Куда идет нервный импульс от палочек и колбочек глаза

Здоровый человек даже не задумывается о значимости глаз в системе человеческого организма. Попробуйте закрыть глаза и посидите несколько минут, и сразу жизнь теряет свой привычный ритм, мозг, не получая импульсы, посылаемые сетчаткой глаза, находится в недоумении, ему сложно управлять другими органами, например, опорно-двигательным аппаратом.

Если описать работу глаз доступным человеку языком, то получится, что луч света, попадая на роговицу и хрусталик глаза, преломляется, проходит через прозрачную жидкую массу (стекловидное тело) и попадает на сетчатку глаза. Сетчатка представляет собой прослойку между глазной оболочкой и стекловидной массой. Состоит она из десяти слоев, каждый из которых выполняет свою функцию.

В сетчатке имеются два вида сверхчувствительных клеток – палочки и колбочки. Световой импульс попадает на сетчатку, и содержащееся в палочках вещество меняет свой окрас. Эта химическая реакция возбуждает зрительный нерв, который передает раздражающий импульс в мозг.

Строение глаза: схема

Несмотря на то что глаз занимает так мало места, он содержит множество анатомических структур, благодаря которым мы имеем способность видеть. Орган зрения практически напрямую связан с головным мозгом, и с помощью специального исследования офтальмологи видят пересечение зрительного нерва. Глазное яблоко имеет форму шара и располагается в специальной выемке – орбите, которую образуют кости черепа. Чтобы понять, для чего нужны многочисленные структуры органа зрения, необходимо знать строение глаза. Схема показывает, что глаз состоит таких образований, как стекловидное тело, хрусталик, передняя и задняя камеры, зрительный нерв и оболочки. Снаружи орган зрения покрывает склера — защитный каркас глаза.

Как работают фоторецепторы

Функционирование колбочек и восприятие ими различных цветов и оттенков до сих пор не имеет общепризнанного научного объяснения. Но на сегодняшний день существует две основные гипотезы, описывающие эти процессы.

Сторонники этой гипотезы утверждают, что в сетчатке глаза человека имеется три разных вида колбочек, в каждом из которых содержится определенный пигмент. Дело в том, что йодопсин – это неоднородное вещество, есть три его разновидности. Из них лишь два – эритролаб и хлоролаб – найдены и описаны учеными. Третий пигмент, цианолаб, существует лишь в теории, и его присутствие подтверждается лишь косвенными доказательствами.

Колбочки сетчатки глаза, содержащие эритролаб, принимают длинноволновое излучение, то есть желто-красную часть спектра.

Волны средней длины поглощаются хлоролабом, и рецепторы, в которых он находится, видят желто-зеленую часть спектра.

Логично, что должны существовать и фоторецепторы, воспринимающие коротковолновое излучение (синие оттенки), поэтому наличие цианолаба в светочувствительных клетках третьего типа весьма вероятно.

Эта теория, наоборот, отрицает наличие третьего пигмента, цианолаба. Она предполагает, что для восприятия данной части спектра излучения достаточно работы палочек. Таким образом, сетчатка воспринимает все видимые цвета при совместном функционировании обоих видов фоторецепторов. Причем, сторонники этой гипотезы подчеркивают, что эти чувствительные структуры способны определить содержание желтого цвета в смеси видимых оттенков.

Оболочки глаза

Ганглионарный слой сетчатки отвечает за синхронизацию циркадных ритмов

Выяснилось, что у млекопитающих за это отвечают клетки ганглионарного слоя сетчатки.

Только в отличие от палочек, чувствительных ко всему диапазону волн видимого света, они больше похожи на колбочки, которые воспринимают только одну составляющую в зависимости от пигмента (синий, зеленый или красный).

Палочки — один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза, названый так за свою цилиндрическую форму. Палочки более чувствительны к… →
Ганглионарные клетки регистрируют фотоны света с длиной волны около 480 нанометров, что соответствует видимой синей части спектра.

Для того чтобы изучить

этот механизм у людей, Фархан Зайди из Имперского колледжа Лондона и его коллеги из Гарварда, Оксфорда и Университета имени Томаса Джефферсона подобрали пациентов с функционально сохранным ганглионарным слоем при утративших свои функции палочках и колбочках.

На самом деле гибель фоторецепторных клеток практически всегда влечет за собой и гибель ганглионарного слоя. Но ученым всё-таки удалось найти двух пациентов, ставших исключением. Именно благодаря им учёным удалось выяснить роль незрительных рецепторов.

