Sú umiestnené svetlocitlivé bunky tyčiniek a čapíkov. Tyčinky a čapíky sietnice: štruktúra

Hlavnými fotosenzitívnymi prvkami (receptory) sú dva typy buniek: jeden vo forme stopky - palice 110-123 miliónov. (výška 30 µm, hrúbka 2 µm), ostatné kratšie a hrubšie - šišky 6-7 miliónov. (výška 10 µm, hrúbka 6-7 µm). V sietnici sú rozmiestnené nerovnomerne. Centrálna fovea sietnice (fovea centralis) obsahuje iba kužele (až 140 tisíc na 1 mm). Smerom k periférii sietnice sa ich počet znižuje a počet tyčiniek sa zvyšuje.

Každý fotoreceptor – tyčinka alebo kužeľ – pozostáva z vonkajšieho segmentu citlivého na svetlo, ktorý obsahuje vizuálny pigment, a vnútorného segmentu, ktorý obsahuje jadro a mitochondrie, ktoré zabezpečujú energetické procesy vo fotoreceptorovej bunke.

Vonkajší segment je fotosenzitívna oblasť, kde sa svetelná energia premieňa na receptorový potenciál. Štúdie elektrónovým mikroskopom odhalili, že vonkajší segment je vyplnený membránovými kotúčmi tvorenými plazmatickou membránou. V tyčinkách, obsahuje každý vonkajší segment 600-1000 diskov, čo sú sploštené membránové vaky naukladané ako stĺpec mincí. V kuželoch je menej membránových kotúčov. Toto čiastočne vysvetľuje viac vysoká citlivosť priľne k svetlu(prútik dokáže vzrušiť všetko jedno kvantum svetla, A Na aktiváciu kužeľa je potrebných viac ako 100 fotónov.

Každý disk je dvojitá membrána pozostávajúca z dvojitej vrstvy fosfolipidové molekuly medzi ktorými sú molekuly bielkovín. Sietnica, ktorá je súčasťou vizuálneho pigmentu rodopsínu, je spojená s proteínovými molekulami.

Vonkajšie a vnútorné segmenty fotoreceptorovej bunky sú oddelené membránami, cez ktoré prechádza lúč 16-18 tenkých fibríl. Vnútorný segment prechádza do procesu, pomocou ktorého fotoreceptorová bunka prenáša excitáciu cez synapsiu na bipolárnu nervovú bunku, ktorá je s ňou v kontakte.

Vonkajšie segmenty receptorov sú obrátené k pigmentovému epitelu, takže svetlo najskôr prechádza 2 vrstvami nervové bunky a vnútorné segmenty receptorov a potom dosiahne pigmentovú vrstvu.

šišky pracovať pri vysokých svetelných podmienkach poskytujú denné a farebné videnie, a palice- sú zodpovedné za videnie za šera.

Viditeľné pre nás spektrum elektromagnetického žiarenia je uzavreté medzi krátkovlnnou (vlnovou dĺžkouod 400 nm) žiarenie, ktoré nazývame fialové a dlhovlnné žiarenie (vlnová dĺžkado 700 nm ) nazývaná červená. Tyčinky obsahujú špeciálny pigment rodopsín, (pozostáva z aldehydu vitamínu A alebo sietnice a proteínu) alebo vizuálna fialová, maximum spektra, ktorého absorpcia je v oblasti 500 nanometrov. V tme sa resyntetizuje a na svetle vybledne. Pri nedostatku vitamínu A je narušené videnie za šera – „nočná slepota“.

Vo vonkajších segmentoch troch typov kužeľov ( citlivé na modrú, zelenú a červenú) obsahuje tri druhy vizuálnych pigmentov, ktorých maximálne absorpčné spektrá sú v modrá (420 nm), zelená (531 nm) A červená (558 nm) časti spektra. pigment červeného kužeľa bol pomenovaný - "jodopsín". Štruktúra jodopsínu je blízka štruktúre rodopsínu.

Zvážte postupnosť zmien:

Molekulárna fyziológia fotorecepcie: Vnútrobunkové záznamy zo zvieracích čapíkov a tyčiniek to ukázali v tme tečie pozdĺž fotoreceptora tmavý prúd, ktorý opúšťa vnútorný segment a vstupuje do vonkajšieho segmentu. Osvetlenie vedie k blokáde tohto prúdu. Receptorový potenciál moduluje uvoľňovanie vysielača ( glutaman) na fotoreceptorovej synapsii. Ukázalo sa, že v tme fotoreceptor nepretržite uvoľňuje neurotransmiter, ktorý pôsobí depolarizujúce cesta na membránach postsynaptických procesov horizontálnych a bipolárnych buniek.

Tyčinky a čapíky majú jedinečnú elektrickú aktivitu medzi všetkými receptormi, ich receptorové potenciály pri pôsobení svetla - hyperpolarizujúce, akčné potenciály pod ich vplyvom nevznikajú.

(Keď je svetlo absorbované molekulou vizuálneho pigmentu - rodopsínu, okamžite izomerizácia jeho chromoforová skupina: 11-cis-retinal sa premení na trans-retinal. Po fotoizomerizácii sietnice dochádza v proteínovej časti molekuly k priestorovým zmenám: stáva sa bezfarebná a prechádza do stavu metodopsin II Výsledkom je, že molekula vizuálneho pigmentu získava schopnosť interakcie s inou membránový proteínG uanozíntrifosfát (GTP) -väzbový proteín - transducín (T) .

V komplexe s metarhodopsínom vstupuje transducín do aktívneho stavu a v tme vymieňa ganozitdifosfát (GDP), ktorý je s ním spojený, za (GTP). Transducin+ GTP aktivuje ďalšiu proteínovú molekulu viazanú na membránu, enzým fosfodiesterázu (PDE). Aktivovaná PDE ničí niekoľko tisíc molekúl cGMP .

