Redze ir viena no cilvēka vērtīgākajām maņām. Lai gan vizuālā sistēma ir salīdzinoši sarežģīta smadzeņu daļa, procesu virza pazemīgs optiskais elements: acs. Tas veido attēlus uz tīklenes, kur gaismu absorbē fotoreceptori. Ar to palīdzību elektriskie signāli tiek pārraidīti uz redzes garozu tālākai apstrādei.
Acs optiskās sistēmas galvenie elementi: radzene un lēca. Viņi uztver gaismu un projicē to uz tīkleni. Ir vērts atzīmēt, ka acs ierīce ir daudz vienkāršāka nekā kamerām ar vairākiem objektīviem, kas izveidoti tā līdzībā. Neskatoties uz to, ka tikai divi elementi spēlē lēcu lomu acī, tas neietekmē informācijas uztveri.
Gaisma
Gaismai raksturīgais raksturs ietekmē arī dažas acs optiskās sistēmas īpašības. Piemēram, tīklene ir visjutīgākā centrālajā daļā, lai uztvertu redzamo spektru, kas atbilst Saules starojuma spektram. Gaismu var redzēt kā šķērsvirzienuelektromagnētiskais vilnis. Redzamie viļņu garumi no aptuveni zila (400 nm) līdz sarkanam (700 nm) veido tikai nelielu daļu no elektromagnētiskā spektra.
Interesanti atzīmēt, ka arī gaismas daļiņas (fotona) raksturs noteiktos apstākļos var ietekmēt redzi. Fotonu absorbcija notiek fotoreceptoros saskaņā ar nejauša procesa noteikumiem. Jo īpaši gaismas intensitāte, kas sasniedz katru fotoreceptoru, nosaka tikai fotona absorbcijas varbūtību. Tas ierobežo spēju redzēt zemā spilgtumā un pielāgot aci tumsai.
Caurspīdība
Mākslīgās optiskās sistēmās tiek izmantoti caurspīdīgi materiāli: stikls vai plastmasa ar refrakcijas fiksatoru. Tāpat cilvēka acij ir jāveido liela mēroga augstas izšķirtspējas attēli, izmantojot dzīvos audus. Ja uz tīklenes projicētais attēls ir pārāk izplūdis, izplūdis, vizuālā sistēma nedarbosies pareizi. Iemesls tam var būt acu un neironu slimības.
Acu anatomija
Cilvēka aci var raksturot kā ar šķidrumu pildītu kvazisfērisku struktūru. Acs optiskā sistēma sastāv no trim audu slāņiem:
- ārējā (sklēra, radzene);
- iekšējais (tīklene, ciliārais ķermenis, varavīksnene);
- vidējs (koroīds).
Pieaugušiem cilvēkiem acs ir aptuveni 24 mm diametra lode, kas sastāv no daudziem šūnu un ne-šūnu komponentiem, kas iegūti no ektodermālās un mezodermālās dīgļu līnijas.avoti.
Acs ārpusi klāj izturīgs un elastīgs audi, ko sauc par sklēru, izņemot priekšpusi, kur caurspīdīgā radzene ļauj gaismai iekļūt zīlītē. Divi citi slāņi zem sklēras: koroids, lai nodrošinātu barības vielas, un tīklene, kur pēc attēla veidošanās gaismu absorbē fotoreceptori.
Acs ir dinamiska, pateicoties sešu ārējo muskuļu darbībai, lai uztvertu un skenētu vizuālo vidi. Gaismu, kas nonāk acī, lauž radzene: plāns caurspīdīgs slānis bez asinsvadiem, apmēram 12 mm diametrā un apmēram 0,55 mm biezs centrālajā daļā. Ūdens asaru plēve uz radzenes garantē vislabāko attēla kvalitāti.
Acs priekšējā kamera ir piepildīta ar šķidru vielu. Varavīksnene, divi muskuļu kopumi ar centrālu caurumu, kura izmērs ir atkarīgs no kontrakcijas, darbojas kā diafragma ar raksturīgu krāsu atkarībā no pigmentu daudzuma un sadalījuma.
Acs zīlīte ir caurums varavīksnenes centrā, kas regulē acī nonākošās gaismas daudzumu. Tā izmērs svārstās no mazāk nekā 2 mm spilgtā gaismā līdz vairāk nekā 8 mm tumsā. Pēc tam, kad skolēns uztver gaismu, kristāliskā lēca apvienojas ar radzeni, veidojot attēlus uz tīklenes. Kristāliskā lēca var mainīt savu formu. To ieskauj elastīga kapsula un ar zonulām piestiprināta pie ciliārā ķermeņa. Ciliārā ķermeņa muskuļu darbība ļauj lēcai palielināt vai samazināt savu jaudu.
