100 великих тайн человека Бернацкий Анатолий

МИКРОФЕНОМЕНЫ ГЛАЗ

Видимо, разговор об удивительных и не до конца понятых свойствах глаз следует начать с того, что глаз – это самый восприимчивый из всех органов чувств. Почти 70 процентов всех чувствительных рецепторов находятся в сетчатой оболочке глаза, похожей на маленький экран, на котором фокусируются входящие лучи света. В сетчатке этот сложный светочувствительный аппарат занимает пространство диаметром приблизительно 0,25 сантиметра.

Сетчатка состоит примерно из семи миллионов колбочек и около ста миллионов палочек. Колбочки воспринимают дневной свет и цветовую гамму и могут различить до семи миллионов тонов и оттенков. Палочки же, наоборот, воспринимают сумеречное освещение и могут различать почти десять миллионов оттенков серого цвета.

Глаза имеют чувствительность, которая обеспечивает человеку возможность регистрировать попадание на сетчатку нескольких квантов или свечение в 100 триллионных вата, то есть столько, сколько дает света зажженная сигарета, удаленная на 90 километров. На сетчатке такая точка света вызывает изображение по площади меньшее, чем размер красного кровяного тельца.

Чтобы еще нагляднее продемонстрировать, насколько мизерна величина этой энергии и каким чутким регистратором раздражения является наш глаз, приведем следующее сравнение. Известно, что энергия поглощается водой и при этом нагревает ее. Если один кубический сантиметр воды будет каждую секунду поглощать количество энергии, способное вызывать световое ощущение в человеческом глазе, то для нагревания этого объема воды на один градус потребуется несколько десятков миллионов лет.

Глаз – это самый восприимчивый из всех органов чувств

Самый малый объем, какой может различить невооруженный глаз человека, не превышает 0,001 кубического миллиметра. Это, приблизительно, тысячная часть объема булавочной головки. Если такой объем будет иметь форму куба, то длина его ребра не будет превышать 0,1 миллиметра.

А вот форму предмета, который находится в движении, человек сможет определить только тогда, если изображение этого объекта будет находиться на сетчатке как минимум 0,05 секунды. Если же это время будет меньше, то различить контуры изображения не удается.

В то же время краситель флуоресцин, способный давать окрашенный раствор зеленоватого цвета, глаз различает, когда в 1 кубическом сантиметре раствора содержится… 0,000000000000001 грамма этого вещества!

Острота зрения зависит не только от палочек, но и от мышц, которые двигают глаза и все структуры оптической системы человека. Эти мышцы сокращаются 200 000 раз в день…

Столь миниатюрная структура, оказывается, совершает и одно из наиболее скоростных движений человеческого организма – мигание. Исследования показывают, что в среднем люди моргают 1 раз в течение 2–10 секунд. Обычно делают они это рефлекторно, чтобы, во-первых, удалить с поверхности глазного яблока мелкие соринки, которые находятся в воздухе и попадают на его оболочку, и, во-вторых, для увлажнения поверхности глаз.

Что же касается самого мигания, то точные измерения показывают, что этот процесс протекает не так уж и быстро и длится в среднем 0,4 секунды. В акте моргания различают три фазы: опускание век, длящееся 0,075–0,090 секунды; состояние покоя, соответствующее полному закрытию глазам длящееся 0,013–0,017 секунды, и, наконец, подъем век, составляющий около 0,017 секунды.

Для сравнения: пока человек мигает, космическая ракета преодолевает расстояние в 4,4 километра, а комар совершает 200–240 полных взмахов.

А вот некоторые люди вообще не могут контролировать мигание своих глаз. В основном это касается пациентов с редким заболеванием, которое в научной литературе носит название блефароспазм, или неконтролируемое движение век. При этой болезни происходят спазмы лицевых мышц, во время которых рывками дергаются брови, а также веки. Иногда спазмы могут распространяться и дальше. И тогда стискиваются челюсти, искривляется лицо, шею охватывает боль.

Причины, вызывающие блефароспазм, пока неизвестны. Но существует мнение, что резкое моргание происходит потому, что между нервными клетками нарушается обмен информацией.

Незнание причин возникновения блефароспазма, естественно, порождает и проблемы при его лечении. В настоящее время облегчить страдания пациентов можно впрыскиванием в веки и брови бутулинического токсина – того же яда, который вызывает бутулизм. В результате этой процедуры наступает паралич мышц. Этот способ лечения достаточно эффективен. Правда, через несколько месяцев действие препарата прекращается, и уколы необходимо повторять.

Порой улучшает состояние больных оперативное вмешательство. В этом случае хирург разрезает нервные волокна, контролирующих движение век. Или же извлекает сжимающие мышцы внутри и вокруг верхних век…

Характерен для глаз и еще один феномен – их своеобразные движения. Действительно, ученые давно заметили, что наши глаза никогда не стоят на месте: спим ли мы или разговариваем по телефону, глаза все равно перемещаются. Эти их движения по-научному называются саккадами, что в переводе с французского означает «хлопок паруса по ветру».

