Время темновой адаптации нормального глаза. Адаптация зрения

Известно, что глаз человека способен работать в очень широком диапазоне яркостей. Однако воспринимать весь этот диапазон одновременно глаз не может. В процессе зрения глаз приспо­сабливается к преобладающему в поле зрения уровню яркости. Это явление объясняется зависимостью световой чувствительности глаза от уровня возбуждения его светочувствительных элементов. Максимальной световой чувствительностью глаз обладает после длительного пребывания в темноте. На свету чувствительность глаза понижается. Процесс приспособления зрительного органа человека к различным уровням яркости принято называть яркостной адаптацией .

Экспериментально показано, что диапазон воспринимаемых яркостей при заданном уровне адаптации сильно ограничен. Все поверхности, имеющие яркость меньше минимальной для данного диапазона, кажутся нам черными. Максимальная яркость создает ощущение белого. Если в поле зрения появится поверхность, яркость которой превышает максимальную для данного диапазона, то адаптация зрения изменится, и весь диапазон видения соответ­ствующим образом сдвинется в сторону более высоких яркостей. При этом те поверхности, которые при более низком уровне адап­тации казались нам серыми, будут восприниматься как черные.

Яркостная адаптация возникает в результате изменения яр­кости поля зрения, а, следовательно, и освещенности сетчатки в зоне изображения. Частными случаями яркостной адаптации являются темновая и световая адаптация. Темновая адаптация возникает при мгновенном уменьшении яркости поля зрения от некоторой величины до нулевого значения яркости адаптации. Световая - при увеличении яркости от нулевого ее значения до некоторой конечной величины. Длительность процессов световой и темновой адаптации различна. В то время как понижение чув­ствительности зрения (световая адаптация) происходит за время от долей секунды до нескольких секунд, процесс темновой адапта­ции длится 60…80 мин.

Если в течение 10…15 сек наблюдать лист белой бумаги, поло­вина которого закрыта чем-нибудь черным, а затем черное снять, то закрытая до этого часть листа покажется светлее остальной его части. В этом случае принято говорить о местной яркостной адап­тации . Явление местной яркостной адаптации можно объяснить тем, что при одновременном наблюдении деталей различной яр­кости, т. е. когда освещенности различных участков сетчатки в один и тот же момент времени оказываются различными, уровень воз­буждения одних участков влияет на световую чувствительность других.

Цветовая адаптация возникает в результате изменения цвет­ности поля зрения при неизменной его яркости. В то время как яркостная адаптация характеризуется несоответствием светлоты и яркости, для цветовой адаптации характерно несоответствие между цветностью излучения и ощущением этой цветности.

Явление цветовой адаптации объясняется изменением чувстви­тельности глаза в результате изменения соотношения уровней возбуждения трех его приемников при воздействии на глаз излу­чения определенной цветности. Цвет, на

который адаптируется глаз, как бы выцветает. Это происходит в результате понижения, чувствительности к данному цвету того участка сетчатки, который на этот цвет адаптирован. Так, если после наблюдения зеленой фигуры в течение 15…20 сек перевести взгляд на ахроматический фон, то на фоне возникает последовательный образ (след от пред­шествующего раздражения) красноватого цвета. Если некоторое время смотреть сквозь желтые очки, то после того, как очки сняты, все окружающие предметы будут казаться синеватыми. Изменение цвета в результате предварительного действия на глаз других цветов называют последовательным цветовым контрастом . Экспериментально показано, что изменения ощущения цветности в процессе цветовой адаптации могут быть достаточно велики, причем характер изменения цветности не за­висит от яркости наблюдаемого цвета.

В зависимости от наличия в поле зрения деталей различного цвета могут иметь место изменения визуальных контрастов как вследствие изменения светлоты, так и вследствие изменения цветности. Детали, рассматриваемые на темном фоне, светлеют, а на светлом – темнеют. Так, два кусочка одной и той же бумаги, положенные в одном случае на черный бархат, а в другом – на белую ткань, кажутся неодинаковыми по светлоте. Светлота детали под влиянием цвета фона меняется независимо от того, является ли фон и рассматриваемая на нем деталь ахроматическими или цветными.

