Jaka jest wielkość szczeliny widzianej przez ludzkie oko. Nadzór i widoczność

Powierzchnia Ziemi ogranicza nasze widzenie do odległości 3,1 mili lub 5 kilometrów. Jednak nasza ostrość widzenia wykracza daleko poza horyzont. Gdyby Ziemia była płaska lub gdybyś stał na szczycie góry, mając szerszy horyzont niż w zwykłym życiu, moglibyśmy widzieć odległe obiekty z odległości kilkudziesięciu kilometrów. W ciemną noc można było nawet dostrzec płonącą świecę z odległości 50 km.

To, jak daleko ludzkie oko może zobaczyć, zależy od tego, ile cząstek światła, lub jak nazywa się je również fotonami, emituje odległy obiekt. Najdalszym obiektem od Ziemi, który możemy zobaczyć gołym okiem, jest galaktyka Andromedy, znajdująca się w niewyobrażalnej odległości 2,6 miliona lat świetlnych od Ziemi. Łącznie 1 bilion gwiazd w tej galaktyce emituje wystarczającą ilość światła, aby pokryć każdy centymetr kwadratowy naszej planety z kilkoma tysiącami fotonów na sekundę. W ciemną noc taka jasna poświata jest szczególnie dobrze widoczna dla naszego wzroku, skierowanego na bezkresne niebo.

W 1941 roku optyk Selig Hecht i jego współpracownicy z Columbia University opracowali najbardziej niezawodny sposób pomiaru „bezwzględnego progu” ludzkiego widzenia – minimalną liczbę fotonów wymaganą przez naszą siatkówkę do pewnej percepcji wzrokowej. Eksperyment, który sprawdza granice naszego widzenia, został przeprowadzony w idealnych warunkach: oczy ochotników miały wystarczająco dużo czasu na przystosowanie się do całkowitej ciemności, długości fali niebiesko-zielonej fali świetlnej (na którą nasze oczy są najbardziej wrażliwe ) wynosiła 510 nanometrów, światło kierowane było na obrzeża naszej siatkówki, obszar oka najbardziej nasycony komórkami światłoczułymi.

Naukowcy ustalili, że aby oko uczestnika eksperymentu uchwyciło taką wiązkę światła, jej moc powinna wynosić od 54 do 148 fotonów. Na podstawie pomiaru absorpcji światła przez siatkówkę naukowcy obliczyli, że pręciki wzrokowe pochłonęły 10 fotonów. Tak więc pochłonięcie od 5 do 14 fotonów lub wystrzelenie od 5 do 14 pałeczek wizualnych już mówi mózgowi, że coś widzisz.

„To dość niewielka liczba reakcji chemicznych”, podsumował Hecht i jego współpracownicy w swoim artykule naukowym na temat badań.

Biorąc pod uwagę wielkość bezwzględnego progu percepcji wzrokowej oraz stopień wygaszenia światła emitowanego przez obiekt, naukowcy doszli do wniosku, że światło płonącej świecy w idealnych warunkach może być widziane przez ludzkie oko z odległości ok. 50 km.

Ale jak daleko możemy zobaczyć obiekt, jeśli jest to coś więcej niż tylko migotanie światła. Aby nasze oko mogło rozróżnić obiekt przestrzenny, a nie tylko punktowy, emitowane przez nie światło musi stymulować co najmniej dwie sąsiadujące ze sobą komórki czopków – to one odpowiadają za odwzorowanie barw. W idealnych warunkach obiekt powinien być widoczny pod kątem 1 minuty lub 1/16 stopnia, aby komórki czopków mogły go zobaczyć (Ta wartość kąta jest prawdziwa bez względu na to, jak daleko znajduje się obiekt. Odległe obiekty powinny być znacznie większe, aby można je było zobaczyć, jak również bliskie obiekty).

Kątowa wartość pełni księżyca wynosi 30 minut, podczas gdy Wenus o wartości 1 minuty jest ledwo dostrzegalna.

Obiekty znane ludzkiej percepcji są widoczne z odległości około 3 km. Na przykład z tej odległości ledwo dostrzegamy reflektory samochodu.

Adam Hadhazy z BBC wyjaśnia, dlaczego twoje oczy mogą robić niesamowite rzeczy, od widzenia odległych galaktyk oddalonych o wiele lat świetlnych po widzenie niewidzialnych kolorów. Rozejrzyj się. Co widzisz? Te wszystkie kolory, ściany, okna, wszystko wydaje się oczywiste, jakby tu miało być. Pomysł, że widzimy to wszystko dzięki cząsteczkom światła - fotonom - które odbijają się od tych obiektów i dostają się do naszych oczu, wydaje się niewiarygodny.

To bombardowanie fotonami jest absorbowane przez około 126 milionów światłoczułych komórek. Różne kierunki i energie fotonów są przekazywane do naszego mózgu w różnych formach, kolorach, jasności, wypełniając nasz wielobarwny świat obrazami.

Nasza niezwykła wizja ma oczywiście szereg ograniczeń. Nie widzimy fal radiowych z naszych urządzeń elektronicznych, nie widzimy bakterii pod nosem. Ale dzięki postępowi w fizyce i biologii możemy zidentyfikować podstawowe ograniczenia naturalnego widzenia. „Wszystko, co widzisz, ma swój próg, najniższy poziom, którego nie możesz zobaczyć powyżej ani poniżej” — mówi Michael Landy, profesor neurobiologii na Uniwersytecie Nowojorskim.

Zacznijmy patrzeć na te wizualne progi przez pryzmat – przepraszam za kalambur – które wielu kojarzy przede wszystkim z widzeniem: kolor.

