ЭСБЕ/Зрение
Зрение (часть физическая). — Мы видим окружающие нас предметы, когда лучи, идущие от них, преломляются в различных срединах глаза и, пересекаясь, образуют на сетчатке отчетливые изображения предметов. Каждому такому изображению соответствует определенное зрительное ощущение в мозгу. Анатомическое устройство глаза описано в статье Глаз; здесь приводится характеристика некоторых его частей с физической точки зрения. Показатели преломления роговицы, водянистой и стекловидной влаги мало отличаются от среднего показателя преломления дистиллированной воды; с другой стороны, показатель преломления хрусталика несколько больше показателя преломления воды и постепенно увеличивается от периферии к центру хрусталика. По опытам Гельмгольца и Воинова, оптическое стекло, такой же формы и размера как хрусталик, для того, чтобы иметь фокусное расстояние хрусталика, должно обладать показателем преломления большим, нежели показатель преломления ядра хрусталика. Таким образом слоистое строение хрусталика с нарастающим показателем преломления к центру обусловливает для хрусталика большую преломляющую способность сравнительно с тем случаем, если бы хрусталик обладал во всех своих частях показателем преломления ядра. Хрусталик лежит близко к роговице; его передняя поверхность отстоит от передней поверхности роговицы на 3,6—3,2 мм; толщина хрусталика от 3,6 до 4 мм; задняя поверхность более выпукла, чем передняя. Хрусталик двупреломляет и может быть уподоблен чечевице из одноосного кристалла, отшлифованной перпендикулярно к оси кристалла. Рассматривая глаз, как оптически сложную систему, должно заметить, что в большинстве случаев поверхности роговицы и хрусталика можно считать почти сферическими с центрами кривизны, лежащими почти на одной прямой. Линия, проходящая через центр фигуры глаза и середину роговицы, называется главной оптической осью глаза. При рассматривании предметов мы направляем всегда глаз так, чтобы лучи от предмета падали на желтое чувствительное пятно. Линия, проходящая через оптический центр глаза и середину желтого пятна, называется осью З., она образует, в среднем, 5° с глав. оптич. осью. В свою очередь линия, проходящая через оптический центр и середину слепого пятна, образует с осью зрения угол в 20°.

Для построения хода лучей в сложной оптической системе, состоящей из средин различной преломляемости, необходимо знать относительное расположение точек, лежащих на главной оптической оси и известных в оптике под именем кардинальных точек системы, а именно: двух главных точек, двух фокусов и двух узловых точек (см. Кардинальные точки в ст. Оптические стекла). Для глаза таковыми кардинальными точками будут (фиг. 1) два фокуса F и F1, две главные точки H, отстоящие друг от друга только на 0,4 мм и две узловых точки К, удаленные друг от друга тоже на 0,4 мм.

На схематическом чертеже хода лучей ввиду малого расстояния между точками (0,4 мм) мы принимаем, что две главные точки сливаются в одну точку H и две узловые точки сливаются также в точку — К, которую обыкновенно называют оптическим центром и через которую лучи, подобные лучам 1, 1 и 2, 2 (фиг. 2), проходят от предмета к сетчатке без преломления.

Для лучей же, проходящих через главный фокус F, можно предполагать, что, после преломления в роговице, они следуют к сетчатке как будто шли параллельно направлению оптической оси, как показано на фиг. 2.

Изображение предмета на сетчатке уменьшается с увеличением расстояния предмета. Лучи, проходящие через оптический центр и конечные точки предмета, образуют угол АсВ (фиг. 3) назыв. углом З.

