Care este dimensiunea decalajului văzut de 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 dacă ai sta pe vârful unui munte, având un orizont mai larg decât în viața obișnuită, am putea vedea obiecte îndepărtate la o distanță de zeci de kilometri. Într-o noapte întunecată, puteai chiar să distingi arderea unei lumânări la o distanță de 50 km.
Cât de departe poate vedea ochiul uman depinde de câte particule de lumină, sau așa cum sunt numite și fotoni, emit 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 din această galaxie 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 creat ceea ce este încă considerat cel mai fiabil mod de a măsura „pragul absolut” al vederii umane – numărul minim de fotoni pe care retina noastră îi cere pentru o percepție vizuală sigură. Experimentul, care testează limitele vederii noastre, a fost desfășurat în condiții ideale: ochilor voluntarilor li s-a dat suficient timp pentru a se adapta la întuneric, lungimea de undă a 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 cu celule fotosensibile.
Oamenii de știință au stabilit că, pentru ca ochiul unui participant la experiment să capteze un astfel de fascicul de lumină, puterea acestuia ar trebui să fie de la 54 la 148 de fotoni. Pe baza măsurării absorbției luminii de către retină, oamenii de știință au calculat că 10 fotoni au fost absorbiți de tijele vizuale. Deci, absorbția a 5 până la 14 fotoni sau tragerea a 5 până la 14 bastoane vizuale, 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 de studiu.
Având în vedere 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 văzută de ochiul uman la o 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 poată distinge un obiect spațial, și nu doar un obiect punctual, lumina emisă de acesta trebuie să stimuleze cel puțin două celule conice adiacente - acestea sunt responsabile de reproducerea culorilor. În condiții ideale, obiectul ar trebui să fie vizibil la un unghi de 1 minut, sau 1/16 de grad, astfel încât celulele conului să-l poată vedea (Această valoare a unghiului este adevărată indiferent cât de departe este obiectul. Obiectele îndepărtate trebuie să fie mult mai mare pentru a fi văzute, precum și obiectele apropiate).
Valoarea unghiulară a lunii pline este de 30 de minute, în timp ce Venus, cu o valoare 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 vedea 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 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 fotosensibile. 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 unde radio de la dispozitivele noastre electronice, nu putem vedea bacterii sub nasul nostru. Dar, odată cu progresele în fizică și biologie, putem identifica limitările fundamentale ale vederii naturale. „Tot ceea ce poți vedea are un prag, cel mai scăzut nivel pe care nu îl poți vedea deasupra sau dedesubt”, spune Michael Landy, profesor de neuroștiință la Universitatea din New York.
Să începem să privim prin prismă aceste praguri vizuale - scuzați jocul de cuvinte - pe care mulți le asociază cu viziunea 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, în timp ce 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 a fotonilor 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 de o anumită lungime de undă. Aceste conuri sunt etichetate 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 ele și combinațiile lor se transformă într-un curcubeu complet. „Toată lumina pe care o vedem, în afară de 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. În afara spectrului nostru de percepție, există spectrul infraroșu și radio, acesta din urmă având o gamă de lungimi de undă de la un milimetru la un kilometru lungime.
Deasupra spectrului nostru vizibil, la energii mai mari și lungimi de undă mai scurte, găsim spectrul ultraviolet, apoi razele X, iar în partea de sus, spectrul razelor gamma, cu lungimi de undă de până la un trilion de metri.
Deși majoritatea dintre noi suntem limitați la spectrul vizibil, persoanele cu afachie (lipsa cristalinului) pot vedea în spectrul ultraviolet. Afakia este de obicei creată ca urmare a 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 arătat 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 (de exemplu 1000 nanometri) la vizibilă 500 nanometri (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 în general pot distinge aproximativ un milion de nuanțe. Cu toate acestea, percepția culorilor este o abilitate destul de subiectivă, care variază de la o persoană la alta, așa că este destul de dificil să se determine numerele exacte.
„Este destul de greu să punem asta în cifre”, spune Kimberly Jamison, cercetător la Universitatea din California, Irvine. „Ceea ce vede o persoană poate fi doar o fracțiune 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.)
Care este numărul minim de fotoni pe care trebuie să-i vedem?
