Znajdują się światłoczułe komórki pręcików i stożków. Pręty i czopki siatkówki: struktura

Głównymi elementami światłoczułymi (receptorami) są dwa rodzaje komórek: jedna w postaci łodygi - kije 110-123 mln. (wysokość 30 µm, grubość 2 µm), inne krótsze i grubsze - szyszki 6-7 milionów. (wysokość 10 µm, grubość 6-7 µm). Są nierównomiernie rozmieszczone w siatkówce. Centralny dołek siatkówki (dołek centralny) zawiera tylko szyszki (do 140 tysięcy na 1 mm). W kierunku obwodu siatkówki ich liczba maleje, a liczba pręcików wzrasta.

Każdy fotoreceptor – pręcik lub czopek – składa się z światłoczułego segmentu zewnętrznego zawierającego pigment wizualny oraz segmentu wewnętrznego zawierającego jądro i mitochondria, które zapewniają procesy energetyczne w komórce fotoreceptorowej.

Zewnętrzny segment to światłoczuły obszar, w którym energia świetlna jest przekształcana w potencjał receptora.Badania pod mikroskopem elektronowym wykazały, że zewnętrzny segment jest wypełniony dyskami membranowymi utworzonymi przez błonę plazmatyczną. W kijach, każdy segment zewnętrzny zawiera 600-1000 dysków, które są spłaszczonymi workami membranowymi ułożonymi jak kolumna monet. W stożkach jest mniej dysków membranowych. To częściowo wyjaśnia jeszcze wysoka czułość trzyma się światła(różdżka może podniecić wszystko) jeden kwant światła, a Aktywacja stożka wymaga ponad 100 fotonów.

Każdy dysk to podwójna membrana składająca się z podwójnej warstwy cząsteczki fosfolipidów pomiędzy którymi znajdują się cząsteczki białka. Retinal, który jest częścią wizualnej rodopsyny pigmentowej, jest związany z cząsteczkami białka.

Zewnętrzne i wewnętrzne segmenty komórki fotoreceptorowej są oddzielone membranami, przez które przechodzi wiązka 16-18 cienkich włókienek. Segment wewnętrzny przechodzi w proces, za pomocą którego komórka fotoreceptorowa przekazuje pobudzenie przez synapsę do stykającej się z nią dwubiegunowej komórki nerwowej.

Zewnętrzne segmenty receptorów skierowane są na nabłonek pigmentowy, dzięki czemu światło najpierw przechodzi przez 2 warstwy komórki nerwowe i wewnętrznych segmentów receptorów, a następnie dociera do warstwy pigmentu.

szyszki działają w warunkach silnego oświetlenia zapewniają widzenie dnia i kolorów, i kije- są odpowiedzialne za wizja zmierzchu.

Widoczne dla nas widmo promieniowania elektromagnetycznego jest zamknięte między falą krótką (długość faliod 400nm) promieniowanie, które nazywamy promieniowaniem fioletowym i długofalowym (długość falido 700 nm ) o nazwie czerwony. Sztyfty zawierają specjalny pigment rodopsyna, (składa się z aldehydu witaminy A lub siatkówki i białka) lub wizualnej purpury, maksimum widma, którego absorpcja mieści się w zakresie 500 nanometrów. Resyntetyzuje się w ciemności i blaknie w świetle. Przy braku witaminy A zaburzone jest widzenie o zmierzchu - „nocna ślepota”.

W segmentach zewnętrznych trzy rodzaje szyszek ( wrażliwe na kolory niebieski, zielony i czerwony) zawiera trzy rodzaje pigmentów wizualnych, których maksymalne widma absorpcji są w niebieski (420 nm), zielony (531 nm) oraz czerwony (558 nm) części widma. czerwony stożek pigment został nazwany - „jodopsyna”. Struktura jodopsyny jest zbliżona do struktury rodopsyny.

Rozważ kolejność zmian:

Molekularna Fizjologia Fotorecepcji: Wewnątrzkomórkowe zapisy ze zwierzęcych czopków i pręcików wykazały, że w ciemności wzdłuż fotoreceptora przepływa ciemny prąd, opuszczając segment wewnętrzny i wchodząc do segmentu zewnętrznego. Oświetlenie prowadzi do blokady tego prądu. Potencjał receptora moduluje uwalnianie nadajnika ( glutaminian) w synapsie fotoreceptorów. Wykazano, że w ciemności fotoreceptor nieustannie uwalnia działający neuroprzekaźnik depolaryzacja sposób na błonach procesów postsynaptycznych komórek poziomych i dwubiegunowych.

Pręciki i czopki mają wyjątkową aktywność elektryczną wśród wszystkich receptorów, ich potencjały receptorowe pod działaniem światła - hiperpolaryzacja, potencjały czynnościowe pod ich wpływem nie powstają.

(Gdy światło jest pochłaniane przez cząsteczkę wizualnego pigmentu - rodopsynę, natychmiastowa) izomeryzacja jego grupa chromoforowa: 11-cis-retinal jest przekształcany w trans-retinal. Po fotoizomeryzacji siatkówki w białkowej części cząsteczki zachodzą zmiany przestrzenne: staje się ona bezbarwna i przechodzi w stan metodopsyna II W rezultacie wizualna cząsteczka pigmentu nabywa zdolność do interakcji z innym białko błonoweG trifosforan guanozyny (GTP) -białko wiążące - transducyna (T) .

W kompleksie z metarodopsyną transducyna wchodzi w stan aktywny i zamienia związany z nią difosforan ganozytu (GDP) w ciemności na (GTP). Transducin+ GTP aktywuje inną cząsteczkę białka związaną z błoną, enzym fosfodiesterazę (PDE). Aktywowany PDE niszczy kilka tysięcy cząsteczek cGMP .

