Syn er en af de mest værdifulde menneskelige sanser. Mens det visuelle system er en relativt kompleks del af hjernen, er processen drevet af et ydmygt optisk element: øjet. Det danner billeder på nethinden, hvor lys absorberes af fotoreceptorer. Med deres hjælp sendes elektriske signaler til den visuelle cortex for yderligere behandling.
Hovedelementerne i øjets optiske system: hornhinden og linsen. De opfatter lys og projicerer det på nethinden. Det er værd at bemærke, at øjets enhed er meget enklere end kameraer med flere linser skabt i dens lighed. På trods af at kun to elementer spiller rollen som linser i øjet, forringer dette ikke opfattelsen af information.
Light
Lysets iboende natur påvirker også nogle karakteristika ved øjets optiske system. For eksempel er nethinden mest følsom i den centrale del for opfattelsen af det synlige spektrum, svarende til Solens strålingsspektrum. Lys kan ses som tværgåendeelektromagnetisk bølge. Synlige bølgelængder fra cirka blå (400 nm) til rød (700 nm) udgør kun en lille brøkdel af det elektromagnetiske spektrum.
Det er interessant at bemærke, at arten af lyspartiklerne (foton) også kan påvirke synet under visse forhold. Absorptionen af fotoner sker i fotoreceptorer efter reglerne for en tilfældig proces. Især intensiteten af lys, der når hver fotoreceptor, bestemmer kun sandsynligheden for at absorbere en foton. Dette begrænser evnen til at se ved lav lysstyrke og tilpasse øjet til mørke.
Transparency
I kunstige optiske systemer bruges gennemsigtige materialer: glas eller plast med brydningsfikser. På samme måde skal det menneskelige øje danne store, højopløselige billeder ved hjælp af levende væv. Hvis billedet, der projiceres på nethinden, er for sløret, sløret, vil det visuelle system ikke fungere korrekt. Årsagen til dette kan være øjen- og neuronsygdomme.
øjets anatomi
Det menneskelige øje kan beskrives som en væskefyldt kvasi-sfærisk struktur. Øjets optiske system består af tre lag væv:
- ekstern (sklera, hornhinde);
- intern (nethinde, ciliær krop, iris);
- intermediate (choroid).
Hos voksne mennesker er øjet en omtrentlig kugle på 24 mm i diameter og består af mange cellulære og ikke-cellulære komponenter afledt af ektodermal og mesodermal kimlinjekilder.
Ydersiden af øjet er dækket af et modstandsdygtigt og fleksibelt væv kaldet sclera, undtagen forsiden, hvor den gennemsigtige hornhinde tillader lys at trænge ind i pupillen. To andre lag under sclera: årehinden til at give næringsstoffer og nethinden, hvor lys absorberes af fotoreceptorer efter billeddannelse.
Øjet er dynamisk på grund af virkningen af seks ydre muskler til at fange og scanne det visuelle miljø. Lys, der kommer ind i øjet, brydes af hornhinden: et tyndt gennemsigtigt lag fri for blodkar, omkring 12 mm i diameter og omkring 0,55 mm tykt i den centrale del. Vandtårefilm på hornhinden garanterer den bedste billedkvalitet.
Det forreste øjenkammer er fyldt med et flydende stof. Iris, to sæt muskler med et centr alt hul, hvis størrelse afhænger af sammentrækning, fungerer som en membran med en karakteristisk farve afhængig af mængden og fordelingen af pigmenter.
Pupillen er det hul i midten af iris, der regulerer mængden af lys, der kommer ind i øjet. Dens størrelse varierer fra mindre end 2 mm i stærkt lys til mere end 8 mm i mørke. Efter at pupillen opfatter lys, kombineres den krystallinske linse med hornhinden for at danne billeder på nethinden. En krystallinsk linse kan ændre sin form. Den er omgivet af en elastisk kapsel og fastgjort til ciliærlegemet med zonuler. Virkningen af musklerne i ciliærlegemet gør det muligt for linsen at øge eller mindske dens kraft.