Pentru ca vederea culorilor să funcționeze, conurile au nevoie, în general, de mult mai multă lumină decât omologii lor cu tije. Prin urmare, în condiții de lumină scăzută, culoarea „se stinge” pe măsură ce tijele 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 se descurcă 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 pus oamenii într-o cameră întunecată și le-au lăsat ochii să se adapteze. A durat câteva minute până când bețișoarele au ajuns la sensibilitatea maximă - motiv pentru care avem dificultăți în a vedea când luminile se sting brusc.
Oamenii de știință au aprins apoi o lumină albastră-verde în fața fețelor subiecților. La un nivel care depășește 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 doar cinci fotoni au activat cinci tije separate care le-au oferit participanților un sentiment de lumină.
Care este limita celui mai mic și mai îndepărtat pe care îl putem vedea?
Acest fapt te poate surprinde: nu există o limită intrinsecă 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 o sursă de lumină ridicol de mică și îndepărtată, dar dacă emite fotoni puternici, o veți vedea.”
De exemplu, înțelepciunea convențională spune că într-o noapte întunecată și senină, putem vedea flacăra unei lumânări de la o distanță de 48 de kilometri. În practică, desigur, ochii noștri se vor scălda pur și simplu 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 un fundal întunecat împânzit cu stele, este 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 de noi și, prin urmare, sunt atât de mici pentru ochii noștri încât nu le poți desluși. Cu toate acestea, le vedem ca puncte puternice de radiație de lumină pe măsură ce fotonii traversează distanțe cosmice și ne lovesc ochii.
Toate stelele individuale pe care le vedem pe cerul nopții sunt în galaxia noastră -. Cel mai îndepărtat obiect pe care îl putem vedea cu ochiul liber se află în afara propriei noastre galaxii: galaxia Andromeda, situată la 2,5 milioane de ani lumină distanță. (Deși acest lucru este discutabil, unii indivizi pretind 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 se creadă pe cuvânt).
Trilioanele de stele din galaxia Andromeda, având în vedere distanța sa, se încețoșează într-un petic de cer slab strălucitor. Și totuși dimensiunea sa este colosală. În ceea ce privește dimensiunea aparentă, chiar dacă se află la cinci miliarde 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 vedea stele individuale în galaxia Andromeda? Limitele rezoluției noastre vizuale, sau acuitatea vizuală, își impun propriile limitări. Acuitatea vizuală este capacitatea de a distinge detalii, cum ar fi puncte sau linii, separat unele de altele, astfel încât acestea să nu se îmbine. 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 distanța dintre conuri și tije 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.
Teoretic, studiile 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 60x60 care se potrivește pe unghia unei mâini întinse. „Este cel mai clar model pe care îl puteți vedea”, spune Landy.
Un test de ochi, ca un tabel cu litere mici, este ghidat de aceleași principii. Aceleași limite de claritate explică de ce nu putem distinge și nu ne putem concentra pe o singură celulă biologică slabă de câțiva micrometri lățime.
Dar nu te anula. Un milion de culori, fotoni unici, lumi galactice aflate la cinci miliarde de kilometri distanță - nu e prea rău pentru un balon de jeleu în orbitele noastre, conectat la un burete de 1,4 kilograme în craniul nostru.
Suprafața Pământului din câmpul tău vizual începe să se curbeze la o distanță de aproximativ 5 km. Dar claritatea vederii umane vă permite să vedeți mult dincolo de orizont. Dacă nu ar exista curbură, ai putea vedea flacăra unei lumânări la 50 de km distanță de tine.