W rezultacie zmniejsza się stężenie cGMP w cytoplazmie zewnętrznego segmentu receptora. Prowadzi to do zamknięcia kanałów jonowych w błonie komórkowej segmentu zewnętrznego, które zostały otwarte W ciemności i przez który wewnątrz komórki zawierał Na+ i Ca. Kanały jonowe zamykają się z powodu stężenie cGMP, które utrzymywało otwarte kanały, spada. Obecnie stwierdzono, że pory w receptorze otwierają się z powodu cGMP do cyklicznego monofosforanu guanozyny .

Mechanizm przywracania początkowego stanu ciemnego fotoreceptora związane ze wzrostem stężenia cGMP. (w fazie ciemnej z udziałem dehydrogenazy alkoholowej + NADP)

Zatem absorpcja światła przez cząsteczki fotopigmentu prowadzi do zmniejszenia przepuszczalności dla Na, czemu towarzyszy hiperpolaryzacja, tj. pojawienie się potencjału receptora. Potencjał receptora hiperpolaryzacji, który powstał na błonie zewnętrznego segmentu, rozprzestrzenia się następnie wzdłuż komórki do jej presynaptycznego zakończenia i prowadzi do zmniejszenia szybkości uwalniania mediatora - glutaminian . Oprócz glutaminianu neurony siatkówki mogą syntetyzować inne neuroprzekaźniki, takie jak acetylocholina, dopamina, glicyna GABA.

Fotoreceptory są połączone stykami elektrycznymi (przerwymi). To połączenie jest selektywne: patyki są połączone z patykami i tak dalej.

Te odpowiedzi fotoreceptorów zbiegają się na komórkach poziomych, co prowadzi do depolaryzacji w sąsiednich czopkach, co jest negatywne Informacja zwrotna co wzmacnia kontrast światła.

Na poziomie receptorów następuje inhibicja i sygnał czopka przestaje odzwierciedlać liczbę pochłoniętych fotonów, ale niesie informację o barwie, rozkładzie i natężeniu światła padającego na siatkówkę w sąsiedztwie receptora.

Istnieją 3 rodzaje neuronów siatkówki - komórki dwubiegunowe, poziome i amakrynowe. Komórki dwubiegunowe bezpośrednio wiążą fotoreceptory z komórkami zwojowymi, tj. przeprowadzić transmisję informacji przez siatkówkę w kierunku pionowym. Komórki poziome i amakrynowe przekazują informacje poziomo.

Dwubiegunowy komórki zajmują siatkówkę pozycja strategiczna, ponieważ wszystkie sygnały, które pojawiają się w receptorach docierających do komórek zwojowych, muszą przez nie przechodzić.

Udowodniono eksperymentalnie, że komórki dwubiegunowe mają pola receptywne w którym przeznaczyć centrum i peryferie (John Dowling i wsp. Harvard Medical School).

Pole odbiorcze - zestaw receptorów, które wysyłają sygnały do ​​danego neuronu przez jedną lub więcej synaps.

Wielkość pól przyjmujących: d=10 µm lub 0,01 mm - poza środkowym dołem.

W samej dziurzed=2,5 µm (dzięki temu jesteśmy w stanie rozróżnić 2 punkty na widoczna odległość między nimi jest tylko 0,5 minuty łuku-2,5 mikrona - jeśli porównasz, jest to moneta 5 kopiejek w odległości około 150 metrów)

Począwszy od poziomu komórek dwubiegunowych, neurony układu wzrokowego różnicują się na dwie grupy, które reagują w przeciwny sposób na oświetlenie i zaciemnienie:

1 - komórki, podekscytowany oświetleniem i zahamowany przez ciemność "włączone" - neurony oraz

Komórki Podekscytowany ciemnością i zahamowany przez iluminację - " off”- neurony. Ogniwo w centrum rozładowuje się ze znacznie zwiększoną częstotliwością.

Jeśli słuchasz wyładowań takiej komórki przez głośnik, to najpierw usłyszysz spontaniczne impulsy, oddzielne losowe kliknięcia, a następnie po włączeniu światła pojawia się salwa impulsów, przypominająca wybuch karabinu maszynowego. Przeciwnie, w komórkach z reakcją wyłączania (gdy światło jest wyłączone - seria impulsów) Podział ten jest zachowany na wszystkich poziomach układu wzrokowego, aż do kory mózgowej włącznie.

W samej siatkówce przekazywane są informacje sposób bez impulsu (dystrybucja i transsynaptyczna transmisja stopniowych potencjałów).

W komórkach poziomych, dwubiegunowych i amokrynnych przetwarzanie sygnału odbywa się poprzez powolne zmiany potencjałów błonowych (odpowiedź toniczna). PD nie jest generowane.

Odpowiedzi komórek pręcikowych, stożkowych i poziomych są hiperpolaryzacyjne, podczas gdy odpowiedzi komórek dwubiegunowych mogą być hiperpolaryzacyjne lub depolaryzacyjne. Komórki amakrynowe tworzą potencjały depolaryzujące.

Aby zrozumieć, dlaczego tak jest, należy wyobrazić sobie wpływ małej jasnej plamki. Receptory działają w ciemności, a światło, powodując hiperpolaryzację, zmniejsza ich aktywność. Jeśli synapsy pobudzające, bipolar aktywuje się w ciemności, a dezaktywować się w świetle; jeśli synapsa jest hamująca, dwubiegunowa jest hamowana w ciemności, a w świetle, wyłączenie receptora usuwa to hamowanie, czyli aktywuje się komórka dwubiegunowa. To. to, czy synapsa dwubiegunowa receptora jest pobudzająca, czy hamująca, zależy od mediatora wydzielanego przez receptor.

Komórki poziome biorą udział w przekazywaniu sygnałów z komórek dwubiegunowych do komórek zwojowych, które przekazują informacje z fotoreceptorów do komórek dwubiegunowych, a następnie do komórek zwojowych.

Komórki poziome reagują na światło przez hiperpolaryzację z wyraźnym sumowaniem przestrzennym.

Komórki poziome nie generują impulsów nerwowych, ale błona ma właściwości nieliniowe, które zapewniają bezimpulsową transmisję sygnału bez tłumienia.

