Адаптация

3.3 Адаптация

В абсолютной темноте глаз ничего не видит. Речь пойдет об очень слабом освещении: вечером в темной комнате, ночью на неосвещенной улице, в поле или в лесу при свете луны и звезд. В этих условиях отражается от предметов и попадает в наши глаза неизмеримо меньше света, чем солнечным, ясным днем. Зрачки в темноте предельно расширены, но это не намного увеличивает освещенность сетчатки. Расширение зрачков хотя и важный, но в данном случае второстепенный приспособительный механизм. Большее значение имеет он при ярком освещении, когда зрачки суживаются, ограничивая количество света, падающего на сетчатку.

“Ничто не вечно под луной”…В конце 50-х годов были проведены психофизические опыты, которые позволили специалистам предположить, что адаптация не сводится лишь к изменениям концентрации зрительного пигмента родопсина в фоторецепторах: процессы приспособления к разным условиям яркости света гораздо сложнее, в них непременно должны участвовать и нервные клетки сетчатки (надо сказать что, помимо палочек и колбочек, сетчатка включает в себя по меньшей мере четыре различных типа нервных клеток).

Подтверждение этой гипотезы не заставило себя ждать. На помощь нейрофизиологам пришли микроэлектроды – тончайшие (в сотни раз тоньше волоса) стеклянные трубочки, заполненные солевым раствором и соединенные с усилителем биопотенциалов. Проводя такую “микропипетку” к отдельным нервным клеткам и меняя при этом размер вспыхивающего на экране светового пятна, исследователи убедились, что нейтроны сетчатки действительно активно участвуют в процессе адаптации зрительной системы.

Под рецептивным полем нейтрона (и сетчатки, и подкорки, и коры) понимают совокупность фоторецепторов сетчатки, сигналы с которых приходят к данному нейтрону. Рецептивные поля есть у всех нейронов зрительной системы, это как бы окошко, через которое нейтрон видит мир. Собственно, видят свет в прямом смысле этого слова только фоторецепторы. Все другие зрительные нейтроны воспринимают информацию в форме потока электрических импульсов, бомбардирующих (не удивляйтесь, это обиходный нейрофизиологический термин) их входы.

Только вот, у нейтронов разных отделов зрительной системы рецептивные поля сильно различаются по размеру, а в коре человека, приматов и хищных животных еще по форме. Нейтроны сетчатки и подкоркового зрительного центра наблюдают мир как бы через круглые окошки-иллюминаторы.

Нейтроны сетчатки и подкоркового зрительного центра описывают изображение поточечно. Это значит, что каждая нервная клетка этих структур, глядя на мир через свое круглое рецептивное поле – точку, информирует о событиях в ней высшие отделы системы.

Суть действий нейтронов-детекторов сводится к тому, что они как бы разнимают на составные части, сводя к простым любое сложное изображение, чтобы раздельно, независимо и параллельно проанализировать отдельные его признаки. Естественно, что на следующих этапах переработки зрительной информации происходит синтез перекодированных сведений в единый зрительный образ, который затем сличается с “библиотекой” образов нашей памяти; мозговые механизмы подают команду моторным центрам, оттуда идут приказы речевой и мимической мускулатуре, и мы с широкой улыбкой восклицаем: ”Здравствуй, дорогой Петя!” или кисло мямлим: ”Ах это вы, Дарья Ивановна…”

До недавнего времени считалось, что свойства нейтронов-детекторов зрительной коры жестко “запаяны”, то есть их рецептивные поля не перестраиваются при изменении внешних условий, и поэтому эти нейтроны не вносят сколько-нибудь существенного вклада в зрительный адаптационный процесс. Убеждение это основывалось, в частности, на том что в период становления детекторной нейрофизиологии эксперименты проводились, как правило, при неизменном световом фоне; работа детекторов не исследовалась в разных состояниях, как самой зрительной системы, так и организма в целом.

Психологи провели интересный и убедительный опыт: маленького котенка превращали в “рикшу” – он мог бегать, куда хотел, все трогать, но постоянно возил при этом за собой легкую тележку. В ней восседал второй котенок, который видел все то же, что и “рикша”, но ничего не мог потрогать. Через некоторое время ученые убедились, что в зрительном поведении котенка-седока появились серьезные дефекты, а “рикша” развивался нормально. На основании этих данных специалисты сделали выводы: для полноценного развития зрительных функций в частности и познавательной деятельности в целом важно не только видеть различные объекты внешнего мира, но выходить с ними в непосредственный осязательный, тактильный контакт.

Очень много для понимания роли корковых детекторов в процессах адаптации дали также опыты. Исследуя рецептивные поля зрительных корковых нейронов кошки в условиях адаптации к темноте, ученые получили поразительный факт. Несмотря на то, что число исследованных нейтронов дошло до десятков, а потом и до сотен, среди них было крайне мало классических нейронов-детекторов. Экспериментаторы терялись в догадках: куда же они исчезали? Да и вообще те ли это клетки, поведение которых столь подробно описано в многочисленных научных публикациях?

Проверка была элементарной: стоило включить свет в камере и “странный” нейрон очень быстро становился хорошо знакомым детектором. И сколько раз повторяли переход от света к темноте и опять к свету, столько раз изменялись свойства поля нейрона, причем вся перестройка занимала не более десятков секунд.

