Примерное время на чтение статьи: 9 минуты
Зрение является одним из самых важных и сложных чувственных анализаторов, которые позволяют человеку воспринимать до 80% информации из окружающего мира.
В этой статье мы рассмотрим основные этапы и механизмы поступления информации с глаз в мозг человека, влияние зрения на суточные ритмы, а также особенности зрительной памяти, которая определяет способность человека к визуальному воображению, образному мышлению и творчеству.
Основные этапы зрительного анализа
То, что мы воспринимаем как зрение является результатом взаимодействия сетчатки глаза, двигательных мышц глаз и тела, а также центральной нервной системы. Изображение на сетчатке глаза в результате движения глаз, шеи, тела смещается каждые 200-600 мс. Но, несмотря на постоянное смещение изображений на сетчатке, воспринимаемый рассматриваемый объект для нас кажется неподвижным, т.е. в устойчивой системе координат. Глаз постоянно стремится занять такое положение, чтобы проектируемое его изображение на сетчатку попадало в то место, где острота зрения максимальная.
Зрительный анализ состоит из нескольких последовательных этапов, которые можно условно назвать периферический и центральный. Периферический этап включает в себя прохождение световых лучей через оптическую систему глаза и их воздействие на фоторецепторы сетчатки. Центральный этап включает в себя передачу и обработку зрительной информации в нервных структурах и образованиях центральной нервной системы.
Периферический этап
Периферический этап начинается с того, что световые лучи, отраженные от предметов, попадают в глаз и проходят через его оптическую систему, состоящую из роговицы, камеры глаза, зрачка, хрусталика и стекловидного тела.
Оптическая система глаза фокусирует световые лучи на сетчатке, где они образуют перевернутое и уменьшенное изображение предмета. Сетчатка является внутренней оболочкой глаза, содержащей светочувствительные клетки — фоторецепторы. В фоторецепторах содержится светочувствительный пигмент — родопсин, который обнаруживает свет и отправляет сигнал в глазной нерв.
Фоторецепторов два типа: палочки и колбочки. Палочки функционируют при слабом освещении и обеспечивают бесцветное зрение, колбочки функционируют при ярком освещении и обеспечивают цветное зрение. В сетчатке каждого глаза находится 125 млн. палочек и 7 млн. колбочек. Колбочки сосредоточены в центральной части сетчатки — желтом пятне, которое отвечает за остроту зрения. Под воздействием света фоторецепторы выделяют нейромедиаторы, которые влияют на активность биполярных клеток сетчатки. Только 60% центральной части сетчатки воспринимает весь спектр цвета. Снаружи глаза воспринимается черно-белые цвета, глубже – синий и красные, и только в самом центре к ним добавляется зеленый цвет.
Биполярные клетки, получающие изображение, в свою очередь, передают сигналы ганглиозным клеткам сетчатки, которые образуют зрительный нерв. Центральное пятно сетчатки, где выходит зрительный нерв, тоже не видит. Качество изображения, которое поступает в перевернутом виде в мозг, плохое, как в плохой видеокамере, так как прежде чем попасть на сетчатку световой поток проходит через роговицу, хрусталик и несколько слоёв нейронов, где изображение размывается. Природные недостатки глаза, как фокусирующего устройства, компенсируются нейронными механизмами контрастирования, происходящими в мозгу. Хорошее изображение и образ внешнего мира достраивает мозг за счет мозолистого тела — межбазальных связей между затылочными долями.
В возрасте зрение ухудшается и многим людям офтальмологи ставят диагноз – астигматизм. Дело в том, что поверхность роговицы глаза не симметрична относительно оптической оси: кривизна в вертикальной области несколько больше, чем в горизонтальной области. Природный астигматизм не превышает 0,5 диоптрии (дп), а все, что больше — патология.
Промежуток меду сетчаткой и склерой, окружающей глаз сзади, содержит кровеносные сосуды, составляющих сосудистую оболочку. В сетчатке на зрительной оси полюса есть небольшое углубление — центральная ямка, где при дневном освещении острота зрения максимальна.
Глаз управляется шестью наружными глазными мышцами, которые иннервируются тремя черепномозговыми нервами: глазодвигательным, блоковым и отводящим. Знание механизма работы глазных мышц позволяет достичь максимального эффекта при тренировке для глаз тремя классами их движений и регуляцией функций зрачковых мышц.
Таким образом, периферический этап заканчивается преобразованием световых сигналов в нервные импульсы.
Центральный этап
Центральный этап начинается с того, что зрительная информация в виде нервных импульсов передается в головной мозг по аксонам ганглиозных клеток сетчатки, которые поступают по зрительному нерву к зрительному перекресту – хиазме у основания черепа, где частично перекрещиваются.