V dôsledku toho sa koncentrácia cGMP v cytoplazme vonkajšieho segmentu receptora znižuje. To vedie k uzavretiu iónových kanálov v plazmatickej membráne vonkajšieho segmentu, ktoré boli otvorené V tme a cez ktorý vnútri bunky vrátane Na+ a Ca. Iónové kanály sa zatvoria v dôsledku koncentrácia cGMP, ktorá udržiavala kanály otvorené, klesá. Teraz sa zistilo, že póry v receptore sa otvárajú v dôsledku cGMP na cyklický guanozínmonofosfát .

Mechanizmus obnovenia počiatočného tmavého stavu fotoreceptora spojené so zvýšením koncentrácie cGMP. (v tmavej fáze za účasti alkoholdehydrogenázy + NADP)

Absorpcia svetla molekulami fotopigmentov teda vedie k zníženiu permeability pre Na, čo je sprevádzané hyperpolarizáciou, t.j. vznik receptorového potenciálu. Potenciál hyperpolarizačného receptora, ktorý vznikol na membráne vonkajšieho segmentu, sa potom šíri pozdĺž bunky k jej presynaptickému koncu a vedie k zníženiu rýchlosti uvoľňovania mediátora - glutamát . Okrem glutamátu dokážu neuróny sietnice syntetizovať ďalšie neurotransmitery, ako napr acetylcholín, dopamín, glycín GABA.

Fotoreceptory sú vzájomne prepojené elektrickými (medzerovými) kontaktmi. Toto spojenie je selektívne: palice sú spojené s tyčami atď.

Tieto reakcie fotoreceptorov sa zbiehajú na horizontálnych bunkách, čo vedie k depolarizácii v susedných čapoch, čo je negatívny Spätná väzbačo zvyšuje kontrast svetla.

Na úrovni receptorov dochádza k inhibícii a signál kužeľa prestáva odrážať počet absorbovaných fotónov, ale nesie informáciu o farbe, rozložení a intenzite svetla dopadajúceho na sietnicu v blízkosti receptora.

Existujú 3 typy neurónov sietnice - bipolárne, horizontálne a amakrinné bunky. Bipolárne bunky priamo viažu fotoreceptory na gangliové bunky, t.j. uskutočňujú prenos informácií cez sietnicu vo vertikálnom smere. Horizontálne a amakrinné bunky prenášajú informácie horizontálne.

bipolárny bunky obsadzujú v sietnici strategická poloha, keďže cez ne musia prejsť všetky signály, ktoré vznikajú v receptoroch prichádzajúcich do gangliových buniek.

Bolo to experimentálne dokázané bipolárne bunky majú receptívne polia v ktorom alokovať centrum a periféria (John Dowling a kol., Harvard Medical School).

Receptívne pole – súbor receptorov, ktoré vysielajú signály do daného neurónu prostredníctvom jednej alebo viacerých synapsií.

Veľkosť prijímacích polí: d = 10 um alebo 0,01 mm - mimo centrálnej jamky.

V samotnej diered = 2,5 um (vďaka tomu sme schopní rozlíšiť medzi 2 bodmi na viditeľná vzdialenosť medzi nimi je iba 0,5 oblúkových minút - 2,5 mikrónov - ak porovnáte, ide o mincu 5 kopeckov vo vzdialenosti asi 150 metrov)

Počnúc úrovňou bipolárnych buniek sa neuróny zrakového systému rozdeľujú do dvoch skupín, ktoré reagujú opačným spôsobom na osvetlenie a stmavnutie:

1 - bunky, vzrušený osvetlením a inhibovaný tmou "zapnuté" - neuróny A

Bunky Vzrušený tmou a brzdený osvetlením - " vypnuté"- neuróny. Stredový článok sa vybíja s výrazne zvýšenou frekvenciou.

Ak počúvate výboje takejto bunky cez reproduktor, najprv budete počuť spontánne impulzy, samostatné náhodné kliknutia a potom po zapnutí svetla dôjde k salve impulzov, ktoré pripomínajú výbuch guľometu. Naopak, v bunkách s off-reakciou (pri zhasnutí svetla - salva impulzov) je toto delenie zachované na všetkých úrovniach zrakového systému, až po kôru vrátane.

V rámci samotnej sietnice dochádza k prenosu informácií bezimpulzny sposob (distribúcia a transsynaptický prenos postupných potenciálov).

V horizontálnych, bipolárnych a amokrinných bunkách dochádza k spracovaniu signálu prostredníctvom pomalých zmien membránových potenciálov (tonická odpoveď). PD sa negeneruje.

Tyčinkové, kužeľové a horizontálne bunkové reakcie sú hyperpolarizujúce, zatiaľ čo bipolárne bunkové reakcie môžu byť buď hyperpolarizujúce alebo depolarizujúce. Amakrinné bunky vytvárajú depolarizačné potenciály.

Aby sme pochopili, prečo je to tak, treba si predstaviť vplyv malého svetlého bodu. Receptory sú aktívne v tme a svetlo, ktoré spôsobuje hyperpolarizáciu, znižuje ich aktivitu. Ak excitačná synapsia, bipolárny sa aktivuje v tme, A sa vo svetle deaktivujú; ak je synapsia inhibičná, bipolárna je inhibovaná v tme a vo svetle vypnutím receptora sa táto inhibícia odstráni, t.j. bipolárna bunka sa aktivuje. To. či je receptor-bipolárna synapsia excitačná alebo inhibičná závisí od mediátora vylučovaného receptorom.

Horizontálne bunky sa podieľajú na prenose signálov z bipolárnych buniek do gangliových buniek, ktoré prenášajú informácie z fotoreceptorov do bipolárnych buniek a následne do gangliových buniek.

Horizontálne bunky reagujú na svetlo hyperpolarizáciou s výraznou priestorovou sumáciou.

Horizontálne bunky negenerujú nervové impulzy, ale membrána má nelineárne vlastnosti, ktoré zabezpečujú bezimpulzový prenos signálu bez útlmu.

