Brennweite des Auges. Was ist das? (Aktualisiert)

Bevor ich mit dem Artikel beginne, wende ich mich an kleine Fotografen, die sich mit Feuerlöschern eindecken.
Lass uns gehen!

In diesem Artikel werde ich versuchen, auf Analogien des Auges mit einer Kamera und des Gehirns mit einem Computer zu verzichten. Warum?
Von den ersten Versuchen, das Gehirn durch Menschen zu untersuchen, haben die Menschen nach Analogien gesucht, um das Verständnis / die Erklärung seiner Arbeit zu erleichtern. Für jede Epoche gab es Beispiele - ein Mensch verglich das Gehirn mit dem komplexesten Gerät seiner Zeit:
- Dampfmaschinen,
- Lampentechnologie,
- heute sind das Computer,
- in der Zukunft…
Wenden wir uns den Lehrbüchern der Physiologie zu, um unnötige Missverständnisse zu vermeiden.

Auge als optisches System

In dieser Abbildung fügte er der Einfachheit halber Erklärungen hinzu.

Beginnen wir mit dem ophthalmologischen Leitfaden.
Die gesamte Brechkraft des gesamten optisch leitenden Systems des Auges wird als physikalische Brechung bezeichnet.
Dioptrien aller optischen Medien des Augapfels:
- Hornhaut ~ 43 Dioptrien,
- Frontkamera ~ 3 Dioptrien,
- die Linse ~ 19-33 Dioptrien,
- Glaskörper ~ 6 Dioptrien.
Die Vorderkammer ist mit Kammerwasser gefüllt - einer Flüssigkeit, die in ihren optischen Eigenschaften wassernah ist. (Entfernen Sie AN "Medizinische und biologische Physik" S. 384)
Es muss verstanden werden, dass die ersten drei Medien Licht sammeln und der Glaskörper es streut. Bei der Berechnung subtrahieren wir diesen Wert.

Die Brechkraft wird in Dioptrien nach einer einfachen Formel aus der geometrischen Optik berechnet:
D = Dr + Dp.k + Dhr-Dst.t. = 43 + 3 + 19-6 = 59 Dioptrien

Der Wert der Linse in dieser Berechnung beträgt 19 Dioptrien , da er seiner Brechung in entspanntem Zustand entspricht, wenn wir in die Ferne schauen.

Als nächstes übersetzen wir die Dioptrien in Millimeter:
F = 1 / D = 1/59 = 0,0169 m = 17 mm.

Schlussfolgerung: Die Brennweite des menschlichen Auges beträgt ~ 17 mm.

Im Stadium der Untersuchung der optischen Eigenschaften des Auges haben wir einen Wert von ~ 17 mm.
Zitat - „Nehmen Sie den Fall, in dem die durchschnittliche physische Brechung (60,0D) im Augapfel mit der anteroposterioren Größe der durchschnittlichen Größe (23 mm) übereinstimmt. Es ist leicht zu berechnen, dass bei einer Hornhautdicke von etwa 1 mm, einer Vorderkammertiefe von etwa 3 mm und einem Abstand vom vorderen Pol der Linse zum Knotenpunkt von 2 mm vom letzten bis zur Netzhaut nur noch 17 mm übrig bleiben, was den Fokus paralleler Strahlen in der zentralen Fossa des gelben Flecks gewährleistet weil es mit der Hauptbrennweite übereinstimmt. “

S. A. Rukhlova "Fundamentals of Ophthalmology" 2006

Aber ich denke, jemand wird Einwände erheben - die Brennweite sollte ungefähr 50 mm betragen!


Warum sollte und warum denken manche Leute so ? Um diese Frage zu beantworten, werden wir uns weiter bewegen - in den visuellen Kortex.

Visueller Kortex

David Hubel und Thorsten Wiesel stellten in ihren berühmten Arbeiten zur Physiologie des Sehens fest, dass die Netzhaut -> LKT -> primärer visueller Kortex eine topografische Organisation hat .
Dies sagt uns, dass die Reihenfolge, in der die Sehnervenfasern die Netzhaut verlassen, im Kortex V1 beibehalten wird.
Und R. Tutell konnte diese Aussage visualisieren. Dazu nahm er einen Makaken, füllte ihn mit Beruhigungsmitteln und zeigte 45 Minuten lang ein Ziel mit drei radialen Kreisen. Die Affen betrachteten die Zeichnung mit nur einem Auge. Vor all diesen Unternehmungen wurde dem Tier radioaktive 2-Desoxyglucose injiziert.
Da sich Neuronen ausschließlich von Glukose ernähren, können die aktivsten Zellen leicht verfolgt werden - sie verbrauchen den meisten Zucker.
Danach streckten die Makaken ihren primären visuellen Kortex, erstarrten und zeigten radioaktive Spuren.
Das Ergebnis ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der kleinste Kreis in der Mitte des Ziels auf einer topografischen Projektion im Kortex nimmt eine Fläche ein, die viel kleiner ist als die Fläche des äußeren Kreises. Beim Menschen ist dieser Effekt noch ausgeprägter - der zentrale Teil des Gesichtsfeldes wird auf größere Bereiche im Kortex projiziert.
Zum besseren Verständnis wurde die folgende Abbildung erstellt:

Hier können Sie deutlich sehen, wie das Bild von der Mitte der Netzhaut vergrößert wird.
Ich werde betonen, dass dies keine optische , sondern eine kortikale Zunahme ist.

Zusammenfassend:
- Brennweite ~ 17 mm ,
- Abdeckung des Sichtfeldes eines Auges horizontal 140 - 160˚,
- Das Bild aus dem zentralen Teil der Netzhaut erzeugt ein Gefühl (Phänomen) in der Kortikalis eines vergrößerten Bildes, obwohl die optische Projektion gleichmäßig ist.

UPD:

Um diejenigen zu beruhigen, die ab 17 mm brennen, wurde oben die Brennweitenzahl für das gesamte Auge und das gesamte Sichtfeld angegeben.
Wir haben nur im zentralen Teil der Netzhaut, der Fovea genannt wird, eine klare Sicht. Die Winkelauflösung dieses Teils der Netzhaut beträgt 1˚40 ' . Wenn wir die Welt um uns herum betrachten (wir lesen Text, wir betrachten die Landschaft), dann ist unsere Aufmerksamkeit fast immer auf diesen kleinen Punkt mit einer Winkelauflösung von etwa 1 Grad gerichtet . Ja, bewusst können wir unsere Aufmerksamkeit sogar auf den Rand der Netzhaut lenken - wo das Bild völlig verschwommen ist. Es ist jedoch unmöglich, die Aufmerksamkeitszone zu erweitern - so ist die Physiologie des visuellen Kortex und die Phänomenologie der Konstruktion des Bildes, die wir am Ende sehen. Und basierend auf dieser visuellen Erfahrung entsteht ein Eindruck von einem engeren Sichtfeld (lange Brennweite) als es tatsächlich ist.

Referenzen:
VVVit „Die Struktur des menschlichen visuellen Systems“ 2003
E. A. Egorov "Ophthalmology" 2010
S. A. Rukhlova "Fundamentals of Ophthalmology" 2006
Novokhatsky A.G. Klinische Perimetrie, 1973
David Hubel - Auge, Gehirn, Vision
Stephen Palmer - Von Photonen zur Phänomenologie
Baars B., Gage N. - "Das Gehirn, die Erkenntnis, der Geist"
John Nicholls, A. Martin, B. Wallas, P. Fuchs - „Vom Neuron zum Gehirn“
Michael Gazzaniga - "Wer ist verantwortlich?"

Referenzen:
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