Celulele sensibile la lumină sunt bastonașe și conuri. Tije și conuri ale retinei: structură

Principalele elemente sensibile la lumină (receptorii) sunt două tipuri de celule: una sub formă de tulpină - bastoane 110-123 milioane. (inaltime 30 microni, grosime 2 microni), altele sunt mai scurte si mai groase - conuri 6-7 milioane. (inaltime 10 microni, grosime 6-7 microni). Sunt distribuite neuniform în retină. Fovea centrală a retinei (fovea centralis) conține doar conuri (până la 140 mii pe 1 mm). Spre periferia retinei, numărul lor scade, iar numărul de bastonașe crește.

Fiecare fotoreceptor - tijă sau con - constă dintr-un segment exterior sensibil la lumină care conține pigment vizual și un segment interior care conține nucleul și mitocondriile care asigură procesele energetice în celula fotoreceptorului.

Segmentul exterior este o regiune fotosensibilă în care energia luminoasă este convertită în potențial receptor.Studiile la microscop electronic au arătat că segmentul exterior este umplut cu discuri membranoase formate de membrana plasmatică. În bețe, în fiecare segment exterior, conține 600-1000 de discuri, care sunt saci de membrană turtiți aranjați ca o coloană de monede. Conurile au mai puține discuri membranare. Acest lucru explică parțial Mai mult sensibilitate crescută se lipeste de lumina(o baghetă poate excita orice un cuantum de lumină, A este nevoie de mai mult de o sută de cuante pentru a activa un con).

Fiecare disc este o membrană dublă formată dintr-un strat dublu molecule de fosfolipide , între care se află molecule de proteine. Retina, care face parte din pigmentul vizual rodopsina, este asociată cu moleculele proteice.

Segmentele exterioare și interioare ale celulei fotoreceptoare sunt separate de membrane prin care un fascicul de 16-18 fibrile subtiri. Segmentul intern trece într-un proces, cu ajutorul căruia celula fotoreceptoare transmite excitația prin sinapsă către celula nervoasă bipolară în contact cu aceasta.

Segmentele exterioare ale receptorilor se confruntă cu epiteliul pigmentar, astfel încât lumina trece inițial prin 2 straturi celule nervoaseși segmentele interne ale receptorilor și apoi ajunge la stratul de pigment.

Conuri funcționează în condiții de lumină ridicată - oferă viziune de zi și culoare, iar bastoanele- sunt responsabili pentru viziune crepusculară.

vizibile pentru noi spectrul radiațiilor electromagnetice se află între undele scurte (lungimea de undăde la 400 nm) radiații pe care le numim lumină violetă și radiații cu undă lungă (lungime de undăpână la 700 nm ) numit roșu. Tijele conțin un pigment special - rodopsina, (constă din vitamina A aldehidă sau retinină și proteine) sau violet vizual, maximul spectrului, a cărui absorbție este în regiunea de 500 de nanometri. Este resintetizată în întuneric și se estompează în lumină. Cu o lipsă de vitamina A, vederea în amurg este afectată - „orbire nocturnă”.

În segmentele exterioare ale celor trei tipuri de conuri ( sensibil la albastru, verde și roșu) conține trei tipuri de pigmenți vizuali, ale căror spectre de absorbție maximă sunt în albastru (420 nm), verde (531 nm)Și roșu (558 nm) părți ale spectrului. Pigment roșu de con a primit numele - "iodopsină". Structura iodopsinei este apropiată de rodopsina.

Să ne uităm la succesiunea modificărilor:

Fiziologia moleculară a fotorecepției: Înregistrările intracelulare de la animalele cu con și baston arată că în întuneric, un curent întunecat curge de-a lungul fotoreceptorului, părăsind segmentul interior și intrând în segmentul exterior. Iluminatul duce la o blocare a acestui curent. Potențialul receptorului modulează eliberarea transmițătorului ( glutamat) la sinapsa fotoreceptorilor. S-a demonstrat că în întuneric fotoreceptorul eliberează continuu un transmițător care acționează depolarizante drum pe membranele proceselor postsinaptice ale celulelor orizontale și bipolare.

Tijele și conurile au activitate electrică unică printre toți receptorii; potențialele lor de receptor atunci când sunt expuse la lumină sunt hiperpolarizante, potenţialele de acţiune nu apar sub influenţa lor.

(Când lumina este absorbită de o moleculă a pigmentului vizual - rodopsina, un efect instantaneu izomerizarea grupul său cromofor: 11-cis-retinal este convertit în trans-retinian. În urma fotoizomerizării retinei, apar modificări spațiale în partea proteică a moleculei: aceasta devine decolorată și trece în stare methorodopsin II Ca urmare a acestui fapt, molecula de pigment vizual dobândește capacitatea de a interacționa cu alta proteine ​​aproape membranareG uanozin trifosfat (GTP) -proteina de legare – transducina (T) .

În complex cu metarhodopsin, transducina intră într-o stare activă și schimbă ganozit difosfat (GDP) legat de acesta în întuneric cu (GTP). Transfducin+ GTP activează o moleculă a unei alte proteine ​​din apropierea membranei - enzima fosfodiesteraza (PDE). PDE activat distruge câteva mii de molecule cGMP .

Ca urmare, concentrația de cGMP în citoplasma segmentului exterior al receptorului scade. Acest lucru duce la închiderea canalelor ionice în membrana plasmatică a segmentului exterior care erau deschise In intuneric si prin care în interiorul celulei a inclus Na + și Ca. Canalele ionice se închid din cauza concentrația de cGMP, care a menținut canalele deschise, scade. S-a descoperit acum că porii din receptor se deschid datorită cGMP guanozin monofosfat ciclic .

