Aká je veľkosť medzery, ktorú vidí ľudské oko. Dohľad a viditeľnosť
Povrch Zeme obmedzuje naše videnie na vzdialenosť 3,1 míle alebo 5 kilometrov. Naša zraková ostrosť však siaha ďaleko za horizont. Ak by bola Zem plochá, alebo keby ste stáli na vrchole hory so širším horizontom ako v bežnom živote, mohli by sme vidieť vzdialené objekty vo vzdialenosti desiatok kilometrov. V tmavej noci ste dokonca rozpoznali horiacu sviečku vo vzdialenosti 50 km.
Ako ďaleko ľudské oko dovidí, závisí od toho, koľko častíc svetla, alebo ako sa tiež nazývajú fotóny, vyžaruje vzdialený objekt. Najvzdialenejším objektom od Zeme, ktorý môžeme vidieť voľným okom, je galaxia Andromeda, ktorá sa nachádza v nepredstaviteľnej vzdialenosti 2,6 milióna svetelných rokov od Zeme. 1 bilión hviezd v tejto galaxii spolu vyžaruje dostatok svetla na to, aby pokrylo každý štvorcový centimeter našej planéty niekoľkými tisíckami fotónov za sekundu. V tmavej noci je takáto jasná žiara obzvlášť jasne viditeľná pre náš pohľad, nasmerovaný na nekonečnú oblohu.
V roku 1941 optický vedec Selig Hecht a jeho kolegovia z Kolumbijskej univerzity vytvorili to, čo sa dodnes považuje za najspoľahlivejší spôsob merania „absolútneho prahu“ ľudského videnia – minimálneho počtu fotónov, ktoré naša sietnica vyžaduje na sebavedomé vizuálne vnímanie. Experiment, ktorý testuje hranice nášho zraku, sa uskutočnil za ideálnych podmienok: oči dobrovoľníkov dostali dostatok času na prispôsobenie sa tme, vlnovej dĺžke modro-zelenej svetelnej vlny (na ktorú sú naše oči najcitlivejšie). ) bola 510 nanometrov, svetlo smerovalo na perifériu našej sietnice, do oblasti oka, ktorá je najviac nasýtená fotosenzitívnymi bunkami.
Vedci zistili, že aby oko účastníka experimentu zachytilo takýto lúč svetla, jeho sila by mala byť od 54 do 148 fotónov. Na základe merania absorpcie svetla sietnicou vedci vypočítali, že 10 fotónov bolo absorbovaných zrakovými tyčinkami. Takže absorbovanie 5 až 14 fotónov alebo vystrelenie 5 až 14 vizuálnych tyčiniek už hovorí vášmu mozgu, že niečo vidíte.
"Toto je pomerne malý počet chemických reakcií," uzavrel Hecht a jeho kolegovia vo svojej vedeckej práci na predmet štúdie.
Vzhľadom na veľkosť absolútneho prahu zrakového vnímania a stupeň zhasnutia svetla vyžarovaného objektom vedci dospeli k záveru, že svetlo horiacej sviečky za ideálnych podmienok môže ľudské oko vidieť na vzdialenosť 50 km.
Ale ako ďaleko môžeme vidieť objekt, ak je oveľa viac ako len záblesk svetla. Aby naše oko dokázalo rozlíšiť priestorový, a nielen bodový objekt, ním vyžarované svetlo musí stimulovať aspoň dve susedné kužeľové bunky – tie zodpovedajú za reprodukciu farieb. Za ideálnych podmienok by mal byť objekt viditeľný pod uhlom 1 minúty alebo 1/16 stupňa, aby ho bunky kužeľa mohli vidieť (Táto hodnota uhla platí bez ohľadu na to, ako ďaleko je objekt. byť oveľa väčšie, aby ich bolo možné vidieť, ako aj blízke predmety).
Uhlová hodnota splnu je 30 minút, zatiaľ čo Venuša s hodnotou 1 minúta je sotva postrehnuteľná.
Objekty známe ľudskému vnímaniu sú viditeľné na vzdialenosť asi 3 km. Napríklad na túto vzdialenosť ledva rozoznáme svetlomety auta.
