Преобразование энергии в нервные импульсы в глазе

Строение глаза

Глаз построен по камерному типу. Он имеет форму шара, который иногда называется глазным яблоком.

Плотная волокнистая оболочка, которая, как мешок, содержит в себе все внутренние элементы, называется склерой. Спереди склера имеет прозрачный участок, который называется роговицей.

Рис. 1. Строение глаза.

Под склерой расположена сосудистая оболочка. Она содержит кровеносные сосуды, питающие глаз. В передней части глаза сосудистая оболочка переходит в радужную, которая посередине имеет отверстие с меняющимся диаметром – зрачок.

Третья, внутренняя оболочка называется сетчаткой, в ней находятся рецепторные клетки.

К оптическому аппарату глаза относятся все прозрачные элементы:

роговица;
жидкость передней камеры;
хрусталик;
стекловидное тело.

Хрусталик делит глаз на переднюю и заднюю камеры. Он имеет форму двояковыпуклой линзы. По функции он и является линзой, которая может менять свою кривизну за счёт сокращения ресничных мышц.

видеть одновременно близкие и далёкие предметы невозможно. При рассматривании близких предметов хрусталик становится выпуклым, а далёких – более плоским.

Рис. 2. Внешний вид глаза.

Снаружи глаз периодически закрывается двумя веками, которые смачивают роговицу слезой, выделяемой слёзной железой.

После прохождения стекловидного тела свет попадает на сетчатку. Она состоит из нескольких слоёв клеток.

Рис. 3. Слои сетчатки.

В сетчатке находятся палочки и колбочки – 2 типа фоторецепторов.

Палочки:

воспринимают сумеречный свет;
более многочисленны;
дают ночное, чёрно- белое зрение.

Колбочки:

активны при дневном свете;
менее многочисленны;
дают дневное, цветное зрение.

В соседних слоях сетчатки расположены нейроны, которые воспринимают нервный импульс от рецепторов. Отростки нейронов сетчатки образуют зрительный нерв, передающий импульсы в мозг.

Мы смотрим двумя глазами, но получаем одно изображение потому, что задействуем идентичные участки сетчатки обоих глаз. Если пальцем сместить глазное яблоко, изображение сразу раздваивается.

Элемент

Строение

Функция

Прозрачная тонкая оболочка

Преломление лучей света

Форма линзы, эластичный

Фокусирует лучи света

Мышечные волокна вокруг хрусталика

Изменение кривизны хрусталика

Прозрачное студенистое вещество

Поддерживает внутриглазное давление, проводит свет

Плотная, белая волокнистая ткань

Создаёт форму глаза

Сеть кровеносных сосудов

Несколько слоёв нейронов и слой фоторецепторов

Восприятие светового сигнала и превращение его в нервный импульс

Формирование изображения

Что мы узнали?

Мы кратко рассмотрели строение глаза и функции его частей. Сетчатка глаза содержит фоторецепторы – периферическую часть зрительного анализатора. В рецепторных клетках энергия света превращается в электрическую энергию нервного импульса. Из отростков нейронов сетчатки формируется зрительный нерв. Оптический аппарат пропускает и преломляет лучи света, проецируя изображение на сетчатке.

Тест по теме

Средняя оценка: 4 . Всего получено оценок: 1026.

Не понравилось? - Напиши в комментариях, чего не хватает.

Содержание

Тест по теме

Анализаторы человека (таблица)
Зрительный анализатор Строение и функции глаза
Обоняние
Вкус
Анализаторы человека

По многочисленным просьбам теперь можно: сохранять все свои результаты, получать баллы и участвовать в общем рейтинге.

1.
Анастасия Алёхина 133
2.
София Архангельская 132
3.
Николь Пак 131
4.
Sladkiy ded 128
5.
Игорь Проскуренко 121
6.
Ефим Евлеев 110
7.
Анастасия Давыдова 105
8.
Ренат Шерифов 98
9.
Даниил Юраков 89
10.
Полина Зубкова 86

1.
Кристина Волосочева 19,120
2.
Ekaterina 18,721
3.
Юлия Бронникова 18,580
4.
Darth Vader 17,856
5.
Алина Сайбель 16,787
6.
Мария Николаевна 15,775
7.
Лариса Самодурова 15,735
8.
Liza 15,165
9.
TorkMen 14,876
10.
Влад Лубенков 13,530

Самые активные участники недели:

1. Виктория Нойманн - подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
2. Bulat Sadykov - подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
3. Дарья Волкова - подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Три счастливчика, которые прошли хотя бы 1 тест:

1. Наталья Старостина - подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
2. Николай З - подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
3. Давид Мельников - подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Карты электронные(код), они будут отправлены в ближайшие дни сообщением Вконтакте или электронным письмом.

