Prečo oko vidí a čo nevidí? doc. Mgr. MUDr. Alena Furdová, PhD., MPH, MSc. Zrak je pre človeka asi najdôležitejší zmysel, ktorý mu umožňuje orientáciu v priestore a vnímanie svetla. Oko je zmyslový orgán, ktorý reaguje na svetlo. Zrak umožňuje človeku vnímať nielen svetlo, ale aj farby a tvary. Zrak je najdôležitejší zo všetkých zmyslových orgánov – približne 80% informácií vnímame zrakom. Ľudské oko je ako fotoaparát, ale je len nástrojom videnia, zvyšok je výsledkom práce mozgu. To, čo vidíme pomocou očí, sa prenáša cez zrakové nervy do mozgu vo forme nervových signálov. Ten následne tieto signály spracuje a vyhodnocuje. Interpretácia týchto signálov je vlastne výsledok nášho videnia sveta. V priebehu vývoja živočíchov došlo k výraznému rozvoju od svetlocitlivých orgánov reagujúcich iba na to, či svetlo je alebo nie je, až po „jednoduché“ oko u stavovcov (vrátane človeka) a hlavonožcov a zložené oko u článkonožcov. Veľa živočíchov (vrátane cicavcov, vtákov, plazov a niektorých rýb) má oči umiestnené na jednej strane hlavy, čo im umožňuje trojrozmerné binokulárne videnie jednotlivé obrázky z oboch očí sa skladajú do jedného, ktorý vnímame. Oproti tomu existuje monokulárne videnie, kedy živočích vníma súčasne dva rozdielne obrazy, ako napríklad zajac alebo chameleón. Kedy vznikne základ oka u dieťatka, ktoré je ešte v mamičkinom brušku? Základ oka sa dá rozoznať už na päťtýždňovom plode ako malá čierna škvrna, koncom druhého mesiaca sú badateľné priesvitné mihalnice, v piatom mesiaci je už oko také, ako u dospelého človeka. Aké veľké je ľudské oko? Oko má v priemere 24 mm. Oči sú uložené a dobre chránené v očniciach. Pracujú ako dve filmové kamery, a keďže sú od seba vzdialené, každé z nich vidí trochu odlišný obraz. Mozog si oba obrazy spojí. Nazývame to stereoskopické, alebo binokulárne videnie. Znamená to, že človek dokáže odhadnúť hĺbku a vzdialenosť. V skorom veku dieťaťa sa mozog učí tieto dva rozdielne obrazy zložiť dokopy, inak by človek videl dvojito.
Akú má ľudské oko štruktúru? Zrakový orgán – oko je uložené v tvárovej časti lebky – v dutine, ktorú nazývame očnica. Oko má tvar gule. Očná guľa sa skladá z troch vrstiev: 1. vonkajšia väzivová vrstva, 2. stredná vrstva, 3. vnútorná vrstva. 1. Vonkajšiu väzivovú vrstvu tvoria dve časti: priehľadná zakrivená časť - rohovka (pomáha zaostrovať obraz) nepriehľadná biela časť - bielko (udržuje veľkosť a tvar očnej gule) 2. Strednú vrstvu oka tvorí: cievovka vráskovcové teleso šošovka dúhovka zrenica V cievovke sa nachádza veľa pigmentových buniek a ciev dôležitých pre prísun výživy a kyslíka. Vráskovcové teleso obsahuje mnoho výbežkov, na ktorých je zavesená šošovka. Mení tvar šošovky potrebný pre správne zaostrenie. Šošovka je priehľadné pružné teliesko, ktoré ohýba svetelné lúče tak, aby sa zbiehali na sietnici, umožňuje oku vytvárať ostrý obraz. Dúhovka má tvar kruhu, reguluje veľkosť rohovky. Zrenica je otvor v dúhovke, zväčšuje sa alebo zmenšuje sťahmi svalov v dúhovke podľa množstva svetla, ktoré dopadá do oka. 3. Vnútornú vrstvu oka tvorí: sietnica tyčinky čapíky žltá škvrna V sietnici sa nachádzajú dva druhy buniek citlivých na svetlo – tyčinky a čapíky. Tyčinky – rozlišujú svetlo, tmu, tvar, pohyb, snímajú len čiernu a bielu farbu, sú citlivejšie na svetlo ako čapíky, dobre fungujú v tlmenom svetle. Čapíky – slúžia na farebné videnie za jasného svetla. Veľké množstvo čapíkov sa nachádza v žltej škvrne - mieste najostrejšieho videnia. Žltá škvrna je miesto na sietnici o priemere cca 0,2 až 0,5 mm. Nachádza sa na osi oka a je to miesto, ktorým my ľudia zaostrujeme. Na 1 mm2 tam pripadá asi 150 000 čapíkov, čo zodpovedá rozlíšeniu asi 10 000 dpi! Žltá škvrna slúži na ostré a farebné denné videnie.