Mecanism pentru restabilirea stării întunecate inițiale a fotoreceptorului asociate cu concentrații crescute de cGMP. (în faza întunecată cu participarea alcaldehidrogenazei + NADP)

Astfel, absorbția luminii de către moleculele de fotopigment duce la o scădere a permeabilității pentru Na, care este însoțită de hiperpolarizare, adică. apariţia potenţialului receptor. Potențialul receptor hiperpolarizant care apare pe membrana segmentului exterior se extinde apoi de-a lungul celulei până la capătul presinaptic și duce la o scădere a ratei de eliberare a transmițătorului - glutamat . Pe lângă glutamat, neuronii retinieni pot sintetiza alți neurotransmițători, cum ar fi acetilcolină, dopamină, glicină GABA.

Fotoreceptorii sunt conectați unul la altul prin contacte electrice (slot). Această conexiune este selectivă: bastoanele sunt conectate la bastoane etc.

Aceste răspunsuri de la fotoreceptori converg către celulele orizontale, ceea ce duce la depolarizare în conurile învecinate, provocând negativ Părere, care mărește contrastul luminos.

La nivelul receptorului are loc inhibiția și semnalul conului nu mai reflectă numărul de fotoni absorbiți, ci poartă informații despre culoarea, distribuția și intensitatea luminii incidente pe retină în vecinătatea receptorului.

Există 3 tipuri de neuroni retinieni - celule bipolare, orizontale și amacrine. Celulele bipolare conectează direct fotoreceptorii cu celulele ganglionare, adică. transmite informații prin retină în direcția verticală. Celulele orizontale și amacrine transmit informații pe orizontală.

Bipolar celulele ocupă în retină poziție strategicăîntrucât toate semnalele care apar în receptorii care ajung la celulele ganglionare trebuie să treacă prin ei.

S-a dovedit experimental că celulele bipolare au câmpuri receptive în care acestea evidenţiază centru si periferie (John Dowling - şi colab. Harvard Medical School).

Un câmp receptiv este un set de receptori care trimit semnale către un anumit neuron prin una sau mai multe sinapse.

Dimensiunea câmpului receptiv: d=10 um sau 0,01 mm - în afara fosei centrale.

În gaura în sined=2,5µm (mulțumită acestui lucru putem distinge 2 puncte când distanta vizibilaîntre ele există doar 0,5 minute de arc - 2,5 microni - dacă comparați, aceasta este o monedă de 5 copecii la o distanță de aproximativ 150 de metri)

Pornind de la nivelul celulelor bipolare, neuronii sistemului vizual se diferențiază în două grupe care reacționează în moduri opuse la iluminare și întunecare:

1 - celule, excitat când este iluminat și inhibat când este întunecat „pe” - neuroniȘi

Celulele excitat când este întunecat și inhibat când este iluminat - " oprit" - neuroni. O celulă cu un centru centrat se descarcă la o frecvență semnificativ crescută.

Dacă ascultați descărcările unei astfel de celule printr-un difuzor, atunci mai întâi veți auzi impulsuri spontane, clicuri aleatorii individuale, iar apoi, după aprinderea luminii, apare o salvă de impulsuri, care amintește de o explozie de mitralieră. Dimpotrivă, în celulele cu o reacție de oprire (când lumina este stinsă - o salvă de impulsuri) Această separare este păstrată la toate nivelurile sistemului vizual, până la și inclusiv cortexul.

În interiorul retinei însăși, informațiile sunt transmise într-un mod non-puls (propagarea și transmiterea transsinaptică a potențialelor graduale).

În celulele orizontale, bipolare și amocrine, procesarea semnalului are loc prin modificări lente ale potențialelor membranare (răspuns tonic). PD nu este generat.

Răspunsurile tijelor, conurilor și celulelor orizontale sunt hiperpolarizante, iar răspunsurile celulelor bipolare pot fi fie hiperpolarizante, fie depolarizante. Celulele amacrine creează potențiale depolarizante.

Pentru a înțelege de ce este așa, trebuie să ne imaginăm efectul unui mic punct luminos. Receptorii sunt activi pe întuneric, iar lumina, provocând hiperpolarizare, le reduce activitatea. Dacă sinapsa excitatoare, bipolarul va fi activat în întuneric, A inactiv în lumină; dacă sinapsa este inhibitorie, celula bipolară este inhibată în întuneric, iar la lumină, stingând receptorul, înlătură această inhibiție, adică celula bipolară este activată. Acea. dacă sinapsa receptor-bipolară este excitatoare sau inhibitorie depinde de transmițătorul eliberat de receptor.

Celulele orizontale participă la transmiterea semnalelor de la celulele bipolare la celulele ganglionare, care transmit informații de la fotoreceptori la celulele bipolare și mai departe la celulele ganglionare.

Celulele orizontale răspund la lumină cu hiperpolarizare cu însumare spațială pronunțată.

Celulele orizontale nu generează impulsuri nervoase, dar membrana are proprietăți neliniare care asigură transmiterea semnalului fără impulsuri și fără atenuare.

Celulele sunt împărțite în două tipuri: B și C. De tip B, sau luminanță, celulele răspund întotdeauna cu hiperpolarizare, indiferent de lungimea de undă a luminii. Celulele de tip C, sau cele cromatice, sunt împărțite în două și trifazate. Celulele cromatice răspund fie prin hiper sau depolarizare, în funcție de lungimea luminii stimulatoare.

