Orvosi Fizika 2. Az érzékszervek biofizikája: a látás Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet Szeged, 2012. március 19. A hallás fizikája 1
Látószervünk működése (fizikai alapok) (tankönyv 309-322 old.) bemenő optikai rendszer fiziológiai - biológiai jelfeldolgozás agyi mechanizmusok: pszichológiai jelfeldolgozás környezetből származó fény - inger, vagy - stimulus idegi gerjesztések: fény- érzet feldolgozott információ: fény - észlelet A hallás fizikája 2
A szem működése (egyszerűsítve): A szembe érkező fénysugarak 2 helyen törnek meg (nagyon): Szaruhártya Lencse- több átmenet van Áthaladnak az üvegtesten Retinára érkeznek, ahol kicsinyített fordított állású kép keletkezik A fény hatására a receptorok ingerületbe jönnek Az ingerületet átveszik az idegsejtek és látóidegként kilépnek A látóideg részlegesen átkereszteződik Thalamusban átkapcsolódik Látópályaként jut az agykéreg nyakszirtlebenyébe A hallás fizikája 3
Látószervünk működése, 2 a szem leképező mechanizmusa (részletesen lsd. 3. gyakorlat és a hozzá tartozó jegyzet) retina: csapok és pálcikák: a fényinger ideg ingerületté való alakítása az agy felé továbbítandó ingerületek kialakulása a retinában idegpályák mechanizmusa agyi feldolgozás: észlelet kialakulása a mentális kép összetevői:forma, mozgás, szín információk asszociációk kialakulása: tárgy (pl. betűkép) azonosítása A hallás fizikája 4
Az emberi látórendszer felépítése - sematikus ábra A hallás fizikája 5
A pupilla szabályozza a szembe jutó fény mennyiségét Fény adaptáció: a környezeti fénysűrűséghez való igazodás, pupilla átmérő csökken a növekvő fénysűrűséggel: 8... 2 mm látóélesség nő növekvő fénysűrűséggel, csökkenő pupilla átmérővel (3-4 mm-ig) a pupilla átmérő változási sebessége fénysűrűség irány változás függvénye A hallás fizikája 6
Pupilla átmérő változása: sötétből világosba (300 cd/m 2 ) 8 7 pupilla átm., mm 6 5 4 3 2 0 1 2 3 4 5 T, s A hallás fizikája 7
A szaruhártya elülső felszínének görbületi sugara. 7,7 mm (7-9 mm) hátsó felszínének görbületi sugara: 6,8 mm vastagsága: 0,5-1,0 mm törésmutatója: 1,37 elülső felszínének törőereje: 48,8 D hátsó felszínének törőereje: -5,8 D A szemlencse: elülső felszínének görbületi sugara: 7,9-12,7 mm (átlagosan 10 mm) hátsó felszínének görbületi sugara 5,1-9,0 mm (6 mm) vastagsága: 3,4-4,4 mm (3,6 mm) törésmutatója: a széli részén 1,37-1,41 a középső részén 1,41-1,44 törőereje: 21,5 D (középérték) 2011. december 7. A csarnokvíz és az üvegtest törésmutatója: 1,3 A hallás fizikája 8
a szaruhártya (cornea), az első csarnokot kitöltő csarnokvíz (humor aquaeus), a szemlencse (lens crystallina), A lencse A szemlencse fizikája: törőképesség változásai (a görbület változik) akkomodáció mechanizmusa (lencse függesztő rostok) életkorfüggőség, presbyopia, cataracta (a lencse fényáteresztő képessége változik meg) és a hátsó csarnokot kitöltő, kocsonyás anyagú üvegtest (corpus vitreum). A hallás fizikája 9
A szem belnyomása (Intraocularis nyomás) értéke: 10-16 Hgmm, mérése a csarnokvíz keringése a pupilla szerepe a csarnokvíz elfolyásában krónikus belnyomás emelkedés glaucoma (zöldhályog) egyik fajtája A hallás fizikája 10
Látótér (Átismételni a poláris koordinátákat) látótérvizsgálat :a beteg látóterének egyes részei milyen erősségű fényt képesek érzékelnistatikus perimetria : előre kiválasztott pontokban mérjük meg a látótér érzékenységét kinetikus perimetria: ismert méretű és intenzitású jelet mozgatunk a periféria felől a látótér centruma felé Jelentősége: zöldhályog (glaukóma) diagnosztikájában és gondozásában, valamint neurooftalmológiai betegségekben 2011. december 7. A hallás fizikája 11
