La vista è uno dei sensi umani più preziosi. Sebbene il sistema visivo sia una parte relativamente complessa del cervello, il processo è guidato da un umile elemento ottico: l'occhio. Forma immagini sulla retina, dove la luce viene assorbita dai fotorecettori. Con il loro aiuto, i segnali elettrici vengono trasmessi alla corteccia visiva per un'ulteriore elaborazione.
Gli elementi principali del sistema ottico dell'occhio: la cornea e il cristallino. Percepiscono la luce e la proiettano sulla retina. Vale la pena notare che il dispositivo dell'occhio è molto più semplice di quello delle fotocamere con obiettivi multipli creati a sua somiglianza. Nonostante il fatto che solo due elementi svolgano il ruolo di lenti nell'occhio, ciò non pregiudica la percezione delle informazioni.
Luce
La natura intrinseca della luce influisce anche su alcune caratteristiche del sistema ottico dell'occhio. Ad esempio, la retina è più sensibile nella parte centrale per la percezione dello spettro visibile, corrispondente allo spettro di radiazione del Sole. La luce può essere vista come trasversaleOnda elettromagnetica. Le lunghezze d'onda visibili da approssimativamente blu (400 nm) a rosso (700 nm) costituiscono solo una piccola frazione dello spettro elettromagnetico.
È interessante notare che la natura della particella di luce (fotone) può anche influenzare la vista in determinate condizioni. L'assorbimento dei fotoni avviene nei fotorecettori secondo le regole di un processo casuale. In particolare, l'intensità della luce che raggiunge ciascun fotorecettore determina solo la probabilità di assorbire un fotone. Ciò limita la capacità di vedere a bassa luminosità e di adattare l'occhio all'oscurità.
Trasparenza
Nei sistemi ottici artificiali vengono utilizzati materiali trasparenti: vetro o plastica con fissatore rifrangente. Allo stesso modo, l'occhio umano deve formare immagini su larga scala e ad alta risoluzione utilizzando tessuti viventi. Se l'immagine proiettata sulla retina è troppo sfocata, sfocata, il sistema visivo non funzionerà correttamente. La ragione di ciò potrebbe essere malattie degli occhi e dei neuroni.
Anatomia dell'occhio
L'occhio umano può essere descritto come una struttura quasi sferica piena di liquido. Il sistema ottico dell'occhio è costituito da tre strati di tessuti:
- esterno (sclera, cornea);
- interno (retina, corpo ciliare, iride);
- intermedio (coroide).
Negli esseri umani adulti, l'occhio è una sfera di circa 24 mm di diametro ed è costituito da molti componenti cellulari e non cellulari derivati dalla linea germinale ectodermica e mesodermicafonti.
L'esterno dell'occhio è ricoperto da un tessuto resistente e flessibile chiamato sclera, ad eccezione della parte anteriore dove la cornea trasparente consente alla luce di entrare nella pupilla. Altri due strati sotto la sclera: la coroide per fornire i nutrienti e la retina dove la luce viene assorbita dai fotorecettori dopo la formazione dell'immagine.
L'occhio è dinamico grazie all'azione di sei muscoli estrinseci per catturare e scansionare l'ambiente visivo. La luce che entra nell'occhio viene rifratta dalla cornea: un sottile strato trasparente privo di vasi sanguigni, di circa 12 mm di diametro e di circa 0,55 mm di spessore nella parte centrale. Il film lacrimale d'acqua sulla cornea garantisce la migliore qualità dell'immagine.
La camera anteriore dell'occhio è piena di una sostanza liquida. L'iride, due gruppi di muscoli con un foro centrale la cui dimensione dipende dalla contrazione, si comporta come un diaframma dal colore caratteristico a seconda della quantità e della distribuzione dei pigmenti.
La pupilla è il foro al centro dell'iride che regola la quantità di luce che entra nell'occhio. Le sue dimensioni variano da meno di 2 mm in piena luce a più di 8 mm al buio. Dopo che la pupilla ha percepito la luce, il cristallino si combina con la cornea per formare immagini sulla retina. Un cristallino può cambiare forma. È circondato da una capsula elastica e attaccato al corpo ciliare da zonule. L'azione dei muscoli del corpo ciliare permette al cristallino di aumentare o diminuire la sua potenza.
