiva) con l'asta (crepuscolo) la visione è bassa. Con un'illuminazione insufficiente, anche i bastoncelli iniziano a combinarsi in campi recettivi e l'acuità visiva diminuisce. Pertanto, quando si determina l'acuità visiva, il tavolo deve essere ben illuminato, altrimenti si può commettere un errore significativo.

3. La differenza di posizionamento. Quando vogliamo avere una visione migliore di un oggetto, giriamo in modo che questo oggetto sia al centro del campo visivo. Poiché i coni forniscono un'alta risoluzione, sono i coni a predominare al centro della retina: ciò contribuisce a una buona acuità visiva. Poiché il colore dei coni è giallo, quest'area della retina è chiamata macula lutea. In periferia, invece, ci sono molte più bacchette (sebbene ci siano anche dei coni). L'acuità visiva è notevolmente peggiore rispetto al centro del campo visivo. In generale, ci sono 25 volte più bastoncelli rispetto ai coni.

4. Differenza nella visione dei colori.La visione del colore è unica per i coni; l'immagine data dalle bacchette è monocolore.

Meccanismo di visione dei colori

Affinché si manifesti una sensazione visiva, è necessario che i quanti di luce siano assorbiti nelle cellule dei fotorecettori, o meglio, nella rodopsina e nella iodopsina. L'assorbimento della luce dipende dalla lunghezza d'onda della luce; ogni sostanza ha uno specifico spettro di assorbimento. Gli studi hanno dimostrato che esistono tre tipi di iodopsina con diversi spettri di assorbimento. In

di un tipo, il massimo di assorbimento si trova nella parte blu dello spettro, l'altro - in verde e il terzo - in rosso (Fig. 5). C'è un pigmento in ogni cono e il segnale inviato da questo cono corrisponde all'assorbimento della luce da parte di questo pigmento. I coni contenenti un pigmento diverso invieranno segnali diversi. A seconda dello spettro della luce incidente su una determinata area della retina, il rapporto tra i segnali provenienti da diversi tipi di coni risulta essere diverso e, in generale, la totalità dei segnali ricevuti dal centro visivo del SNC caratterizzano la composizione spettrale della luce percepita, che dà senso soggettivo del colore.

Informazioni sul mondo circa il 90% di una persona riceve attraverso l'organo della vista. Il ruolo della retina è una funzione visiva. La retina è costituita da fotorecettori di una struttura speciale: coni e bastoncelli.

I bastoncelli e i coni sono recettori fotografici con un alto grado di sensibilità; convertono i segnali luminosi provenienti dall'esterno in impulsi percepiti dal sistema nervoso centrale - il cervello.

Quando è illuminato - durante ore diurnecarico aumentato i coni sono testati. I bastoncelli sono responsabili della visione crepuscolare - se non sono abbastanza attivi, cecità notturna.

I coni e i bastoncelli nella retina dell'occhio hanno struttura diversa perché le loro funzioni sono diverse.

La struttura dell'occhio umano

Include anche l'organo della vista parte vascolare e il nervo ottico, che trasmette i segnali ricevuti dall'esterno al cervello. La parte del cervello che riceve e converte le informazioni è anche considerata una delle parti del sistema visivo.

Dove si trovano le aste e i coni? Perché non sono elencati? Questi sono recettori tessuto nervoso che compongono la retina. Grazie a coni e bastoncelli, la retina riceve un'immagine fissata dalla cornea e dal cristallino. Gli impulsi trasmettono l'immagine al sistema nervoso centrale, dove vengono elaborate le informazioni. Questo processo viene eseguito in poche frazioni di secondo, quasi istantaneamente.

La maggior parte dei fotorecettori sensibili si trova nella macula: questo è il nome della regione centrale della retina. Il secondo nome della macula è macchia gialla occhi. Questo nome è stato dato alla macula perché esaminando quest'area è chiaramente visibile una sfumatura giallastra.

La struttura della parte esterna della retina comprende il pigmento, la parte interna contiene elementi fotosensibili.

Coni negli occhi

I coni hanno preso il nome perché hanno una forma simile ai flaconi, solo molto piccoli. In un adulto, la retina comprende 7 milioni di questi recettori.

Ogni cono è composto da 4 strati:

  • esterno - dischi di membrana con un pigmento di colore iodopsina; è questo pigmento che fornisce alta sensibilità quando si percepiscono onde luminose di varie lunghezze;
  • livello di collegamento - il secondo strato - costrizione, che consente di formare la forma di un recettore sensibile - è costituito da mitocondri;
  • la parte interna - il segmento basale, il collegamento;
  • zona sinaptica.