У первого пациента офтальмологи измеряли уровень секреции мелатонина в зависимости от уровня света, при этом сравнивая эффект от света с длиной волны 555 нм с влиянием света 480 нм, специфичного для ганглионарных клеток. Длина волны в 555 нанометров соответствует зелёному цвету, эффективнее всего воспринимаемому палочками и колбочками и одновременно — и, вероятно, неспроста — максимуму в привычном спектре излучения Солнца.

Мелатонин — один из гормонов-регуляторов околосуточных ритмов, концентрация которого в крови повышается в дневное время.

Как оказалось, возросла она и в ответ на свет с длиной волны в 480 нм, причем в несколько раз больше, чем на 555 нм.

Более того, синий цвет стимулировал циркадианный центр гипоталамуса.

Вся его нервная система стала лучше и быстрее работать — уменьшилась задержка реакции и усилилась активность мозга. Все это произошло в ответ на синий свет, но не на самый воспринимаемый фоторецепторами зеленый.

При разном освещении ее просили рассказать, чувствует ли она что-нибудь. Именно при синей лампе она отметила странное чувство света. Ученые интерпретируют эту способность ганглионарных клеток регистрировать освещение как альтернативу палочкам и колбочкам.

С физической точки зрения именно синий цвет и должен обладать таким свойством — ведь его фотоны обладают наибольшей энергией и могут донести информацию, когда остальные не достигли своей цели.

Тем временем, кембриджские хронобиологи и ботаники предложили новую модель регуляции внутренних биологических часов, а вместе с ними и циркадианных… →
Гораздо интереснее биологический смысл этой системы, ведь это не просто рудимент или атавизм, доставшийся нам от первых многоклеточных с их простыми глазками. Это часть сложнейшей регуляции суточных ритмов, включающей гормональные перестройки, изменение активности мозга, работы центров кровоснабжения и дыхания. Хронобиологи даже в работах на растениях отмечают ключевую роль синего, а не какого-либо другого света в регуляции не только циркадианных, но и круглогодичных циклов.

Впрочем, как раз биологический смысл остался за рамками работы Зайди и его коллег. Возможно, дело в том, что синий цвет гораздо лучше рассеивается в атмосфере и оттого регулирование циркадианных ритмов не требует непосредственного нахождения под солнцем. Кроме того, свет этих длин волн гораздо интенсивней в спектре Луны, освещающей эволюцию всей жизни с самого её зарождения.

Строение сетчатки глаза

Внутренняя оболочка органа зрения является составляющей частью мозгового вещества. Она представлена слоями нейронов, которые устилают глаз изнутри. Благодаря сетчатой оболочке мы получаем изображение всего, что находится вокруг нас. На ней фокусируются все преломлённые лучи и составляются в чёткий предмет. Нервные клетки сетчатки переходят в зрительный нерв, по волокнам которого информация достигает головного мозга. На внутренней оболочке глаза имеется небольшое пятно, которое находится в центре и обладает наибольшей способностью к видению. Эта часть называется макулой. В этом месте располагаются зрительные клетки – палочки и колбочки глаза. Они обеспечивают нам как дневное, так и ночное видение окружающего мира.

Видео о том, как выглядят колбочки и палочки сетчатки

В видео демонстрируется условная семантическое изображение сетчатки. Она состоит исключительно из фоторецепторов и нескольких слоев нервных клеток. Этот орган содержит порядка 7 млн. колбочек и 130 млн. палочек.

Размещены они неравномерно, в них протекают сложные фотохимические процессы, а также возникает возбуждение на свет самого днища, благодаря чему человек имеет прекрасную возможность видеть. Если вас заинтересовало подробнее строение, то я рекомендую досмотреть видео до конца.

Функции палочек и колбочек

Общая картина палочек

Данные фоторецепторные клетки распространены в огромном множестве по сетчатке глаза, количество их составляет от 115 до 120 миллионов. Эти клетки имеют форму цилиндров, из-за чего и были условно названы. Их длина небольшая, примерно в 30 раз больше диаметра.

Наиболее существенным отличием от других клеток является то, что в их состав входит родопсин – зрительный пигмент, принадлежащий группе хромопротеинов, с помощью которого достигается наибольшая световая чувствительность глаза. Он выделяется красным оттенком, что было выяснено во время различных анализов и изучений. Родопсин делится на белок, не имеющий цвета, и желтый пигмент.

Основным является то, что он отвечает на световые частицы распадом и раздражением зрительного нерва. В дневное время суток чувствительность перемещается в синюю зону, а в ночное преобразуется зрительный пурпур в течение получаса, который не способен отличать цвета, однако прекрасно улавливает маленькие вспышки света с энергией в один фотон.

