Строение и функции зрительного анализатора

Строение глаза. Периферическим отделом зрительного анализатора является глаз, который расположен в углублении черепа - глазнице. Сзади и с боков он защищен от внеш­них воздействий костными стенками глазницы, а спереди - веками. Он состоит из глазного яблока и вспомогательных структур: слезных желез, ресничной мышцы, кровеносных сосудов и нервов. Слезная железа выделяет жидкость, предохраняющую глаз от высыхания. Равномерному распределению слезной жидкости по поверхности глаза
способствует мигание век. Глазное яблоко у маленьких детей имеет диаметр до 16 мм.

Рост глазного яблока продолжается после рождения. Интенсивнее всего оно растет первые пять лет жизни, менее интенсивно - до 9-12 лет. У взрослых диаметр глазного яблока составляет около 24 мм.

Глазное яблоко состоит из трех оболочек - наружной, средней и внутренней (рис. 8). Наружная оболочка глаза - склера, или белочная оболочка. Это плотная непрозрачная ткань белого цвета, толщиной около 1 мм, в передней части она переходит в прозрачную роговицу. У новорожденных детей роговица более толстая и выпуклая, к пяти годам ее толщина уменьшается, а радиус кривизны с возрастом почти не меняется. Вместе с тем с возрастом роговица становится более плотной и ее преломляющая сила уменьшается, повышенная растяжимость и эластичность склеры способствует легкой деформации глазного яблока, что важно в формировании рефракции глаза.

Под склерой расположена сосудистая оболочка глаза, толщина которой 0,2-0,4 мм. В ней содержится большое количество кровеносных сосудов. В переднем отделе глазного яблока сосудистая оболочка переходит в ресничное (цилиарное) тело и радужную оболочку (радужку). Вместе эти структуры составляют среднюю оболочку глаза.

В ресничном теле расположена мышца, связанная с хрусталиком и регулирующая его кривизну. Хрусталик - прозрачное, эластичное образование, имеет форму двояковыпуклой линзы. Он покрыт прозрачной сумкой, по всему его краю к ресничному телу тянутся тонкие, но очень упругие волокна. Они сильно натянуты и держат хрусталик в растянутом состоянии. У новорожденных и детей дошкольного возраста хрусталик более выпуклый и более эластичный.

В центре радужки располагается круглое отверстие - зрачок, его диаметр изменяется, отчего в глаз может попадать большее или меньшее количество света. Просвет зрачка регулируется мышцей, находящейся в радужке. У новорожденных зрачок узкий. В возрасте 6-8 лет зрачки широкие из-за преобладания тонуса симпатических нервов, иннервирующих мышцы радужной оболочки. В 8-10 лет зрачок вновь становится узким и очень живо реагирует на свет, а к 12-13 годам быстрота и интенсивность реакции на свет такие же, как у взрослого.

Рис 8. Орган зрения: 1- белочная оболочка; 2 - роговица; 3 – хрусталик; 4 – ресничная мышца; 5 – радужная оболочка; 6 – сосудистая оболочка; 7 – сетчатка; 8 – слепое пятно; 9 – стекловидное тело; 10 – задняя камера глаза; 11 – передняя камера глаза; 12 – зрительный нерв.

В радужной оболочке содержится особое красящее вещество — меланин. От количества этого пигмента цвет радужки может колебаться от серого и голубого до коричневого, почти черного. Цветом радужки определяется цвет глаз. Если пигмент отсутствует (таких людей называют альбиносами), лучи света могут проникать в глаз не только через зрачок, но и через ткань радужки. У альбиносов глаза имеют красноватый оттенок, зрение понижено.

В передней и задней камере глаза находится прозрачная жидкость, или водяниста влага, которая снабжает питательными веществами роговицу и хрусталик. Полость позади хрусталика заполнена прозрачной желеобразной массой — стекловидным телом.

