Біологія. 8 клас. Тагліна

§ 33. Зорова сенсорна система

Поміркуйте й обговоріть ситуацію

Очі — це органи чуття, через які людина отримує до 80 % інформації про навколишній світ. Навіть незначне погіршення зору помітно позначається на якості життя. Статистичні дані свідчать, що зір українців за останні 10 років значно погіршився, особливо в молодих людей.

Які основні причини розвитку порушень зору? Як можна запобігти його погіршенню?

Які подразники сприймає зорова сенсорна система?

На Землю від Сонця потрапляє електромагнітне випромінювання, що складається з потоку елементарних частинок — фотонів. Таке випромінювання може мати різну довжину хвилі (мал. 33.1).

Мал. 33.1. Шкала електромагнітного випромінювання

Завдання

Розгляньте шкалу електромагнітного випромінювання (мал. 33.1). Випишіть, яка довжина хвиль відповідає видимому світлу. Що таке ультрафіолет? Що таке інфрачервоне випромінювання?

Рецептори ока людини здатні сприймати світло лише видимого діапазону, що відповідає кольорам веселки: від фіолетового до червоного. Деякі тварини можуть сприймати ультрафіолет (північні олені, сиворакші, деякі сови, різні метелики, бджоли, скорпіони) та інфрачервоне теплове випромінювання (гримучникові змії, удави, комарі, постільні клопи, деякі кажани, жуки).

Ми здатні бачити лише ті об’єкти, від яких відбивається світло видимого діапазону. Так, об’єкт на вигляд білий, якщо від нього відбивається все випромінювання видимого діапазону та потрапляє нам на рецептори ока. Якщо ж від об’єкта відбиваються лише певні світлові промені, то ми розрізняємо їхні довжини хвиль як окремі кольори (мал. 33.2).

Відкритий мікрофон

Чому деякі предмети на вигляд чорні? Чи існує чорний колір?

Мал 33.2. Сприймання відбитого від об'єктів світла оком людини

Будова зорової сенсорної системи

Зорова сенсорна система, або зоровий аналізатор, здійснює сприймання й обробку світлових подразників (мал. 33.3).

Мал. 33.3. Нервові шляхи зорової сенсорної системи

Моделювання. Проаналізуйте зображені складники зорової сенсорної системи на мал. 33.3. На основі малюнка побудуйте блок-схему зорового аналізатора за принципом, що подається в параграфі 32 (мал. 32.1). Яку функцію виконує середній мозок, сприймаючи інформацію про світлові сигнали? Яку функцію виконують таламус і нейромережі зорової кори?

Будова ока

Очі розташовані в орбітах, що утворені кістками черепа. Вони забезпечують регулювання, спрямування та заломлення пучка світла для його фокусування на фоторецепторах. За допомогою електричних імпульсів інформація про сприйняте рецепторами світло передається зоровим нервом у головний мозок.

Очне яблуко складається з трьох оболонок, кришталика (лінзи), а всередині воно заповнене желеподібною речовиною — склистим тілом (мал. 33.4).

Мал 33.4. Будова ока

Довідка. Еумеланін має коричнево-чорний колір, а феомеланін — рудий. Різне забарвлення райдужної оболонки зумовлене їхньою кількістю, співвідношенням і розподілом у клітинах. У науково-фантастичних фільмах сканують не сітківку ока, а саме райдужку, оскільки її структура унікальна для кожної людини.

Зовнішня білкова оболонка — склера — побудована зі сполучної тканини. Спереду вона переходить у випуклу прозору рогівку, яка пропускає, спрямовує та фокусує світло в зіницю.

Середня оболонка ока пронизана мережею кровоносних судин, що живлять усі його частини. Вона утворює райдужну оболонку, яка обмежує зіницю. Клітини райдужної оболонки зумовлюють «колір очей», оскільки містять пігмент еумеланін і феомеланін (мал. 33.5). А її м’язи змінюють просвіт зіниці.

Поділіться своїми думками

Навіщо райдужна оболонка містить меланін?