Celulele bifazice sunt fie roșu-verde (depolarizate de lumină roșie, hiperpolarizate de verde), fie verde-albastre (depolarizate de verde, hiperpolarizate de albastru). Celulele trifazice sunt depolarizate de lumina verde, în timp ce lumina albastră și roșie provoacă hiperpolarizarea membranei. Celulele amacrine reglează transmiterea sinaptică în etapa următoare de la celulele bipolare la celulele ganglionare.

Dendritele celulelor amacrine se ramifică în stratul interior, unde intră în contact cu procesele bipolare și cu dendritele celulelor ganglionare. Fibrele centrifuge care vin din creier se termină pe celule amacrine.

Celulele amacrine generează potențiale graduale și pulsate (răspuns fazic). Aceste celule răspund cu depolarizare rapidă la lumină aprinsă și stinsă și prezintă slab

antagonismul spațial dintre centru și periferie.

Retina ochiului este partea principală analizor vizual. Aici are loc percepția undelor luminoase electromagnetice, transformarea lor în impulsuri nervoaseși transmiterea la nervul optic. Vederea de zi (culoare) și cea de noapte sunt asigurate de receptori speciali din retină. Împreună formează așa-numitul strat fotosenzorial. Pe baza formei lor, acești receptori se numesc conuri și tije.

Arata tot

Concepte generale

Structura microscopică a ochiului

Histologic, retina ochiului este împărțită în 10 straturi celulare. Stratul exterior sensibil la lumină este format din fotoreceptori (tije și conuri), care sunt formațiuni speciale de celule neuroepiteliale. Conțin pigmenți vizuali care pot absorbi anumite lungimi de undă de lumină. Tijele și conurile sunt distribuite neuniform pe retină. Numărul principal de conuri sunt situate în centru, în timp ce tijele sunt situate la periferie. Dar aceasta nu este singura lor diferență:

1. 1. Tijele oferă vedere pe timp de noapte. Aceasta înseamnă că sunt responsabili de percepția luminii în condiții de lumină slabă. În consecință, cu ajutorul bețișoarelor o persoană poate vedea obiectele numai în alb și negru.
2. 2. Conurile asigură acuitatea vizuală în timpul zilei. Cu ajutorul lor, o persoană vede lumea în culoare.

Tijele sunt sensibile numai la undele scurte, a căror lungime nu depășește 500 nm (partea albastră a spectrului). Dar sunt activi chiar și atunci când lumină difuză, când densitatea fluxului fotonic este redusă. Conurile sunt mai sensibile și pot percepe toate semnalele de culoare. Dar pentru a le excita este nevoie de lumină de intensitate mult mai mare. În întuneric, munca vizuală este efectuată de tije. Drept urmare, la amurg și noaptea o persoană poate vedea siluetele obiectelor, dar nu le simte culoarea.

Disfuncția fotoreceptorilor retinieni poate duce la diverse patologii vedere:

• afectarea percepției culorilor (daltonism);
• boli inflamatorii ale retinei;
• disecția retinei;
• tulburări de vedere crepusculară (orbire nocturnă);
• fotofobie.



Conuri

Oameni cu vedere buna au aproximativ șapte milioane de conuri în fiecare ochi. Lungimea lor este de 0,05 mm, lățimea – 0,004 mm. Sensibilitatea lor la fluxul de raze este scăzută. Dar ei percep calitativ întreaga gamă de culori, inclusiv nuanțe.

De asemenea, sunt responsabili pentru capacitatea de a recunoaște obiectele în mișcare, deoarece răspund mai bine la dinamica luminii.



Structura conică



Structura schematică a conurilor și tijelor

Conul are trei segmente principale și o constricție:

1. 1. Segment exterior. Conține pigmentul sensibil la lumină iodopsină, care este situat în așa-numitele semi-discuri - pliuri ale membranei plasmatice. Această parte a celulei fotoreceptoare este în mod constant reînnoită.
2. 2. Constricția formată de membrana plasmatică servește la transferul de energie din segment intern in afara. Reprezintă așa-numiții cili care realizează această legătură.
3. 3. Segment intern – zonă a metabolismului activ. Aici se află mitocondriile - baza energetică a celulelor. În acest segment are loc o eliberare intensă de energie necesară procesului vizual.
4. 4. Terminația sinaptică este zona sinapselor - contacte între celule care transmit impulsuri nervoase către nervul optic.



Ipoteza cu trei componente a percepției culorilor

Se știe că conurile conțin un pigment special - iodopsină, care le permite să perceapă totul spectrul de culori. Conform ipotezei tripartite a vederii culorilor, există trei tipuri de conuri. Fiecare dintre ele conține propriul tip de iodopsină și este capabil să perceapă doar partea sa din spectru.

1. 1. Tipul L conține pigmentul eritrolab și captează unde lungi, și anume partea roșie-galbenă a spectrului.
2. 2. Tipul M conține pigmentul chlorolab și este capabil să perceapă undele medii emise de regiunea verde-galben a spectrului.
3. 3. Tipul S conține pigment cianolab și reacționează la unde scurte, percepând partea albastră a spectrului.

Mulți oameni de știință implicați în problemele histologiei moderne notează inferioritatea ipotezei cu trei componente a percepției culorii, deoarece nu a fost găsită încă confirmarea existenței a trei tipuri de conuri. În plus, pigmentul căruia i s-a dat anterior numele de cyanolab nu a fost încă descoperit.