Причем, как показали многолетние исследования, число саккад у одного и того же человека во время сна и при рассматривании картин одинаковое. Более того, оно сопоставимо у зрячего и слепого, у младенца во время сна и у взрослого, когда тот рассматривает живописные полотна. Однако, когда человек находится в экстремальной ситуации (например, когда он взволнован), саккад у него много и они большей амплитуды, то есть глаза перемещаются на больший угол относительно оси глаза.

Анализируя полученные данные, исследователи пришли к выводу, что в нашем организме есть механизм, который, независимо от нашей воли, задает бегающие движения глазам. Такие механизмы физиологам известны давно, и называются они пейсмейкерами (от англ. – «водитель ритма»), а само явление именуется автоматией. В автоматическом режиме работают сердце, легкие, пищеварительная система. Основную работу по настройке ритма саккад выполняют нейроны двух областей мозга. А контроль над параметрами саккад осуществляют мозговые структуры: мозжечок, лобные и затылочные области мозговой коры и т. д., которые вместе называются саккадическим центром.

В ходе 20-летнего исследования саккад ученые получили довольно любопытные сведения о закономерностях, присущих этому явлению. Так, было установлено, что приблизительно 70 % времени саккадический центр функционирует в автоматическом режиме. И лишь 30 % его работы зависят от внешних факторов. Именно эти внешние факторы и заставляют центр менять амплитуду скачков и их количество. Причем было установлено, что больше скачков глаз наблюдается тогда, когда человек рассматривает светлое поле с черным перекрестьем внутри. Если же надеть очки с «молочными» стеклами, то заметных изменений саккад нет.

С этим эффектом связано профессиональное заболевание шахтеров, наблюдавшееся в 30-е годы прошлого века, – углекопный нистагм, заключающийся в ритмических подергиваниях глаз. Возникает оно тогда, когда человек длительное время пребывает в однообразной, обедненной зрительными образами, среде. Поэтому у слепых, образная среда которых обеднена до минимума, нистагм встречается практически в 100 % случаев.

Поэтому, чтобы наш саккадный центр чувствовал себя комфортно, необходимо глазам предоставлять большее разнообразие образов окружающего мира…

ПАРАДОКСЫ И ФЕНОМЕНЫ ЗРЕНИЯ

Устройством глаза и механизмами зрения медики, анатомы, физиологи интересуются не одно столетие. И, казалось бы, за это время этот человеческий орган изучен достаточно хорошо и полно. Но, тем не менее, это не совсем так: в функционировании глаз имеется немало парадоксов, которые не всегда легко разрешить.

Так, диаметры торцов палочек и колбочек почти в десять раз крупнее минимального изображения, воспринимаемого глазом.

Зрение человека полно удивительных феноменов и парадоксов

А такое устройство, в соответствии с законами физики, предполагает, что на ярком свету мелкие детали человек должен видеть довольно плохо. Однако в действительности все как раз наоборот…

Дальше – больше. Так, в популярных, и даже научных статьях и книгах, когда пишут об устройстве глаза, почти постоянно делают акцент на том, что он подобен фотоаппарату.

Сам же механизм зрения, согласно этим, кочующим из статьи в статью, описаниям, сводится к следующему. Через хрусталик, который является своего рода объективом, изображение попадает на чувствительные рецепторы сетчатки – палочки и колбочки, которые представляют собой своеобразный миниатюрный «экран». Затем по нейронным путям, которые пока в полном объеме не исследованы, сигналы от этих рецепторов по глазному нерву попадают в мозг. Сам же глазной нерв представляет своеобразный кабель, состоящий из огромного количества нервных волокон. Однако их на несколько порядков меньше, чем палочек и колбочек.

Кроме того, очень часто на иллюстрациях, которые приводятся в учебниках по медицине, продольный разрез сетчатки глаза изображается в виде прозрачной, слегка мутноватой пластинки толщиной около 0,1 миллиметра, состоящей из нескольких слоев клеток.

При этом на этих же рисунках стрелкой показано и направление падающего на сетчатку света. Правда, ориентирован он не на торцы палочек и колбочек, а на их противоположные стороны. В то же время палочки и колбочки своими торцами, которые, как известно, являются световоспринимающими элементами глаза, почти вплотную прилегают к темному пигментному слою. А это значит, что торцы палочек и колбочек что-либо видеть не могут.

Но на этом сюрпризы сетчатки не заканчиваются. Оказывается, в ее анатомии скрыт еще один любопытный парадокс. Дело в том, что согласно ее морфологическому строению, палочки и колбочки просто не должны передавать свои сигналы в соответствующие отделы головного мозга. Ведь в следующем слое нервные клетки образуют между собой настолько запутанную сеть, что напрямую через нее нервные импульсы просто не в состоянии пробиться.

А ведь импульсы могут «запутаться» еще и в слое амакриновых клеток, благодаря которым на уровне синапсов существуют горизонтальные связи между биполярными и ганглиозными клетками.

Но и этими «несуразицами» анатомия сетчатки не исчерпывается. Ведь в следующем слое биполярных клеток сигнал хотя и проходит в нужном направлении, но поскольку поперечные размеры этих клеток намного крупнее палочек и колбочек, качество передаваемых сигналов должно быть, учитывая этот момент, очень низким.