Adam Hadhazy z BBC vysvetľuje, prečo vaše oči dokážu neuveriteľné veci, od videnia vzdialených galaxií vzdialených svetelné roky až po neviditeľné farby. Poobzeraj sa. Čo vidíš? Všetky tieto farby, steny, okná, všetko sa zdá byť samozrejmé, akoby to tu malo byť. Predstava, že toto všetko vidíme vďaka časticiam svetla – fotónom – ktoré sa od týchto predmetov odrážajú a dostávajú sa nám do očí, sa zdá byť neuveriteľná.
Toto fotónové bombardovanie je absorbované približne 126 miliónmi fotosenzitívnych buniek. Rôzne smery a energie fotónov sa prenášajú do nášho mozgu v rôznych formách, farbách, jasoch a napĺňajú náš viacfarebný svet obrazmi.
Naša pozoruhodná vízia má zjavne množstvo obmedzení. Nevidíme rádiové vlny z našich elektronických zariadení, nevidíme baktérie pod nosom. Ale vďaka pokroku vo fyzike a biológii môžeme identifikovať základné obmedzenia prirodzeného videnia. „Všetko, čo vidíte, má prah, najnižšiu úroveň, ktorú nevidíte nad alebo pod,“ hovorí Michael Landy, profesor neurovedy na New York University.
Začnime sa pozerať na tieto vizuálne prahy cez prizmu – prepáčte slovnú hračku –, ktorú si mnohí spájajú s víziou v prvom rade: farbu.
Prečo vidíme fialovú a nie hnedú farbu, závisí od energie alebo vlnovej dĺžky fotónov, ktoré zasiahnu sietnicu, ktorá sa nachádza v zadnej časti našich očných buliev. Existujú dva typy fotoreceptorov, tyčinky a čapíky. Kužele sú zodpovedné za farbu, zatiaľ čo tyčinky nám umožňujú vidieť odtiene šedej pri slabom osvetlení, napríklad v noci. Opsíny alebo molekuly pigmentu v bunkách sietnice absorbujú elektromagnetickú energiu dopadajúcich fotónov, čím vytvárajú elektrický impulz. Tento signál putuje cez zrakový nerv do mozgu, kde sa rodí vedomé vnímanie farieb a obrazov.
Máme tri typy kužeľov a zodpovedajúcich opsínov, z ktorých každý je citlivý na fotóny určitej vlnovej dĺžky. Tieto kužele sú označené S, M a L (krátke, stredné a dlhé vlnové dĺžky). Krátke vlny vnímame ako modré, dlhé vlny ako červené. Vlnové dĺžky medzi nimi a ich kombinácie sa menia na úplnú dúhu. „Všetko svetlo, ktoré vidíme, iné ako umelo vytvorené hranolmi alebo šikovnými zariadeniami, ako sú lasery, je zmesou rôznych vlnových dĺžok,“ hovorí Landy.
Zo všetkých možných vlnových dĺžok fotónu naše čapíky detegujú malé pásmo od 380 do 720 nanometrov - to, čo nazývame viditeľné spektrum. Mimo nášho spektra vnímania existuje infračervené a rádiové spektrum, ktoré má vlnovú dĺžku v rozsahu od milimetra po kilometer.
Nad naším viditeľným spektrom, pri vyšších energiách a kratších vlnových dĺžkach, nájdeme ultrafialové spektrum, potom röntgenové žiarenie a navrchu spektrum gama žiarenia s vlnovými dĺžkami až jeden bilión metrov.
Hoci väčšina z nás je obmedzená na viditeľné spektrum, ľudia s afakiou (nedostatkom šošovky) môžu vidieť v ultrafialovom spektre. Afakia sa zvyčajne vytvára v dôsledku chirurgického odstránenia šedého zákalu alebo vrodených chýb. Bežne šošovka ultrafialové svetlo blokuje, takže bez nej ľudia vidia za viditeľné spektrum a vnímajú vlnové dĺžky do 300 nanometrov v modrastom zafarbení.
Štúdia z roku 2014 ukázala, že relatívne povedané, všetci môžeme vidieť infračervené fotóny. Ak dva infračervené fotóny náhodne zasiahnu bunku sietnice takmer súčasne, ich energia sa spojí a premení ich vlnovú dĺžku z neviditeľných (napr. 1000 nanometrov) na viditeľných 500 nanometrov (pre väčšinu očí studená zelená).
