Ce dimensiune a decalajului vede ochiul uman? Supraveghere și vizibilitate
Suprafața Pământului ne limitează vederea la o distanță de 3,1 mile sau 5 kilometri. Cu toate acestea, acuitatea noastră vizuală depășește cu mult orizontul. Dacă Pământul ar fi plat, sau ai sta în vârful unui munte, cu un orizont mai larg decât în viața obișnuită, ai putea vedea obiecte îndepărtate la zeci de kilometri distanță. Într-o noapte întunecată, puteai vedea chiar arderea unei lumânări la 50 km distanță.
Cât de departe poate vedea ochiul uman depinde de câte particule de lumină, sau fotoni, așa cum sunt numiți, sunt emise de un obiect îndepărtat. Cel mai îndepărtat obiect de Pământ pe care îl putem vedea cu ochiul liber este Galaxia Andromeda, situată la o distanță inimaginabilă de 2,6 milioane de ani lumină de Pământ. Împreună, cele 1 trilion de stele ale galaxiei emit suficientă lumină pentru a acoperi fiecare centimetru pătrat al planetei noastre cu câteva mii de fotoni pe secundă. Într-o noapte întunecată, o astfel de strălucire strălucitoare este deosebit de clar vizibilă pentru privirea noastră, îndreptată către cerul nesfârșit.
În 1941, opticianul Selig Hecht și colegii săi de la Universitatea Columbia au făcut o descoperire care este încă considerată cea mai fiabilă modalitate de a măsura „pragul absolut” al vederii umane – numărul minim de fotoni necesari retinei noastre pentru o percepție vizuală sigură. Experimentul, care testează limitele vederii noastre, s-a desfășurat în condiții ideale: ochilor voluntarilor li s-a dat suficient timp pentru a se adapta la întuneric, lungimea fasciculului undei de lumină albastru-verde (la care ochii noștri sunt cei mai sensibili) era de 510 nanometri, lumina era direcționată către periferia retinei noastre, zona ochiului care este cea mai saturată de celule sensibile la lumină.
Oamenii de știință au stabilit că pentru ca ochiul unui participant la experiment să capteze un astfel de fascicul de lumină, puterea acestuia trebuie să fie de la 54 la 148 de fotoni. Pe baza măsurătorilor cantității de lumină absorbită de retină, oamenii de știință au calculat că 10 fotoni au fost absorbiți de tijele optice. Deci, absorbția a 5 până la 14 fotoni, sau activarea a 5 până la 14 tije optice, deja spune creierului tău că vezi ceva.
„Acesta este un număr destul de mic de reacții chimice”, au concluzionat Hecht și colegii săi în lucrarea lor științifică despre subiectul studiului.
Luând în considerare amploarea pragului absolut al percepției vizuale și gradul de stingere a luminii emise de obiect, oamenii de știință au ajuns la concluzia că lumina unei lumânări aprinse, în condiții ideale, poate fi vizibilă pentru ochiul uman la distanță. de 50 km.
Dar cât de departe putem vedea un obiect dacă este mult mai mult decât o licărire de lumină? Pentru ca ochiul nostru să distingă un obiect spațial și nu doar punctual, lumina emisă de acesta trebuie să stimuleze cel puțin două celule conice adiacente - acestea sunt responsabile de reproducerea culorii. În condiții ideale, un obiect ar trebui să fie vizibil la un unghi de 1 minut, sau 1/16 de grad, pentru ca celulele conului să-l vadă. (Această valoare a unghiului este adevărată, indiferent cât de departe este obiectul. Obiectele îndepărtate ar trebui să fie mult mai mare pentru a fi vizibile, precum și obiectele din apropiere).
Luna plină are o valoare unghiulară de 30 de minute, în timp ce Venus, cu o valoare unghiulară de 1 minut, este abia perceptibilă.
Obiectele familiare percepției umane sunt vizibile la o distanță de aproximativ 3 km. De exemplu, la această distanță, abia distingem farurile unei mașini.
De la a vedea galaxii îndepărtate la ani lumină până la a percepe culori invizibile, Adam Hadhazy de la BBC explică de ce ochii tăi pot face lucruri incredibile. Priveste in jur. Ce vezi? Toate aceste culori, pereți, ferestre, totul pare evident, de parcă așa ar trebui să fie aici. Ideea că vedem toate acestea datorită particulelor de lumină – fotonii – care sări de pe aceste obiecte și intră în ochii noștri pare incredibilă.
Acest bombardament fotonic este absorbit de aproximativ 126 de milioane de celule sensibile la lumină. Diferitele direcții și energii ale fotonilor sunt transmise creierului nostru în diferite forme, culori, luminozitate, umplând lumea noastră multicoloră cu imagini.
Viziunea noastră remarcabilă are, evident, o serie de limitări. Nu putem vedea undele radio care provin de la dispozitivele noastre electronice, nu putem vedea bacteriile de sub nasul nostru. Dar, odată cu progresele în fizică și biologie, putem identifica limitările fundamentale ale vederii naturale. „Tot ceea ce poți discerne are un prag, un nivel cel mai scăzut, deasupra și sub care nu poți vedea”, spune Michael Landy, profesor de neuroștiință la Universitatea din New York.
Să începem să privim prin lentilă aceste praguri vizuale - scuzați jocul de cuvinte - pe care mulți le asociază cu vederea în primul rând: culoarea.