Даже этого схематичного описания сетчатки достаточно, чтобы осознать, насколько неверными являются все аналогии сетчатки с «фотопластинкой»…

Не менее любопытный феномен, которому попытались дать объяснение ученые, связан с проблемой, которую можно сформулировать следующим образом: как мы отличаем, казалось бы, столь похожие лица знакомых нам людей от тех, кого мы не знаем?

Одно время эту нашу способность психологи объясняли умением распознавать узловые и наиболее значимые линии или расстояния между определенными точками лица: глазами, носом и ртом и так далее. Некоторые выводы этой гипотезы даже положены в основу программ по распознаванию лиц.

Но все детали того, как мозг человека собирает эти линии и точки в одно целое, и как он это целое осмысливает, все еще остаются неразрешимыми для нейробиологов проблемами. Поэтому и появляются либо дополняющие друг друга, либо и вовсе альтернативные теории, например, узнавания по носу.

В этом же ряду находится и еще одна гипотеза узнавания. А появилась она после эксперимента, в ходе которого ученые манипулировали фотографиями знаменитостей, которых должны были узнать испытуемые.

Оказалось, что вся информация, которой вполне хватает, чтобы идентифицировать личность, содержится в ряде горизонтальных линий, образованных бровями, глазами и губами. При этом все эти «кодовые знаки» могут быть сведены к нескольким темным и светлым линиям различной ширины, как это сделано на штрихкоде.

Обычно от лба и щек свет отражается, поэтому они выглядят светлыми. В то же время брови и губы создают тени. В результате такого светового разброса возникают горизонтальные полосы, несущие важную для распознавания лиц информацию.

Известно, что штрихкод на товарах был разработан для быстрой передачи закодированной информации компьютеру, так как особым образом расположенные темные и светлые прямые линии ему распознать не составляет особого труда.

Именно этот способ распознавания лиц соплеменников и чужаков, как самый эффективный, и появился у человека в процессе эволюции.

Когда же ученые сравнили лица с цветами и пейзажами, то оказалось, что только на лицах людей присутствуют горизонтальные линии.

ИЛЛЮЗИИ ЗРЕНИЯ

Наше зрение, как и другие органы чувств, страдает многими недостатками, поэтому порой мы видим совсем не то, что существует в реальности. Называются эти эффекты нашего зрения оптическими иллюзиями.

Так, уже давно замечено, что, если рассматривать изображение, на котором отчетливо выделяются светлые и темные участки или зоны, то создается впечатление, что свет из освещенных мест перемещается в темные. Называется это явление оптической иррадиацией.

Очень многие зрительные иллюзии обусловлены тем, что определенные объекты и их части мы воспринимаем не по отдельности, а в определенном соотношении с окружающими их предметами и фоном. Пожалуй, именно эта группа объединяет больше всего зрительных иллюзий.

Например, когда мы сравниваем две фигуры, из которых одна больше другой, то нам кажется, что у большей фигуры все части крупнее, а у меньшей, соответственно, меньше.

Любопытные иллюзии демонстрирует наше зрение с горизонтальными и вертикальными линиями. Так, большинству людей вертикальные линии видятся длиннее горизонтальных. Поэтому, если человек попытается начертить вертикальную и горизонтальную линии одинаковой длины, то обычно горизонтальные линии оказываются длиннее вертикальных.

Кроме того, когда расположенные рядом вертикальные параллельные линии имеют большую длину, то создается впечатление, что их концы слегка расходятся в стороны, а вот длинные горизонтальные линии при таком расположении кажутся сходящимися…

Немало иллюзий связано также с пространством. Например, на море, бескрайний простор которого практически ничем не заполнен, расстояние к тому или иному объекту, например, кораблю или далекому острову, нашему взору кажется меньшим, чем на самом деле.

В то же время здания, которые украшены барельефами, нам представляются больше своих реальных размеров. То есть пространство, которое заполнено предметами, и по горизонтали и по вертикали нам всегда кажется шире и выше, чем пустое.

Зрачки Джоконды помещены точно в середине глаз. Это создает иллюзию того, что она следит глазами за зрителем

Известно, что наше зрение воспринимает острые углы на плоскости обычно большими, чем они есть на самом деле. Именно этой особенностью нашей зрительной системы можно объяснить возникновение некоторых иллюзий.

Возможно, этот эффект связан с иррадиацией, поскольку в этом случае светлая область рядом с темными линиями, образующими угол, в нашем представлении выглядит шире, чем в реальности.

Не исключено также, что острый угол кажется большим, чем в действительности, из-за психологического контраста, поскольку острые углы нередко находятся рядом с тупыми.

Нередко направления линий и форма фигуры нам представляются иными по той причине, что глаз в это время наблюдает за другими линиями, находящимися в поле зрения.

Большинству людей известна еще одна зрительная иллюзия: так называемая перспектива. Суть ее заключается в том, что параллельные линии кажутся сходящимися на горизонте в одну точку. Примером перспективы может быть устремленное вдаль полотно железной дороги или шоссе.

Поэтому, чтобы изображение пейзажа, отдельного объекта или некоторой части пространства производило впечатление реальной картины, необходимо уметь грамотно применять законы перспективы.

Существуют также иллюзии, обусловленные наличием четко выраженного контраста между объектом и фоном. Так, на темном фоне фигуры кажутся светлее и, наоборот, на светлом – темнее.