Zdravé ľudské oko má tri typy čapíkov, z ktorých každý dokáže rozlíšiť asi 100 rôznych farebných odtieňov, takže väčšina výskumníkov súhlasí s tým, že naše oči vo všeobecnosti dokážu rozlíšiť asi milión odtieňov. Vnímanie farieb je však dosť subjektívna schopnosť, ktorá sa líši od človeka k človeku, takže je dosť ťažké určiť presné čísla.
"Je dosť ťažké dať to do čísel," hovorí Kimberly Jamison, výskumná pracovníčka z Kalifornskej univerzity v Irvine. "To, čo vidí jeden človek, môže byť len zlomkom farieb, ktoré vidí druhý."
Jamison vie, o čom hovorí, pretože pracuje s „tetrachromátmi“ – ľuďmi s „nadľudským“ zrakom. Títo vzácni jedinci, väčšinou ženy, majú genetickú mutáciu, ktorá im dáva ďalšie štvrté šišky. Zhruba povedané, vďaka štvrtej sade kužeľov môžu tetrachromáty vidieť 100 miliónov farieb. (Ľudia s farbosleposťou, dichromátmi, majú len dva druhy kužeľov a vidia asi 10 000 farieb.)
Aký je minimálny počet fotónov, ktoré musíme vidieť?
Aby fungovalo farebné videnie, kužele vo všeobecnosti potrebujú oveľa viac svetla ako ich tyčinkové náprotivky. Preto pri slabom osvetlení farba „vybledne“, keď sa do popredia dostanú monochromatické tyčinky.
V ideálnych laboratórnych podmienkach a v oblastiach sietnice, kde tyčinky väčšinou chýbajú, môžu byť čapíky aktivované iba hŕstkou fotónov. Napriek tomu sa paliciam darí lepšie v podmienkach rozptýleného svetla. Ako ukázali experimenty zo 40. rokov, na upútanie našej pozornosti stačí jedno kvantum svetla. „Ľudia môžu reagovať na jeden fotón,“ hovorí Brian Wandell, profesor psychológie a elektrotechniky na Stanforde. "Nemá zmysel byť ešte citlivejší."
V roku 1941 vedci z Kolumbijskej univerzity umiestnili ľudí do tmavej miestnosti a nechali ich oči, aby sa prispôsobili. Trvalo niekoľko minút, kým páčky dosiahli plnú citlivosť – preto máme problém vidieť, keď svetlá náhle zhasnú.
Vedci potom rozsvietili modro-zelené svetlo pred tvárami pokusných osôb. Na úrovni presahujúcej štatistickú šancu boli účastníci schopní detekovať svetlo, keď prvých 54 fotónov dosiahlo ich oči.
Po kompenzácii straty fotónov absorpciou inými zložkami oka vedci zistili, že len päť fotónov aktivovalo päť samostatných tyčiniek, ktoré poskytli účastníkom pocit svetla.
Aká je hranica toho najmenšieho a najďalej, čo môžeme vidieť?
Táto skutočnosť vás môže prekvapiť: neexistuje žiadna vnútorná hranica pre najmenšiu alebo najvzdialenejšiu vec, ktorú môžeme vidieť. Pokiaľ objekty akejkoľvek veľkosti a na akúkoľvek vzdialenosť prenášajú fotóny do buniek sietnice, môžeme ich vidieť.
"Všetko, čo zaujíma oko, je množstvo svetla, ktoré dopadá do oka," hovorí Landy. - Celkový počet fotónov. Môžete vytvoriť zdroj svetla smiešne malý a vzdialený, ale ak vyžaruje silné fotóny, uvidíte ho.“
Napríklad konvenčná múdrosť hovorí, že za tmavej, jasnej noci môžeme vidieť plameň sviečky zo vzdialenosti 48 kilometrov. V praxi sa samozrejme naše oči budú jednoducho kúpať vo fotónoch, takže putujúce svetelné kvantá z veľkých vzdialeností sa v tomto neporiadku jednoducho stratia. „Keď zvýšite intenzitu pozadia, zvýši sa množstvo svetla, ktoré potrebujete, aby ste niečo videli,“ hovorí Landy.