To, dlaczego widzimy fiolet, a nie brąz, zależy od energii lub długości fali fotonów, które uderzają w siatkówkę znajdującą się z tyłu naszych gałek ocznych. Istnieją dwa rodzaje fotoreceptorów, pręciki i czopki. Czopki odpowiadają za kolor, podczas gdy pręciki pozwalają nam zobaczyć odcienie szarości w warunkach słabego oświetlenia, na przykład w nocy. Opsyny lub cząsteczki pigmentu w komórkach siatkówki pochłaniają energię elektromagnetyczną padających fotonów, generując impuls elektryczny. Sygnał ten wędruje przez nerw wzrokowy do mózgu, gdzie rodzi się świadome postrzeganie kolorów i obrazów.

Mamy trzy rodzaje czopków i odpowiadające im opsyny, z których każdy jest wrażliwy na fotony o określonej długości fali. Czopki te są oznaczone jako S, M i L (odpowiednio krótkie, średnie i długie fale). Fale krótkie postrzegamy jako niebieskie, fale długie jako czerwone. Długości fal między nimi i ich kombinacjami zamieniają się w kompletną tęczę. „Całe światło, które widzimy, inne niż sztucznie wytworzone za pomocą pryzmatów lub sprytnych urządzeń, takich jak lasery, jest mieszanką różnych długości fal” – mówi Landy.

Spośród wszystkich możliwych długości fal fotonu nasze czopki wykrywają małe pasmo od 380 do 720 nanometrów – to, co nazywamy widmem widzialnym. Poza spektrum naszej percepcji istnieje widmo podczerwone i radiowe, przy czym to drugie ma długość fali od milimetra do kilometra.

Powyżej naszego widzialnego widma, przy wyższych energiach i krótszych falach, znajdujemy widmo ultrafioletowe, następnie promieniowanie rentgenowskie, a na górze widmo promieniowania gamma o długości fali dochodzącej do jednego biliona metrów.

Chociaż większość z nas jest ograniczona do widma widzialnego, osoby z afakią (brak soczewki) widzą w widmie ultrafioletowym. Afakia powstaje zwykle w wyniku chirurgicznego usunięcia zaćmy lub wad wrodzonych. Zwykle soczewka blokuje światło ultrafioletowe, więc bez niej ludzie mogą widzieć poza widzialnym spektrum i postrzegać fale o długości do 300 nanometrów w niebieskawym odcieniu.

Badanie z 2014 roku wykazało, że wszyscy możemy zobaczyć fotony w podczerwieni. Jeśli dwa fotony podczerwone przypadkowo trafią w komórkę siatkówki prawie jednocześnie, ich energia łączy się, przekształcając ich długość fali z niewidocznej (np. 1000 nanometrów) na widzialną 500 nanometrów (chłodna zieleń dla większości oczu).

Zdrowe ludzkie oko ma trzy rodzaje czopków, z których każdy może rozróżnić około 100 różnych odcieni kolorów, więc większość badaczy zgadza się, że nasze oczy ogólnie rozróżniają około miliona odcieni. Jednak postrzeganie kolorów jest raczej subiektywną zdolnością, która różni się w zależności od osoby, więc dość trudno jest określić dokładne liczby.

„Trudno to przeliczyć na liczby” – mówi Kimberly Jamison, pracownik naukowy z University of California, Irvine. „To, co widzi jedna osoba, może być tylko ułamkiem kolorów, które widzi inna osoba”.

Jamison wie, o czym mówi, ponieważ pracuje z „tetrachromatami” – ludźmi o „nadludzkim” wzroku. Te rzadkie osobniki, głównie kobiety, mają mutację genetyczną, która daje im dodatkowe czwarte czopki. Z grubsza mówiąc, dzięki czwartemu zestawowi czopków tetrachromaty widzą 100 milionów kolorów. (Osoby ze ślepotą barw, dichromatami, mają tylko dwa rodzaje czopków i widzą około 10 000 kolorów.)

Jaka jest minimalna liczba fotonów, które musimy zobaczyć?

Aby widzenie kolorów działało, czopki na ogół potrzebują dużo więcej światła niż ich odpowiedniki z pręcików. Dlatego w warunkach słabego oświetlenia kolor „zanika”, gdy na pierwszy plan wysuwają się monochromatyczne pręciki.

W idealnych warunkach laboratoryjnych iw obszarach siatkówki, gdzie pręciki są w większości nieobecne, czopki mogą być aktywowane tylko przez garść fotonów. Mimo to kije radzą sobie lepiej w warunkach rozproszonego światła. Jak pokazały eksperymenty z lat czterdziestych, jeden kwant światła wystarczy, aby przyciągnąć naszą uwagę. "Ludzie mogą reagować na pojedynczy foton" - mówi Brian Wandell, profesor psychologii i elektrotechniki na Uniwersytecie Stanforda. „Nie ma sensu być jeszcze bardziej wrażliwym”.

W 1941 roku naukowcy z Columbia University umieścili ludzi w ciemnym pokoju i pozwolili ich oczom się przyzwyczaić. Kilka minut trwało, zanim pałeczki osiągnęły pełną czułość - dlatego mamy problem z zobaczeniem, kiedy światła nagle gasną.

Następnie naukowcy włączyli niebiesko-zielone światło przed twarzami badanych. Na poziomie przekraczającym szansę statystyczną uczestnicy byli w stanie wykryć światło, gdy pierwsze 54 fotony dotarły do ​​ich oczu.

Po skompensowaniu utraty fotonów poprzez absorpcję przez inne elementy oka, naukowcy odkryli, że zaledwie pięć fotonów aktywowało pięć oddzielnych pręcików, które dawały uczestnikom poczucie światła.

Jaka jest granica najmniejszego i najdalszego, jaki możemy zobaczyć?

Ten fakt może cię zaskoczyć: nie ma wewnętrznych ograniczeń co do najmniejszej lub najbardziej odległej rzeczy, którą możemy zobaczyć. Dopóki obiekty dowolnej wielkości, w dowolnej odległości, przekazują fotony do komórek siatkówki, możemy je zobaczyć.

