Medical knowledge | Biophysics » A látás biofizikája

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA A GEOMETRIAI OPTIKA ALAPJAI LENCSEHIBÁK AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA FOTORECEPTOROK A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA A SZÍNLÁTÁS ELMÉLETE ELEKTRORETINOGRAM Két kérdés: “Sötétben minden tehén fekete” Lehet-e teniszt játszani sötétben kivilágított hálóval, vonalakkal, ütőkkel és labdával? A GEOMETRIAI OPTIKA ALAPJAI Snellius - Descartes sin i nab = sin r A GEOMETRIAI OPTIKA ALAPJAI FÉNYTÖRÉS A GEOMETRIAI OPTIKA ALAPJAI Vékony gyűjtőlencsék képalkotása 1 1 1 = + f k t D (dioptria ) = 1 f ⎡ 1 1 1 ⎤ = ( n − 1) ⎢ + ⎥ f R R 2 ⎦ ⎣ 1 A GEOMETRIAI OPTIKA ALAPJAI Vastag gyűjtőlencsék képalkotása ⎡ 1 1 1 ⎤ ( n − 1) 2 d = ( n − 1) ⎢ + + ⎥ f R2 ⎦ n R1 R2 ⎣ R1 LENCSEHIBÁK • Monokromatikus Aberrációk 7 i3 i5 i i9 sin i = i − + − + − . 3! 5! 7! 9! – Gömbi eltérés (szférikus aberráció) – Kóma (üstökös hiba) – Asztigmatizmus –

Képmezőgörbület – Torzítás • Kromatikus Aberráció – Longitudinális kromatikus aberráció – Laterális kromatikus aberrációk LENCSEHIBÁK Gömbi eltérés LENCSEHIBÁK Kóma LENCSEHIBÁK Kóma Kóma esetén az objektum távol van az optikai tengelytől. LENCSEHIBÁK Asztigmatizmus LENCSEHIBÁK Asztigmatizmus Ebben az esetben is a szimmetrikus objektum távol van az optikai tengelytől és a képe tangenciálisan vagy szaggitálisan megnyúlik. LENCSEHIBÁK Képmezőgörbület LENCSEHIBÁK Torzítás LENCSEHIBÁK Kromatikus aberráció Oka a fénytörés hullámhossz függése diszperzió A fény elhajlik a fehér fényt alkotó színek elválnak (diszperzió). A vörös fény hajlik el legkevésbé, az ultraibolya a legjobban. LENCSEHIBÁK Longitudinális kromatikus aberráció Longitudinális színkép LENCSEHIBÁK Laterális kromatikus aberráció AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA A szem törőközegei

Dszem= 63 dioptria, Dkornea= 40, Dlencse= 15+ A szem összetett optikai rendszer Normál szem, Rövidlátás – myopia, Távollátás – hypermetropia Asztigmatizmus – cilinderes lencse AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA Az emberi szem mint összetett törőrendszer AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA A redukált szem 5 méternél távolabbi tárgyak esetén alkalmazható AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA Myopia Hypermetropia (Asztigmatizmus cilinderes lencse) FOTORECEPTOROK Receptorok szerkezete csapok ~(30 × 2-4) mikrométer (színlátás) pálcikák ~(60 × 1-2) mikrométer (fényérzékelés) A receptorok eloszlása Érzékenység (1-2 foton a pálcikáknál) (3-5 receptor) Adaptáció (10-9 – 105 lux) Feloldóképesség (70 mikrométer 25 cm távolságon) (két különböző receptor, köztük egy nyugalmi receptor) FOTORECEPTOROK Pálcika Csap Pálcikák ~(60 × 1-2) mikrométer (fényérzékelés)

Külső szegmens diszk Cilium Belső szegmens Szinaptikus terminal sejtmag zsák Csapok ~(30 × 2-4) mikrométer (színlátás) FOTORECEPTOROK FOTORECEPTOROK A rodopszin elhelyezkedése pálcika citoplazma felé néző felszín Diszk membrán külső szegmens belső szegmens diszk belsejébe néző felszín A fény haladási iránya FOTORECEPTOROK FOTORECEPTOROK Receptorok eloszlása nazális receptorsűrűség 103/mm2 150 pálcikák temporális 90° 90° 60° 60° (%) 80 visus 1/1 30° 60 fovea centralis 40 1/2 20 1/4 1/8 30° 100 érzékenység sötétben 0° vakfolt 50 csapok visus 90° 60° 30° 0° 30° 60° 90° vakfolt fovea centralis 90° 60° 30° 0° 30° 60° 90° vakfolt fovea centralis FOTORECEPTOROK Vavilov kísérlet E n= , hiba = hf ∆E = hf ⋅ n = hf ⋅ ∆E = E Ehf = E n E = hf (Poisson eloszlás) Ehf hf 1 = E n A pálcikák egy-két foton képesek érzékelni FOTORECEPTOROK Pálcika Áram (pA)

860 foton 2× Sötétben csak a pálcikák működnek. Nincs színlátás 2× 3 foton Csap 36000 foton 2× 190 foton Idő (s) A csapok gyorsabban és rövidebb ideig válaszolnak. Gyors mozgás követésére alkalmasabbak. FOTORECEPTOROK Adaptáció (10-9 – 105 lux) a. Pupilla reflex (~16×) b. Fotopigment koncentráció (kevés fény, magas pigment koncentráció) c. Térbeli szummáció (kevés fény, több receptor per idegrost) d. Időbeli szummáció (kevés fény, hosszabb idő alatt vált ki ingert) e. (intracelluláris kalcium koncentráció) A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA Fény retinal opszin* tranducin PDE cGMP↓ 1:1 1:1 1:500 2:1 1:millió Na+ csatornák bezáródnak hiperpolarizáció transmitter felszabadulás módosul ingerület (több száz Na+ csatorna bezáródik, több mint egy millió Na+ nem lép be) A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA Fény ↓[cGMP] csatornák bezáródnak hiperpolarizáció transzmitter felszabadul Fény

abszorpciója Sötét áram Depolarizált Hiperpolarizált A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA (Absz.max 380 nm) (Absz.max 500 nm) A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA Az elnyelt foton csak triggerként szolgál 1:1 1:500 2:1 1:106 A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA Biokémiai folyamatok sorozatának eredményeképpen a Na+ csatornák bezárodnak, hiperpolarizációt eredményezve. A LÁTÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA A SZÍNLÁTÁS ELMÉLETE Különböző csapok (kék, zöld, vörös) (ugyanaz a retinál, különböző opszin) Young-Helmholtz elmélet X = rR + bB + gG (Monokromatikus szín, kevertszín) (Színtévesztés) SZÍNLÁTÁS Hullámhossz (nm) Hullámszám SZÍNLÁTÁS ELEKTRORETINOGRAM A szem elektromos tulajdonságai A korneához viszonyítva a retina –6 mV potentiálú. Elektrotinogram (ERG) Korai szakasz (ERP, Early Receptor Potential) Késői szakasz ‘a’ ‘b’ ‘c’ hullámok

Sötét adaptáció (30 perc is lehet) A vitaminhiány, farkasvakság ELEKTRORETINOGRAM Bifázisos hullám ERP kikapcsolási tüske pigmenthám a receptor sejtek, hiperpolariáció b Müller sejtek depolarizáció