Nočná obloha s tmavým pozadím posiatym hviezdami je nápadným príkladom rozsahu nášho videnia. Hviezdy sú obrovské; mnohé z tých, ktoré vidíme na nočnej oblohe, majú priemer milióny kilometrov. Ale aj najbližšie hviezdy sú od nás vzdialené najmenej 24 biliónov kilometrov, a preto sú pre naše oči také malé, že ich nerozoznáte. Napriek tomu ich vidíme ako silné vyžarujúce body svetla, keď fotóny prekračujú kozmické vzdialenosti a zasahujú naše oči.
Všetky jednotlivé hviezdy, ktoré vidíme na nočnej oblohe, sú v našej galaxii -. Najvzdialenejší objekt, ktorý môžeme vidieť voľným okom, je mimo našej vlastnej galaxie: galaxia Andromeda, ktorá sa nachádza 2,5 milióna svetelných rokov od nás. (Aj keď je to diskutabilné, niektorí jednotlivci tvrdia, že sú schopní vidieť galaxiu Triangulum na extrémne tmavej nočnej oblohe a je vzdialená tri milióny svetelných rokov, len ich treba brať na slovo).
Trilión hviezd v galaxii Andromeda sa vzhľadom na jej vzdialenosť rozmazáva do matne žiariaceho miesta na oblohe. A napriek tomu je jeho veľkosť kolosálna. Pokiaľ ide o zdanlivú veľkosť, aj keď je táto galaxia vzdialená quintilión kilometrov, je šesťkrát taká široká ako Mesiac v splne. K našim očiam sa však dostane tak málo fotónov, že toto nebeské monštrum je takmer neviditeľné.
Aké ostré môže byť videnie?
Prečo nemôžeme vidieť jednotlivé hviezdy v galaxii Andromeda? Hranice nášho zrakového rozlíšenia alebo zrakovej ostrosti majú svoje vlastné obmedzenia. Zraková ostrosť je schopnosť rozlišovať detaily, ako sú bodky alebo čiary, oddelene od seba tak, aby sa nezlúčili. Hranice videnia si teda môžeme predstaviť ako počet „bodov“, ktoré dokážeme rozlíšiť.
Hranice zrakovej ostrosti sú dané niekoľkými faktormi, ako je vzdialenosť medzi čapíkmi a tyčinkami uloženými v sietnici. Dôležitá je aj samotná optika očnej gule, ktorá, ako sme si už povedali, bráni prenikaniu všetkých možných fotónov k svetlocitlivým bunkám.
Teoreticky štúdie ukázali, že najlepšie, čo môžeme vidieť, je asi 120 pixelov na oblúkový stupeň, čo je jednotka uhlového merania. Môžete si to predstaviť ako čiernobielu šachovnicu 60x60, ktorá sa zmestí na necht natiahnutej ruky. "Je to najjasnejší vzor, aký môžete vidieť," hovorí Landy.
Očný test, podobne ako tabuľka s malými písmenami, sa riadi rovnakými princípmi. Tieto isté hranice ostrosti vysvetľujú, prečo nemôžeme rozlíšiť a zamerať sa na jednu slabú biologickú bunku širokú niekoľko mikrometrov.
Ale neodpisuj sa. Milión farieb, jednotlivé fotóny, galaktické svety vzdialené kvintilióny kilometrov – to nie je až také zlé pre bublinku želé v našich očných jamkách, spojenú s 1,4-kilogramovou špongiou v našich lebkách.
Povrch Zeme vo vašom zornom poli sa začne kriviť vo vzdialenosti asi 5 km. Ale ostrosť ľudského videnia vám umožňuje vidieť oveľa za horizont. Ak by neexistovalo zakrivenie, mohli by ste vidieť plameň sviečky 50 km od vás.
Rozsah videnia závisí od počtu fotónov emitovaných vzdialeným objektom. 1 000 000 000 000 hviezd v tejto galaxii spoločne vyžaruje dostatok svetla pre niekoľko tisíc fotónov na dosiahnutie každej štvorcovej míle. pozri Zem. To stačí na vzrušenie sietnice ľudského oka.
