Vid je jedno od najvrjednijih ljudskih osjetila. Dok je vizualni sustav relativno složen dio mozga, proces pokreće skromni optički element: oko. Formira slike na mrežnici, gdje fotoreceptori apsorbiraju svjetlost. Uz njihovu pomoć, električni signali se prenose u vizualni korteks za daljnju obradu.
Glavni elementi optičkog sustava oka: rožnica i leća. Oni opažaju svjetlost i projiciraju je na mrežnicu. Vrijedi napomenuti da je uređaj oka mnogo jednostavniji od fotoaparata s više leća stvorenih po njegovoj sličnosti. Unatoč činjenici da samo dva elementa igraju ulogu leća u oku, to ne narušava percepciju informacija.
Svjetlo
Inherentna priroda svjetlosti također utječe na neke karakteristike optičkog sustava oka. Na primjer, mrežnica je najosjetljivija u središnjem dijelu za percepciju vidljivog spektra, što odgovara spektru zračenja Sunca. Svjetlost se može vidjeti kao poprečnaelektromagnetski val. Vidljive valne duljine od približno plave (400 nm) do crvene (700 nm) čine samo mali dio elektromagnetskog spektra.
Zanimljivo je napomenuti da priroda čestice svjetlosti (foton) također može utjecati na vid pod određenim uvjetima. Apsorpcija fotona se događa u fotoreceptorima prema pravilima slučajnog procesa. Konkretno, intenzitet svjetlosti koja dopire do svakog fotoreceptora određuje samo vjerojatnost apsorpcije fotona. To ograničava sposobnost gledanja pri niskoj svjetlini i prilagođava oko tami.
Transparentnost
U umjetnim optičkim sustavima koriste se prozirni materijali: staklo ili plastika s fiksatorom loma. Slično, ljudsko oko mora formirati velike slike visoke razlučivosti koristeći živo tkivo. Ako je slika projicirana na mrežnicu previše mutna, nejasna, vizualni sustav neće raditi ispravno. Razlog tome mogu biti bolesti oka i neurona.
Anatomija oka
Ljudsko oko može se opisati kao kvazi-sferna struktura ispunjena tekućinom. Optički sustav oka sastoji se od tri sloja tkiva:
- vanjski (sklera, rožnica);
- unutarnje (retina, cilijarno tijelo, šarenica);
- srednji (koroid).
Kod odraslih ljudi, oko je približna kugla promjera 24 mm i sastoji se od mnogih staničnih i nestaničnih komponenti koje potječu od ektodermalne i mezodermalne zametne linijeizvori.
Vanjska strana oka prekrivena je otpornim i fleksibilnim tkivom zvanim bjeloočnica, osim prednje strane gdje prozirna rožnica dopušta svjetlosti da uđe u zjenicu. Dva druga sloja ispod bjeloočnice: žilnica koja osigurava hranjive tvari i retina gdje fotoreceptori apsorbiraju svjetlost nakon formiranja slike.
Oko je dinamično zbog djelovanja šest vanjskih mišića za hvatanje i skeniranje vizualnog okruženja. Svjetlost koja ulazi u oko lomi se na rožnici: tankom prozirnom sloju bez krvnih žila, promjera oko 12 mm i debljine oko 0,55 mm u središnjem dijelu. Vodeni suzni film na rožnici jamči najbolju kvalitetu slike.
Prednja očna šupljina ispunjena je tekućom tvari. Šarenica, dva skupa mišića sa središnjom rupom čija veličina ovisi o kontrakciji, djeluje poput dijafragme karakteristične boje ovisno o količini i raspodjeli pigmenata.
Zjenica je rupa u središtu šarenice koja regulira količinu svjetlosti koja ulazi u oko. Njegova veličina kreće se od manje od 2 mm na jakom svjetlu do više od 8 mm u mraku. Nakon što zjenica percipira svjetlost, kristalna leća se spaja s rožnicom i stvara slike na mrežnici. Kristalna leća može promijeniti svoj oblik. Okružena je elastičnom kapsulom i pričvršćena na cilijarno tijelo pomoću zonula. Djelovanje mišića u cilijarnom tijelu omogućuje leći da poveća ili smanji svoju snagu.
