LÁTÁS FIZIOLÓGIA A szem és a látás
Dr Wenzel Klára egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2013
Az emberi szem felépítése
Az emberi szem legfontosabb részei
Az emberi szem és a digitális kamera hasonlósága
A látvány képe a retinán
A retina
A retina felépítése
A retina felépítése A retina vastagsága kb. 0.5 mm. Öt rétegből áll: – Receptor-réteg (Csapok és pálcák) – Bipoláris sejtek rétege (A csapok és pálcák idegi jeleit továbbítják a ganglion sejtekhez) – Horizontális sejtek rétege (A csapok illetve a pálcák között létesítenek összeköttetést) – Ganglion sejtek rétege (A bipoláris sejtektől a látóideghez továbbítják az idegi jeleket) – Amacrine sejtek rétege (A ganglion sejtek között létesítenek kapcsolatot) Axon: hosszú ideg nyúlvány, amely az idegi jeleket továbbítja Szinapszis: kapcsoló felület az idegsejtek között Dendrit: fogadja a bemeneti jeleket a többi idegsejttől
A retina idegsejt típusai
A retina metszete
A retina rétegei
Emberi retina foveájának metszete
Majom retina foveájának metszete
Egészséges retina képe oftalmoszkópon nézve
Öregkori macula degeneration
Diabetikus retina
Retinitis pigmentosa
Glaucoma (zöldhályog)
Csapok és pálcikák
A fényhatásfok függvény, V( ) (relatív világossági vagy luminozitási függvény)
Relative luminosity
1,0
V'( )
V( )
0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 300
400
500 600 Wavelength, nm
700
800
V( ) a nappali (fotopikus) fényhatásfok függvény V’( ) az esti (szkotopikus) fényhatásfok függvény
A pálcák (Rods) kb 1000 x érzékenyebbek, mint a csapok (Cones)
A csapok és pálcikák spektrális érzékenységi tartománya eltérő. Világosban: V(l), maximuma 555 nm-nél; Sötétben: V’(l), maximuma 507 nm-nél
Pálcika és csap képe
Pálcika és csap szerkezete
A csapok (szín érzékelő receptorok) A retina centrális részének, a foveolának struktúrája (Walraven után)
A retina elektronmikroszkópos képe
A receptor sejtek eloszlása a retinán
A látótér
A szemlencse
A szemlencse működése; az akkomodáció
A szemlencsét az ínhártyához izmok függesztik fel. Az izmok körkörösen veszik körül a lencsét. Ha megfeszülnek az izmok, a lencse kidomborodik, és ezért törőereje növekszik. Az izmok elernyedésekor a törőerő csökken, a szem végtelen távolra alkalmazkodik.
A szemlencse szerkezete A szemlencse anyaga nem homogén, hanem hagyma-szerű rétegekből áll. A törésmutató kivülről befelé fokozatosan növekszik. Az akkomodáció során a törésmutató változás is segíti a törőerő változását. A szemlencse rétegei 6 szegmensbe rendeződtek.
Bárány után
A szemlencse optikai hatása A Gullstrand-féle háromrétegű szemlencse
Elülső görbülti sugár 10 mm (valójában 7.9…12.7 mm) Hátulsó görbületi sugár 6 mm (valójában 5.13…9.05 mm) n1 = 1.386; n2 = 1.406
A lencse törőereje Gullstrand szerint
20.53 dioptria
Egy pontszerű fényforrás szemünk által alkotott képe A szemlencse struktúrája különös látási jelenségeket okoz.
Bárány után
A látási információ idegrendszeri feldolgozása
A látás 3 fázisa:
1. Inger (a fizikai környezet fényei, hangjai, illatai) 2. Érzet (az élő szervezetből kiváltott reakció) 3. Észlelet (az ingerület idegrendszeri feldolgozása után létrejött tudatos eredmény)
A szemtől az agyig
A látóközpontok az agyban
Az alakfelismerésre szakosodott területek
A látási információ továbbítása A látási információ az idegpályákon (axonokon) elektromos impulzusok formájában terjed. Az impulzusok frekvenciája arányos az inger erősségével. A frekvenciasáv 110 és 300 Hz között fekszik. Ezért az átvihető információ tartománya 150…200 lehet. Az emberi szem szaruhártyája és a retina (mint pólusok) között sötétben néhány mV potenciálkülönbség (retina potenciál) mérhető. A szaruhártya az anód, a retina a katód. A retinapotenciál a megvilágítás növelésével növekszik. A retinapotenciál változását fényfelvillanás hatására az elektroretinogram mutatja meg. Az elektroretinogram készítése sötét szobában, sötétre adaptált szemmel történik. Az egyik elektróda a szemgolyóra helyezett kontaktlencsén van elhelyezve, a másikat a halántékra tapasztják.