Komórki dzielą się na dwa typy: B i C. Komórki typu B, czyli jasność, zawsze reagują hiperpolaryzacją, niezależnie od długości fali światła. Komórki typu C, czyli komórki chromatyczne, dzielą się na dwu- i trójfazowe. Komórki chromatyczne reagują hiper- lub depolaryzacją w zależności od długości światła stymulującego.

Komórki dwufazowe są albo czerwono-zielone (depolaryzowane światłem czerwonym, hiperpolaryzowane zielonym) lub zielono-niebieskie (depolaryzowane światłem zielonym, hiperpolaryzowane niebieskim). Komórki trójfazowe są depolaryzowane przez światło zielone, a światło niebieskie i czerwone powoduje hiperpolaryzację błony. Komórki amakrynowe regulują transmisję synaptyczną w kolejnym etapie od komórek dwubiegunowych do komórek zwojowych.

Dendryty komórek amakrynowych rozgałęziają się w warstwie wewnętrznej, gdzie stykają się z wyrostkami dwubiegunowymi i dendrytami komórek zwojowych. Włókna odśrodkowe pochodzące z mózgu kończą się na komórkach amakrynowych.

Komórki amakrynowe generują potencjały stopniowe i pulsacyjne (fazowy charakter odpowiedzi). Komórki te reagują szybką depolaryzacją na włączanie i wyłączanie światła i wykazują słabe

antagonizm przestrzenny między centrum a peryferiami.

Siatkówka jest główną częścią oka analizator wizualny. Oto percepcja elektromagnetycznych fal świetlnych, ich transformacja w Impulsy nerwowe i transmisja do nerwu wzrokowego. Widzenie w dzień (kolor) i w nocy zapewniają specjalne receptory siatkówkowe. Razem tworzą tak zwaną warstwę fotosensoryczną. Ze względu na swój kształt receptory te nazywane są czopkami i pręcikami.

Pokaż wszystko

Pojęcia ogólne

Mikroskopowa struktura oka

Histologicznie na siatkówce izoluje się 10 warstw komórek. Zewnętrzna warstwa światłoczuła składa się z fotoreceptorów (prętów i czopków), które są specjalnymi formacjami komórek neuronabłonkowych. Zawierają wizualne pigmenty zdolne do pochłaniania fal świetlnych o określonej długości fali. Pręciki i czopki są nierównomiernie rozmieszczone na siatkówce. Większość stożków znajduje się pośrodku, a pręty na obrzeżach. Ale to nie jedyna różnica:

1. 1. Kije zapewniają widzenie w nocy. Oznacza to, że odpowiadają za percepcję światła w warunkach słabego oświetlenia. W związku z tym za pomocą patyków osoba może widzieć przedmioty tylko w czerni i bieli.
2. 2. Szyszki zapewniają ostrość wzroku przez cały dzień. Z ich pomocą człowiek widzi świat na kolorowym obrazie.

Pręciki są wrażliwe tylko na fale krótkie, których długość nie przekracza 500 nm (niebieska część widma). Ale są aktywne nawet wtedy, gdy rozproszone światło gdy gęstość strumienia fotonów jest zmniejszona. Czopki są bardziej czułe i mogą odbierać wszystkie sygnały kolorystyczne. Ale do ich wzbudzenia potrzebne jest światło o znacznie większej intensywności. W ciemności prace wizualne wykonywane są za pomocą patyków. Dzięki temu o zmierzchu iw nocy człowiek widzi sylwetki przedmiotów, ale nie czuje ich kolorów.

Dysfunkcja fotoreceptorów siatkówki może prowadzić do: różne patologie wizja:

• naruszenie percepcji kolorów (ślepota barw);
• choroby zapalne siatkówki;
• stratyfikacja błony siatkówki;
• zaburzenia widzenia o zmierzchu (nocna ślepota);
• światłowstręt.



szyszki

Ludzie z Dobry wzrok mają około siedmiu milionów czopków w każdym oku. Ich długość wynosi 0,05 mm, szerokość - 0,004 mm. Ich wrażliwość na przepływ promieni jest niska. Ale jakościowo postrzegają całą gamę kolorów, w tym odcienie.

Odpowiadają również za zdolność rozpoznawania poruszających się obiektów, gdyż lepiej reagują na dynamikę oświetlenia.



Struktura szyszek



Schematyczna budowa stożków i prętów

Stożek ma trzy główne segmenty i przewężenie:

1. 1. Segment zewnętrzny. To on zawiera światłoczuły pigment jodopsyny, który znajduje się w tak zwanych półdyskach - fałdach błony plazmatycznej. Ten obszar komórki fotoreceptorowej jest stale aktualizowany.
2. 2. Zwężenie utworzone przez błonę plazmatyczną służy do przenoszenia energii z segment wewnętrzny poza. To tak zwane rzęski wykonują to połączenie.
3. 3. Segment wewnętrzny to obszar aktywnego metabolizmu. Oto mitochondria – baza energetyczna komórek. W tym segmencie następuje intensywne uwalnianie energii niezbędnej do realizacji procesu wizualnego.
4. 4. Zakończenie synaptyczne to obszar synaps - kontaktów między komórkami przenoszącymi impulsy nerwowe do nerwu wzrokowego.



Hipoteza trójskładnikowa percepcji kolorów

Wiadomo, że szyszki zawierają specjalny pigment - jodopsynę, który pozwala im dostrzec całość spektrum kolorów. Zgodnie z trójskładnikową hipotezą widzenia kolorów istnieją trzy rodzaje czopków. Każdy z nich zawiera swój własny rodzaj jodopsyny i jest w stanie dostrzec tylko swoją część widma.

1. 1. Typ L zawiera pigment erythrolab i wychwytuje długie fale, a mianowicie czerwono-żółtą część widma.
2. 2. Typ M zawiera pigment chlorolabowy i jest w stanie odbierać fale średnie emitowane przez zielono-żółty obszar widma.
3. 3. Typ S zawiera pigment cyanolab i reaguje na fale krótkie, postrzegając niebieską część widma.