De ce vedem violet și nu maro depinde de energia sau lungimea de undă a fotonilor care lovesc retina, situată în partea din spate a globilor oculari. Există două tipuri de fotoreceptori, baghete și conuri. Conurile sunt responsabile de culoare, iar tijele ne permit să vedem nuanțe de gri în condiții de lumină slabă, cum ar fi noaptea. Opsinele sau moleculele de pigment din celulele retiniene absorb energia electromagnetică de la fotonii incidenti, generând un impuls electric. Acest semnal călătorește prin nervul optic către creier, unde se naște percepția conștientă a culorilor și imaginilor.
Avem trei tipuri de conuri și opsine corespunzătoare, fiecare dintre ele sensibil la fotonii cu o anumită lungime de undă. Aceste conuri sunt desemnate S, M și L (lungimi de undă scurte, medii și, respectiv, lungi). Percepem undele scurte ca fiind albastre, undele lungi ca roșii. Lungimile de undă dintre acestea și combinațiile lor devin un curcubeu complet. „Toată lumina pe care o vedem, cu excepția cazului în care este creată artificial cu prisme sau dispozitive inteligente precum laserele, este un amestec de lungimi de undă diferite”, spune Landy.
Dintre toate lungimile de undă posibile ale unui foton, conurile noastre detectează o bandă mică de la 380 la 720 de nanometri - ceea ce numim spectrul vizibil. Dincolo de spectrul nostru de percepție există spectrul infraroșu și spectrul radio, acesta din urmă având o lungime de undă cuprinsă între un milimetru și un kilometru.
Deasupra spectrului nostru vizibil, la energii mai mari și lungimi de undă mai scurte, găsim spectrul ultraviolet, apoi razele X și în vârf spectrul razelor gamma, ale căror lungimi de undă ajung la o trilionime dintr-un metru.
Deși cei mai mulți dintre noi suntem limitați la spectrul vizibil, persoanele cu afachie (lipsa lentilelor) pot vedea în spectrul ultraviolet. Afachia este de obicei creată din cauza îndepărtării chirurgicale a cataractei sau a malformațiilor congenitale. În mod normal, lentila blochează lumina ultravioletă, așa că fără ea, oamenii pot vedea dincolo de spectrul vizibil și pot percepe lungimi de undă de până la 300 de nanometri într-o nuanță albăstruie.
Un studiu din 2014 a constatat că, relativ vorbind, cu toții putem vedea fotoni în infraroșu. Dacă doi fotoni infraroșii lovesc accidental o celulă retiniană aproape simultan, energia lor se combină, transformând lungimea de undă din invizibilă (să zicem, 1000 nanometri) la vizibilă 500 nanometri (o culoare verde rece pentru majoritatea ochilor).
Un ochi uman sănătos are trei tipuri de conuri, fiecare dintre ele poate distinge aproximativ 100 de nuanțe diferite de culoare, așa că majoritatea cercetătorilor sunt de acord că ochii noștri pot distinge aproximativ un milion de nuanțe în total. Cu toate acestea, percepția culorilor este o abilitate destul de subiectivă, care variază de la o persoană la alta, ceea ce face dificilă stabilirea numerelor exacte.
„Este destul de greu să punem asta în cifre”, spune Kimberly Jamison, cercetător de la Universitatea din California, Irvine. „Ceea ce vede o persoană poate fi doar o parte din culorile pe care le vede o altă persoană.”
Jamison știe despre ce vorbește pentru că lucrează cu „tetracromatici” – oameni cu viziune „supraomenească”. Acești indivizi rari, majoritatea femei, au o mutație genetică care le oferă conuri suplimentare. În linii mari, datorită celui de-al patrulea set de conuri, tetracromații pot vedea 100 de milioane de culori. (Oamenii cu daltonism, dicromatici, au doar două tipuri de conuri și văd aproximativ 10.000 de culori.)
Câți fotoni minimi trebuie să vedem?
Pentru ca vederea în culori să funcționeze, conurile au nevoie de obicei de mult mai multă lumină decât omologii lor cu tije. Prin urmare, în condiții de lumină scăzută, culoarea „se stinge” pe măsură ce bețișoarele monocromatice ies în prim-plan.
În condiții ideale de laborator și în zonele retinei unde tijele sunt în mare parte absente, conurile pot fi activate doar de o mână de fotoni. Cu toate acestea, bețișoarele funcționează mai bine în condiții de lumină difuză. După cum au arătat experimentele din anii 1940, o cantitate de lumină este suficientă pentru a ne atrage atenția. „Oamenii pot răspunde la un singur foton”, spune Brian Wandell, profesor de psihologie și inginerie electrică la Stanford. „Nu are rost să fii și mai sensibil.”
În 1941, cercetătorii de la Universitatea Columbia au așezat oamenii într-o cameră întunecată și și-au lăsat ochii să se adapteze. Lansetele au avut nevoie de câteva minute pentru a atinge sensibilitatea maximă - motiv pentru care avem probleme când vedem când luminile se sting brusc.
Oamenii de știință au aruncat apoi o lumină albastră-verde în fața fețelor subiecților. La un nivel peste șansa statistică, participanții au putut detecta lumina atunci când primii 54 de fotoni au ajuns la ochi.
După ce au compensat pierderea de fotoni prin absorbția de către alte componente ale ochiului, oamenii de știință au descoperit că cinci fotoni au activat cinci tije separate care le-au oferit participanților senzația de lumină.
Care este limita celui mai mic și mai îndepărtat lucru pe care îl putem vedea?