Мал. 33.5. Від співвідношення та кількості пігментів у клітинах райдужної оболонки залежить колір очей

Дослідження реакції зіниць на світло

Виконуйте дослідження в парі. Зробіть відеозапис зіничного рефлексу за допомогою смартфона або іншого ґаджета.

1. Заплющіть очі й прикрийте їх руками. Приберіть руки й розплющіть очі. Ваш партнер має зафільмувати зіничний рефлекс. Повторіть дослідження, змінивши ролі.
2. Що ви спостерігаєте на відео? Які зміни зіниці відбулися під час заплющення очей, а які — після розплющування?
3. У висновках опишіть, за яких умов зіниці розширюються, а за яких — звужуються, яке це має пристосувальне значення та який відділ мозку відповідає за цей рефлекс.
4. Поміркуйте, навіщо лікарі за допомогою ліхтарика перевіряють наявність зіничного рефлексу в непритомних пацієнтів?

Війкове тіло — це гладенький м’яз, розташований позаду райдужної оболонки. Він пов’язаний із капсулою кришталика. Кришталик заломлює та фокусує світло на фоторецепторах сітківки ока. Розслаблення або скорочення війкового тіла змінює кривизну кришталика, а отже, і заломлювальну здатність лінзи. Цей процес називають акомодацією. Він дає змогу чітко бачити предмети на різній відстані. Між рогівкою та райдужною оболонкою, а також між нею та війковим тілом із кришталиком є дві камери — передня та задня. Вони заповнені водянистою вологою.

Кришталик — це опукла лінза, яка заломлює світло, створюючи зменшене та перевернуте зображення. Це зображення фокусується за допомогою кришталика на фоторецепторах сітківки ока.

Дослідження акомодації ока

1. Візьміть аркуш паперу, зробіть у його центрі отвір діаметром 1,5-2 см. Безпосередньо навколо отвору напишіть якесь слово.

2. Розташуйте аркуш на відстані близько 20 см від очей. Отвір спрямуйте на віддалену дошку, де написані якісь цифри.

3. Прочитайте літери слова навколо отвору. Як за цих умов ви бачите цифри на дошці? Назвіть цифри на дошці. Як ви бачите літери навколо отвору?

4. Використовуючи схематичний малюнок, поясніть механізм акомодації (фокусування) ока. Чому постійне споглядання близьких об'єктів призводить до втоми очей?

5. За умов порушення акомодації ока відбувається погіршення зору: міопія (короткозорість) — нечітке бачення віддалених об'єктів — і гіперопія (далекозорість) — нечітке бачення близьких об'єктів.

Використовуючи схематичний малюнок, поясніть, як формується зображення в нормі та які зміни відбуваються в процесі порушення зору. Як за допомогою контактних лінз чи окулярів корегують зір?

6. Дізнайтеся про те, що таке лазерна корекція зору. Що саме роблять під час цієї процедури з рогівкою, щоб повернути чіткість зору без використання лінз?

Внутрішня оболонка ока — це сітківка. Вона має кілька шарів. Найглибше розташований шар пігментних клітин. Він поглинає світло, що не поглинули фоторецептори. Це перешкоджає відбиванню й розсіюванню світла по сітківці, дає змогу зберегти контрастність і чіткість зображення. Наступний шар клітин сітківки — це фоторецептори: палички та колбочки (мал. 33.6).

Мал. 33.6. Будова сітківки

Палички — це рецепторні клітини, що містять пігмент родопсин. Він складається з білка опсину та ретиналю (похідне вітаміну А). Саме ретиналь забезпечує поглинання світла в синьо-зеленому діапазоні. За умов низького освітлення (сутінки, ніч) палички забезпечують зір без розрізнення кольорів. Коли яскраве світло поглинається, родопсин «вигорає», й потрібно близько 30 хв для його оновлення.

Колбочки — це рецепторні клітини, що містять пігменти фотопсини та забезпечують колірний денний зір за системою RGB. У сітківці людини — три типи колбочок із різними фотопсинами. Вони сприймають, відповідно, червоний (Red), зелений (Green) і синій (Blue) кольори. Найбільша кількість колбочок у жовтій ямці, де в нормі фокусується зображення на сітківку.

