История зрения: путь от светочувствительности до глаза

В сетчатке примерно 130 млн фоторецепторов, а в зрительном нерве содержится только 1–1,5 млн волокон. Куда же делись остальные? Ведь это в десятки раз меньше. Оказывается, в сетчатке зрительная информация обрабатывается достаточно сложным образом и в мозг она поступает уже частично преобразованной. Происходит конвергенция и обобщение сигнала, что благодаря работе горизонтальных и амакриновых клеток позволяет одному участку сетчатки контролировать информацию с другого ее участка и это дает возможность обрабатывать многие процессы, проходящие вне нашего сознания – например, воспринимать контраст и цвета вне зависимости от типа освещения и многое другое.

Рис. 22. Сравнение инвертированной сетчатки позвоночных и неинвертированной сетчатки головоногих (осьминоги). У инвертированной сетчатки теряется полезный участок из-за того, что человек имеет такой диск зрительного нерва: часть поля зрения, которая соответствует этому участку сетчатки, выпадает, но мы не замечаем этого, так как мозг отключает это выпадение

Горизонтальные и амакриновые клетки сетчатки регулируют импульсы, проходящие через ее нейроны, суммируют эти импульсы, участвуют в подавлении палочек или колбочек, тем самым обеспечивают зрение при разной интенсивности освещения, а также восприятие контраста, способность различать оттенки на свету и в сумерках. Функции регулирующих клеток сетчатки очень многообразны, и они еще не известны до конца.

Тем не менее на выходе только 1,5 млн нервных волокон. Не впечатляет, скажет читатель. Получается, человеческий глаз – это всего лишь 1,5-мегапиксельная камера? Это же очень низкая разрешающая способность по современным меркам. Это так и не так одновременно. Так, потому что действительно получается, что точек максимум столько, сколько волокон в зрительном нерве, а не так, потому что есть нюансы: высокая разрешающая способность у человека в центре его глаза, и вот там она лучше, чем у многих современных камер, просто площадь этой области не такая большая. Кроме того, глаза у человека два, и суммация изображения увеличивает разрешающую способность зрения.

Темновая адаптация

Как лучше бегать ночью – с фонариком или без? Время темновой адаптации. Зачем она нужна? Можно ли читать в полной темноте?

Если вы, как и я, увлечены бегом, то представляете, как неудобно без опыта бежать в сумерках, особенно в лесу или в поле. В лесу дороги неровные, есть ямы, лужи, корни деревьев, вы можете наткнуться на ветку, споткнуться и упасть. В общем, бегать ночью в лесу – не самая лучшая затея. Однако бег – это удовольствие, а в удовольствии сложно себе отказывать, и тут на помощь приходит темновая адаптация.

Что это такое? Это способность зрения адаптироваться к сумеркам настолько, чтобы можно было пользоваться зрением при низком освещении. Темновая адаптация наступает не сразу, а через несколько минут после того, как вы оказываетесь в темноте, потом постепенно повышается и достигает максимума через 30 минут. Условие для ее возникновения – нахождение в сумерках. Чем меньше света, тем выше ее уровень.

Темновая адаптация запускается благодаря тому, что включается палочковое зрение. В сетчатке, как мы помним, есть два типа клеток, чувствительных к свету: колбочки и палочки. Колбочки (мы обсуждали это в главе, посвященной строению глаза) помогают видеть четко и воспринимать цвета. Нет четкости без различия цвета, это связанные функции. Колбочка, как и палочка, – это клетка-фоторецептор, генерирующий импульс при попадании на него света. Благодаря тому, что существуют разные фотопигменты, разные колбочки максимально чувствительны к разным цветам.

У большинства людей три типа колбочек соответствуют трем типам фоторецепторных пигментов-протеинов (почему у большинства, а не у всех, смотрите в главе об ахроматопсии и людях, видящих больше оттенков, чем другие, стр. 132). Различное сочетание возбуждений разных типов колбочек дает нам представление об оттенках. Колбочки сконцентрированы в центральной части сетчатки, они помогают очень четко видеть и различать цвета. У этих клеток есть недостатки: они отсутствуют на периферии сетчатки, поэтому мы нечетко видим периферическим зрением. (Проверьте это прямо сейчас, попробуйте продолжать читать книгу боковым зрением.) И второй недостаток – они не работают в сумерках, когда темно, мы не различаем цвета. Отсюда пошло выражение «ночью все кошки серы».