Retina i rožnica
Postoji središnja 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 umjetno i iznosi 160×130°. Makula se nalazi u blizini i funkcionira kao svjetlosni filtar, navodno štiti mrežnicu od degenerativnih bolesti probirom plavih zraka.
Rožnica je sferni presjek s prednjim radijusom zakrivljenosti od 7,8 mm, stražnjim polumjerom zakrivljenosti od 6,5 mm i nehomogenim indeksom loma od 1,37 zbog slojevite strukture.
Veličina očiju i fokus
Prosječno statičko oko ima ukupnu aksijalnu duljinu od 24,2 mm, a udaljeni objekti fokusirani su točno u središte mrežnice. Ali odstupanja u veličini oka mogu promijeniti situaciju:
- miopija, kada su slike fokusirane ispred mrežnice,
- dalekovidnost kad se dogodi iza nje.
Funkcije optičkog sustava oka također su narušene u slučaju astigmatizma - nepravilne zakrivljenosti leće.
Kvaliteta slike na mrežnici
Čak i kada je optički sustav oka savršeno fokusiran, ne proizvodi savršenu sliku. Nekoliko čimbenika utječe na to:
- difrakcija svjetlosti u zjenici (zamućenje);
- optičke aberacije (što je veća zjenica, to je lošija vidljivost);
- raspršivanje unutar oka.
Specifični oblici očnih leća, varijacije indeksa loma i značajke geometrije nedostaci su optičkog sustava okau usporedbi s umjetnim kolegama. Normalno oko je najmanje šest puta slabije kvalitete 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 mrežnice daje najveću prostornu rezoluciju, ali je također 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 prevladava kod životinja i ptica. Štoviše, neki od njih imaju kut gledanja od svih 360° za veće šanse za preživljavanje. Vizualne iluzije izračunate su na temelju karakteristika perifernog vida.
Rezultat
Optički sustav ljudskog oka jednostavan je i pouzdan i savršeno prilagođen percepciji okolnog svijeta. Iako je kvaliteta vidljivog niža nego u naprednim tehničkim sustavima, zadovoljava zahtjeve organizma. Oči imaju niz kompenzacijskih mehanizama koji neka od potencijalnih optičkih ograničenja ostavljaju zanemarivim. Na primjer, veliki negativni učinak kromatskog defokusiranja eliminira se odgovarajućim filterima u boji i spektralnom osjetljivošću pojasnog propuštanja.
U posljednjem desetljeću, mogućnost ispravljanja aberacija očiju korištenjem adaptiveoptika. To je trenutno tehnički moguće u laboratoriju s korektivnim uređajima kao što su intraokularne leće. Korekcija može vratiti sposobnost gledanja, ali postoji nijansa - selektivnost fotoreceptora. Čak i ako se oštre slike projiciraju na mrežnicu, najmanje slovo koje se percipira zahtijevat će više fotoreceptora za ispravno tumačenje. 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 stoljeća, kada su izumljene cilindrične leće. Suvremene metode uključuju korištenje kontaktnih i intraokularnih leća ili zahvate laserske refraktivne kirurgije za uređivanje strukture optičkog sustava pacijenta.
Budućnost oftalmologije izgleda obećavajuće. U tome će ključnu ulogu imati fotonika i svjetlosna tehnologija. Korištenje napredne optoelektronike omogućilo bi novim protezama da vrate dalekovidne oči bez uklanjanja živog tkiva, kao što je trenutno slučaj. Nova optička koherentna tomografija mogla bi pružiti cjelovitu 3D vizualizaciju oka u stvarnom vremenu. Znanost ne miruje tako da optički sustav oka svakome od nas omogućuje da vidimo svijet u punom sjaju.