Retina e cornea
C'è una depressione centrale nella retina dovecontiene il maggior numero di recettori. Le sue parti periferiche danno meno risoluzione, ma sono specializzate nel movimento degli occhi e nel rilevamento di oggetti. Il campo visivo naturale è piuttosto ampio rispetto a quello artificiale ed è di 160×130°. La macula si trova nelle vicinanze e funge da filtro per la luce, presumibilmente proteggendo la retina dalle malattie degenerative schermando i raggi blu.
La cornea è una sezione sferica con un raggio di curvatura anteriore di 7,8 mm, un raggio di curvatura posteriore di 6,5 mm e un indice di rifrazione disomogeneo di 1,37 a causa della struttura a strati.
Dimensione degli occhi e messa a fuoco
L'occhio statico medio ha una lunghezza assiale totale di 24,2 mm e gli oggetti distanti sono focalizzati esattamente al centro della retina. Ma le deviazioni nella dimensione dell'occhio possono cambiare la situazione:
- miopia, quando le immagini sono messe a fuoco davanti alla retina,
- la lungimiranza quando accade dietro di lei.
Le funzioni del sistema ottico dell'occhio vengono violate anche in caso di astigmatismo - una errata curvatura della lente.
Qualità dell'immagine sulla retina
Anche quando il sistema ottico dell'occhio è perfettamente a fuoco, non produce un'immagine perfetta. Diversi fattori influenzano questo:
- diffrazione della luce nella pupilla (sfocatura);
- aberrazioni ottiche (più grande è la pupilla, peggiore è la visibilità);
- dispersione nell'occhio.
Le forme specifiche delle lenti dell'occhio, le variazioni dell'indice di rifrazione e le caratteristiche della geometria sono carenze del sistema ottico dell'occhiorispetto alle controparti artificiali. L'occhio normale ha una qualità almeno sei volte inferiore e ciascuno crea una bitmap originale a seconda delle aberrazioni presenti. Quindi, ad esempio, la forma percepita delle stelle varia da persona a persona.
Visione periferica
Il campo centrale della retina offre la massima risoluzione spaziale, ma è importante anche la parte periferica meno vigile. Grazie alla visione periferica, una persona può navigare nell'oscurità, distinguere tra il fattore di movimento, e non l'oggetto in movimento stesso e la sua forma, e navigare nello spazio. La visione periferica è predominante negli animali e negli uccelli. Inoltre, alcuni di essi hanno un angolo di visione di tutti i 360° per una maggiore possibilità di sopravvivenza. Le illusioni visive sono calcolate sulle caratteristiche della visione periferica.
Risultato
Il sistema ottico dell'occhio umano è semplice, affidabile e perfettamente adattato alla percezione del mondo circostante. Sebbene la qualità del visibile sia inferiore rispetto ai sistemi tecnici avanzati, soddisfa i requisiti dell'organismo. Gli occhi hanno una serie di meccanismi di compensazione che lasciano trascurabili alcune delle potenziali limitazioni ottiche. Ad esempio, il grande effetto negativo della sfocatura cromatica viene eliminato da appropriati filtri colorati e dalla sensibilità spettrale passa-banda.
Nell'ultimo decennio, la possibilità di correggere le aberrazioni oculari utilizzando l'adattivoottica. Questo è attualmente tecnicamente possibile in laboratorio con dispositivi correttivi come le lenti intraoculari. La correzione può ripristinare la capacità di vedere, ma c'è una sfumatura: la selettività dei fotorecettori. Anche se sulla retina vengono proiettate immagini nitide, la lettera più piccola da percepire richiederà più fotorecettori per essere interpretata correttamente. Le immagini di lettere più piccole dell'acuità visiva corrispondente non verranno distinte.
Tuttavia, i principali disturbi visivi sono le deboli aberrazioni: sfocatura e astigmatismo. Questi casi sono stati facilmente corretti da vari sviluppi tecnologici a partire dal XIII secolo, quando furono inventate le lenti cilindriche. I metodi moderni prevedono l'uso di lenti a contatto e intraoculari o procedure di chirurgia refrattiva laser per modificare la struttura del sistema ottico del paziente.
Il futuro dell'oftalmologia sembra promettente. La fotonica e la tecnologia dell'illuminazione giocheranno un ruolo chiave in questo. L'uso dell'optoelettronica avanzata consentirebbe alle nuove protesi di ripristinare gli occhi lungimiranti senza rimuovere il tessuto vivente, come avviene attualmente. La nuova tomografia a coerenza ottica potrebbe fornire una visualizzazione 3D dell'occhio in tempo reale su vasta scala. La scienza non si ferma affinché il sistema ottico dell'occhio permetta a ciascuno di noi di vedere il mondo in tutta la sua gloria.