Для каждого глаза существует предельный угол З., под которым можно еще резко различать мелкие предметы. Этот предел обусловливается размером нервных чувствительных элементов сетчатки. Физиологи предполагают, что две отдельные светящиеся точки кажутся слившимися в одну точку, если изображения их образованы на двух смежных элементах и отделены друг от друга расстоянием, меньшим диаметра каждого из элементов (см. ниже). Для различных глаз видимый диаметр предметов должен быть 60″-70″, иначе говоря, углы З., под которыми можно еще различать отдельными две точки, должны быть по меньшей мере в 60″-70″. Вычисления показывают, что при этих углах З. расстояние между изображениями, получаемыми на сетчатке от этих двух отдельных точек, чрезвычайно мало, всего: 0,45—0,54 микрона (микр. = 1/1000 мм). С другой стороны микроскопические измерения диаметра конусов желтого чувствительного пятна показали, что размер диаметра изменяется тоже от 0,45—0,54 микрона. Способность глаза различать подробности предмета (острота З.) в той точной степени, какую допускают размеры нервных светочувствительных элементов, заслуживает особенного внимания. Она указывает на то, что недостатки, присущие в большей или меньшей степени каждой сложной оптической системе и неизбежные в нашем глазе, а именно сферическая и хроматическая аберрации, весьма слабы и не мешают остроте З. Гельмгольц на собственных глазах проверил неизменность остроты З., ахроматизируя свои глаза посредством комбинации стекол из кронгласа и флинтгласа. В практике за единицу остроты З. принимают такую, при которой глаз отчетливо различает форму предметов, видимый диаметр коих 5′. При исследовании остроты З. такими предметами обыкновенно берут типографские шрифты, толщина которых равна 1/5 высоты. Остроту З. считают двойной, тройной, 1/2, 1/3, когда при совершенно одинаковых условиях видимый диаметр самых меньших шрифтов, различаемых глазом в 2, 3, 4 раза больше или меньше 5′. Обыкновенно шрифты, при исследовании остроты З., рассматривают с расстояния 5 метров. Самые меньшие шрифты и буквы подобраны так, что, при 5 метрах расстояния, видимый диаметр их 5′. Таким образом, глаз, который в состоянии прочесть эти буквы с расстояния 5 метров, будет обладать остротой З., равной 1. Острота З. правого и левого глаза вообще различна; степень освещения предметов заметно влияет на остроту З. Наблюдения показывают, что острота З. почти пропорциональна логарифму силы освещения (за единицу силы освещения считают освещение поверхности, обращенной к нормальной свече на расстоянии 1 метра). Острота З. ослабевает с возрастом по следующей формуле:

 

где x — возраст и V — острота З. На фиг. 4 сплошная кривая линия показывает изменение остроты З. с возрастом.

На горизонтальной оси отложены длины, пропорциональные возрасту, а на вертикальной оси (oy) — пропорционально остроте З.: 0, 1, 1,5… На фиг. 3 мы предположили, что, несмотря на перемену расстояния предмета до глаза, изображения на сетчатке получаются вполне резкими. Из практики с фотографической камерой мы знаем, что для получения на светочувствительной пластинке отчетливого изображения предмета, фотографируемого с различных расстояний, надо или подбирать соответственные объективы, или перемещать чувствительную пластинку то ближе, то дальше от объектива. В глазе, при постоянном расстоянии сетчатки до хрусталика, для подобной же цели существует особая мышца, которая так регулирует кривизну поверхностей хрусталика (след., и его фокусное расстояние), что, при изменении в больших пределах расстояния предметов до глаза, все-таки на сетчатке получаются отчетливые изображения. Такое свойство глаза называется приспособляемостью его к расстоянию — аккомодацией. Наблюдение нас учит, что глаза нормальные получают на сетчатке изображение предметов очень далеких и настолько отчетливо, насколько позволяет острота З. С приближением предметов — глаз должен уже приспособляться (аккомодировать), изменяя кривизну поверхностей хрусталика и особенно передней поверхности. Для некоторого наименьшего расстояния (15 см), искривление поверхности хрусталика достигает maximum’a и аккомодация прекращается. Обыкновенно считают нормальным средним расстоянием ясного видения, на котором легко читается обыкновенный шрифт, расстояние 250 мм, при котором аккомодация самая слабая, и следовательно, не утомляющая глаз. Подобный акт аккомодации представлен в пределе на фиг. 5, а именно, когда светящаяся точка, переместившись по главной оптической оси из ∞ в точку P (punctum proximum), благодаря наибольшему искривлению передней поверхности хрусталика, все-таки дает изображение на сетчатке в точке F.