Wielu naukowców zajmujących się problemami współczesnej histologii zauważa niższość trójskładnikowej hipotezy percepcji kolorów, ponieważ nie znaleziono jeszcze potwierdzenia istnienia trzech rodzajów czopków. Ponadto nie odkryto jeszcze pigmentu, któremu wcześniej nadano nazwę cyanolab.

Hipoteza dwuskładnikowa percepcji kolorów

Zgodnie z tą hipotezą wszystkie czopki siatkówki zawierają zarówno erytolab, jak i chlorolab. Dlatego mogą postrzegać zarówno długo, jak i Środkowa cześć widmo. A jego krótka część, w tym przypadku, odbiera rodopsynę pigmentu zawartą w sztyftach.

Na korzyść tej teorii przemawia fakt, że osoby, które nie są w stanie dostrzec krótkich fal widma (czyli jego niebieskiej części) jednocześnie cierpią na zaburzenia widzenia w warunkach słabego oświetlenia. W przeciwnym razie ta patologia nazywa się „ nocna ślepota i jest spowodowane dysfunkcją pręcików siatkówki.

kije



Stosunek liczby pręcików (szary) i czopków (zielony) na siatkówce

Pałki wyglądają jak małe wydłużone cylindry o długości około 0,06 mm. Dorosła zdrowa osoba ma około 120 milionów tych receptorów na siatkówce w każdym oku. Wypełniają całą siatkówkę, koncentrując się głównie na obwodzie. Plamka żółta (obszar siatkówki, w którym widzenie jest najostrzejsze) praktycznie nie zawiera pręcików.

Pigment, który sprawia, że ​​pręciki są bardzo wrażliwe na światło, nazywa się rodopsyną lub wizualną purpurą. . W jasnym świetle pigment blednie i traci tę zdolność. W tym momencie jest podatny tylko na krótkie fale świetlne, które tworzą niebieski obszar widma. W ciemności jej kolor i walory są stopniowo przywracane.

Struktura patyczków

Pręty mają budowę zbliżoną do szyszek. Składają się z czterech głównych części:

1. 1. Zewnętrzny segment z krążkami membranowymi zawiera rodopsynę pigmentową.
2. 2. Segment łączący lub rzęska styka się między sekcją zewnętrzną i wewnętrzną.
3. 3. Segment wewnętrzny zawiera mitochondria. Oto proces generowania energii.
4. 4. Podstawowy segment zawiera zakończenia nerwowe i realizuje transmisję impulsów.

Wyjątkowa wrażliwość tych receptorów na działanie fotonów pozwala na zamianę stymulacji świetlnej na nerwowe podniecenie i wyślij do mózgu. Tak przebiega proces percepcji fal świetlnych. ludzkie oko- fotorecepcja.

Człowiek jest jedyną żywą istotą zdolną do postrzegania świata w całym jego bogactwie barw i odcieni. Ochrona oczu przed Szkodliwe efekty a zapobieganie wadom wzroku pomoże zachować tę wyjątkową zdolność przez wiele lat.

Witam, drodzy czytelnicy! Wszyscy słyszeliśmy, że zdrowie oczu należy chronić od najmłodszych lat, ponieważ utraconego wzroku nie zawsze można przywrócić. Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak działa oko? Jeśli o tym wiemy, łatwiej nam będzie zrozumieć, jakie procesy zapewniają wizualne postrzeganie otaczającego nas świata.

Ludzkie oko ma złożoną strukturę. Być może najbardziej tajemniczym i złożonym elementem jest siatkówka. To jest cienka warstwa tkanka nerwowa i naczynia. Ale to na nim niezbędna funkcja przetwarzanie informacji otrzymywanych przez oko na impulsy nerwowe, umożliwiające mózgowi tworzenie kolorowego, trójwymiarowego obrazu.

Dzisiaj porozmawiamy o receptorach tkanki nerwowej siatkówki - a mianowicie o pręcikach. Jaka jest światłoczułość receptorów pręcików siatkówki i co pozwala nam widzieć w ciemności?

Pręty i szyszki

Oba te elementy są śmieszne imiona- fotoreceptory dające obraz utrwalony przez soczewkę i części rogówki.

Tych i innych jest wiele w ludzkim oku. Szyszki (wyglądają jak malutkie dzbanki) – około 7 milionów, a pręty („cylindry”) jeszcze więcej – aż 120 milionów! Oczywiście ich wymiary są znikome i wynoszą ułamki milimetrów (μm). Długość jednego sztyftu to 60 mikronów. Szyszki są jeszcze mniejsze - 50 mikronów.

Patyczki otrzymały swoją nazwę ze względu na swój kształt: przypominają mikroskopijne cylindry.

Składają się z:

• dyski membranowe;
• tkanka nerwowa;
• mitochondria.

I mają rzęski. Specjalny pigment - rodopsyna białkowa - pozwala komórkom "poczuć" światło.

Rodopsyna (jest to białko plus żółty pigment) reaguje na wiązkę światła w następujący sposób: pod wpływem impulsów świetlnych rozkłada się, powodując podrażnienie nerwu wzrokowego. Muszę powiedzieć, że podatność „cylindrów” jest niesamowita: wychwytują informacje nawet z 2 fotonów!

Różnice między fotoreceptorami w oku

Różnice zaczynają się od lokalizacji. "Dzbanki" "tłum" bliżej centrum. Są „odpowiedzialni” za wizja centralna. W centrum siatkówki, w tzw. „żółtym miejscu”, jest ich szczególnie dużo.

Przeciwnie, gęstość nagromadzenia „cylindrów” jest wyższa na obwodzie oka.

Ponadto można zauważyć następujące cechy:

• szyszki zawierają mniej fotopigmentu niż pręciki;
• łączna liczba „cylindrów” jest 2 tuziny razy większa;
• kije są w stanie dostrzec każde światło - rozproszone i bezpośrednie; a stożki są wyjątkowo proste;
• za pomocą komórek znajdujących się na obrzeżach postrzegamy czerń i białe kolory(są achromatyczne);
• z pomocą tych gromadzących się w centrum - wszystkie kolory i odcienie (są chromatyczne).