Внутренняя поверхность глаза выстлана тонкой {0,2-0,3 мм), весьма сложной по строению оболочкой - сетчаткой, или ретиной, на которой находятся светочувствительные клетки, названные, из-за их формы, - колбочки и палочки, или рецепторы. Колбочки сосредоточены в ос­новном в центральной области сетчатки - в желтом пятне. По мере удаления от центра число колбочек уменьшается, а палочек - возрастает. На периферии сетчатки имеются только палочки. От рецепторов отходят нервные волоконца, которые собираются вместе и образуют зрительный нерв, идущий к головному мозгу. У новорожденных детей палочки в сетчатке сформированы, число колбочек в желтом пятне начинает возрастать после рождения, и к концу первого полугодия морфологическое развитие центральной части сетчатки закан­чивается. У взрослого человека насчитывается 6-7 млн. колбочек и 110-125 млн. палочек, которые обеспечивают восприятие дневного и сумеречного света.

Оптическая система глаза. Поступающие в глаз световые лучи, прежде чем они попадут на сетчатку, проходят через не­сколько преломляющих сред. К ним относятся роговица, водяни­стое вещество передней и задней камер глаза, хрусталик и стек­ловидное тело. Каждая из этих сред имеет свой показатель пре­ломляющей силы. Преломляющая сила выражается в диоптриях (Д). Одна диоптрия — это преломляющая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Преломляющая сила глаза в целом равна 59 Д при рассматривании далеких предметов и 70,5 Д при рассматри­вании близких предметов.

Глаз — чрезвычайно сложная оптическая система, и для упро­щения была предложена такая модель глаза, в которой одна выпуклая поверхность дает суммарный эффект преломления лучей во всей сложной оптической системе глаза. Пользуясь этой мо­делью, можно построить изображение видимого предмета на сет­чатке. Для этого нужно провести линии от конца рас­сматриваемого предмета к узловой точке и продолжить их до пе­ресечения с сетчаткой. Изображение на сетчатке получается дей­ствительным, уменьшенным и обратным.

Ребенок в первые месяцы после рождения путает верх и низ предмета. Если такому ребенку показать горящую свечу, то он, стараясь схватить пламя, протянет руку не к верхнему, а к ниж­нему концу свечи. То обстоятельство, что мы видим предметы не в их перевернутом изображении, а в их естественном виде, объясняется жизненным опытом и взаимодействием анализаторов.

Аккомодация. Чтобы рассматриваемый предмет был ясно ви­ден, надо, чтобы лучи от всех его точек попали на заднюю по­верхность сетчатки, т. е. были здесь сфокусированы.

Когда, человек смотрит вдаль, предметы, расположенные на близком расстоянии, кажутся расплывчатыми, они не в фокусе. Если глаз фиксирует близкие предметы, неясно видны отда­ленные.

Попробуйте одновременно одинаково ясно увидеть шрифт кни­ги через марлевую сетку и саму марлевую сетку. Это вам не удастся, так как предметы расположены от глаза на разном рас­стоянии.

Глаз способен приспосабливаться к четкому видению предме­тов, находящихся от него на различных расстояниях. Эту способ­ность глаза называют аккомодацией. Аккомодация осуществля­ется путем изменения кривизны хрусталика. При рассматривании близких предметов хрусталик делается более выпуклым, благода­ря чему лучи от предметов сходятся на сетчатке.

Хрусталик посредством цинковой связки соединен с мышцей, располагающейся широким кольцом позади корня радужной обо­лочки. Благодаря деятельности этой мышцы хрусталик может ме­нять свою форму, становиться более или менее выпуклым и соот­ветственно сильнее или слабее преломлять попадающие в глаз лучи света.

При рассматривании предметов, находящихся на далеком рас­стоянии, ресничная мышца расслаблена, а связки, прикрепленные преимущественно к передней и задней поверхности капсулы хру­сталика, в это время натянуты, что вызывает сдавливание хру­сталика спереди назад и его растягивание. Поэтому при смотре­нии вдаль кривизна хрусталика и, следовательно, преломляющая сила его становятся наименьшими.

При приближении предмета к глазу происходит сокращение ресничной мышцы, связка расслабляется. Это прекращает сдав­ливание и растягивание хрусталика. Вследствие эластичности хрусталик становится более выпуклым и его преломляющая сила увеличивается.

При смотрении вдаль радиус кривизны передней поверхности хрусталика 10 мм, а при наибольшем напряжении аккомодации, т. е. при четком видении максимально приближенного к глазу предмета, радиус кривизны хрусталика составляет 5,3 мм.