„Wszystko, na czym zależy oku, to ilość światła docierającego do oka” — mówi Landy. - Całkowita liczba fotonów. Możesz sprawić, że źródło światła będzie śmiesznie małe i odległe, ale jeśli emituje ono potężne fotony, zobaczysz je”.

Na przykład obiegowa mądrość mówi, że w ciemną, bezchmurną noc płomień świecy możemy zobaczyć z odległości 48 kilometrów. W praktyce oczywiście nasze oczy po prostu kąpią się w fotonach, więc wędrujące z dużych odległości kwanty światła po prostu zgubią się w tym bałaganie. „Kiedy zwiększasz intensywność tła, zwiększa się ilość światła potrzebna do zobaczenia czegoś” — mówi Landy.

Nocne niebo z ciemnym tłem usianym gwiazdami jest uderzającym przykładem zasięgu naszego widzenia. Gwiazdy są ogromne; wiele z tych, które widzimy na nocnym niebie, ma średnicę milionów kilometrów. Ale nawet najbliższe gwiazdy znajdują się co najmniej 24 biliony kilometrów od nas, a zatem są tak małe dla naszych oczu, że nie można ich dostrzec. Jednak widzimy je jako potężne promieniujące punkty światła, gdy fotony pokonują kosmiczne odległości i uderzają w nasze oczy.

Wszystkie pojedyncze gwiazdy, które widzimy na nocnym niebie, znajdują się w naszej galaktyce. Najdalszy obiekt, jaki możemy zobaczyć gołym okiem, znajduje się poza naszą galaktyką: galaktyka Andromedy, oddalona o 2,5 miliona lat świetlnych. (Chociaż jest to dyskusyjne, niektóre osoby twierdzą, że są w stanie zobaczyć galaktykę Trójkąta na wyjątkowo ciemnym nocnym niebie i znajduje się ona w odległości trzech milionów lat świetlnych, po prostu muszą uwierzyć im na słowo).

Tryliony gwiazd w galaktyce Andromedy, biorąc pod uwagę jej odległość, rozmywają się w słabym, świecącym skrawku nieba. A jednak jego rozmiar jest kolosalny. Pod względem pozornej wielkości, nawet będąc odległą o kwintylion kilometrów, galaktyka ta jest sześć razy szersza od Księżyca w pełni. Jednak tak mało fotonów dociera do naszych oczu, że ten niebiański potwór jest prawie niewidoczny.

Jak ostre może być widzenie?

Dlaczego nie możemy zobaczyć pojedynczych gwiazd w galaktyce Andromedy? Granice naszej rozdzielczości wzrokowej lub ostrości wzroku narzucają własne ograniczenia. Ostrość wzroku to zdolność rozróżniania szczegółów, takich jak kropki lub linie, oddzielnie od siebie, tak aby nie zlewały się ze sobą. W ten sposób możemy myśleć o granicach widzenia jako o liczbie „punktów”, które możemy rozróżnić.

Granice ostrości wzroku są ustalane przez kilka czynników, takich jak odległość między czopkami a pręcikami upakowanymi w siatkówce. Ważna jest również optyka samej gałki ocznej, która, jak już powiedzieliśmy, zapobiega przenikaniu wszystkich możliwych fotonów do światłoczułych komórek.

Teoretycznie badania wykazały, że najlepsze, co możemy zobaczyć, to około 120 pikseli na stopień łuku, jednostka miary kątowej. Można to sobie wyobrazić jako czarno-białą szachownicę o wymiarach 60x60, która mieści się na paznokciu wyciągniętej dłoni. „To najwyraźniejszy wzór, jaki można zobaczyć” — mówi Landy.

Badanie wzroku, podobnie jak tabela z małymi literami, kieruje się tymi samymi zasadami. Te same granice ostrości wyjaśniają, dlaczego nie możemy rozróżnić i skupić się na pojedynczej słabej komórce biologicznej o szerokości kilku mikrometrów.

Ale nie skreślaj się. Milion kolorów, pojedyncze fotony, galaktyczne światy oddalone o tryliony kilometrów – nieźle jak na bańkę galarety w naszych oczodołach, połączoną z 1,4-kilogramową gąbką w naszych czaszkach.

Powierzchnia Ziemi w twoim polu widzenia zaczyna się zakrzywiać w odległości około 5 km. Ale ostrość ludzkiego wzroku pozwala zobaczyć wiele poza horyzontem. Gdyby nie było krzywizny, mógłbyś zobaczyć płomień świecy oddalonej o 50 km.

Zasięg widzenia zależy od liczby fotonów emitowanych przez odległy obiekt. 1 000 000 000 000 gwiazd w tej galaktyce łącznie emituje wystarczająco dużo światła, aby kilka tysięcy fotonów mogło dotrzeć do każdej mili kwadratowej. patrz Ziemia. To wystarczy, aby wzbudzić siatkówkę ludzkiego oka.

Ponieważ nie można sprawdzić ostrości wzroku człowieka na Ziemi, naukowcy uciekli się do obliczeń matematycznych. Odkryli, że aby zobaczyć migoczące światło, potrzeba od 5 do 14 fotonów, aby trafić w siatkówkę. Płomień świecy w odległości 50 km, biorąc pod uwagę rozpraszanie światła, daje taką ilość, a mózg rozpoznaje słabą poświatę.

Jak dowiedzieć się czegoś osobistego o rozmówcy po jego wyglądzie

Tajemnice „sów”, o których nie wiedzą „skowronki”.

Jak działa poczta mózgowa - przesyłanie wiadomości z mózgu do mózgu przez Internet

Dlaczego nuda jest potrzebna?