Увага! Якщо постійно дивитися на яскраві об'єкти, наприклад, екран телефона, це призведе до значного погіршення зору!

Генетичні мутації, що призводять до відсутності пігменту колбочок, спричиняють втрату здатності розрізняти один (частіше червоний) або кілька кольорів. Таку особливість людей називають колірною сліпотою, або дальтонізмом. Її діагностують за допомогою спеціальних картинок, що мають крапки різних кольорів. Якщо людина не розрізняє якийсь колір, то вона не зможе правильно назвати цифри, літери чи інші об’єкти, зображені на таких картинках.

Для профілактики проблем із зором важлива вчасна професійна діагностика, яку проводить лікар-офтальмолог (мал. 33.7).

Мал. 33.7. Перевірка зору за допомогою спеціального обладнання

Зовнішній шар сітківки містить нервові клітини, які формують аксони зорового нерва. Він виходить із сітківки в місці, що називається сліпа пляма, оскільки тут немає фоторецепторів. Фокусування променів від об’єктів на цю ділянку сітківки унеможливлює їхнє бачення.

Знайдіть інформацію й виконайте завдання

Що таке адитивна колірна модель RGB? Як за її допомогою отримають різні кольори? Де та як її використовують у технологіях?

Приклад картинок із тесту на колірну сліпоту (дальтонізм)

Завдання

1. Є прислів'я «Уночі всі коти сірі». Можете переконатися, що так воно і є. Як це явище можна пояснити з точки зору особливостей функціонування зорової системи людини?
2. У народі кажуть: «Не очі бачать, а людина; не вуха чують, а душа». Як ця українська народна мудрість пов'язана з будовою й функціями зорової та слухової сенсорних систем? Поясніть, чому ви так вважаєте.

Дослідження з виявлення сліпої плями на сітківці ока

1. Розташуйте підручник на відстані 30-35 см. Сядьте так, щоб ваш ніс опинився навпроти круга. Заплющте праве око. Сфокусуйте зір на кругові й повільно наближайтеся до підручника, поки хрестик зліва не зникне.

2. За допомогою лінійки виміряйте приблизну відстань від вашого ока до аркуша підручника, коли хрестик зникне.

3. Повторіть аналогічне дослідження для другого ока, розташувавши ніс навпроти хрестика й заплющивши ліве око.

4. У нормі відстань фокуса на сліпу пляму в обох очей має бути однаковою. Позначте результат вашого дослідження. Поясніть практичне значення здобутих вами знань про сліпу пляму.

Механізм бінокулярного зору

Розташовані в одному напрямку поля зору обох очей, два ока дають змогу людині бачити предмети об’ємними (3D). Кожне око отримує відбиті від предметів промені під різними кутами. До того ж поля зору обох очей перехрещуються, що дає інформацію про різні сторони об’єкта (мал. 33.8). Нейромережі зорової кори порівнюють світлотіні й інші характеристики об’єкта й «узагальнюють» обидві картинки від різних очей в одну, формуючи об’ємне зображення. Такий тип зору називають бінокулярним. Він дає змогу чітко визначати відстань і розташування об’єктів у просторі. Ця здатність була важливою для приматів, що стрибають по гілках, а також предків людей для орієнтування в саванах.

Мал. 33.8. Схема бінокулярного зору людини

Допоміжний апарат ока

Допоміжний апарат ока забезпечує його повноцінну роботу. В умовах наземно-повітряного середовища дуже важливими є слізні залози, що виробляють сльози для зволоження й очищення ока. Вона також містить лізоцим, що знешкоджує бактерії (мал. 33.9). Повіки — це складки шкіри, що захищають очі від пилу, розподіляють сльозу й очищують око. Брови запобігають потраплянню в очі поту, який стікає з лоба. Вії захищають око від пилу. М’язи ока забезпечують рухи очних яблук, завдяки чому людина може стежити за переміщенням об’єктів, не повертаючи голови.

Мал. 33.9. Допоміжний апарат ока

Ознайомлення із вправами гімнастики для очей і гігієною зору

1. Швидко й легко кліпаємо 1 хвилину.

