Mekkora az emberi szem által látott rés. Felügyelet és láthatóság
A Föld felszíne 3,1 mérföldre vagy 5 kilométerre korlátozza látásunkat. Látásélességünk azonban messze túlmutat a horizonton. Ha a Föld lapos lenne, vagy ha egy hegy tetején állna, szélesebb látókörrel rendelkezik, mint a hétköznapi életben, akkor több tíz kilométeres távolságból láthatunk távoli tárgyakat. Sötét éjszakán akár 50 km-es távolságból is észreveheti a gyertya égését.
Az, hogy az emberi szem milyen messzire lát, attól függ, hogy hány fényrészecske, vagy ahogy fotonoknak is nevezik, bocsát ki egy távoli tárgyat. A Földtől legtávolabbi objektum, amelyet szabad szemmel is láthatunk, az Androméda galaxis, amely elképzelhetetlen távolságra, 2,6 millió fényévre található a Földtől. E galaxis 1 billió csillaga együtt annyi fényt bocsát ki, hogy bolygónk minden négyzetcentiméterét másodpercenként több ezer fotonnal befedje. Sötét éjszakán különösen jól látható a végtelen ég felé irányított tekintetünk egy ilyen fényes ragyogás.
1941-ben Selig Hecht optikai tudós és munkatársai a Columbia Egyetemen megalkották a máig a legmegbízhatóbbnak tartott módszert az emberi látás "abszolút küszöbének" mérésére – a minimális számú fotonra, amelyre a retinánknak szüksége van a magabiztos vizuális észleléshez. A látásunk határait tesztelő kísérlet ideális körülmények között zajlott: az önkéntesek szeme elegendő időt kapott, hogy alkalmazkodjon a vaksötéthez, a kék-zöld fényhullám hullámhosszához (amire szemünk a legérzékenyebb). ) 510 nanométer volt, a fény a retinánk perifériájára irányult, a szemnek a fényérzékeny sejtekkel leginkább telített területére.
A tudósok megállapították, hogy ahhoz, hogy a kísérletben részt vevő szeme egy ilyen fénysugarat elkapjon, teljesítményének 54-148 fotonnak kell lennie. A retina fényelnyelésének mérése alapján a tudósok kiszámították, hogy a látórudak 10 fotont nyeltek el. Tehát 5-14 foton elnyelése, vagy 5-14 látópálca kirúgása már azt jelzi az agyának, hogy lát valamit.
„Ez meglehetősen kis számú kémiai reakció” – fejezte be Hecht és munkatársai a vizsgálat tárgyát képező tudományos cikküket.
Tekintettel a vizuális érzékelés abszolút küszöbének nagyságára és a tárgy által kibocsátott fény kioltásának mértékére, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az égő gyertya fényét ideális körülmények között az emberi szem a távolságból is láthatja. 50 km.
De milyen messzire láthatunk egy tárgyat, ha az sokkal több, mint egy fényvillanás. Ahhoz, hogy szemünk meg tudjon különböztetni egy térbeli, és ne csak egy pontobjektumot, az általa kibocsátott fénynek legalább két szomszédos kúpos sejtet kell stimulálnia - ezek felelősek a színvisszaadásért. Ideális körülmények között az objektumnak 1 perces, vagy 1/16 fokos szögben kell láthatónak lennie, hogy a kúpcellák is láthassák (Ez a szögérték attól függetlenül igaz, hogy milyen messze van az objektum. A távoli objektumok sokkal nagyobb legyen, hogy láthatóak legyenek, valamint közeli tárgyak).
A telihold szögértéke 30 perc, míg a Vénusz 1 perces értékével alig érzékelhető.
Az emberi érzékelés számára ismerős tárgyak körülbelül 3 km távolságból láthatók. Ilyen távolságból például alig tudjuk kivenni egy autó fényszóróit.
A távoli galaxisok fényévnyire való látásától a láthatatlan színekig – Adam Hadhazy, a BBC munkatársa elmagyarázza, miért képes a szemed hihetetlen dolgokra. Nézz körbe. Mit látsz? Mindezek a színek, falak, ablakok, minden nyilvánvalónak tűnik, mintha itt kellene lennie. Hihetetlennek tűnik az az elképzelés, hogy mindezt a fény részecskéinek - fotonoknak - köszönhetően látjuk, amelyek ezekről a tárgyakról visszaverődnek és a szemünkbe kerülnek.
Ezt a fotonbombázást körülbelül 126 millió fényérzékeny sejt nyeli el. A fotonok különböző irányai és energiái különböző formában, színben, fényerőben jutnak el agyunkba, megtöltve sokszínű világunkat képekkel.
Figyelemre méltó látásmódunknak nyilvánvalóan számos korlátja van. Nem látunk rádióhullámokat az elektronikus készülékeinkből, nem látunk baktériumokat az orrunk alatt. De a fizika és a biológia fejlődésével azonosítani tudjuk a természetes látás alapvető korlátait. "Mindennek, amit látsz, van egy küszöbértéke, a legalacsonyabb szint, amelyet nem láthatsz fölé vagy alá" - mondja Michael Landy, a New York-i Egyetem idegtudományi professzora.
Kezdjük el szemlélni ezeket a vizuális küszöböket a prizmán keresztül – bocsánat a szójátékért –, amelyet sokan elsősorban a látással kapcsolnak össze: a színekkel.
