36.5: الرؤية

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196369

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

اشرح كيف تختلف الموجات الكهرومغناطيسية عن الموجات الصوتية
تتبع مسار الضوء عبر العين إلى نقطة العصب البصري
اشرح النشاط المنشط كما يتجلى في المستقبلات الضوئية في شبكية العين

الرؤية هي القدرة على اكتشاف أنماط الضوء من البيئة الخارجية وتفسيرها إلى صور. يتم قصف الحيوانات بالمعلومات الحسية، ويمكن أن يمثل الحجم الهائل للمعلومات المرئية مشكلة. لحسن الحظ، تطورت الأنظمة البصرية للأنواع للاهتمام بالمنبهات الأكثر أهمية. يتم إثبات أهمية الرؤية للبشر من خلال حقيقة أن حوالي ثلث القشرة الدماغية البشرية مخصصة لتحليل وإدراك المعلومات المرئية.

ضوء

كما هو الحال مع المنبهات السمعية، ينتقل الضوء في موجات. يجب أن تنتقل موجات الضغط التي تؤلف الصوت في وسط - غاز أو سائل أو مادة صلبة. في المقابل، يتكون الضوء من موجات كهرومغناطيسية ولا يحتاج إلى وسيط؛ يمكن للضوء أن ينتقل في فراغ (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يمكن مناقشة سلوك الضوء من حيث سلوك الموجات وأيضًا من حيث سلوك الوحدة الأساسية للضوء - حزمة من الإشعاع الكهرومغناطيسي تسمى الفوتون. تُظهر نظرة سريعة على الطيف الكهرومغناطيسي أن الضوء المرئي للبشر هو مجرد شريحة صغيرة من الطيف بأكمله، والذي يتضمن الإشعاع الذي لا يمكننا رؤيته كضوء لأنه أقل من تردد الضوء الأحمر المرئي وفوق تردد الضوء البنفسجي المرئي.

بعض المتغيرات مهمة عند مناقشة إدراك الضوء. يظهر الطول الموجي (الذي يختلف عكسيًا مع التردد) على شكل لون. للضوء الموجود في الطرف الأحمر من الطيف المرئي أطوال موجية أطول (وتردد أقل)، بينما الضوء في الطرف البنفسجي له أطوال موجية أقصر (وتردد أعلى). يتم التعبير عن الطول الموجي للضوء بالنانومتر (nm)؛ النانومتر الواحد هو واحد من مليار من المتر. يدرك البشر الضوء الذي يتراوح بين حوالي 380 نانومتر و 740 نانومتر. ومع ذلك، يمكن لبعض الحيوانات الأخرى اكتشاف الأطوال الموجية خارج النطاق البشري. على سبيل المثال، يرى النحل الضوء القريب من الأشعة فوق البنفسجية من أجل تحديد أدلة الرحيق على الزهور، وتستشعر بعض الزواحف غير الطيرية ضوء الأشعة تحت الحمراء (الحرارة التي تنبعث من الفريسة).

يُظهر الرسم التوضيحي الطيف الكهرومغناطيسي، الذي يتكون من أطوال موجية مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. موجات الراديو لها أطول طول موجي، حوالي 103 أمتار. يصبح الطول الموجي أقصر بشكل متزايد بالنسبة للميكروويف والأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. يبلغ طول موجة أشعة جاما حوالي 10-12 مترًا. يتناسب التردد عكسيًا مع الطول الموجي. — الشكل\(\PageIndex{1}\): في الطيف الكهرومغناطيسي، يقع الضوء المرئي بين 380 نانومتر و 740 نانومتر. (الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا)

يُنظر إلى سعة الموجة على أنها شدة الإضاءة أو السطوع. الوحدة القياسية لشدة الضوء هي الشمعة، وهي تقريبًا الكثافة المضيئة لشمعة واحدة مشتركة.