Поместив кусочки одной и той же серой бумаги на фоны раз­личного цвета, заметим, что эти кусочки будут казаться нам различными по цветовому тону. На красном фоне серое поле при­обретет зеленоватый оттенок, на синем – желтоватый, а на зеле­ном – красноватый. Подобное явление наблюдается и в том слу­чае, если на цветных фонах поместить кусочки бумаги цветов, отличных от цвета фона: желтое на красном покажется слегка зеленоватым, желтое на зеленом – оранжевым и т. д. Это явление, в отличие от последовательного контраста, носит название одно­временного цветового контраста .

Известно, что один и тот же лист белой бумаги воспринимается «белым» в любых условиях освещения: при свече, при лампах накаливания и при дневном свете. Несмотря на то, что различия в спектральном составе «белого» света иногда превышают разли­чия в спектральных кривых отражения большинства объектов, глаз почти всегда безошибочно определяет цвета объектов. Так, например, хотя поверхности, голубые в условиях дневного осве­щения, при освещении лампами накаливания оказываются зеле­новатыми, человек продолжает считать их голубыми. Объясняется это тем, что в любых условиях освещения легче всего узнаются белые детали, так как они всегда самые светлые. Все же остальные цвета оцениваются глазом по отношению к ним. Иными словами, при наблюдении некоторой сцены, содержащей ряд цветных объек­тов, в определенных условиях освещения относительные чувстви­тельности трех приемников глаза изменяются таким образом, что соотношение уровней возбуждения их на том участке сетчатки, где оказалось изображение самого светлого объекта сцены, ста­новится равным соотношению уровней возбуждения, вызывающему ощущение белого. Это явление носит название явления кон­стантности цвета , или поправки на освеще­ние . Этим явлением объясняется, например, и то, что зритель при просмотре кинофильмов (в затемненном помещении) не замечает

Периферический орган зрения реагирует на происходящие перемены в освещении и функционирует в независимости от степени яркости освещения. Адаптация глаза представляет собой способность приспосабливаться к разным уровням освещенности. Реакция зрачка на происходящие перемены дает восприятие визуальной информации в миллионном диапазоне интенсивности от лунного до яркого освещения, несмотря на относительный динамический объем отклика зрительных нейронов.

Виды адаптации

Учеными изучены следующие виды:

• световая - адаптация зрения при дневном или ярком освещении;
• темновая - при темноте или слабом свете;
• цветовая - условия изменения цвета подсветки объектов, которые расположены вокруг.

Как происходит?

Адаптация световая

Происходит при переходе из темноты к сильному освещению. Оно мгновенно ослепляет и изначально виден только белый, так как чувствительность рецепторов настроена на тусклый свет. Одну минуту времени занимает у конусов для поражения резким светом, чтобы захватить его. При привыкании светочувствительность сетчатки теряется. Полное привыкание глаза к естественному освещению происходит в течение 20 минут. Существует два способа:

• резкое снижение чувствительности сетчатки;
• сетчатые нейроны подвергаются скорому приспособлению, тормозящему функцию стержня и благоприятствующей конусной системе.

Темновая адаптация

Темновой процесс наступает при переходе из ярко освещенной области к темной.

Темновая адаптация представляет собой обратный процесс световой. Это случается при переходе от хорошо освещенной области к темной области. Первоначально наблюдается чернота, так как конусы перестают функционировать в свете низкой интенсивности. Механизм адаптации можно разделить на четыре фактора:

• Интенсивность и время света: увеличивая уровни предварительно адаптируемых яркостей, время доминирования конического механизма расширяется, пока переключение стержневого механизма задерживается.
• Размер и расположение сетчатки: расположение тестового пятна влияет на темную кривую из-за распределения стержней и конусов в сетчатке.
• Длина волны порогового света непосредственно воздействует на темновую адаптацию.
• Регенерация родопсина: при воздействии светлых фотопигментов как в стержневых, так и в конических фоторецепторных клетках получаются структурные изменения.