„Magnet Man”: Jak stać się bardziej charyzmatycznym i przyciągać do siebie ludzi

25 cytatów, aby obudzić w sobie wewnętrznego wojownika

Jak rozwijać pewność siebie

Czy można „oczyścić organizm z toksyn”?

5 powodów, dla których ludzie zawsze będą obwiniać ofiarę za przestępstwo, a nie sprawcę

Eksperyment: mężczyzna wypija 10 puszek coli dziennie, aby udowodnić jej szkodliwość

Ze względu na dużą liczbę etapów w procesie percepcji wzrokowej, jego poszczególne cechy są rozpatrywane z punktu widzenia różnych nauk - optyki (w tym biofizyki), psychologii, fizjologii, chemii (biochemii). Na każdym etapie percepcji zdarzają się zniekształcenia, błędy i niepowodzenia, ale ludzki mózg przetwarza otrzymane informacje i dokonuje niezbędnych korekt. Procesy te mają charakter nieświadomy i realizowane są w wielopoziomowej autonomicznej korekcji zniekształceń. Eliminuje to aberracje sferyczne i chromatyczne, efekty martwego pola, przeprowadzana jest korekcja kolorów, powstaje obraz stereoskopowy itp. W przypadkach, gdy podświadome przetwarzanie informacji jest niewystarczające lub nadmierne, powstają złudzenia optyczne.

Fizjologia wzroku człowieka

widzenie kolorów

Ludzkie oko zawiera dwa rodzaje światłoczułych komórek (fotoreceptorów): bardzo czułe pręciki odpowiedzialne za widzenie w nocy i mniej czułe czopki odpowiedzialne za widzenie kolorów.

Światło o różnych długościach fal inaczej stymuluje różne typy czopków. Na przykład żółto-zielone światło w równym stopniu stymuluje czopki typu L i M, ale w mniejszym stopniu stymuluje czopki typu S. Światło czerwone stymuluje czopki typu L znacznie silniej niż czopki typu M, a czopki typu S nie stymulują prawie wcale; światło zielono-niebieskie bardziej pobudza receptory typu M niż typu L, a nieco bardziej receptory typu S; światło o tej długości fali również najsilniej stymuluje pręciki. Światło fioletowe stymuluje prawie wyłącznie czopki typu S. Mózg odbiera połączone informacje z różnych receptorów, co zapewnia różne postrzeganie światła o różnych długościach fal.

Widzenie kolorów u ludzi i małp jest kontrolowane przez geny kodujące światłoczułe białka opsyny. Według zwolenników teorii trójskładnikowej obecność trzech różnych białek, które reagują na różne długości fal, jest wystarczająca do postrzegania kolorów. Większość ssaków ma tylko dwa z tych genów, więc widzą dwukolorowo. W przypadku, gdy dana osoba ma dwa białka kodowane przez różne geny, które są zbyt podobne, lub jedno z białek nie jest syntetyzowane, rozwija się ślepota barw. N. N. Miklukho-Maclay ustalił, że Papuasi z Nowej Gwinei, żyjący w gęstwinie zielonej dżungli, nie mają zdolności rozróżniania zieleni.

Opsyna wrażliwa na światło czerwone jest kodowana u ludzi przez gen OPN1LW.

Inne ludzkie opsyny kodują geny OPN1MW, OPN1MW2 i OPN1SW, z których pierwsze dwa kodują białka wrażliwe na światło o średniej długości fali, a trzeci odpowiada za opsynę wrażliwą na krótkofalową część widma.

Potrzeba trzech rodzajów opsyny do widzenia kolorów została niedawno udowodniona w eksperymentach na małpach wiewiórkach ( saimiri ), których samce zostały wyleczone z wrodzonej ślepoty barw poprzez wprowadzenie ludzkiego genu opsyny OPN1LW do ich siatkówki. Ta praca (wraz z podobnymi eksperymentami na myszach) wykazała, że ​​dojrzały mózg jest w stanie przystosować się do nowych zdolności sensorycznych oka.

Gen OPN1LW, który koduje pigment odpowiedzialny za postrzeganie czerwieni, jest wysoce polimorficzny (85 alleli znaleziono w próbie 256 osób w niedawnej pracy Virrelli i Tishkov), a około 10% kobiet ma dwa różne allele ten gen faktycznie ma dodatkowy typ receptorów kolorów i pewien stopień czteroskładnikowego widzenia kolorów. Wariacje w genie OPN1MW, który koduje „żółto-zielony” pigment, są rzadkie i nie wpływają na czułość spektralną receptorów.

Gen OPN1LW i geny odpowiedzialne za percepcję światła o średniej długości fali są zlokalizowane tandemowo na chromosomie X i często dochodzi między nimi do niehomologicznej rekombinacji lub konwersji genów. W takim przypadku może wystąpić fuzja genów lub wzrost liczby ich kopii w chromosomie. Defekty w genie OPN1LW są przyczyną częściowej ślepoty barw, protanopii.

Trójskładnikowa teoria widzenia kolorów została po raz pierwszy wyrażona w 1756 roku przez M. V. Łomonosowa, kiedy napisał „o trzech sprawach dna oka”. Sto lat później opracował go niemiecki naukowiec G. Helmholtz, który nie wspomina o słynnym dziele Łomonosowa „O powstawaniu światła”, chociaż zostało ono opublikowane i krótko przedstawione w języku niemieckim.

Równolegle istniała przeciwna teoria koloru autorstwa Ewalda Heringa. Został opracowany przez Davida H. Hubela i Torstena N. Wiesela. Za swoje odkrycie otrzymali Nagrodę Nobla w 1981 roku.