Ipoteza bicomponentă a percepției culorilor

Conform acestei ipoteze, toate conurile retiniene conțin atât eritolab, cât și clorolab. Prin urmare, ei pot percepe atât lung cât și partea de mijloc spectru Și partea sa scurtă, în acest caz, este percepută de pigmentul de rodopsina conținut în tije.

Această teorie este susținută de faptul că persoanele care nu sunt capabile să perceapă undele scurte ale spectrului (adică partea albastră a acestuia) suferă simultan de deficiențe vizuale în condiții de lumină scăzută. În caz contrar, această patologie se numește „ orbirea nocturnă„și este cauzată de disfuncția tijelor retiniene.

Bastoane



Raportul dintre bastonașe (gri) și conuri (verzi) în retină

Tijele arată ca niște mici cilindri alungiți, de aproximativ 0,06 mm lungime. Un adult sănătos are aproximativ 120 de milioane din acești receptori în fiecare ochi de pe retină. Ele umplu întreaga retină, concentrându-se în principal pe periferie. Macula (zona a retinei unde vederea este cea mai ascuțită) nu conține practic tije.

Pigmentul care face ca tijele să fie foarte sensibile la lumină se numește rodopsina sau violet vizual. . În lumină puternică, pigmentul se estompează și își pierde această capacitate. În acest moment, este susceptibil doar la undele scurte de lumină, care alcătuiesc regiunea albastră a spectrului. În întuneric, culoarea și calitatea acestuia sunt restabilite treptat.

Structura tijelor

Tijele au o structură asemănătoare cu cea a conurilor. Ele constau din patru părți principale:

1. 1. Segmentul exterior cu discuri membranare contine pigmentul rodopsina.
2. 2. Segmentul de legătură sau ciliul face contact între secțiunile exterioare și interioare.
3. 3. Segmentul interior conține mitocondrii. Aici are loc procesul de generare a energiei.
4. 4. Segmentul bazal contine terminații nervoaseși transmite impulsuri.

Sensibilitatea excepțională a acestor receptori la efectele fotonilor le permite să transforme stimularea luminoasă în excitare nervoasăși să-l transmită creierului. Acesta este modul în care se realizează procesul de percepere a undelor luminoase. de ochiul uman– fotorecepție.

Omul este singura făptură vie capabilă să perceapă lumea în toată bogăția culorilor și nuanțelor ei. Protecția ochilor împotriva efecte nociveși prevenirea deficienței de vedere va ajuta la păstrarea acestei abilități unice pentru mulți ani.

Bună ziua, dragi cititori! Cu toții am auzit că sănătatea ochilor trebuie protejată de la o vârstă fragedă, deoarece vederea pierdută nu poate fi întotdeauna restabilită. Te-ai gândit vreodată cum funcționează ochiul? Dacă știm acest lucru, atunci ne va fi mai ușor să înțelegem ce procese oferă percepția vizuală a lumii din jurul nostru.

Ochiul uman are o structură complexă. Poate cel mai misterios și complex element este retina. Acesta este un strat subțire format din țesut nervos si vase. Dar el este cel care i se încredințează cea mai importanta functie pentru a procesa informațiile primite de ochi în impulsuri nervoase, permițând creierului să creeze o imagine tridimensională color.

Astăzi vom vorbi despre receptorii țesutului nervos al retinei - și anume, tijele. Care este sensibilitatea la lumină a receptorilor tijelor din retină și ce ne permite să vedem în întuneric?

Tije și conuri

Ambele elemente cu nume amuzante– fotoreceptori care produc o imagine înregistrată de cristalin și zone ale corneei.

Există o mulțime de ambele în ochiul uman. Există aproximativ 7 milioane de conuri (seamănă cu ulcioare mici) și chiar mai multe tije („cilindri”) – până la 120 de milioane! Desigur, dimensiunile lor sunt neglijabile și se ridică la fracțiuni de milimetri (µm). Lungimea unui baston este de 60 de microni. Conurile sunt și mai mici - 50 de microni.

Tijele și-au primit numele datorită formei lor: seamănă cu cilindri microscopici.

Acestea constau din:

• discuri cu membrană;
• tesut nervos;
• mitocondriile.

Sunt prevazute si cu gene. Un pigment special, proteina rodopsina, permite celulelor să „simte” lumina.

Rodopsina (o proteină plus un pigment galben) reacționează la un fascicul de lumină în felul următor: sub influența impulsurilor luminoase se descompune, provocând astfel iritarea nervului optic. Trebuie să spun, sensibilitatea „cilindrilor” este uimitoare: captează informații chiar și de la 2 fotoni!

Diferențele dintre fotoreceptorii ochiului

Diferențele încep de la locație. „Urcioarele” sunt „aglomerate” mai aproape de centru. Ei sunt „responsabili” pentru viziune centrală. Există mai ales multe dintre ele în centrul retinei, în așa-numita „pată galbenă”.

Densitatea grupului de „cilindri”, dimpotrivă, este mai mare spre periferia ochiului.

De asemenea, puteți observa următoarele caracteristici:

• conurile conțin mai puțin fotopigment decât tijele;
• numărul total de „cilindri” este de 2 duzini de ori mai mare;
• tijele sunt capabile să perceapă orice lumină - difuză și directă; iar conurile sunt exclusiv drepte;
• cu ajutorul celulelor situate la periferie, percepem negrul si culorile albe(sunt acromatici);
• cu ajutorul celor adunati in centru - toate culorile si nuantele (sunt cromatice).