Rohovka, šošovka a sklovec tvoria očnú šošovkovú sústavu, optiku oka. V prednej časti oka je rohovka, ktorá láme svetlo, šošovka sústreďuje svetelné lúče do ohniska a na sietnici v zadnej časti oka sa potom vytvára obraz toho, na čo sa pozeráme, obraz je však obrátený hore nohami. Vďaka spracovaniu impulzov v mozgu vnímame sledované predmety v správnej orientácii. V zdravom oku si v strede všimneme “čierny stred oka” - je to otvor, ktorý nazývame zrenica. Pigmentový sval, ktorý obklopuje otvor voláme dúhovka, a obsahuje farbivo, preto má niekto oči modré, niekto hnedé. V jasnom svetle sa sval stiahne, otvor sa zmenší a prepustí menej svetla. V šere je to naopak. Ako funguje zrakový orgán? 1. svetelné lúče pozorovaného objektu vstupujú do oka otvorom – zrenicou 2. lúče prechádzajú ďalej cez priehľadnú vrstvu – rohovku a šošovku 3. šošovka lúče ohýba tak, aby sa zbiehali na sietnici, prevracia obraz hore nohami - vytvára sa zmenšený a prevrátený obraz na sietnici 4. na sietnici sa nachádzajú bunky citlivé na svetlo – receptory – tyčinky a čapíky, ktoré sa podráždia a premenia svetelné lúče na nervové impulzy 5. nervové impulzy prechádzajú cez očný nerv do mozgu, mozgovej kôry záhlavného laloka 6. mozog vníma nervové impulzy ako obraz prevrátený správne nahor 7. dochádza k uvedomeniu si pozorovaného objektu Prečo hovoríme, že sietnica je “film” vo fotoaparáte? Na sietnici sa nachádzajú svetlocitlivé bunky - tyčinky a čapíky. Tyčinky zachytia aj veľmi slabé svetlo, nerozlišujú však farby. Čapíky rozpoznávajú tri základné farby: zelená, červená a modrá. Sú menej citlivé, preto je ťažšie rozoznávať farby v šere. Žltá škvrna je miesto na sietnici, v ktorom sú sústredené svetlocitlivé bunky najhustejšie. Naopak slepá škvrna je miestom, kde ústi zrakový nerv do oka a obsahuje najmenej svetlocitlivých buniek. Oko je pripojené zrakovým nervom k mozgu. Zobrazené informácie sa ním prenášajú do mozgu v podobe impulzov, ktoré mozog dekóduje. Moderné fyziologické výskumy dokázali, že pri podráždení receptorov vznikajú nervové impulzy zložitými chemickými a elektrickými procesmi. Pri podráždení vznikajú v receptoroch látky, ktoré depolarizujú membrány receptorických buniek, a tým vznikajú miestne (tzv. „generátorové“) potenciály, alebo bipotenciály, ktoré sú úmerné logaritmu podráždenia. Tieto biopotenciály sú základom vzniku impulzov prenášaných nervovými vláknami v nervových dráhach až do mozgovej kôry. Vlastný mechanizmus premeny svetelnej energie na nervové podráždenie ešte úplne detailne nevieme vysvetliť ani pri videní za svetla, ani pri videní za šera, je stále predmetom výskumu.