Аккомодация глаза начинается уже тогда, когда предмет на­ходится на расстоянии около 65 м от глаза. Отчетливо выра­женное сокращение ресничной мышцы начинается на расстоянии предмета от глаза 10 и даже 5 м. Если предмет продолжает приближаться к глазу, аккомодация все более усиливается и, на­конец, отчетливое видение предмета становится невозможным. Наименьшее расстояние от глаза, на котором предмет еще от­четливо виден, называется ближайшей точкой ясного видения. У нормального глаза дальняя точка ясного видения лежит в бес­конечности.

С возрастом аккомодация изменяется. В 10 лет бли­жайшая точка ясного видения находится на расстоянии менее 7 см от глаза, в 20 лет — 8,3 см, в 30 лет—11 см, в 40 лет — 17 см, в 50 лет — 50 см, в 60—70 лет она приближается к 80 см.

Острота зрения. Преломляющие свойства, или рефракция, обеспечивают фоку­сирование изображения на сетчатке. Для четкого изображения необходимо, чтобы параллельные лучи от изображения сходились на сетчатке. Существуют два основных вида аномалии рефрак­ции — дальнозоркость и близорукость.

Острота зрения отражает способность опти­ческой системы глаза строить четкое изображение на сетчатке. Она измеряется путем определения наименьшего расстояния меж­ду двумя точками, достаточного для того, чтобы они не слива­лись, чтобы лучи от них попадали на разные рецепторы сет­чатки.

Мерилом остроты зрения служит угол, который образуется между лучами, идущими от двух точек предмета к глазу,— угол зрения. Чем меньше этот угол, тем выше острота зрения. У боль­шинства людей минимальная величина угла зрения составляет 1 мин. Принято считать этот угол нормой, а остроту зрения глаза, имеющего наименьший угол зрения 1 мин,— единицей остроты зрения. Это средняя величина нормы. Иногда здоровый глаз может обладать остротой зрения несколько меньшей, чем едини­ца. Встречается и острота зрения, значительно превышающая единицу. С уменьшением освещенности острота зрения резко па­дает. Оптимальным для остроты зрения является диаметр зрачка около 3 мм. Для измерения остроты зрения пользуются таблица­ми, на которых изображены буквы или фигуры и у каждой строч­ки отмечено, с какого расстояния глаз видит каждую деталь под углом в V (1 мин).

При определении остроты зрения человек должен находиться на расстоянии 5 м от висящей на стене таблицы. Вначале опре­деляют остроту зрения одного глаза, затем другого. Во время определения испытуемый прикрывает листом бумаги или рукой другой глаз. Показателем остроты считается та строка с наи­меньшими по размеру буквами, на которой испытуемый может отличить несколько букв.

Острота зрения у детей с нормальной рефракцией увеличива­ется с возрастом. Так, в 4—5 лет она в среднем равна 0,80%, в 5—6 лет —0,86%, в 7—8 лет —0,91%. В возрасте от 10 до 15 лет острота зрения повышается от 0,98 до 1,15.

Пространственное зрение. Видение пространства и ориентиров­ка в пространстве совершенствуются в процессе онтогенеза. И. М. Сеченов придавал большое значение в развитии простран­ственного зрения формированию координированных движений зри­тельного аппарата. Он считал, что благодаря глазным движениям ребенок учится различать в зрительной картине взаимное рас­положение частей. Важным фактором, обеспечивающим восприятие пространства, является бинокулярное зрение — зрение двумя глазами. Оно позволяет ощущать рельефные изображения пред­метов, видеть глубину и определять расстояние предмета от глаза при рассматривании предметов левым и правым глазом.

Глубинное зрение совершенствуется с возрастом. Исследова­ние остроты глубинного зрения в возрастном диапазоне от 6 до 17 лет показало наиболее интенсивный ее рост к 9 годам. В 16—17 лет этот показатель такой же, как у взрослого. Спо­собность к стереоскопическому восприятию двойных изображений, формируясь постепенно, достигает максимальных значений в юно­шеском возрасте. Начиная с 40 лет область стереоскопического восприятия несколько уменьшается.