Raza de vizibilitate depinde de numărul de fotoni emiși de un obiect îndepărtat. Cele 1.000.000.000.000 de stele din această galaxie emit în mod colectiv suficientă lumină pentru ca câteva mii de fotoni să ajungă la fiecare milă pătrată. vezi Pământul. 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, este nevoie de între 5 și 14 fotoni pentru a lovi 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 înveți ceva personal despre interlocutor după aspectul său
Secretele „bufnițelor” despre care „lacăuțele” nu știu Cum funcționează brainmail - transmiterea mesajelor de la creier la creier prin Internet De ce este nevoie de plictiseala? „Magnet Man”: Cum să devii mai carismatic și să atragi oamenii către tine 25 de citate pentru a-ți trezi 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 pentru o crimă, nu pe făptuitor Experiment: un bărbat bea 10 cutii de cola pe zi pentru a dovedi răul
Datorită numărului mare de etape ale procesului de percepție vizuală, caracteristicile sale individuale sunt luate în considerare din punctul de vedere al diferitelor științe - optică (inclusiv biofizică), 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 într-o corecție autonomă pe mai multe niveluri a distorsiunilor. Se elimină astfel aberațiile sferice și cromatice, efectele punctului oarbă, se realizează corecția culorii, se formează o imagine stereoscopică etc. În cazurile în care procesarea informațiilor subconștiente 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 cu lungimi de undă diferite stimulează diferite tipuri de conuri în mod diferit. De exemplu, lumina galben-verde stimulează în mod egal conurile de tip L și M, dar stimulează conurile de tip S într-un grad mai mic. Lumina roșie stimulează conurile de tip L mult mai puternic decât conurile de tip M, iar conurile de tip S nu stimulează aproape deloc; 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 și tijele cel mai puternic. Lumina violetă stimulează aproape exclusiv conurile de tip S. Creierul percepe informații combinate de la diferiți receptori, ceea ce oferă o percepție diferită a luminii cu lungimi de undă diferite.
Viziunea culorilor la oameni și maimuțe este controlată de gene care codifică proteine opsina sensibile la lumină. Potrivit susținătorilor teoriei 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, deci au vedere în două culori. În cazul în care 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. Miklukho-Maclay a stabilit că papuanii din Noua Guinee, care trăiesc în plina jungle verde, nu au capacitatea de a distinge verdele.
Opsina roșie sensibilă la lumină este codificată la om de gena OPN1LW.
Alte opsine umane codifică 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 opsina 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 maimuțe veveriță (saimiri), dintre care masculii au fost vindecați de daltonismul congenital prin introducerea genei opsinei umane OPN1LW în retinele 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 de percepția roșului, este foarte polimorfă (85 de alele au fost găsite într-un eșantion de 256 de persoane într-o lucrare recentă a lui Virelli și Tishkov) și aproximativ 10% dintre femeile cu două alele diferite de această genă are de fapt un receptor de culoare de tip suplimentar 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 de 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 apărea fuziunea genelor sau o creștere a numărului de copii ale acestora în cromozom. Defectele genei OPN1LW sunt cauza daltonismului parțial, 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 chestiuni 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 prezentată pe scurt în limba germană.
În paralel, a existat o teorie adversară a culorii de către Ewald Hering. 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 creierul nu primește deloc informații despre culorile roșu (R), verde (G) și albastru (B) (teoria culorii Jung-Helmholtz). Creierul primește informații despre diferența de luminozitate - despre diferența dintre luminozitatea alb (Y max) și negru (Y min), despre diferența dintre culorile verde și roșu (G - R), despre diferența dintre albastru și galben culorile (B - galben) și galben (galben = R + G) este suma roșu-verde, unde R, G și B sunt luminozitatea componentelor de culoare - roșu, R, verde, G și albastru, B .
Avem un sistem de ecuații - K h-b \u003d Y max - Y min; K gr \u003d G - R; K brg = B - R - G, unde K b-w, K gr , K brg - funcții ale coeficienților de balans de alb pentru orice iluminare. În practică, acest lucru se exprimă prin faptul că oamenii percep culoarea obiectelor în același mod sub diferite surse de lumină (adaptarea culorii). Teoria adversară explică în general mai bine faptul că oamenii percep culoarea obiectelor în același mod sub surse de lumină extrem de diferite (adaptarea culorii), inclusiv culori diferite ale surselor de lumină în aceeași scenă.
Aceste două teorii nu sunt în întregime concordante una cu cealaltă. Dar, în ciuda acestui fapt, încă se presupune că teoria celor trei stimuli operează la nivelul retinei, totuși, informația este procesată și creierul primește date care sunt deja în concordanță cu teoria adversarului.
Vedere binoculară și stereoscopică
Contribuția pupilei la ajustarea sensibilității ochiului 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 106 cd m² pentru un ochi complet adaptat la lumină. Mecanismul pentru o gamă atât de largă de sensibilitate constă în refacerea prin descompunere a pigmenților fotosensibili din fotoreceptorii retinei - conuri și tije.
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 vârsta din cauza deteriorării proprietăților optice ale sclerei și pupilei, precum și a legăturii receptorului de percepție.