Attualmente, sono stati completamente studiati solo 2 pigmenti fotosensibili nella composizione di fotorecettori di questo tipo, clorolab ed eritrolab. Il primo è responsabile della percezione della regione spettrale giallo-verde, il secondo - il giallo-rosso.

Si attacca agli occhi

I bastoncelli della retina sono di forma cilindrica, la lunghezza supera il diametro di 30 volte.

La composizione dei bastoncini comprende i seguenti elementi:

  • dischi a membrana;
  • ciglia;
  • mitocondri;
  • tessuto nervoso.

La massima sensibilità alla luce è fornita dal pigmento rodopsina (viola visiva). Non riesce a distinguere tra le sfumature di colore, ma reagisce anche ai minimi bagliori di luce che riceve dall'esterno. Il recettore dell'asta viene eccitato anche da un lampo, la cui energia è solo un fotone. È questa capacità che ti permette di vedere al tramonto.

La rodopsina è una proteina del gruppo dei pigmenti visivi, appartiene alle cromoproteine. Ha ricevuto il suo secondo nome - viola visivo - durante la ricerca. Rispetto ad altri pigmenti, si distingue nettamente con una tinta rosso brillante.

La rodopsina contiene due componenti: una proteina incolore e un pigmento giallo.

La reazione della rodopsina a un raggio di luce è la seguente: se esposto alla luce, il pigmento si decompone, provocando eccitazione nervo ottico. A giorno la sensibilità dell'occhio si sposta nella regione blu, nella notte - il viola visivo viene ripristinato entro 30 minuti.

Durante questo periodo, l'occhio umano si adatta al crepuscolo e inizia a percepire più chiaramente le informazioni circostanti. È questo che può spiegare che al buio, nel tempo, iniziano a vedere più chiaramente. Meno luce entra, più acuta è la visione crepuscolare.

Coni e bastoncelli dell'occhio - funzioni

È impossibile considerare i fotorecettori separatamente - in apparato visivo formano un tutto e ne sono responsabili funzioni visive e percezione del colore. Senza il lavoro coordinato di entrambi i tipi di recettori, il centrale sistema nervoso riceve informazioni confuse.

La visione dei colori è fornita dalla simbiosi di bastoncelli e coni. I bastoncelli sono sensibili nella parte verde dello spettro - 498 nm, non di più, e poi coni con tipi diversi pigmento.

Per valutare la gamma giallo-rosso e blu-verde, sono coinvolti coni a onde lunghe e medie con ampie zone fotosensibili e sovrapposizione interna di queste zone. Cioè, i fotorecettori reagiscono contemporaneamente a tutti i colori, ma sono eccitati più intensamente ai propri.

Di notte, è impossibile distinguere i colori, un pigmento colorato può rispondere solo ai lampi di luce.

Le cellule biopolari diffuse nella retina formano sinapsi (il punto di contatto tra un neurone e una cellula che riceve un segnale, o tra due neuroni) con più bastoncelli contemporaneamente - questa è chiamata convergenza sinaptica.

Una maggiore percezione della radiazione luminosa è fornita da cellule bipolari monosinaptiche che collegano i coni con una cellula gangliare. Una cellula gangliare è un neurone che si trova nella retina dell'occhio e genera impulsi nervosi.

Insieme, bastoncelli e coni legano le cellule amacriliche e orizzontali, in modo che la prima elaborazione delle informazioni avvenga anche nella retina stessa. Ciò fornisce una rapida reazione di una persona a ciò che sta accadendo intorno a lui. Le cellule amacriliche e orizzontali sono responsabili dell'inibizione laterale, ovvero produce l'eccitazione di un neurone "calmante" azione su un altro, che aumenta la nitidezza della percezione delle informazioni.

Nonostante la diversa struttura dei fotorecettori, si completano a vicenda. Grazie al loro lavoro coordinato, è possibile ottenere un'immagine nitida e nitida.

I coni della retina del bulbo oculare sono una delle varietà di fotorecettori, che fa parte dello strato responsabile della fotosensibilità. I coni sono una delle strutture più complesse e importanti della struttura. occhio umano responsabile della capacità di distinguere combinazione di colori. Trasformando l'energia luminosa ricevuta in impulsi elettrici, inviano informazioni sul mondo che circonda una persona a determinate parti del cervello. I neuroni elaborano il segnale ricevuto e lo riconoscono un gran numero di colori e le loro sfumature, ma non tutti questi processi sono stati studiati oggi.

I coni hanno preso il loro nome perché loro aspetto esteriore molto simile a un normale pallone da laboratorio.

