Айзек Азимов - Человеческий мозг

При стимуляции фоторецепторов в близлежащих нервных клетках возникают электрические импульсы, которые проводятся в мозг по зрительному нерву. Эти импульсы достигают зрительной области коры в затылочной доле полушарий большого мозга, где интерпретируются мозгом как свет. Фоторецепторы можно стимулировать и давлением, при этом такая стимуляция тоже воспринимается мозгом как свет. Именно поэтому при ударе в глаз у вас «сыплются искры». И такой же феномен можно вызвать, если плотно зажмурить глаза и сосредоточиться. То, что мы при этом видим, называется фосфен («показать свет», греч.).

Два типа фоторецепторов - палочки и колбочки - приспособлены к разным типам зрения. Колбочки стимулируются только при весьма высоком уровне освещенности и используются для фотопического, дневного, зрения в светлое время суток и при ярком освещении. Палочки, напротив, стимулируются при низком уровне освещенности и вовлечены, таким образом, в скотопическое, то есть в сумеречное зрение.

У многих ночных животных фоторецепторы в сетчатке представлены исключительно палочками. Человеческий же глаз в этом отношении впадет в другую крайность. Нет, палочки числом намного превосходят колбочки даже у человека, так как в сетчатке содержится 125 миллионов палочек и всего 7 миллионов колбочек. Однако в желтом пятне, которое несет на себе все тяжкое бремя осмысленного зрительного восприятия, содержатся исключительно колбочки, и пока не обнаружено ни одной палочки. Более того, каждая колбочка соединена с одним нервным волокном, что невероятно повышает остроту зрения. (В то же время десять или около того палочек соединяются с одним нервным волокном. Таким образом, ночное животное жертвует остроту зрения на алтарь чувствительности.)

Острота зрения человека сконцентрирована, следовательно, на дневном зрении, и это представляется правильным, так как человек ведет дневной образ жизни. Это означает, однако, что в сумерках острота зрения резко снижается. Если человек смотрит ночью прямо на звезду в небе, то она через некоторое время исчезает из вида, так как ее свет действует только на колбочки, но он слишком слаб, чтобы надежно стимулировать колбочки. Однако стоит посмотреть в сторону, как звезда неожиданно снова появляется в поле зрения, так как теперь ее свет упал на палочку. (И наоборот, в периферических областях сетчатки у нас очень мало колбочек по сравнению с желтым пятном, поэтому и в дневное время острота периферического зрения у нас весьма низкая.)

Два типа зрения отличаются между собой еще в одном очень важном отношении. Это восприятие цвета. Как я скажу в своем месте, цветовое зрение воспринимает лишь часть диапазона световых волн, к которым чувствителен глаз человека. Колбочки, которые реагируют на сильный свет, способны реагировать также на разные длины волн этой части и, таким образом, отвечают за их восприятие и цветовое зрение. Палочки, реагируя на свет во всем диапазоне длин волн видимого спектра для достижения наибольшей чувствительности, не способны различать цвета. Другими словами, сумеречное зрение является черно-белым, с промежуточными оттенками серого цвета. Недаром есть пословица: «Ночью все кошки серы».

Палочки содержат окрашенный в розовый цвет зрительный пигмент, и именно в нем под действием света происходят химические превращения. Этот пигмент имеет одно распространенное, но устаревшее название - зрительный пурпур, хотя цвет его вовсе не пурпурный, но более формальное и точное его наименование - родопсин («розовый глаз», греч.). Молекула родопсина состоит из двух частей: белка опсина и небелкового соединения ретиналя, похожего по структуре на витамин А. Ретиналь существует в двух взаимопревращающихся формах - цис-ретиналь и транс-ретиналь. Строение цис-ретиналя таково, что он может соединяться с опсином, образуя при этом родопсин, а транс-ретиналь не обладает такой способностью. Под воздействием света цис-ретиналь превращается в транс-ретиналь, и последний отщепляется от родопсина, оставляя в одиночестве бесцветный белок опсин. Таким образом, можно сказать, что свет обесцвечивает родопсин. В темноте транс-ретиналь снова превращается в цис-ретиналь и присоединяется к опсину, образуя родопсин.

Так, мы имеем цикл - родопсин обесцвечивается на свету и восстанавливает свой цвет в темноте. Именно обесцвечивание родопсина стимулирует нервные клетки. При обычном дневном освещении родопсин по большей части находится в обесцвеченном состоянии и бесполезен для зрения. Это, впрочем, не играет никакой отрицательной роли, так как родопсин в основном участвует в сумеречном зрении и не используется при ярком свете. Именно поэтому, когда человек с яркого света входит в темное помещение, он сначала практически ничего не видит. Зрение постепенно восстанавливается, когда расширяется зрачок и в глаз начинает попадать больше света. Зрение улучшается еще и потому, что в сетчатке, в палочках, постепенно восстанавливается родопсин и начинает, как ему и положено, работать при сумеречном освещении. Этот период приспособления к темноте называется темповой адаптацией. Обесцвечивание родопсина и сужение зрачка при обратном переходе в ярко освещенное место называется световой адаптацией.

В идеальных условиях ретиналь не разрушается при своих взаимодействиях с опсином, по обстоятельства, к сожалению, редко бывают идеальными. Ретиналь - весьма нестабильное соединение и имеет тенденцию претерпевать химические превращения и терять активность. Однако витамин А, соединение более стабильное, легко превращается в ретиналь, а так как в организме существует запас этого витамина, то он и может использоваться для восстановления необходимого для зрения ретиналя. В организме человека, увы, витамин А синтезироваться не может, но его можно усвоить из пищи. Если в пищевом рационе наблюдается дефицит витамина А. то его запасы истощаются, и потери ретиналя перестают восполняться. Перестает образовываться родопсин, и у человека ухудшается сумеречное зрение. В результате, хотя больной хорошо видит днем, он перестает видеть в сумерках. Такое заболевание называется в медицине гемералопией, а в народе - куриной слепотой. Источником витамина А является морковь, и если добавить ее к диете, то положение постепенно улучшается. Народная традиция права, когда утверждает, что морковь полезна для глаз.

ЦВЕТОВОЕ ЗРЕНИЕ

Длина световых волн изменяется в ангстремах единицах, названных в честь шведского астронома XIX века Андерса И. Ангстрема. Ангстрем обозначается буквой А. Это очень малая единица длины, один ангстрем равен 1/100 000 000 сантиметра, или 1/250 000 000 дюйма. Глаз человека способен воспринимать свет с длинами волн в диапазоне от 3800 ангстрем до 7600 ангстрем. Поскольку в этом интервале длина волны удваивается, то все длины световых волн данного диапазона укладываются в одну октаву.