Bunky sa delia na dva typy: B a C. Bunky typu B, čiže svietivosť, vždy reagujú hyperpolarizáciou, bez ohľadu na vlnovú dĺžku svetla. Bunky typu C, alebo chromatické bunky, sa delia na dvoj- a trojfázové. Chromatické bunky reagujú buď hyper alebo depolarizáciou v závislosti od dĺžky stimulujúceho svetla.

Dvojfázové bunky sú buď červeno-zelené (depolarizované červeným svetlom, hyperpolarizované zeleným) alebo zeleno-modré (depolarizované zeleným svetlom, hyperpolarizované modrým). Trojfázové bunky sú depolarizované zeleným svetlom a modré a červené svetlo spôsobujú hyperpolarizáciu membrány. Amakrinné bunky regulujú synaptický prenos v ďalšom kroku z bipolárnych na gangliové bunky.

Dendrity amakrinných buniek sa rozvetvujú vo vnútornej vrstve, kde sú v kontakte s výbežkami bipolárnych a dendritov gangliových buniek. Odstredivé vlákna prichádzajúce z mozgu končia na amakrinných bunkách.

Amakrinné bunky generujú postupné a pulzné potenciály (fázový charakter odpovede). Tieto bunky reagujú rýchlou depolarizáciou na zapnutie a vypnutie svetla a vykazujú slabé

priestorový antagonizmus medzi centrom a perifériou.

Sietnica je hlavnou časťou oka vizuálny analyzátor. Tu je vnímanie elektromagnetických svetelných vĺn, ich premena na nervové impulzy a prenos do zrakového nervu. Denné (farebné) a nočné videnie zabezpečujú špeciálne sietnicové receptory. Spolu tvoria takzvanú fotosenzorickú vrstvu. Na základe ich tvaru sa tieto receptory nazývajú kužele a tyčinky.

Ukázať všetko

Všeobecné pojmy

Mikroskopická štruktúra oka

Histologicky sa na sietnici izoluje 10 bunkových vrstiev. Vonkajšiu fotosenzitívnu vrstvu tvoria fotoreceptory (tyčinky a čapíky), čo sú špeciálne útvary neuroepiteliálnych buniek. Obsahujú zrakové pigmenty schopné pohlcovať svetelné vlny určitej vlnovej dĺžky. Tyčinky a čapíky sú na sietnici rozmiestnené nerovnomerne. Väčšina kužeľov je umiestnená v strede, zatiaľ čo tyče sú na okraji. Ale to nie je ich jediný rozdiel:

1. 1. Tyčinky poskytujú nočné videnie. To znamená, že sú zodpovedné za vnímanie svetla pri zlých svetelných podmienkach. V súlade s tým môže človek pomocou palíc vidieť predmety iba čiernobielo.
2. 2. Kužele poskytujú zrakovú ostrosť počas celého dňa. S ich pomocou človek vidí svet vo farebnom obraze.

Tyčinky sú citlivé len na krátke vlny, ktorých dĺžka nepresahuje 500 nm (modrá časť spektra). Ale sú aktívne aj vtedy rozptýlené svetlo keď sa zníži hustota toku fotónov. Kužele sú citlivejšie a dokážu vnímať všetky farebné signály. Ale na ich vybudenie je potrebné svetlo oveľa väčšej intenzity. V tme sa vizuálna práca vykonáva pomocou palíc. Výsledkom je, že za súmraku a v noci človek vidí siluety predmetov, ale necíti ich farby.

Dysfunkcia fotoreceptorov sietnice môže viesť k rôzne patológie vízia:

• porušenie vnímania farieb (farebná slepota);
• zápalové ochorenia sietnice;
• stratifikácia membrány sietnice;
• zhoršené videnie za šera (nočná slepota);
• fotofóbia.



šišky

Ľudia s dobrý zrak majú asi sedem miliónov čapíkov v každom oku. Ich dĺžka je 0,05 mm, šírka - 0,004 mm. Ich citlivosť na prúdenie lúčov je nízka. Ale kvalitatívne vnímajú celú škálu farieb vrátane odtieňov.

Zodpovedajú aj za schopnosť rozpoznať pohybujúce sa objekty, keďže lepšie reagujú na dynamiku osvetlenia.



Štruktúra kužeľov



Schématická štruktúra kužeľov a tyčí

Kužeľ má tri hlavné segmenty a zúženie:

1. 1. Vonkajší segment. Práve on obsahuje svetlocitlivý pigment jodopsín, ktorý sa nachádza v takzvaných polodiskách - záhyboch plazmatickej membrány. Táto oblasť fotoreceptorovej bunky sa neustále aktualizuje.
2. 2. Zúženie vytvorené plazmatickou membránou slúži na prenos energie z vnútorný segment vonku. Toto spojenie vykonávajú takzvané riasinky.
3. 3. Vnútorný segment je oblasťou aktívneho metabolizmu. Tu sú mitochondrie – energetická základňa buniek. V tomto segmente dochádza k intenzívnemu uvoľňovaniu energie potrebnej na realizáciu zrakového procesu.
4. 4. Synaptické zakončenie je oblasť synapsií - kontaktov medzi bunkami, ktoré prenášajú nervové impulzy do zrakového nervu.



Trojzložková hypotéza vnímania farieb

Je známe, že šišky obsahujú špeciálny pigment - jodopsín, ktorý im umožňuje vnímať celok farebné spektrum. Podľa trojzložkovej hypotézy farebného videnia existujú tri typy čapíkov. Každý z nich obsahuje svoj vlastný typ jodopsínu a je schopný vnímať len svoju časť spektra.

1. 1. L-typ obsahuje pigment erythrolab a zachytáva dlhé vlny, a to červeno-žltú časť spektra.
2. 2. M-typ obsahuje chlorolabový pigment a je schopný vnímať stredné vlny vyžarované zeleno-žltou oblasťou spektra.
3. 3. Typ S obsahuje pigment cyanolab a reaguje na krátke vlny, pričom vníma modrú časť spektra.