Нервные волокна, идущие от правой половины сетчатки каждого глаза, соединяются в правый зрительный тракт, а от левой половины — в левый зрительный тракт. Таким образом, каждый зрительный тракт несет информацию от одной половины зрительного поля глаза.
Зрительные тракты проходят через средний мозг и заканчаются в наружном коленчатом теле — подкорковом зрительном центре, где происходит первичная обработка зрительной информации. От наружного коленчатого тела нейроны направляются к первичной зрительной коре, расположенной в затылочной доле коры больших полушарий, где сигналы поступают в первичное 17-е поле. Первичная зрительная кора состоит из шести слоев, в которых распределены разные типы нейронов, специализированных на различные аспекты зрительной информации, такие как ориентация, форма, цвет, движение и пространственное положение объектов.
Рядом с первичной зрительной зоной располагаются еще два поля: 18-е поле обрабатывает графические примитивы: реагируют на контуры и разрывы определенных ориентаций. Эта зона отвечает за образование зрительных образов.
19-е поле является местом локализации цветов. Поражение этой зоны приводит к цветовому дефициту.
Затылочные доли также имеет колончатую структуру, и содержат клетки, чувствительные к различным аспектам зрительного стимула. Разрушение 18-го и 19-го полей приводит к зрительной агнозии. Такие больные могут визуально видеть объекты, но способны идентифицировать их в уме, к примеру, на ощупь, но не по их виду.
Затылочные доли являются важнейшим узлом зрительной системы, так как от них идут два основных зрительных пути — дорсальный и вентральный, которые отвечают за разные функции зрения.
Дорсальный (верхний) путь идет от затылочной к теменной доле больших полушарий. Дорсальный путь называют также путем «где?» или «как?», так как он отвечает за анализ пространственных характеристик зрительного стимула, таких как локализация, движение, глубина, ориентация и т.д. Дорсальный путь также участвует в управлении движениями глаз и рук, основанными на зрительной информации.
Вентральный (нижний) путь идет от затылочной к височной доле больших полушарий. Вентральный путь называют также путем «что?», так как он отвечает за анализ формы, цвета, текстуры, распознавание лиц и объектов. Вентральный путь также участвует в формировании зрительной памяти.
Подробнее о зрительных механизмах можно прочитать здесь
Представительство сетчатки в коре
Многие отделы зрительной системы характеризуются фонотопическим представительством в коре головного мозга. Подобно тому, как топограф отображает на карте рельеф и объекты местности, так и в коре головного мозга возбуждаются конкретные нейроны, отражающие световосприятие на сетчатке глаза. Отличие заключается в том, что это изображение не линейно, как на карте с определенным масштабом. Центральная ямка сетчатки проецируется на большую часть зрительной коры, чем такой же по площади участок с периферии сетчатки.
Таким образом, первичная зрительная кора имеет фонотопическое представительство, то есть каждая точка сетчатки соответствует определенной области коры, причем центральная часть сетчатки, отвечающая за остроту зрения, занимает больше места, чем периферическая.
Топическое представительство изображения сетчатки в коре обеспечивает сохранение топографии зрительного поля в мозге.
Биологические часы и третий глаз
У многих животных есть теменной глаз. В этом легко убедиться, если поймать ящерицу, на макушке которой есть 3-й глаз, регулирующий суточные (циркадные) ритмы. Сигнал от этого небольшого глазика ящерицы по волокнам передается в специфический отдел мозга – эпифиз. Он ассиметричен, т.е. один в мозге, маленький, но выполняет очень важные нейроэндокринные функции и регулирует суточные ритмы. Наличие теменного, 3-го глаза позволяет животным регулировать своё поведение в зависимости от времени суток: днем вести активный образ, ночью – спать. У сумеречных животных- всё наоборот.
Зрительный сигнал поступает в затылочную кору не только через коленчатое тело. Некоторые волокна: и перекрещенные и не перекрещенные в хиазме, т.е. перекрестке зрительном, приходят в крышу среднего мозга. Этот важнейший орган возник на заре появления древних рыб, примерно, 450 млн. лет назад. В дальнейшей эволюции у разных видов животных мозг эволюционировал по-разному. К примеру, у отдельных видов птиц крыша среднего мозга насчитывает 17-ть слоев нейронов, а в неокортексе человека — только 6 слоев. Чем выше стратификация, т.е. слоистость, тем сложнее выполняемые функции, поэтому зрение птиц во много раз лучше человеческого.
Крыша среднего мозга у человека отвечает за старт-рефлексы, которые позволяют, к примеру, резко увернуться от предмета, летящего на человека, либо среагировать на неожиданный звук, прежде чем понять смысл угрозы, которую удалось избежать. В крышу среднего мозга сигналы поступают намного быстрее, т.е. зрительные и звуковые сигналы достигают этого центра намного эффективнее. Крыша среднего мозга связана короткими связями с моторными центрами, что позволяет быстро реагировать (пригибаться, уклоняться, падать) и избегать различных опасностей.