Acest fapt vă poate surprinde: nu există o limită inerentă pentru cel mai mic sau mai îndepărtat lucru pe care îl putem vedea. Atâta timp cât obiectele de orice dimensiune, la orice distanță, transmit fotoni celulelor retiniene, le putem vedea.
„Tot ce îi pasă ochiului este cantitatea de lumină care lovește ochiul”, spune Landy. - Numărul total de fotoni. Puteți face sursa de lumină ridicol de mică și îndepărtată, dar dacă emite fotoni puternici, o veți vedea.”
De exemplu, credința populară spune că într-o noapte întunecată și senină putem vedea lumina unei lumânări de la o distanță de 48 de kilometri. În practică, desigur, ochii noștri vor fi pur și simplu scăldați în fotoni, așa că cuante de lumină rătăcitoare de la distanțe mari se vor pierde pur și simplu în această mizerie. „Când creșteți intensitatea fundalului, cantitatea de lumină de care aveți nevoie pentru a vedea ceva crește”, spune Landy.
Cerul nopții, cu fundalul său întunecat punctat cu stele, oferă un exemplu izbitor al spectrului nostru. Stelele sunt uriașe; multe dintre cele pe care le vedem pe cerul nopții au milioane de kilometri în diametru. Dar chiar și cele mai apropiate stele se află la cel puțin 24 de trilioane de kilometri distanță de noi și, prin urmare, sunt atât de mici pentru ochii noștri încât nu pot fi văzute. Și totuși le vedem ca fiind puncte puternice emitătoare de lumină pe măsură ce fotonii călătoresc pe distanțe cosmice și în ochii noștri.
Toate stelele individuale pe care le vedem pe cerul nopții sunt situate în galaxia noastră - . Cel mai îndepărtat obiect pe care îl putem vedea cu ochiul liber se află în afara galaxiei noastre: Galaxia Andromeda, situată la 2,5 milioane de ani lumină distanță. (Deși acest lucru este controversat, unii indivizi susțin că pot vedea Galaxia Triangulum pe un cer de noapte extrem de întunecat și se află la trei milioane de ani lumină distanță, trebuie doar să-și crezi pe cuvânt).
Trilioanele de stele din Galaxia Andromeda, având în vedere distanța până la aceasta, se estompează într-o zonă vagă și strălucitoare de cer. Și totuși dimensiunea sa este colosală. În ceea ce privește dimensiunea aparentă, chiar și la chintilioane de kilometri distanță, această galaxie este de șase ori mai largă decât Luna plină. Cu toate acestea, atât de puțini fotoni ajung la ochi, încât acest monstru ceresc este aproape invizibil.
Cât de clară poate fi vederea?
De ce nu putem distinge stele individuale în Galaxia Andromeda? Limitele rezoluției noastre vizuale, sau acuitatea vizuală, își impun limitările. Acuitatea vizuală este capacitatea de a distinge detalii, cum ar fi puncte sau linii, separat unele de altele, astfel încât acestea să nu se estompeze împreună. Astfel, ne putem gândi la limitele vederii ca la numărul de „puncte” pe care le putem distinge.
Limitele acuității vizuale sunt stabilite de mai mulți factori, cum ar fi distanțele dintre conurile și tijele împachetate în retină. De asemenea, este importantă și optica globului ocular în sine, care, așa cum am spus deja, împiedică pătrunderea tuturor fotonilor posibili în celulele sensibile la lumină.
În teorie, cercetările au arătat că cel mai bun lucru pe care îl putem vedea este de aproximativ 120 de pixeli pe grad de arc, o unitate de măsură unghiulară. Vă puteți gândi la ea ca la o tablă de șah alb-negru de 60 x 60 care se potrivește pe unghia unei mâini întinse. „Este cel mai clar model pe care îl poți vedea”, spune Landy.
Un test de vedere, ca o diagramă cu litere mici, urmează aceleași principii. Aceleași limite de acuitate explică de ce nu putem distinge și nu ne putem concentra pe o singură celulă biologică slabă la câțiva micrometri.
Dar nu te anula. Un milion de culori, fotoni unici, lumi galactice la cantioane de kilometri distanță - nu prea rău pentru un balon de jeleu în orbitele noastre conectat la un burete de 1,4 kg în craniul nostru.
Suprafața Pământului din câmpul tău vizual începe să se curbeze la o distanță de aproximativ 5 km. Dar acuitatea vederii umane ne permite să vedem mult mai departe decât orizontul. Dacă nu ar exista curbură, ai putea vedea flacăra unei lumânări la 50 de km distanță.
Raza de vizibilitate depinde de numărul de fotoni emiși de un obiect îndepărtat. Cele 1.000.000.000.000 de stele ale acestei galaxii emit colectiv suficientă lumină pentru ca câteva mii de fotoni să atingă fiecare metru pătrat. cm Pământ. Acest lucru este suficient pentru a excita retina ochiului uman.
Deoarece este imposibil să se verifice acuitatea vederii umane pe Pământ, oamenii de știință au recurs la calcule matematice. Ei au descoperit că, pentru a vedea lumina pâlpâitoare, între 5 și 14 fotoni trebuie să lovească retina. O flacără de lumânare la o distanță de 50 km, ținând cont de împrăștierea luminii, dă această cantitate, iar creierul recunoaște o strălucire slabă.