Под силой аккомодации глаза разумеют число диоптрий А=1 м./a м., где а м. представляет фокусное расстояние собирательного стекла, которое, будучи поставлено пред глазом со спокойным хрусталиком, дает возможность глазу, без аккомодации, ясно видеть предметы, помещенные в ближайшей точке (р. proximum). Обыкновенно после 40-летнего возраста эта точка отдаляется — глаз хорошо различает предметы издали, но не видит их резкими на близком расстоянии. Такой недостаток в аккомодации называется пресбиопией. На фиг. 4, пунктирная линия выражает изменение силы аккомодации с возрастом. Числа, поставленные слева около вертикальной оси, означают диоптрии.

Различные формы глазного сфероида обусловливают уклонение З. от указанной выше нормы. Если сфероид несколько растянут по направлению оси (фиг. 6), то лучи, идущие от предметов, вдали лежащих, не сходятся уже на сетчатке, а, пересекаясь внутри глаза в точке F, дают затем на сетчатке не изображение предметов, а так наз. круги рассеяния.

Изображения получаются на сетчатке в R′ отчетливыми, без малейшей аккомодации, только для предметов, которые помещены в некоторой определенной точке R, называемой дальней точкой — punctum-remotum; с приближением предмета из R еще ближе к глазу для образования резкого изображения на сетчатке должна начать работу мышца, регулирующая приспособление, что и продолжается до тех пор, пока предмет не достигнет некоторой точки P (punctum proximum), при рассматривании которой поверхность хрусталика испытывает предельное наибольшее искривление. При дальнейшем еще приближении предмета образуются на сетчатке круга рассеяния; такой глаз называется близоруким (миопным). В помощь близоруким глазам, при рассматривании отдаленных предметов, берут рассеивающие двояковогн. сферические стекла (см. Очки), фокусное расстояние которых должно почти равняться расстоянию punctum remotum до глаза.

Когда глазное яблоко несколько сплющено по оптической оси, тогда лучи, идущие к глазу от далеких предметов (т. е. лучи или параллельные или расходящиеся), ни при спокойном состоянии хрусталика, ни при аккомодации не дают отчетливого изображения на сетчатке, а только круги рассеяния. Пересечение лучей с главной оптической осью, при спокойном хрусталике, могло бы происходить только за сетчаткой. Такие глаза называют дальнозоркими (гиперметропными). В помощь им для рассматривания предметов на более близких расстояниях берут двояковыпуклые собирательные сферические стекла. На фиг. 7 представлено пересечение лучей с осью на самой сетчатке для сходящихся лучей, т. е. идущих как будто от предметов, лежащих за сетчаткой в мнимой точке R.

Фокусное расстояние собирательного двояковыпуклого стекла должно быть равно расстоянию от точки R до роговицы. Эти особенности З. иногда называют аномалиями рефракции, мерой которых принимают особую единицу — диоптрию (см. Очки). Если аномалия рефракции такова, что ее можно исправить оптическим сферическим стеклом силой в + 3 диоптрии (собирательное стекло), то аномалию рефракции характеризуют величиной — 3 диоптрии (гиперметропия). Особенная аномалия рефракции получается, когда преломляющие поверхности несферические. Нередко роговица имеет по различным меридианам различную кривизну. В таком случае замечается аномалия, называемая астигматизмом (см.) и исправляемая цилиндрич. стеклами.

Неподвижный глаз при аккомодации на данное расстояние получает отчетливое изображение только на незначительной части желтого пятна, в так назыв. fovea centralis, след., от предметов весьма ограниченных размеров. Впрочем, глаз весьма быстро может вращаться в глазной впадине и чрез короткий промежуток времени может фиксироваться на различные точки предмета. Ось зрения может отклоняться во все стороны на 55° от своего среднего положения . Но таким путем глаз получает ясное представление и о телах, и о поверхностях значительных размеров, только благодаря тому обстоятельству, что световое ощущение сохраняется некоторую долю секунды. Свет действует на сетчатку почти моментально. Мы легко замечаем искры известной яркости с продолжительностью в 0,000001 сек. По Ланглею же, для самого слабого освещения, которое может вызвать зрительное ощущение, требуется, по крайней мере, 0,5 сек. С прекращением действия светового луча, зрительное ощущение не исчезает одновременно, но продолжается еще 0,1—0,3 сек. На этом основании кружок с черными и белыми секторами, при быстром вращении, кажется серым кружком. На продолжительности зрительных ощущений основано устройство стробоскопа, фенакистоскопа и др.