Стоит отметить, что ночное видение имеет гораздо более низкое качество, чем зрение при нормальном свете, так как ограничено уменьшенным разрешением и обеспечивает возможность отличать только оттенки белого и черного. Примерно полчаса занимает у глаза приспособиться к сумеркам и приобрести чувствительность в сотни тысяч раз более, чем при дневном свете.

Привыкание глаза к темноте занимает гораздо больше времени у пожилых людей, чем молодых.

Цветовая адаптация

Для человека цветовые предметы меняются при разном освещении только на короткий отрывок времени.

Заключается в смене восприятия рецепторов сетчатки глаза, у которых максимумы спектральной чувствительности располагаются в разных цветовых спектрах излучения. К примеру, при смене естественного дневного света на свет ламп в помещении, изменения произойдут в цветах предметов: зеленый цвет будет отражаться желто-зеленым оттенком, розовый - красным. Такие изменения видны только короткий отрывок времени, со временем они исчезают и кажется, что цвет объекта остается прежним. Глаз привыкает к излучению, отраженного от объекта и воспринимается как и при дневном свете.

Светоощущение - это способность зрительного анализатора воспринимать свет и различать степени его яркости. При исследовании светоощущения определяют способность различать минимальное световое раздражение - порог раздражения - и улавливать наименьшую разницу в интенсивности освещения - порог различения.

Процесс приспособления глаза к различным условиям освещения называется адаптацией. Различают два вида адаптации: адаптацию к темноте при понижении уровня освещенности и адаптацию к свету при повышении уровня освещенности.

Каждому известно, насколько беспомощным чувствуешь себя, попадая из ярко освещенного помещения в темное. Только спустя 8-10 мин начинается различение плохо освещенных предметов, а для того чтобы достаточно свободно ориентироваться, требуется еще по крайней мере 20 мин, пока зрительная чувствительность в темноте достигает необходимой для этого степени. При темновой адаптации увеличивается чувствительность к свету, максимальная адаптация наблюдается через час.

Обратный процесс адаптации к высокому уровню освещенности протекает намного быстрее, чем адаптация к темноте. При адаптации к свету понижается чувствительность глаза к световому раздражителю, она длится около 1 мин. По выходе из темного помещения зрительный дискомфорт исчезает уже спустя 3-5 мин. В первом случае - в процессе темновой адаптации проявляется скотопическое зрение, во втором, при световой адаптации - фотопическое.

Зрительная система адекватно реагирует как на быстрые, так и на медленные перепады лучистой энергии. Причем для нее характерна практически мгновенная реакция на быстро изменяющуюся обстановку. Светочувствительность зрительного анализатора столь же вариабельна, сколь разнообразны характеристики световых раздражителей окружающего нас мира. Необходимость адекватно воспринимать энергию как очень слабых, так и очень сильных источников света, не подвергаясь структурным повреждениям, обеспечивается способностью к перестройке режима работы.рецепторов. На ярком свету световая чувствительность глаза снижается, но вместе с тем обостряется реакция на пространственную и временную дифференцировку объектов. В темноте весь процесс происходит наоборот. Этот комплекс изменений как светочувствительности, так и разрешающей способности глаза в зависимости от внешней (фоновой) освещенности называют зрительной адаптацией.

Скотопически адаптированная сетчатка максимально чувствительна к световой энергии самого низкого уровня, но при этом резко снижается ее пространственная разрешающая способность и исчезает цветоощущение. Фотопически адаптированная сетчатка, будучи низкочувствительной для различения слабых источников света, вместе с тем обладает высокой пространственной и временной разрешающей способностью, а также цветоощущением. По указанным причинам даже в безоблачный день блекнет луна и гаснут звезды, а ночью без подсвечивания мы теряем способность читать текст, набранный даже крупным шрифтом.