Cum să afli ceva personal despre interlocutorul tău după aspectul său
Secretele „bufnițelor” despre care „lacăurile” nu știu Cum funcționează „brainmail” - transmiterea mesajelor de la creier la creier prin Internet De ce este nevoie de plictiseala? „Man Magnet”: Cum să devii mai carismatic și să atragi oamenii către tine 25 de citate care vă vor scoate la iveală luptătorul interior Cum să dezvolți încrederea în sine Este posibil să „curățați corpul de toxine”? 5 motive pentru care oamenii vor da întotdeauna vina pe victimă, nu pe criminal, pentru o crimă Experiment: un bărbat bea 10 cutii de cola pe zi pentru a dovedi răul
Datorită numărului mare de etape din procesul de percepție vizuală, caracteristicile sale individuale sunt luate în considerare din punctul de vedere al diferitelor științe - optică (inclusiv biofizica), psihologie, fiziologie, chimie (biochimie). La fiecare etapă de percepție apar distorsiuni, erori și eșecuri, dar creierul uman procesează informațiile primite și face ajustările necesare. Aceste procese sunt de natură inconștientă și sunt implementate în corecția autonomă pe mai multe niveluri a distorsiunilor. Astfel, se elimină aberațiile sferice și cromatice, efectele punctului oarbă, se realizează corecția culorilor, se formează o imagine stereoscopică etc. În cazurile în care procesarea subconștientă a informațiilor este insuficientă sau excesivă, apar iluzii optice.
Fiziologia vederii umane
Viziunea culorilor
Ochiul uman conține două tipuri de celule sensibile la lumină (fotoreceptori): tije foarte sensibile, responsabile de vederea nocturnă și conuri mai puțin sensibile, responsabile de vederea culorilor.
Lumina de lungimi de undă diferite stimulează diferite tipuri de conuri în mod diferit. De exemplu, lumina galben-verde stimulează în mod egal conurile L și M, dar stimulează mai puțin conurile S. Lumina roșie stimulează conurile de tip L mult mai mult decât conurile de tip M și nu stimulează deloc conurile de tip S; lumina verde-albastru stimulează mai mult receptorii de tip M decât cei de tip L, iar receptorii de tip S puțin mai mult; lumina cu această lungime de undă stimulează, de asemenea, cel mai puternic tijele. Lumina violetă stimulează aproape exclusiv conurile de tip S. Creierul percepe informații combinate de la diferiți receptori, ceea ce oferă percepții diferite ale luminii cu lungimi de undă diferite.
Genele care codifică proteine opsina sensibile la lumină sunt responsabile pentru vederea culorilor la oameni și maimuțe. Potrivit susținătorilor teoriei celor trei componente, prezența a trei proteine diferite care răspund la lungimi de undă diferite este suficientă pentru percepția culorii. Majoritatea mamiferelor au doar două dintre aceste gene, motiv pentru care au vedere în două culori. Dacă o persoană are două proteine codificate de gene diferite care sunt prea asemănătoare sau una dintre proteine nu este sintetizată, se dezvoltă daltonismul. N. N. Miklouho-Maclay a descoperit că papuanii din Noua Guinee, care trăiesc în plina jungle verde, nu au capacitatea de a distinge culoarea verde.
Opsina roșie sensibilă la lumină este codificată la om de gena OPN1LW.
Alte opsine umane sunt codificate de genele OPN1MW, OPN1MW2 și OPN1SW, dintre care primele două codifică proteine care sunt sensibile la lumină la lungimi de undă medii, iar a treia este responsabilă pentru o opsină care este sensibilă la partea cu lungime de undă scurtă a spectrului. .
Necesitatea a trei tipuri de opsine pentru vederea culorilor a fost demonstrată recent în experimente pe maimuța veveriță (Saimiri), ai căror masculi au fost vindecați de daltonismul congenital prin introducerea genei opsinei umane OPN1LW în retina lor. Această lucrare (împreună cu experimente similare la șoareci) a arătat că creierul matur este capabil să se adapteze la noile capacități senzoriale ale ochiului.
Gena OPN1LW, care codifică pigmentul responsabil pentru percepția culorii roșii, este extrem de polimorfă (lucrarea recentă a lui Virelli și Tishkov a găsit 85 de alele într-un eșantion de 256 de persoane) și aproximativ 10% dintre femeile care au două alele diferite ale acesteia. gena au de fapt un tip suplimentar de receptori de culoare și un anumit grad de viziune a culorilor cu patru componente. Variațiile genei OPN1MW, care codifică pigmentul „galben-verde”, sunt rare și nu afectează sensibilitatea spectrală a receptorilor.
Gena OPN1LW și genele responsabile pentru percepția luminii cu lungime de undă medie sunt situate în tandem pe cromozomul X, iar recombinarea neomoloagă sau conversia genei are loc adesea între ele. În acest caz, poate avea loc fuziunea genelor sau numărul de copii ale acestora în cromozom poate crește. Defectele genei OPN1LW sunt cauza daltonismului parțial, a protanopiei.
Teoria cu trei componente a vederii culorilor a fost exprimată pentru prima dată în 1756 de M. V. Lomonosov, când a scris „despre cele trei aspecte ale fundului ochiului”. O sută de ani mai târziu, a fost dezvoltat de omul de știință german G. Helmholtz, care nu menționează celebra lucrare a lui Lomonosov „Despre originea luminii”, deși a fost publicată și rezumată în limba germană.
În același timp, a existat o teorie opusă a culorii de Ewald Goering. A fost dezvoltat de David H. Hubel și Torsten N. Wiesel. Ei au primit Premiul Nobel în 1981 pentru descoperirea lor.