Вам может быть интересно: Медицинские и народные методы лечения при разрыве сетчатки глаза

К тому времени, как все полностью перестроится, орган адаптируется к тусклому свету и начинает четче видеть, при этом данный процесс считается лучшим для глаза. Строение палочек заключается в четырех составляющих:

Мембранные диски.
Реснички.
Митохондрии.
Нервная ткань.

Важно! Палочки действительно слишком светочувствительны и нужно всего лишь один фотон чтобы произошла реакция. Благодаря мельчайшим элементарным частицам света человек способен видеть неплохо даже в сумерках!

Вас может заинтересовать: Причины воспаления сетчатки глаз и как это быстро устранить?

Строение палочек и колбочек

Своё название эти клетки получили благодаря своей форме – цилиндрической и конической. Палочки, в отличие от колбочек, располагаются больше по периферии сетчатки и практически отсутствуют в макуле. Это связано с их функцией – обеспечением ночного видения, а также периферических полей зрения. Оба типа клеток имеют схожее строение и состоят из 4 частей:

Ресничка – часть клетки, которая обеспечивает взаимосвязь между наружным и внутренним сегментами.

Митохондрии – они необходимы для энергетического обмена. Помимо этого, в них расположены ЭПС и ферменты, обеспечивающие синтез всех клеточных компонентов. Всё это находится во внутреннем сегменте.

Нервные окончания.

Количество светочувствительных рецепторов на сетчатке сильно различается. Палочковые клетки составляют около 130 миллионов. Колбочки сетчатки значительно уступают им в количестве, в среднем их насчитывается примерно 7 млн.

Колбочки

Периферические отростки условно-конической формы. Этот тип клеток преобразует световые сигналы в нервные импульсы. В состав колбочек входит пигмент йодопсин, состоящий из хлоролаба, реагирующего на жёлто-зелёную часть спектра и эритролаба, реагирующего на жёлто-красный участок спектра.

По размеру колбочки меньше палочек — их длина

0 мкм, а диаметр — 2-4 мкм. Колбочки на несколько порядков слабее воспринимают свет, чем палочки, но зато лучше реагируют на быстрые движения.

В структуру колбочки входят

наружный сегмент с постоянно обновляемыми и возникающими мембранными полудисками;
связующий отдел;
внутренний сегмент (включает ядро, митохондрии и полирибосомы);
синаптическую область, образующую синапсы с биполярными клетками.

Особенности передачи световых импульсов

Строение рецепторов

наружное поле (диск);
связующую зону;
внутреннюю;
базальная зона.

В длину одна палка 0,06 миллиметров, а диаметр — 0,002 мм. Эти фоторецепторы глаза крайне светочувствительны. Они воспринимают максимальное количество волн света, что предоставляет человеку возможность различать предметы в темное время суток. В рецепторах присутствует родопсин или зрительный пурпур, который содержится на мембранных дисках. В желтом пятне палочек практически нет. Под воздействием лучей он раздражается и помогает улавливать свет в ночное время.

Колбочки по строению схожи с палочками:

наружная зона;
связующая (перетяжка);
внутренняя;
базальная.

Длина рецепторов — 0,05 мм, а диаметр в широкой зоне составляет 0,004 мм. В дисках колбочек содержится йодопсин. Благодаря ему светочувствительные рецепторы обрабатывают поступающее изображение и изменяют его в нейронный импульс. Такая работа обеспечивает дневное видение и более точное изображение реальности. Колбочки улавливают красный и зеленый оттенков. Различают 3 вида йодопсина: эритролаб, хлоролаб цианолаб. Каждый из них отвечает за различие одного из 3-х основных оттенков: синего, красного и зеленого. Но если первые 2 вида были официально найдены учеными, то цианолаб еще не открыт, но уже имеет название.

Существует теория о двухкомпонентном восприятии цветов. Так как цианолаб еще не был найден, то приверженцы этой теории считают, что эритролаб и хлоролаб дают возможность глазу различать красный и зеленый спектры, а синий оттенок глаз улавливает с помощью выцветших родопсин (пигмента палочек). Эту гипотезу подтверждают исследования людей, что не различают синие цвета и плохо ориентируются в темноте.

Способность к восприятию цветов

Оба вида рецепторов сетчатки необходимы не только, чтобы различать дневное и сумеречное зрение, но и определять цветные картинки. Строение глаза человека позволяет многое: воспринимать большую площадь окружающей среды, видеть в любое время суток. Кроме того, мы имеем одну из интересных способностей – бинокулярное зрение, позволяющее значительно расширить обзор. Палочки и колбочки участвуют в восприятии практически всего цветового спектра, благодаря чему люди, в отличие от животных, различают все краски этого мира. Цветное зрение в большей степени обеспечивают колбочки, которые бывают 3-х видов (коротко-, средне и длинноволновые). Тем не менее палочки тоже имеют способность к восприятию небольшой части спектра.