Диапазон освещенности, в пределах которого осуществляется зрительная адаптация, огромен; в количественном выражении он измеряется от миллиарда до нескольких единиц.

Рецепторы сетчатки обладают очень высокой чувствительностью - они могут раздражаться одним квантом видимого света. Это связано с действием биологического закона усиления, когда после активации одной молекулы родопсина сотни его молекул активируются. Кроме того, палочки сетчатки организованы в крупные функциональные единицы при слабом освещении. Импульс от большого количества палочек конвергирует в биполярные, а затем в ганглиозные клетки, вызывая эффект усиления.

По мере увеличения освещенности сетчатки зрение, определяемое в основном палочковым аппаратом, сменяется колбочковым зрением, причем максимум чувствительности сдвигается в направлении от коротковолновой к длинноволновой части спектра. Этот феномен, описанный Пуркинье еще в XIX в., хорошо иллюстрируется бытовыми наблюдениями. В букете из полевых цветов в солнечный день выделяются желтые и красные маки, в сумерках - синие васильки (сдвиг максимума чувствительности от 555 до 519 нм).

Факторы, снижающие степень видимости (туман, снег, дождь, дымка и т. д.), чрезвычайно осложняют наблюдение на. море, В ночное время условия наблюдения также ухудшаются, причем они имеют свои особенности.

Обязанности вахтенного помощника на ходу судна склады­ваются из двух основных в равной степени важных функций. Во-­первых, он выполняет различные вычислительные операции, ре­шает штурманские и иные задачи, осуществляет контроль за по­ложением судна и ведет счисление его пути но навигационной карте. Во-вторых, он наряду с вахтенным матросом обеспечивает визуально-слуховое наблюдение за окружающей обстановкой, используя соответствующие технические средства. Иными сло­вами, штурману приходится чередовать эти два вида деятель­ности: то работать в рубке над пособиями и картой, то выходить и оставаться на открытой части мостика. Такой образ действий штурмана сопряжен в темное время суток с известным явлением адаптации глаза. Адаптацией зрения называется изменение чув­ствительности глаза в зависимости от пребывания его на свету или в темноте. Понижение чувствительности зрения при свето­вом раздражении называется приспособлением, или адаптацией глаза к свету, а увеличение чувствительности по мере пребыва­ния в темноте называется приспособлением глаза к темноте, или темновой адаптацией глаза.

Световая адаптация происходит значительно быстрее темно­вой и она занимает при средних яркостях света 1-3 мин (темновая адаптация не менее 5-7 мин).

Из сказанного видно, что явление адаптации зрения имеет важнейшее значение для ночных наблюдений. Для того чтобы чувствительность глаза в темноте была в течение вахты на оди­наково высоком уровне, зрение наблюдателя -не должно подвер­гаться воздействию света. Однако по условиям деятельности вахтенный штурман не может избежать периодических, хотя и непродолжительных, засветов глаза во время работы в рубке над картой или с приборами. Задача в данном случае, очевидно, будет состоять в том, чтобы устранить или по крайней мере мак­симально ослабить влияние засвета.

Известно, что нарастание чувствительности зрения в темноте происходит гораздо быстрее после пребывания его в условиях слабого освещения. По данным научных исследований, красный световой раздражитель слабо действует на сетчатку глаза - в несколько десятков раз слабее, чем белый.

Из изложенного видно, что характер освещения штурман­ской рубки, где приходится периодически работать вахтенному помощнику, а также всех приборов рулевой рубки имеет исклю­чительно важное значение. Надо стремиться, чтобы это осве­щение лежало в пределах оптимума со всех точек зрения.

