Funkcje wzroku - akomodacja, adaptacja, zbieżność

Szereg funkcji wzroku przebiega w sposób tak automatyczny i szybki, że nawet nie zdajemy sobie sprawy z ich istnienia. Dlatego warto się dowiedzieć jak działają i co powodują.

1. Akomodacja

Przystosowanie pozwala oku widzieć ostro na różnych dystansach

Refrakcja (załamanie światła), która jest konieczna do utworzenia obrazu na siatkówce, występuje głównie w rogówce, gdzie światło wpada do oka. Dalsza refrakcja ma miejsce w cieczy wodnistej i soczewce oka. Łącznie tworzą one system optyczny oka. Soczewka jest przeźroczystym elastycznym ciałem, które, gdy jest w spoczynku, jest raczej płaskie i ma zdolność skupiającą około jednej dioptrii*. Obiekty odległe są wtedy widziane ostro. Gdy patrzymy na obiekty bliskie, obraz na siatkówce nie będzie już ostry. W aparatach fotograficznych, problem ten jest rozwiązywany poprzez zwiększenie odległości pomiędzy soczewką a kliszą filmową, natomiast w oku konieczna jest zmiana ogniskowej soczewki. Zmiana ta jest dokonywana poprzez mięśnie, umocowane wokół soczewki, zmieniające krzywiznę soczewki. Gdy zostają one skurczone, soczewka staje się bardziej wypukła zmieniając przez to jej ogniskową. Ten proces nazywamy akomodacją (Rys.1).

Rys. 1 Tor światła w oku, gdy patrzy się na dużą odległość (A), i z soczewką przystosowaną dla widzenia bliskiego obiektu (B). W drugim przypadku, soczewka jest grubsza i bardziej wypukła w wyniku skurczenia mięśni wokół soczewki

Zdolność akomodacji zmniejsza się z wiekiem

Zdolność akomodacji waha się bardzo z wiekiem. Małe dzieci mogą bez problemu widzieć z odległości mniejszej niż 10 centymetrów, co oznacza, że oko ma zdolność skupiającą rzędu 15 dioptrii. Jednak w wieku 45 lat oczy większości osób dorosłych mają znacznie mniejszą zdolność akomodacji. Z tego powodu problematyczne staje się czytanie bez pomocy optycznej, czyli bez okularów.

Proces akomodacji zwykle przebiega nieświadomie. Czas potrzebny dla pełnej akomodacji oka trwa około 0,7 sekundy. W praktyce jednak, akomodacja oka na różnych dystansach będzie wymagać około sekundy lub więcej, ponieważ uwzględnione być muszą: kierunek patrzenia i stopień zbieżności.

Istotne znaczenie ma oświetlenie postrzeganego miejsca, ponieważ mniejsza średnica źrenicy powoduje większą głębię ostrości. Na szybkość akomodacji ma również wpływ poziom zmęczenia.

*) Dioptria jest jednostką miary zdolności skupiającej soczewki. Jest ona określana jako odwrotność ogniskowej wyrażonej w metrach. Z tego powodu soczewka o ogniskowej wielkości 1 metra ma zdolność skupiającą równą 1 dioptrii. (-1 dioptrię w wypadku gdy jest to soczewka wklęsła); a ogniskowa rzędu 25 centymetrów ma zdolność skupiającą równą 4 dioptrie, itd.

2. Adaptacja

Adaptacja pozwala oku widzieć przy różnych poziomach oświetlenia

Oko ludzkie może przyjmować informację wizualną w bardzo dużym zakresie poziomów oświetlenia. Mechanizm, przez który oko zmienia swoją czułość na światło nazywamy adaptacją. Adaptacja zawiera w sobie co najmniej dwa procesy:

Zmiana wielkości źrenicy. Zależnie od ilości dostępnego światła, średnica źrenicy przeciętnej dorosłej osoby zmienia się od 2 do 8 milimetrów, dając zmienność w czułości oka od 1:16. Adaptacja szerokości źrenicy zachodzi w ciągu kilku dziesiątych sekundy.
Adaptacja fotochemiczna. Gdy światło wpada do oka, skład chemiczny światłoczułych pigmentów w pręcikach i czopkach zmienia się, przez co wyzwalany jest mały prąd elektryczny. W ciemnościach, pigmenty te są odnawiane i są ponownie gotowe na reagowanie na światło.

