Vid je jedno od najvrednijih ljudskih čula. Dok je vizuelni sistem relativno složen deo mozga, proces pokreće skromni optički element: oko. Formira slike na mrežnjači, gde fotoreceptori apsorbuju svetlost. Uz njihovu pomoć, električni signali se prenose u vizuelni korteks radi dalje obrade.
Glavni elementi optičkog sistema oka: rožnjača i sočivo. Oni opažaju svjetlost i projektuju je na retinu. Vrijedi napomenuti da je uređaj oka mnogo jednostavniji od fotoaparata s više sočiva kreiranih po njegovoj sličnosti. Uprkos činjenici da samo dva elementa igraju ulogu sočiva u oku, to ne narušava percepciju informacija.
Svjetlo
Inherentna priroda svjetlosti također utiče na neke karakteristike optičkog sistema oka. Na primjer, retina je najosjetljivija u središnjem dijelu za percepciju vidljivog spektra, koji odgovara spektru zračenja Sunca. Svetlost se može posmatrati kao poprečnaelektromagnetni talas. Vidljive talasne dužine od približno plave (400 nm) do crvene (700 nm) čine samo mali deo elektromagnetnog spektra.
Zanimljivo je napomenuti da priroda čestice svjetlosti (foton) također može utjecati na vid pod određenim uvjetima. Apsorpcija fotona se dešava u fotoreceptorima prema pravilima slučajnog procesa. Konkretno, intenzitet svjetlosti koja dopire do svakog fotoreceptora određuje samo vjerovatnoću apsorpcije fotona. Ovo ograničava mogućnost gledanja pri niskom svjetlu i prilagođavanje oka tami.
Transparentnost
U veštačkim optičkim sistemima koriste se prozirni materijali: staklo ili plastika sa fiksatorom prelamanja. Slično, ljudsko oko mora formirati velike slike visoke rezolucije koristeći živo tkivo. Ako je slika projektovana na mrežnjaču previše mutna, nejasna, vizuelni sistem neće raditi ispravno. Razlog za to mogu biti bolesti oka i neurona.
Anatomija oka
Ljudsko oko se može opisati kao kvazi-sferična struktura ispunjena tečnošću. Optički sistem oka sastoji se od tri sloja tkiva:
- vanjski (sklera, rožnjača);
- unutrašnja (retina, cilijarno tijelo, šarenica);
- srednji (koroid).
Kod odraslih ljudi, oko je približna sfera prečnika 24 mm i sastoji se od mnogih ćelijskih i nećelijskih komponenti koje potiču iz ektodermalne i mezodermalne zametne linijeizvori.
Spoljašnja strana oka prekrivena je otpornim i fleksibilnim tkivom zvanim sklera, osim prednjeg dela gde prozirna rožnjača dozvoljava svetlosti da uđe u zenicu. Dva druga sloja ispod sklere: žilnica koja obezbjeđuje hranljive materije i retina gde fotoreceptori apsorbuju svetlost nakon formiranja slike.
Oko je dinamično zbog djelovanja šest vanjskih mišića za hvatanje i skeniranje vizualnog okruženja. Svjetlost koja ulazi u oko lomi se rožnjačom: tankim prozirnim slojem bez krvnih žila, prečnika oko 12 mm i debljine oko 0,55 mm u središnjem dijelu. Vodeni suzni film na rožnjači garantuje najbolji kvalitet slike.
Prednja očna komora je ispunjena tečnom materijom. Iris, dva skupa mišića sa središnjom rupom čija veličina zavisi od kontrakcije, djeluje poput dijafragme karakteristične boje ovisno o količini i raspodjeli pigmenata.
Zjenica je rupa u centru šarenice koja reguliše količinu svjetlosti koja ulazi u oko. Njegova veličina se kreće od manje od 2 mm na jakom svjetlu do više od 8 mm u mraku. Nakon što zenica percipira svetlost, kristalno sočivo se kombinuje sa rožnicom i formira slike na mrežnjači. Kristalno sočivo može promijeniti svoj oblik. Okružena je elastičnom kapsulom i pričvršćena za cilijarno tijelo pomoću zonula. Djelovanje mišića u cilijarnom tijelu omogućava sočivu da poveća ili smanji svoju snagu.