Elektroretinogram
A látás optikai jellemzői
A Weber-Fechner törvény
L E c L
L E c ln Lo
• ΔE az érzékenység küszöb értéke • ΔL az éppen érzékelhető megvilágítás különbség • L adott megvilágítási szint [asb] • A törvény 200…10 000 asb között érvényes A törvény nemcsak a látásra, henem a hallásra és minden más emberi érzékelésre is érvényes
A Stiles-Crawford effektus A pupilla szélei felé belépő, illetve a pupilla síkjához képest ferdén belépő fény kisebb fényérzetet vált ki, mint a pupilla közepén illetve a pupilla síkjára merőlegesen belépő azonos intenzitású fény.
Látási jelenségek
• • •
A kontraszt jelenség Világos adaptáció – sötét adaptáció Szín adaptáció
A sztereo-látás A két szem két különböző irányból látja a tárgyakat. A kismértékben eltérő képekből az agy létrehozza a háromdimenziós képet.
A kontraszt definiciója
Egy pont képe Az Airy-korong
Két pont feloldott képe
Két pont fel nem oldott képe
A kontraszt átviteli függvény
A szem kontraszt érzékenységi függvénye
Szín kontraszt és világosság kontraszt; a szomszéd-effektus
A kontraszt érzékelést a ganglion sejtek segítik A ganglion sejtek jelfeldolgozó területei a dendritek (a ganglion sejt felső végén). Ezek alkotják a receptív felületet. A ganglion sejtek a bipoláris és a horizontális sejtek információit fogadják az alsó végükön. A bipoláris és a horizontális sejtek pedig a receptor sejtektől kapják az információt.
Kicsi és nagy ganglion sejt vázlatos képe
A dendritek felületi elrendeződése tehát megfelel a fotoreceptorok felületi elrendeződésének.
A ganglion cellák működése
Diffúz fehér fény a dendrit teljes felületén: a pozitív és a negatív hatás kiegyenlítődik.
Kicsi fényfolt a centrumban: erős pozitív kimenő jel
Megvilágítás a háttér egyik felén: negatív kimenő jel
A dendritek középső felülete (centruma) az ingereket erősíti (pozitív hatás), míg a külső terület (háttér) az ingereket gátolja (negatív hatás). Ez a centrum/háttér hatás hozza létre a kontraszt jelenséget.
A ganglion sejtek három típusa Típus A kicsi receptív mező A centrum vagy az L, vagy a G, vagy a B csapok ingerére érzékeny, a többi színű fény gátló hatású 2. Típus • Az opponens színekre érzékenyek • Viszonylag nagy a centrum és nincs háttér-mező • Fehér fényre nem reagálnak 3. Típus • Sem a három alap-színre, sem az opponens színekre nem érzékenyek („színvakok”) • A fényerőőség növekedés vagy csökkenés helyét (tehát a tárgyak helyzetét) érzékelik 1. • •
Az adaptáció Alapja: a látópigmentek dinamikus egyensúlya Állandóan termelődnek, de fény hatására bomlanak is. A bomlás sebessége a megvilágítás erősségével arányos.
Világosság adaptáció Tartománya: 2 foton...100 000 lx)
Színadaptáció (Színkonstancia) Von Kries törvény Inger * érzékenység = const (adaptációs idő!) A három csap-típus egymástól függetlenül adaptál
Az adaptáció: a szem alkalmazkodása a változó fény-viszonyokhoz.
• A szem adaptációs mechanizmusai: – A pupilla méretének változása (2…10 mm átmérő: kb 25-szörös fénymennyiség változás) – A nappali receptorok (csapok) és az éjszakai receptorok (pálcikák) átváltása (kb 1000-szeres érzékenység változás) • Fotopikus látás: csak a csapok működnek • Scotopikus látás: csak a pálcikák működnek • Mezopikus látás: a csapok és a pálcikák is működnek – A pigmentek mennyiségének változása (egyensúlyi állapot a folytonos bomlás és termelődés során, mintegy 12 nagyságrendnyi érzékenység változás)
Az adaptáció dinamikai lefolyása Világos adaptáció - sötét adaptáció
Adaptációs görbék 1 Troland (Td) a megvilágítása a retinának, ha 1 cd/m2 fénysűrűségű felületet nézünk 1 mm2 felületű pupillán kereszutül)
VÉGE
Látásélesség és feloldási határ A látásélesség a feloldási határ reciproka
Közellátás - távollátás
A feloldó képesség illetve a látás élesség vizsgálata Kettessy-táblával
A betűket adott távolságról kell nézni (adott látószögben)
A dioptria-hibák korrekciója szemüveggel
A dioptria-hibák korrekciója szemüveggel
A dioptria-hibák korrekciója szemüveggel
A dioptria-hibák korrekciója szemüveggel
A dioptria-hibák korrekciója szemüveggel
A retina érzékelő elemeinek (receptorainak) ingerületeit az idegi hálózat és az agy dolgozza fel (a jövő óra anyaga)