Mnohí vedci, ktorí sa zaoberajú problémami modernej histológie, poznamenávajú podradnosť trojzložkovej hypotézy vnímania farieb, pretože sa zatiaľ nenašlo potvrdenie o existencii troch typov čapíkov. Navyše sa zatiaľ nepodarilo objaviť žiadny pigment, ktorý predtým dostal názov cyanolab.

Dvojzložková hypotéza vnímania farieb

Podľa tejto hypotézy všetky sietnicové čapíky obsahujú erytolab aj chlorolab. Preto môžu vnímať ako dlhé, tak aj stredná časť spektrum. A jeho krátka časť v tomto prípade vníma pigment rodopsín obsiahnutý v tyčinkách.

V prospech tejto teórie hovorí fakt, že ľudia, ktorí nie sú schopní vnímať krátke vlny spektra (teda jeho modrú časť), súčasne trpia pri slabom osvetlení zrakovým postihnutím. V opačnom prípade sa táto patológia nazýva " nočná slepota a je spôsobená dysfunkciou sietnicových tyčiniek.

palice



Pomer počtu tyčiniek (sivé) a čapíkov (zelené) na sietnici

Tyčinky vyzerajú ako malé podlhovasté valce, dlhé asi 0,06 mm. Dospelý zdravý človek má na sietnici v každom oku približne 120 miliónov týchto receptorov. Vypĺňajú celú sietnicu, pričom sa sústreďujú najmä na perifériu. Makula lutea (oblasť sietnice, kde je videnie najakútnejšie) neobsahuje prakticky žiadne tyčinky.

Pigment, vďaka ktorému sú tyčinky vysoko citlivé na svetlo, sa nazýva rodopsín alebo vizuálna fialová. . Pri jasnom svetle pigment bledne a stráca túto schopnosť. V tomto bode je náchylný len na krátke svetelné vlny, ktoré tvoria modrú oblasť spektra. V tme sa jej farba a vlastnosti postupne obnovujú.

Štruktúra palíc

Tyče majú štruktúru podobnú štruktúre kužeľov. Pozostávajú zo štyroch hlavných častí:

1. 1. Vonkajší segment s membránovými diskami obsahuje pigment rodopsín.
2. 2. Spojovací segment alebo cilium vytvára kontakt medzi vonkajšou a vnútornou sekciou.
3. 3. Vnútorný segment obsahuje mitochondrie. Tu je proces výroby energie.
4. 4. Bazálny segment obsahuje nervových zakončení a vykonáva prenos impulzov.

Výnimočná citlivosť týchto receptorov na účinky fotónov im umožňuje premieňať svetelnú stimuláciu na nervové vzrušenie a poslať to do mozgu. Takto sa uskutočňuje proces vnímania svetelných vĺn. ľudské oko- fotorecepcia.

Človek je jediná živá bytosť, ktorá je schopná vnímať svet v celej jeho bohatosti farieb a odtieňov. Ochrana očí proti škodlivé účinky a prevencia zrakového postihnutia pomôže zachovať túto jedinečnú schopnosť po mnoho rokov.

Dobrý deň, milí čitatelia! Všetci sme počuli, že zdravie očí by sa malo chrániť od mladého veku, pretože stratené videnie nemožno vždy vrátiť. Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako funguje oko? Ak to vieme, ľahšie pochopíme, aké procesy poskytujú vizuálne vnímanie sveta okolo nás.

Ľudské oko má zložitú štruktúru. Snáď najzáhadnejším a najzložitejším prvkom je sietnica. Toto je tenká vrstva nervové tkanivo a plavidlá. Ale je to na ňom podstatnú funkciu spracovanie informácií prijatých okom na nervové impulzy, čo umožňuje mozgu vytvoriť farebný trojrozmerný obraz.

Dnes budeme hovoriť o receptoroch nervového tkaniva sietnice - konkrétne o tyčinkách. Aká je citlivosť receptorov sietnicových tyčiniek na svetlo a čo nám umožňuje vidieť v tme?

Tyče a kužele

Oba tieto prvky sú vtipné mená- fotoreceptory, ktoré dávajú obraz fixovaný šošovkou a časťami rohovky.

Tých a iných je v ľudskom oku veľa. Šišky (vyzerajú ako maličké džbány) - asi 7 miliónov a tyče ("valce") ešte viac - až 120 miliónov! Samozrejme, ich rozmery sú zanedbateľné a dosahujú zlomky milimetrov (μm). Dĺžka jednej tyčinky je 60 mikrónov. Kužele sú ešte menšie - 50 mikrónov.

Palice dostali svoje meno vďaka svojmu tvaru: pripomínajú mikroskopické valce.

Pozostávajú z:

• membránové disky;
• nervové tkanivo;
• mitochondrie.

A sú vybavené riasinkami. Špeciálny pigment – ​​proteín rodopsín – umožňuje bunkám „cítiť“ svetlo.

Rodopsín (to je proteín plus žltý pigment) reaguje na svetelný lúč nasledovným spôsobom: pôsobením svetelných impulzov sa rozkladá a tým spôsobuje podráždenie zrakového nervu. Musím povedať, že citlivosť "valcov" je úžasná: zachytávajú informácie dokonca z 2 fotónov!

Rozdiely medzi fotoreceptormi v oku

Rozdiely začínajú umiestnením. „Džbány“ sa „tlačia“ bližšie k centru. Sú za to „zodpovední“. centrálne videnie. V strede sietnice, v takzvanej „žltej škvrne“, je ich obzvlášť veľa.

Hustota nahromadenia „valcov“ je naopak vyššia smerom k periférii oka.