Ei au sugerat că informația care intră în creier nu este despre culorile roșu (R), verde (G) și albastru (B) (teoria culorii Jung-Helmholtz). Creierul primește informații despre diferența de luminozitate - despre diferența de luminozitate alb (Y max) și negru (Y min), despre diferența dintre culorile verde și roșu (G - R), despre diferența dintre culorile albastru și galben (B - galben), iar culoarea galbenă (galben = R + G) este suma culorilor roșu și verde, unde R, G și B sunt luminozitatea componentelor de culoare - roșu, R, verde, G și albastru, B.
Avem un sistem de ecuații - K b-w = Y max - Y min; K gr = G - R; K brg = B - R - G, unde K b&w, K gr, K brg sunt funcții ale coeficienților de balans de alb pentru orice iluminare. În practică, acest lucru se exprimă prin faptul că oamenii percep la fel culoarea obiectelor sub diferite surse de lumină (adaptarea culorii). Teoria opoziției explică în general mai bine faptul că oamenii percep la fel culoarea obiectelor sub surse de lumină extrem de diferite (adaptarea culorii), inclusiv surse de lumină colorate diferite în aceeași scenă.
Aceste două teorii nu sunt în întregime concordante una cu cealaltă. Dar, în ciuda acestui fapt, se presupune în continuare că teoria celor trei stimuli operează la nivel retinian, dar informația este procesată și se primesc date în creier care sunt deja în concordanță cu teoria adversarului.
Vedere binoculară și stereoscopică
Contribuția pupilei la reglarea sensibilității oculare este extrem de nesemnificativă. Întreaga gamă de luminozitate pe care mecanismul nostru vizual este capabil să o perceapă este enormă: de la 10 −6 cd m² pentru un ochi complet adaptat la întuneric la 10 6 cd m² pentru un ochi complet adaptat la lumină. Mecanismul pentru o gamă atât de largă de sensibilitatea constă în descompunerea și refacerea pigmenților fotosensibili din fotoreceptorii retinieni – conuri și baghete.
Sensibilitatea ochiului depinde de caracterul complet al adaptării, de intensitatea sursei de lumină, de lungimea de undă și de dimensiunile unghiulare ale sursei, precum și de durata stimulului. Sensibilitatea ochiului scade odată cu înaintarea în vârstă din cauza deteriorării proprietăților optice ale sclerei și pupilei, precum și a componentei receptorului de percepție.
Sensibilitatea maximă în lumina zilei este de 555-556 nm, iar în lumina slabă de seară/noapte se deplasează spre marginea violetă a spectrului vizibil și este egală cu 510 nm (în timpul zilei fluctuează între 500-560 nm). Acest lucru este explicat (dependența viziunii unei persoane de condițiile de iluminare atunci când percepe obiecte multicolore, raportul dintre luminozitatea lor aparentă - efectul Purkinje) prin două tipuri de elemente sensibile la lumină ale ochiului - în lumină puternică, vederea este explicată. efectuate în principal de conuri, iar în lumină slabă, de preferință se folosesc numai tije.
Acuitate vizuala
Capacitatea diferitelor persoane de a vedea detalii mai mari sau mai mici ale unui obiect de la aceeași distanță cu aceeași formă a globului ocular și aceeași putere de refracție a sistemului ocular dioptric este determinată de diferența dintre distanța dintre elementele sensibile ale retinei. și se numește acuitate vizuală.
Acuitatea vizuală este capacitatea ochiului de a percepe în afară două puncte situate la o oarecare distanță unul de celălalt ( detaliu, granulație fină, rezoluție). Măsura acuității vizuale este unghiul vizual, adică unghiul format de razele care emană de la marginile obiectului în cauză (sau din două puncte). AȘi B) până la punctul nodal ( K) ochi. Acuitatea vizuală este invers proporțională cu unghiul vizual, adică cu cât este mai mică, cu atât acuitatea vizuală este mai mare. În mod normal, ochiul uman este capabil în afară percepe obiecte cu o distanță unghiulară de cel puțin 1′ (1 minut).
Acuitatea vizuală este una dintre cele mai importante funcții ale vederii. Acuitatea vizuală a unei persoane este limitată de structura sa. Ochiul uman, spre deosebire de ochii cefalopodelor, de exemplu, este un organ inversat, adică celulele sensibile la lumină sunt situate sub un strat de nervi și vase de sânge.
Acuitatea vizuală depinde de mărimea conurilor situate în zona maculei, a retinei, precum și de o serie de factori: refracția ochiului, lățimea pupilei, transparența corneei, cristalin (și elasticitatea acestuia), corpul vitros (care alcătuiește aparatul de refracție a luminii), starea retinei și a nervului optic, vârsta.
Acuitatea vizuală și/sau sensibilitatea la lumină sunt adesea denumite și rezoluția ochiului liber ( putere de rezoluție).
linia de vedere
Viziunea periferică (câmpul vizual) - determină limitele câmpului vizual atunci când le proiectezi pe o suprafață sferică (folosind un perimetru). Câmpul vizual este spațiul perceput de ochi cu privirea fixă. Câmpul vizual este o funcție a retinei periferice; starea sa determină în mare măsură capacitatea unei persoane de a naviga liber în spațiu.
Modificările câmpului vizual sunt cauzate de boli organice și/sau funcționale ale analizorului vizual: retina, nervul optic, calea vizuală, sistemul nervos central. Încălcări ale câmpului vizual se manifestă fie prin îngustarea limitelor acestuia (exprimată în grade sau valori liniare), fie prin pierderea unor secțiuni individuale ale acestuia (hemianopsia), fie prin apariția unui scotom.