Механизм восприятия

Палочки работают в изумрудно-зеленой спектральной зоне с длиной волны до 498 нм. Остальные участки воспринимают колбочки, но они чувствительны не только к своим цветам. Длинноволновые и средневолновые рецепторы также реагируют и на другие, просто менее активно. Так как ночью фотонный поток минимален, то распознают его лишь палочки, поэтому человек видит в монохроме и цвета не различает.

При попадании на сетчатку лучей разрушается под действием йодопсина и родопсина. Зрительные пигменты раздражаются и преобразовывают свет в нейронный импульс. Палочки образуют слой нервных волокон. По ним передается импульс от рецепторов в зрительный нерв. Под влиянием света происходит распад пигментов в рецепторах. Их восстановление происходит благодаря белку, который в них содержится. Возобновление белка занимает около 30 минут. Этого времени хватает для полного отображение окружающей среды.

Самая передняя часть глаза называется роговица . Она прозрачная (пропускает свет) и выпуклая (преломляет свет).

За роговицей находится радужная оболочка , в центре которой расположено отверстие – зрачок. Радужная оболочка состоит из мышц, которые могут изменять размер зрачка, и таким образом регулировать количество света, поступающего в глаз. В состав радужной оболочки входит пигмент меланин, который поглощает вредные ультрафиолетовые лучи. Если меланина много, то глаза получаются карие, если среднее количество – зеленые, если мало – голубые.

За зрачком располагается хрусталик . Это прозрачная капсула, заполненная жидкостью. За счет собственной упругости хрусталик стремится стать выпуклым, при этом глаз фокусируется на близких предметах. При расслаблении ресничной мышцы связки, удерживающие хрусталик, натягиваются и он становится плоским, глаз фокусируется на дальних предметах. Такое свойство глаза называется аккомодация.

За хрусталиком располагается стекловидное тело , заполняющее глазное яблоко изнутри. Это третий, последний компонент преломляющей системы глаза ( роговица – хрусталик – стекловидное тело ).

За стекловидным телом, на внутренней поверхности глазного яблока располагается сетчатка . Она состоит из зрительных рецепторов – палочек и колбочек. Под действием света рецепотры возбуждаются и передают информацию в мозг. Палочки находятся в основном на периферии сетчатки, они дают только черно-белое изображение, но зато им достаточно слабого освещения (могут работать в сумерках). Зрительный пигмент палочек – родопсин, производное витамина А. Колбочки сосредоточены в центре сетчатки, они дают цветное изображение, требуют яркого света. В сетчатке имеются два пятна: желтое (в нем самая высокая концентрация колбочек, место наибольшей остроты зрения) и слепое (в нем рецепторов нет совсем, из этого места выходит зрительный нерв).

За сетчаткой (сетчатой оболочкой глаза, самой внутренней) расположена сосудистая оболочка (средняя). Она содержит кровеносные сосуды, питающие глаз; в передней части она видоизменяется в радужную оболочку и ресничную мышцу .

За сосудистой оболочкой располагается белочная оболочка , покрывающая глаз снаружи. Она выполняет функцию защиты, в передней части глаза она видоизменена в роговицу .

Выберите один, наиболее правильный вариант. Функция зрачка в организме человека состоит в
1) фокусировании лучей света на сетчатку
2) регулировании светового потока
3) преобразовании светового раздражения в нервное возбуждение
4) восприятии цвета

Выберите один, наиболее правильный вариант. Черный пигмент, поглощающий свет, располагается в органе зрения человека в
1) слепом пятне
2) сосудистой оболочке
3) белочной оболочке
4) стекловидном теле

Выберите один, наиболее правильный вариант. Светочувствительные рецепторы глаза – палочки и колбочки – находятся в оболочке
1) радужной
2) белочной
3) сосудистой
4) сетчатой

Выберите один, наиболее правильный вариант. Энергия световых лучей, проникших в глаз, вызывает нервное возбуждение
1) в хрусталике
2) в стекловидном теле
3) в зрительных рецепторах
4) в зрительном нерве

Выберите один, наиболее правильный вариант. За зрачком в органе зрения человека располагается
1) сосудистая оболочка
2) стекловидное тело
3) хрусталик
4) сетчатка