Световая и цветовая чувствительность. Рецепторный аппарат зрительного анализатора расположен на внутренней оболочке глаза — сетчатке. Сетчатка имеет сложную многослойную струк­туру. Она состоит из пигментного слоя, фоторецепторов и двух слоев нервных клеток, отростки которых образуют зрительный нерв. В сетчатке имеется два вида фоторецепторов: палочки — их у человека примерно 120—125 млн. и колбочки — 5—6 млн.

Палочки, чувствительность которых выше, ответственны за су­меречное зрение. Они расположены на периферии сетчатки. Кол­бочки воспринимают различные цвета. Они сосредоточены пре­имущественно в центре сетчатки, в основном в центральной ямке. Колбочки — аппарат дневного зрения. Они, в отличие от пало­чек, воспринимают зрительные сигналы при ярком освещении, т. е. чувствительность их к свету меньше.

У человека встречаются случаи частичного и полного нару­шения цветового зрения. При полной цветовой слепоте человек видит все предметы одинаково окрашенными в серый цвет, ни­каких других цветов он не воспринимает. Частичное нарушение цветового зрения получило название дальтонизма (по имени анг­лийского химика Дальтона, у которого впервые было обнаружено это нарушение). Дальтоники обычно не различают красный и зе­леный цвета (они им кажутся серыми разных оттенков). Около 4—5% всех мужчин страдают дальтонизмом. У женщин он встре­чается реже — до 0,5%. Для обнаружения дальтонизма пользу­ются специальными цветовыми таблицами.

Возбудимость зрительного анализатора зависит от количества светореактивных веществ в сетчатке. При действии света на глаз вследствие распада светореактивных веществ возбудимость глаза понижается. Это приспособление глаза к свету — световая адап­тация. Например, при выходе из темного помещения на яркий солнечный свет мы вначале ничего не различаем, но вскоре адап­тируемся к свету и прекрасно все видим. Снижение возбудимости глаза на свету тем больше, чем ярче свет. Особенно быстро по­нижается возбудимость в первые 3—5 мин.

В темноте в связи с восстановлением светореактивных ве­ществ возбудимость глаза к свету возрастает — темновая адапта­ция. Возбудимость колбочек может возрасти в темноте в 20— 50 раз, а палочек — в 200—400 тыс. раз.

Кроме световой есть еще цветовая адаптация, т. е. падение возбудимости глаза при действии лучей, вызывающих цветовые ощущения. Чем интенсивнее цвет, тем быстрее падает возбуди­мость глаза. Наиболее быстро и резко понижается возбудимость при действии сине-фиолетового раздражителя, медленнее и мень­ше всего — зеленого.

При проецировании на сетчатку неподвижного изображения глаз скоро перестает его различать. Вследствие адаптации чело­век не мог бы видеть неподвижных предметов, если бы не непре­рывные мелкие колебательные движения глаз, которые соверша­ются постоянно в течение 25 мс каждое. За это время прекра­щается адаптация соответствующего рецептивного поля и возоб­новляется эффект включения зрительного раздражения, поэтому человек может видеть неподвижный предмет.

Возрастные особенности световой чувствительности и цветово­го зрения. Световая и цветовая чувствительность изменяется с воз­растом. Светоощущения есть уже у недоношенных детей. У них выявлено возбуждение как аппарата дневного, так и аппарата сумеречного зрения. Изменение световой чувствительности с воз­растом в основном зависит от изменяющейся возбудимости зри­тельных нервных центров.

Световая чувствительность значительно увеличивается в воз­расте от 4 до 20 лет и после 30 лет начинает снижаться. С воз­растом изменяется критическая частота световых мельканий — наименьшее число перерывов света в 1 с, при которой наступает слияние мельканий; у детей 7—8 лет она составляет 25, у 9—10-летних —30, в 12—14 лет —40—41 кол/с.

Вопрос о развитии цветоощущений до конца не выяснен. По данным некоторых исследователей, цветоощущение присуще уже новорожденным. Исследование условных рефлексов выявило возможность дифференцирования цветов при образовании защит­ных мигательных и пищевых условных рефлексов на 3-м месяце жизни.