Fiecare dintre noi este capabil, datorită „ulcioarelor”, să vadă până la o mie de nuanțe. Și ochiul artistului este și mai sensibil: vede chiar și până la un milion de nuanțe de culori!

Fapt interesant: pentru a transmite impulsuri, mai multe tije necesită un singur neuron. Conurile sunt „mai solicitante”: fiecare are nevoie de propriul neuron.

„Cilindrii” sunt foarte sensibili; „ulcioarele” au nevoie de impulsuri de lumină mai puternice pentru a le putea percepe și transmite.

În esență, datorită lor putem vedea în întuneric. În condiții de lumină scăzută (seara târziu, noaptea), conurile nu pot „funcționa”. Dar bastoanele încep să funcționeze cu forță maximă. Și întrucât sunt situate la periferie, în întuneric percepem mai bine mișcările nu direct în fața noastră, ci în lateral.

Da, și încă ceva: bastoanele reacționează mai repede.

Rețineți: când mergeți undeva în întuneric, nu încercați să priviți cu atenție zona din fața ochilor. Încă nu vei vedea nimic, pentru că „ulcioarele” situate în centrul retinei sunt acum neputincioase. Dar dacă vă „activați” vederea periferică, veți putea naviga mult mai bine. „Cilidrii” sunt cei care „funcționează”.

În ciuda diferenței semnificative în îndeplinirea sarcinilor stabilite de natură, fotoreceptorii nu pot fi considerați separat unul de celălalt. Numai împreună oferă o singură imagine holistică.

Prin absorbția cuantelor de lumină, celulele transformă energia într-un impuls nervos. Intră în creier. Rezultatul este că vedem lumea!

De ce pisicile văd mai bine decât noi în întuneric

Acum, după ce am studiat în schiță generală structura și funcțiile fotoreceptorilor, putem răspunde la întrebarea de ce animalele noastre cu mustață sunt mult mai bune în a se orienta în întuneric decât noi.

Sicriul se deschide simplu: structura ochiului acestui mamifer este similară cu cea a unui om. Dar dacă o persoană are aproximativ 4 tije pe 1 con, atunci o pisică are 25! Nu este surprinzător că prădătorul domestic distinge perfect contururile obiectelor în întuneric aproape complet.

Tijele și conurile sunt ajutoarele noastre

„Cilindrii” și „ulcioarele” sunt o invenție uimitoare a naturii. Dacă funcționează corect, o persoană poate vedea bine în lumină și poate naviga în întuneric.

Dacă încetează să-și îndeplinească funcțiile în totalitate, se respectă următoarele:

• strălucire ușoară în fața ochilor;
• scăderea vizibilității în întuneric;
• câmpurile vizuale devin mai înguste.

În timp, acuitatea vizuală se schimbă în rău. Daltonismul, hemeralopia (scăderea vederii pe timp de noapte), dezlipirea retinei - acestea sunt consecințele perturbării fotoreceptorilor.

Dar să nu încheiem conversația noastră cu această notă tristă. Medicină modernă a învățat să facă față majorității bolilor care anterior provocau orbire. Pacientului i se cere doar o examinare preventivă anuală.

Ai găsit beneficii din articolul nostru? Dacă aveți ceva mai puține întrebări legate de structura și funcționarea organelor de vedere, putem considera sarcina noastră finalizată. Și încă ceva: vă rugăm să împărtășiți informațiile pe care le primiți prietenilor dvs. și ne puteți trimite comentariile și observațiile dvs. Asteptam raspunsuri. Feedback-ul dumneavoastră este întotdeauna binevenit!

Datorită viziunii, o persoană percepe realitatea înconjurătoare și se orientează în spațiu. Desigur, fără celelalte simțuri este dificil să-ți faci o imagine completă a lumii, dar ochii percep aproape 90% din Informații generale, care intră în creier din exterior.

Prin utilizarea funcția vizuală o persoană este capabilă să vadă fenomene care au loc în apropierea sa, poate analiza diverse evenimente, poate găsi diferențe între un obiect și altul și, de asemenea, poate observa o amenințare iminentă.

Organele vederii sunt proiectate astfel încât să distingă nu numai obiectele în sine, ci și diversitatea culorilor vieții și natura neînsuflețită. Responsabilitatea pentru aceasta revine celulelor microscopice speciale - tije și conuri prezente în retina ochiului. Ei sunt cei legătura inițialăîn lanțul de transmitere a informațiilor despre obiectul văzut către partea occipitală a creierului.

ÎN structura structurala Retina are o zonă foarte specifică alocată conurilor și tijelor. Acești receptori vizuali pătrund în țesutul nervos care se formează retină, contribuie la conversia rapidă a fluxului luminos rezultat într-o combinație de impulsuri.

În retină se formează o imagine, proiectată cu participarea directă a zonei ochilor a corneei și a cristalinului. În etapa următoare, imaginea este procesată, după care impulsurile nervoase se deplasează cale vizuală, furnizează informații în partea dorită a creierului. Structura complexă și complet formată a ochilor face posibilă procesarea instantanee a oricărei informații.

Ponderea principală a receptorilor fotografici este concentrată în așa-numita macula. Aceasta este zona retinei situată în zona sa centrală. Datorită culorii sale corespunzătoare, macula este numită și pata galbenă a ochiului.

Conurile sunt receptorii vizuali care răspund la undele luminoase. Funcționarea lor este direct legată de un pigment special - iodospin. Acest pigment multicomponent este format din chlorolab (responsabil de percepția spectrului verde-galben) și erythrolab (sensibil la spectrul roșu-galben). Astăzi, aceștia sunt doi pigmenți studiați temeinic.