Każdy z nas jest w stanie, dzięki „dzbankom” zobaczyć nawet tysiąc odcieni. A oko artysty jest jeszcze czulsze: widzi nawet milion odcieni kolorów!

Ciekawostka: do przeprowadzenia transmisji impulsów kilka pręcików wymaga tylko jednego neuronu. Czopki są „bardziej wymagające”: każdy potrzebuje własnego neuronu.

„Cylindery” są bardzo wrażliwe, „dzbanki” potrzebują silniejszych impulsów świetlnych, aby mogły je postrzegać i transmitować.

W rzeczywistości dzięki nim możemy widzieć w ciemności. W warunkach ograniczonego oświetlenia (późnym wieczorem, w nocy) szyszki nie mogą „pracować”. Ale patyki zaczynają działać z pełną mocą. A ponieważ znajdują się na obrzeżach, w ciemności lepiej wyłapujemy ruchy nie bezpośrednio przed nami, ale po bokach.

Aha, i jeszcze jedno: kije reagują szybciej.

Uwaga: idąc gdzieś w ciemności, nie próbuj patrzeć na obszar bezpośrednio przed oczami. I tak nic nie zobaczysz, ponieważ „dzbanki” znajdujące się w centrum siatkówki są teraz bezsilne. Ale jeśli „włączysz” widzenie peryferyjne, będziesz w stanie nawigować znacznie lepiej. To „cylindry” „działają”.

Pomimo znacznej różnicy w wykonywaniu zadań wyznaczonych przez naturę, fotoreceptorów nie można rozpatrywać oddzielnie od siebie. Tylko razem dają jeden całościowy obraz.

Pochłaniając kwanty światła, komórki przekształcają energię w impuls nerwowy. Trafia do mózgu. Efekt - widzimy świat!

Dlaczego koty lepiej nas widzą w ciemności?

Teraz, po studiach W ogólnych warunkach struktury i funkcji fotoreceptorów, możemy odpowiedzieć na pytanie, dlaczego nasze wąsate zwierzaki znacznie lepiej radzą sobie w nawigowaniu w ciemności niż my.

Szkatułka otwiera się po prostu: budowa oka tego ssaka jest podobna do ludzkiego. Ale jeśli osoba ma około 4 prętów na 1 stożek, to kot ma 25! Nic dziwnego, że domowy drapieżnik doskonale rozróżnia kontury przedmiotów w niemal całkowitej ciemności.

Pręty i stożki są naszymi pomocnikami

„Cylindry” i „dzbanki” to niesamowity wynalazek natury. Jeśli działają prawidłowo, osoba dobrze widzi w świetle i może poruszać się w ciemności.

Jeżeli przestaną pełnić swoje funkcje w pełni, istnieją:

• jasny blask przed oczami;
• pogorszenie widoczności w ciemności;
• są już w polu widzenia.

Z biegiem czasu ostrość wzroku zmienia się na gorsze. Ślepota barw, hemeralopia (pogorszenie widzenia w nocy), odwarstwienie siatkówki - to konsekwencje naruszenia fotoreceptorów.

Ale nie kończmy naszej rozmowy tą smutną nutą. nowoczesna medycyna nauczył się radzić sobie z większością chorób, które wcześniej powodowały ślepotę. Pacjent jest wymagany tylko coroczne badanie profilaktyczne.

Czy znalazłeś jakąś korzyść w naszym artykule? Jeśli masz trochę mniej pytań związanych z budową i pracą narządów wzroku, możemy uznać nasze zadanie za wykonane. I jeszcze jedno: podziel się otrzymanymi informacjami ze znajomymi, a także prześlij nam swoje komentarze i uwagi. Czekamy na odpowiedzi. Twoja opinia jest zawsze mile widziana!

Dzięki wizji człowiek poznaje otaczającą rzeczywistość i orientuje się w przestrzeni. Oczywiście bez reszty zmysłów trudno skompilować pełny obraz świata, ale oczy dostrzegają prawie 90% informacje ogólne który wchodzi do mózgu z zewnątrz.

Używając funkcja wizualna osoba jest w stanie zobaczyć dziejące się obok niego zjawiska, analizować różne zdarzenia, znajdować różnice między jednym obiektem a drugim, a także zauważać zbliżające się zagrożenie.

Narządy wzroku są ułożone w taki sposób, że odróżniają nie tylko same przedmioty, ale także różnorodność barwną życia i przyroda nieożywiona. Odpowiedzialność za to spoczywa na specjalnych mikroskopijnych komórkach - patyczki i szyszki obecny w siatkówce oka. To oni są początkowy link w łańcuchu do przekazywania informacji o widzianym obiekcie do potylicznej części mózgu.

W struktura strukturalna Stożkom i pręcikom siatkówki przypisuje się dobrze określony obszar. Te receptory wzrokowe, penetrujące tkankę nerwową, która się tworzy Siatkówka oka przyczyniają się do szybkiej konwersji powstałego strumienia światła na kombinację impulsów.

W siatkówce powstaje obraz, zaprojektowany przy bezpośrednim udziale obszaru oka rogówki i soczewki. W kolejnym etapie obraz jest przetwarzany, po czym impulsy nerwowe poruszają się wzdłuż ścieżka wzrokowa dostarczać informacje do prawej części mózgu. Złożone i w pełni ukształtowane urządzenie oczu umożliwia natychmiastowe przetwarzanie dowolnych informacji.

Główny udział receptorów fotograficznych koncentruje się w tzw. plamce żółtej. Jest to obszar siatkówki znajdujący się w jej centralnej strefie. Ze względu na odpowiedni kolor plamka nazywana jest również żółtą plamką oka.