Каждый, наверное, сталкивался с портретами и фотографиями, из которых человек сморит прямо на зрителя.

Вот как это удивительное и, на первый взгляд, загадочное явление объясняет известный советский популяризатор науки Я.И. Перельман в первой части книги «Занимательная физика»: «Все объясняется тем, что зрачок на этих портретах помещен в середине глаз. Именно такими мы видим глаза человека, который смотрит прямо на нас; когда же он смотрит в сторону, мимо нас, то зрачок и вся радужная оболочка кажутся нам находящимися не посредине глаза, но несколько перемещенными к краю. Когда мы отходим в сторону от портрета, зрачки, разумеется, своего положения не меняют, – остаются посредине глаза. А так как, кроме того, и все лицо мы продолжаем видеть в прежнем положении по отношению к нам, то нам, естественно, кажется, будто портрет повернул голову в нашу сторону и следит за нами».

Это объяснение, хоть и во многом верное, однако недостаточно полное. Дело в том, что на портретах, притягивающие наш взгляд, зрачок и радужка не всегда находятся в центре глаза. Но нам все равно кажется, что лицо с портрета следит за нами. Связано это с тем, что в портрете нас больше всего привлекают глаза, поэтому наш взгляд периодически к ним возвращается.

Это убедительно доказал в своих исследованиях психолог А.Л. Ярбуса. Он укреплял на глазе добровольца-испытуемого миниатюрную резиновую присоску с небольшим легким зеркальцем. Когда испытуемый с таким приспособлением разглядывал изображения человека, от осветителя луч света направлялся на зеркальце, отражался от него и рисовал на фотобумаге траекторию перемещения глазного яблока.

Оказалось, что взгляд испытуемого постоянно возвращался к глазам на портрете, причем даже в том случае, если изображение было повернуто в профиль и не смотрело на зрителя. Сам Ярбус отметил: «При рассматривании человеческого лица наблюдатель обычно больше всего внимания уделяет глазам, губам и носу. Глаза и губы человека – наиболее подвижные и выразительные элементы лица».

В свою очередь, опыты английских психологов показали, что наш взгляд тянется даже к двум любым круглым предметам, которые располагаются рядом. Особенно притягательны те круглые фигуры или изображения, если внутри них выделены еще меньшие кружки, соответствующие зрачкам. Можно предполагать, что эта автоматическая реакция внимания на глаза унаследована нами от животных предков…

А теперь поговорим еще о некоторых иллюзиях. В частности, о тех, которые можно наблюдать во время движения некоторых геометрических фигур.

Так, если вращать круг с окрашенным в определенный цвет сектором, то человеку покажется, что в этот же цвет окрашен и весь круг. Объясняется этот феномен тем, что наш глаз в течение долей секунды может сохранять зрительное впечатление о предмете, который уже исчез из вида.

К этой же категории иллюзий относится и так называемая спираль Плато. Увидеть ее можно тогда, когда продолжительное время фиксировать взгляд на вращающемся по часовой стрелке диске, с нанесенной на нем спиралью. Спустя некоторое время появляется видимость того, что все ветви спирали устремляются к ее середине. Если же вращать диск в противоположном направлении, то в этом случае ветви спирали расходятся от центра к периферии.

Также если долго наблюдать за проплывающими мимо окна движущегося поезда пейзажами, а затем перенести взгляд внутрь вагона, то нам покажется, что те неподвижные предметы, на которые мы будем смотреть, тоже движутся, но только в обратном направлении.

Здесь рассказано только о некоторых обманах зрения. Вообще же ученые насчитывают более 50 типов зрительных иллюзий. И все их можно объяснить, если опираться на законы оптики и физиологию глаза. А также на рассмотренный выше механизм предвидения, присущий нашим глазам. Причем с помощью теории о формировании картинки будущего в нашем мозгу можно объяснить намного больше иллюзий, чем используя любую другую гипотезу…

РАЗНОЦВЕТНЫЕ ГЛАЗА

Цвет глаз – любопытное и до конца не исследованное явление, таящее в себе немало загадок. Например, в ходе опытов американских ученых было установлено, что один и тот же источник света вызывает в коре головного мозга у светлоглазых людей гораздо более сильный активирующий эффект, чем у людей с темными глазами. Более того, они нашли, что даже длительность и характер сновидений тоже в какой-то степени зависят от цвета глаз.

Оказалось также, что при одном и том же ярком свете зрачки у голубоглазых лиц бывают более широкими, чем у людей с карими глазами. По всей видимости, это происходит потому, что радужка у голубоглазых людей более тонкая и ее нейромоторный аппарат слабее. Отсюда и меньшая, чем у кареглазых, сила сужения зрачка.

У людей с голубыми глазами более слабые светофильтры

Выходит, что людей с голубыми глазами можно считать слегка обиженными матушкой-природой, поскольку у них светофильтры более слабые, то есть имеют более тонкий слой хроматофоров, а значит, обладают и пониженной защитной функцией глаза. В то же время в карих и черных глазах слой хроматофоров более толстый, следовательно, световые фильтры у них более сильные. Соответственно, они способны защитить глаза этих людей от значительных доз светового облучения.