Binocularitate
Privind un obiect cu ambii ochi, îl vedem numai atunci când axele de vedere ale ochilor formează un astfel de unghi de convergență (convergență), la care se obțin imagini simetrice, clare pe retine în anumite locuri corespunzătoare ale maculei sensibile ( fovea centralis). Datorită acestei vederi binoculare, nu doar judecăm poziția relativă și distanța obiectelor, dar percepem și relieful și volumul.
Principalele caracteristici ale vederii binoculare sunt prezența binoculară elementară, viziunea de profunzime și stereoscopică, acuitatea vizuală stereo și rezervele de fuziune.
Prezența vederii binoculare elementare este verificată prin împărțirea unei anumite imagini în fragmente, dintre care unele sunt prezentate ochiului stâng, iar altele ochiului drept. Un observator are vedere binoculară elementară dacă este capabil să compună o singură imagine originală din fragmente.
Prezența vederii în profunzime se verifică prin prezentarea vederii siluetei, și a vederii stereoscopice - stereograme cu puncte aleatorii, care ar trebui să evoce în observator o experiență specifică de adâncime, diferită de impresia de spațialitate bazată pe trăsături monoculare.
Acuitatea vizuală stereo este reciproca pragului de percepție stereoscopică. Pragul stereoscopic este disparitatea minimă detectabilă (deplasarea unghiulară) între părțile stereogramei. Pentru măsurarea acestuia se folosește următorul principiu. Trei perechi de figuri sunt prezentate separat ochilor stângi și drepti ai observatorului. Într-una dintre perechi poziția figurilor coincide, în celelalte două una dintre figuri este deplasată orizontal cu o anumită distanță. Subiectului i se cere să indice cifrele aranjate în ordinea crescătoare a distanței relative. Dacă cifrele sunt indicate în ordinea corectă, atunci nivelul testului crește (disparitatea scade); dacă nu, disparitatea crește.
Rezervele de fuziune sunt condiții în care este posibilă fuziunea motorie a stereogramei. Rezervele de fuziune sunt determinate de disparitatea maximă dintre părțile stereogramei, la care este încă percepută ca o imagine tridimensională. Pentru măsurarea rezervelor de fuziune se folosește principiul opus celui utilizat în studiul acuității vizuale stereo. De exemplu, unui subiect i se cere să combine două dungi verticale într-o singură imagine, dintre care una este vizibilă pentru ochiul stâng și cealaltă pentru ochiul drept. În același timp, experimentatorul începe să separe lent dungile, mai întâi cu disparitate convergentă și apoi cu disparitate divergentă. Imaginea începe să se bifurce la valoarea disparității, care caracterizează rezerva de fuziune a observatorului.
Binocularitatea poate fi afectată de strabism și de alte boli oculare. Dacă sunteți foarte obosit, este posibil să aveți strabism temporar cauzat de oprirea ochiului nedominant.
Sensibilitate la contrast
Sensibilitatea la contrast este capacitatea unei persoane de a vedea obiecte care diferă ușor în luminozitate față de fundal. Sensibilitatea la contrast este evaluată folosind rețele sinusoidale. O creștere a pragului de sensibilitate la contrast poate fi un semn al unui număr de boli oculare și, prin urmare, studiul acestuia poate fi utilizat în diagnostic.
Adaptarea vederii
Proprietățile de mai sus ale vederii sunt strâns legate de capacitatea ochiului de a se adapta. Adaptarea ochilor este adaptarea vederii la diferite condiții de iluminare. Adaptarea are loc la schimbările de iluminare (se distinge adaptarea la lumină și întuneric), caracteristicile de culoare ale iluminării (capacitatea de a percepe obiectele albe ca fiind albe chiar și cu o schimbare semnificativă a spectrului luminii incidente).
Adaptarea la lumină are loc rapid și se termină în 5 minute, adaptarea ochiului la întuneric este un proces mai lent. Luminozitatea minimă care provoacă senzația de lumină determină sensibilitatea la lumină a ochiului. Acesta din urmă crește rapid în primele 30 de minute. stând în întuneric, creșterea sa se termină practic după 50-60 de minute. Adaptarea ochiului la întuneric este studiată folosind dispozitive speciale - adaptometre.
Scăderea adaptării ochiului la întuneric se observă la unele boli oculare (degenerare pigmentară retiniană, glaucom) și generale (vitaminoză A).
Adaptarea se manifestă și prin capacitatea vederii de a compensa parțial defectele aparatului vizual în sine (defecte optice ale cristalinului, defecte retiniene, scotoame etc.)
Psihologia percepției vizuale
Defecte de vedere
Cel mai răspândit dezavantaj este vizibilitatea neclară și neclară a obiectelor apropiate sau îndepărtate.
Defecte ale lentilelor
Clarviziune
Hipermetropia este o eroare de refracție în care razele de lumină care intră în ochi sunt focalizate nu pe retină, ci în spatele acesteia. În formele ușoare ale ochiului cu o bună rezervă de acomodare, compensează deficiența vizuală prin creșterea curburii cristalinului cu mușchiul ciliar.
Cu hipermetropie mai severă (3 dioptrii și mai sus), vederea este slabă nu numai de aproape, ci și de la distanță, iar ochiul nu este capabil să compenseze singur defectul. Hipermetropia este de obicei congenitală și nu progresează (de obicei scade cu vârsta școlară).