Bastoncelli e coni sono recettori sensibili nella retina dell'occhio che trasformano gli stimoli luminosi in nervosi

Il cono è lungo 0,05 mm e largo 0,004. Il diametro del punto più stretto del cono è 0,001 mm. Nonostante la loro dimensione sia molto piccola, l'accumulo di coni sulla retina è di milioni. Questo fotorecettore, nonostante le sue dimensioni microscopiche, ha uno dei più anatomia complessa ed è composto da più reparti:

  1. Nel reparto esterno c'è un accumulo di plasmalemi, da cui si formano semi-dischi. Il numero di tali accumuli negli organi visivi è stimato in centinaia. Anche nella sezione esterna contiene il pigmento iodopsina, che è coinvolto nei meccanismi della visione dei colori.
  2. Reparto legatoria- la parte più stretta del cono. Il citoplasma situato nel reparto ha la struttura di una corda molto sottile. Nella stessa sezione sono presenti due ciglia dalla struttura insolita.
  3. In reparto interno si trovano le cellule responsabili del funzionamento del recettore. Anche qui ci sono il nucleo, i mitocondri e il ribosoma. Un tale quartiere può indicare che nella sezione interna sono in corso intensi processi di produzione di energia, necessari per il corretto funzionamento dei fotorecettori.
  4. Dipartimento sinaptico, funge da collegamento tra i recettori sensibili alla luce e cellule nervose. È in questa sezione che contiene una sostanza che svolge un ruolo importante nella trasmissione degli impulsi dallo strato della retina responsabile della percezione della luce al nervo ottico.

Come funzionano i fotorecettori

Il processo con cui funzionano i coni non è ancora compreso. Oggi ci sono due versioni principali che possono descrivere in modo più accurato questo processo.


I coni sono responsabili dell'acuità visiva e della percezione del colore (visione diurna)

Ipotesi della visione a tre componenti

Gli aderenti a questa versione affermano che nella retina dell'occhio umano ci sono diversi tipi di coni contenenti pigmenti diversi. La iodopsina - il pigmento principale situato nella parte esterna dei coni, ha 3 varietà:

  • eritrolaboratorio;
  • clorolab;
  • cianolaboratorio;

E se le prime due varietà del pigmento sono già state studiate in dettaglio, allora l'esistenza della terza avviene solo in teoria, e la sua esistenza è confermata solo da fatti indiretti. Quindi a che colore sono sensibili i coni retinici? Se usiamo questa teoria come principale, possiamo dire quanto segue. I coni, che contengono erythrolab, sono in grado di percepire solo la radiazione che ha onde lunghe, e questa è la parte giallo-rossa dello spettro. Le radiazioni che hanno una lunghezza media o una parte giallo-verde dello spettro sono percepite da coni contenenti clorolab.

L'affermazione che ci sono coni che elaborano la radiazione a onde corte (shades di colore blu), ed è su questa affermazione che si costruisce la teoria della struttura a tre componenti retina dell'occhio.

Teoria non lineare delle due componenti

I fautori di questa teoria negano completamente l'esistenza di un terzo tipo di pigmento. Sono giustificati dal fatto che per la normale percezione della luce delle restanti parti dello spettro, è sufficiente il funzionamento di un meccanismo simile a dei bastoncini. Sulla base di ciò, si può affermare che retina il bulbo oculare è in grado di percepire l'intera gamma di colori solo quando lavoro congiunto coni e bastoncelli. Questa teoria implica anche che l'interazione di queste strutture dia origine alla capacità di determinare la presenza di sfumature gialle nella gamma. colori visibili. A quale colore sono selettivamente sensibili i coni della retina, oggi non c'è risposta, poiché questo problema non è stato risolto.


Ci sono circa 7 milioni di coni sulla retina di un adulto sano.

L'esistenza di persone con una rara anomalia: un cono aggiuntivo della retina dell'occhio è stata scientificamente provata. Ciò significa che nelle persone con questo fenomeno, un altro fotorecettore si trova nel bulbo oculare. Le persone con questa anomalia sono in grado di distinguere 10 volte più sfumature di una persona con importo normale recettori. Studi contrastanti forniscono i seguenti dati.

La patologia identificata si verifica solo nel 2% della popolazione ed esclusivamente femminile. Tuttavia, il secondo gruppo di ricerca afferma che oggi una tale caratteristica si trova in un quarto della popolazione terrestre.

Retina - la retina del bulbo oculare, è in grado di percepire le informazioni completamente, solo quando lavoro corretto tutti i meccanismi interni. Se uno dei componenti non produce sostanze necessarie, quindi la percezione dello spettro cromatico viene notevolmente ridotta. Questo fenomeno ha ricevuto nome comune daltonismo. I pazienti con questa diagnosi non hanno la capacità di distinguere determinati colori, poiché la malattia è un'eredità genetica e non ha un metodo di trattamento specifico.

