Фокус находится за сетчаткой

Аметропия – клиническая рефракция, при которой задний главный фокус параллельных лучей не совпадает с сетчаткой. В зависимости от его нахождения аметропия подразделяется на миопию и гиперметропию.

Классификация аметропии (по Трону):

— осевая – преломляющая сила глаза в пределах нормы, а длина оси больше или меньше, чем при эмметропии;

— рефракционная – длина оси в пределах нормы, преломляющая сила глаза больше или меньше, чем при эмметропии;

— смешанного происхождения – длина оси и преломляющая сила глаза не соответствует норме;

— комбинационная – длина оси и преломляющая сила глаза в норме, но их сочетание неудачное.

Миопия – вид клинической рефракции, при которой задний главный фокус находится перед сетчаткой, следовательно, преломляющая сила слишком велика и не соответствует длине глаза. Поэтому, чтобы лучи собирались на сетчатке, они должны иметь расходящееся направление, то есть дальнейшая точка ясного видения расположена перед глазом на конечном расстоянии. Острота зрения у миопов снижена. Чем ближе к глазу лежит Rp, тем сильнее рефракция и выше степень миопии.

Степени миопии: слабая – до 3,0 дптр, средняя – 3,25-6,0 дптр, высокая – выше 6,0 дптр.

Гиперметропия – вид аметропии, при которой задний главный фокус находится за сетчаткой, то есть преломляющая сила слишком мала.

Для того, чтобы лучи собирались на сетчатке, они должны иметь сходящееся направление, то есть дальнейшая точка ясного видения расположена за глазом, что возможно только теоретически. Чем дальше за глазом расположена Rp, тем слабее рефракция и выше степень гиперметропии. Степени гиперметропии такие же как при миопии.

Астигматизм не является самостоятельным видом рефракции. Он характеризуется сочетанием в одном глазу двух видов клинической рефракции или разных степеней одного вида аметропии.

При астигматизме преломляющие поверхности оптических сред имеют не сферическую, а эллиптическую форму. Одни меридианы – с более коротким радиусом, а, следовательно, с более сильной рефракцией, другие – с более длинным радиусом и более слабой рефракцией. Самый сильный и самый слабый меридианы перпендикулярны друг другу – это главные меридианы. Поэтому лучи, проходящие через оптическую систему астигматического глаза, не могут после преломления собраться в одну точку, а образуют две фокальные линии (переднюю и заднюю), которые занимают по отношению к сетчатке разные положения (рис. 36).

Рис. 36. Коноид Штурма

Классификация астигматизма:

1. Физиологический – астигматизм до 0,5 дптр, не влияющий на остроту зрения.

2. Патологический:

— неправильный – характеризуется локальными изменениями преломляющей силы в одном меридиане. Обычно обусловлен заболеваниями роговицы и очковой коррекции не поддается;

— правильный – имеет одинаковую преломляющую силу на протяжении всего меридиана. Его различают по виду, типу и степени.

Вид правильного астигматизма определяется характером клинической рефракции в двух главных меридианах. Имеется пять видов астигматизма:

1. Простой миопический – сочетание эмметропии в одном меридиане и миопии в другом:

М Еm

Еm М

2. Простой гиперметропический – сочетание гиперметропии в одном меридиане и эмметропии в другом:

Н Еm

Еm Н

3. Сложный миопический — сочетание миопии разной степени в двух меридианах:

М 1,0 дптр

М 3,0 дптр

4. Сложный гиперметропический – сочетание гиперметропии разной степени в двух меридианах:

Н 4,0 дптр

Н 2,0 дптр

5. Смешанный астигматизм – сочетание миопии и гиперметро-пии в главных меридианах:

М Н

Н М

Тип астигматизма определяется преломляющей силой в главных меридианах:

1. Астигматизм прямого типа – меридиан с более сильным преломлением расположен вертикально или ±300 от вертикали:

М 4,0 дптр

Н 1,0 дптр

2. Астигматизм обратного типа – меридиан с более сильным преломлением расположен горизонтально или ±300 от горизонтали:

Н 1,0 дптр

М 1,0 дптр

3. Астигматизм с косыми осями – оба меридиана лежат в секторах от 300 до 600 и от 1200 до 1500 по системе ТАБО:

Em Н

Степень астигматизма определяется алгебраической разностью преломляющей силы двух главных меридианов:

Em Н 6,0 дптр

М 3,0 дптр Н 2,0 дптр

Степень = 3,0 дптр. Степень = 4,0 дптр.

Для сопоставления рефракции астигматического глаза со сферическими видами рефракции используют понятие сферический эквивалент – это средняя арифметическая рефракция двух главных меридианов.

М 2,0 дптр М 1,0 дптр

М 6,0 дптр Н 3,0 дптр

Сферический эквивалент -4,0 дптр Сферический эквивалент +1,0 дптр

Анизометропия – неравенство рефракций в парных глазах, которое превышает 0,5 дптр.

Небольшие степени ее встречаются часто и не оказывают заметного влияния на зрительные функции. Если анизометропия более 2,0 дптр, то при очковой коррекции наблюдается неодинаковая величина изображения предметов на сетчатках обоих глаз – анизейкония, которая препятствует фузии. В результате этого происходит нарушение бинокулярного зрения и появляются жалобы пациентов на головокружение, искажение видимого пространства, двоение предметов.

Перед началом статьи обращаюсь к маленьким фотографам — запасайтесь огнетушителями.
Поехали!