O persoană cu vedere perfectă are aproape șapte milioane de conuri în retină. Au dimensiuni microscopice și inferioare în parametri geometrici comparativ cu tijele. Lungimea unui singur con este de aproximativ cincizeci de micrometri, iar diametrul este de aproximativ patru. Trebuie remarcat faptul că sensibilitatea conurilor la razele de lumină este de aproximativ o sută de ori mai mică decât cea a tijelor. Cu toate acestea, datorită lor, ochiul poate percepe calitativ mișcările bruște ale obiectelor.

Conurile formează patru zone distincte. Regiunea exterioară este reprezentată de semi-discuri. Bannerul acționează ca o secțiune de legătură. Zona interioara conţine un set de mitocondrii. În cele din urmă, a patra zonă este zona contactelor neuronale.

1. Regiunea exterioară este formată în întregime din semi-discuri formate din membrana plasmatică. Acestea sunt pliuri membranare de dimensiuni microscopice, acoperite complet cu pigmenți sensibili. Fagocitoza regulată a acestor formațiuni, precum și reînnoirea lor constantă în corpul receptor, permite reînnoirea regiunii exterioare a conului. Producția de pigment are loc în această zonă. Până la o sută de discuri cu jumătate de disc pot fi actualizate pe zi membranelor plasmatice. Pentru recuperare totalăÎntregul set de semi-discuri va dura aproximativ două săptămâni.
2. Regiunea de legătură, care iese în afară membrana, creează o punte între secțiunile exterioare și interioare ale conurilor. Comunicarea se stabilește cu participarea unei perechi de cili și a conținutului intern al celulelor. Cilii și citoplasma se pot muta dintr-o zonă în alta.
3. Regiunea interioară este o zonă de metabolism activ. Mitocondriile care umplu această zonă transportă substratul energetic pentru funcția vizuală. Această parte conține miezul.
4. Regiunea sinaptică. Aici are loc contactul energetic al celulelor bipolare.

Acuitatea vizuală este sub influența celulelor bipolare monosinaptice care conectează conurile și celulele ganglionare.

Există trei tipuri de conuri în funcție de sensibilitatea lor la undele spectrale:

• tip S. Ele demonstrează sensibilitate la lungimi de undă scurte ale luminii albastre-violete.
• de tip M. Conuri care detectează din spectrul undelor medii. Aceasta este o schemă de culori galben-verde.
• tip L. Sensibilă la lungimi de undă lungi de culoare roșu-galben.

Forma bețelor este asemănătoare unui cilindru, având un diametru uniform pe toată lungimea. Lungimea acestor receptori oculari este de aproape treizeci de ori mai mare decât diametrul lor, astfel încât forma tijelor este alungită vizual. Tijele retiniene sunt formate din patru elemente: discuri membranare, cili, mitocondrii și țesut nervos.

Bastoanele au o sensibilitate maximă la lumină, ceea ce le garantează răspunsul la cel mai mic fulger de lumină. Aparatul receptor al tijei va fi activat chiar și atunci când este expus la un foton de energie. Această abilitate unică a tijelor ajută o persoană să navigheze în amurg și asigură o claritate maximă a obiectelor în întuneric.

Din păcate, tijele conțin un singur element pigment, numit rodopsina. Este denumit și violet vizual. Faptul că pigmentul este doar într-o singură copie nu permite acestor receptori vizuali să distingă nuanțe și culori. Rodopsina nu are capacitatea de a răspunde instantaneu la un stimul extern de lumină, așa cum pot face pigmenții conici.

Fiind un compus proteic complex care conține un set de pigmenți vizuali, rodopsina aparține grupului de cromoproteine. Își datorează numele culorii roșu strălucitor. Nuanța violet a tijelor retiniene a fost descoperită ca urmare a numeroaselor cercetare de laborator. Vizual violet are două componente - un pigment galben și o proteină incoloră.

Sub influența razelor de lumină, rodopsina începe să se descompună rapid. Produșii săi de descompunere influențează formarea excitabilității vizuale. Odată restaurată, rodopsina susține vederea crepusculară. Din iluminare puternică proteina se descompune, iar sensibilitatea sa la lumină se schimbă în regiunea albastră a vederii. Recuperare totală bețe de veveriță persoana sanatoasa poate dura aproximativ o jumătate de oră. În această perioadă de timp, vederea nocturnă atinge nivelul maxim, iar persoana începe să vadă contururile obiectelor.

Simptome de deteriorare a tijelor și conurilor oculare

Patologiile marcate de deteriorarea acestor receptori vizuali sunt însoțite de următoarele simptome:

• Se pierde acuitatea vizuală.
• În fața ochilor apar fulgerări și strălucire bruscă.
• Capacitatea de a vedea în întuneric scade.
• O persoană nu poate face diferența dintre diferitele culori.
• Câmpul percepției vizuale se îngustează. ÎN în cazuri rare se formează vederea tubulară.

Boli care sunt asociate cu funcțiile fotoreceptoare afectate ale bastonașelor și conurilor:

• Daltonism m. ereditar patologie congenitală, exprimată în incapacitatea de a distinge culorile.
• Hemeralopia. Patologia tijelor determină o scădere a acuității vizuale în întuneric.
• Dezlipire de retina ochi.
• Degenerescenta maculara. Nutriția afectată a vaselor de sânge ale ochiului duce la scăderea vederii centrale.