Okrem toho je možné zaznamenať nasledujúce funkcie:

• šišky obsahujú menej fotopigmentu ako tyčinky;
• celkový počet "valcov" je 2 tucet krát väčší;
• palice sú schopné vnímať akékoľvek svetlo - rozptýlené a priame; a šišky sú výnimočne rovné;
• pomocou buniek umiestnených na periférii vnímame čierne a biele farby(sú achromatické);
• s pomocou tých, ktorí sa zhromažďujú v strede - všetky farby a odtiene (sú chromatické).

Každý z nás je schopný vďaka „džbánkom“ vidieť až tisíc odtieňov. A oko umelca je ešte citlivejšie: vidí dokonca až milión odtieňov farieb!

Zaujímavý fakt: na prenos impulzov potrebuje niekoľko tyčiniek iba jeden neurón. Kužele sú „náročnejšie“: každý potrebuje svoj vlastný neurón.

„Valce“ sú vysoko citlivé, „džbány“ potrebujú silnejšie svetelné impulzy, aby ich mohli vnímať a prenášať.

V skutočnosti vďaka nim vidíme v tme. V podmienkach zníženého osvetlenia (neskoro večer, v noci) kužele nemôžu "fungovať". Ale palice začnú pôsobiť v plnej sile. A keďže sú umiestnené na periférii, v tme lepšie zachytávame pohyby nie priamo pred sebou, ale po stranách.

A ešte jedna vec: palice reagujú rýchlejšie.

Berte na vedomie: keď idete niekam do tmy, nesnažte sa pozerať na oblasť priamo pred vašimi očami. Aj tak nič neuvidíte, pretože „džbány“ umiestnené v strede sietnice sú teraz bezmocné. Ak si však „zapnete“ periférne videnie, budete sa vedieť orientovať oveľa lepšie. Práve „valce“ „fungujú“.

Napriek významnému rozdielu vo vykonávaní úloh stanovených prírodou nemožno fotoreceptory posudzovať oddelene od seba. Len spolu dávajú jediný holistický obraz.

Absorbovaním svetelných kvánt bunky premieňajú energiu na nervový impulz. Ide to do mozgu. Výsledok – vidíme svet!

Prečo nás mačky lepšie vidia v tme?

Teraz, keď som študoval vo všeobecnostištruktúrou a funkciami fotoreceptorov, môžeme odpovedať na otázku, prečo sú naši fúzatí miláčikovia oveľa lepší v navigácii v tme ako my.

Rakva sa otvára jednoducho: štruktúra oka tohto cicavca je podobná ľudskej. Ale ak má človek asi 4 prúty na 1 kužeľ, tak mačka ich má 25! Nie je prekvapujúce, že domáci dravec dokonale rozlišuje obrysy predmetov v takmer úplnej tme.

Prúty a kužele sú našimi pomocníkmi

„Valce“ a „džbány“ sú úžasným vynálezom prírody. Ak fungujú správne, človek dobre vidí vo svetle a vie sa orientovať v tme.

Ak prestanú vykonávať svoje funkcie v plnom rozsahu, existujú:

• ľahké oslnenie pred očami;
• zhoršenie viditeľnosti v tme;
• sú už v zornom poli.

V priebehu času sa zraková ostrosť mení k horšiemu. Farbosleposť, hemeralopia (znížené nočné videnie), odlúčenie sietnice - to sú dôsledky porušenia fotoreceptorov.

Ale nekončime náš rozhovor touto smutnou nôtou. moderná medicína naučili zvládať väčšinu chorôb, ktoré predtým spôsobovali slepotu. Pacient potrebuje len každoročné preventívne vyšetrenie.

Našli ste v našom článku nejaký benefit? Ak máte o niečo menej otázok týkajúcich sa štruktúry a práce orgánov zraku, môžeme považovať našu úlohu za splnenú. A ešte jedna vec: zdieľajte prijaté informácie so svojimi priateľmi a môžete nám posielať svoje komentáre a poznámky. Čakáme na odpovede. Vaša spätná väzba je vždy vítaná!

Vďaka videniu človek spoznáva okolitú realitu a orientuje sa v priestore. Samozrejme, bez zvyšku zmyslov je ťažké zostaviť úplný obraz sveta, ale oči vnímajú takmer 90% všeobecné informácie ktorý vstupuje do mozgu zvonku.

Používaním vizuálna funkciačlovek je schopný vidieť javy, ktoré sa dejú vedľa neho, môže analyzovať rôzne udalosti, nájsť rozdiely medzi jedným objektom a druhým a tiež si všimnúť blížiacu sa hrozbu.

Orgány videnia sú usporiadané tak, že rozlišujú nielen samotné predmety, ale aj farebnú rozmanitosť živých a neživej prírode. Zodpovednosť za to nesú špeciálne mikroskopické bunky - tyčinky a šišky prítomný v sietnici oka. Sú to oni počiatočný odkaz v reťazci na prenos informácií o videnom objekte do okcipitálnej časti mozgu.

IN štruktúrna štruktúra sietnicové kužele a tyčinky majú priradenú dobre definovanú oblasť. Tieto vizuálne receptory prenikajú do nervového tkaniva, ktoré sa tvorí sietnica, prispievajú k rýchlej premene výsledného svetelného toku na kombináciu impulzov.

V sietnici sa vytvára obraz, navrhnutý s priamou účasťou očnej oblasti rohovky a šošovky. V ďalšej fáze sa obraz spracuje, po ktorom sa nervové impulzy pohybujú vizuálna dráha dodávať informácie do pravej časti mozgu. Komplexné a plne tvarované zariadenie očí umožňuje okamžite spracovať akékoľvek informácie.

Hlavný podiel fotografických receptorov je sústredený v takzvanej makule. Toto je oblasť sietnice, ktorá sa nachádza v jej centrálnej zóne. Kvôli zodpovedajúcej farbe sa makula nazýva aj žltá škvrna oka.

