Окно в мир - ПОСТОЯНСТВО ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ЕСТЬ УСЛОВИЕ СВОБОДНОЙ И НЕЗАВИСИМОЙ ЖИЗНИ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Глаза - главный источник информации о внешнем мире.

Факт 2. Глаз - это оптический прибор. Чувствительные клетки глаза способны лишь поглощать свет.

• В чём противоречие? (Что может прибор: воспринимать сигналы или извлекать из них информацию?) Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333).

Повторение необходимых знаний

• Что вы знаете об органе зрения? (Жизненный опыт, 7 класс)

• Как называется слой чувствительных клеток (рецепторов) глаза? (7 класс)

Решение проблемы

С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы.

• Как устроен и функционирует зрительный анализатор?

• Чем глаз похож, а чем отличается от плёночного фотоаппарата?

• Зачем нужны слёзы?

• Что такое аккомодация?

• В чём причина дальнозоркости и близорукости?

• Где происходит обработка зрительной информации?

• Зачем нужно бинокулярное зрение?

Более всего в нашей жизни мы полагаемся на зрение. Представьте себе, как трудна жизнь слепого человека. Вокруг нас множество объёмных предметов. Они различаются по величине, яркости, цвету, форме. Мы отличаем эти предметы друг от друга, хотя это не так легко, как кажется на первый взгляд. Самые простые действия — одевание, извлечение посуды из шкафа, наполнение чашки кофе — становятся трудными и даже опасными, если выключено зрение.

Палочки обеспечивают сумеречное зрение, а колбочки - дневное

Рецепторы глаза чувствительны к свету, поэтому их называют фоторецепторами. Существует два класса фоторецепторов - палочки и колбочки. По строению они похожи, но у палочек светочувствительная часть клетки цилиндрическая, а у колбочек - коническая, отсюда и разница в названии. Палочек в сетчатке человека насчитывается примерно 120 млн, они обладают высокой чувствительностью к свету, работоспособны при малом освещении и образуют систему сумеречного зрения. Менее светочувствительные - колбочки - работают только при хорошем освещении и обеспечивают систему дневного зрения. Их в сетчатке около 7 млн. Способностью различать цвета обладают только колбочки, поэтому в сумерках мы плохо различаем цвета.

Светочувствительный слой

Палочки и колбочки образуют сетчатку — светочувствительный слой на дне глазного яблока (рис. 52.1). Как ни странно, на первый взгляд, светочувствительные части этих клеток направлены не навстречу падающему свету, а от него и окружены тёмными пигментными клетками, которые поглощают излишний свет. Пигментный слой получает питательные вещества от кровеносных сосудов и питает фоторецепторы.

52.1. Светочувствительный слой глаза - сетчатка

• Где расположены рецепторы глаза?

Сетчатку (рис. 52.2) принято сравнивать со светочувствительным слоем фотоплёнки, но это не совсем правильно, так как сетчатка содержит не только фоторецепторы, но и несколько слоёв нервных клеток, которые начинают обработку полученной информации, а затем передают её в головной мозг. Аксоны последнего слоя нейронов образуют зрительный нерв, идущий в мозг. Там, где аксоны отдельных клеток собираются в единый нерв, не остаётся места для рецепторов и других клеток. Поэтому свет, падающий на сетчатку, оказывается невидимым. Это так называемое слепое пятно.

52.2. Строение сетчатки

Острота зрения не одинакова в различных областях сетчатки.

Примерно в её центре существует область, где острота зрения максимальна. Этот маленький участок сетчатки содержит только плотно упакованные колбочки, там нет никаких других клеток, поэтому на поперечном срезе он выглядит как углубление и называется центральной ямкой. Для того чтобы хорошенько разглядеть интересующий объект, мы располагаем глаз так, чтобы изображение объекта попало на центральную ямку.

Разглядываем свой глаз

Кроме фоторецепторов, воспринимающих свет, и нервных клеток в органе зрения есть множество вспомогательных приспособлений. Некоторые из них контролируют количество света, проходящего внутрь глаза, другие представляют собой систему линз и фокусируют изображение на сетчатке. Часть этих приспособлений можно увидеть, рассматривая свой собственный глаз в зеркале. Мы обнаруживаем белую округлую поверхность - склеру, плотную непрозрачную оболочку глаза из соединительной ткани. Она защищает внутренние структуры органа зрения и участвует в поддержании его округлой формы. В центре глаза склера становится прозрачной роговицей. За роговицей лежит радужная оболочка, или просто радужка, - кольцевая мышечная диафрагма, регулирующая количество света, попадающего в орган зрения. Она определяет цвет глаз и может быть голубой, серой, карей - в зависимости от количества и распределения в ней пигментных клеток.