Показано, что грудные дети различают разные степени ярко­сти цветов. В трехлетнем возрасте ребенок различает как абсо­лютную величину яркости цвета, так и соотношение яркости цве­тов. По мере созревания центральной нервной системы возрастает различительная цветовая чувствительность, резкое повышение ко­торой отмечено в 10—12 лет. Различение цветов по цветовому тону, круто возрастая к 10 годам, продолжает увеличиваться до 30 лет, затем медленно снижается к старости.

Развитие зрительного анализатора в онтогенезе.Зрительный анализатор человека в процессе постнатального развития претерпевает значительные морфофункциональные перестройки. У новорожденного диаметр глазного яблока составляет 16 мм, а его масса - 3,0 г, к 20 годам эти цифры увеличиваются соответственно до 23-24 мм и 8,0 г. В первые годы жизни радужка содержит мало пигментов и имеет голубовато-белесоватый оттенок, а окончательное формирование ее окраски завершается только к 10-12 месяцам. Процесс развития и совершенствования зрительного анализатора идет от периферии центру (от рецепторов к коре больших полушарий). Миелинизация зрительных нервных путей заканчивается уже к 3-4 месяцам постнатального онтогенеза. Сенсорные и моторные функции зрения развиваются одновременно. В первые дни после рождения движения глаз несинхронны, при неподвижности одного глаза можно наблюдать движение другого. Способность фиксировать взглядом предмет, или, образно говоря, механизм точной настройки формируется в возрасте от 5 дней до 3-5 месяцев. Функциональное созревание зрительной зоны коры головного мозга, по некоторым данным, происходит уже к рождению ребенка, по другим - несколько позже.

Из-за снижения эластичности хрусталика с возрастом снижается и аккомодация. Так, у школьников хрусталик более плоский, поэтому очень часто встречается дальнозоркость. В 3 года дальнозоркость наблюдается у 82 % детей, а близорукость — у 2,5 %. Затем соотношение изменяется и число близоруких значительно увеличивается, достигая к 16 годам 11 %.

В процессе развития существенно меняются цветоощущения ребенка. У новорожденных в сетчатке функционируют только палочки, обеспечивающие черно-белое зрение. Колбочки, ответственные за цветовое зрение, еще незрелые, и их количество невелико, хотя функции цветоощущения у новорожденных есть, но полноценное включение колбочек в работу происходит только к концу 3-го года жизни. Максимального развития ощущение цвета достигает к 30 годам и затем постепенно снижается. Важное значение для формирования этой способности имеет тренировка.

Реакция на форму предмета отмечается уже у 5-месячного ребенка. У дошкольников первую реакцию вызывает форма предмета, затем его размеры и в последнюю очередь - цвет.

Острота зрения с возрастом повышается, улучшается и стереоскопическое зрение. Для сравнения приведем данные по остроте зрения (в условных единицах) у детей разного возраста: 1 неделя 0,004-0,002; 1 месяц 0,008-0,003; 1 год 0,3-0,6; З года 0,6-1,0; 5 лет 0,8-1,0; 7-15 лет 0,9-1,0.

Стереоскопическое зрение изменяется до 9-10 лет, а к 17-22 годам достигает своего оптимального уровня, причем с 6 лет у девочек острота стереоскопического зрения выше, чем у мальчиков.

В 7-8 лет глазомер у детей значительно лучше, чем у дошкольников, но хуже, чем у взрослых; половых различий не имеет. В дальнейшем у мальчиков линейный глазомер становится лучше, чем у девочек.

Интенсивно увеличивается и поле зрение у детей, к 7 годам его размер составляет приблизительно 80 % от размера поля зрения взрослого человека. В развитии поля зрения наблюдаются половые особенности. Поле зрения определяет объем учебной информации, воспринимаемой ребенком, т. е. пропускную способность зрительного анализатора, и, следовательно, учебные возможности. В процессе онтогенеза пропускная способность зритель­ного анализатора также изменяется и достигает в разные возрастные периоды следующих значений (бит/с, табл. 3).

Таблица 3.

Возраст	Девочки	Мальчики
7-8 лет	1,00	1,09
10-11 лет	2,18	2,06
12-13 лет	2,53	2,12
13-1 4 лет	2,90	2,60
17-1 8 лет	3,38	2,65
1 9-22 года	3,13	2,88