Partea sensibilă la lumină a ochiului este un mozaic de celule sensibile la lumină (fotoreceptori) situate pe retină. Retina ochiului conține două tipuri de receptori sensibili la lumină, ocupând o zonă cu o deschidere de aproximativ 170° față de axa vizuală: 120...130 milioane de tije (receptori lungi și subțiri pentru vederea nocturnă), 6.5.. .7,0 milioane de conuri (receptori scurti și groși pentru vederea în timpul zilei) . Înainte ca lumina să ajungă în retină, trebuie să treacă mai întâi printr-un strat de țesut nervos și un strat vase de sânge. Acest aranjament elemente fotosensibile din punct de vedere bun simț nu este optim. Orice proiectant de camere de televiziune ar fi avut grijă să instaleze firele de legătură pentru a nu interfera cu lumina care cade pe fotocelule. Retina este construită pe un principiu diferit și motivele acestei structuri retiniene inverse nu sunt pe deplin înțelese.

Tijele și conurile sunt strâns adiacente între ele, cu laturile lor alungite. Dimensiunile lor sunt foarte mici: lungimea tijelor este de 0,06 mm, diametrul este de 0,002 mm, lungimea și diametrul conurilor sunt de 0,035 și respectiv 0,006 mm. Densitatea tijelor și a conurilor pe diverse zone retina este de la 20.000 la 200.000 pe 1 mm2. În acest caz, predomină conurile în centrul retinei, tijele - la periferie. În centrul retinei se află așa-numita macula macula forma ovala(lungime 2 mm, lățime 0,8 mm).În acest loc există aproape numai conuri. „Macula” este zona retinei care oferă cea mai clară viziune ascuțită.

Tijele și conurile diferă prin substanțele sensibile la lumină pe care le conțin. Substanța tijelor este rodopsina (violet vizual). Absorbția maximă de lumină a rodopsinei corespunde unei lungimi de undă de aproximativ 510 nm (lumină verde), adică tijele au sensibilitate maximă la radiații cu λ = 510 nm . Substanța sensibilă la lumină din conuri (iodopsină) vine în trei tipuri, fiecare dintre ele având o absorbție maximă în zone diferite spectru

Sub influența luminii, moleculele substanțelor fotosensibile se disociază (se dezintegrează) în particule încărcate pozitiv și negativ. Când concentrația ionilor și, prin urmare, totalul acestora incarcare electrica atinge o anumită valoare, sub influența unei sarcini, în fibra nervoasă apare un puls de curent, care este trimis la creier.

Reacțiile de degradare a luminii a rodopsinei și iodopsinei sunt reversibile, adică după ce au fost descompuse în ioni sub influența luminii și sarcina ionilor a excitat un impuls de curent în nervul, aceste substanțe sunt din nou restaurate la lumina lor originală. formă sensibilă. Energia pentru restaurare este furnizată de produse care intră în ochi printr-o rețea extinsă de vase de sânge minuscule. Astfel, în ochi se stabilește un ciclu continuu de distrugere și refacere ulterioară a substanțelor sensibile la lumină.

Dacă nivelul cantității de lumină care acționează asupra ochiului nu se modifică în timp, atunci se stabilește un echilibru mobil între concentrațiile de substanțe în stări de degradare și forma fotosensibilă inițială. Mărimea acestei concentrații depinde de cantitatea de lumină care acționează asupra ochiului la un moment dat sau anterior, adică. sensibilitate la lumină ochii se schimbă cu diverse niveluri lumină activă.

Se știe că dacă intri într-o încăpere foarte slab luminată dintr-o lumină puternică, la început ochiul nu distinge nimic. Treptat, capacitatea ochiului de a distinge obiectele este restabilită. După o lungă ședere în întuneric (aproximativ 1 oră), sensibilitatea ochiului devine maximă, deoarece concentrația de substanțe fotosensibile atinge limita superioară. Dacă, după o lungă ședere în întuneric, ieși în lumină, atunci în primul moment ochiul va fi într-o stare de orbire: refacerea substanțelor fotosensibile rămâne în urmă degradarii lor. Treptat, ochiul se adaptează la nivelul de iluminare și începe să funcționeze normal.

Să ne amintim că proprietatea ochiului de a se adapta la nivelul cantității de lumină activă, care este exprimată printr-o modificare a sensibilității sale la lumină, se numește adaptare.

Tije – vedere pe timp de noapte. Tijele pot reacționa la cea mai mică cantitate de lumină. Ei sunt responsabili pentru capacitatea noastră de a vedea lumina lunii, lumina cerului înstelat și chiar în acele cazuri când acest cer înstelat este ascuns de nori. În fig. 2.2 curba punctată afișează dependența sensibilității tijelor de lungimea de undă. Tijele oferă doar percepție acromatică sau neutră sub formă de alb, gri și negru. Mai mult, fiecare tijă nu are o legătură directă cu creierul. Se unesc în grupuri. Un astfel de dispozitiv explică sensibilitatea ridicată a vederii tijei, dar îl împiedică să distingă cele mai mici detalii. Aceste fapte explică incolora generală și neclaritatea vederii nocturne și adevărul proverbului: „Noaptea, toate pisicile sunt

ry.”

