Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Айзек Азимов

У животных, адаптированных к жизни в темноте, мы наблюдаем противоположную картину. Для них желательно и даже необходимо вредное для человека отражение света от глазного дна. Поэтому глазное дно у таких животных содержит светоотражающий слой, который называется тапетумом («ковер», лат.). Этот тапетум отражает свет и дает сетчатке еще один шанс. Ясность зрения здесь принесена в жертву максимальному восприятию тусклого света. Какое-то количество света, отразившись от клеток «ковра», выходит наружу через широко открытый зрачок. Вот почему кошачьи глаза (в которых, конечно, есть тапетум) светятся в темноте зловещим огнем. Правда, этого не бывает в полной темноте, так как даже кошачьи глаза не способны испускать собственный свет. Не надо даже говорить, что в человеческом глазу тапетум отсутствует. Мы пожертвовали чувствительностью ради ясности.

Организация слоев в сетчатке такова, что вступающий в глаз свет сначала сталкивается со слоем нервных клеток, проходит сквозь него и только после этого действует на палочки и колбочки. Этот порядок кажется не вполне эффективным, но на самом деле в человеческом глазу все устроено не так уж плохо. В точке, которая находится непосредственно за хрусталиком и в которой фокусируются лучи света, расположено так называемое желтое пятно. В этой области фоторецепторы упакованы очень плотно, и именно здесь самая высокая острота зрения.

Для того чтобы мы восприняли два предмета отдельно, как именно два предмета, то есть чтобы они в нашем восприятии не слились в один объект (именно эту способность понимают под остротой зрения), надо, чтобы свет от двух предметов падал на два разных фоторецептора, между которыми находится по крайней мере еще один не активированный фоторецептор. Отсюда следует, что чем плотнее упакованы фоторецепторы, тем ближе могут находиться друг от друга точки, которые мы видим раздельно. Именно так и происходит в глазу человека. В желтом пятне фоторецепторы упакованы так плотно, что на обычном расстоянии спокойного чтения человек с нормальным зрением воспринимает в этой области две точки раздельно, если расстояние между ними составляет всего лишь одну десятую миллиметра.

Более того, в центре желтого пятна расположена так называемая центральная ямка, в которой фокусируются лучи света. Смысл этого углубления состоит в том, что над ним и его фоторецепторами практически отсутствует слой нервных клеток, так что почти ничто не мешает свету падать непосредственно на светочувствительные клетки. Эта особенность анатомического строения сильнее всего развита у приматов. Это одна из причин того, что отряд приматов, включая и нас, до такой степени пренебрег обонянием и даже слухом ради улучшения зрения. Превосходное зрительное восприятие, так чудесно развитое у нас, само по себе представляет слишком большое искушение, чтобы его можно было избежать.

Естественно, организм использует и те области сетчатки, которые расположены вне центральной ямки. На эти участки воздействует свет, и мозг реагирует на это воздействие. Когда мы смотрим на какой-то предмет, мы одновременно воспринимаем и то, что происходит вокруг нас, так как обладаем и периферическим зрением. Мы не можем с его помощью различать мелкие детали, но можем оценить силуэт и форму. В особенности же периферическое зрение помогает нам улавливать движение предметов, и это важно даже для людей — уметь видеть краем глаза. В наш автомобильный век множество жизней было сохранено именно благодаря периферическому зрению, способности уловить движение сбоку от машины. При сдаче экзаменов на право вождения автомобиля всегда проверяют периферическое зрение, уводя в сторону карандаш до исчезновения его из поля зрения испытуемого, которому предлагают при этом смотреть прямо перед собой. Утрата периферического зрения при сохранении туннельного (так это называется в народе, так как человек видит только то, что находится непосредственно перед ним) зрения делает водителя опасным для окружающих.

Волокна нервных клеток сетчатки собираются вместе, образуя зрительный нерв, который, по сути дела, вместе с элементами сетчатки представляет собой часть головного мозга. Зрительный нерв покидает глазное яблоко в непосредственной близости от центральной ямки, и место его выхода замечательно тем, что в нем нет ни одного фоточувствительного элемента. В этом месте находится так называемое слепое пятно. Мы не подозреваем о его существовании и не чувствуем его, потому что, во-первых, свет, отраженный от какого-либо объекта и падающий на слепое пятно одного глаза, необязательно падает на область слепого пятна другого глаза. Хотя бы одним глазом мы увидим этот предмет. Если же один глаз закрыть, то в существовании слепого пятна очень легко убедиться. Если человек смотрит на черный прямоугольник, на котором изображены белые точка и крест, и если он сосредоточится на, скажем, точке, то он сможет найти такое расстояние от прямоугольника, на котором он перестанет видеть крест. Значит, на этом расстоянии свет от креста падает точно на слепое пятно. Если после этого подойти к рисунку ближе или отойти от него подальше, то крест снова появляется в поле зрения.

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.