Retina i rožnjača
Postoji centralna depresija u retini gdjesadrži najveći broj receptora. Njegovi periferni dijelovi daju manju rezoluciju, ali su specijalizirani za pokrete očiju i detekciju objekata. Prirodno vidno polje je dosta veliko u odnosu na veštačko i iznosi 160×130°. Makula se nalazi u blizini i funkcioniše kao svetlosni filter, navodno štiteći mrežnjaču od degenerativnih bolesti tako što probira plave zrake.
Rožnjača je sferni presjek s prednjim radijusom zakrivljenosti od 7,8 mm, stražnjim radijusom zakrivljenosti od 6,5 mm i nehomogenim indeksom prelamanja od 1,37 zbog slojevite strukture.
Veličina očiju i fokus
Prosječno statičko oko ima ukupnu aksijalnu dužinu od 24,2 mm i udaljeni objekti su fokusirani tačno u centar mrežnjače. Ali odstupanja u veličini oka mogu promijeniti situaciju:
- miopija, kada su slike fokusirane ispred mrežnjače,
- dalekovidost kada se desi iza nje.
Funkcije optičkog sistema oka su takođe narušene u slučaju astigmatizma - nepravilne zakrivljenosti sočiva.
Kvalitet slike na mrežnjači
Čak i kada je optički sistem oka savršeno fokusiran, ne proizvodi savršenu sliku. Nekoliko faktora utiče na to:
- difrakcija svjetlosti u zjenici (zamućenje);
- optičke aberacije (što je zjenica veća, to je lošija vidljivost);
- rasipanje unutar oka.
Specifični oblici očnih leća, varijacije indeksa prelamanja i karakteristike geometrije nedostaci su optičkog sistema okau poređenju sa veštačkim pandanima. Normalno oko je najmanje šest puta slabijeg kvaliteta i svako stvara originalnu bitmapu ovisno o prisutnim aberacijama. Tako će, na primjer, percipirani oblik zvijezda varirati od osobe do osobe.
Periferni vid
Središnje polje mrežnjače daje najveću prostornu rezoluciju, ali je važan i manje oprezan periferni dio. Zahvaljujući perifernom vidu, osoba može navigirati u mraku, razlikovati faktor kretanja, a ne sam pokretni objekt i njegov oblik, te se kretati u prostoru. Periferni vid je dominantan kod životinja i ptica. Štoviše, neki od njih imaju ugao gledanja od svih 360° za veće šanse za preživljavanje. Vizuelne iluzije se računaju na karakteristike perifernog vida.
Rezultat
Optički sistem ljudskog oka je jednostavan i pouzdan i savršeno prilagođen percepciji okolnog svijeta. Iako je kvalitet vidljivog niži nego u naprednim tehničkim sistemima, ono zadovoljava zahtjeve organizma. Oči imaju niz kompenzacijskih mehanizama koji neka od potencijalnih optičkih ograničenja ostavljaju zanemarljivim. Na primjer, veliki negativni efekat hromatskog defokusiranja je eliminisan odgovarajućim filterima u boji i spektralnom osetljivošću opsega.
U posljednjoj deceniji, mogućnost korekcije očnih aberacija korištenjem adaptiveoptika. To je trenutno tehnički moguće u laboratoriju s korektivnim uređajima kao što su intraokularna sočiva. Korekcija može vratiti sposobnost gledanja, ali postoji nijansa - selektivnost fotoreceptora. Čak i ako se oštre slike projektuju na mrežnjaču, najmanje slovo koje se percipira zahtijevat će više fotoreceptora da bi se ispravno interpretiralo. Slike slova manjih od odgovarajuće vidne oštrine neće se razlikovati.
Međutim, glavni poremećaji vida su slabe aberacije: defokusiranje i astigmatizam. Ovi slučajevi su lako ispravljeni raznim tehnološkim razvojem od trinaestog veka, kada su izumljena cilindrična sočiva. Moderne metode uključuju upotrebu kontaktnih i intraokularnih leća ili laserske refraktivne operacije za uređivanje strukture optičkog sistema pacijenta.
Budućnost oftalmologije izgleda obećavajuće. Fotonika i tehnologija rasvjete igrat će ključnu ulogu u tome. Upotreba napredne optoelektronike omogućila bi novim protezama da vrate dalekovidne oči bez uklanjanja živog tkiva, kao što je trenutno slučaj. Nova optička koherentna tomografija mogla bi pružiti punu 3D vizualizaciju oka u realnom vremenu. Nauka ne miruje tako da optički sistem oka omogućava svakome od nas da vidimo svijet u punom sjaju.
