← Laboratorium
Biologia · Fizjologia widzenia
Biologia i percepcja

Okojak widzimy

Oko łapie światło, ale widzi mózg. Zajrzyj do wnętrza gałki ocznej, zobacz pręciki i czopki, zmieszaj barwy, znajdź własną plamkę ślepą, daj się oszukać złudzeniom i porównaj swój wzrok ze wzrokiem pszczoły, psa i kota.

Pręciki
90–120mln
Czopki
4,5–6mln
Włókna nerwu wzrokowego
≈ 1,2mln
Najmniejszy szczegół
≈ 1′minuta kątowa

Strona ma charakter edukacyjny i nie jest poradą medyczną. Testy na ekranie to zgrubne demonstracje, a nie badanie wzroku — barwy i rozmiary zależą od ekranu. Jeśli coś niepokoi Cię w Twoim wzroku, idź do okulisty.

Poświeć kursorem (albo palcem) na oko — źrenica się zwęzi. Drobne, ciągłe wahania jej średnicy to naturalny hippus.

Laboratorium

Pięć stanowisk: od budowy oka po oczy zwierząt.

Klawisze: 1–5 tryby · ←/→ długość fali (z Shift co 10 nm) · Esc zatrzymuje animacje

Oko to aparat fotograficzny z żywych tkanek, ale też wysunięta część mózgu. Wskaż albo dotknij część oka, by zobaczyć, do czego służy. Jak oko łamie światło i skąd biorą się wady wzroku, pokazuje sąsiednia strona: Optyka oka i wady wzroku → Soczewka.

Przekrój oka

schemat · prawe oko z góry, nos u dołu
Przekrój gałki ocznej Schemat oka: rogówka, ciecz wodnista, tęczówka ze źrenicą, soczewka zawieszona na ciele rzęskowym, ciałko szkliste, a na ścianie gałki trzy warstwy: siatkówka, naczyniówka i twardówka. Z tyłu plamka żółta z dołkiem środkowym oraz tarcza nerwu wzrokowego, z której wychodzi nerw wzrokowy. Promienie światła skupiają się w dołku. ciałko szkliste ciało rzęskowe tęczówka rogówka źrenica ciecz wodnista soczewka twardówka naczyniówka siatkówka plamka żółta i dołek tarcza nerwu wzrokowego nerw wzrokowy

Wybierz część oka

Najedź na rysunek albo kliknij jedną z nazw pod nim. Kolejność od przodu: rogówka, ciecz wodnista, tęczówka ze źrenicą, soczewka, ciałko szkliste, a na ścianie gałki — siatkówka, naczyniówka i twardówka.

Oko przypomina aparat fotograficzny: ma obiektyw, przysłonę, autofocus i matrycę. Tylko że „matryca” sama wstępnie obrabia obraz.

Odruch źrenicy

model: Moon i Spencer, 1944
— —
Średnica
—
Pole źrenicy
—
Do siatkówki
—
Opóźnienie
≈ 0,25 s
jasność (skala logarytmiczna)średnica źrenicy

Źrenica zmienia średnicę od ok. 2 do 8 mm, czyli pole otworu tylko ok. 16 razy, a jasność otoczenia zmienia się nawet sto milionów razy. Resztę robi adaptacja fotoreceptorów (tryb 2). Zwężenie zaczyna się ok. 0,2–0,3 s po błysku i jest szybsze niż rozszerzanie. Odruch działa w obu oczach naraz: zaświecenie w jedno zwęża też drugą źrenicę.

