بینایی یکی از ارزشمندترین حواس انسان است. در حالی که سیستم بینایی بخش نسبتاً پیچیده ای از مغز است، این فرآیند توسط یک عنصر نوری فروتن هدایت می شود: چشم. این تصاویر روی شبکیه، جایی که نور توسط گیرنده های نوری جذب می شود، تشکیل می دهد. با کمک آنها، سیگنال های الکتریکی برای پردازش بیشتر به قشر بینایی منتقل می شود.
عناصر اصلی سیستم نوری چشم: قرنیه و عدسی. آنها نور را درک می کنند و آن را به شبکیه می تابانند. شایان ذکر است که دستگاه چشم بسیار ساده تر از دوربین هایی است که لنزهای متعددی شبیه آن ایجاد شده است. علیرغم این واقعیت که تنها دو عنصر نقش لنز را در چشم بازی می کنند، این امر به درک اطلاعات آسیب نمی رساند.
نور
ماهیت ذاتی نور بر برخی از ویژگی های سیستم نوری چشم نیز تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، شبکیه در قسمت مرکزی برای درک طیف مرئی، مطابق با طیف تابش خورشید، حساس ترین است. نور را می توان به صورت عرضی دیدموج الکترومغناطیسی. طول موج‌های مرئی از تقریباً آبی (400 نانومتر) تا قرمز (700 نانومتر) تنها بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهند.
جالب است بدانید که ماهیت ذره نور (فوتون) نیز می تواند در شرایط خاصی بر بینایی تأثیر بگذارد. جذب فوتون ها در گیرنده های نوری طبق قوانین یک فرآیند تصادفی اتفاق می افتد. به طور خاص، شدت نوری که به هر گیرنده نوری می رسد، تنها احتمال جذب یک فوتون را تعیین می کند. این توانایی دیدن در روشنایی کم و تطبیق چشم با تاریکی را محدود می‌کند.
شفافیت
در سیستم‌های نوری مصنوعی، از مواد شفاف استفاده می‌شود: شیشه یا پلاستیک با ثابت کننده شکست. به طور مشابه، چشم انسان باید با استفاده از بافت زنده تصاویری در مقیاس بزرگ و با وضوح بالا ایجاد کند. اگر تصویر نمایش داده شده روی شبکیه بیش از حد تار و مبهم باشد، سیستم بینایی به درستی کار نخواهد کرد. دلیل این امر ممکن است بیماری های چشمی و عصبی باشد.
آناتومی چشم
چشم انسان را می توان به عنوان یک ساختار شبه کروی پر از مایع توصیف کرد. سیستم نوری چشم از سه لایه بافت تشکیل شده است:
- خارجی (صلبیه، قرنیه)؛
- داخلی (شبکیه، بدن مژگانی، عنبیه)؛
- متوسط (مشیمیه).
در انسان بالغ، چشم کره ای به قطر تقریبی 24 میلی متر است و از بسیاری از اجزای سلولی و غیر سلولی مشتق شده از رده ی اکتودرمال و مزودرم تشکیل شده است.منابع.
قسمت خارجی چشم توسط یک بافت مقاوم و انعطاف پذیر به نام صلبیه پوشانده شده است، به جز قسمت جلویی که قرنیه شفاف اجازه می دهد نور وارد مردمک شود. دو لایه دیگر در زیر صلبیه: مشیمیه برای تامین مواد مغذی و شبکیه که در آن نور پس از تشکیل تصویر توسط گیرنده های نوری جذب می شود.
چشم به دلیل عملکرد شش عضله بیرونی برای گرفتن و اسکن محیط بینایی پویا است. نور وارد شده به چشم توسط قرنیه شکسته می شود: یک لایه شفاف نازک بدون رگ های خونی، حدود 12 میلی متر قطر و حدود 0.55 میلی متر ضخامت در قسمت مرکزی. لایه پارگی آب روی قرنیه بهترین کیفیت تصویر را تضمین می کند.
محفظه قدامی چشم با یک ماده مایع پر شده است. عنبیه، دو مجموعه ماهیچه با سوراخ مرکزی که اندازه آن به انقباض بستگی دارد، مانند یک دیافراگم با رنگ مشخص بسته به مقدار و توزیع رنگدانه ها عمل می کند.
مردمک سوراخی در مرکز عنبیه است که میزان نور ورودی به چشم را تنظیم می کند. اندازه آن از کمتر از 2 میلی متر در نور روشن تا بیش از 8 میلی متر در تاریکی متغیر است. پس از اینکه مردمک نور را درک کرد، عدسی کریستالی با قرنیه ترکیب می شود و تصاویری روی شبکیه ایجاد می کند. یک عدسی کریستالی می تواند شکل خود را تغییر دهد. توسط یک کپسول الاستیک احاطه شده و توسط زونول ها به جسم مژگانی متصل می شود. عمل عضلات در بدن مژگانی به عدسی اجازه می دهد تا قدرت خود را افزایش یا کاهش دهد.