Hogy miért látunk lilát és nem barnát, az a szemgolyónk hátsó részén található retinát érő fotonok energiájától vagy hullámhosszától függ. A fotoreceptoroknak két típusa van, a rudak és a kúpok. A kúpok felelősek a színért, míg a rudak lehetővé teszik számunkra, hogy gyenge fényviszonyok mellett, például éjszaka is lássuk a szürke árnyalatait. Az opszinok vagy pigmentmolekulák a retina sejtjeiben elnyelik a beeső fotonok elektromágneses energiáját, és elektromos impulzust generálnak. Ez a jel a látóidegen keresztül eljut az agyba, ahol megszületik a színek és képek tudatos érzékelése.
Háromféle kúpunk és a megfelelő opszinunk van, amelyek mindegyike érzékeny egy bizonyos hullámhosszú fotonokra. Ezeket a kúpokat S, M és L jelzéssel látják el (rövid, közepes és hosszú hullámhossz). A rövid hullámokat kéknek, a hosszú hullámokat vörösnek érzékeljük. A köztük lévő hullámhosszak és kombinációik teljes szivárványsá alakulnak. „Minden fény, amit látunk, kivéve a prizmákkal vagy okos eszközökkel, például lézerekkel mesterségesen létrehozott fényt, különböző hullámhosszak keveréke” – mondja Landy.
A fotonok összes lehetséges hullámhossza közül a kúpjaink egy 380 és 720 nanométer közötti kis sávot észlelnek – amit látható spektrumnak nevezünk. Érzékelési spektrumunkon kívül van infravörös és rádióspektrum, utóbbi hullámhossza millimétertől egy kilométerig terjed.
A látható spektrumunk felett, nagyobb energiáknál és rövidebb hullámhosszoknál az ultraibolya spektrumot, majd a röntgensugarakat, a tetején pedig a gamma-spektrumot találjuk, melynek hullámhossza akár egy billió méter is lehet.
Bár legtöbbünk a látható spektrumra korlátozódik, az aphakiás (lencsehiányos) emberek látnak az ultraibolya spektrumban. Az aphakia általában a szürkehályog vagy születési rendellenességek műtéti eltávolításának eredményeként jön létre. Normális esetben a lencse blokkolja az ultraibolya fényt, így enélkül az emberek a látható spektrumon túlra látnak, és akár 300 nanométeres hullámhosszt is kékes árnyalattal érzékelnek.
Egy 2014-es tanulmány kimutatta, hogy viszonylagosan mindannyian láthatunk infravörös fotonokat. Ha két infravörös foton véletlenül közel egyidejűleg ér egy retinasejtet, energiájuk egyesül, hullámhosszukat láthatatlanról (pl. 1000 nanométer) látható 500 nanométerre (a legtöbb szemnél hidegzöldre) alakítva.
Az egészséges emberi szemnek háromféle kúpja van, amelyek mindegyike körülbelül 100 különböző színárnyalatot képes megkülönböztetni, így a legtöbb kutató egyetért abban, hogy szemünk általában körülbelül egymillió árnyalatot képes megkülönböztetni. A színérzékelés azonban meglehetősen szubjektív képesség, amely személyenként változik, így meglehetősen nehéz pontos számokat meghatározni.
"Ezt elég nehéz számokba foglalni" - mondja Kimberly Jamison, az irvine-i Kaliforniai Egyetem kutatója. "Amit az egyik ember lát, lehet, hogy csak töredéke azoknak a színeknek, amelyeket a másik lát."
Jamison tudja, miről beszél, mert „tetrakromatokkal” dolgozik – „emberfeletti” látású emberekkel. Ezek a ritka egyedek, többnyire nők, olyan genetikai mutációval rendelkeznek, amely további negyedik kúpokat ad nekik. Nagyjából a negyedik kúpkészletnek köszönhetően a tetrakromaták 100 millió színt láthatnak. (A színvakságú embereknek csak kétféle kúpjuk van, és körülbelül 10 000 színt látnak.)
Mennyi a minimális számú foton, amit látnunk kell?
A színlátás működéséhez a kúpoknak általában sokkal több fényre van szükségük, mint rúdtársaiknak. Ezért gyenge fényviszonyok mellett a szín "elhalványul", ahogy a monokromatikus rudak kerülnek előtérbe.
Ideális laboratóriumi körülmények között és a retina azon részein, ahol a rudak nagyrészt hiányoznak, a kúpokat csak néhány foton tudja aktiválni. Ennek ellenére a botok jobban teljesítenek szórt fényviszonyok mellett. Amint az 1940-es évek kísérletei megmutatták, egyetlen fénykvantum elég ahhoz, hogy felkeltse a figyelmünket. "Az emberek egyetlen fotonra is képesek reagálni" - mondja Brian Wandell, a Stanfordi pszichológia és elektrotechnika professzora. "Nincs értelme még érzékenyebbnek lenni."
1941-ben a Columbia Egyetem kutatói sötét szobába helyezték az embereket, és hagyták, hogy a szemük alkalmazkodjon. Beletelt néhány percbe, amíg a pálcák elérik a teljes érzékenységet – ezért nehezen látjuk, amikor a lámpák hirtelen kialszanak.
A tudósok ezután kék-zöld lámpát kapcsoltak az alanyok arca előtt. A statisztikai esélyeket meghaladó mértékben a résztvevők fényt észleltek, amikor az első 54 foton elérte a szemüket.
Miután a tudósok kompenzálták a fotonok elvesztését a szem más alkotóelemei általi abszorpció révén, azt találták, hogy mindössze öt foton aktivált öt különálló rudat, amelyek fényérzéket adtak a résztvevőknek.
Mi a határa a legkisebbnek és a legtávolabbinak, amit láthatunk?