Kužele sú vizuálne receptory, ktoré reagujú na svetelné vlny. Ich fungovanie priamo súvisí so špeciálnym pigmentom - jodospinom. Tento viaczložkový pigment pozostáva z chlorolabu (zodpovedného za vnímanie zeleno-žltého spektra) a erytrolabu (citlivého na červeno-žlté spektrum). K dnešnému dňu sú to dva dôkladne študované pigmenty.

Človek s dokonalým zrakom má v sietnici takmer sedem miliónov čapíkov. Majú mikroskopickú veľkosť a v geometrických parametroch sú horšie ako tyčinky. Dĺžka jedného kužeľa je asi päťdesiat mikrometrov a priemer je asi štyri. Treba si uvedomiť, že citlivosť kužeľov na svetelné lúče je asi stokrát nižšia ako u tyčiniek. Oko však vďaka nim dokáže kvalitatívne vnímať prudké pohyby predmetov.

Kužele tvoria štyri samostatné zóny. Vonkajšia oblasť je reprezentovaná polodiskami. Pás funguje ako spojovacie oddelenie. Vnútorná oblasť obsahuje sadu mitochondrií. Nakoniec štvrtá zóna je oblasť nervových kontaktov.

1. Vonkajšia oblasť je úplne tvorená polokotúčmi vytvorenými z plazmatickej membrány. Ide o membránové záhyby mikroskopických rozmerov, úplne pokryté citlivými pigmentmi. Pravidelná fagocytóza týchto útvarov, ako aj ich neustála obnova v receptorovom tele, umožňujú obnovu vonkajšej oblasti kužeľa. V tejto oblasti dochádza k produkcii pigmentu. Denne je možné aktualizovať až sto polovičných diskov plazmatické membrány. Pre úplné zotavenie celá sada polovičných diskov bude trvať približne dva týždne.
2. Spojovacia oblasť, vyčnievajúca z membrány, vytvára most medzi vonkajšou a vnútornou časťou kužeľov. Komunikácia je nadviazaná za účasti páru riasiniek a vnútorného obsahu buniek. Cilia a cytoplazma sa môžu pohybovať z jednej oblasti do druhej.
3. Vnútorná oblasť je zónou aktívneho metabolizmu. Mitochondrie, ktoré vypĺňajú túto zónu, transportujú energetický substrát pre vizuálnu funkciu. Táto časť obsahuje jadro.
4. synaptickej oblasti. Tu dochádza k energetickému kontaktu bipolárnych buniek.

Zraková ostrosť je pod vplyvom monosynaptických bipolárnych buniek, ktoré spájajú kužele a gangliové bunky.

Existujú tri typy kužeľov v závislosti od citlivosti na spektrálne vlny:

• S-typ. Ukážte citlivosť na krátke vlnové dĺžky modrofialového svetla.
• M-typ. Kužele, ktoré zachytávajú zo spektra stredných vĺn. Toto je žltozelená farebná schéma.
• typu L. Citlivé na červeno-žlté farby s dlhou vlnovou dĺžkou.

Tvar tyčiniek je podobný valcu, ktorý má rovnomerný priemer po celej dĺžke. Dĺžka týchto očných receptorov je takmer tridsaťkrát väčšia ako ich priemer, takže tvar tyčiniek je vizuálne predĺžený. Tyčinky sietnice sa skladajú zo štyroch prvkov: membránových diskov, mihalníc, mitochondrií a nervového tkaniva.

Tyčinky majú maximálnu citlivosť na svetlo, čo zaručuje ich odozvu na najmenší svetelný záblesk. Receptorový aparát tyčiniek sa aktivuje aj pri vystavení jedinému fotónu energie. Táto jedinečná schopnosť tyčí pomáha človeku pri navigácii za súmraku a poskytuje maximálnu prehľadnosť predmetov v tme.

Bohužiaľ, tyčinky majú vo svojom zložení len jeden pigmentový prvok, nazývaný rodopsín. Označuje sa aj ako vizuálna fialová. Skutočnosť, že existuje len jeden pigment, znemožňuje týmto zrakovým receptorom rozlišovať medzi odtieňmi a farbami. Rodopsín nemá schopnosť okamžite reagovať na vonkajší svetelný podnet, ako to dokážu pigmenty kužeľa.

Ako komplexná proteínová zlúčenina obsahujúca súbor vizuálnych pigmentov patrí rodopsín do skupiny chromoproteínov. Za svoj názov vďačí svojej jasne červenej farbe. Fialový odtieň sietnicových tyčiniek bol objavený v dôsledku mnohých laboratórny výskum. Vizuálna fialová má dve zložky – žltý pigment a bezfarebný proteín.

Pôsobením svetelných lúčov sa rodopsín začne rýchlo rozkladať. Produkty jeho rozpadu ovplyvňujú tvorbu zrakovej excitability. Po zotavení si rodopsín zachováva videnie za šera. Od jasné osvetlenie proteín sa rozkladá a jeho fotosenzitivita sa posúva do modrej oblasti videnia. Úplné zotavenie palica veverička zdravý človek môže trvať približne pol hodiny. Počas tohto časového obdobia dosiahne nočné videnie maximálnu úroveň a človek sa začne pozerať na obrysy predmetov.

Príznaky poškodenia očných tyčiniek a čapíkov

Patológie označené poškodením týchto vizuálnych receptorov sú sprevádzané nasledujúcimi príznakmi:

• Zraková ostrosť sa stráca.
• Pred očami sú náhle záblesky a odlesky.
• Znížená schopnosť vidieť v tme.
• Človek nemôže rozlišovať medzi rôznymi farbami.
• Zužuje pole zrakového vnímania. IN zriedkavé prípady vytvára sa tubulárne videnie.

Choroby, ktoré sú spojené s porušením fotoreceptorových funkcií tyčiniek a kužeľov:

• daltonizmus m.. Dedičná vrodená patológia vyjadrené v neschopnosti rozlišovať farby.
• Hemeralopia. Patológia tyčiniek spôsobuje zníženie zrakovej ostrosti v tme.
• Odštiepenie rohovky oči.
• Makulárna degenerácia. Porušenie výživy ciev oka vedie k zníženiu centrálneho videnia.