Напряженность светового ощущения зависит не только от светочувствительности сетчатки и рефракционных качеств глаза, но также и от напряженности и цвета лучей, падающих на сетчатку. При слабом свете ощущение пропорционально его яркости, при сильном свете, малые колебания в яркости не влияют уже заметно на напряженность ощущения. Самая малая разница в яркостях света замечаемая глазом достигает 1/20—1/200, смотря по яркости и цвету (см. Фотометрия). При рассматривании предмета обоими глазами предмет кажется одиночным только тогда, когда изображение на сетчатке получается в определенных соответственных точках. Благодаря бинокулярному зрению (см.), мы не только можем судить об относительном положении и расстоянии предметов, но и воспринимать впечатления рельефа, телесности. На этом свойстве основано устройство стереоскопа (см.). Стекловидная масса глаза почти всегда заключает в себе отдельные клетки и волокна, перемещающиеся в самой массе. При фиксировании глаза на светящуюся точку эти волокна отбрасывают на сетчатку тень, которая в виде темных кружков и нитей дает возможность заметить такие клетки. Подобные явления (энтоптические) известны под названием летающих мошек (mouches volantes).

Достаточно подробные статьи о зрении можно найти в учебниках Reis, «Lehrbuch d. Physik.» и Jmbert, «Physique biologique». Ср. Helmholtz, «Physiologische Optik» и Wecker и Landolt, «Traite Complet d’ophthalmologie».

.

Цветовые ощущения, как принадлежность З., сводятся к распознаванию главных семи спектральных цветов и бывают для многих глаз неполными; неполнота цветовых ощущений, как органический недостаток, носит название цветовой слепоты (реже дальтонизма). Впечатления, происходящие от рассматривания цветных поверхностей при различных обстоятельствах, сопровождаются явлениями световых и цветовых контрастов — одновременного и последовательного. Рассматривание ярко освещенных предметов на темном поле и обратно — темных на светлом — сопровождается неточностью изображения, в первом случае оно представляется большим, во втором — меньшим, чем в случае малого различия в освещении рассматриваемого предмета и окружающего его поля. Это есть явление ирридиации. После рассматривания ярко освещенных предметов, можно с закрытыми глазами видеть неясные изображения, которых цвета будут дополнительными к действительным цветам предметов; это явление субъективных цветов. Суждение о форме и величине предметов часто бывает неверно в силу различных обстоятельств; целый класс явлений, сюда относящихся, носит название оптических иллюзий. Все эти явления, относящиеся к З., будут рассмотрены в различных статьях, под соответственными названиями.