Ez a tény meglepheti Önt: nincs belső határa a legkisebb vagy legtávolabbi dolognak, amit láthatunk. Amíg bármilyen méretű, bármilyen távolságra lévő objektum továbbítja a fotonokat a retina sejtjeinek, addig láthatjuk őket.
„A szemet csak a szembe jutó fény mennyisége érdekli” – mondja Landy. - A fotonok teljes száma. Csinálhatsz egy fényforrást nevetségesen kicsinyre és távolira, de ha erős fotonokat bocsát ki, látni fogod."
Például a hagyományos bölcsesség azt mondja, hogy egy sötét, tiszta éjszakán 48 kilométeres távolságból láthatjuk a gyertya lángját. A gyakorlatban persze a szemünk egyszerűen fotonokban fürdik, így a nagy távolságból kóborló fénykvantumok egyszerűen elvesznek ebben a káoszban. "Ha növeli a háttér intenzitását, megnő a fény mennyisége, amelyre szüksége van, hogy valamit láthasson" - mondja Landy.
Az éjszakai égbolt sötét, csillagokkal tarkított hátterével ékes példája látásunk tartományának. A csillagok hatalmasak; azok közül, amelyeket az éjszakai égbolton látunk, sok millió kilométer átmérőjű. De még a legközelebbi csillagok is legalább 24 billió kilométerre vannak tőlünk, ezért olyan kicsik a szemünk számára, hogy nem lehet kivenni őket. Mégis olyan erősen sugárzó fénypontoknak látjuk őket, amint a fotonok áthaladnak a kozmikus távolságokon, és megütik a szemünket.
Minden egyes csillag, amelyet az éjszakai égbolton látunk, a galaxisunkban található -. A szabad szemmel látható legtávolabbi objektum saját galaxisunkon kívül található: az Androméda galaxis, amely 2,5 millió fényévnyire található. (Bár ez vitatható, egyesek azt állítják, hogy egy rendkívül sötét éjszakai égbolton is láthatják a Triangulum galaxist, amely hárommillió fényévnyire van tőle, csak szót kell fogadni).
Az Androméda-galaxis ezermilliárd csillaga, tekintettel a távolságára, egy halványan izzó égboltba olvad össze. A mérete mégis kolosszális. Ami a látszólagos méretet illeti, még ötmilliárd kilométerre is, ez a galaxis hatszor olyan széles, mint a telihold. Azonban olyan kevés foton éri el a szemünket, hogy ez az égi szörnyeteg szinte láthatatlan.
Milyen éles lehet a látás?
Miért nem láthatunk egyes csillagokat az Androméda galaxisban? Látásfelbontásunk vagy látásélességünk határai megszabják a maguk korlátait. A látásélesség a részletek, például a pontok vagy vonalak egymástól elkülönített megkülönböztetésének képessége, hogy ne olvadjanak össze. Így a látás határaira úgy is gondolhatunk, mint a megkülönböztethető „pontok” számára.
A látásélesség határait számos tényező határozza meg, mint például a kúpok és a retinába csomagolt rudak közötti távolság. Ugyancsak fontos magának a szemgolyónak az optikája, amely, mint már említettük, megakadályozza, hogy minden lehetséges foton behatoljon a fényérzékeny sejtekbe.
Elméletileg a vizsgálatok kimutatták, hogy a legjobb, amit láthatunk, körülbelül 120 pixel ívfokon, ami a szögmérés mértékegysége. Egy 60x60-as fekete-fehér sakktáblaként képzelheted el, amely egy kinyújtott kéz körmére illeszkedik. "Ez a legtisztább minta, amit láthat" - mondja Landy.
A szemvizsgálatot, akárcsak a kisbetűs táblázatot, ugyanazok az elvek vezérlik. Ugyanezek az élességhatárok magyarázzák, hogy miért nem tudunk megkülönböztetni és fókuszálni egyetlen, néhány mikrométer széles, homályos biológiai sejtre.
De ne írd le magad. Millió szín, egyetlen foton, galaktikus világok ötmilliárd kilométerre – nem rossz, ha a szemgödörünkben egy 1,4 kilogrammos szivacshoz kötődik a szemüregünkben lévő zselébuborék.
A Föld felszíne a látómeződben körülbelül 5 km távolságban görbülni kezd. De az emberi látás élessége lehetővé teszi, hogy sokat láthass a horizonton túl. Ha nem lenne görbület, akkor láthatnád egy gyertya lángját 50 km-re tőled.
A látótávolság a távoli tárgy által kibocsátott fotonok számától függ. Ebben a galaxisban az 1 000 000 000 000 csillag együttesen annyi fényt bocsát ki, hogy több ezer foton elérjen minden négyzetmérföldet. lásd a Földet. Ez elég ahhoz, hogy az emberi szem retináját felizgassa.
Mivel a Földön tartózkodva lehetetlen ellenőrizni az emberi látás élességét, a tudósok matematikai számításokhoz folyamodtak. Azt találták, hogy a villódzó fény látásához 5-14 foton kell ahhoz, hogy elérje a retinát. A gyertyaláng 50 km távolságban, figyelembe véve a fényszóródást, ezt a mennyiséget adja, és az agy gyenge fényt ismer fel.