Sensibilitatea maximă la lumina zilei este de 555-556 nm, iar în seara/noapte slabă se deplasează spre marginea violetă a spectrului vizibil și este egală cu 510 nm (fluctuează în intervalul 500-560 nm în timpul zilei). Acest lucru este explicat (dependența viziunii unei persoane de condițiile de iluminare atunci când percepe obiecte multicolore, raportul dintre luminozitatea lor aparentă - efectul Purkinje) de două tipuri de elemente sensibile la lumină ale ochiului - în lumină puternică, viziune se realizează în principal prin conuri, iar în lumină slabă se folosesc de preferință numai bețe.
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 dioptrii, se datorează diferenței de distanță dintre elementele sensibile ale retinei. și se numește acuitate vizuală.
Acuitatea vizuală este capacitatea ochiului de a percepe separat două puncte situate la o oarecare distanță unul de celălalt ( detaliu, granulație fină, rezoluție). Măsura acuității vizuale este unghiul de vedere, 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 separat percep obiecte, distanța unghiulară între care nu este mai mică de 1 ′ (1 minut).
Acuitatea vizuală este una dintre cele mai importante funcții ale vederii. Acuitatea vizuală umană este limitată de structura sa. Ochiul uman, spre deosebire de ochii cefalopodelor, de exemplu, este un organ inversat, adică celulele sensibile la lumină se află sub un strat de nervi și vase de sânge.
Acuitatea vizuală depinde de dimensiunea conurilor situate în zona maculei, a retinei, precum și de o serie de factori: refracția ochiului, lățimea pupilei, transparența corneei, cristalinul (și elasticitatea acestuia) , corpul vitros (care alcătuiesc aparatul de refracție), starea retinei și a nervului optic, vârsta.
Acuitatea vizuală și/sau sensibilitatea la lumină sunt adesea denumite și puterea de rezoluție a 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 perimetrul). Câmpul vizual este spațiul perceput de ochi atunci când privirea este fixată. Câmpul vizual este o funcție a părților periferice ale retinei; 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 printr-o îngustare a limitelor acestuia (exprimată în grade sau valori liniare), fie prin pierderea secțiunilor sale individuale (hemianopsie), apariția scotomului.
binocularitate
Privind un obiect cu ambii ochi, îl vedem doar atunci când axele de vedere ale ochilor formează un astfel de unghi de convergență (convergență) la care se obțin imagini clare simetrice pe retine în anumite locuri corespunzătoare ale petei galbene 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 vederii stereo și rezervele de fuziune.
Prezența vederii binoculare elementare este verificată prin împărțirea unei imagini în fragmente, dintre care unele sunt prezentate la stânga, iar altele la ochiul drept. Un observator are vedere binoculară elementară dacă este capabil să compună o singură imagine originală din fragmente.
Prezența vederii profunde este verificată prin prezentarea siluetei și stereogramelor stereoscopice - aleatorii cu puncte, care ar trebui să determine observatorul să experimenteze o experiență specifică de adâncime, care diferă de impresia de spațialitate bazată pe caracteristicile monoculare.
Claritatea vederii stereo este reciproca pragului percepției stereoscopice. Pragul de percepție stereoscopică este disparitatea minimă detectabilă (deplasarea unghiulară) între părțile unei stereograme. Pentru a-l măsura, se folosește principiul, care este următorul. Trei perechi de figuri sunt prezentate separat ochilor stângi și drepti ai observatorului. Într-una dintre perechi, pozițiile figurilor coincid, în celelalte două, una dintre figuri este deplasată orizontal cu o anumită distanță. Subiectului i se cere să indice figurile dispuse în ordinea crescătoare a distanței relative. Dacă cifrele sunt în ordinea corectă, atunci nivelul testului crește (diferența scade), dacă nu, disparitatea crește.
Rezerve de fuziune - condiții în care există posibilitatea de fuziune motorie a stereogramei. Rezervele de fuziune sunt determinate de disparitatea maximă dintre părțile unei stereograme, la care este încă percepută ca o imagine tridimensională. Pentru măsurarea rezervelor de fuziune se folosește principiul opus celui utilizat în studiul acuității stereoviziunii. De exemplu, subiectului i se cere să combine două dungi verticale într-o singură imagine, dintre care una este vizibilă la stânga și cealaltă la ochiul drept. În același timp, experimentatorul începe să separe lent benzile, mai întâi cu disparitate convergentă și apoi cu disparitate divergentă. Imaginea începe să se împartă în două la valoarea disparității, care caracterizează rezerva de fuziune a observatorului.