2. Кілька секунд дивимося на віддалений об'єкт, потім перекидаємо погляд на близько розташований предмет. Можна ускладнити навантаження: фокусуватися на трьох-чотирьох різновіддалених об'єктах.

3. Упродовж хвилини робимо рухи очними яблуками:

— угору — вниз із максимальною амплітудою;

— коловий рух за годинниковою стрілкою й навпаки;

— рух за діагоналлю;

— рухаємо очі літерою S: спочатку в горизонтальному положенні, потім — у вертикальному;

— зводимо зіниці до перенісся щосили, наблизивши палець до носа.

4. Міцно заплющуємо очі на кілька секунд, потім розплющуємо їх. Повторюємо 8-10 разів.

Під час роботи за комп’ютером слід пам’ятати, що оптимальна відстань до екрана — 60-80 см (мал. 33.10). Необхідно частіше кліпати очима. За умов постійної роботи за комп’ютером робіть невелику перерву через кожні 40-60 хв. Коли пересихають очі, використовуйте «штучні сльози». Регулярно виконуйте гімнастику для очей.

Мал. 33.10. Дотримуйтеся правил безпеки під час роботи за комп'ютером

STEAM-проєкт «Виготовлення моделі ока та дослідження оптичної системи ока»

1. Вам знадобляться пластикова розбірна акрилова куля, лінза для лупи без ручки, ліхтарик, аркуш чорного паперу, ножиці, клейовий пістолет.
2. Обережно виріжте отвір за розмірами лінзи. Задню внутрішню півсферу покрийте чорним папером, зафіксувавши його клеєм.
3. Уставте та вклейте лінзу в отвір кулі.
4. Наближаючи та віддаляючи ліхтарик, встановіть відстань, на якій лінза чітко фокусуватиме промені на чорному екрані.
5. Поставте на цій відстані якийсь об'єкт, наприклад, вирізану літеру «А», й освітіть її ліхтариком. Яке зображення ви отримаєте на екрані?
б. Модель можна ускладнити поворотним механізмом для кількох лінз різної оптичної сили.
7. Порівняйте вашу модель із наявною в кабінеті біології моделлю ока. Розберіть-зберіть модель, назвіть її частини та їхні функції.
8. За бажанням знайдіть в інтернеті симулятори моделей ока, які дають змогу змінювати кривизну кришталика, та протестуйте ці віртуальні моделі. Висловіть власну думку, які моделі кращі: реальні чи віртуальні?

Поміркуйте й обговоріть ситуацію

Чим корисні наочні та віртуальні моделі для учнівства та вчительства? У чому вам допомогла розібратися ваша STEM-модель? З якою метою лікарі чи лікарки використовують подібні моделі органів людини?

Опорні точки

Зоровий аналізатор складається з очей, зорових нервів, ядер таламусу та зорової зони в потиличній частці кори головного мозку. Фокусування променів світла, утворення зменшеного та перевернутого зображення на сітківці забезпечує кришталик (опукла лінза). У сітківці ока є два типи фоторецепторів: колбочки (колірний денний зір) і палички (сприймання всього спектра світла в сутінках).

Запитання і завдання

1. Знайдіть інформацію про зорові ілюзії. Розгляньте в класі кілька прикладів таких ілюзій. Поясніть, чому вони виникають.
2. Уявіть себе ілюзіоністом чи ілюзіоністкою. Продемонструйте будь-який фокус, де використовується знання про зорові «омани» нашого мозку.
3. Запропонуйте креативну ідею рекламної кампанії нових окулярів. Спробуйте переконати аудиторію, що окуляри — це стильно, сучасно й краще за контактні лінзи та лазерну корекцію зору.
4. Чому всім людям, а особливо в деяких професіях, украй необхідно враховувати обмеженість нашого поля зору через сліпу пляму.
5. Знайдіть інформацію й поясніть механізм роботи окулярів, які допомагають людям із колірною сліпотою побачити всі кольори.
6. У всесвітньо відомій серії книжок про Гаррі Поттера авторка Дж. Роулінг придумала плащ-невидимку. Чи можливо створити подібний плащ у реальному світі? Чи вдалося наразі вченим втілити цю «магію» в технологіях? Чим би були корисні такі плащі?

Зміст