Hogyan tudjunk meg valami személyeset a beszélgetőpartnerről a megjelenése alapján
A „baglyok” titkai, amelyekről a „pacsirta” nem tud Az agyposta működése – üzenetek továbbítása agytól agyig az interneten keresztül Miért van szükség az unalomra? "Mágneses ember": Hogyan válhatsz karizmatikusabbá és vonzhatod magadhoz az embereket 25 idézet, hogy felébressze belső harcosát Hogyan fejleszthető az önbizalom Lehetséges "megtisztítani a testet a méreganyagoktól"? 5 ok, amiért az emberek mindig az áldozatot hibáztatják a bűncselekményért, nem az elkövetőt Kísérlet: egy férfi naponta 10 doboz kólát iszik, hogy bebizonyítsa annak ártását
A vizuális észlelés folyamatának nagy száma miatt egyéni jellemzőit különféle tudományok - optika (beleértve a biofizikát), pszichológia, fiziológia, kémia (biokémia) - szempontjából veszik figyelembe. Az észlelés minden szakaszában előfordulnak torzulások, hibák és kudarcok, de az emberi agy feldolgozza a kapott információkat és elvégzi a szükséges kiigazításokat. Ezek a folyamatok öntudatlan természetűek, és a torzítások többszintű autonóm korrekciójában valósulnak meg. Ez kiküszöböli a szférikus és kromatikus aberrációkat, a holtfolt hatásokat, színkorrekciót hajtanak végre, sztereoszkópikus képet alakítanak ki, stb. Azokban az esetekben, amikor a tudatalatti információfeldolgozás elégtelen vagy túlzott, optikai illúziók keletkeznek.
Az emberi látás élettana
színlátás
Az emberi szem kétféle fényérzékeny sejtet (fotoreceptort) tartalmaz: az éjszakai látásért felelős rendkívül érzékeny rudakat és a színlátásért kevésbé érzékeny kúpokat.
A különböző hullámhosszú fény a különböző típusú kúpokat eltérően stimulálja. Például a sárga-zöld fény egyformán stimulálja az L és M típusú kúpokat, de az S típusú kúpokat kevésbé. A vörös fény sokkal erősebben stimulálja az L-típusú kúpokat, mint az M-típusú kúpokat, az S-típusú kúpok pedig szinte egyáltalán nem stimulálnak; a zöld-kék fény jobban stimulálja az M-típusú receptorokat, mint az L-típusú, és az S-típusú receptorokat egy kicsit jobban; az ilyen hullámhosszú fény a rudakat is a legerősebben stimulálja. Az ibolya fény szinte kizárólag az S-típusú kúpokat stimulálja. Az agy a különböző receptoroktól származó kombinált információkat érzékeli, ami a különböző hullámhosszúságú fény eltérő érzékelését biztosítja.
Az emberek és majmok színlátását fényérzékeny opszin fehérjéket kódoló gének szabályozzák. A háromkomponensű elmélet támogatói szerint a színérzékeléshez elegendő három különböző, különböző hullámhosszra reagáló fehérje jelenléte. A legtöbb emlősben csak kettő van ebből a génből, tehát kétszínű látásuk van. Abban az esetben, ha egy személynek két különböző gének által kódolt fehérje van, amelyek túlságosan hasonlóak, vagy az egyik fehérje nem szintetizálódik, színvakság alakul ki. N. N. Miklukho-Maclay megállapította, hogy az új-guineai pápuák a zöld dzsungel sűrűjében élnek, nem képesek megkülönböztetni a zöldet.
A vörös fényre érzékeny opszint emberben az OPN1LW gén kódolja.
Más humán opszinok az OPN1MW, OPN1MW2 és OPN1SW géneket kódolják, amelyek közül az első kettő közepes hullámhosszú fényre érzékeny fehérjéket, a harmadik pedig a spektrum rövid hullámhosszú részére érzékeny opszint kódol.
A közelmúltban mókusmajmokon (saimiri) végzett kísérletek igazolták, hogy háromféle opszin szükséges a színlátáshoz, amelyek hímjeit az OPN1LW humán opszin gén retinájába való bejuttatásával gyógyították ki a veleszületett színvakságból. Ez a munka (a hasonló egereken végzett kísérletekkel együtt) azt mutatta, hogy az érett agy képes alkalmazkodni a szem új érzékszervi képességeihez.
Az OPN1LW gén, amely a vörös érzékeléséért felelős pigmentet kódolja, erősen polimorf (85 allélt találtak egy 256 fős mintában Virrelli és Tishkov legutóbbi munkája során), és a nők körülbelül 10%-a két különböző alléllel rendelkezik. ennek a génnek valójában van egy további típusú színreceptorja és bizonyos fokig négykomponensű színlátása is. A "sárga-zöld" pigmentet kódoló OPN1MW gén variációi ritkák, és nem befolyásolják a receptorok spektrális érzékenységét.
Az OPN1LW gén és a közepes hullámhosszú fény érzékeléséért felelős gének párhuzamosan helyezkednek el az X kromoszómán, és gyakran nem homológ rekombináció vagy génkonverzió történik köztük. Ebben az esetben előfordulhat génfúzió vagy kópiáik számának növekedése a kromoszómában. Az OPN1LW gén hibái a részleges színvakság, a protanopia okai.
A színlátás háromkomponensű elméletét először 1756-ban fejezte ki M. V. Lomonoszov, amikor "a szemfenék három anyagáról" írt. Száz évvel később G. Helmholtz német tudós fejlesztette ki, aki nem említi Lomonoszov híres munkáját "A fény eredetéről", bár azt német nyelven kiadták és röviden bemutatták.
Ezzel párhuzamosan létezett Ewald Hering ellenfél színelmélete. David H. Hubel és Torsten N. Wiesel fejlesztette ki. Felfedezésükért 1981-ben Nobel-díjat kaptak.
