Реферат: Моделювання біофізичних процесів зорової системи
Кожне око встановлюється в очниці у визначене положення шістьма екстраокулярними м'язами, що розбиваються на три пари, причому м'яза кожної пари працюють у противофазі, забезпечуючи рух очей у трьох ортогональних площинах. Для обох очей задача спостереження за об'єктом повинна виконуватися з точністю до декількох кутових хвилин, інакше видиме зображення буде двоїтися. Настільки точні рухи вимагають для своєї реалізації набір тонко набудованих рефлексів, включаючи ті, котрі контролюють положення голови.
Зі складного сполучення дії окремих м'язів обох очей складаються їх спільні координовані рухи (вольові і рефлекторні), що керуються і контролюються блоком керування.
Для забезпечення найкращих умов для одержання інформації зоровою системою окорушівні м'язи повинні певним чином повертати, а, найчастіше, довгостроково утримувати очні яблука в строго визначеному положенні. Так що зрозуміло їхню істотну роль у процесі зорового сприйняття.
Уся сукупність несітчастих частин очей, описана вище, призначена для забезпечення одержання на двох сітчатках сфальцьованого чіткого зображення зовнішнього світу, що, перш ніж буде усвідомлене і проаналізовано, повинне перетерпіти безліч перетворень, здійснюваних, наступними за першим, блоками зорової системи.
Другим блоком зорової системи є приймач і первинний аналізатор – сітківка. Вона перетворить світло в нервові сигнали, дозволяє сприймати інформацію при різній освітленості, розрізняє довжини хвиль (сприйняття кольору), забезпечує високу здатність ока, що дозволяє.
Сітківка – частина мозку, що відокремилася від нього на ранніх стадіях розвитку і зв'язана з ним за допомогою зорового нерва. Товщина сітківки не перевищує чверті міліметра. Вона містить три шари тіл нервових кліток, розділених двома шарами синапсів, утворених аксонами і дендритами цих кліток. Шар на задній поверхні сітківки містить світлочутливі рецептори – палички і колбочки. Палички відповідальні за сутінковий зір, колбочки за тонкі деталі і колірний зір.
У центральній зоні сітківки (центральній ямці), розміром у півміліметра, маються тільки колбочки, ця зона найбільш точного зору. У цій зоні всі шари сітківки зміщаються до периферії, утворюють кільце й оголяють центральні колбочки, тобто колбочки розташовуються в самій поверхні, тоді як у всій іншій сітківці світло повинне пройти через два передніх шари і стимулювати їх. Ці шари перед рецепторами досить прозорі і, імовірно, не сильно шкодять чіткості зображення.
Наявність на сітківці ділянки з найбільш високим зором, дуже маленького по площі, показує ту істотну роль першого блоку зорової системи в точності настроювання і фокусування. Ця точність необхідна відразу двом очам, у противному випадку можливі всякі розлади сприйняття, що приводять не тільки до функціонального, але і до структурної перебудови зорової системи в цілому і її роботі зі скороченій програми.
Око містить 125–130 мільйонів паличок і колбочок, що зв'язані з 1 мільйоном гангліозних кліток, причому зв'язку центральних колбочок з гангліознимі клітками інші, чим зв'язки інших паличок і колбочок. Різні по характері зв'язку дозволяють одержати різний по гостроті зір. Об'єкти зовнішнього світу зображуються оптичною системою ока на сітківці у виді світлового потоку різної щільності. Розподіл порушень світлочутливих елементів сітківки відповідає розподілу на ній освітленості. Вже в самій сітківці відбувається складна обробка сигналів, що надходять від фоторецепторів. Це підтверджується тим, що на 130 мільйонів рецепторів приходиться всього 1 мільйон волокон зорового нерва, причому частина з них відцентрові. Тобто вже на рівні сітківки відбувається квантування первісне безупинного зображення. Дискретність, внесена зоровою системою, обмежує кількість інформації про об'єкти, що надходить у вищі відділи. Обмежено число помітних градацій яскравості, зображення складається з кінцевого набору дискретних елементів, усередині яких зміни яскравості не можуть бути розрізнені. Зорове сприйняття дискретне і в часі, око не розрізняє змін, що відбуваються за занадто малий час. Пропускна здатність сітківки складає десятки мільйонів двоічних одиниць у секунду, а для всього зорового аналізатора пропускна здатність не перевершує декількох десятків двоічних одиниць у секунду. Изольованно розглянута сітківка може пропустити великий потік інформації, однак одержувач повідомлень – вищі відділи зорового аналізатора – робить строгий вибір інформації з потоку повідомлень, оскільки він характеризується великою статистичною надмірністю, а в міру проведення кодування інформації для передачі у вищі відділи, повідомлення представляються в усі більш ощадливій формі.
Число нейронних каналів, що беруть участь у передачі зорової інформації, з кожним кроком зменшується, причому інформація стає на один крок ближче до тієї форми, у якій вона використовується і зберігається в пам'яті.
Таким чином, пропускна здатність зорового аналізатора – це гранична кількість інформації, що може бути сприйнято зоровою системою в цілому.
На рівні первинного аналізатора – сітківки статистична надмірність зображень не усунута і природне необхідна висока пропускна здатність передавальних шляхів. У вищих відділах зорового аналізатора, завдяки статистичному кодуванню, надмірність зменшується настільки, що тут потрібно набагато менша пропускна здатність. Це обумовлено тим, що у вищих відділах зорового аналізатора виробляється кодування великих сукупностей зв'язаних елементів у формі зорових образів.
Зоровий аналізатор є системою зв'язку, що служить для передачі зведень про стан зовнішнього світу у вищі відділи ЦНС. У будь-якій подібній системі для передачі повідомлень повинний існувати ряд операцій (квантування, нагромадження, виділення сигналу із шуму, декореляції й ін.), що у зоровій системі виконуються рецептивними полями сітківки – універсальними поліфункціональними утвореннями.