Svetlocitlivá časť oka je mozaika svetlocitlivých buniek (fotoreceptorov) umiestnených na sietnici. Sietnica oka obsahuje dva typy receptorov citlivých na svetlo, ktoré zaberajú oblasť s roztokom asi 170 ° vzhľadom na zrakovú os: 120 ... 130 miliónov tyčiniek (dlhé a tenké receptory nočného videnia), 6,5 ... 7,0 miliónov čapíkov (receptory pre krátke a hrubé denné videnie). Pred dosiahnutím sietnice musí svetlo najskôr prejsť vrstvou nervového tkaniva a vrstvou cievy. Takéto usporiadanie fotosenzitívne prvky z hľadiska zdravý rozum nie je optimálne. Každý konštruktér televíznej kamery by si dal záležať na montáži spojovacích vodičov tak, aby nezasahovali do svetla dopadajúceho na fotobunky. Sietnica je postavená na inom princípe a dôvody tohto prevrátenia sietnice nie sú úplne pochopené.

Tyče a kužele tesne priliehajú k sebe s predĺženými stranami. Ich rozmery sú veľmi malé: dĺžka tyčí je 0,06 mm, priemer je 0,002 mm, dĺžka a priemer kužeľov je 0,035 a 0,006 mm. Hustota tyčiniek a kužeľov rôznych oblastiach sietnice sa pohybuje od 20 000 do 200 000 na 1 mm2. V tomto prípade prevládajú kužele v strede sietnice, tyčinky - na periférii. V strede sietnice je takzvaná žltá škvrna oválny tvar(dĺžka 2 mm, šírka 0,8 mm).Na tomto mieste sú takmer samé šišky. "Žltá škvrna" je oblasť sietnice, ktorá poskytuje najjasnejšie ostré videnie.

Tyčinky a čapíky sa líšia v látkach citlivých na svetlo, ktoré obsahujú. Podstatou tyčiniek je rodopsín (vizuálna fialová). Maximálna absorpcia svetla rodopsínu zodpovedá vlnovej dĺžke približne 510 nm (zelené svetlo), t.j. tyčinky majú maximálnu citlivosť na žiarenie s λ = 510 nm . Fotosenzitívna látka v čapiciach (jodopsín) sa vyskytuje v troch typoch, z ktorých každý má maximálnu absorpciu rôzne zóny spektrum.

Molekuly fotosenzitívnych látok sa vplyvom svetla disociujú (rozkladajú) na kladne a záporne nabité častice. Pri koncentrácii iónov a následne aj ich celk nabíjačka dosiahnuť určitú hodnotu, pôsobením náboja v nervovom vlákne vzniká prúdový impulz, ktorý je vyslaný do mozgu.

Reakcie svetelného rozpadu rodopsínu a jodopsínu sú reverzibilné, t. j. potom, čo sa pôsobením svetla rozložia na ióny a náboj iónov vybudí prúdový impulz v nerve, sa tieto látky opäť obnovia v pôvodnom svetle. citlivá forma. Energiu na regeneráciu poskytujú produkty, ktoré sa do oka dostávajú cez rozsiahlu sieť drobných krvných ciev. V oku tak vzniká nepretržitý cyklus deštrukcie a následnej obnovy fotosenzitívnych látok.

Ak sa úroveň množstva svetla pôsobiaceho na oko s časom nemení, potom sa vytvorí pohyblivá rovnováha medzi koncentráciami látok v stave rozpadu a pôvodnou svetlocitlivou formou. Hodnota tejto koncentrácie závisí od množstva svetla pôsobiaceho na oko v danom alebo predchádzajúcom okamihu, t.j. citlivosť na svetlo oči sa menia s rôzne úrovne aktívne svetlo.

Je známe, že ak vstúpite z jasného svetla do veľmi slabo osvetlenej miestnosti, oko spočiatku nič nerozlišuje. Postupne sa obnovuje schopnosť oka rozlišovať predmety. Po dlhom pobyte v tme (asi 1 hodina) je citlivosť oka maximálna, pretože koncentrácia fotosenzitívnych látok dosahuje svoju hornú hranicu. Ak však po dlhom pobyte v tme vyjdete na svetlo, tak sa oko v prvom momente ocitne v stave slepoty: obnova fotosenzitívnych látok zaostáva za ich rozpadom. Postupne sa oko prispôsobí úrovni osvetlenia a začne normálne pracovať.

Pripomeňme, že vlastnosť oka prispôsobovať sa úrovni množstva pôsobiaceho svetla, čo sa prejavuje zmenou jeho citlivosti na svetlo, sa nazýva tzv. prispôsobenie.

Tyčinky - nočné videnie. Tyče môžu reagovať na najmenšie množstvo svetla. Sú zodpovední za našu schopnosť vidieť mesačný svit, svetlo hviezdnej oblohy, a to aj v prípadoch, keď túto hviezdnu oblohu skrývajú mraky. Na obr. 2.2 bodkovaná krivka znázorňuje závislosť citlivosti tyčiniek od vlnovej dĺžky. Tyčinky poskytujú len achromatický alebo farebne neutrálny vnem v podobe bielej, šedej a čiernej. Navyše, každý prútik nemá priame spojenie s mozgom. Tvoria skupiny. Takéto zariadenie vysvetľuje vysokú citlivosť videnia tyčinky, ale bráni mu s jeho pomocou rozlíšiť najmenšie detaily. Tieto skutočnosti vysvetľujú všeobecnú bezfarebnosť a neostrosť nočného videnia a platnosť príslovia: „V noci sú všetky mačky

ry“.