Egy szemmel (jobb) Két szem esetén A legélesebb kép a látómező 2-30 0 kúp szögön belül. 12 A hallás fizikája 12
látóideg Ember retinája A hallás fizikája 13
A retina szerkezete A hallás fizikája 14
Az optikai jel feldolgozása a retinán A cornea és szemlencse leképezi a külvilágot a retinára: fény inger kép A retinán fényérzékelők: csapok (nappali és színes látás) és pálcikák alakítják az ingert ideg-ingerületté további sejtek a retinában előföldolgoznak, majd az agy felé továbbítják a jelet, ahol kialakul a fény észlelet kép A hallás fizikája 15
Fényérzékelő sejtek csapok koncentrációja nagy a foveában (látógödör, sárga folt) pálcika koncentráció nagy a periferiális tartományokban fovea központi tartománya a foveola ~ 120 millió pálcika (sötétben látás) és ~ 5 millió csap (színlátás) ~ 125 millió látóideg A hallás fizikája 16
A receptorok A retina elektronmikroszkópos képe: a pálcikák és a közöttük a csapok A nappali látás receptorai a csapok Az éjszakai látás receptorai a pálcikák (a csapoknál kb. ezerszer érzékenyebbek A csapok és pálcikák eloszlása a retinán A hallás fizikája 17
Pálcika látás színképi érzékenysége 1,200 színképi érzékenység 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 350 400 450 500 550 600 650 700 hullámhossz, nm A hallás fizikája 18
A szem érzékenységi görbék V(λ) fotopiás látás; V (λ) scotopiás látás 19 Scotopia: a szem alkalmazkodása sötétséghez A hallás fizikája 19
Egyszerű lencse szín-hibája A hallás fizikája 20
Kromatikus aberráció hatása látásunkra rövidhullámhosszú sugarak (kék fény) erősebben törik meg, mint a hosszúhullámhosszú sugarak (vörös fény) ha a kék fényre fókuszálunk (A), vörös gyűrű jelenik meg ha a zöld fényre fókuszálunk (B), magenta (bíbor) gyűrűt látunk ha a vörös fényre fókuszálunk (C), kék gyűrűt látunk sose használjunk egyszerre vörös és kék színt információ megjelenítésre! A hallás fizikája 21
Világosban sötétben látás világosban-, fotopiás-látás: csap látás; 3 cd/m 2 felett sötétben-, szkotopiás-látás: pálcika látás; 10-3 cd/m 2 alatt alkonyi-, mezopos-látás: a két tartomány között, mind a csapok, mind a pálcikák aktívak http://www.szinlatas.hu/ A hallás fizikája 22
Világosban sötétben látás világosban-, fotopiáss-látás: csap látás; 3 cd/m 2 felett sötétben-, szkotopiás-látás: pálcika látás; 10-3 cd/m 2 alatt alkonyi-, mezopiás-látás: a két tartomány között, mind a csapok, mind a pálcikák aktívak A hallás fizikája 23
A foton energiájából hogyan lesz elektromos jel? Fényérzékeny molekula a rodopszin [opszin (7 egységből álló transzmembránhélix) és 11-cisz-retinal (pigment)] Egy foton hatására: 11-cisz-retinalból transz-retinal képződik (a molekula kiegyenesedik) itt nem részletezendő mechanizmus után Na+ csatornák záródnak (megszűnik a külső és belső szegmens közötti nyugalmi sötét áram, a receptoron potenciál változás lesz (hiperpolarizálódik) A pálcikákban egy,a csapokban háromféle rodopszin van (abszorpciójuk más és más) A hiperpolarizált sejt(ek) retinális kapcsolatokon át kapuzzák a ganglion sejteket és elindul útjára az ingerület A hallás fizikája 24
A háromféle csaptípus elnyelési görbéi A színérzet Kékcsúcs: 420 nm-nél Zöldcsúcs: 535 nm-nél Vöröscsúcs: 565 nm-nél (valójában inkább sárga!) fehér érzet: a háromféle csap egyenlő mértékben kerül ingerületbe színes érzet: a színes fény hullámhossz eloszlásától L (long), hosszú hullámhosszon érzékeny M (medium), közepes hullámhosszon érzékeny S (short), rövid hullámhosszon érzékeny A hallás fizikája 25
Csapok színképi érzékenysége A hallás fizikája 26
Az L-, M-, S-csapok eloszlása a foveábanés annak környezetében A hallás fizikája 27