Azt javasolták, hogy az agy egyáltalán nem kap információt a vörös (R), zöld (G) és kék (B) színekről (Jung-Helmholtz színelmélet). Az agy információt kap a fényerő különbségéről - a fehér (Y max) és a fekete (Y min) fényereje közötti különbségről, a zöld és a piros színek közötti különbségről (G - R), a kék és a sárga közötti különbségről színek (B - sárga), a sárga (sárga = R + G) a piros és a zöld összege, ahol R, G és B a színösszetevők fényereje - piros, R, zöld, G és kék, B .
Van egy egyenletrendszerünk - K h-b \u003d Y max - Y min; K gr \u003d G - R; K brg = B - R - G, ahol K b-w, K gr , K brg - a fehéregyensúly-tényezők függvényei bármilyen világításhoz. A gyakorlatban ez abban fejeződik ki, hogy az emberek különböző fényforrások mellett egyformán érzékelik a tárgyak színét (színadaptáció). Az ellenfél elmélete általában jobban megmagyarázza azt a tényt, hogy az emberek egyformán érzékelik a tárgyak színét rendkívül eltérő fényforrások mellett (színadaptáció), beleértve a különböző színű fényforrásokat ugyanabban a jelenetben.
Ez a két elmélet nincs teljesen összhangban egymással. De ennek ellenére továbbra is feltételezik, hogy a három inger elmélete a retina szintjén működik, azonban az információ feldolgozásra kerül, és az agy olyan adatokat kap, amelyek már összhangban vannak az ellenfél elméletével.
Binokuláris és sztereoszkópos látás
A pupilla hozzájárulása a szem érzékenységének beállításához rendkívül jelentéktelen. A teljes fényerő-tartomány, amelyet vizuális mechanizmusunk képes érzékelni, óriási: 10–6 cd m²-től a teljesen sötéthez alkalmazkodó szemnél 106 cd m²-ig egy teljesen fényhez alkalmazkodó szemnél. A mechanizmus az érzékenység ilyen széles tartományához a fényérzékeny pigmentek lebontásában rejlik a retina fotoreceptoraiban - kúpokban és rudakban.
A szem érzékenysége függ az alkalmazkodás teljességétől, a fényforrás intenzitásától, a fényforrás hullámhosszától és szögméreteitől, valamint az inger időtartamától. A szem érzékenysége az életkorral csökken a sclera és a pupilla optikai tulajdonságainak, valamint az érzékelés receptorkapcsolatának romlása miatt.
A maximális érzékenység nappali fényben 555-556 nm, gyenge este/éjszaka pedig a látható spektrum lila széle felé tolódik el és 510 nm (nappal 500-560 nm között ingadozik). Ezt (az ember látásának függése a fényviszonyoktól, amikor több színű tárgyakat észlel, látszólagos fényességük aránya - Purkinje-effektus) a szem kétféle fényérzékeny eleme magyarázza - erős fényben, látás főként kúpokkal hajtják végre, és gyenge fényben előnyösen csak botokat használnak.
Látásélesség
Az, hogy különböző emberek képesek egy tárgy kisebb-nagyobb részleteit azonos távolságból, azonos szemgolyó alakú és a szem dioptria törőereje mellett látni, a retina érzékeny elemei közötti távolságkülönbségnek köszönhető. és látásélességnek nevezik.
A látásélesség a szem érzékelési képessége külön két egymástól bizonyos távolságra lévő pont ( részletesség, finom szemcsésség, felbontás). A látásélesség mértéke a látószög, vagyis az a szög, amelyet a kérdéses tárgy széleiből (vagy két pontból) kiinduló sugarak alkotnak. Aés B) a csomóponthoz ( K) szemek. A látásélesség fordítottan arányos a látószöggel, vagyis minél kisebb, annál nagyobb a látásélesség. Normális esetben az emberi szem képes erre külön olyan tárgyakat észlel, amelyek szögtávolsága nem kisebb, mint 1 ′ (1 perc).
A látásélesség a látás egyik legfontosabb funkciója. Az emberi látásélességet szerkezete korlátozza. Az emberi szem, ellentétben például a lábasfejűek szemével, fordított szerv, vagyis a fényérzékeny sejtek egy ideg- és érréteg alatt helyezkednek el.
A látásélesség a makula és a retina területén található kúpok méretétől, valamint számos tényezőtől függ: a szem fénytörésétől, a pupilla szélességétől, a szaruhártya átlátszóságától, a lencséktől (és annak rugalmasságától) , üvegtest (amelyek a fénytörő apparátust alkotják), a retina és a látóideg állapota, életkora.
A látásélességet és/vagy a fényérzékenységet gyakran a szabad szem felbontóképességének is nevezik. felbontóképessége).
rálátás
Perifériás látás (látómező) - határozza meg a látómező határait, amikor azokat gömbfelületre vetíti (a kerület segítségével). A látómező az a tér, amelyet a szem észlel, amikor a tekintet rögzített. A látómező a retina perifériás részeinek függvénye; állapota nagymértékben meghatározza az ember azon képességét, hogy szabadon navigáljon a térben.
A látómező változásait a látóelemző szervi és/vagy funkcionális betegségei okozzák: retina, látóideg, látópálya, központi idegrendszer. A látómező megsértése vagy határainak beszűkülésében (fokokban vagy lineáris értékekben kifejezve), vagy egyes szakaszainak elvesztésében (hemianopsia), scotoma megjelenésében nyilvánul meg.
binokuláris
Ha mindkét szemmel egy tárgyat nézünk, akkor azt csak akkor látjuk, ha a szem látótengelyei olyan konvergencia (konvergencia) szöget alkotnak, amelynél az érzékeny sárga folt (fovea) bizonyos megfelelő helyein szimmetrikus tiszta képek keletkeznek a retinán. centralis). Ennek a binokuláris látásnak köszönhetően nemcsak a tárgyak egymáshoz viszonyított helyzetét és távolságát ítéljük meg, hanem a megkönnyebbülést és a térfogatot is érzékeljük.