Pentru hipermetropie sunt prescrise ochelari de citit sau purtarea constantă. Pentru ochelari, sunt selectate lentile convergente (acestea mută focalizarea înainte spre retină), cu ajutorul cărora vederea pacientului devine cea mai bună.
Ușor diferită de hipermetropie este prezbiopia sau hipermetropia senilă. Presbiopia se dezvoltă din cauza pierderii elasticității cristalinului (care este un rezultat normal al dezvoltării sale). Acest proces începe la vârsta școlară, dar o persoană observă de obicei o slăbire a vederii de aproape după 40 de ani. (Deși la 10 ani, copiii emetropi pot citi la o distanță de 7 cm, la 20 de ani - deja cel puțin 10 cm, și la 30 - 14 cm și așa mai departe.) Hipermetropia senilă se dezvoltă treptat și în funcție de vârstă de 65-70 o persoană și-a pierdut complet capacitatea de acomodare, dezvoltarea prezbiopiei este finalizată.
Miopie
Miopia este o eroare de refracție a ochiului, în care focalizarea se deplasează înainte, iar o imagine deja nefocalizată cade pe retină. În cazul miopiei, punctul mai departe de vedere clară se află la 5 metri (în mod normal, se află la infinit). Miopia poate fi falsă (atunci când, din cauza suprasolicitarii mușchiului ciliar, apare spasmul acestuia, în urma căruia curbura cristalinului rămâne prea mare în timpul vederii la distanță) și adevărată (când globul ocular crește în axul anterior-posterior) . În cazurile ușoare, obiectele îndepărtate sunt neclare, în timp ce obiectele din apropiere rămân clare (cel mai îndepărtat punct al vederii clare se află destul de departe de ochi). În cazurile de miopie ridicată, apare o scădere semnificativă a vederii. Începând de la aproximativ -4 dioptrii, o persoană are nevoie de ochelari atât pentru distanță, cât și pentru aproape (altfel obiectul în cauză trebuie ținut foarte aproape de ochi).
În timpul adolescenței, miopia progresează adesea (ochii se încordează constant pentru a lucra în apropiere, determinând ochiul să crească compensator în lungime). Progresia miopiei ia uneori o formă malignă, în care vederea scade cu 2-3 dioptrii pe an, se observă întinderea sclerei și apar modificări degenerative ale retinei. În cazurile severe, există pericolul detașării retinei supraîntinse din cauza efortului fizic sau a unei lovituri bruște. Progresia miopiei se oprește de obicei între 22 și 25 de ani, când organismul încetează să crească. Cu o progresie rapidă, vederea scade până la -25 dioptrii și mai jos, paralizând severul ochilor și afectând brusc calitatea vederii la distanță și în apropiere (tot ceea ce vede o persoană sunt contururi tulbure fără nicio vedere detaliată), iar astfel de abateri sunt foarte greu de corectat complet cu optica: ochelarii groși creează distorsiuni puternice și fac obiectele mai mici vizual, motiv pentru care o persoană nu poate vedea suficient de bine nici măcar cu ochelari. În astfel de cazuri, se poate obține un efect mai bun folosind corecția contactului.
În ciuda faptului că sute de lucrări științifice și medicale au fost dedicate problemei opririi progresiei miopiei, încă nu există dovezi ale eficacității oricărei metode de tratare a miopiei progresive, inclusiv intervenția chirurgicală (scleroplastia). Există dovezi ale unei reduceri mici, dar semnificative din punct de vedere statistic a ratei de creștere a miopiei la copii, cu utilizarea picăturilor oftalmice cu atropină și (indisponibil în Rusia) a gelului pentru ochi cu pirenzipină.
Pentru miopie, corectarea vederii cu laser este adesea folosită (expunerea la cornee folosind un fascicul laser pentru a-i reduce curbura). Această metodă de corecție nu este complet sigură, dar în majoritatea cazurilor este posibil să se obțină o îmbunătățire semnificativă a vederii după intervenție chirurgicală.
Defectele de miopie și hipermetropie pot fi depășite cu ajutorul ochelarilor sau cursurilor de reabilitare de gimnastică, ca și alte erori de refracție.
Astigmatism
Astigmatismul este un defect în optica ochiului cauzat de forma neregulată a corneei și (sau) a cristalinului. La toți oamenii, forma corneei și a cristalinului diferă de corpul ideal de rotație (adică toți oamenii au astigmatism de diferite grade). În cazurile severe, întinderea de-a lungul unuia dintre axe poate fi foarte puternică, în plus, corneea poate avea defecte de curbură cauzate de alte cauze (răni, boli infecțioase etc.). Cu astigmatism, razele de lumină sunt refractate cu diferite forțe în diferite meridiane, drept urmare imaginea este curbată și neclară pe alocuri. În cazurile severe, distorsiunea este atât de gravă încât reduce semnificativ calitatea vederii.
Astigmatismul poate fi diagnosticat cu ușurință privind cu un ochi la o coală de hârtie cu linii paralele întunecate - prin rotirea unei astfel de foi, astigmatistul va observa că liniile întunecate fie se estompează, fie devin mai clare. Majoritatea oamenilor au astigmatism congenital de până la 0,5 dioptrii, ceea ce nu provoacă disconfort.
Acest defect este compensat de ochelari cu lentile cilindrice având curbură diferită pe orizontală și verticală și lentile de contact (torice dure sau moi), precum și lentile de ochelari având puteri optice diferite în diferite meridiane.