Binocularitatea poate fi afectată în strabism și în alte boli oculare. Cu oboseală severă, poate apărea strabism temporar, cauzat de închiderea ochiului condus.
Sensibilitate la contrast
Sensibilitatea la contrast - 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 ochiului - adaptarea vederii la diferite condiții de iluminare. Adaptarea are loc la schimbările de iluminare (diferențierea între adaptarea la lumină și întuneric), caracteristicile de culoare ale luminii (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. stai in intuneric, cresterea sa se termina practic in 50-60 de minute. Adaptarea ochiului la întuneric este studiată cu ajutorul unor dispozitive speciale - adaptometre.
O scădere a adaptării ochiului la întuneric se observă în unele boli oculare (retinită pigmentară, glaucom) și generale (A-avitaminoză).
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 mare dezavantaj este vizibilitatea neclară și neclară a obiectelor apropiate sau îndepărtate.
defecte ale lentilelor
clarviziune
Hipermetropia se numește o astfel de anomalie 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 marjă bună de acomodare, compensează deficiența vizuală prin creșterea curburii cristalinului cu mușchiul ciliar.
Cu hipermetropie mai puternică (3 dioptrii și mai sus), vederea este slabă nu numai de aproape, ci și de departe, iar ochiul nu este capabil să compenseze singur defectul. Hipermetropia este de obicei congenitală și nu progresează (de obicei scade cu vârsta școlară).
Cu hipermetropie, ochelarii sunt prescriși pentru lectură sau purtarea constantă. Pentru ochelari, sunt selectate lentile convergente (acestea mută focalizarea înainte spre retină), cu ajutorul cărora vederea pacientului devine cea mai bună.
Oarecum diferit de hipermetropie, prezbiopie sau hipermetropie senilă. Presbiopia se dezvoltă din cauza pierderii elasticității cristalinului (care este un rezultat normal al dezvoltării sale). Acest proces începe încă de la vârsta școlară, dar o persoană observă de obicei o scădere a vederii de aproape după vârsta de 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 își pierde deja complet capacitatea de acomodare, dezvoltarea prezbiopiei este finalizată.
Miopie
Miopia este o anomalie de refracție a ochiului, în care focalizarea se deplasează înainte, iar o imagine deja defocalizată 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 este falsă (atunci când, din cauza suprasolicitarii mușchiului ciliar, apare spasmul acestuia, în urma căruia curbura cristalinului rămâne prea mare pentru vederea 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 ascuțite (cel mai îndepărtat punct al vederii clare se află destul de departe de ochi). În cazurile de miopie ridicată, există o scădere semnificativă a vederii. Începând de la aproximativ −4 dioptrii, o persoană are nevoie de ochelari atât pentru distanță, cât și pentru apropiere (în caz contrar, obiectul în cauză trebuie adus foarte aproape de ochi).
În adolescență, miopia progresează adesea (ochii se străduiesc constant să lucreze în apropiere, motiv pentru care ochiul crește în lungime compensatorie). Progresia miopiei ia uneori o formă malignă, în care vederea scade cu 2-3 dioptrii pe an, se observă întinderea sclerei și apar modificări distrofice ale retinei. În cazuri severe, există pericolul detașării retinei supraîntinse în timpul efortului fizic sau impactului brusc. Oprirea progresiei miopiei are loc de obicei la vârsta de 22-25 de ani, când organismul încetează să crească. Cu o progresie rapidă, vederea scade până la -25 dioptrii și mai jos, paralizând foarte mult ochii și perturbând brusc calitatea vederii de departe și de aproape (tot ceea ce vede o persoană sunt contururi neclare fără nicio vedere detaliată), iar astfel de abateri sunt foarte greu de corectat cu optică: ochelarii groși de ochelari creează distorsiuni puternice și reduc obiectele vizual, motiv pentru care o persoană nu vede suficient de bine nici măcar cu ochelari. În astfel de cazuri, cel mai bun efect poate fi obținut cu ajutorul corectării 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 (nu este disponibil în Rusia) a gelului pentru ochi cu pirenzipină.
Cu miopie, ei recurg adesea la corectarea vederii cu laser (impact asupra corneei cu 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.
Miopia și defectele de hipermetropie pot fi depășite cu ochelari sau cu cursuri de gimnastică de recuperare, ca și alte erori de refracție.