Czopki są wizualnymi receptorami, które reagują na fale świetlne. Ich działanie jest bezpośrednio związane ze specjalnym pigmentem - jodospin. Ten wieloskładnikowy pigment składa się z chlorolabu (odpowiedzialnego za percepcję widma zielono-żółtego) i erythrolabu (wrażliwego na widmo czerwono-żółte). Do tej pory są to dwa dokładnie przebadane pigmenty.

Osoba z doskonałym wzrokiem ma prawie siedem milionów czopków w siatkówce. Mają mikroskopijne rozmiary i są gorsze od sztyftów pod względem parametrów geometrycznych. Długość pojedynczego stożka wynosi około pięćdziesięciu mikrometrów, a średnica około czterech. Należy zauważyć, że czułość czopków na promienie świetlne jest około stu razy mniejsza niż pręcików. Jednak dzięki nim oko może jakościowo postrzegać ostre ruchy przedmiotów.

Szyszki tworzą cztery oddzielne strefy. Region zewnętrzny jest reprezentowany przez półdyski. Talia działa jak dział łączący. Obszar wewnętrzny zawiera zestaw mitochondriów. Wreszcie czwarta strefa to obszar kontaktów neuronowych.

1. Obszar zewnętrzny jest całkowicie utworzony przez półdyski utworzone z błony plazmatycznej. Są to błoniaste fałdy o mikroskopijnych rozmiarach, całkowicie pokryte wrażliwymi pigmentami. Regularna fagocytoza tych formacji, a także ich ciągła odnowa w ciele receptora, pozwalają na odnowę zewnętrznego obszaru stożka. Na tym obszarze odbywa się produkcja pigmentów. Dziennie można aktualizować do stu pół dysku błony plazmatyczne. Do pełne wyzdrowienie cały zestaw połówek zajmie około dwóch tygodni.
2. Obszar łączący, wystający z membrany, tworzy mostek pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną częścią stożka. Komunikacja odbywa się przy udziale pary rzęsek i wewnętrznej zawartości komórek. Cilia i cytoplazma mogą przemieszczać się z jednego obszaru do drugiego.
3. Obszar wewnętrzny to strefa aktywnego metabolizmu. Mitochondria wypełniające tę strefę transportują substrat energetyczny dla funkcji wzrokowej. Ta część zawiera jądro.
4. obszar synaptyczny. Tutaj następuje kontakt energetyczny komórek dwubiegunowych.

Ostrość wzroku jest pod wpływem monosynaptycznych komórek dwubiegunowych, które łączą czopki i komórki zwojowe.

Istnieją trzy rodzaje czopków w zależności od podatności na fale spektralne:

• Typ S. Wykazać wrażliwość na krótkie fale o barwie niebiesko-fioletowej.
• Typ M. Czopki, które przechwytują widmo fal średnich. To jest żółto-zielona kolorystyka.
• Typ L. Wrażliwe na długofalowe czerwono-żółte kolory.

Pałeczki mają kształt zbliżony do walca o jednakowej średnicy na całej długości. Długość tych receptorów oka jest prawie trzydzieści razy większa niż ich średnica, więc kształt pręcików jest wizualnie wydłużony. Pręciki siatkówki składają się z czterech elementów: krążków błonowych, rzęsek, mitochondriów i tkanki nerwowej.

Pałki mają maksymalną światłoczułość, co gwarantuje ich reakcję na najmniejszy błysk światła. Aparat receptorowy pręcików zostanie aktywowany nawet po wystawieniu na pojedynczy foton energii. Ta wyjątkowa zdolność prętów pomaga człowiekowi nawigować o zmierzchu i zapewnia maksymalną przejrzystość obiektów w ciemności.

Niestety w swoim składzie sztyfty mają tylko jeden element pigmentowy, zwany rodopsyną. Jest również określany jako wizualny fiolet. Fakt, że jest tylko jeden pigment, uniemożliwia tym receptorom wzrokowym rozróżnienie odcieni i kolorów. Rodopsyna nie ma zdolności do natychmiastowej reakcji na zewnętrzny bodziec świetlny, jak mogą to robić pigmenty stożkowe.

Będąc złożonym związkiem białkowym zawierającym zestaw wizualnych pigmentów, rodopsyna należy do grupy chromoprotein. Swoją nazwę zawdzięcza jaskrawoczerwonemu kolorowi. Fioletowy odcień pręcików siatkówki odkryto w wyniku licznych badania laboratoryjne. Wizualny fiolet ma dwa składniki - żółty pigment i bezbarwne białko.

Pod działaniem promieni świetlnych rodopsyna zaczyna szybko się rozkładać. Produkty jego rozpadu wpływają na powstawanie pobudliwości wzrokowej. Po wyzdrowieniu rodopsyna utrzymuje widzenie o zmierzchu. Z jasne oświetlenie białko rozkłada się, a jego światłoczułość przesuwa się do niebieskiego obszaru widzenia. Pełne wyzdrowienie wiewiórka zdrowa osoba może zająć około pół godziny. W tym czasie widzenie w nocy osiąga swój maksymalny poziom, a człowiek zaczyna patrzeć na kontury przedmiotów.

Objawy uszkodzenia pręcików i stożków oczu

Patologiem naznaczonym uszkodzeniem tych receptorów wzrokowych towarzyszą następujące objawy:

• Utrata ostrości wzroku.
• Przed oczami pojawiają się nagłe błyski i blask.
• Zmniejszona zdolność widzenia w ciemności.
• Osoba nie może odróżnić różnych kolorów.
• Zawęża pole percepcji wzrokowej. W rzadkie przypadki powstaje widzenie rurkowe.

Choroby związane z naruszeniem funkcji fotoreceptorów pręcików i czopków:

• Daltonizm m. Dziedziczny wrodzona patologia wyrażona w nieumiejętności rozróżniania kolorów.
• Hemeralopia. Patologia pręcików powoduje zmniejszenie ostrości wzroku w ciemności.
• Odwarstwienie siatkówki oczy.
• Zwyrodnienie plamki żółtej. Naruszenie odżywiania naczyń oka prowadzi do zmniejszenia widzenia centralnego.