تقطع موجات الضوء 299,792 كم في الثانية في الفراغ، (وأبطأ إلى حد ما في الوسائط المختلفة مثل الهواء والماء)، وتصل تلك الموجات إلى العين بموجات طويلة (حمراء) ومتوسطة (خضراء) وقصيرة (زرقاء). ما يسمى «الضوء الأبيض» هو الضوء الذي تعتبره العين البشرية أبيض. ينتج هذا التأثير عن طريق الضوء الذي يحفز بالتساوي مستقبلات الألوان في العين البشرية. اللون الظاهر للكائن هو اللون (أو الألوان) التي يعكسها الكائن. وهكذا يعكس الجسم الأحمر الأطوال الموجية الحمراء في الضوء المختلط (الأبيض) ويمتص جميع الأطوال الموجية الأخرى للضوء.

تشريح العين

توجد الخلايا المستقبلة للضوء للعين، حيث يحدث انتقال الضوء إلى نبضات عصبية، في شبكية العين (كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\)) على السطح الداخلي للجزء الخلفي من العين. لكن الضوء لا يؤثر على شبكية العين دون تغيير. يمر عبر طبقات أخرى تقوم بمعالجته بحيث يمكن تفسيره بواسطة شبكية العين (الشكل\(\PageIndex{2}\) ب). تعمل كل من القرنية، والطبقة الأمامية الشفافة للعين، والعدسة البلورية، وهي بنية محدبة شفافة خلف القرنية، على كسر (ثني) الضوء لتركيز الصورة على شبكية العين. القزحية، التي تظهر على أنها الجزء الملون من العين، عبارة عن حلقة عضلية دائرية تقع بين العدسة والقرنية تنظم كمية الضوء التي تدخل العين. في ظروف الإضاءة المحيطة العالية، تنقبض القزحية، مما يقلل من حجم التلميذ في مركزها. في ظروف الإضاءة المنخفضة، ترتاح القزحية وتتضخم حدقة العين.

يُظهر الرسم التوضيحي الأيسر عينًا بشرية مستديرة ومليئة بالفكاهة الزجاجية. يخرج العصب البصري والأوعية الدموية الشبكية من الجزء الخلفي من العين. في الجزء الأمامي من العين توجد العدسة مع وجود حدقة في المنتصف. يتم تغطية العدسة بالقزحية، والتي بدورها تغطيها القرنية. الخلط المائي عبارة عن مادة تشبه الهلام بين القرنية والقزحية. الشبكية هي بطانة العين الداخلية. الرسم التوضيحي الثاني هو انفجار يظهر أن العصب البصري موجود على سطح الشبكية. تحت العصب البصري توجد طبقة من الخلايا العقدية، وتحتها طبقة من الخلايا ثنائية القطب. كل من الخلايا العقدية والخلايا ثنائية القطب هي خلايا عصبية ذات زوائد تشبه الجذر. تحت طبقة الخلية ثنائية القطب توجد القضبان والأقماع. تتشابه القضبان والأقماع في الهيكل وتشبه الأعمدة. — الشكل\(\PageIndex{2}\): (أ) تظهر العين البشرية في المقطع العرضي. (ب) يُظهر الانفجار طبقات الشبكية.

التمارين

أي من العبارات التالية عن العين البشرية خاطئة؟

تكتشف القضبان اللون، بينما تكتشف المخاريط ظلال اللون الرمادي فقط.
عندما يدخل الضوء إلى شبكية العين، فإنه يمرر الخلايا العقدية والخلايا ثنائية القطب قبل الوصول إلى المستقبلات الضوئية في الجزء الخلفي من العين.
تقوم القزحية بضبط كمية الضوء القادمة إلى العين.
القرنية عبارة عن طبقة واقية في الجزء الأمامي من العين.