شبکیه و قرنیه
فرورفتگی مرکزی در شبکیه وجود دارد که در آندارای بیشترین تعداد گیرنده است. بخش‌های جانبی آن وضوح کمتری دارند، اما در حرکت چشم و تشخیص اشیا تخصصی هستند. میدان دید طبیعی در مقایسه با میدان دید مصنوعی بسیار بزرگ است و 160×130 درجه است. ماکولا در نزدیکی آن قرار دارد و به عنوان یک فیلتر نور عمل می کند و ظاهراً با غربالگری اشعه های آبی از شبکیه در برابر بیماری های دژنراتیو محافظت می کند.
قرنیه یک بخش کروی با شعاع انحنای قدامی 7.8 میلی متر، شعاع انحنای خلفی 6.5 میلی متر و ضریب شکست ناهمگن 1.37 به دلیل ساختار لایه ای است.
اندازه چشم و تمرکز
متوسط چشم ساکن دارای طول کل محوری 24.2 میلی متر است و اجسام دور دقیقاً در مرکز شبکیه متمرکز شده اند. اما انحراف در اندازه چشم می تواند وضعیت را تغییر دهد:
- نزدیک بینی، هنگامی که تصاویر در جلوی شبکیه متمرکز می شوند،
- دوربینی وقتی پشت سر او اتفاق می افتد.
عملکرد سیستم نوری چشم نیز در صورت آستیگماتیسم - انحنای نادرست عدسی - نقض می شود.
کیفیت تصویر روی شبکیه
حتی وقتی سیستم اپتیکال چشم کاملاً فوکوس شده باشد، تصویر کاملی تولید نمی کند. چندین عامل بر این امر تأثیر می گذارد:
- پراش نور در مردمک (تار)؛
- انحرافات نوری (هرچه مردمک بزرگتر باشد، دید بدتر است)؛
- پراکندگی در داخل چشم.
اشکال خاص عدسی چشم، تغییرات ضریب شکست و ویژگی‌های هندسی از کاستی‌های سیستم نوری چشم هستند.در مقایسه با نمونه های مصنوعی کیفیت چشم معمولی حداقل شش برابر کمتر است و هر کدام بسته به انحرافات موجود، یک بیت مپ اصلی ایجاد می کنند. بنابراین، برای مثال، شکل درک شده ستاره ها از فردی به فرد دیگر متفاوت خواهد بود.
دید محیطی
میدان مرکزی شبکیه بیشترین وضوح فضایی را ارائه می دهد، اما بخش محیطی کمتر هوشیار نیز مهم است. به لطف دید محیطی، فرد می تواند در تاریکی حرکت کند، بین عامل حرکت و نه خود جسم متحرک و شکل آن تمایز قائل شود و در فضا حرکت کند. دید محیطی در حیوانات و پرندگان غالب است. علاوه بر این، برخی از آنها دارای زاویه دید 360 درجه برای شانس بیشتری برای بقا هستند. توهمات بینایی بر اساس ویژگی‌های بینایی محیطی محاسبه می‌شوند.
نتیجه
سیستم نوری چشم انسان ساده و قابل اعتماد است و کاملاً با درک دنیای اطراف سازگار است. اگرچه کیفیت مرئی کمتر از سیستم های فنی پیشرفته است، اما نیازهای موجودات را برآورده می کند. چشم ها تعدادی مکانیسم جبرانی دارند که برخی از محدودیت های نوری بالقوه را نادیده می گیرند. برای مثال، اثر منفی بزرگ عدم تمرکز رنگی با فیلترهای رنگی مناسب و حساسیت طیفی باند گذر حذف می‌شود.
در دهه گذشته امکان اصلاح انحراف چشم با استفاده از تطبیقی وجود دارداپتیک این امر در حال حاضر از نظر فنی در آزمایشگاه با وسایل اصلاحی مانند لنزهای داخل چشمی امکان پذیر است. اصلاح می تواند توانایی دیدن را بازیابی کند، اما یک تفاوت ظریف وجود دارد - انتخاب پذیری گیرنده های نور. حتی اگر تصاویر واضح بر روی شبکیه نمایش داده شوند، کوچکترین حرفی که قابل درک است نیاز به چندین گیرنده نوری دارد تا به درستی تفسیر شود. تصاویر حروف کوچکتر از حدت بینایی مربوطه قابل تشخیص نیستند.
با این حال، اختلالات بینایی اصلی انحرافات ضعیف هستند: تمرکززدایی و آستیگماتیسم. این موارد از قرن سیزدهم، زمانی که لنزهای استوانه ای اختراع شدند، به راحتی توسط پیشرفت های مختلف فناوری اصلاح شدند. روش‌های مدرن شامل استفاده از لنزهای تماسی و داخل چشمی یا روش‌های جراحی انکساری لیزری برای ویرایش ساختار سیستم نوری بیمار است.
آینده چشم پزشکی امیدوارکننده به نظر می رسد. فوتونیک و فناوری نور نقش اساسی در آن خواهد داشت. استفاده از اپتوالکترونیک های پیشرفته به پروتزهای جدید اجازه می دهد تا چشم های دور بین را بدون برداشتن بافت های زنده بازیابی کنند، همانطور که در حال حاضر انجام می شود. توموگرافی انسجام نوری جدید می تواند تجسم سه بعدی چشم را در مقیاس کامل ارائه دهد. علم ثابت نمی ماند تا سیستم نوری چشم به هر یک از ما اجازه دهد جهان را با شکوه تمام ببینیم.