Wrażliwa na światło część oka to mozaika reagujących na światło komórek (fotoreceptorów) zlokalizowanych na siatkówce. Siatkówka oka zawiera dwa rodzaje receptorów światłoczułych, zajmujące obszar z roztworem około 170 ° w stosunku do osi widzenia: 120 ... 130 milionów pręcików (długie i cienkie receptory noktowizyjne), 6,5 ... 7,0 milionów czopków (krótkie i grube receptory widzenia dziennego) . Przed dotarciem do siatkówki światło musi najpierw przejść przez warstwę tkanki nerwowej i warstwę naczynia krwionośne. Taki układ elementy światłoczułe z punktu widzenia zdrowy rozsądek nie jest optymalny. Każdy konstruktor kamery telewizyjnej zadbałby o zamontowanie przewodów połączeniowych tak, aby nie zakłócać światła padającego na fotokomórki. Siatkówka jest zbudowana na innej zasadzie i przyczyny tego odwrócenia siatkówki nie są w pełni zrozumiałe.

Pręty i stożki ściśle przylegają do siebie wydłużonymi bokami. Ich wymiary są bardzo małe: długość prętów wynosi 0,06 mm, średnica 0,002 mm, długość i średnica stożków odpowiednio 0,035 i 0,006 mm. Gęstość pręcików i szyszek różne obszary siatkówka waha się od 20 000 do 200 000 na 1 mm 2 . W tym przypadku czopki dominują w centrum siatkówki, pręciki - na obwodzie. W centrum siatkówki znajduje się tak zwana żółta plamka owalny kształt(długość 2 mm, szerokość 0,8 mm) W tym miejscu są prawie same szyszki. „Żółta plamka” to obszar siatkówki, który zapewnia najczystsze widzenie.

Pręciki i stożki różnią się zawartymi w nich substancjami światłoczułymi. Substancją pałeczek jest rodopsyna (wizualna fioletowa). Maksymalna absorpcja światła rodopsyny odpowiada długości fali około 510 nm (światło zielone), tj. pręty mają maksymalną wrażliwość na promieniowanie o λ = 510 nm . Substancja światłoczuła w czopkach (jodopsyna) występuje w trzech rodzajach, z których każdy ma maksymalną absorpcję w różne strefy widmo.

Pod wpływem światła cząsteczki substancji światłoczułych dysocjują (rozkładają) na cząstki naładowane dodatnio i ujemnie. Kiedy stężenie jonów, a w konsekwencji ich suma ładunek elektryczny osiągnąć określoną wartość, pod wpływem ładunku we włóknie nerwowym powstaje impuls prądowy, który jest wysyłany do mózgu.

Reakcje rozpadu światła rodopsyny i jodopsyny są odwracalne, tj. po ich rozłożeniu na jony pod działaniem światła, a ładunek jonów wzbudzi impuls prądu w nerwie, substancje te są ponownie przywracane w ich pierwotnym świetle. wrażliwa forma. Energię do regeneracji dostarczają produkty, które dostają się do oka przez rozległą sieć drobnych naczyń krwionośnych. W ten sposób w oku powstaje ciągły cykl niszczenia, a następnie przywracania substancji światłoczułych.

Jeżeli poziom ilości światła działającego na oko nie zmienia się w czasie, to ustala się ruchoma równowaga między stężeniami substancji w stanach zaniku a pierwotną formą światłoczułą. Wartość tego stężenia zależy od ilości światła działającego na oko w danej lub poprzedniej chwili, tj. światłoczułość oczy zmieniają się wraz z różne poziomy aktywne światło.

Wiadomo, że jeśli wejdziesz z jasnego światła do bardzo słabo oświetlonego pomieszczenia, oko z początku niczego nie rozróżnia. Stopniowo przywracana jest zdolność oka do rozróżniania obiektów. Po długim przebywaniu w ciemności (około 1 godziny) wrażliwość oka osiąga maksimum, gdyż stężenie substancji światłoczułych osiąga górną granicę. Jeśli jednak po długim przebywaniu w ciemności wyjdziesz na światło, to w pierwszej chwili oko będzie w stanie ślepoty: odbudowa substancji światłoczułych pozostaje w tyle za ich rozkładem. Stopniowo oko dostosowuje się do poziomu oświetlenia i zaczyna normalnie pracować.

Przypomnijmy, że właściwość oka dostosowywania się do poziomu ilości działającego światła, która wyraża się zmianą jego wrażliwości na światło, nazywa się dostosowanie.

Kije - noktowizor. Pręty mogą reagować na najmniejszą ilość światła. Odpowiadają za naszą zdolność widzenia światło księżyca, światło gwiaździstego nieba, a nawet w przypadkach, gdy to gwiaździste niebo jest zasłonięte chmurami. Na ryc. 2.2 krzywa przerywana pokazuje zależność czułości pręcików od długości fali. Pręty zapewniają jedynie percepcję achromatyczną lub neutralną kolorystycznie w postaci bieli, szarości i czerni. Co więcej, każda różdżka nie ma bezpośredniego połączenia z mózgiem. Tworzą grupy. Takie urządzenie tłumaczy wysoką czułość widzenia prętowego, ale uniemożliwia mu rozróżnienie za jego pomocą najdrobniejszych szczegółów. Te fakty wyjaśniają ogólną bezbarwność i rozmycie widzenia w nocy oraz słuszność przysłowia: „W nocy wszystkie koty są

ry".