Rys. 2 Zmiana w progu wrażliwości jako rezultat procesu fotochemicznej adaptacji, wykreślonej w czasie. A – adaptacja czopków; B – adaptacja pręcików

Przy stałym poziomie oświetlenia, proporcje pomiędzy stymulowanymi i niestymulowanymi pigmentami w receptorach są mniej więcej w równowadze. Jeżeli natomiast wystąpi drastyczne obniżenie poziomu oświetlenia, regeneracja pigmentu wymaga pewnej ilości czasu. Czopki przystosowują się do niższych poziomów oświetlenia znacznie szybciej niż pręciki (Rys. 2), przechodząc z przeciętnego oświetlenia rzędu 100 cd/m2 (dobrze oświetlone wnętrze) do bardzo niskiego poziomu oświetlenia. Czas potrzebny czopkom na adaptację i odzyskanie całkowitej wrażliwości wynosi około 10 minut. Pręciki potrzebują do tego od 30 do 60 minut. Adaptacja przy przejściach z ciemności do światła jest o wiele szybsza i zabiera zwykle około jednej minuty.

Rys. 3 Fakt, że oko kota jest o wiele bardziej światłoczułe niż oko człowieka jest głównie powodowane przez jego znacznie wyższą jakość systemu optycznego

Rys. 4 Szczególnie niebezpieczna może być sytuacja, gdy wjeżdżamy do tunelu podczas dnia, co wymaga zbyt szybkiej zmiany do adaptacji luminancji

Dlatego w tunelach instalowany jest specjalny rodzaj oświetlenia.

Siatkówka jest czuła na pojedyncze fotony

Gdy ludzkie oko jest całkowicie przystosowane do ciemności, może ono wtedy, przy korzystnych warunkach, dostrzec nawet pojedynczy foton. Jest to jedyne subatomowe zjawisko, które może być dostrzeżone przez istotę ludzką. Niemniej, niektóre zwierzęta mają jeszcze bardziej wyostrzoną wrażliwość oka – około sześć do siedmiu razy w wypadku oka kociego (Rys. 3). Może to być wytłumaczone poprzez fakt, że źrenica oka kota – przy pełnym otwarciu – jest o wiele większa w relacji do ogniskowej, niż u człowieka, co powoduje wyższe naświetlenie siatkówki przy danym oświetleniu. Dodatkowo za siatkówką kota jest jeszcze warstwa odbijająca światło, co oznacza że światło przechodzi przez siatkówkę dwa razy, dając większą szansę na jego wykrycie.

Proces adaptacji, a w szczególności opóźnienie czasowe związane z przystosowaniem się do bardzo niskich poziomów oświetlenia, ma wielkie znaczenie. Tłumaczy on, dlaczego zbyt raptowne zmiany na niższe lub wyższe poziomy oświetlenia powinny być unikane, szczególnie jeżeli w grę wchodzi bezpieczeństwo (Rys. 4).

3. Zbieżność

Zbieżność pozwala nam widzieć pojedynczy cel przy pomocy obu oczu

Prawie w każdym przypadku używamy obu naszych oczu do patrzenia na jeden cel. Jeżeli obiekt, na który patrzymy jest w oddali, oczy będą ustawione tak, aby linie wzroku obu oczu były względem siebie równoległe. Gdy patrzymy na obiekt umiejscowiony blisko, linie wzroku obu oczu będą się przecinały w punkcie celu. Jest to osiągnięte poprzez obrócenie oczu do środka, co nazywane jest zbieżnością (Rys. 5).

Precyzyjne dostrajanie pozycji oka do wymaganego kąta zbieżności dokonywane jest przez mięśnie oka. Czynność wymaga zwykle nie więcej niż kilka dziesiątych sekundy. Przy obiektach usytuowanych na różnych odległościach, kąt zbieżności będzie ciągle się przesuwał jak również zmieniać się będzie stan przystosowania soczewki oka. Ponieważ dostosowywana będzie również szerokość źrenicy do różnych oświetleń obiektu, staje się jasne, że proces widzenia jest powiązany ze stałą interakcją wewnętrznych i zewnętrznych mięśni oka i to, iż jest on podświadomy.