С помощью зрительной функции человек способен увидеть происходящие рядом с ним явления, может анализировать разные события, находить отличия одного предмета от другого, а также замечать надвигающуюся угрозу.

Органы зрения устроены таким образом, что различают не только сами объекты, но ещё и цветовое разнообразие живой и неживой природы. Ответственность за это лежит на особых микроскопических клетках — палочках и колбочках, присутствующих в сетчатке глаза. Именно они являются начальным звеном в цепочке по передаче информации об увиденном объекте в затылочную часть головного мозга.

Рецепторы глаз

На сетчатке человека находится приблизительно 115—120 миллионов рецепторов. Это рецепторы в глазу человека, которые помогают воспринимать окружающую реальность. Внешне напоминают продолговатый цилиндр. Они крайне чувствительны к свету, но не могут обеспечить цветовое зрение. Отличаются от колбочек сетчатки глаза, палочки. Они плохо различают цвета и медленно реагируют на передвижения предметов. Состояние этих рецепторов не сказывается на качестве зрения человека. Они находятся на периферии зрения и отвечают за видение в ночное время суток.

Другие зрительные рецепторы в глазах человека называются колбочки. Их приблизительно 7 миллионов, а форма соответствует названию. Как и палочки, колбочки помогают глазу воспринять изображения окружающей среды. Они вместе с палочками преобразовывают нейронные импульсы из лучей света и отправляют их по зрительному нерву в мозг. Колбочки в сетчатке отвечают за восприятие окружающей реальности днем. Именно к цветам чувствительны колбочки сетчатки. Это связано с пигментами, которые находятся в их составе. Расположены колбочки в глазу у человека в области макулы.

Разделяются на 3 типа:

коротковолновые;
средневолновые;
длинноволновые.

Открываясь, чтобы впустить больше света

Ваши зрачки — это черные области перед глазами, которые пропускают свет. Они выглядят черными, потому что свет, который достигает их, поглощается внутри глазного яблока. Затем он преобразуется вашим мозгом в ваше восприятие мира.

Вы, наверное, заметили, что зрачки могут изменить размер в ответ на свет. Снаружи в яркий солнечный день ваши зрачки становятся очень маленькими. Это дает меньше света в глаза, так как есть много доступных.

Когда вы переходите в темное место, ваши зрачки открываются, чтобы стать как можно больше. Это расширение позволяет вашему глазу собирать больше света, чем там есть.

Но от самого маленького размера до самого широкого зрачка ваш зрачок может увеличить свою площадь всего лишь в 16 раз. Вы можете хорошо видеть поперечные изменения уровня освещенности гораздо больше, чем в миллион раз. Так что здесь должно быть что-то еще происходит.

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.

Сколько времени это займет?

Когда вы находитесь в ярком свете, ваши стержни полностью перегружены и не работают. Если вы выключите свет, ваш зрачок сразу же откроется. Ваши фоторецепторы начинают улучшать свою чувствительность, чтобы впитывать любой свет, который они могут в новых тусклых условиях.

Колбочки делают это быстро – примерно через пять минут их чувствительность повышается. Примерно через 10 минут в темном месте, ваши стержни наконец-то нагоняют и вступают во владение. Вы начнете видеть намного лучше. Примерно через 20 минут ваши удилища сделают все возможное, и вы будете видеть как можно лучше “в темноте.”

Найдите очень темное место, может быть, вашу спальню ночью. Включите любой имеющийся у вас свет и соберите несколько красочных предметов. Потратьте некоторое время, замечая, как красочные, острые и полные контрастные вещи выглядят.

Затем выключите свет и посмотрите, как со временем меняется внешний вид вашей комнаты и предметов. Сначала это будет казаться очень темным; тогда вы быстро увидите лучше благодаря зрачкам и колбочкам, которые делают свою работу. Затем, если он достаточно темный, вы заметите еще одно довольно внезапное улучшение примерно через 10 минут, когда стержни начнут показывать свои вещи. Это называется темная адаптация.