Зрение служит для воспринятия тех явлений внешнего мира, которые обусловливаются колебаниями светового эфира. Эти колебания только тогда возбуждают зрительный орган, когда проникают в глаз и доходят до окончаний зрительного нерва в сетчатке глаза (см. Глаз). Но при этом можно или просто видеть свет и отличать его от тьмы или видеть ясные образы предметов. Световые лучи, посылаемые каждой точкой светящегося предмета, проходят в обоих случаях через диоптрический аппарат глаза, т. е. роговицу, с капиллярным слезным слоем, водянистую влагу, хрусталик и стекловидное тело, преломляются в них по определенным законам и могут давать или точное изображение светящегося предмета на сетчатке, и тогда субъект видит ясный образ его, или же круги рассеяния, вследствие чего возникает ощущение рассеянного света. В случае видения образов предметов можно видеть их с одинаковой ясностью на различном удалении их от глаза (конечно в определенных границах) и этим свойством своим глаз обязан своей способности к аккомодации (см.). Во всяким образе рядом с видением его в целом мы легко примечаем и его мельчайшие части, что зависит от мозаичности воспринимающей свет поверхности сетчатки, и кроме того, видим предметы в различной окраске. Прежде всего укажем который из различных слоев сетчатки специально предназначен для восприятия или перцепции световых лучей. Палочки и колбочки суть исключительные, свет воспринимающие элементы сетчатки. Подтверждается это положение Генриха Мюллера следующим образом: место вхождения зрительного нерва в сетчатку характеризуется отсутствием в этом месте сетчатки колбочек и палочек и в то же время оно совершенно нечувствительно к свету, вследствие чего и называется слепым пятном. Мариотт впервые указал на него. Пятно это лежит приблизительно на 3,5 мм кнутри от желтого пятна, самого чувствительного к свету места сетчатки, соответствующего окончанию зрительной оси. Желтое же пятно и в особенности центральная его ямка, fovea centralis, retinae, потому-то и отличается самым острым З., что состоит исключительно из одних только колбочек, расположенных при том самым тесным образом. В периферических частях сетчатки, где колбочки становятся все реже и реже, острота З. постепенно падает. Этот же факт доказывает, что в восприятии света колбочки играют несравненно более важную роль, нежели палочки. Благодаря тому, что центральная ямка желтого пятна представляет наиболее чувствительную к свету часть сетчатки, мы, для возможно лучшего З., невольно поворачиваем глаза так, чтобы изображение предметов на сетчатке падало на forea centralis. В этом положении глаза луч, соединяющий центральную ямку с наблюдаемой точкой, называемый зрительной осью, образует с оптической осью глаза, соединяющей центры сферических поверхностей, преломляющей сред глаза, угол всего в 3,5—7°. Сообразно с этим З. бывает прямым, когда зрительные оси направлены на рассматриваемый предмет, и непрямым — когда световые лучи падают от предмета на периферические части сетчатки. Благодаря тому, что колбочки являются главными воспринимающими свет элементами сетчатки и мыслимо, что решетообразно продырявленный экран, чрез отверстия которого проникают лучи света в глаз, только в том случае кажется нам одной непрерывно освещенной поверхностью, когда на 0,01 кв. мм центральной ямки падает от 140 до 149 светящихся точек. На таком же пространстве находится около 138 колбочек, т.е. почти по одной колбочке на каждый световой пучок (Зальцер). Это совпадение ясно доказывает, что воспринимающими свет единицами сетчатки являются колбочки. И к тому же окончательному результату приводит и знаменитый опыт Генриха Мюллера, воспользовавшегося так назыв. фигурами Пуркинье, т. е. тенью, воспринимаемой человеком от сосудов собственной сетчатки для определения расстояния, на котором находится светоощущающий слой сетчатки от ее сосудов. Так как, при известном непривычном освещении склеры, позади, напр., ресничного тела, человек может видеть тень от сосудов сетчатки, расположенных в слое нервных волокон и нервных клеток, то очевидно, что свет воспринимающие элементы сетчатки должны лежать кнаружи от этих слоев, так как затемняющий предмет при образовании тени должен всегда находиться между источником света и плоскостью, воспринимающей изображение тени. Г. Мюллер геометрическим построением передвижения в проекции тени сосудов, в зависимости от передвижения источника света, освещающего глаз, остроумно вычислил, что расстояние, на коем позади сосудов лежат воспринимающие эти тени элементы сетчатки, соответствует как раз местонахождению слоя палочек и колбочек. По вычислению, расстояние это от 0,17 до 0,32 мм; непосредственные микрометрические изменения на препаратах сетчатки дали очень близкие к этому числу в 0,2—0,3 мм. По Максу Шульце, поперечник каждой колбочки в желтом пятне равен 2—2,5 микронам, (микрон — 1/1000 мм). Поэтому при