Выберите один, наиболее правильный вариант. При рассматривании предмета глаза человека непрерывно двигаются, обеспечивая
1) предупреждение ослепления глаза
2) передачу импульсов по зрительному нерву
3) направление световых лучей на желтое пятно сетчатки
4) восприятие зрительных раздражений

Выберите один, наиболее правильный вариант. Зрение человека зависит от состояния сетчатки, так как в ней расположены светочувствительные клетки, в которых
1) образуется витамин А
2) возникают зрительные образы
3) черный пигмент поглощает световые лучи
4) формируются нервные импульсы

РОГОВИЦА - СЕТЧАТКА
Установите соответствие между оболочками глаза, обозначенными на рисунке, и их особенностями строения и функциями. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) является наружной оболочкой
Б) прозрачная
В) имеет желтое пятно
Г) состоит из палочек и колбочек
Д) защищает глаз от механических, биологических и химических повреждений

СЕТЧАТКА
1. Установите соответствие между зрительными рецепторами и их особенностями: 1) колбочки, 2) палочки. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) воспринимают цвета
Б) активны при хорошем освещении
В) зрительный пигмент родопсин
Г) осуществляют черно-белое зрение
Д) содержат пигмент йодопсин
Е) по сетчатке распределены равномерно

2. Установите соответствие между характеристикой и видом фоторецептора: 1) палочки, 2) колбочки. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) клетки длинные и тонкие
Б) воспринимают цвет
В) содержат три пигмента
Г) расположены в основном по периферии сетчатки
Д) обеспечивают зрение в сумерках

ОБОЛОЧКИ
Установите соответствие между характеристиками и оболочками глазного яблока: 1) белочная, 2) сосудистая, 3) сетчатка. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) содержит несколько слоёв нейронов
Б) содержит в клетках пигмент
В) содержит роговицу
Г) содержит радужку
Д) защищает глазное яблоко от внешних воздействий
Е) содержит слепое пятно

ПУТЬ ЛУЧА
1. Установите путь прохождения луча света в глазном яблоке
1) зрачок
2) стекловидное тело
3) сетчатка
4) хрусталик

2. Установите последовательность прохождения светового сигнала к зрительным рецепторам. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) зрачок
2) хрусталик
3) стекловидное тело
4) сетчатка
5) роговица

3. Установите последовательность расположения структур глазного яблока, начиная с роговицы. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) нейроны сетчатки
2) стекловидное тело
3) зрачок в пигментной оболочке
4) светочувствительные клетки-палочки и колбочки
5) выпуклая прозрачная часть белочной оболочки

4. Установите последовательность прохождения сигналов по сенсорной зрительной системе. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) зрительный нерв
2) сетчатка
3) стекловидное тело
4) хрусталик
5) роговица
6) зрительная зона коры мозга

5. Установите последовательность процессов прохождения луча света через орган зрения и нервного импульса в зрительном анализаторе. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) преобразование луча света в нервный импульс в сетчатке
2) анализ информации
3) преломление и фокусирование луча света хрусталиком
4) передача нервного импульса по зрительному нерву
5) прохождение лучей света через роговицу

ОПТИЧЕСКАЯ
1. Выберите три правильных варианта: к светопреломляющим структурам глаза относятся:
1) роговица
2) зрачок
3) хрусталик
4) стекловидное тело
5) сетчатка
6) жёлтое пятно

2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Оптическая система глаза состоит из
1) хрусталика
2) стекловидного тела
3) зрительного нерва
4) жёлтого пятна сетчатки
5) роговицы
6) белочной оболочки

ОПТИЧЕСКАЯ - РЕЦЕПТОРНАЯ
Установите соответствие между структурой глаза человека и его функцией: 1) оптическая, 2) рецепторная. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) зрачок
Б) желтое пятно
В) палочки и колбочки
Г) хрусталик
Д) стекловидное тело
Е) сетчатка

3. Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку, на котором изображено внутреннее строение органа зрения. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) зрачок
2) сетчатка
3) фоторецепторы
4) хрусталик
5) склера
6) желтое пятно

4. Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку, на котором изображено строение глаза человека. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) сетчатка
2) слепое пятно
3) стекловидное тело
4) склера
5) зрачок
6) роговица

5. Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку, на котором изображено строение глаза. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) стекловидное тело
2) склера
3) хрусталик
4) сосудистая оболочка
5) ресничная мышца
6) роговица

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Отличия дневного зрения человека по сравнению с сумеречным состоят в том, что
1) работают колбочки
2) различение цветов не осуществляется
3) острота зрения низкая
4) работают палочки
5) различение цветов осуществляется
6) острота зрения высокая