С такой трактовкой полностью согласуются данные об изменении цвета глаз у людей, населяющих области с холодным, умеренным и жарким климатом. Так, у жителей северных стран глаза в основном голубые, у средне-южных – коричневые и у людей, населяющих экваториальные области земного шара, – в основном черные. И, естественно, голубоглазые, например, шведы или англичане, наиболее комфортно чувствуют себя в пасмурно-прохладной части Европы, а кареглазые турки и итальянцы – в тех местах, где властвует яркое южное солнце.

С разным цветом глаз, по мнению ряда ученых, связана и частота проявления определенных заболеваний. Например, в Англии и Швеции туберкулезом болеют чаще люди с карими глазами, а в Южной Германии и Италии – с голубыми. Кроме того, люди с голубыми глазами, соответственно, в 1,5 и 2,5 раза чаще страдают язвенной болезнью и стенокардией, чем кареглазые.

Яркой иллюстрацией понижения светозащитной функции, а вместе с ней и жизнедеятельности всего организма, служит дефицит пигментов у людей-альбиносов. Врожденное отсутствие пигмента меланина делает их уже от рождения полуслепыми и очень восприимчивыми к огромному числу болезней.

Самое непосредственное отношение к проблеме «кареглазых и голубоглазых» имеет открытие английского офтальмолога М. Миллодота. Его заинтересовал давно установленный факт, что контактные линзы голубоглазым людям доставляют намного больше неприятностей, чем черноглазым. Проведя ряд экспериментов со 156 добровольцами, ученый выяснил, что роговица людей, имеющих голубые глаза, в два раза чувствительнее роговицы кареглазых и в четыре – роговицы черноглазых. Возможно, этим эффектом можно объяснить еще одно интересное явление, связанное с цветом глаз: для достижения лечебного эффекта доза лекарств у черноглазых пациентов должна быть большей, чем у пациентов с голубыми глазами.

Ведя разговор о цвете глаз, следует сказать, что он на протяжении жизни человека может меняться. Причины этого явления могут быть самые разные. Но наибольшие колебания цвета глаз наблюдаются у людей, имеющих светлые радужки: голубые, серые, зеленые.

Кстати, если какое-то время понаблюдать за своими глазами, то можно установить любопытную закономерность: оказывается, цвет глаз зависит от цвета одежды или косметики, и меняется в зависимости от цветовой гаммы этих предметов.

Случается и такое, что некоторые наблюдательные люди замечают, что цвет их глаз начинает меняться во время болезни или, когда они попадают в стрессовую ситуацию. С чем это явление связано, – точно пока неизвестно. Однако наблюдения за пациентами позволили выяснить некоторые механизмы цветовых вариаций этого типа.

Так, в состав некоторых препаратов, применяемых для снижения внутриглазного давления при глаукоме, входят аналоги природного гормона простагландина, который при длительном употреблении меняет цвет глаз со светлого на более темный. Больные с темными глазами такие перемены в цвете замечают редко. Зато те, у кого радужка светлая, обращают внимание на это явление намного чаще. Этот факт говорит о том, что цвет глаз находится в определенной зависимости от гормонального фона.

Но есть, оказывается, и такие болезни, которые сопровождаются изменением цвета глаз. Например, при так называемом синдроме Горнера – нервно-мышечной патологии лица, глаза становятся светлее. Отсюда напрашивается вывод, что цвет глаз находится также и под контролем нервной системы.

Кроме того, при некоторых редких воспалительных процессах в глазах, радужка окрашивается в зеленоватый цвет. Нередко при этих синдромах меняет окраску только один глаз. В результате у человека появляется гетерохромия – разноцветные глаза. Врачам известны также случаи врожденной гетерохромии.

Практически до последнего времени считалось, что цвет глаз – это наследственный признак, который вместе с другими особенностями передают человеку его родители. Но оказалось, что это далеко не так. И установили этот факт австралийские ученые. Они доказали, что генетика родителей почти не имеет отношения к тому, какие у человека будут глаза: голубые, карие или зеленые.

Дело в том, что за цвет глаз несут ответственность всего шесть «знаков» в генетическом коде ДНК человека. И от того, какой вариант из этих букв появится в определенном гене, зависит в какой цвет окрасится и радужка глаз человека.

Иными словами, «знаки» в цепочке ДНК, выстраиваясь в разной последовательности, и «окрашивают» глаза в тот или иной цвет. Ученые предполагают, что одни «знаки» этой последовательности делают глаза светлее или темнее, а другие – придают им различные оттенки.

И все эти генетические комбинации осуществляются в одном гене, который называется ОСА2. Он, помимо глаз, отвечает также за цвет кожи и волос. И как раз мутации этого гена приводят к появлению людей-альбиносов.

В этом уникальном исследовании были заняты около четырех тысяч добровольцев, среди которых находилось немало близнецов и близких родственников. В ходе этого эксперимента было установлено, что никакого специального «гена», который отвечает за цвет глаз и передается по наследству, не существует. Да и цепочки нуклеотидов в гене ОСА2 тоже не прямо влияют на цветовые вариации оттенков глаз. Они лишь в довольно значительной степени корректируют тот окончательный цветовой результат, который приобретут глаза в процессе эмбрионального развития человека. Ученые даже смогли установить три последовательности генов, от которых зависит появление у людей голубых глаз.