إجابة: أ

تتمثل الوظيفة الرئيسية للعدسة في تركيز الضوء على شبكية العين والنقاط المركزية. تتميز العدسة بالديناميكية، حيث تعمل على تركيز الضوء وإعادة تركيزه حيث تستقر العين على الأشياء القريبة والبعيدة في المجال البصري. يتم تشغيل العدسة بواسطة العضلات التي تمدها بشكل مسطح أو تسمح لها بالتكاثف، مما يؤدي إلى تغيير البعد البؤري للضوء القادم من خلالها لتركيزها بشكل حاد على شبكية العين. مع التقدم في العمر يأتي فقدان مرونة العدسة، ويظهر شكل من أشكال طول النظر يسمى قصور البصر الشيخوخي. يحدث طول النظر الشيخوخي بسبب تركيز الصورة خلف الشبكية. طول النظر الشيخوخي هو عجز مشابه لنوع مختلف من طول النظر يسمى مد البصر الناجم عن مقلة العين القصيرة جدًا. بالنسبة لكلا العيبين، تكون الصور الموجودة في المسافة واضحة ولكن الصور القريبة ضبابية. يحدث قصر النظر (قصر النظر) عندما تكون مقلة العين ممدودة ويقع تركيز الصورة أمام الشبكية. في هذه الحالة، تكون الصور البعيدة ضبابية ولكن الصور القريبة واضحة.

يوجد نوعان من المستقبلات الضوئية في شبكية العين: القضبان والأقماع، والتي سميت بمظهرها العام كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\). تعتبر القضبان شديدة الحساسية للضوء وتقع في الحواف الخارجية للشبكية. إنها تكتشف الضوء الخافت وتستخدم بشكل أساسي للرؤية المحيطية والليلية. المخاريط حساسة للضوء بشكل ضعيف وتقع بالقرب من مركز شبكية العين. إنها تستجيب للضوء الساطع، ودورها الأساسي هو رؤية الألوان في النهار.

يوضح هذا الرسم التوضيحي أن القضبان والمخاريط عبارة عن خلايا طويلة تشبه الأعمدة وتوجد النواة في الجزء السفلي. القضيب أطول من المخروط. يحتوي الجزء الخارجي من القضيب على رودوبسين. يحتوي الجزء الخارجي من القضيب على أصباغ ضوئية أخرى. توجد قطرة زيت أسفل الجزء الخارجي. — الشكل\(\PageIndex{3}\): القضبان والأقماع هي مستقبلات ضوئية في شبكية العين. تستجيب القضبان في الإضاءة المنخفضة ويمكنها اكتشاف ظلال اللون الرمادي فقط. تستجيب المخاريط في الضوء الشديد وهي مسؤولة عن رؤية الألوان. (الائتمان: تعديل العمل من قبل بيوتر سليوا)

النقرة هي المنطقة في منتصف الجزء الخلفي من العين المسؤولة عن الرؤية الحادة. تحتوي النقرة على كثافة عالية من المخاريط. عندما تجلب نظرك إلى كائن لفحصه باهتمام في ضوء ساطع، تتجه العيون نحو الأمام بحيث تسقط صورة الكائن على النقرة. ومع ذلك، عند النظر إلى نجم في سماء الليل أو أي جسم آخر في ضوء خافت، يمكن رؤية الجسم بشكل أفضل من خلال الرؤية المحيطية لأن القضبان الموجودة على حواف الشبكية، وليس الأقماع الموجودة في المركز، هي التي تعمل بشكل أفضل في الإضاءة المنخفضة. في البشر، يفوق عدد المخاريط عدد القضبان في النقرة بكثير.

رابط إلى التعلم

راجع البنية التشريحية للعين، وانقر على كل جزء لممارسة تحديد الهوية.

نقل الضوء

القضبان والأقماع هي موقع نقل الضوء إلى إشارة عصبية. تحتوي كل من القضبان والمخاريط على أصباغ ضوئية. في الفقاريات، يتكون الصباغ الضوئي الرئيسي، الرودوبسين، من جزأين رئيسيين (الشكل 1)

شاهد هذا العرض التقديمي التفاعلي لمراجعة ما تعلمته حول كيفية عمل الرؤية.

ملخص

الرؤية هي حاسة الاستجابة الوحيدة للصور. ينتقل الضوء المرئي في موجات وهو شريحة صغيرة جدًا من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي. تختلف موجات الضوء بناءً على ترددها (الطول الموجي = الصبغة) والسعة (الكثافة = السطوع).