Vidí ľudské oko farebne? Zdravé ľudské oko je za normálnych pozorovacích podmienok schopné bez akýchkoľvek pomôcok rozlíšiť 10 mil. rôznych farebných odtieňov. Najpresnejšie elektrické spektrofotometry dosahujú oproti tomu len asi 40% z uvedenej hodnoty. Približne 7,5% mužov a 0,1% žien je farboslepých. Najkrajnejšou formou farbosleposti je monochromatické videnie, je veľmi vzácna. Farbosleposť môže vzniknúť zdedením zmutovaného génu. Odkedy sa používajú okuliare na zlepšenie niektorých porúch zraku? Prvým, kto si zlepšil zrak okuliarmi bol florentský učenec Salvino degli Armati. Napravil si nimi svoju ďalekozrakosť. Na okuliare použil pár konvexných šošoviek. V 14. stor. už nosilo veľa Talianov okuliare. Na zlepšenie niektorých porúch zraku aj v súčasnosti používame okuliare, ale sú aj iné spôsoby, napríklad kontaktné šošovky, laserové operácie. Ako vie človek, ktorý stratil zrak, čítať a písať? Človeku, ktorý stratil zrak, pomáha pri komunikácii s okolitým svetom aj Braillovo písmo. Toto písmo tvorí sústava vystupujúcich bodov, ktoré umožňujú nevidiacim čítať pomocou hmatu. Ako sa vyšetruje, či oko vidí? Zraková ostrosť označuje rozlišovaciu schopnosť videnia a udáva, ako dobre dotyčná osoba vidí. Pre meranie zrakovej ostrosti sa používa napríklad Snellenov optotyp. V ambulancii u lekára sa s tým určite stretnete. Tento test určí, aké detaily je vyšetrovaná osoba schopná rozlíšiť v štandardizovanej tabuľke s písmenami zo vzdialenosti 6 metrov. Osoba s videním 6/6 rozpozná zo vzdialenosti 6 metrov rovnaké detaily, ktoré zo vzdialenosti 6 metrov rozpozná štandardný pozorovateľ. Hodnota 6/6 neznamená dokonalý zrak, pretože je možné vidieť lepšie než udáva hodnota 6/6. Čím menšia je hodnota v menovateli zrakovej ostrosti, tým väčšia je zraková ostrosť. Čo je ďalekozrakosť (hypermetropia)? - refrakčná chyba, pri ktorej sa obraz vytvára za úrovňou sietnice - delíme ju na ľahkú, strednú a ťažkú - korigujeme ju predkladaním šošoviek (tzv. spojky alebo konvexné - „plus“ sklá) Čo je krátkozrakosť (myopia)? - refrakčná chyba, pri ktorej sa lúče svetla lámu tak, že sa ostrý obraz vytvorí ďaleko pred úrovňou sietnice - delíme ju na nízku (do -4D), strednú (do -8D) a ťažkú (nad -8D) - korigujeme ju predkladaním konkávnych šošoviek (rozptyliek) – „mínus“ sklá
Vieme ľudské oko transplantovať? Nie, celé oko sa transplantovať nedá, ale vieme nahradiť jeho jednotlivé časti, ktoré sú poškodené ochorením alebo úrazom, napríklad vieme transplantovať rohovku. Bude v budúcnosti existovať “umelé oko”? V súčasnosti vedci vyvíjajú nové spôsoby, ako pomôcť ľuďom napríklad s degeneratívnymi ochoreniami sietnice. Nejedná sa ale o bionické oči, ako ich poznáme zo sci-fi filmov, ale zábery sa prenášajú do malého počítača, ktorý má pacient pri sebe, kde sa spracujú a bezdrôtovo odošlú do implantátu na sietnici oka. Elektrické pulzy obídu poškodené fotoreceptory v