Zasugerowali, że mózg w ogóle nie otrzymuje informacji o kolorach czerwonym (R), zielonym (G) i niebieskim (B) (teoria kolorów Junga-Helmholtza). Mózg otrzymuje informację o różnicy jasności - o różnicy jasności bieli (Y max) i czerni (Y min), o różnicy między barwą zieloną a czerwoną (G - R), o różnicy między barwą niebieską a żółtą kolory (B - żółty), a żółty (żółty = R + G) to suma czerwonego i zielonego, gdzie R, G i B to jasność składowych koloru - czerwony, R, zielony, G i niebieski, B .

Mamy układ równań - K h-b \u003d Y max - Y min; K gr \u003d G - R; K brg = B - R - G, gdzie K b-w, K gr , K brg - funkcje współczynników balansu bieli dla dowolnego oświetlenia. W praktyce wyraża się to tym, że ludzie postrzegają kolor przedmiotów w ten sam sposób przy różnych źródłach światła (adaptacja koloru). Teoria przeciwnika generalnie lepiej wyjaśnia fakt, że ludzie postrzegają kolor przedmiotów w ten sam sposób przy skrajnie różnych źródłach światła (adaptacja kolorów), w tym różnych kolorach źródeł światła w tej samej scenie.

Te dwie teorie nie do końca są ze sobą zgodne. Ale mimo to nadal przyjmuje się, że teoria trzech bodźców działa na poziomie siatkówki, jednak informacja jest przetwarzana i mózg otrzymuje dane, które są już zgodne z teorią przeciwnika.

Widzenie obuoczne i stereoskopowe

Udział źrenicy w regulacji czułości oka jest niezwykle znikomy. Cały zakres jasności, jaki jest w stanie dostrzec nasz mechanizm wzrokowy, jest ogromny: od 10-6 cd m² dla oka w pełni przystosowanego do ciemności do 106 cd m² dla oka w pełni przystosowanego do światła.Mechanizm dla tak szerokiego zakresu czułości polega na przywróceniu rozkładu światłoczułych pigmentów w fotoreceptorach siatkówki - czopkach i pręcikach.

Czułość oka zależy od kompletności adaptacji, intensywności źródła światła, długości fali i wymiarów kątowych źródła, a także od czasu trwania bodźca. Czułość oka zmniejsza się wraz z wiekiem z powodu pogorszenia właściwości optycznych twardówki i źrenicy, a także receptorowego ogniwa percepcji.

Maksymalna czułość w świetle dziennym przypada na 555-556 nm, aw słaby wieczór/noc przesuwa się w stronę fioletowej krawędzi widma widzialnego i wynosi 510 nm (waha się w ciągu dnia w granicach 500-560 nm). Wyjaśnia to (zależność widzenia osoby od warunków oświetleniowych, gdy postrzega wielokolorowe obiekty, stosunek ich pozornej jasności - efekt Purkinjego) przez dwa rodzaje światłoczułych elementów oka - w jasnym świetle, wizji odbywa się głównie za pomocą czopków, a przy słabym świetle najlepiej używać tylko pałeczek.

Ostrość widzenia

Zdolność różnych osób do widzenia większych lub mniejszych szczegółów obiektu z tej samej odległości przy tym samym kształcie gałki ocznej i tej samej mocy refrakcyjnej układu oka dioptrii wynika z różnicy odległości między czułymi elementami siatkówki i nazywa się ostrością wzroku.

Ostrość wzroku to zdolność oka do postrzegania osobno dwa punkty położone w pewnej odległości od siebie ( szczegółowość, drobne ziarno, rozdzielczość). Miarą ostrości wzroku jest kąt widzenia, czyli kąt, jaki tworzą promienie wychodzące z krawędzi przedmiotu (lub z dwóch punktów A oraz B) do punktu węzłowego ( k) oczy. Ostrość wzroku jest odwrotnie proporcjonalna do kąta widzenia, to znaczy im mniejszy, tym wyższa ostrość wzroku. Normalnie ludzkie oko jest w stanie osobno postrzegają obiekty, których odległość kątowa jest nie mniejsza niż 1 ′ (1 minuta).

Ostrość wzroku jest jedną z najważniejszych funkcji widzenia. Ostrość wzroku człowieka jest ograniczona jego strukturą. Ludzkie oko, w przeciwieństwie do oczu na przykład głowonogów, jest narządem odwróconym, to znaczy komórki światłoczułe znajdują się pod warstwą nerwów i naczyń krwionośnych.

Ostrość wzroku zależy od wielkości czopków znajdujących się w okolicy plamki żółtej, siatkówki, a także od szeregu czynników: refrakcji oka, szerokości źrenicy, przezroczystości rogówki, soczewki (i jej elastyczności). , ciało szkliste (które tworzy aparat refrakcyjny), stan siatkówki i nerwu wzrokowego, wiek.

Ostrość wzroku i/lub światłoczułość jest często określana jako zdolność rozdzielcza gołego oka ( moc rozdzielcza).

linia wzroku

Widzenie peryferyjne (pole widzenia) - określ granice pola widzenia podczas rzutowania ich na sferyczną powierzchnię (za pomocą obwodu). Pole widzenia to przestrzeń postrzegana przez oko, gdy wzrok jest nieruchomy. Pole widzenia jest funkcją obwodowych części siatkówki; jego stan w dużej mierze determinuje zdolność człowieka do swobodnego poruszania się w przestrzeni.

Zmiany w polu widzenia spowodowane są chorobami organicznymi i/lub czynnościowymi analizatora wzroku: siatkówki, nerwu wzrokowego, drogi wzrokowej, ośrodkowego układu nerwowego. Naruszenie pola widzenia objawia się albo zwężeniem jego granic (wyrażonych w stopniach lub wartościach liniowych), albo utratą poszczególnych jego odcinków (hemianopsja), pojawieniem się mroczka.

obuoczność

Patrząc na przedmiot obojgiem oczu, widzimy go tylko wtedy, gdy osie widzenia oczu tworzą taki kąt zbieżności (konwergencji), przy którym uzyskuje się symetryczne wyraźne obrazy na siatkówkach w pewnych odpowiednich miejscach wrażliwej plamki żółtej (dołek centralny). Dzięki temu widzeniu obuocznemu nie tylko oceniamy względne położenie i odległość obiektów, ale także dostrzegamy relief i objętość.