I bastoncini hanno la forma di un cilindro con un diametro del cerchio irregolare, ma approssimativamente uguale lungo la lunghezza. Inoltre la lunghezza (pari a 0.000006 mo 0.06 mm) è 30 volte il loro diametro (0.000002 mo 0.002 mm), motivo per cui il cilindro allungato è davvero molto simile ad un bastone. negli occhi persona sana ci sono circa 115-120 milioni di bastoncini.

La bacchetta dell'occhio umano è composta da 4 segmenti:

1 - Segmento esterno (contiene dischi di membrana),

2 - Segmento di collegamento (ciglia),

4 - Segmento basale (connessione nervosa)

I bastoncini sono estremamente sensibili alla luce. Abbastanza energia di un fotone (la più piccola particella elementare di luce) per la reazione dei bastoncini. Questo fatto aiuta con la cosiddetta visione notturna, permettendoti di vedere al tramonto.

I bastoncini non sono in grado di distinguere i colori, innanzitutto questo è dovuto alla presenza di un solo pigmento di rodopsina nei bastoncini. La rodopsina, o altrimenti è chiamata viola visivo, per l'inclusione di due gruppi di proteine ​​(cromoforo e opsina) ha due massimi di assorbimento della luce, anche se, dato che uno di questi massimi è oltre la luce visibile all'occhio umano (278 nm è la regione dell'ultravioletto, non visibile all'occhio), vale la pena chiamarli massimi di assorbimento delle onde. Tuttavia, il secondo massimo di assorbimento è ancora visibile all'occhio: si trova a circa 498 nm, che è, per così dire, al confine tra il verde spettro dei colori e blu.

È noto in modo affidabile che la rodopsina contenuta nei bastoncini reagisce alla luce più lentamente della iodopsina nei coni. Pertanto, i bastoncini sono meno reattivi alla dinamica del flusso luminoso e distinguono male gli oggetti in movimento. Per lo stesso motivo, anche l'acuità visiva non è una specializzazione dei bastoncelli.

Coni della retina

I coni hanno preso il nome dalla loro forma, simile alle boccette da laboratorio. La lunghezza del cono è 0,00005 metri, o 0,05 mm. Il suo diametro nel punto più stretto è di circa 0,000001 metri, o 0,001 mm, e 0,004 mm nel punto più largo. Ci sono circa 7 milioni di coni in un adulto sano.

I coni sono meno sensibili alla luce, in altre parole, per eccitarli è necessario un flusso luminoso dieci volte più intenso che per eccitare i bastoncelli. Tuttavia, i coni sono in grado di elaborare la luce in modo più intenso rispetto ai bastoncelli, motivo per cui percepiscono meglio i cambiamenti nel flusso luminoso (ad esempio, i bastoncelli sono più bravi a distinguere la luce in dinamica quando gli oggetti si muovono rispetto all'occhio) e determinano anche una visione più chiara Immagine.

Il cono dell'occhio umano è composto da 4 segmenti:

1 - Segmento esterno (contiene dischi di membrana con iodopsina),

2 - Segmento di collegamento (costrizione),

3 - Segmento interno (contiene mitocondri),

4 - Area di connessione sinaptica (segmento basale).

La ragione delle proprietà di cui sopra dei coni è il contenuto del pigmento biologico iodopsina in essi contenuto. Al momento della stesura di questo articolo sono stati trovati due tipi di iodopsina (isolati e provati): erythrolab (pigmento sensibile alla parte rossa dello spettro, alle lunghe onde L), clorolab (pigmento sensibile alla parte verde dello spettro , a onde M medie). Ad oggi non è stato trovato un pigmento sensibile alla parte blu dello spettro, alle onde S corte, sebbene gli sia già stato assegnato il nome cyanolab.

La divisione dei coni in 3 tipi (in base alla predominanza dei pigmenti di colore in essi contenuti: erythrolab, chlorolab, cyanolab) è chiamata ipotesi di visione a tre componenti. Tuttavia, esiste anche una teoria della visione non lineare a due componenti, i cui aderenti credono che ogni cono contenga contemporaneamente sia erythrolab che chlorolab, il che significa che è in grado di percepire i colori dello spettro rosso e verde. Allo stesso tempo, la rodopsina sbiadita delle bacchette assume il ruolo di cianolalab. A sostegno di questa teoria, si dice anche che le persone che soffrono, precisamente nella parte blu dello spettro (tritanopia), hanno anche difficoltà a visione crepuscolare(cecità notturna), che è un segno di lavoro anomalo dei bastoncelli della retina.

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