A binokuláris látás fő jellemzői az elemi binokuláris, mélységi és sztereoszkópikus látás, a sztereó látásélesség és a fúziós tartalékok jelenléte.
Az elemi binokuláris látás meglétét úgy ellenőrizzük, hogy egyes képeket töredékekre osztunk, amelyek egy része a bal, néhány pedig a jobb szemen látható. A megfigyelő akkor rendelkezik elemi binokuláris látással, ha töredékekből képes egyetlen eredeti képet összeállítani.
A mélylátás meglétét sziluett, illetve sztereoszkópikus - véletlenszerű pontsztereogramok bemutatásával ellenőrzik, amelyeknek a megfigyelőben sajátos mélységélményt kell átélniük, amely eltér a monokuláris vonásokon alapuló térbeli benyomástól.
A sztereó látás élessége a sztereoszkópikus érzékelés küszöbének reciprokja. A sztereoszkópikus érzékelés küszöbe a minimálisan kimutatható eltérés (szögeltolódás) a sztereogram részei között. Méréséhez az elvet alkalmazzuk, ami a következő. A szemlélő bal és jobb szeme előtt három figurapár látható külön-külön. Az egyik párban a figurák helyzete egybeesik, a másik kettőben az egyik figura egy bizonyos távolsággal vízszintesen el van tolva. Az alanynak meg kell adnia az ábrákat a relatív távolság szerint növekvő sorrendben. Ha az ábrák megfelelő sorrendben vannak, akkor a teszt szintje nő (az eltérés csökken), ha nem, az eltérés nő.
Fúziós tartalékok - olyan feltételek, amelyek mellett lehetőség van a sztereogram motoros fúziójára. A fúziós tartalékokat a sztereogram egyes részei közötti maximális eltérés határozza meg, amelynél még háromdimenziós képként érzékeljük. A fúziós tartalékok mérésére a sztereolátás élességének vizsgálatánál alkalmazott elvet ellentétes elvet alkalmazzák. Például arra kérik az alanyt, hogy két függőleges csíkot kombináljon egy képbe, amelyek közül az egyik a bal, a másik a jobb szemmel látható. Ugyanakkor a kísérletvezető elkezdi lassan szétválasztani a sávokat, először konvergens, majd divergens eltérésekkel. A kép a megfigyelő fúziós tartalékát jellemző diszparitási értéknél kezd ketté válni.
A binocularitás károsodhat strabismusban és néhány más szembetegségben. Erős fáradtság esetén átmeneti sztrabizmus léphet fel, amelyet a hajtott szem kikapcsolása okoz.
Kontrasztérzékenység
Kontrasztérzékenység - egy személy azon képessége, hogy olyan tárgyakat lásson, amelyek fényereje kissé eltér a háttértől. A kontrasztérzékenységet szinuszos rácsokkal értékeljük. A kontrasztérzékenységi küszöb emelkedése számos szembetegség jele lehet, ezért vizsgálata a diagnosztikában használható.
Látás adaptációja
A látás fenti tulajdonságai szorosan összefüggenek a szem alkalmazkodási képességével. A szem adaptációja - a látás alkalmazkodása a különböző fényviszonyokhoz. Az alkalmazkodás a megvilágítás változásaihoz (különbséget kell tenni a fényhez és a sötéthez való alkalmazkodás között), a világítás színjellemzőihez (a fehér tárgyak fehérnek való érzékelésének képessége, még a beeső fény spektrumának jelentős változása esetén is) történik.
A fényhez való alkalmazkodás gyorsan megtörténik és 5 percen belül véget ér, a szem alkalmazkodása a sötétséghez lassabb folyamat. A fényérzetet okozó minimális fényerő határozza meg a szem fényérzékenységét. Ez utóbbi gyorsan növekszik az első 30 percben. maradj sötétben, növekedése gyakorlatilag 50-60 perc alatt véget ér. A szem sötétséghez való alkalmazkodását speciális eszközökkel - adaptométerekkel - tanulmányozzák.
Egyes szem (retinitis pigmentosa, glaucoma) és általános (A-avitaminosis) betegségekben a szem sötétséghez való alkalmazkodásának csökkenése figyelhető meg.
Az adaptáció a látás azon képességében is megnyilvánul, hogy részben kompenzálja a látókészülék hibáit (a lencse optikai hibái, retina defektusok, scotomák stb.)
A vizuális észlelés pszichológiája
látási hibák
A legsúlyosabb hátrány a közeli vagy távoli tárgyak homályos, homályos láthatósága.
lencse hibák
távollátás
A távollátást olyan fénytörési anomáliának nevezik, amelyben a szembe jutó fénysugarak nem a retinára, hanem a mögé fókuszálnak. A jó akkomodációs határral rendelkező, világos szemformákban a szemlencse görbületének ciliáris izomzattal történő növelésével kompenzálja a látáshiányt.
Erősebb távollátás esetén (3 dioptria és afeletti) nemcsak közelre, de távolra is rossz a látás, a szem önmagában nem képes kompenzálni a hibát. A távollátás általában veleszületett és nem halad előre (általában az iskolás korig csökken).