Główne cechy widzenia obuocznego to obecność elementarnego widzenia obuocznego, głębokiego i stereoskopowego, ostrości widzenia stereo i rezerw fuzyjnych.

Obecność elementarnego widzenia obuocznego sprawdza się, dzieląc jakiś obraz na fragmenty, z których część jest prezentowana dla lewego, a część dla prawego oka. Obserwator ma elementarne widzenie obuoczne, jeśli jest w stanie skomponować pojedynczy oryginalny obraz z fragmentów.

Obecność widzenia głębokiego sprawdzana jest poprzez prezentację sylwetki, a stereoskopowo – losowych stereogramów kropkowych, co powinno wywołać u obserwatora specyficzne doznanie głębi, różniące się od wrażenia przestrzenności opartego na cechach jednoocznych.

Ostrość widzenia stereoskopowego jest odwrotnością progu percepcji stereoskopowej. Próg percepcji stereoskopowej to minimalna wykrywalna rozbieżność (przemieszczenie kątowe) między częściami stereogramu. Aby to zmierzyć, stosuje się następującą zasadę. Lewemu i prawemu oku obserwatora prezentowane są trzy pary postaci oddzielnie. W jednej z par pozycje figur pokrywają się, w pozostałych dwóch jedna z figur jest przesunięta w poziomie o pewną odległość. Badany jest proszony o wskazanie cyfr ułożonych w rosnącym porządku względnych odległości. Jeśli cyfry są w prawidłowej kolejności, to poziom testu wzrasta (dysproporcja maleje), jeśli nie, dysproporcja wzrasta.

Rezerwy fuzyjne - warunki, w których istnieje możliwość motorycznej fuzji stereogramu. Rezerwy fuzji są określane przez maksymalną rozbieżność między częściami stereogramu, przy której nadal jest on postrzegany jako obraz trójwymiarowy. Do pomiaru rezerw fuzyjnych stosuje się zasadę odwrotną do stosowanej w badaniu ostrości stereowizji. Na przykład osoba badana jest proszona o połączenie dwóch pionowych pasów w jeden obraz, z których jeden jest widoczny dla lewego, a drugi dla prawego oka. W tym samym czasie eksperymentator zaczyna powoli rozdzielać prążki, najpierw ze zbieżnością, a następnie z rozbieżnością. Obraz zaczyna się dzielić na dwie części przy wartości rozbieżności , która charakteryzuje rezerwę syntezy jądrowej obserwatora.

Obuoczność może być osłabiona w przypadku zeza i niektórych innych chorób oczu. Przy silnym zmęczeniu może wystąpić chwilowy zez, spowodowany wyłączeniem oka napędzanego.

Czułość kontrastu

Wrażliwość na kontrast - zdolność osoby do widzenia obiektów, które nieznacznie różnią się jasnością od tła. Wrażliwość na kontrast ocenia się za pomocą siatek sinusoidalnych. Wzrost progu wrażliwości na kontrast może być oznaką wielu chorób oczu, dlatego jego badanie można wykorzystać w diagnostyce.

Adaptacja wzroku

Powyższe właściwości widzenia są ściśle związane ze zdolnością adaptacyjną oka. Adaptacja oka - przystosowanie wzroku do różnych warunków oświetleniowych. Adaptacja zachodzi do zmian oświetlenia (rozróżnienie adaptacji do światła i ciemności), charakterystyki kolorystycznej oświetlenia (zdolność postrzegania białych przedmiotów jako białych nawet przy znacznej zmianie widma padającego światła).

Adaptacja do światła następuje szybko i kończy się w ciągu 5 minut, adaptacja oka do ciemności jest procesem wolniejszym. Minimalna jasność, która powoduje wrażenie światła, określa światłoczułość oka. Ta ostatnia szybko wzrasta w ciągu pierwszych 30 minut. pozostań w ciemności, jego wzrost praktycznie kończy się po 50-60 minutach. Adaptację oka do ciemności bada się za pomocą specjalnych urządzeń - adaptometrów.

Zmniejszenie przystosowania oka do ciemności obserwuje się w niektórych chorobach oczu (retinitis pigmentosa, jaskra) i ogólnych (A-awitaminoza).

Adaptacja przejawia się również w zdolności widzenia do częściowego kompensowania wad samego aparatu wzrokowego (wady optyczne soczewki, wady siatkówki, mroczki itp.)

Psychologia percepcji wzrokowej

wady wzroku

Najbardziej masywną wadą jest rozmyta, niewyraźna widoczność bliskich lub odległych obiektów.

wady soczewek

dalekowzroczność

Dalekowzroczność nazywana jest taką anomalią refrakcji, w której promienie światła wpadające do oka skupiają się nie na siatkówce, ale za nią. W jasnych formach oka z dobrym marginesem akomodacji kompensuje brak wzroku poprzez zwiększenie krzywizny soczewki za pomocą mięśnia rzęskowego.

Przy silniejszej dalekowzroczności (3 dioptrie i więcej) widzenie jest słabe nie tylko z bliska, ale także z daleka, a oko nie jest w stanie samodzielnie zrekompensować wady. Dalekowzroczność jest zwykle wrodzona i nie postępuje (zwykle zmniejsza się wraz z wiekiem szkolnym).

W przypadku dalekowzroczności okulary są przepisywane do czytania lub ciągłego noszenia. Do okularów dobiera się soczewki skupiające (przesuwające ognisko do przodu na siatkówkę), dzięki którym pacjent widzi najlepiej.