В этой статье я постараюсь обойтись без аналогий глаза с фотоаппаратом и мозга с компьютером. Почему?
С самых первых попыток изучения мозга человеком люди искали аналогии для облегчения понимания/объяснения его работы. Для каждой эпохи были свои примеры — человек сравнивал мозг с самым сложным устройством своего времени:
— паровые машины,
— ламповая техника,
— сегодня это компьютеры,
— в будущем…
Обратимся за материалом к учебникам по физиологии, дабы избежать ненужных заблуждений.

Глаз как оптическая система

На этом рисунке добавил пояснения для удобства.

Начнём с руководства по офтальмологии.
Суммарная преломляющая сила всей оптической проводящей системы глаза называется физической рефракцией.
Диоптрии всех оптических сред глазного яблока:
— роговица ~ 43 дптр,
— передняя камера ~ 3 дптр,
— хрусталик ~ 19-33 дптр,
— стекловидное тело ~ 6 дптр.
Передняя камера заполнена водянистой влагой — жидкостью по оптическим свойствам близкой к воде. (Ремизов А.Н. «Медицинская и биологическая физика» с.384)
Необходимо понимать, что первые три среды являются собирающими свет, а стекловидное тело рассеивает его, поэтому при расчёте мы отнимаем это значение.

Сила преломления рассчитывается в диоптриях по простой формуле из геометрической оптики:
Д=Др+Дп.к+Дхр-Дст.т.= 43+3+19-6=59 дптр

Значение хрусталика в этом расчёте принято

19 дптр

, так как оно соответствует его рефракции в расслабленном состоянии, когда мы смотрим в даль.

Дальше переводим диоптрии в миллиметры:
F=1/Д=1/59=0,0169 м=17 мм.

Вывод: фокусное расстояние глаза человека ~17 мм.

На этапе изучения оптических свойств

глаза

мы имеем значение ~17 мм.
Цитата — «Возьмем случай, где средняя физическая рефракция (60,0D) в глазном яблоке с передне-задним размером средней величины (23 мм). Нетрудно подсчитать, что при толщине роговицы около 1 мм, глубине передней камеры около 3 мм и отрезке от переднего полюса хрусталика до узловой точки 2 мм, от последней до сетчатки остается как раз 17 мм, что и обеспечит фокусировку параллельных лучей в центральной ямке желтого пятна, так как совпадает с главным фокусным расстоянием.»

С.А.Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.

Но, думаю, кто-то возразит — фокусное расстояние должно быть около 50мм!

Почему должно и почему некоторым так кажется? Для ответа на этот вопрос мы двинемся дальше — в зрительную кору.

Зрительная кора

Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в своих знаменитых работах по физиологии зрения установили, что путь сетчатка->ЛКТ->первичная зрительная кора имеет топографическую организацию.
Это говорит нам о том, что порядок, в котором волокна зрительного нерва выходят из сетчатки сохраняется и в коре V1.
А визуализировать это утверждение смог Р. Тутелл. Для этого он взял макака, нашпиговал его транквилизаторами и в течение 45 минут показывал мишень с тремя радиальными кружками. Обезьян смотрел на рисунок только одним глазом. Перед всей этой затеей животному сделали инъекцию радиоактивной 2-дезоксиглюкозы.
Так как нейроны питаются исключительно глюкозой, то можно легко отследить самые активные клетки — они потребляют больше всего сахара.
После этого первичную зрительную кору макаки растянули, заморозили и проявили радиоактивные метки.
Результат на рисунке ниже.

Самый маленький кружок в центре мишени на топографической проекции в коре занимает площадь совсем немного меньше, чем площадь внешнего круга. У человека этот эффект ещё более выражен — центральная часть поля зрения проецируется на бОльшие площади в коре.
Для облегчения понимания был создан такой рисунок:

Здесь прекрасно видно, как увеличивается изображение с центра сетчатки.
Сделаю ударение на том, что это не оптическое, а кортикальное увеличение.

Подведём итог:
— фокусное расстояние ~17 мм,
— охват поля зрения одного глаза по горизонтали 140 – 160˚,
— изображение с центральной части сетчатки создаёт в коре ощущение(феномен) увеличенной картинки, хотя оптически проекция равномерная.

UPD:

И всё же, для успокоения тех, у кого подгорает от 17 мм — выше была дана цифра фокусного расстояния для ВСЕГО глаза и для ВСЕГО поля зрения.
Чёткое зрение у нас только в центральной части сетчатки, которая называется Fovea. Угловое разрешение этой части сетчатки 1˚40′. Когда мы смотрим на мир вокруг(читаем текст, разглядываем пейзаж), то практически всегда наше внимание находится в этой маленькой точке с угловым разрешением около 1 градуса. Да, сознательно мы можем сместить внимание хоть на край сетчатки — там, где картинка совсем нечёткая. Но расширить зону внимания невозможно — такова физиология зрительной коры и феноменология построения той картинки, которую мы видим в итоге. И исходя из этого зрительного опыта создаётся впечатление о более узком поле зрения(длинном фокусном расстоянии), чем есть на самом деле.

Литература:
В.В.Вит «Строение зрительной системы человека» 2003 г.
Е.А.Егоров «Офтальмология» 2010 г.
С.А.Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.
Новохатский А.Г. «Клиническая периметрия», 1973 г.
Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730700774X
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10944/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5446894/
https://books.google.com/books?id=_yYrIBT42BkC&pg=PA414