расстоянии в 3—4—5 микрона между двумя точечными изображениями на сетчатке, мы видим их раздельно, но при расстояниях меньших они сливаются вследствие падения на одну и ту же колбочку. Изображение слагается, таким образом, на сетчатке подобно мозаике, складывающейся из отдельных круглых фигурочек; так как на периферических частях сетчатки колбочки все реже и реже и отстоят на больших расстояниях, то понятно, что и образы должны тут гораздо больше отстоять друг от друга для того, чтобы можно было их отдельно восприять. Таким образом, одним лишь палочкам, и в особенности колбочкам, свойственна «специфическая энергия» приходить в возбужденное состояние под влиянием волн светового эфира и давать тот род нервной деятельности, который мы называем З. Ни нервные волокна, ни нервные центры не возбуждаются непосредственно световыми лучами. Зато всякие электрические и механические раздражения нервного зрительного аппарата на любой точке его протяжения вызывают исключительно только световые явления; давление на глаз, щипание зрительного нерва, его перерезка, вероятно также и раздражение зрительных площадей в серой коре мозговых полушарий, влечет за собою ряд световых явлений. Этим и сказывается специфическая энергия органов чувств и органа З. в частности, как понимал ее знаменитый Иоганн Мюллер. Он приписывал, однако, эту специфическую энергию нервам органов чувств, в данном случае — зрительному нерву. Между тем теперь вполне установлено, что все нервы, в том числе и нервы органов чувств, являются простыми проводниками возбуждений и что специфическая деятельность того или другого органа чувств является прямым последствием устройства как периферических чувствующих окончаний, так и природы тех центров чувств и ощущений, до которых доносится возбуждение от того или другого органа чувства. Таким образом реакция зрительного аппарата в виде зрительного ощущения на все мыслимые раздражения, падающие на любую точку его длины, объясняется просто тем, что возбуждения эти, достигая до зрительных центров мозга, превращаются в них, благодаря их специфической энергии, в световые впечатления. Нормальное З. начинается, следовательно, с действия света на концевые аппараты сетчатки: колбочки и палочки. Природа этого действия нам еще не вполне известна, хотя нет сомнения, что в них возбуждается специальный молекулярный процесс, связанный с физико-химическим изменением какого-нибудь чувствительного к свету вещества. Одно из таковых веществ уже найдено — это зрительный пурпур, открытый Баллетом и исследованный более подробно Кюне. Вещество это, пурпурово-красного цвета, легко обесцвечивается, под влиянием света, в течение нескольких минут, и благодаря этому в глазу на сетчатке можно получать, так сказать, фотографии предметов, бросающих изображения в глазное дно — это так назыв. онтограммы Кюне. 4% раствором квасцов можно закреплять изображения, т.е. зрительный пурпур, не подвергавшийся действию света и обработанный квасцами, уже теряет способность обесцвечиваться под влиянием света и, следовательно, на красном постоянном фоне могут резко выделяться обесцвеченные в разной степени места сетчатки соответствующие рисовавшимся на них изображениям. Таким образом Кюне были получены глаза кроликов с онтограммами на дне, изображавшими окна, двери, рамы и т. д. Желто-зеленые лучи действуют сильнее всего на зрительный пурпур; за ними идут зеленый, голубой, оранжевый, крайние же лучи спектра, красные и фиолетовые, действуют очень слабо. Несмотря на все эти в высшей степени интересные факты, нельзя, однако, свести процесс возбуждения окончаний зрительного нерва светом на изменение им зрительного пурпура, так как, во-первых, места наиболее чувствительные к свету, каково желтое пятно, совершенно лишены зрительного пурпура; его нет вовсе в сетчатке беспозвоночных и многих других. Наконец, зрительный пурпур находится в наружных члениках палочек и его вовсе нет в колбочках — наиболее чувствительных элементах сетчатки. Во время возбуждения сетчатки светом, внутренние членики колбочек укорачиваются, а в темноте удлиняются (Энгельман), и действие это проявляется в обоих глазах; при освещении даже одного глаза след. рефлекторным путем, но это последнее только в присутствии головного мозга. Таким образом, в зрительном нерве заключается, кроме свет ощущающих волокон и ретиномоторные волокна, обусловливающие при деятельности развитие даже электрических токов в глазном яблоке. Возможно допустить, что акт возбуждения сетчатки светом есть акт чисто физический, имеющий в основе резонансное, созвучное соколебание колбочек и палочек с световыми волнами эфира. Но разъяснение этого еще впереди. — Возбуждение, начавшееся в сетчатке, проводится зрительным нервом до центра световых ощущений головного мозга, где и переходит в зрительные ощущения и представления (см. Головной мозг, Физиология).

.

Примечания 

ЭСБЕ:Оптика
ЭСБЕ:Физиология