Nieco różni się od dalekowzroczności, starczowzroczności lub starczej dalekowzroczności. Starczowzroczność rozwija się w wyniku utraty elastyczności soczewki (co jest normalnym skutkiem jej rozwoju). Proces ten rozpoczyna się już w wieku szkolnym, ale po 40 roku życia człowiek zwykle zauważa pogorszenie widzenia do bliży. (Chociaż w wieku 10 lat dzieci emmetropiczne potrafią czytać z odległości 7 cm, w wieku 20 lat - już co najmniej 10 cm, a w wieku 30 - 14 cm itd.) Starcza dalekowzroczność rozwija się stopniowo iz wiekiem wieku 65-70 lat osoba już całkowicie traci zdolność akomodacji, rozwój starczowzroczności jest zakończony.

Krótkowzroczność

Krótkowzroczność to anomalia refrakcji oka, w której ognisko przesuwa się do przodu, a już rozogniskowany obraz pada na siatkówkę. W przypadku krótkowzroczności dalszy punkt wyraźnego widzenia znajduje się w odległości do 5 metrów (zwykle leży w nieskończoności). Krótkowzroczność jest fałszywa (gdy z powodu przeciążenia mięśnia rzęskowego dochodzi do jego skurczu, w wyniku czego krzywizna soczewki pozostaje zbyt duża do widzenia na odległość) i prawdziwa (gdy gałka oczna zwiększa się w osi przednio-tylnej). W łagodnych przypadkach odległe obiekty są rozmyte, podczas gdy bliskie obiekty pozostają ostre (najdalszy punkt wyraźnego widzenia znajduje się dość daleko od oczu). W przypadkach dużej krótkowzroczności dochodzi do znacznego pogorszenia widzenia. Zaczynając od około -4 dioptrii, osoba potrzebuje okularów zarówno do dali, jak i bliskiej odległości (w przeciwnym razie przedmiot musi być bardzo blisko oczu).

W okresie dojrzewania krótkowzroczność często postępuje (oczy nieustannie wytężają wzrok, aby pracować blisko, dlatego oko wydłuża się kompensacyjnie). Progresja krótkowzroczności przybiera niekiedy postać złośliwą, w której widzenie spada o 2-3 dioptrie rocznie, obserwuje się rozciąganie twardówki i zmiany dystroficzne w siatkówce. W ciężkich przypadkach istnieje niebezpieczeństwo odwarstwienia nadmiernie rozciągniętej siatkówki podczas wysiłku fizycznego lub nagłego uderzenia. Zatrzymanie postępu krótkowzroczności następuje zwykle do 22-25 roku życia, kiedy organizm przestaje rosnąć. Przy szybkim postępie widzenie w tym czasie spada do -25 dioptrii i poniżej, bardzo okaleczając oczy i gwałtownie zakłócając jakość widzenia dali i bliży (wszystko, co osoba widzi, to niewyraźne kontury bez szczegółowego widzenia), a takie odchylenia są bardzo trudno jest w pełni skorygować za pomocą optyki: grube okulary powodują silne zniekształcenia i zmniejszają wizualnie obiekty, dlatego osoba nie widzi wystarczająco dobrze nawet w okularach. W takich przypadkach najlepszy efekt można osiągnąć za pomocą korekcji styków.

Pomimo tego, że problematyce powstrzymywania postępu krótkowzroczności poświęcono setki prac naukowych i medycznych, nadal nie ma dowodów na skuteczność jakiejkolwiek metody leczenia postępującej krótkowzroczności, w tym operacji (skleroplastyki). Istnieją dowody na niewielkie, ale statystycznie istotne zmniejszenie tempa narastania krótkowzroczności u dzieci po zastosowaniu kropli do oczu z atropiną i (niedostępnego w Rosji) żelu pirenzipinowego.

W przypadku krótkowzroczności często uciekają się do laserowej korekcji wzroku (uderzenie w rogówkę wiązką laserową w celu zmniejszenia jej krzywizny). Ta metoda korekcji nie jest całkowicie bezpieczna, jednak w większości przypadków możliwe jest osiągnięcie znacznej poprawy widzenia po zabiegu.

Wady krótkowzroczności i dalekowzroczności można przezwyciężyć za pomocą okularów lub zajęć z gimnastyki rehabilitacyjnej, podobnie jak inne wady refrakcji.

Astygmatyzm

Astygmatyzm to wada optyki oka spowodowana nieregularnym kształtem rogówki i (lub) soczewki. U wszystkich ludzi kształt rogówki i soczewki różni się od idealnego ciała obrotowego (to znaczy wszyscy ludzie mają astygmatyzm w takim czy innym stopniu). W ciężkich przypadkach rozciągnięcie wzdłuż jednej z osi może być bardzo silne, ponadto rogówka może mieć wady krzywizny spowodowane innymi przyczynami (rany, choroby zakaźne itp.). W przypadku astygmatyzmu promienie świetlne załamują się z różną siłą w różnych południkach, w wyniku czego obraz jest zniekształcony, a czasem rozmyty. W ciężkich przypadkach zniekształcenie jest tak silne, że znacznie obniża jakość widzenia.

Astygmatyzm łatwo zdiagnozować, oglądając jednym okiem kartkę papieru z ciemnymi równoległymi liniami – obracając taką kartkę astygmatyk zauważy, że ciemne linie albo się rozmywają, albo stają się wyraźniejsze. Większość ludzi ma wrodzony astygmatyzm do 0,5 dioptrii, co nie powoduje dyskomfortu.