Как известно, освещение подразделяется на два вида: общее

местное. Общее предназначено для одновременного освещения как рабочей поверхности, так и всего прочего помещения, " "стное-только для сравнительно небольшого пространства

мого рабочего места, как, например, для части штурманского

стола, занятого картой.

Общим освещением штурманской рубки в ночное время на ходу судна пользоваться не рекомендуется. Местное освещение над штурманским столом устраивается в виде специального бра,| отражающего пучок света вниз на стол. Лампа получает питание через реостат, позволяющий уменьшать или увеличивать силу света. На рефлектор насаживается откидной красный ил1 оранжевый светофильтр.

Вахтенному помощнику при кратковременных посещения:

штурманской рубки для расчетов и нанесения точки на карту рекомендуется постоянно держать бра под фильтром. В крайнее случае при отсутствии фильтра силу света бра необходимо уменьшать реостатом настолько, чтобы, с одной стороны, мож­но было свободно работать над картой, а с другой - чтобы сни­жение чувствительности зрения было сведено до минимума. Это нужно для того, чтобы глаз все время был адаптирован к тем­ноте.

Освещение картушек компасов, машинных телеграфов, ци­ферблатов и табло различных приборов и установок как в рулевой, так и в штурманской рубках следует уменьшать до ми­нимального предела, позволяющего лишь различать отсчеты или показания, с тем, чтобы исключить отрицательное воздействие этого освещения на темновую адаптацию глаза судоводителя. Во время пеленгования каких-либо объектов свет на компасах или репитерах также нужно ослаблять. Экран радиолокатора при обзорах ночью не должен иметь сильную засветку. Настраи­вая прибор, надо умело пользоваться ручкой «Яркость», уста­навливая ее каждый раз в оптимальное положение. Освещение шкал включается лишь на кратковременный момент, когда не­обходимо прочесть отсчет пеленга или курсового угла, и обычно только на одну ступень.

Темновая адаптация зрения играет важную роль в обеспече­нии безопасного плавания, и данному вопросу следует уделять самое серьезное внимание. Адаптация глаза к темноте-это процесс медленный, длящийся десятки минут, отсюда понятно, какую опасность представляет собой яркий свет при ночных на­блюдениях на судне. Стоит недолго пробыть в освещенном поме­щении или посмотреть на источник яркого света, например луч прожектора, как адаптация к темноте будет сразу утрачена, и на восстановление чувствительности глаза потребуется много времени.

В Уставе службы на судах морского флота сказано, что «но вызову вахтенного помощника капитан обязан немедленно вый" ти на мостик и в случае неблагоприятных условий плавания на­ходиться там до тех пор, пока это необходимо, независимо от времени суток». Обычно подобные вызовы поступают в сложных ситуациях, при расхождении с встречными либо обгоняемыми судами. Если в дневное время капитан, поднявшись на мостик, способен сразу оценить обстановку, принять соответствующие

решения и выдать команды, то ночью он оказывается в затруд­нительном положении, так как первые 5-7 мин его зрение поч­ти полностью лишено световой чувствительности. Вахтенный штурман должен учитывать это важное обстоятельство. В тем­ный период суток при обнаружении судов либо иных опасностей он обязан немедленно докладывать об этом капитану, с тем что­бы последний мог заранее выйти на мостик и дать возможность глазу в какой-то степени адаптироваться к темноте.

Капитану во время пребывания во внутренних помещениях рекомендуется всячески избегать яркого засвета своего зрения. Ночью ему не следует включать в каюте освещение, тем более яркое; коридоры, по которым капитан проходит на мостик, дол­жны быть затемнены или оборудованы светильниками с красны­ми плафонами.

Острота зрения, т. е. способность видеть далекие предметы и различать их тонкие и мелкие но угловым размерам детали, у разных людей различна Не одинакова у них и способность к адаптации зрения. Известно, например, что темновая адаптация значительно изменяется при гипертонической болезни. Это изме­нение проявляется в виде замедления процесса нарастания све­товой чувствительности и уменьшения конечных ее величин. Скорость и степень темновой адаптации снижается также и с возрастом.