В центре радужки мы видим чёрный круг. Это - зрачок, отверстие, ведущее внутрь глаза. Величина зрачка изменяется, подобно размерам диафрагмы в фотокамере, дозируя количество света, проходящего в глаз (рис. 52.4). В радужке расположены круговые и радиальные гладкие мышечные волокна. Они обеспечивают изменение размера зрачка. Сокращение круговых волокон (сфинктера) сужает зрачок, а радиальных - расширяет.

52.3. Внешнее строение глаза

У людей молодого возраста диаметр зрачка может изменяться от 1,5 до 8 мм. Но даже такого большого диапазона часто не хватает для того, чтобы приспособиться к возможным изменениям внешней освещённости. Например, при огромном количестве белого снега, отражающего свет, освещённость становится столь высокой, что для безопасности органов зрения люди вынуждены надевать защитные тёмные очки.

52.4. Содружественный рефлекс

Полезная влага

Поверхность глаза покрыта тонкой плёнкой влаги — слёзной жидкости. Она образуется в слёзных железах (рис. 52.5) и выделяется на поверхность глаза под веками, над наружным углом глаза. При моргании движения век равномерно распределяют слёзы по поверхности. Тонкая плёнка жидкости улучшает оптические свойства роговицы, и, кроме того, слёзы содержат ферменты, убивающие бактерии. Слёзная жидкость постоянно образуется в небольших количествах. Часть её испаряется, а излишки стекают в носовую полость через слёзный проток. При попадании в глаз инородного тела, например, песчинки, количество слёз увеличивается, и мы рефлекторно начинаем моргать более интенсивно.

52.5. Слёзные железы и протоки

Мышцы глаза

Глаза человека имеют форму шара диаметром около 2,5 см. Они расположены в глазницах — парных углублениях черепа. Каждый глаз движется и сохраняет определённое положение в глазнице с помощью трёх пар мышц. Мышцы каждой пары обеспечивают движение глаза в одной плоскости, а все три пары позволяют глазу двигаться в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях. Это даёт человеку возможность детального ознакомления с объектом наблюдения и точно прослеживать его перемещения.

52.6. Мышцы глаза

52.7. Траектория движений глаз человека, рассматривающего портрет девушки

Три оболочки глаза

Итак, на задней внутренней поверхности глаза расположена уже знакомая нам сетчатка. О верхней оболочке глаза - склере - мы также уже говорили. Между склерой и сетчаткой находится бурая сосудистая оболочка. Её название говорит само за себя - она пронизана сосудами, снабжающими кровью сетчатку,

и покрыта пигментными клетками, уменьшающими отражение света от внутренних поверхностей глаза. Именно эта оболочка образует спереди радужку. Практически весь остальной объём глаза занят структурами, которые составляют его оптическую систему.

Оптическая система глаза

В глазу существует система линз, общая задача которых состоит в том, чтобы обеспечить на сетчатке изображение внешнего мира (рис. 52.8).

Между роговицей и радужкой находится передняя камера глаза, наполненная прозрачной жидкостью - водянистой влагой. Роговица и передняя камера глаза - передняя часть оптического аппарата. За радужкой располагается эластичная двояковыпуклая прозрачная линза - хрусталик. Вещество хрусталика, прозрачное и бесцветное, не содержит сосудов и нервов. При напряжении мышц и натяжении волокон хрусталик меняет кривизну. Пространство позади хрусталика заполнено прозрачным студнеподобным стекловидным телом.

52.8. Схема строения глаза

Каким же образом изображение фокусируется на сетчатке?

В расслабленном глазу на сетчатке возникает чёткое изображение бесконечно удалённых предметов, например, звёзд. Чтобы получить отчётливое изображение предмета, расположенного ближе, мышцы изменяют кривизну хрусталика, что, в свою очередь, ведёт к изменению его преломляющей силы. Такая “наводка на резкость” — ясное видение предметов, находящихся на различных расстояниях от глаза, путём фокусировки изображения на сетчатке называется аккомодацией глаза (рис. 52.9). Оптическая система глаза создаёт на сетчатке чёткое уменьшенное перевёрнутое изображение объекта.

52.9. Аккомодация

“Обдумываем” то, что видим

Информация от нейронов сетчатки поступает во многие структуры мозга, где она перерабатывается в обособленных, но параллельных каналах. Например, в настоящее время известно, что в обработке зрительной информации принимают участие более 20 полей коры головного мозга. Клетки некоторых из них обрабатывают информацию о цвете, другие — о движении и т. д. Пока ещё мало известно о том, каким образом информация от разных зрительных каналов обобщается и сопоставляется с информацией от других органов чувств. Однако очевидно, что картина внешнего мира, возникающая в нашем мозгу, — плод сопоставления сигналов от всех органов чувств. Поэтому, например, расхожее представление о том, что младенец видит мир перевёрнутым, не имеет под собой никаких веских оснований — многие рецепторы помогают мозгу ребёнка получить сведения о том, как расположены предметы, и сформировать правильную зрительную картину.

52.10. Зрительные нервы и зрительный центр

52.11. Схема зрительного анализатора

Бинокулярное зрение

Посмотрим на какой-нибудь предмет поочередно одним, а затем двумя глазами. Предмет выглядит почти одинаково, но, если смотреть двумя глазами, создаётся более выраженное ощущение глубины пространства. У человека с нормальным зрением глаза видят одну и ту же сцену немножко под разным углом и помогают друг другу. Это создаёт возможность для объёмного зрения.

Мы узнаём видимый объект независимо от того, смотрим мы на него одним правым, одним левым или двумя глазами. Объединение мозгом изображений от двух глаз называется бинокулярным зрением (рис. 52.12). Оно даёт нам возможность видеть мир объёмным и более точно определять расстояние до предметов. Бинокулярное слияние легко нарушается, если, к примеру, при рассматривании объекта изменить положение одного глаза в глазнице, слегка нажав пальцем на веко. Изображение начинает “двоиться”.

52.12. Бинокулярное зрение

Дальнозоркость и близорукость

Оптическая система нашего глаза устроена так, что для получения чёткого изображения далёкого объекта на сетчатке нужно, чтобы расстояние от роговицы до сетчатки составляло 2,4 см. У некоторых людей это расстояние больше, и удалённые объекты воспринимаются нечётко, поскольку резкое изображение оказывается впереди сетчатки. С помощью ресничной мышцы мы можем только увеличить кривизну хрусталика, то есть переместить резкое изображение предметов ещё ближе к роговице. Таким образом, глаз не имеет возможности сфокусировать на сетчатке изображения удалённых предметов. Люди с та ким зрением чётко видят только близкие предметы. Это явление называют близорукостью.Для её коррекции нужны очки с вогнутыми линзами.

52.13. Здоровый глаз - А. Близорукость - Б и дальнозоркость - В

Иногда же поперечник глаза по какой - то причине слишком мал, изображения далёких предметов оказываются за сетчаткой. Тогда человек может увидеть далёкие предметы, используя механизм аккомодации на ближний план, но это требует постоянного напряжения глазных мышц. Для исправления данного дефекта глаза - дальнозоркости - используют очки с выпуклыми линзами.

С возрастом у большинства людей хрусталик постепенно теряет влагу, его эластичность уменьшается, следовательно, снижается и его способность изменять кривизну, а значит, и диапазон аккомодации. Ближняя точка чёткого видения постепенно отодвигается от глаза, поэтому людям, страдающим дальнозоркостью, для чтения нужны очки.

Формулирование вывода

Зрительный анализатор обеспечивает восприятие формы, цвета, взаимного расположения зрительных объектов. Палочки обеспечивают сумеречное зрение, а колбочки - дневное цветовое. Оптическая система глаза создаёт на сетчатке чёткое уменьшенное перевёрнутое изображение объекта. В нервных центрах зрительная информация обрабатывается, сопоставляется с информацией от других анализаторов, в результате чего формируется зрительный образ объекта.

Фоторецепторы, сетчатка, склера, роговица, радужная оболочка, хрусталик, аккомодация, дальнозоркость, близорукость

Применение знаний

1. Как устроен глаз?

2. Что такое палочки и колбочки?

3. Как работает оптическая система глаза?

4. Что такое “слепое пятно”?

5. Для чего необходимо менять диаметр зрачка?

6. Когда мы выходим из освещённого помещения на тёмную улицу, поначалу ничего не видно, но спустя некоторое время мы можем разглядеть довольно многое. Отчего?

7. Почему говорят, что ночью все кошки серые?

Мои биологические исследования

Обнаружение “слепого пятна”. Зрачковый рефлекс

Убедитесь на опыте, что “слепое пятно” существует. Нанесите яркую точку на ноготь указательного пальца правой руки. Закройте левый глаз. Поместите пальцы обеих рук перед собой. Внимательно смотрите только на указательный палец левой руки. Не переводя взгляд на правый указательный палец, начинайте медленно отводить его вправо. Когда расстояние между указательными пальцами обеих рук достигнет примерно 10 см, вы увидите, что точка на правом указательном пальце исчезла вместе с ногтём. Эта часть пальца попала в область “слепого пятна”.

Стоя перед зеркалом в освещённой комнате, закройте глаза на 10 - 20 сек. Открыв их, вы увидите, как оба зрачка сразу сузятся вследствие действия зрачкового рефлекса. Для сокращения обоих зрачков достаточно осветить один из них. Сокращение неосвещённого зрачка вместе с освещённым называется содружественной реакцией.