У человека эпифиз, который является частью гипоталамуса, выполняет ту же функцию, но в связи с отсутствием 3-го глаза, сигнал в него приходит от фронтально расположенных глаз. Когда мы просыпаемся, зрительный сигнал через супрахиазматическое ядро гипоталамуса поступает в эпифиз и таким образом мозг узнает, что день начался. Эпифиз у человека обладает ещё одной уникальной для мозга функцией — это единственная система головного мозга, которая получает собственные нервы, которые идут с периферии. В эпифизе оканчиваются периферические нервы, которые приходят из верхнего шейного ганглия. Сделано это для того, чтобы заменить отсутствующий на темечке глаз.
Электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400 — 750 нанометра (нм) воспринимается нами как свет. Утром при достаточно высокой освещенности сигнал через глаза и цепочку переключений доходит до эпифиза, который начинает вырабатывать серотонин, накапливая его в течение дня. Ночью одна часть супрахиазматического ядра подавляется, другая — активизируется и через верхние шейные ганглии запускает стимуляцию нейроэндокринных клеток, которые до этого секретировали серотонин. Через две ферментативные реакции из серотонина вырабатывается мелатонин, под действием которого человек засыпает. Соответственно, для того, чтобы образовалось достаточное количество мелатонина, желательно, находиться на улице не менее 2-х часов. Пребывание вечером у экрана телевизора, компьютера, смартфона, излучающих синий свет, затруднит выработку мелатонина.
Таким образом, у человека существует сложная зрительная система, которая несёт эволюционные следы от древних животных, у которых этот комплекс состоял из 3-х глаз. У человека эта система из 2-х глаз сопряжена с работой крыши среднего мозга, зрительных затылочных областей полушарий и ещё в нёё вовлечен эпифизарный комплекс, который позволяет нам регулировать суточную активность. С возрастом работоспособность эпифизарного комплекса снижается. Об этом подробнее можно прочитать здесь
Зрительная память
Зрительная память — это способность сохранять и воспроизводить зрительную информацию, полученную через зрение. Зрительная память включает в себя несколько видов, которые различаются по продолжительности хранения, объему и содержанию информации. Среди них можно выделить следующие:
- Зрительная сенсорная память (ЗСП) — это кратковременное хранение зрительной информации в необработанном виде, которое длится несколько сотен миллисекунд. ЗСП обеспечивает непрерывность восприятия при быстром перемещении глаз и позволяет сравнивать последовательные зрительные стимулы. ЗСП связана с активностью сетчатки и наружного коленчатого тела. Примером ЗСП является явление «остаточного изображения», когда после прекращения освещения предмета мы продолжаем видеть его контур на фоне.
- Кратковременная зрительная память (КЗП) — это хранение зрительной информации в обработанном виде, которое длится несколько секунд. КЗП обеспечивает удержание и манипуляцию зрительной информации в рамках текущей задачи. КЗП связана с активностью первичной и вторичной зрительной коры, а также с другими зонами коры больших полушарий, в зависимости от характера информации. Примером КЗП является явление «зрительного поиска», когда мы ищем определенный объект среди множества других объектов на экране или в окружении.
- Долговременная зрительная память (ДЗП) — это хранение зрительной информации в обработанном виде, которое длится от нескольких минут до всей жизни. ДЗП обеспечивает запоминание и воспроизведение зрительной информации, связанной с личным опытом, знаниями и эмоциями. ДЗП связана с активностью височной, теменной и лобной долей коры больших полушарий, а также с подкорковыми структурами, такими как гиппокамп, амигдала и таламус. Примером ДЗП является явление «зрительного распознавания», когда мы узнаем лицо, предмет или сцену, которые мы видели ранее.
Зрительная система также подвержена различным нарушениям, которые могут быть вызваны травмами, заболеваниями, старением или врожденными аномалиями.
Вывод
Зрительная система человека — это сложный и многоуровневый механизм, который позволяет нам воспринимать, анализировать, хранить и воспроизводить зрительную информацию. Зрительная система включает в себя периферический и центральный этапы зрительного анализа, а также различные виды зрительной памяти. Зрительная система связана с другими чувственными, познавательными и эмоциональными системами, которые обогащают наш опыт зрения. Изучение зрительной системы человека помогает нам лучше понимать себя и окружающий мир.
Надеюсь, эта статья была полезной для Вас!😊
Познайте свой мозг и улучшите память!💪
Записывайтесь на базовый курс обучения «Мнемотехника»❤️