Od oka do mózgu

droga wzrokowa · widok z góry
Droga wzrokowa Lewe pole widzenia (zielone) pada na prawe połowy obu siatkówek i trafia do prawej półkuli; prawe pole (bursztynowe) do lewej. Włókna z nosowych połówek siatkówek krzyżują się w skrzyżowaniu nerwów wzrokowych. Dalej pasmo wzrokowe, ciało kolankowate boczne we wzgórzu, promienistość wzrokowa i kora wzrokowa V1 w płacie potylicznym. lewe pole widzenia prawe pole widzenia nerw wzrokowy skrzyżowanie nerwów wzrok. pasmo wzrokowe ciało kolankowate boczne (wzgórze) promienistość wzrokowa kora wzrokowa V1 · płat potyliczny

Każda półkula „ogląda” przeciwną połowę świata. Włókna z nosowych połówek siatkówek przechodzą na drugą stronę w skrzyżowaniu nerwów wzrokowych, a ze skroniowych zostają po swojej stronie. Przez wzgórze sygnał trafia do kory wzrokowej z tyłu głowy, a stamtąd do kilkudziesięciu dalszych obszarów: osobno analizowany jest ruch, kształt, barwa i twarze. Część włókien prowadzi do śródmózgowia i steruje odruchem źrenicy. Jak biegnie sam impuls nerwowy, zobaczysz na stronie Neuron.

Wyzwania

Zaliczają się same, gdy wykonasz zadanie w laboratorium.

Jak to działa?

Biologia widzenia w prostych słowach

Od fotonu do sygnału

W pręcikach i czopkach są miliony cząsteczek barwnika wzrokowego: białka opsyny połączonego z retinalem (pochodną witaminy A). Foton prostuje zagiętą cząsteczkę retinalu (z formy 11-cis do all-trans). To uruchamia kaskadę białek, która zamyka kanały jonowe w błonie. Co ciekawe, fotoreceptor w ciemności jest pobudzony i stale wydziela neuroprzekaźnik, a światło go wycisza. Komórki dwubiegunowe przekazują ten sygnał dalej, a komórki zwojowe zamieniają go na impulsy nerwowe, które przez nerw wzrokowy biegną do mózgu.

Różne opsyny pochłaniają najlepiej różne długości fali. Ile energii niesie jeden foton, mówi wzór Plancka:

E = h · cλ  ≈  1240 eV·nmλ

h = 6,626·10⁻³⁴ J·s (stała Plancka), c ≈ 3,00·10⁸ m/s, 1 eV = 1,602·10⁻¹⁹ J.

Barwnikλ szczytuEnergia fotonu

Ostrość wzroku: jedna minuta kątowa

Zdrowe oko rozróżnia szczegóły widziane pod kątem ok. 1′ (minuty kątowej, czyli 1/60 stopnia). To odpowiada ostrości „1,0” na tablicy okulisty. Jak duży jest taki szczegół z odległości d?

s = d · tg α ≈ d · α,   α = 1′ = π180 · 60 rad ≈ 2,91·10⁻⁴ rad

Z 6 m to ok. 1,7 mm, z 40 cm (czytanie) ok. 0,12 mm. Na siatkówce 1′ to ok. 5 µm, a czopki w dołku są rozstawione co ok. 2,5 µm — szczegół musi pokryć mniej więcej dwa czopki.

Źrenica i jasność

Przybliżony wzór Moona i Spencera opisuje średnicę źrenicy D (w mm) przy jasności otoczenia L (w cd/m²). Do siatkówki dociera ilość światła proporcjonalna do jasności razy pole źrenicy; tę wielkość mierzy się w trolandach (Td).

D = 4,9 − 3 · tgh(0,4 · log10 L),    Esiatk. = L · πD²4

Wzór daje średnice od ok. 1,9 do 7,9 mm. Rzeczywista źrenica zależy też od wieku (z wiekiem maleje), wielkości jasnego pola, emocji, a nawet od tego, czy patrzymy z bliska.

Barwy to praca mózgu

Trzy rodzaje czopków to tylko początek. Już w siatkówce sygnały są odejmowane od siebie: „czerwony kontra zielony” i „niebieski kontra żółty” (procesy przeciwstawne). Dlatego nie ma „czerwono-zielonej” barwy, a powidok czerwieni jest zielonkawy. Brak jednego rodzaju czopków spłaszcza tę przestrzeń barw do dwóch wymiarów — to właśnie dichromacja.