Таким образом предполагается, что последовательность нуклеотидов в начале гена ОСА2, вероятнее всего, определяет, какое количество пигментного белка должен синтезировать ген. В результате этих биохимических процессов наибольшее количество пигмента производится у людей с карими глазами, а наименьшее – у голубоглазых.

Возможно, поэтому большинство младенцев рождается со светлыми – голубыми или серыми – глазами, которые затем могут изменить свой цвет. Когда же происходят изменения в другом гене, рождаются люди с зеленой радужкой.

УНИКАЛЬНОЕ ОТВЕРСТИЕ

Конечно же, это зрачок – отверстие в непрозрачной радужной оболочке, через которое световой поток проникает внутрь глаза. И название «удивительный» он получил потому, что обладает многими уникальными особенностями.

Во-первых, зрачок служит регулятором световой энергии, поступающей не просто в глаза, а внутрь человеческого организма. Зрачок – это динамичная структура, которая находится в постоянном движении: он то уменьшается в размерах, то увеличивается. Причем в довольно широких границах: от 1,1 до 8 миллиметров. Регулируют диаметр зрачка два очень активных мышечных «мотора», расположенных в глубине радужной оболочки: сфинктер – кольцевидная мышца и дилятор – радиальные мышечные волокна.

При интенсивном световом потоке сфинктер сокращается, а дилятор – расслабляется. В результате зрачок сужается, и на сетчатку попадает меньшее количество света. Наоборот, когда освещение слабое, мышцы дилятора сокращаются, зрачок расширяется, и в глаз попадает больший световой поток.

Таким образом, благодаря зрачку осуществляется постоянное регулирование поступающей в организм световой энергии. При этом было замечено, что чем моложе и здоровее человек, тем более энергично реагируют зрачки на световой поток.

Но, помимо внешних стимулов, радужная оболочка испытывает постоянные воздействия также со стороны внутренних органов, которые посредством вегетативной нервной системы производят автоматическую настройку глаза, обеспечивающую равновесие окружающей световой среды с внутренними потребностями организма.

Так, у детей и молодых людей зрачки широко раскрыты, поскольку для растущего организма требуется достаточно высокий уровень обмена веществ: и именно большое количество поступающего света и обеспечивают широко раскрытые зрачки.

К среднему возрасту диаметр зрачков начинает постепенно уменьшаться, а у пожилых людей он и вовсе становится незначительным.

Большое влияние на диаметр зрачка оказывают различные патологические состояния

«Точечные» зрачки, а также свойственные старикам сужения глазной щели и помутнение прозрачных структур глаза словно приводят в соответствие низкий уровень обменных процессов с малым потоком поступающей в организм энергии.

«Точечные» зрачки характерны также и для новорожденных и детей грудного возраста. Связано это с тем, что в этот период практически не функционирует дилятор, и слабо развиты пигментные слои глаза.

Однако размеры зрачков зависят не только от возраста, но и от многих других факторов. Поэтому их диаметр каждую минуту и секунду постоянно колеблется, и длится этот процесс в течение всей жизни индивидуума. Так, днем, при повышенной активности, зрачки расширяются. То же самое происходит с ними, когда человека охватывает чувство страха или его нервная система находится в состоянии эмоционального напряжения. А вот во время сна или усталости они сужаются.

Большое влияние на диаметр зрачка оказывают различные патологические состояния. Особенно выражены эти изменения при болезнях отдельных нервных центров в головном мозге и в шейных отделах спинного мозга. В то же время лишь незначительные колебания диаметра зрачка наблюдаются при патологиях внутренних органов.

Нередко при болезнях возникает так называемая анизокория: различные размеры зрачков в правом и левом глазах одного и того же человека. При этом считается, что больший по диаметру зрачок соответствует той стороне человеческого тела, на которой находится болезненный орган. Но такая ситуация характерна лишь в начальный период болезни. В дальнейшем при хроническом течении заболевания зрачок сужается.

Поскольку, как отмечалось выше, световой поток регулируется зрачком на протяжении всей человеческой жизни, то смерть всегда сопровождается максимальным расширением зрачков. Известный советский ученый Н. Боголепов утверждал, что расширение зрачков до максимальных размеров является таким же обязательным признаком летального исхода, как прекращение дыхания и сердечных сокращений…

Впрочем, это не самое удивительное в структуре и функционировании зрачка, а также радужки. Богатейшая сеть нервных окончаний, которую образуют три крупнейших нерва – симпатический, парасимпатический и тройничный, – играет роль световоспринимающего устройства. А если принять во внимание, что эти три нерва очень тесно связаны с центрами внутренних органов в головном мозгу, а через них – и с самими этими органами, то можно предположить, что попадающая в глаз световая энергия является своеобразным стимулятором для физиологических процессов, протекающих внутри организма. Эту идею впервые высказал венгерский врач И. Пекцели.

При этом, как показали дальнейшие исследования, световая энергия, попадающая в глаз, делится на два потока: один проникает внутрь тела по периферическому пути, через радужную оболочку и второй – через сетчатку.