Как насчет полной темноты? Если вы можете найти место, где нет абсолютно никакого света, например, шкаф, ванная или подвал, вы можете попробовать эксперимент снова. На этот раз даже через 20 минут вы не увидите никаких предметов в комнате. Но вы также не увидите полной черноты. Попробуйте и понаблюдайте, что происходит.

Функции рецепторов

Зрительные рецепторы отвечают за качество изображения и за цветное зрение. Светочувствительность у палочек рецепторов сетчатки намного выше, чем у колбочек. При сильном воздействии яркий лучей единственный пигмент родопсин выцветает и воспринимает только короткие волны синего света. Но в темноте он восстанавливается, что дает возможность человеку видеть.

Чувствительность глаз, к предметам, лежащим вне полей зрения, что еще называется конвергенция, выше у тех, у кого наблюдается объединение палочек в группы и соединением с интернейроном, собирающим сигналы c сетчатки.

Следовательно, к функциям палочек и колбочек относится:

цветовосприятие;
одновременное распознание нескольких объектов;
расширение периферического зрения;
видимость в темноте и сумерках.

География сетчатки

Строение и функции этой оболочки разные в зависимости от местонахождения. В центре расположена круглая зона диаметром около 2 мм, где находится оптический нерв. В этом месте нет светочувствительных рецепторов, это зона слепого пятна.

Левее слепого пятна на 4,5-5 мм находится фовеа или макула – центральная ямка сетчатки или желтое пятно. На самом деле это пятно диаметром до 5 мм, где нет кровеносных сосудов, но расположено максимальное количество световоспринимающих клеток. Центральная ямка – это всего 5 % оптической сетчатки, но именно она отвечает за наибольшую остроту зрения.

Нарушения рецепторов

Дополнительные слои

За слоем с фоторецепторами идут слои, без которых работа всего световоспринимающего аппарата невозможна:

Наружная пограничная, или мембрана Везхова, разделяет слои друг от друга и необходима для обеспечения трансформации энергии химических связей в нервный импульс.
Наружный ядерный слой содержит ядра колбочек и палочек.
Наружный сетчатый слой (плексиформный) образован отростками фоторецепторов и биполярных нейронов.
Внутренний слой сетчатки содержит ядра биполярных нейронов.
Во внутреннем ретикулярном слое располагаются клетки, которые ограничивают светочувствительность сетчатки. Именно тут проходит граница между частями сетчатки, где есть сосуды и где их нет. И это последняя ступенька в обработке информации перед направлением ее в мозг.
Ганглиозный многополярный слой. Наибольшая его толщина в пять рядов клеток в районе центральной ямки сетчатки.
Волокнистый слой с волокнами зрительного нерва.
Последний слой – внутренняя мембрана, которая образована нейроглиальными (соединительными) клетками Мюллера и непосредственно прилегает к стекловидному телу.

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.

Главные в пироге

Итак, самый наружный слой сетчатки, который непосредственно соприкасается с сосудистой оболочкой глазного яблока и отделен от нее мембраной Бруха, – это пигментный эпителий. Как любой тип эпителия, тут имеются плотно упакованные клетки, шестигранные и организованные в линию. Их особенность – наличие зрительного пурпура. Именно этот пигмент играет важную роль в предохранении фоторецепторов от рассеивания и потерь, бликов и переотражения света. Пигментный слой сетчатки выполняет функции ввода питательных веществ и отвода продуктов метаболизма от всех остальных частей этого пирога, и обеспечивает гемато-ретинальный барьер.

К клеткам пигментного эпителия прилегают светочувствительные клетки – колбочки и палочки. На их строении остановимся чуть подробнее, а главная функция этого слоя сетчатки – преобразование фотонов света в нервные импульсы. Или преобразование энергии световых волн в электрические сигналы.

Когда стоит начать беспокоиться

Симптоматика патологий сетчатки не специфическая, и часто пациент долгое время не подозревает о существующей проблеме. Записаться к офтальмологу на обследование следует, если:

Появилось ощущение снижения общей остроты зрения.
Появляются вспышки, блики или молнии перед глазами.
Если поле зрения сузилось.
Появляются круги или темные пятна перед глазами.

Офтальмолог после осмотра назначит дополнительное обследование, которое включает офтальмоскопию, УЗИ глаз, флуоресцентную ангиографию, оптическую когерентную томографию. После чего может быть поставлен диагноз и начато лечение.

Человеческий глаз является одни из сложнейших и важнейших человеческих органов. Ведь именно благодаря хорошо развитому цветному зрению человечество сделало сильнейший рывок в своей эволюции.