oku a stimulujú funkčné bunky na sietnici. Pri klinických testoch ľudia trpiaci určitými typmi slepoty pomocou prístroja rozoznávali veľké písmená, slová i vety a boli schopní ísť po chodníku bez toho, aby z neho zišli. Prečo je ľudské oko (takmer) dokonalé? Pomáha mu mozog. Ten dokáže vďaka skúsenostiam upravovať drobné očné vady, skladať obrazy do seba. V čom naopak víťazí technika? Vidí to, čo je ľudskému oku skryté. Ľudský mozog dokáže zložiť z dvoch vzájomne posunutých obrazov trojrozmerné videnie, vďaka tomu vidíme priestorovo (preto stereoskopické - zložené z dvoch obrazov). Fotoaparát túto možnosť nemá a objektív vždy vykreslí len dvojrozmerný, teda plochý obraz. Oko dokáže prepojiť fyzikálne a 'prístrojové' videnie oka so skúsenosťami a emóciami nahromadenými počas života v mozgu. Mozog vie naprávať chyby oka, dokáže retušovať a dopĺňať časti scény, dokáže sa rýchlo prispôsobiť meniacim sa svetelným podmienkam ako z hľadiska jasu, tak farby. Mozog skrátka vie, že papier je biely, a signály, ktoré mu posielajú oči, upraví na bielu, aj keď nervy z čapíkov oka posielajú potrebné modrastú. Preto sa nedá jednoznačne povedať, čo to je biela. Vnímanie bielej sa mení v závislosti na tom, ako sa mozog podľa okolitých podmienok prispôsobil a ako použil skúsenosti o farbách predmetov. Fotoaparát zachytáva farby síce fyzikálne správne, ale z ľudského pohľadu zle. Aj dnešné najdokonalejšie fotoaparáty sa ku schopnostiam oka (a najmä mozgu) len približujú. Schopnosti, ktoré má zdravý človek - dynamický rozsah videnia, schopnosť vyváženia bielej, počet rozlíšiteľných farieb, ostrenie, nočné videnie - zatiaľ technika napodobňuje len sčasti. Čo dokáže fotoaparát viac ako oko? Oko je najdokonalejší fotoaparát! Má schopnosti ako foťák s rozlíšením až 137 megapixelov. Pre zaujímavosť - kvalitné fotoaparáty, ktoré sú dnes na trhu, majú rozlíšenie zhruba dvadsaťkrát menšie ale... Očami dokážeme zaostriť na predmet vzdialený asi 20 cm. Tým je dané aj maximálne zväčšenie, ktoré sme schopní očami dosiahnuť. Naproti tomu makrofotografia dokáže zobrazovať predmety z veľmi malej vzdialenosti a zväčšiť ich mnohonásobne. Oko funguje ako kamera a zaznamenáva prebiehajúcej dej. Každý jednotlivý obraz v oku zanikne za asi jednu tridsatinu sekundy. Fotografia naopak dokáže „zmraziť“ dej vo veľmi krátkom čase. Ľudské oko vidí svetelné žiarenie s vlnovou dĺžkou medzi 400 až 700 nanometrov. V niektorých oblastiach ale zase víťazí technika - napríklad makrofotografie, infrafotografie, röntgen, silné teleobjektívy. Kratšie (ultrafialové) alebo dlhšie (infračervené) vlnové dĺžky
oko už nevidí. Fotografia však dokáže zaznamenať aj takéto žiarenia. Ultrafotografie aj infrafotografie sa využívajú aj inde, napríklad poznáte Rtg snímky pri zobrazovaní kostry, keď hľadáme zlomeninu v tele, komputerová tomografia nám pomáha nájsť napríklad nádor v tele, termokamery a iné.