Wadę tę kompensują okulary z soczewkami cylindrycznymi o różnej krzywiźnie poziomej i pionowej oraz soczewki kontaktowe (twarde lub miękkie toryczne), a także soczewki okularowe o różnej mocy optycznej w różnych południkach.

wady siatkówki

ślepota barw

Jeśli percepcja jednego z trzech podstawowych kolorów wypadnie lub zostanie osłabiona w siatkówce, wówczas osoba nie postrzega żadnego koloru. Istnieją „daltoniści” dla koloru czerwonego, zielonego i niebiesko-fioletowego. Rzadko występuje para, a nawet całkowita ślepota barw. Częściej są ludzie, którzy nie potrafią odróżnić czerwieni od zieleni. Postrzegają te kolory jako szare. Taki brak widzenia nazwano daltonizmem - od nazwiska angielskiego naukowca D. Daltona, który sam cierpiał na takie zaburzenie widzenia barw i jako pierwszy je opisał.

Ślepota barw jest nieuleczalna, dziedziczna (związana z chromosomem X). Czasami występuje po niektórych chorobach oczu i nerwów.

Osobom niewidomym na kolory nie wolno wykonywać prac związanych z prowadzeniem pojazdów po drogach publicznych. Dobre postrzeganie kolorów jest bardzo ważne dla żeglarzy, pilotów, chemików, artystów, dlatego w przypadku niektórych zawodów widzenie kolorów sprawdza się za pomocą specjalnych tabel.

mroczek

Szkot (gr. skotos- ciemność) - plamkowaty ubytek w polu widzenia oka, spowodowany chorobą siatkówki, chorobami nerwu wzrokowego, jaskrą. Są to obszary (w polu widzenia), w których widzenie jest znacznie osłabione lub nieobecne. Czasami plamka ślepa nazywana jest mroczkiem - obszarem na siatkówce odpowiadającym główce nerwu wzrokowego (tzw. mroczek fizjologiczny).

Absolutny mroczek. absolutny mroczek) - obszar, w którym nie ma wzroku. Mroczek względny (angielski) względny mroczek) - obszar, w którym widzenie jest znacznie ograniczone.

Możliwe jest założenie obecności mroczka poprzez samodzielne przeprowadzenie badania za pomocą testu Amslera.

Powierzchnia Ziemi zakrzywia się i znika z pola widzenia w odległości 5 kilometrów. Ale ostrość naszego wzroku pozwala nam widzieć daleko poza horyzontem. Gdyby Ziemia była płaska lub gdybyś stanął na szczycie góry i spojrzał na znacznie większy obszar planety niż zwykle, mógłbyś zobaczyć jasne światła oddalone o setki kilometrów. W ciemną noc możesz nawet zobaczyć płomień świecy oddalonej o 48 kilometrów.

To, jak daleko ludzkie oko może zobaczyć, zależy od tego, ile cząstek światła lub fotonów emituje odległy obiekt. Najdalszym obiektem widocznym gołym okiem jest Mgławica Andromeda, znajdująca się w ogromnej odległości 2,6 miliona lat świetlnych od Ziemi. W sumie bilion gwiazd w tej galaktyce emituje w sumie tyle światła, że ​​kilka tysięcy fotonów zderza się z każdym centymetrem kwadratowym powierzchni Ziemi w ciągu sekundy. W ciemną noc ta ilość wystarczy, aby aktywować siatkówkę.

W 1941 roku specjalista od widzenia Selig Hecht i jego współpracownicy z Uniwersytetu Columbia dokonali czegoś, co nadal uważa się za wiarygodną miarę bezwzględnego progu widzenia — minimalnej liczby fotonów, które muszą dostać się do siatkówki, aby wywołać świadomość percepcji wzrokowej. Eksperyment ustalił próg w idealnych warunkach: oczy uczestników miały czas na pełne dostosowanie się do absolutnej ciemności, niebiesko-zielony błysk światła działający jako bodziec miał długość fali 510 nanometrów (na którą oczy są najbardziej wrażliwe), a światło było skierowane na obwodową krawędź siatkówki wypełnionej rozpoznającymi światło pręcikami.

Zdaniem naukowców, aby uczestnicy eksperymentu mogli rozpoznać taki błysk światła w ponad połowie przypadków, do gałek ocznych musiało wpaść od 54 do 148 fotonów. Na podstawie pomiarów absorpcji siatkówkowej naukowcy obliczyli, że pręciki siatkówkowe człowieka faktycznie absorbują średnio 10 fotonów. Zatem absorpcja 5-14 fotonów lub odpowiednio aktywacja 5-14 pręcików wskazuje mózgowi, że coś widzisz.

„To rzeczywiście bardzo mała liczba reakcji chemicznych” – zauważyli Hecht i współpracownicy w artykule na temat eksperymentu.

Biorąc pod uwagę próg bezwzględny, jasność płomienia świecy i szacunkową odległość, przy której świecący obiekt słabnie, naukowcy doszli do wniosku, że człowiek jest w stanie odróżnić słabe migotanie płomienia świecy z odległości 48 kilometrów.

Obiekty wielkości człowieka są rozpoznawalne jako rozciągnięte w odległości zaledwie około 3 kilometrów. Dla porównania, z tej odległości bylibyśmy w stanie wyraźnie rozróżnić dwa reflektory samochodu, ale z jakiej odległości możemy rozpoznać, że obiekt to coś więcej niż migotanie światła? Aby obiekt wydawał się rozciągły w przestrzeni, a nie punktowy, światło z niego musi aktywować co najmniej dwa przylegające do siebie czopki siatkówki – komórki odpowiedzialne za widzenie kolorów. Idealnie obiekt powinien leżeć pod kątem co najmniej 1 minuty kątowej lub jednej szóstej stopnia, aby wzbudzić sąsiednie stożki. Ta miara kątowa pozostaje taka sama niezależnie od tego, czy obiekt jest blisko, czy daleko (obiekt odległy musi być znacznie większy, aby znajdował się pod tym samym kątem co przedmiot bliski). Księżyc w pełni leży pod kątem 30 minut kątowych, podczas gdy Wenus jest ledwo widoczna jako rozciągnięty obiekt pod kątem około 1 minuty kątowej.