Ryż. 2.2. Względna czułość widmowa pręcików i czopków

Szyszki - widzenie dzienne. Reakcja czopków jest bardziej złożona niż w przypadku pręcików. Zamiast po prostu rozróżniać światło i ciemność i postrzegać wiele różnych szare kwiaty Czopki odpowiadają za percepcję barw chromatycznych. Innymi słowy, dzięki widzeniu stożkowemu możemy zobaczyć różne kolory. Rozkład widmowy czułości widzenia stożkowego według długości fali pokazano na ryc. 2.2 linią ciągłą. Ta krzywa nazywana jest krzywą widoczności, a także krzywą wrażliwości spektralnej oka. Widzenie pręcikowe, w porównaniu z widzeniem stożkowym, jest znacznie bardziej czułe na promieniowanie w krótkiej części widma widzialnego, a czułość na promieniowanie w części długiej fali (czerwonej) widma jest w przybliżeniu taka sama jak czopków . Jednak czopki nadal reagują na niewielkie wzrosty natężenia padającego światła (tworząc obraz na siatkówce), nawet gdy gęstość jego strumienia przez jakiś czas staje się tak duża, że ​​pręciki przestają na nie reagować - są nasycone . Innymi słowy, wszystkie kije w tym przypadku dają maksimum możliwa liczba sygnały nerwowe. W ten sposób nasze widzenie w ciągu dnia zapewniają prawie wyłącznie czopki. Zmiana wrażliwości na światło wzdłuż osi długości fali z widzenia stożkowego (dziennego) do widzenia pręcikowego (lub nocnego) nazywana jest efektem Purkinjego (bardziej poprawnie Purkinet). Ta „zmiana Purkinjego”, nazwana na cześć czeskiego naukowca Purkinjego, który po raz pierwszy odkrył ją w 1823 roku, określa fakt, że obiekt, który jest czerwony w świetle dziennym, jest przez nas postrzegany jako czarny w nocy lub o zmierzchu, podczas gdy obiekt postrzegany jest w ciągu dnia wygląda na niebiesko, w nocy wydaje się jasnoszara.

Posiadanie dwóch rodzajów odbiorników światłoczułych (prętów i czopków) u ludzi jest wielką zaletą. Nie wszystkie zwierzęta mają tyle szczęścia. Na przykład kurczaki mają tylko szyszki i dlatego muszą iść spać o zachodzie słońca. Sowy mają tylko patyki; muszą przez cały dzień mrużyć oczy.

Pręty i stożki - wizja zmierzchu. Zarówno pręciki, jak i czopki są zaangażowane w słabe widzenie. Zmierzch to zakres oświetlenia, który rozciąga się od oświetlenia wytwarzanego przez promieniowanie z nieba, gdy słońce zapada się więcej niż kilka stopni poniżej horyzontu, do oświetlenia wytwarzanego przez wznoszenie się wysoko na niebie. czyste Niebo księżyc w półfazie. Widzenie w zmierzchu obejmuje również widzenie w słabo oświetlonym (na przykład świecami) pokoju. Ponieważ w takich warunkach względny udział widzenia pręcikowo-stożkowego w całościowej percepcji wzrokowej stale się zmienia, ocena kolorów jest niezwykle zawodna. Istnieje jednak szereg produktów, które wymagają oceny koloru przy użyciu tego rodzaju mieszanego widzenia, ponieważ są one przeznaczone do spożycia przez nas przy słabym oświetleniu. Przykładem jest farba fosforyzująca zastosowana w znaki drogowe do ciemnych warunków.

Praca mózgu

Informacje z receptorów są przekazywane do mózgu wzdłuż nerwu wzrokowego, który zawiera około 800 000 włókien. Oprócz tego bezpośredniego przekazywania pobudzenia z siatkówki do ośrodków mózgowych istnieje złożona informacja zwrotna, która kontroluje na przykład ruchy gałek ocznych.

Gdzieś w siatkówce zachodzi złożone przetwarzanie informacji - logarytm gęstości prądu i przekształcenie logarytmu na częstotliwość impulsów. Co więcej, informacja o jasności, zakodowana przez częstotliwość pulsu, jest przekazywana przez włókno nerwu wzrokowego do mózgu. Jednak przez nerw przepływa nie tylko prąd, ale trudny proces wzbudzenie, pewna kombinacja zjawisk elektrycznych i chemicznych. w odróżnieniu prąd elektryczny podkreśla fakt, że prędkość propagacji sygnału wzdłuż nerwu jest bardzo niska. Leży w zakresie od 20 do 70 m/s.

Informacje pochodzące z trzech rodzajów czopków są przekształcane w impulsy i kodowane w siatkówce przed przesłaniem do mózgu. Ta zakodowana informacja jest wysyłana jako sygnał jasności ze wszystkich trzech rodzajów czopków, a także sygnał różnicy dla każdych dwóch kolorów (rys. 2.3). Tu również jest podłączony drugi kanał jasności, prawdopodobnie wywodzący się z niezależnego układu prętów.

Pierwszym sygnałem koloru różnicy jest sygnał zwarcia. Tworzą go czerwone i zielone szyszki. Drugi sygnał to sygnał J-S, który uzyskuje się w podobny sposób, z tą różnicą, że informacje o żółty uzyskane przez dodanie sygnałów wejściowych

gotówka z szyszek K+Z.

Rys.2.3. Wizualny model systemu

Mózg był niejednokrotnie porównywany do gigantycznego ośrodka, który gromadzi i przetwarza duże ilości informacji. Próbuję rozgryźć miliony związków tego niewiarygodnie złożone urządzenie byli w w dużej mierze odnoszący sukcesy. Wiemy na przykład, że nerw wzrokowy jednego oka łączy się z nerwem wzrokowym drugiego (krzyż nerwy wzrokowe) aby włókna nerwowe prawa połowa jednej siatkówki przechodzą obok włókien z prawej połowy drugiej siatkówki i po przejściu przez stację przekaźnikową (ciało kolankowate) w śródmózgowiu kończą swoją wędrówkę w prawie tym samym miejscu w płacie potylicznym mózgu, w jego tylna część. Wzbudzenia siatkówki są rzutowane na ten płat, a część z nich odpowiada środkowi oka ( żółta plama), w w dużej mierze wzrosła w porównaniu z pobudzeniami innych części siatkówki. Stacja przekaźnikowa ma możliwość połączeń bocznych i sama część potyliczna ma wiele połączeń ze wszystkimi innymi częściami mózgu.