Orez. 2.2. Sensibilitatea spectrală relativă a tijelor și conurilor

Conuri – vedere în timpul zilei. Răspunsul conurilor este mai complex decât cel al tijelor. În loc să distingem pur și simplu între lumină și întuneric, și, de asemenea, să percepem o serie de diferite culorile gri, conurile asigură percepția culorilor cromatice. Cu alte cuvinte, cu viziunea conică putem vedea diferite culori. Distribuția spectrală a sensibilității vederii conului în funcție de lungimea de undă este prezentată în Fig. 2.2 cu o linie continuă. Această curbă este de obicei numită curba de vizibilitate, precum și curba de sensibilitate spectrală a ochiului. Viziunea cu baston, în comparație cu viziunea conică, este mult mai sensibilă la radiații în porțiunea cu lungime de undă scurtă a spectrului vizibil, iar sensibilitatea la radiații în porțiunea cu lungime de undă lungă (roșie) a spectrului este aproximativ aceeași cu cea a conurilor. Cu toate acestea, conurile continuă să răspundă la mici creșteri ale intensității luminii incidente (formând o imagine pe retină) chiar și atunci când densitatea fluxului său devine atât de mare încât tijele nu mai răspund la ele - sunt saturate. . Cu alte cuvinte, toate bețișoarele în acest caz dau maxim cantitate posibilă semnale nervoase. Astfel, viziunea noastră în timpul zilei este asigurată aproape în întregime de conuri. Schimbarea sensibilității la lumină de-a lungul axei lungimii de undă de la viziunea conică (în timpul zilei) la viziunea cu tije (sau noaptea) se numește efectul Purkinje (mai corect Purkinje). Această „schimbare Purkinje”, numită după omul de știință ceh Purkinje, care a descoperit-o pentru prima dată în 1823, este responsabilă pentru faptul că un obiect care este roșu la lumina zilei este perceput ca negru în lumina nopții sau în amurg, în timp ce un obiect care este perceput ca albastru. ziua, apare gri deschis noaptea.

A avea două tipuri de receptori sensibili la lumină (tije și conuri) la oameni este un mare avantaj. Nu toate animalele sunt atât de norocoase. Puii, de exemplu, au doar conuri și, prin urmare, trebuie să se culce când soarele apune. Bufnițele au doar bețe; trebuie să-și miște ochii toată ziua.

Tije și conuri - viziune crepusculară. Atât tijele, cât și conurile sunt implicate în vederea crepusculară. Amurgul este intervalul de iluminare care se extinde de la iluminarea creată de radiația de pe cer când soarele a coborât cu mai mult de câteva grade sub orizont, până la iluminarea oferită de soarele care se ridică sus pe cer. cer senin lună în jumătate de fază. Vederea în amurg include și vederea într-o cameră slab luminată (de exemplu, cu lumânări). Deoarece în astfel de condiții contribuția relativă a vederii tijei și conurilor la percepția vizuală generală se schimbă constant, judecățile de culoare sunt extrem de nesigure. Cu toate acestea, există o serie de produse a căror evaluare a culorii trebuie făcută folosind o astfel de viziune mixtă, deoarece sunt destinate să le consumăm în lumină slabă. Un exemplu este vopseaua fosforescentă utilizată în indicatoare rutiere pentru condiții întunecate.

Munca creierului

Informațiile de la receptori sunt transmise la creier prin nervul optic, care conține aproximativ 800 de mii de fibre. Pe lângă această transmitere directă a excitației de la retină la centrii creierului, există un feedback complex pentru a controla, de exemplu, mișcările globilor oculari.

Undeva în retină are loc procesarea complexă a informațiilor - logaritmul densității curentului și conversia logaritmului în frecvența pulsului. În continuare, informațiile despre luminozitate, codificate de frecvența pulsului, sunt transmise de-a lungul fibrei nervului optic către creier. Cu toate acestea, nu doar curentul trece prin nerv, ci proces dificil excitație, o combinație de fenomene electrice și chimice. În contrast cu curent electric este subliniată de faptul că viteza de propagare a semnalului de-a lungul nervului este foarte mică. Se află în intervalul de la 20 la 70 m/s.

Informațiile care provin de la cele trei tipuri de conuri sunt convertite în impulsuri și codificate în retină înainte de a fi transmise la creier. Această informație codificată este trimisă ca semnal de luminanță de la toate cele trei tipuri de conuri, precum și semnale de diferență pentru fiecare două culori (Figura 2.3). Un al doilea canal de luminozitate este, de asemenea, conectat aici, care provine probabil dintr-un sistem independent de baghete.

Primul semnal de culoare diferentiat este semnal K-Z. Este format din conuri roșii și verzi. Al doilea semnal este semnal J-S, care se obține într-un mod similar, cu excepția faptului că informațiile despre Culoarea galbena obtinut prin adaugarea sigului de intrare

capturi din conurile K+Z.

Fig.2.3. Modelul sistemului vizual

Creierul a fost asemănat de mai multe ori cu un centru gigant care colectează și procesează o cantitate mare de informații. Încercarea de a înțelege milioanele de conexiuni din asta incredibil dispozitiv complex au fost in într-o mare măsură de succes. Știm, de exemplu, că nervul optic al unui ochi se conectează cu nervul optic al celuilalt (decusație nervii optici) astfel încât fibrele nervoase jumătatea dreaptă o retină merge alături de fibre din jumătatea dreaptă a celeilalte retine și, după ce trece prin stația de releu (corp geniculat) din mezencefal, își încheie calea aproape în același loc în lobul occipital al creierului, în partea posterioară. Excitațiile retinei sunt proiectate în acest lob, iar partea din ele corespunzătoare centrului ochiului ( pată maculară), V într-o mare măsură intensificată în comparație cu excitațiile altor zone ale retinei. Stația de releu are capacitatea de a face conexiuni laterale și ea însăși partea occipitală are multe conexiuni cu toate celelalte părți ale creierului.