Ryža. 2.2. Relatívna spektrálna citlivosť tyčiniek a kužeľov

Kužele - denné videnie. Reakcia kužeľov je zložitejšia ako reakcia tyčiniek. Namiesto jednoduchého rozlišovania medzi svetlom a tmou a vnímania množstva rôznych sivé kvety Kužele sú zodpovedné za vnímanie chromatických farieb. Inými slovami, s kužeľovým videním môžeme vidieť rôzne farby. Spektrálne rozdelenie citlivosti kužeľového videnia podľa vlnovej dĺžky je znázornené na obr. 2.2 plnou čiarou. Táto krivka sa nazýva krivka viditeľnosti, rovnako ako krivka spektrálnej citlivosti oka. Tyčinkové videnie je v porovnaní s kužeľovým videním oveľa citlivejšie na žiarenie v krátkovlnovej časti viditeľného spektra a citlivosť na žiarenie v dlhovlnnej (červenej) časti spektra je približne rovnaká ako u čípkov. . Čapíky však naďalej reagujú na malé zvýšenia intenzity dopadajúceho svetla (vytvárajúce obraz na sietnici), aj keď hustota jeho toku na nejaký čas narastie natoľko, že tyčinky už na ne nereagujú - sú nasýtené . Inými slovami, všetky palice v tomto prípade dávajú maximum možné číslo nervové signály. Naše denné videnie je teda zabezpečené takmer výlučne čapíkmi. Posun citlivosti na svetlo pozdĺž osi vlnových dĺžok z kužeľového (denného) videnia na tyčinkové (alebo nočné) videnie sa nazýva Purkyňov efekt (správnejšie Purkinet). Tento „purkyňovský posun“, pomenovaný po českom vedcovi Purkyňovi, ktorý ho prvýkrát objavil v roku 1823, určuje skutočnosť, že objekt, ktorý je za denného svetla červený, vnímame ako čierny v nočnom alebo súmrakovom osvetlení, zatiaľ čo objekt vnímaný cez deň vyzerá ako modrá, v noci sa javí ako svetlošedá.

Veľkou výhodou je mať u ľudí dva typy svetlocitlivých prijímačov (tyčinky a kužele). Nie všetky zvieratá majú také šťastie. Napríklad kurčatá majú len šišky, a preto musia ísť spať pri západe slnka. Sovy majú len palice; musia celý deň prižmúriť oči.

Tyčinky a kužele - videnie za súmraku. Na slabom videní sa podieľajú tyčinky aj čapíky. Súmrak je rozsah osvetlenia, ktorý siaha od osvetlenia produkovaného žiarením z oblohy, keď Slnko kleslo viac ako niekoľko stupňov pod horizont, až po osvetlenie, ktoré vzniká pri stúpaní vysoko na oblohe. jasná obloha Mesiac v polovičnej fáze. Videnie za šera zahŕňa aj videnie v slabo osvetlenej miestnosti (napríklad sviečkami). Keďže za takýchto podmienok sa relatívny príspevok videnia tyčiniek a kužeľov k celkovému vizuálnemu vnímaniu neustále mení, posúdenie farieb je mimoriadne nespoľahlivé. Existuje však množstvo produktov, ktoré je potrebné farebne ohodnotiť pomocou tohto druhu zmiešaného videnia, keďže sú určené na našu konzumáciu pri tlmenom svetle. Príkladom je fosforeskujúca farba použitá v dopravné značky pre tmavé podmienky.

Práca mozgu

Informácie z receptorov sa prenášajú do mozgu pozdĺž zrakového nervu, ktorý obsahuje asi 800 000 vlákien. Okrem tohto priameho prenosu vzruchu zo sietnice do mozgových centier existuje komplexná spätná väzba na riadenie napríklad pohybov očných buliev.

Niekde v sietnici prebieha komplexné spracovanie informácie - logaritmus prúdovej hustoty a transformácia logaritmu na frekvenciu impulzov. Ďalej sa informácie o jase, zakódované pulznou frekvenciou, prenášajú cez optické nervové vlákno do mozgu. Nervom však neprechádza len prúd, ale náročný proces excitácia, nejaká kombinácia elektrických a chemických javov. Na rozdiel od elektrický prúd zdôraznené tým, že rýchlosť šírenia signálu pozdĺž nervu je veľmi nízka. Leží v rozmedzí od 20 do 70 m/s.

Informácie pochádzajúce z troch typov čapíkov sa pred prenosom do mozgu premenia na impulzy a zakódujú sa v sietnici. Táto zakódovaná informácia sa vysiela ako signál jasu zo všetkých troch typov kužeľov, ako aj rozdielový signál pre každé dve farby (obr. 2.3). Je tu pripojený aj druhý jasový kanál, pravdepodobne pochádzajúci z nezávislého tyčového systému.

Prvý rozdielový farebný signál je skratový signál. Tvoria ho červené a zelené šišky. Druhý signál je signál J-S, ktorý sa získava podobným spôsobom s tým rozdielom, že informácie o žltá získaná sčítaním vstupných signálov

hotovosť z K+Z kužeľov.

Obr.2.3. Model vizuálneho systému

Mozog bol viac ako raz prirovnaný k obrovskému centru, ktoré zbiera a spracováva veľké množstvo informácií. Snažím sa zistiť milióny zlúčenín tohto neuveriteľne komplexné zariadenie boli v do značnej mieryúspešný. Vieme napríklad, že zrakový nerv jedného oka sa spája so zrakovým nervom druhého (kríž zrakové nervy), takže nervové vlákna pravá polovica jednej sietnice idú vedľa vlákien z pravej polovice druhej sietnice a po prechode cez reléovú stanicu (genikulárne telo) v medzimozgu skončia takmer na rovnakom mieste v tylovom laloku mozgu, v jeho zadná časť. V tomto laloku sa premietajú vzruchy sietníc a ich časť zodpovedajúca stredu oka ( žltá škvrna), V do značnej miery zvýšená v porovnaní s excitáciami iných častí sietnice. Reléová stanica má schopnosť bočných spojení a sama seba okcipitálna časť má veľa spojení so všetkými ostatnými časťami mozgu.