Анатомия глаза:

Глаза, или орган зрения, человека способны воспринимать энергию светового излучения в виде электромагнитных волн с длиной волны от 380 нм до 760 нм. Лучи света проходят через прозрачные среды глаза (роговицу, хрусталик, стекловидное тело) и попадают на сетчатку. В сетчатке имеются специальные клетки, воспринимающие свет, - фоторецепторы (палочки и колбочки). Фоторецептор сетчатки - это клетка, состоящая из наружного и внутреннего сегментов и содержащая зрительный пигмент. Наружный сегмент представляет собой стопку дисков из двух соединенных по краям и наложенных друг на друга мембран. Каждая мембрана диска состоит из слоя липидных молекул, вставленного между слоями белковых молекул. Внутренний сегмент имеет скопление радиально ориентированных и плотно упакованных митохондрий.
Квант света, попадая на фоторецепторы, вызывает цепь фотохимических и фотофизических реакций, в результате чего возникает зрительный сигнал, который передается следующему нейрону сетчатки. Затем нервный импульс идет в основной подкорковый центр зрительного анализатора - наружное коленчатое тело. От наружного коленчатого тела основные пути идут в зрительную кору.
Качество картинки что видит человек выражается таким параметром, и называется острота зрения.

Преобразование энергии света в нервный импульс – это сложный процесс. В наружном сегменте содержатся зрительные пигменты, которые представляют собой сложные окрашенные белки. Та часть, которая поглощает свет, называется хромофором или ретиналем (альдегид витамина А). Белок зрительных пигментов, с которым связан ретиналь, называется опсином. Зрительный пигмент колбочек называют йодопсином. В результате поглощения кванта света хромофор фотоизомеризуется, т.е. изогнутый хромофор выпрямляется, характер связи между ним и опсином нарушается и на последней стадии ретиналь полностью отрывается от опсина. В итоге происходит обесцвечивание зрительного пигмента. Наряду с разложением зрительного пигмента в живом глазу идет процесс ресинтеза. При темновой адаптации этот процесс заканчивается тогда, когда весь свободный опсин соединился с ретиналем. Опсин образуется в наружном сегменте в результате выцветания зрительного пигмента или, синтезируясь во внутреннем, трансформируется затем в наружный сегмент. Образовавшийся в результате выцветания транс-ретиналь, восстанавливается с помощью фермента ретиненредуктазы в витамин А, который превращается в альдегидную форму, т.е. в ретиналь. Находящийся в пигментном эпителии специальный фермент ретиненизомераза обеспечивает переход молекулы хромофора из транс- в II-цис-изомерную форму, т.к. опсину подходит только эта форма. Выцветание зрительного пигмента происходит в присутствии этого фермента.

В функциональном отношении сетчатку глаза можно разделить на центральную часть (область желтого пятна) и периферическую. Периферическая часть обеспечивает сумеречное (мезопическое) и ночное (скотопическое) зрение, а центральное дневное (фотопическое) зрение. В коре головного мозга зрительный импульс превращается в зрительное ощущение и восприятие. Если происходит нарушение работы этих отделов коры, то человек не может анализировать, понимать и осознавать того, что видит. В соответствии с функциональными частями сетчатки различают два типа зрения: центральное и периферическое. Также одной из основных функций сетчатки является цветоощущение.

Нервная система человека выступает своеобразным координатором в нашем организме. Она передаёт команды от мозга мускулатуре, органам, тканям и обрабатывает сигналы, идущие от них. В качестве своеобразного носителя данных используется нервный импульс. Что он собой представляет? С какой скоростью работает? На эти, а также на ряд других вопросов можно будет найти ответ в этой статье.

Чем является нервный импульс?

Исследование строения и работы

Впервые прохождение нервного импульса было продемонстрировано немецкими учеными Э. Герингом и Г. Гельмгольцем на примере лягушки. Тогда же и было установлено, что биоэлектрический сигнал распространяется с указанной ранее скоростью. Вообще, такое является возможным благодаря особенному построению нервных волокон. В некотором роде они напоминают электрический кабель. Так, если проводить параллели с ним, то проводниками являются аксоны, а изоляторами – их миелиновые оболочки (они являют собой мембрану шванновской клетки, которая намотана в несколько слоев). Причем скорость нервного импульса зависит в первую очередь от диаметра волокон. Вторым по важности считается качество электрической изоляции. Кстати, в качестве материала организмом используется липопротеид миелин, который обладает свойствами диэлектрика. При прочих равных условиях, чем больше будет его слой, тем быстрее будут проходить нервные импульсы. Даже на данный момент нельзя сказать, что эта система полноценно исследована. Многое, что относится к нервам и импульсам, ещё остаётся загадкой и предметом исследования.