Defecte retiniene
Daltonism
Dacă percepția uneia dintre cele trei culori primare din retină este pierdută sau slăbită, atunci o persoană nu percepe o anumită culoare. Există unele „daltoniste” pentru roșu, verde și albastru-violet. Daltonismul asociat sau chiar complet este rară. Mai des sunt oameni care nu pot distinge roșul de verde. Ei percep aceste culori ca fiind gri. Această lipsă de vedere a fost numită daltonism - după omul de știință englez D. Dalton, care însuși suferea de o astfel de tulburare a vederii culorilor și a descris-o pentru prima dată.
Daltonismul este incurabilă și este moștenită (legată de cromozomul X). Uneori apare după anumite boli oculare și nervoase.
Persoanele daltoniste nu au voie să lucreze în legătură cu conducerea vehiculelor pe drumurile publice. Viziunea bună a culorilor este foarte importantă pentru marinari, piloți, chimiști și artiști, așa că pentru unele profesii vederea culorilor este verificată folosind tabele speciale.
Scotomul
Scotoma (greacă) skotos- întuneric) - un defect asemănător unei pete în câmpul vizual al ochiului, cauzat de o boală a retinei, boli ale nervului optic, glaucom. Acestea sunt zone (în câmpul vizual) în care vederea este semnificativ slăbită sau absentă. Uneori, un punct orb se numește scotom - o zonă de pe retină corespunzătoare capului nervului optic (așa-numitul scotom fiziologic).
Scotom absolut scotomate absolute) - o zonă în care vederea este absentă. Scotom relativ scotom relativ) - o zonă în care vederea este redusă semnificativ.
Puteți presupune prezența unui scotom prin efectuarea independentă a unui studiu folosind testul Amsler.
Suprafața Pământului se curbează și dispare din vedere la o distanță de 5 kilometri. Dar acuitatea noastră vizuală ne permite să vedem mult dincolo de orizont. Dacă Pământul ar fi plat sau dacă ai sta în vârful unui munte și ai privi o zonă mult mai mare a planetei decât de obicei, ai putea vedea lumini strălucitoare la sute de kilometri distanță. Într-o noapte întunecată, puteai vedea chiar și flacăra unei lumânări situată la 48 de kilometri distanță.
Cât de departe poate vedea ochiul uman depinde de câte particule de lumină, sau fotoni, sunt emise de un obiect îndepărtat. Cel mai îndepărtat obiect vizibil cu ochiul liber este Nebuloasa Andromeda, situată la o distanță enormă de 2,6 milioane de ani lumină de Pământ. Cele un trilion de stele ale galaxiei emit suficientă lumină în total pentru a face ca câteva mii de fotoni să lovească fiecare centimetru pătrat de suprafața Pământului în fiecare secundă. Într-o noapte întunecată, această cantitate este suficientă pentru a activa retina.
În 1941, omul de știință Selig Hecht și colegii săi de la Universitatea Columbia au realizat ceea ce este încă considerat o măsură fiabilă a pragului vizual absolut - numărul minim de fotoni care trebuie să lovească retina pentru a produce conștientizarea vizuală. Experimentul a stabilit pragul în condiții ideale: ochilor participanților li sa dat timp să se adapteze complet la întunericul absolut, fulgerul de lumină albastru-verde care acționează ca un stimul avea o lungime de undă de 510 nanometri (la care ochii sunt cei mai sensibili), iar lumina a fost îndreptată către marginea periferică a retinei, umplută cu celule de baghete sensibile la lumină.
Potrivit oamenilor de știință, pentru ca participanții la experiment să poată recunoaște un astfel de fulger de lumină în mai mult de jumătate din cazuri, de la 54 la 148 de fotoni au trebuit să lovească globii oculari. Pe baza măsurătorilor absorbției retinei, oamenii de știință estimează că, în medie, 10 fotoni sunt absorbiți de fapt de tijele retinei umane. Astfel, absorbția a 5-14 fotoni sau, respectiv, activarea a 5-14 tije indică creierului că vezi ceva.
„Acesta este într-adevăr un număr foarte mic de reacții chimice”, au remarcat Hecht și colegii săi într-o lucrare despre experiment.
Luând în considerare pragul absolut, luminozitatea flăcării unei lumânări și distanța estimată la care un obiect luminos se estompează, oamenii de știință au ajuns la concluzia că o persoană poate discerne pâlpâirea slabă a flăcării unei lumânări la o distanță de 48 de kilometri.
Obiectele de dimensiunea unei persoane se disting ca fiind extinse la o distanță de numai aproximativ 3 kilometri. În comparație, la acea distanță, am putea distinge clar două faruri de mașină, dar la ce distanță putem recunoaște că un obiect este mai mult decât o licărire de lumină? Pentru ca un obiect să pară extins spațial și nu punctual, lumina din acesta trebuie să activeze cel puțin două conuri retiniene adiacente - celulele responsabile de vederea culorilor. În condiții ideale, un obiect ar trebui să se afle la un unghi de cel puțin 1 minut de arc, sau o șesime de grad, pentru a excita conurile adiacente. Această măsură unghiulară rămâne aceeași indiferent dacă obiectul este aproape sau departe (obiectul îndepărtat trebuie să fie mult mai mare pentru a fi la același unghi cu cel apropiat). Luna Plină se află la un unghi de 30 de minute de arc, în timp ce Venus este abia vizibilă ca obiect extins la un unghi de aproximativ 1 minut de arc.