Принимая во внимание все эти факторы, следует рекомен­довать, чтобы у капитана был свой отдельный многократный бинокль, заранее настроенный под его глаза. Такой бинокль сле­дует хранить в специальном и удобном месте на мостике с тем, чтобы капитан, прибыв по вызову, мог сразу, без предваритель­ной настройки, использовать его для наблюдения.

Немаловажное значение при ночном обзоре имеет затемнение судна. Нельзя допускать, чтобы на палубу пробивался какой-либо свет, даже от слабых источников или отраженный. В обя­занности вахтенной службы входит обеспечение полной темноты как на самом ходовом мостике, так и впереди него. Впередсмот­рящие на баке и другие наблюдатели, где бы они не размеща­лись, должны воздерживаться от курения и зажигания спичек. Использование ручных фонарей для каких бы то ни было целей допускается лишь в крайних случаях по разрешению вахтенного помощника.

Самые чувствительные места сетчатки лежат не в центре по­ля зрения, а несколько сбоку, на периферии глаза. Это обстоя­тельство ^определяет так называемое «боковое зрение». Суще­ство его заключается в том, что ночью слабый огонь прямым взглядом в точку его источника не обнаруживается, а стоит на­блюдателю отвести свой взор несколько в сторону, как данный свет будет четко воспринят боковой частью сетчатки глаза. Хо­рошо натренированные наблюдатели успешно пользуются этим свойством зрения, вовремя обнаруживая опасность. Они в та-

ких случаях направляют взор не в ту точку горизонта, где ожи­дается огонь, а несколько вбок от нее.

Ночному наблюдателю приходится смотреть то на яркий свет, то в темноту, как, например, штурману при работе с лока­тором, поэтому следует пользоваться попеременно то одним глазом, то другим. Так, можно смотреть на экран только левым глазом, закрывая правый, который сохранит темновую адапта­цию и позволит хорошо видеть в темноте, хотя левый глаз и бу­дет в какой-то мере ослеплен светом. Этот способ дает неплохие результаты, но без предварительной тренировки быстро утомля­ет зрение наблюдателя.

Адаптация - это приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности. Обеспечивается: изменением диаметра отверстия зрачка, перемещением черного пигмента в слоях сетчатки, различной реакцией палочек и колбочек. Зрачок может изменяться в диаметре от 2 до 8 мм, при этом его площадь и, соответственно, световой поток изменяются в 16 раз. Сокращение зрачка происходит за 5 секунд, а его полное расширение - за 5 минут.

Цветовая адаптация

Восприятие цвета может изменяться в зависимости от внешних условий освещенности, однако зрение человека адаптируется к источнику света. Это позволяет идентифицировать свет как один и тот же. У разных людей имеется неодинаковая чувствительность глаз к каждому из трех цветов.

Темновая адаптация

Происходит при переходе от больших яркостей к малым. Если в глаз первоначально попадал яркий свет, то палочки были ослеплены, родопсин выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. Если внезапно яркость света значительно уменьшится, то вначале расширится зрачок. Затем из сетчатки начнет уходить черный пигмент, родопсин будет восстанавливаться, и когда его наберется достаточно, начнут функционировать палочки. Так как колбочки не чувствительны к слабым яркостям, то сначала глаз не будет ничего различать, пока не начнет действие новый механизм зрения. Чувствительность глаза достигает максимального значения через 50-60 минут пребывания в темноте.

Световая адаптация

Процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. При этом чрезвычайно сильно происходит раздражение палочек благодаря быстрому разложению родопсина, они "ослеплены"; и даже колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, раздражены слишком сильно. Только по истечении достаточного времени приспособление глаза к новым условиям заканчивается, прекращается неприятное чувство ослепления и глаз приобретает полное развитие всех зрительных функций. Световая адаптация продолжается 8-10 минут.