Особенности строения и функционирования

Где они создаются?

Типы клеток

Рецепторные (чувствительные). Ими кодируются и превращаются в нервные импульсы все температурные, химические, звуковые, механические и световые раздражители.
Вставочные (также называются кондукторными или замыкательными). Они служат для того, чтобы перерабатывать и переключать импульсы. Наибольшее их число находится в головном и спинном мозге человека.
Эффекторные (двигательные). Они получают команды от центральной нервной системы на то, чтобы были совершены определённые действия (при ярком солнце закрыть рукой глаза и так далее).

Каждый нейрон имеет тело клетки и отросток. Путь нервного импульса по телу начинается именно с последнего. Отростки бывают двух типов:

Дендриты. На них возложена функция восприятия раздражения расположенных на них рецепторов.
Аксоны. Благодаря им нервные импульсы передаются от клеток к рабочему органу.

Интересный аспект деятельности

О потенциале действия

Как всё работает в мозгу?

Работа нейромедиаторов

Когда они передают нервные импульсы, то существует несколько вариантов, что произойдёт с ними:

Они будут диффундированы.
Подвергнутся химическому расщеплению.
Вернутся назад в свои пузырьки (это называется обратным захватом).

В конце 20-го века сделали поразительное открытие. Ученые узнали, что лекарства, что влияют на нейромедиаторы (а также их выброс и обратный захват), могут изменять психическое состояние человека коренным образом. Так, к примеру, ряд антидепрессантов вроде "Прозака" блокируют обратный захват серотонина. Есть определённые причины считать, что в болезни Паркинсона виноват дефицит в головном мозге нейромедиатора дофамина.

Если кратко, то они могут работать с тысячами нейромедиаторов, которые посылаются их соседями. Детали относительно обработки и интеграции данного типа импульсов нам почти не известны. Хотя над этим работает много исследовательских групп. На данный момент получилось узнать, что все полученные импульсы интегрируются, а нейрон выносит решение – необходимо ли поддерживать потенциал действия и передавать их дальше. На этом фундаментальном процессе базируется функционирование головного мозга человека. Ну что ж, тогда это неудивительно, что мы не знаем ответа на эту загадку.

Некоторые теоретические особенности

Где же создаются нервные импульсы?

Откуда они начинают свой путь? Ответ на этот вопрос может дать любой студент, который прилежно изучал физиологию возбуждения. Есть четыре варианта:

Рецепторное окончание дендрита. Если оно есть (что не факт), то возможным является наличие адекватного раздражителя, что создаст сначала генераторный потенциал, а потом уже и нервный импульс. Подобным образом работают болевые рецепторы.
Мембрана возбуждающего синапса. Как правило, такое возможно только при наличии сильного раздражения или их суммирования.
Триггерная зона дентрида. В этом случае локальные возбуждающие постсинаптические потенциалы формируются как ответ на раздражитель. Если первый перехват Ранвье миелинизирован, то они на нём суммируются. Благодаря наличию там участка мембраны, которая обладает повышенной чувствительностью, здесь возникает нервный импульс.
Аксонный холмик. Так называют место, где начинается аксон. Холмик – это наиболее частый создать импульсов на нейроне. Во всех остальных местах, которые рассматривались ранее, их возникновение гораздо менее вероятное. Это происходит из-за того, что здесь мембрана имеет повышенную чувствительность, а также пониженный критический уровень деполяризации. Поэтому, когда начинается суммирование многочисленных возбуждающих постсинаптических потенциалов, то раньше всего на них реагирует холмик.

Пример распространяющегося возбуждения

Вспомните сводки из новостей прошлого лета (также это скоро можно будет услышать опять). Пожар распространяется! При этом деревья и кустарники, которые горят, остаются на своих местах. А вот фронт огня идёт всё дальше от места, где был очаг возгорания. Аналогичным образом работает нервная система.

Часто бывает необходимо успокоить начавшееся возбуждение нервной системы. Но это не так легко сделать, как и в случае с огнем. Для этого совершают искусственное вмешательство в работу нейрона (в лечебных целях) или используют различные физиологические средства. Это можно сравнить с заливанием пожара водой.

Читайте также: