Министерство  науки и образования Украины

Национальный  технический университет Украины  «КПИ»

Факультет информатики и вычислительной техники

Кафедра технической кибернетики 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по курсу  «Сенсорные системы»

Тема: «Зрение» 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Киев, 2010

Содержание:

1. Вступление
2. Рецепторы зрения
1. Определения
2. Строение фоторецепторов
3. Сенсор зрения
1. Сетчатка
2. Слои сетчатки
3. Рецептивное поле.
1. Понятие рецептивного поля. Рецептивные поля ганглиозных клеток.
2. Перекрывание рецептивных полей
4. Биполярные и горизонтальные клетки
5. Амакриновые клетки
4. Зрительный анализатор
1. Ответы клеток наружного коленчатого тела
2. Представительство правой и левой сторон в зрительном пути
3. Ответы клеток в первичной зрительной коре головного мозга
1. Простые клетки
2. Сложные клетки
3. Дирекционная избирательность
4. Бинокулярное зрение
5. Вывод
6. Список использованной литературы

 

 

1. Вступление

Для человека зрение является основным источником информации об окружающем мире. Доля этой информации составляет порядка 90%. Глаз часто сравнивают с фотоаппаратом. Более уместно было бы сравнить его с телевизионной камерой, установленной на треноге, с автоматической системой слежения – машиной, которая самофокусируется, автоматически подстраивается к интенсивности света, имеет самоочищающуюся линзу и присоединена к компьютеру со столь развитыми возможностями параллельной обработки информации, что инженеры еще только начинают обсуждать сходные стратегии для конструируемой ими аппаратуры. Гигантская работа по преобразованию света, падающего на две сетчатки, в осмысленную зрительную сцену часто странным образом игнорируется, как будто все необходимое нам для того, чтобы видеть, - это изображение внешнего мира, четко сфокусированное на сетчатке. Хотя получение резких изображений и важная задача, она скромна по сравнению с работой нервной системы - сетчатки и мозга. Никакое человеческое изобретение, включая управляемые компьютером камеры, пока еще не может соперничать с глазом.

 

2. Рецепторы  зрения

Рецепторами зрительной системы являются так называемые палочки и колбочки. Это нервные  клетки, специализированные таким образом, чтобы генерировать электрические  сигналы при попадании на них  света.

2.1 Определения

Палочки получили свое название благодаря своей цилиндрической форме. Палочки чувствительны к  свету благодаря наличию в них специфического пигмента — родопсина (или зрительный пурпур). Под действием света происходит ряд очень быстрых превращений и обесцвечивание зрительного пигмента. В сетчатке глаза человека содержится приблизительно около 120 миллионов палочек. Размеры их очень невелики: длина палочек 0,06 мм, диаметр 0,002 мм. Плотность размещения палочек на различных участках сетчатки глаза неравномерно и может составлять от 20 до 200 тысяч на квадратный миллиметр. Причём на периферии сетчатки их плотность выше, чем к её середине, что определяет их участие в ночном и периферийном зрении. В центре сетчатки, в центральной ямке (жёлтом пятне), палочки практически отсутствуют. Чувствительность палочки достаточна, чтобы зарегистрировать попадание даже единичных фотонов.

Колбочки получили свое название благодаря конической форме. Это высокоспециализированные клетки, преобразующие световые раздражения  в нервное возбуждение.

Существует две  теории насчет восприятия цвета колбочками. Первая полагает, что колбочки бывают трех видов. Первый вид – чувствителен к фиолетово-синей(коротковолновой части) спектра благодаря специфическому пигменту цианолабу . Второй  – зелено-желтая часть спектра (средневолновая), пигмент хлоролаб. Третий – жёлто-красная (длинноволновая) часть спектра, пигмент эритролаб.

Вторая теория (нелинейная теория зрения С. Ременко) утверждает, что третий пигмент не нужен, приёмником синей части спектра служит палочка. Это объясняется тем, что при яркости освещения достаточной для различения цветов, максимум спектральной чувствительности палочки (благодаря выцветанию содержащегося в ней родопсина) смещается от зелёной области спектра к синей. По этой теории колбочка должна содержать в себе всего два пигмента: хлоролаб (чувствительный к жёлто-зелёной области спектра) и эритролаб (чувствительный к жёлто-красной части спектра). Эти два пигмента давно найдены и тщательно изучены. При этом колбочка является нелинейным датчиком отношений, выдающем не только информацию о соотношении красного и зелёного цвета, но и выделяющем уровень жёлтого цвета в этой смеси. Доказательством того, что приёмником синей части спектра в глазу является палочка, может служить и тот факт, что при цветоаномалии третьего типа (тританопия) глаз человека не только не воспринимает синей части спектра, но и не различает предметы в сумерках (куриная слепота), а это указывает именно на отсутствие нормальной работы палочек. Сторонники трёхкомпонентных теорий объяснить эту закономерность до сих пор не могут (почему всегда, одновременно с прекращением работы синего приёмника, перестают работать и палочки).На сегодняшний день прийти к окончательному объяснению принципа цветовосприятия глазом так и не удалось.

В сетчатке глаза  взрослого человека со 100% зрением  насчитывается около 6-7 млн. колбочек. Размеры их очень невелики: длина около 50мкм, диаметр – от 1 до 4 мкм. Колбочки приблизительно в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки, но гораздо лучше воспринимают быстрые движения и формируют раздельное зрение. 

2.2 Строение фоторецепторов

Палочки и колбочки сходны по строению и состоят из четырех участков.

2.2.1 Палочки

В строении палочки  принято различать (см. рисунок):

1. Наружный сегмент (содержит мембранные диски с родопсином),
2. Связующий отдел (ресничка),
3. Внутренний сегмент (содержит митохондрии),
4. Область с нервными окончаниями.

В наружном сегменте палочки находится большое количество мембранных дисков (около тысячи). Мембрана дисков содержит множество молекул  пигмента (родопсина), они представляют собой уплощенные мембранные мешочки  и уложены в виде стопки. Диски  в колбочке постоянно обновляются (примерно до сотни дисков в сутки).

Внутренний сегмент, это область активного метаболизма; она заполнена митохондриями, доставляющими  энергию для процессов зрения, и полирибосомами, на которых синтезируются белки, участвующие в образовании мембранных дисков и зрительного пигмента. В этом же участке располагается ядро.

К одному интернейрону, собирающему сигнал c сетчатки, как правило, подсоединяются несколько палочек, что дополнительно увеличивает чувствительность глаза. Такое объединение палочек в группы делает периферийное зрение очень чувствительным к движениям и отвечает за феноменальные способности отдельных индивидов к зрительному восприятию событий лежащих вне угла их зрения.

рис 1. Строение палочки.   Палочки обладают интересной особенностью. В связи с тем,                

                                              что все палочки содержат один  и тот же светочувствительный  пигмент — родопсин, их спектральная характеристика сильно зависит от уровня освещения. При слабом освещении, максимум поглощения родопсина составляет около 500 нм. (спектр сумеречного неба), при этом палочки ответственны за сумеречное зрение, когда цвета предметов неразличимы. При высоком  уровне освещения, родопсин выцветает,  при этом его чувствительность  падает, и максимум поглощения смещается в синюю область, что позволяет глазу, при достаточном освещении, использовать палочки как приёмник коротковолновой (синей) части спектра. Доказательством того, что приёмником синей части спектра в глазу является палочка, может служить и тот факт, что при цветоаномалии третьего типа (тританопия), глаз человека не только не воспринимает синей части спектра, но и не различает предметы в сумерках (куриная слепота), а это указывает именно на отсутствие нормальной работы палочек. Сторонники трёхкомпонентных теорий объяснить эту закономерность до сих пор не могут (почему всегда, одновременно с прекращением работы синего приёмника, перестают работать и палочки).

Таким образом, при ярком свете, палочки совместно с колбочками (которые чувствительны к жёлто-зелёной и жёлто-красной частям спектра) позволяют глазу различать и цвета окружающего нас мира.

2.2.2 Колбочки

В строении колбочки принято различать (см. рисунок):

1. наружный сегмент (содержит мембранные полудиски),
2. связующий отдел (перетяжка),
3. внутренний сегмент (содержит митохондрии),
4. синаптическая область.

Наружний сегмент заполнен мембранными полудисками, образованными плазматической мембраной и отделившимися от нее. Они представляют собой складки плазматической мембраны. В колбочках мембранных полудисков меньше, чем дисков в палочке, и их количество порядка нескольких сотен. В районе связующего отдела (перетяжки) наружний сегмент почти полностью отделен от внутреннего впячиванием наружней мембраны. Связь между двумя сегментами осуществляется через цитоплазму и пару ресничек, переходящих из одного сегмента в другой. Реснички содержат только 9 периферических дублетов микротрубочек: пара центральных микротрубочек, характерных для ресничек, отсутствует. Внутренний сегмент это область активного метаболизма; она заполнена митохондриями, доставляющими энергию для процессов зрения, и полирибосомами, на которых синтезируются белки, участвующие в рис 2. Строение колбочки                             образовании мембранных дисков и зрительного   

                                                                         пигмента. В этом же участке  располагается ядро. В синаптической области клетка образует синапсы с биполярными клетками. Диффузные биполярные клетки могут образовывать синапсы с несколькими палочками. Это явление называемое синаптической конвергенцией.

     Моносинаптические биполярные клетки связывают одну колбочку с одной ганглиозной клеткой, что обеспечивает большую по сравнению с палочками остроту зрения. Горизонтальные и амакриловые клетки связывают вместе некоторое число палочек и колбочек. Благодаря этим клеткам зрительная информация еще до выхода из сетчатки подвергается определенной переработке; эти клетки, в частности, участвуют в латеральном торможении. 

 

3. Сенсор зрения

3.1 Сетчатка

Сетчатка –  это часть мозга, отделившаяся от него на ранних стадиях развития, но все еще связанная с ним  посредством пучка волокон –  зрительного нерва.

Она содержит около 125 миллионов рецепторов, которые  неравномерно распределены по поверхности. Около центра сетчатки (ближе к  носу) на задней ее поверхности находится  диск зрительного нерва, который  иногда из-за отсутствия в этой части  фоторецепторов называют «слепое пятно». Он выглядит как возвышающаяся бледная  овальной формы зона около 3 мм². Здесь  из аксонов нервных клеток сетчатки происходит формирование зрительного  нерва. В центральной части диска  имеется углубление, через которое  проходят сосуды,                              Рис. 3. Сетчатка глаза