Távollátás esetén a szemüveget olvasásra vagy állandó viselésre írják fel. Szemüvegekhez konvergáló lencséket választanak (előre mozgatják a fókuszt a retinára), amelyek használatával a beteg látása a legjobban alakul.
Némileg különbözik a távollátástól, presbyopia vagy szenilis távollátástól. A presbyopia a lencse rugalmasságának elvesztése miatt alakul ki (ami a fejlődés normális eredménye). Ez a folyamat már iskolás korban elkezdődik, de az ember általában 40 éves kor után észleli a közellátás csökkenését. (Bár 10 éves korukban az emmetropikus gyerekek már 7 cm-es, 20 évesen már legalább 10 cm-es, 30-14 cm-es, és így tovább.) A szenilis távollátás fokozatosan alakul ki, és a kor előrehaladtával 65-70 éves korban az ember már teljesen elveszíti alkalmazkodási képességét, a presbyopia kialakulása befejeződik.
Rövidlátás
A rövidlátás a szem fénytörésének anomáliája, amelyben a fókusz előremozdul, és egy már defókuszált kép esik a retinára. Rövidlátás esetén a tiszta látás további pontja 5 méteren belül van (általában a végtelenben van). A rövidlátás hamis (amikor a ciliáris izom túlfeszültsége miatt görcsössége lép fel, aminek következtében a lencse görbülete túl nagy marad a távoli látáshoz), és igaz (amikor a szemgolyó az elülső-hátulsó tengelyben megnő). Enyhe esetekben a távoli tárgyak elmosódnak, míg a közeli tárgyak élesek maradnak (a tiszta látás legtávolabbi pontja meglehetősen távol van a szemtől). Erős myopia esetén a látás jelentősen csökken. Körülbelül –4 dioptriától kezdve az embernek szemüvegre van szüksége mind a távolságra, mind a közeli távolságra (ellenkező esetben a kérdéses tárgyat nagyon közel kell vinni a szeméhez).
Serdülőkorban a myopia gyakran előrehalad (a szemek folyamatosan megfeszülnek, hogy közel dolgozzanak, ezért a szem hossza kompenzálóan nő). A myopia progressziója néha rosszindulatú formát ölt, amelyben a látás évente 2-3 dioptriával csökken, a sclera nyúlik, és a retinában disztrófiás változások lépnek fel. Súlyos esetekben fennáll a veszélye a túlfeszített retina leválásának fizikai megterhelés vagy hirtelen ütközés során. A myopia progressziójának megállítása általában 22-25 éves korban következik be, amikor a test növekedése leáll. A gyors előrehaladással a látás addigra -25 dioptriára és az alá esik, ami nagyon megnyomorítja a szemet, és élesen megzavarja a távoli és közeli látás minőségét (az ember csak homályos körvonalakat lát, részletes látás nélkül), és az ilyen eltérések Optikával nagyon nehéz teljesen korrigálni: a vastag szemüvegek erős torzítást okoznak, és vizuálisan csökkentik a tárgyakat, ezért az ember még szemüveggel sem lát elég jól. Ilyen esetekben a legjobb hatást kontaktkorrekció segítségével érhetjük el.
Annak ellenére, hogy tudományos és orvosi munkák százait szentelték a myopia progressziójának megállításának kérdésére, még mindig nincs bizonyíték a progresszív myopia kezelésére szolgáló módszerek hatékonyságára, beleértve a műtétet (szkleroplasztika). Bizonyíték van arra, hogy kismértékben, de statisztikailag szignifikánsan csökkent a myopia növekedési aránya gyermekeknél az atropin szemcsepp és (Oroszországban nem kapható) pirenzipin szemgél használata esetén.
Rövidlátás esetén gyakran lézeres látáskorrekcióhoz folyamodnak (lézersugárral a szaruhártya ütése annak görbületének csökkentése érdekében). Ez a korrekciós módszer nem teljesen biztonságos, de a legtöbb esetben a műtét után jelentős látásjavulás érhető el.
A rövidlátás és a távollátás hibái leküzdhetők szemüveggel vagy rehabilitációs gimnasztika tanfolyamokkal, mint más fénytörési hibákkal.
Asztigmatizmus
Az asztigmatizmus a szem optikájának hibája, amelyet a szaruhártya és (vagy) a lencse szabálytalan alakja okoz. Minden embernél a szaruhártya és a lencse alakja eltér az ideális forgástesttől (azaz minden embernek van ilyen vagy olyan foka asztigmatizmusa). Súlyos esetekben az egyik tengely mentén történő nyújtás nagyon erős lehet, emellett a szaruhártya egyéb okok (sebek, fertőző betegségek stb.) okozta görbületi hibái is lehetnek. Asztigmatizmus esetén a fénysugarak különböző erősséggel törnek meg a különböző meridiánokon, aminek következtében a kép torz, néha homályos. Súlyos esetekben a torzítás olyan erős, hogy jelentősen rontja a látás minőségét.
Az asztigmatizmust könnyű diagnosztizálni, ha az egyik szemével megvizsgál egy papírlapot, amelyen sötét párhuzamos vonalak találhatók - egy ilyen lapot elforgatva az asztigmatista észreveszi, hogy a sötét vonalak vagy elmosódnak, vagy tisztábbá válnak. A legtöbb ember veleszületett asztigmatizmusa 0,5 dioptriáig terjed, ami nem okoz kellemetlenséget.