Keďže na Zemi nie je možné skontrolovať ostrosť ľudského zraku, vedci sa uchýlili k matematickým výpočtom. Zistili, že na to, aby sme videli blikajúce svetlo, potrebuje 5 až 14 fotónov, aby zasiahli sietnicu. Plameň sviečky vo vzdialenosti 50 km, berúc do úvahy rozptyl svetla, dáva toto množstvo a mozog rozpoznáva slabú žiaru.
Ako sa dozvedieť niečo osobné o partnerovi podľa jeho vzhľadu
Tajomstvá „sov“, o ktorých „skřivani“ nevedia Ako funguje brainmail – prenos správ z mozgu do mozgu cez internet Prečo je nuda potrebná? "Magnet Man": Ako sa stať charizmatickejším a pritiahnuť k sebe ľudí 25 citátov, ktoré prebudia vášho vnútorného bojovníka Ako rozvíjať sebavedomie Je možné „vyčistiť telo od toxínov“? 5 dôvodov, prečo ľudia budú vždy obviňovať zo zločinu obeť, nie páchateľa Experiment: muž vypije 10 plechoviek koly denne, aby dokázal jej škodlivosť
Vzhľadom na veľký počet etáp v procese zrakového vnímania sa jeho jednotlivé charakteristiky posudzujú z hľadiska rôznych vied - optiky (vrátane biofyziky), psychológie, fyziológie, chémie (biochémie). V každej fáze vnímania dochádza k skresleniam, chybám a zlyhaniam, ale ľudský mozog prijímané informácie spracováva a robí potrebné úpravy. Tieto procesy sú nevedomého charakteru a sú realizované vo viacúrovňovej autonómnej korekcii skreslení. Tým sa eliminujú sférické a chromatické aberácie, efekty slepých škvŕn, vykoná sa farebná korekcia, vytvorí sa stereoskopický obraz atď. V prípadoch, keď je podvedomé spracovanie informácií nedostatočné alebo nadmerné, vznikajú optické ilúzie.
Fyziológia ľudského zraku
farebné videnie
Ľudské oko obsahuje dva typy svetlocitlivých buniek (fotoreceptorov): vysoko citlivé tyčinky zodpovedné za nočné videnie a menej citlivé čapíky zodpovedné za farebné videnie.
Svetlo s rôznymi vlnovými dĺžkami stimuluje rôzne typy čapíkov rôzne. Napríklad žltozelené svetlo stimuluje čapíky typu L a M rovnako, ale v menšej miere stimuluje čapíky typu S. Červené svetlo stimuluje čapíky typu L oveľa silnejšie ako čapíky typu M a čapíky typu S nestimulujú takmer vôbec; zeleno-modré svetlo stimuluje receptory typu M viac ako receptory typu L a receptory typu S o niečo viac; svetlo s touto vlnovou dĺžkou tiež stimuluje tyčinky najsilnejšie. Fialové svetlo stimuluje čapíky typu S takmer výlučne. Mozog vníma kombinované informácie z rôznych receptorov, čo poskytuje odlišné vnímanie svetla s rôznymi vlnovými dĺžkami.
Farebné videnie u ľudí a opíc riadia gény kódujúce svetlocitlivé opsínové proteíny. Podľa zástancov trojzložkovej teórie stačí na vnímanie farieb prítomnosť troch rôznych proteínov, ktoré reagujú na rôzne vlnové dĺžky. Väčšina cicavcov má len dva z týchto génov, takže majú dvojfarebné videnie. V prípade, že má človek dva proteíny zakódované rôznymi génmi, ktoré sú si príliš podobné, alebo jeden z proteínov nie je syntetizovaný, vzniká farbosleposť. N. N. Miklukho-Maclay zistil, že Papuáncom z Novej Guiney, ktorí žijú v hustej zelenej džungli, chýba schopnosť rozlíšiť zelenú.
Opsín citlivý na červené svetlo je u ľudí kódovaný génom OPN1LW.
Ďalšie ľudské opsíny kódujú gény OPN1MW, OPN1MW2 a OPN1SW, z ktorých prvé dva kódujú proteíny citlivé na svetlo pri stredných vlnových dĺžkach a tretí je zodpovedný za opsín, ktorý je citlivý na krátkovlnnú časť spektra.