По периферическому «каналу» световые импульсы попадают в ретикулярную формацию мозга, в которой происходит биоэнергетическая зарядка сердца, печени, легких, желудочно-кишечного тракта и т. д.

По второму – центральному пути световые сигналы перемещаются, соответственно, через зрачок, сетчатку и сосудистую оболочку глаза в особую область головного мозга – зрительный бугор, неся с собой зрительную информацию и световые активирующие сигналы. В эту же область мозга поступают и другие сигналы из окружающего мира и внутренней среды организма. Вместе они формируют особый заряд активации, который возбуждает всю архитектоническую структуру мозга, в том числе, и кору. Именно этот активирующий фактор влияет как на темперамент, так и на жизненный тонус человека. При этом главным источником энергии для зрительного бугра является свет…

Таким образом, роль зрачка не ограничивается только приемом световой информации из внешнего мира. Зрачок, оказывается, является еще и структурой, обеспечивающей внутренние органы дополнительной энергией, стимулирующей их активное функционирование.

ПИГМЕНТ СТАРОСТИ

Это явление, связанное с нашими глазами, ученые назвали фотобиологическим парадоксом зрения. И у них для этого были все основания. Дело в том, что в этой удивительной особенности зрения свет выступает в двух прямо противоположных ипостасях.

В первой из них – он важнейший для человека носитель зрительной информации. А в другой – весьма опасный фактор, который может нанести значительные повреждения глазным структурам: например, слишком яркий свет может просто сжечь сетчатку глаза.

Искусственный хрусталик глаза

Особую же опасность представляют ультрафиолетовые и, в значительной мере, синие лучи солнечного спектра, хотя продолжительное время синий свет считался целебным, и по этой причине им пользовались для лечения простуды.

Но более тщательные исследования показали, что в клетках сетчатки и расположенного за ней пигментного эпителия с возрастом накапливаются опасные для зрения вещества. Эти соединения весьма активно поглощают синий свет, который стимулирует образование свободных радикалов – исключительно токсичных форм кислорода, которые приводят к разрушительным, а подчас и необратимым явлениям в нашем органе зрения.

Таким вредным соединением является так называемый пигмент старости – липофусцин. А ведь еще в начале 1990-х годов считалось, что это соединение абсолютно безвредное и его можно сравнить с инертными шлаками, которые накапливаются с возрастом. Но вскоре выяснилось, что липофусцин далеко не таков, каким он «прикидывался»: именно он под действием синего света становится активным «творцом» свободных радикалов.

К тому же со временем выяснилось, что многие опасные патологии сетчатки, нередко приводящие к полной слепоте, как раз и сопровождаются чрезмерной концентрацией липофусцина в клетках пигментного эпителия.

Вот в таких парадоксальных отношениях находятся наши глаза и солнечные лучи: с одной стороны, свет несет необходимую для жизни информацию, а с другой, своей синей частью спектра вредит зрению.

Впрочем, трудно поверить, что природа, детально отшлифовывая и совершенствуя в эволюционном процессе механизм нашего зрения, не могла «изобрести» и надежный механизм защиты. И, как говорит практика, эту задачу она благополучно разрешила, в противном случае, взглянув хотя бы однажды на яркий солнечный мир, мы бы просто ослепли.

И то, что природа эффективно разрешила создавшийся парадокс, подтвердили исследования ученых: да, защита есть, причем представленная целыми тремя линиями обороны. И нарушение хотя бы одной из них чревато серьезными заболеваниями зрения.

Первый и самый главный из этих оборонительных рубежей – светочувствительные области зрительных рецепторов, в которых происходит перекодировка светового импульса в зрительный сигнал. Так вот эти клетки примерно каждые две недели обновляются, поэтому они всегда молоды, жизнестойки и могут активно противостоять разрушительным воздействиям свободных радикалов.

Вторую линию обороны создают так называемые антиоксиданты – вещества, замедляющие или предотвращающие окислительные процессы, которых в клеточных структурах глаза намного больше, чем во всех других тканях. Именно антиоксиданты и защищают клетки от повреждающего действия света и кислорода. Этими веществами-защитниками являются хорошо известные нам витамины Е и С, а также комплекс антиоксидантных ферментов.

Кстати, здесь скрыт еще один парадокс зрения: кислород – необходимейший для организма элемент, которого в сетчатке глаза больше, чем где бы то ни было, может стать для нее безжалостным убийцей, разрушив в реакциях фотоокисления, где ключевую роль играют те же свободные радикалы.

И, наконец, третий рубеж обороны представлен хрусталиком глаза. Ведь он не только миниатюрная линза, обеспечивающая четкое изображение на дне глазного яблока, но, одновременно, и эффективный светофильтр, который препятствует проникновению внутрь глаза двух опасных частей оптического спектра: ультрафиолетовой и частично синей, безжалостно их отсекая.

Ученые доказали это, когда попытались ответить на вопрос: почему хрусталик человеческого глаза с годами желтеет? Ведь если у младенца он прозрачный и бесцветный, то у пожилых людей – прозрачный и желтый, а порой даже коричневато-желтый.