Стало ясно, что в темноте нейроны не исчезают, а только резко меняют свой облик. И глядят они на мир не из узких “бойниц” и “щелей”, а через широкие окна круглой или эллиптической формы. Они как бы приближаются в этом отношении к нервным клеткам сетчатки, и поэтому и было предложено называть это явление ретинализацией зрительной коры (по латыни сетчатка – геtina). Дальнейшие опыты показали, что не все детекторы ретинализируются в темноте: 10% из них как бы игнорируют адаптацию и не меняют свои рецептивные поля, а еще 20-25 процентов нейронов ведут себя довольно ехидно – в темноте не только не снижают или утрачивают, но напротив, усиливают, обостряют свои детекторные свойства.

Ничто не дается даром, и потому в процессе адаптационных перестроек зрительная система и отдельные ее нейроны не только что-то приобретают, но и что-то теряют. В темноте они теряют тонкость зрительного анализа. Не говоря уже о цветовом зрении. В сумерках оно утрачивает, именно поэтому ночью все кошки серы.

3.4Световая и цветовая чувствительность.

В опытах Вавилова по квантовым флуктуациям света проводились наблюдения соседних участков интерференционного максимума и минимума при интерференции зеленого света. При обычных интенсивностях света интерференционная картина в этих участках не изменялась во времени. Затем интенсивность света уменьшалась до порога зрительного восприятия света. Учитывая, что зеленому свету соответствует длина волны около 500 нм, а диаметр адаптированного к темноте зрачка составляет около 8 мм, нетрудно убедиться, что пороговый интенсивности зеленого света соответствует 20-25 фотонов в секунду. При этом оказалось следующее: участки в темных полосах всегда оставались темными, а участки в светлых полосах иногда “гасли”, но тут же снова “вспыхивали”, причем эти колебания освещенности появлялись во времени беспорядочно, хаотически.

Результаты этих опытов по классическому эффекту – интерференции – объясняются квантовыми свойствами света. В самом деле, бывают случаи, когда в интерференционные максимумы попадает либо больше фотонов, чем соответствует порогу зрительного восприятия света, либо меньше его. Значит, плотность фотонов в световом потоке флуктуирует. Поэтому видны “вспышки” (если фотонов немного больше) или соответственно “гашение” света на отдельных участках (если фотонов немного меньше). Эти флуктуации имеют статистический характер, чем объясняется нерегулярное появление светлых участков.

4.ФОТОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЗРЕНИЯ

5.ОБЪЯСНЕНИЕ ЦВЕТА ТЕЛ

Окружающий нас мир красочен. Это объясняется сложностью солнечного света. Но как объяснить, что листья растений мы видим зелеными, пионерский галстук – красным, подсолнечник – желтым, Василек – синим, писчую бумагу – белой, а классную доску – черной? Обратимся к опыту.

Получим на экране с помощью треугольной стеклянной призмы спектр и закроем его лентой красного цвета. Мы видим, что только в

 Красной части спектра лента выглядит ярко-красной. Во всех других частях спектра она черная. Это происходит потому, что лента, на которую падает свет всех спектральных цветов, отражает только красный свет, а свет других цветов поглощает.

Если проделать такой опыт с зеленой лентой, то окажется, что она только в зеленой части спектра выглядит ярко-зеленой. В других частях спектра она темная.

Опыт, показывает, что цвет тела, освещаемого белым светом, зависит только от того, свет какого цвета это тело рассеивает.

Если тело равномерно рассеивает все составные части белого света, то при обычном освещении оно кажется белым, например писчая бумага. Если тело, например сажа, поглощает весь падающий на него свет, то оно кажется черным.

Различные тела не только неодинаково рассеивают свет различной цветности, но также неодинаково и пропускают свет сквозь себя. Такие прозрачные тела называют светофильтрами.

В неодинаковой цветности прозрачных тел можно убедиться на опыте. Если за призмой на пути разложенного белого пучка света по очереди ставить цветные стекла, то цветность полоски спектра на экране будет изменяться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Свет имеет очень большое значение для жизни человека. Изучив данную тему можно сделать следующие выводы:

-     Свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом: является электромагнитной волной, но при излучении и поглощении ведет себя как поток частиц – фотонов;

-     Понятие цвета связано с длиной волны и частотой. А так же способностью тел поглощать электромагнитные волны;

-     Глаз является сложной оптической системой. Он способен отличать электромагнитные волны оптического диапазона разной частоты, т. е. отличать свет.

-     Глаз человека наиболее чувствителен к волнам 546 Нм, что соответствует зеленому цвету.

-     Электромагнитные волны оптического диапазона разной частоты могут влиять на нервную систему.

-     Объяснение зрения дано на основе фотохимической теории света.

-     На основе физических законов можно объяснить такие явления как: - голубой цвет неба

- белый цвет облаков

- красные листья и т. д.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Багданов К. Б. Физика в гостях у биолога М:Наука, 1986

2.   Перышкин А. В., Чемакин В. П. Факультативный курс физики, 1980

3.   Глазунов А. Т., Курминский И. И., Пинский А. А., Квантовая физика, 1989

4.   Научно - популярный физико-математический журнал «Квант», 1987

5.   Попов Г. В., П-58, Спектроскопия и цвета тел в курсе физики средней школы. М: «Просвещение», 1971

6.   Чандаева С. А., Физика и человек, АО»Аспект пресс», 1994.-336с.

7.   Гриффин Д, Новиков Э, Живой организм. Пер. с англ. Б.Д.Васильева. М: «Мир», 1983