Nethinden og hornhinden
Der er en central depression i nethinden, hvorindeholder det største antal receptorer. Dens perifere dele giver mindre opløsning, men er specialiseret i øjenbevægelser og genstandsdetektion. Det naturlige synsfelt er ret stort i forhold til det kunstige og er 160×130°. Makulaen er placeret i nærheden og fungerer som et lysfilter, der angiveligt beskytter nethinden mod degenerative sygdomme ved at screene blå stråler fra.
Hornhinden er et sfærisk snit med en anterior krumningsradius på 7,8 mm, en posterior krumningsradius på 6,5 mm og et inhomogent brydningsindeks på 1,37 på grund af den lagdelte struktur.
Øjenstørrelse og fokus
Det gennemsnitlige statiske øje har en total aksial længde på 24,2 mm, og fjerne objekter er fokuseret nøjagtigt i midten af nethinden. Men afvigelser i øjets størrelse kan ændre situationen:
- myopi, når billeder fokuseres foran nethinden,
- langsynethed, når det sker bag hende.
Funktionerne af øjets optiske system krænkes også i tilfælde af astigmatisme - en forkert krumning af linsen.
Billedkvalitet på nethinden
Selv når det optiske system i øjet er perfekt fokuseret, producerer det ikke et perfekt billede. Flere faktorer påvirker dette:
- diffraktion af lys i pupillen (sløring);
- optiske aberrationer (jo større pupil, jo dårligere sigtbarhed);
- spredning inde i øjet.
Specifikke øjelinseformer, brydningsindeksvariationer og geometrifunktioner er mangler ved øjets optiske systemsammenlignet med kunstige modparter. Det normale øje er mindst seks gange lavere kvalitet, og hvert øje skaber en original bitmap afhængigt af de tilstedeværende aberrationer. Så f.eks. vil den opfattede form af stjerner variere fra person til person.
Perifert syn
Nethindens centrale felt giver den største rumlige opløsning, men den mindre årvågne perifere del er også vigtig. Takket være perifert syn kan en person navigere i mørket, skelne mellem bevægelsesfaktoren og ikke selve objektet i bevægelse og dets form og navigere i rummet. Perifert syn er fremherskende hos dyr og fugle. Desuden har nogle af dem en synsvinkel på hele 360° for en større chance for at overleve. Visuelle illusioner beregnes på baggrund af det perifere syn.
Resultat
Det menneskelige øjes optiske system er enkelt og pålideligt og perfekt tilpasset opfattelsen af den omgivende verden. Selvom kvaliteten af det synlige er lavere end i avancerede tekniske systemer, opfylder det organismens krav. Øjnene har en række kompenserende mekanismer, der efterlader nogle af de potentielle optiske begrænsninger ubetydelige. For eksempel elimineres den store negative effekt af kromatisk defokusering af passende farvefiltre og båndpasspektralfølsomhed.
I det sidste årti, muligheden for at korrigere øjenafvigelser ved hjælp af adaptivoptik. Dette er i øjeblikket teknisk muligt i laboratoriet med korrigerende anordninger såsom intraokulære linser. Korrektion kan genoprette evnen til at se, men der er en nuance - selektiviteten af fotoreceptorer. Selv hvis skarpe billeder projiceres på nethinden, vil det mindste bogstav, der skal opfattes, kræve flere fotoreceptorer for at fortolke korrekt. Billeder af bogstaver, der er mindre end den tilsvarende synsstyrke, kan ikke skelnes.
De vigtigste synsforstyrrelser er imidlertid svage aberrationer: defokusering og astigmatisme. Disse tilfælde er let blevet rettet af forskellige teknologiske udviklinger siden det trettende århundrede, hvor cylindriske linser blev opfundet. Moderne metoder involverer brug af kontaktlinser og intraokulære linser eller laser refraktiv kirurgi procedurer til at redigere strukturen af patientens optiske system.
Fremtiden for oftalmologi ser lovende ud. Fotonik og lysteknologi vil spille en nøglerolle i det. Brugen af avanceret optoelektronik ville give nye proteser mulighed for at genoprette langsynede øjne uden at fjerne levende væv, som det er tilfældet i øjeblikket. Ny optisk kohærenstomografi kunne give fuldskala 3D-visualisering af øjet i re altid. Videnskaben står ikke stille, så øjets optiske system tillader hver enkelt af os at se verden i al dens pragt.