Ezt a hibát kompenzálják a különböző vízszintes és függőleges görbületű, hengeres lencsés szemüvegek és kontaktlencsék (kemény vagy lágy tórikus), valamint a különböző meridiánokon eltérő optikai teljesítményű szemüveglencsék.
retina defektusok
színvakság
Ha a három alapszín egyikének érzékelése kiesik vagy meggyengül a retinában, akkor a személy nem érzékel semmilyen színt. Vannak "színvak" a vörös, zöld és kék-ibolya színekhez. Ritkán fordul elő páros, sőt teljes színvakság. Gyakrabban vannak olyan emberek, akik nem tudják megkülönböztetni a pirosat a zöldtől. Ezeket a színeket szürkének érzékelik. Az ilyen látáshiányt színvakságnak nevezték - D. Dalton angol tudós után, aki maga is ilyen színlátászavarban szenvedett, és először leírta.
A színvakság gyógyíthatatlan, öröklődő (X kromoszómához kötődik). Néha bizonyos szem- és idegbetegségek után jelentkezik.
Színvakok nem végezhetnek közutakon járművezetéssel kapcsolatos munkát. A jó színérzékelés nagyon fontos a tengerészek, pilóták, vegyészek, művészek számára, ezért egyes szakmák esetében a színlátást speciális táblázatok segítségével ellenőrzik.
scotoma
Scottoma (gr. skotos- sötétség) - foltszerű hiba a szem látóterében, amelyet a retina betegsége, a látóideg betegségei, a zöldhályog okoz. Ezek olyan területek (a látómezőn belül), ahol a látás jelentősen romlik vagy hiányzik. Néha egy vakfoltot scotomának neveznek - a retinán a látóideg fejének megfelelő területet (úgynevezett fiziológiás scotoma).
Abszolút scotoma. abszolút scotomata) - olyan terület, ahol nincs látás. Relatív scotoma (angol) relatív scotoma) - olyan terület, ahol a látás jelentősen csökken.
A scotoma jelenlétét az Amsler-teszt segítségével végzett önálló vizsgálattal feltételezhetjük.
A Föld felszíne meggörbül és 5 kilométeres távolságban eltűnik a látómezőből. De látásunk élessége lehetővé teszi, hogy messze túlmutassunk a horizonton. Ha a Föld lapos lenne, vagy ha egy hegy tetején állna, és a bolygónak a szokásosnál sokkal nagyobb területére nézne, több száz mérfölddel távolabb is erős fényeket láthatna. Egy sötét éjszakán még egy gyertya lángját is láthattad, amely 48 kilométerre van tőled.
Az, hogy az emberi szem milyen messzire lát, attól függ, hogy a távoli tárgy hány fényrészecskét vagy fotont bocsát ki. A szabad szemmel látható legtávolabbi objektum az Androméda-köd, amely hatalmas, 2,6 millió fényévnyi távolságra található a Földtől. Egy billió csillag ebben a galaxisban összesen annyi fényt bocsát ki, hogy másodpercenként több ezer foton ütközhessen a Föld felszínének minden négyzetcentiméterével. Sötét éjszakán ez a mennyiség elegendő a retina aktiválásához.
1941-ben Selig Hecht látásspecialista és kollégái a Columbia Egyetemen megalkották azt, amit a mai napig megbízhatónak tartanak a látás abszolút küszöbére vonatkozóan – a fotonok minimális számát, amelyeknek be kell jutniuk a retinába ahhoz, hogy tudatosítsák a vizuális észlelést. A kísérlet ideális körülmények között küszöböt állított fel: a résztvevők szemei időt kaptak, hogy teljesen alkalmazkodjanak az abszolút sötétséghez, az ingerként működő kék-zöld fényvillanás hullámhossza 510 nanométer volt (amire a szem a legérzékenyebb), és a fényt a retina perifériás szélére irányították.fényfelismerő rúdsejtekkel telve.
A tudósok szerint ahhoz, hogy a kísérletben résztvevők az esetek több mint felében felismerjenek egy ilyen fényvillanást, 54-148 fotonnak kellett a szemgolyókba esnie. A retina abszorpciójának mérései alapján a tudósok kiszámították, hogy az emberi retinarudak átlagosan 10 fotont nyelnek el. Így 5-14 foton abszorpciója, illetve 5-14 rúd aktiválása azt jelzi az agynak, hogy látsz valamit.
"Ez valóban nagyon kis számú kémiai reakció" - jegyezte meg Hecht és munkatársai a kísérletről szóló tanulmányban.
Figyelembe véve az abszolút küszöböt, a gyertyaláng fényességét és azt a becsült távolságot, amelynél a világító tárgy elhalványul, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az ember meg tudja különböztetni a gyertyaláng halvány villogását 48 kilométeres távolságból.
Az ember méretű tárgyak csak körülbelül 3 kilométeres távolságból megkülönböztethetők. Ehhez képest ebből a távolságból egyértelműen meg tudnánk különböztetni egy autó két fényszóróját, de milyen távolságból ismerhetjük fel, hogy a tárgy több, mint egy fényvillanás? Ahhoz, hogy egy tárgy térben kiterjedtnek, és ne pontnak tűnjön, a belőle kisugárzó fénynek legalább két szomszédos retinakúpot aktiválnia kell – a színlátásért felelős sejteket. Ideális esetben a tárgynak legalább 1 ívperces vagy egy hatod fokos szögben kell feküdnie a szomszédos kúpok gerjesztéséhez. Ez a szögmérték ugyanaz marad, függetlenül attól, hogy az objektum közel van-e vagy távol (a távoli objektumnak sokkal nagyobbnak kell lennie, hogy ugyanolyan szögben legyen, mint a közeli). A telihold 30 ívperces szögben fekszik, míg a Vénusz alig látható, mint kiterjesztett objektum körülbelül 1 ívperces szögben.