Одно время врачи были уверены, пожелтение хрусталика – такой же естественный спутник старости, как морщины на лице или седина в волосах. Но давно известно, что желтый цвет – это труднопреодолимое препятствие для ультрафиолетовой и синей части оптического спектра. И, как оказалось, желтизна в хрусталике как раз и выполняет эти барьерные функции, то есть не пропускает ни ультрафиолетовые, ни синие лучи.

Выходит, что пожелтение хрусталика с годами – это естественный адаптивный механизм, повышающий надежность оптической системы сетчатки от травмирующего воздействия синего света. Теперь ученые знают, что чем больше сетчатка и пигментный эпителий «накопят» липофусцина, тем интенсивнее станет желтый цвет хрусталика. А это значит, что намного меньше он пропустит синих лучей, воспрепятствовав тем самым появлению свободных радикалов. Одновременно он задержит и ультрафиолет, который способствует возникновению катаракты.

Следует заметить, что хрусталик также уменьшает хроматическую аберрацию – преломление лучей под разными углами – способствуя таким образом улучшению качества изображения на сетчатке.

В заключение следует отметить, что все вышеизложенное – это не только любопытные физиологические данные. Это еще и очень важная основа для решения ряда медицинских проблем.

Чтобы убедиться в этом, наверное, следует сделать короткий экскурс в историю. Случилось это в далеком 1946 году. Именно тогда в приемном кабинете известного английского специалиста по глазным болезням Гарольда Ридли появился человек, представившийся военным летчиком в отставке. Он попросил врача удалить из глаза небольшой кусочек пластмассы, который попал туда во время одного из воздушных боев.

Ридли за несколько минут избавил глаз пациента от осколка, а после того, как летчик ушел, стал внимательно присматриваться к крошечному кусочку пластмассы. И вдруг его осенило: ведь осколок пробыл в глазной ткани немало времени, но, тем не менее, остался абсолютно прозрачным – не оброс клетками, не потускнел, и даже глаз от него не воспалился.

И тогда Ридли выточил из пластмассы искусственную линзу и предложил одному из своих пациентов заменить ею пораженный катарактой хрусталик, который довольно быстро прижился.

Правда, со временем выяснилось, что у многих людей, которым имплантировали искусственный хрусталик, на сетчатке появлялся так называемый макулярный отек – избыточное накопление жидкости в центральной зоне сетчатки, называемой желтым пятном, или макулой.

Причина этого явления заключалась в ультрафиолете, который свободно проходит через плексиглас и воздействует на сетчатку. То есть искусственный хрусталик не мог выполнять вторую важнейшую функцию – фильтрующую, и поэтому сетчатка оказывалась полностью открытой для лучей всего солнечного спектра.

Поэтому, чтобы устранить эту проблему, в середине 1980-х годов в мире появились искусственные хрусталики, которые хотя и оставались бесцветными, но поглощали ультрафиолет. И связано это было с тем, что в эту пластмассу ввели желтую краску.

ХРОНОМЕТР В ГЛАЗУ

Ученым известно, что 97 % всей информации, которая регистрируется всеми органами чувств, поступает в мозг через органы зрения.

Поэтому и неудивительно, что глаз представляет сложнейшую систему, в которой наиболее замысловато и оригинально устроена его «воспринимающая» часть – сетчатка. На ее поверхности находятся особые регистрирующие элементы – светочувствительные клетки, называемые палочками и колбочками, которые благодаря специальному пигменту воспринимают попадающие на них световые лучи.

97 % всей информации об окружающем мире мозг получает с помощью глаз

Сначала эти клетки преобразуют световую энергию в электрическую. В результате этих превращений возникает нервный импульс, который передается в подкорковый центр зрительного анализатора – таламус, а оттуда уже в соответствующий центр коры больших полушарий.

Но это, как говорится, одна сторона медали. Дело в том, что наш глаз способен регистрировать не только ту световую информацию, называемую «зрительной», которая попадает на палочки и колбочки, но и так называемую «незрительную», воспринимаемую иными структурами.

Этот факт был установлен в ходе тщательных наблюдений за людьми, полностью лишенными зрения, но у которых, тем не менее, сохранилась способность воспринимать свет в виде «незрительной» информации.

Проведенные на мышах эксперименты тоже подтверждают факт существования различных механизмов восприятия «зрительных» и «незрительных» сигналов, так как даже при отсутствии палочек и колбочек эти животные могли синхронизировать циркадные ритмы. И, как выяснилось, за этот процесс у млекопитающих отвечают клетки ганглионарного слоя сетчатки.

Кроме того, физиологам известно, что если палочки реагируют на весь диапазон волн видимого света, то клетки этого слоя воспринимают лишь ту его часть, которая соответствует длине волны, равную приблизительно 480 нанометрам, а это – синяя область солнечного спектра.

Для того, чтобы изучить механизмы восприятия этих двух типов сигналов у людей, ученые подобрали пациентов, у которых палочки и колбочки не функционировали, но зато ганглионарный слой был в нормальном состоянии.

Правда, практически всегда гибель фоторецепторных клеток влечет за собой и гибель ганглионарного слоя. Но исследователи все же нашли двух больных, которые стали исключением из этого правила. Именно благодаря этим больным ученые и смогли определиться с функциями незрительных рецепторов.