Tīklene un radzene
Tīklenē ir centrālā depresija, kursatur vislielāko receptoru skaitu. Tās perifērās daļas nodrošina mazāku izšķirtspēju, bet ir specializējušās acu kustību un objektu noteikšanā. Dabiskais redzes lauks ir diezgan liels, salīdzinot ar mākslīgo, un ir 160×130°. Makula atrodas netālu un darbojas kā gaismas filtrs, kas it kā aizsargā tīkleni no deģeneratīvām slimībām, izslēdzot zilos starus.
Radzene ir sfēriska daļa ar priekšējo izliekuma rādiusu 7,8 mm, aizmugurējo izliekuma rādiusu 6,5 mm un neviendabīgo refrakcijas indeksu 1,37 slāņainās struktūras dēļ.
Acu izmērs un fokuss
Vidējās statiskās acs kopējais aksiālais garums ir 24,2 mm, un attāli objekti ir fokusēti tieši tīklenes centrā. Taču acs izmēra novirzes var mainīt situāciju:
- tuvredzība, kad attēli ir fokusēti tīklenes priekšā,
- tālredzība, kad tas notiek viņai aiz muguras.
Acs optiskās sistēmas funkcijas tiek pārkāptas arī astigmatisma - nepareiza lēcas izliekuma gadījumā.
Attēla kvalitāte uz tīklenes
Pat tad, ja acs optiskā sistēma ir ideāli fokusēta, tā nerada perfektu attēlu. To ietekmē vairāki faktori:
- gaismas difrakcija zīlītē (izplūdums);
- optiskās aberācijas (jo lielāks zīlīte, jo sliktāka redzamība);
- izkliedēšana acs iekšienē.
Īpašas acu lēcu formas, refrakcijas indeksa variācijas un ģeometrijas iezīmes ir acs optiskās sistēmas nepilnības.salīdzinot ar mākslīgajiem līdziniekiem. Parasta acs kvalitāte ir vismaz sešas reizes zemāka, un katra rada oriģinālu bitkarti atkarībā no esošajām aberācijām. Tā, piemēram, uztveramā zvaigžņu forma dažādiem cilvēkiem būs atšķirīga.
Perifērā redze
Tīklenes centrālais lauks nodrošina vislielāko telpisko izšķirtspēju, taču svarīga ir arī mazāk modrā perifērā daļa. Pateicoties perifērajai redzei, cilvēks var orientēties tumsā, atšķirt kustības faktoru, nevis pašu kustīgo objektu un tā formu, un orientēties telpā. Dzīvniekiem un putniem dominē perifērā redze. Turklāt dažiem no tiem skata leņķis ir 360 °, lai nodrošinātu lielāku izdzīvošanas iespēju. Vizuālās ilūzijas tiek aprēķinātas pēc perifērās redzes pazīmēm.
Rezultāts
Cilvēka acs optiskā sistēma ir vienkārša un uzticama un lieliski pielāgota apkārtējās pasaules uztverei. Lai gan redzamā kvalitāte ir zemāka nekā progresīvās tehniskajās sistēmās, tā atbilst organisma prasībām. Acīs ir vairāki kompensācijas mehānismi, kas atstāj dažus iespējamos optiskos ierobežojumus nenozīmīgus. Piemēram, hromatiskās defokusēšanas lielo negatīvo efektu novērš atbilstoši krāsu filtri un joslas caurlaides spektrālā jutība.
Pēdējā desmitgadē ir iespēja koriģēt acu aberācijas, izmantojot adaptīvooptika. Šobrīd tas ir tehniski iespējams laboratorijā ar koriģējošām ierīcēm, piemēram, intraokulārām lēcām. Korekcija var atjaunot spēju redzēt, taču ir nianse – fotoreceptoru selektivitāte. Pat ja uz tīklenes tiek projicēti asi attēli, mazākā burta uztveršanai būs nepieciešami vairāki fotoreceptori, lai tos pareizi interpretētu. Attēli ar burtiem, kas ir mazāki par atbilstošo redzes asumu, netiks atšķirti.
Tomēr galvenie redzes traucējumi ir vājas aberācijas: defokusēšana un astigmatisms. Šie gadījumi ir viegli izlaboti ar dažādu tehnoloģiju attīstību kopš trīspadsmitā gadsimta, kad tika izgudrotas cilindriskās lēcas. Mūsdienu metodes ietver kontaktlēcu un intraokulāro lēcu vai lāzera refrakcijas ķirurģijas procedūru izmantošanu, lai rediģētu pacienta optiskās sistēmas struktūru.
Oftalmoloģijas nākotne izskatās daudzsološa. Galvenā loma tajā būs fotonikai un apgaismojuma tehnoloģijām. Uzlabotas optoelektronikas izmantošana ļautu jaunām protēzēm atjaunot tālredzīgas acis, neizņemot dzīvos audus, kā tas ir pašlaik. Jauna optiskās koherences tomogrāfija varētu nodrošināt pilna mēroga acs reāllaika 3D vizualizāciju. Zinātne nestāv uz vietas, lai acs optiskā sistēma ļautu ikvienam no mums redzēt pasauli visā tās krāšņumā.