Astigmatism
Astigmatismul este un defect al opticii ochiului, cauzat de o formă 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 un grad sau altul). 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 distorsionată și uneori neclară. În cazurile severe, distorsiunea este atât de puternică încât reduce semnificativ calitatea vederii.
Astigmatismul este ușor de diagnosticat examinând cu un ochi o foaie de hârtie cu linii paralele întunecate - prin rotirea unei astfel de foi, astigmatistul va observa că liniile întunecate fie sunt neclare, fie devin mai clare. Majoritatea oamenilor au astigmatism congenital de până la 0,5 dioptrii, ceea ce nu aduce disconfort.
Acest defect este compensat de ochelari cu lentile cilindrice cu curbură orizontală și verticală și lentile de contact diferite (torice dure sau moi), precum și lentile de ochelari cu putere optică diferită în diferite meridiane.
defecte retiniene
daltonism
Dacă percepția uneia dintre cele trei culori primare cade sau este slăbită în retină, atunci persoana nu percepe nicio culoare. Există „color-orb” pentru roșu, verde și albastru-violet. Rareori este pereche sau chiar daltonism complet. Mai des sunt oameni care nu pot distinge roșul de verde. Ei percep aceste culori ca fiind gri. O astfel de 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, moștenită (legată de cromozomul X). Uneori apare după unele boli oculare și nervoase.
Persoanele daltoniste nu au voie să lucreze în legătură cu conducerea vehiculelor pe drumurile publice. O bună percepție a culorilor este foarte importantă pentru marinari, piloți, chimiști, artiști, prin urmare, pentru unele profesii, vederea culorilor este verificată cu ajutorul unor tabele speciale.
scotom
Scottoma (gr. 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 afectată sau absentă. Uneori, un punct orb se numește scotom - o zonă de pe retină care corespunde capului nervului optic (așa-numitul scotom fiziologic).
Scotom absolut. scotomate absolute) - o zonă în care vederea este absentă. Scotom relativ (engleză) scotom relativ) - o zonă în care vederea este redusă semnificativ.
Este posibil să presupunem prezența scotomului prin efectuarea independentă a unui studiu folosind testul Amsler.
Suprafața Pământului se curbează și dispare din câmpul vizual la o distanță de 5 kilometri. Dar claritatea viziunii noastre 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 mile distanță. Într-o noapte întunecată, puteai chiar să vezi flacăra unei lumânări situată la 48 de kilometri distanță de tine.
Cât de departe poate vedea ochiul uman depinde de câte particule de lumină, sau fotoni, emite obiectul îndepărtat. Cel mai îndepărtat obiect vizibil cu ochiul liber este Nebuloasa Andromeda, situată la o distanță mare de 2,6 milioane de ani lumină de Pământ. Un trilion de stele din această galaxie emană suficientă lumină în total pentru ca câteva mii de fotoni să se ciocnească cu fiecare centimetru pătrat de suprafața pământului în fiecare secundă. Într-o noapte întunecată, această cantitate este suficientă pentru a activa retina.
În 1941, specialistul în vedere Selig Hecht și colegii săi de la Universitatea Columbia au făcut ceea ce este considerat încă o măsură sigură a pragului absolut al vederii - numărul minim de fotoni care trebuie să intre în retină pentru a provoca conștientizarea percepției vizuale. Experimentul a stabilit un prag în condiții ideale: ochilor participanților li sa dat timp să se adapteze complet la întunericul absolut, fulgerul albastru-verde acționând ca stimulul având o lungime de undă de 510 nanometri (la care ochii sunt cei mai sensibili), iar lumina era îndreptată spre marginea periferică a retinei.umplute cu celule de bastonaș care recunosc lumina.
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 cadă în globii oculari. Pe baza măsurătorilor absorbției retiniene, oamenii de știință au calculat că, în medie, 10 fotoni sunt absorbiți de fapt de tijele retiniene 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 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 distinge 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 această distanță, am putea distinge clar cele două faruri ale unei mașini.Dar la ce distanță putem recunoaște că obiectul este mai mult decât o licărire de lumină? Pentru ca un obiect să apară extins spațial, și nu ca punct, lumina din acesta trebuie să activeze cel puțin două conuri retiniene adiacente - celulele responsabile de vederea culorilor. În mod ideal, obiectul 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.