يوجد في شبكية الفقاريات نوعان من مستقبلات الضوء (المستقبلات الضوئية): المخاريط والقضبان. توجد المخاريط، التي تعد مصدر رؤية الألوان، في ثلاثة أشكال - L و M و - وهي حساسة بشكل مختلف للأطوال الموجية المختلفة. توجد المخاريط في شبكية العين، جنبًا إلى جنب مع المستقبلات ذات الضوء الخافت (القضبان). توجد الأقماع في النقرة، وهي المنطقة المركزية للشبكية، بينما توجد قضبان في المناطق الطرفية للشبكية.

تنتقل الإشارات البصرية من العين عبر محاور خلايا العقدة الشبكية، التي تشكل الأعصاب البصرية. تأتي الخلايا العقدية في عدة إصدارات. تحمل بعض محاور الخلايا العقدية معلومات عن الشكل والحركة والعمق والسطوع، بينما تحمل المحاور الأخرى معلومات عن اللون والتفاصيل الدقيقة. يتم إرسال المعلومات المرئية إلى الكوليكولي العلوي في الدماغ المتوسط، حيث يتم تنسيق حركات العين وتكامل المعلومات السمعية. يتم إرسال المعلومات المرئية أيضًا إلى النواة فوق الصوتية (SCN) في منطقة ما تحت المهاد، والتي تلعب دورًا في الدورة اليومية.

مسرد المصطلحات

كانديلا: (cd) وحدة قياس شدة الإضاءة (السطوع)

الإيقاعي: يصف دورة زمنية طولها حوالي يوم واحد

كوز: خلية عصبية ضعيفة حساسة للضوء، لونية، مخروطية الشكل في نقرة شبكية العين تكتشف الضوء الساطع وتستخدم في رؤية الألوان أثناء النهار

قرنية: طبقة شفافة فوق الجزء الأمامي من العين تساعد على تركيز موجات الضوء

النقرة: منطقة في وسط شبكية العين ذات كثافة عالية من المستقبلات الضوئية والمسؤولة عن الرؤية الحادة

مد البصر: (أيضًا طول النظر) عيب بصري يقع فيه تركيز الصورة خلف شبكية العين، مما يجعل الصور من مسافة بعيدة واضحة، ولكن الصور المقربة ضبابية

قزحية: عضلة دائرية مصطبغة في الجزء الأمامي من العين تنظم كمية الضوء التي تدخل العين

عدسة: هيكل محدب شفاف خلف القرنية يساعد على تركيز موجات الضوء على شبكية العين

قصر النظر: (أيضًا قصر النظر) عيب بصري يقع فيه تركيز الصورة أمام شبكية العين، مما يجعل الصور في المسافة ضبابية، ولكن الصور المقربة واضحة

قصر النظر الشيخ: عيب بصري يقع فيه تركيز الصورة خلف شبكية العين، مما يجعل الصور من مسافة بعيدة واضحة، ولكن الصور المقربة ضبابية؛ بسبب التغيرات العمرية في العدسة

التلميذ: فتحة صغيرة يدخل الضوء من خلالها

شبكية العين: طبقة من الخلايا المستقبلة للضوء والداعمة على السطح الداخلي للجزء الخلفي من العين

رودوبسين: الصباغ الضوئي الرئيسي في الفقاريات

قضيب: خلية عصبية أسطوانية شديدة الحساسية للضوء في الحواف الخارجية للشبكية تكتشف الضوء الخافت وتستخدم في الرؤية المحيطية والليلية

كوليكولوس متفوق: هيكل مزدوج في الجزء العلوي من الدماغ المتوسط، والذي يدير حركات العين والتكامل السمعي

نواة فوق كيميائية: مجموعة من الخلايا في منطقة ما تحت المهاد التي تلعب دورًا في الدورة اليومية

نشاط منشط: في الخلايا العصبية، نشاط مستمر طفيف أثناء الراحة

رؤية: حاسة البصر