Potreba troch typov opsínov pre farebné videnie bola nedávno dokázaná pri pokusoch na veveričkách (saimiri), ktorých samce boli vyliečené z vrodenej farbosleposti zavedením ľudského opsínového génu OPN1LW do ich sietnice. Táto práca (spolu s podobnými experimentmi na myšiach) ukázala, že zrelý mozog je schopný prispôsobiť sa novým zmyslovým schopnostiam oka.
Gén OPN1LW, ktorý kóduje pigment zodpovedný za vnímanie červenej, je vysoko polymorfný (85 alel sa našlo vo vzorke 256 ľudí v nedávnej práci Virrelliho a Tiškova) a asi 10 % žien s dvoma rôznymi alelami tento gén má v skutočnosti ďalší typ farebných receptorov a určitý stupeň štvorzložkového farebného videnia. Variácie v géne OPN1MW, ktorý kóduje „žlto-zelený“ pigment, sú zriedkavé a neovplyvňujú spektrálnu citlivosť receptorov.
Gén OPN1LW a gény zodpovedné za vnímanie svetla so strednou vlnovou dĺžkou sa nachádzajú v tandeme na chromozóme X a často medzi nimi dochádza k nehomologickej rekombinácii alebo génovej konverzii. V tomto prípade môže dôjsť k fúzii génov alebo zvýšeniu počtu ich kópií v chromozóme. Defekty génu OPN1LW sú príčinou čiastočnej farbosleposti, protanopie.
Trojzložkovú teóriu farebného videnia prvýkrát vyjadril v roku 1756 M. V. Lomonosov, keď napísal „o troch záležitostiach spodnej časti oka“. O sto rokov neskôr ho vyvinul nemecký vedec G. Helmholtz, ktorý nespomína slávne dielo Lomonosova „O pôvode svetla“, hoci bolo vydané a krátko prezentované v nemčine.
Paralelne existovala oponentská teória farieb od Ewalda Heringa. Vyvinuli ho David H. Hubel a Torsten N. Wiesel. Za svoj objav dostali v roku 1981 Nobelovu cenu.
Navrhli, že mozog vôbec nedostáva informácie o červenej (R), zelenej (G) a modrej (B) farbách (teória farieb Jung-Helmholtz). Mozog dostáva informácie o rozdiele jasu - o rozdiele medzi jasom bielej (Y max) a čiernej (Y min), o rozdiele medzi zelenou a červenou farbou (G - R), o rozdiele medzi modrou a žltou farby (B - žltá) a žltá (žltá = R + G) je súčet červenej a zelenej, kde R, G a B sú jasy farebných zložiek - červená, R, zelená, G a modrá, B .
Máme systém rovníc - K h-b \u003d Y max - Y min; K gr \u003d G - R; Kbrg = B - R - G, kde K b-w, Kgr, Kbrg - funkcie koeficientov vyváženia bielej pre akékoľvek osvetlenie. V praxi sa to prejavuje tým, že ľudia vnímajú farbu predmetov pri rôznych svetelných zdrojoch rovnako (prispôsobenie farieb). Oponentská teória vo všeobecnosti lepšie vysvetľuje skutočnosť, že ľudia vnímajú farbu predmetov rovnakým spôsobom pri extrémne odlišných svetelných zdrojoch (prispôsobenie farieb), vrátane rôznych farieb svetelných zdrojov v tej istej scéne.
Tieto dve teórie nie sú úplne v súlade. Ale napriek tomu sa stále predpokladá, že teória troch stimulov funguje na úrovni sietnice, informácie sa však spracúvajú a mozog dostáva údaje, ktoré sú už v súlade s teóriou protivníka.
Binokulárne a stereoskopické videnie
Príspevok zrenice k úprave citlivosti oka je mimoriadne zanedbateľný. Celý rozsah jasu, ktorý je náš vizuálny mechanizmus schopný vnímať, je obrovský: od 10 −6 cd m² pre oko plne adaptované na tmu až po 106 cd m² pre oko plne adaptované na svetlo. Mechanizmus pre taký široký rozsah citlivosti spočíva v rozklade obnovy fotosenzitívnych pigmentov vo fotoreceptoroch sietnice – čapíkov a tyčiniek.
Citlivosť oka závisí od úplnosti adaptácie, od intenzity svetelného zdroja, vlnovej dĺžky a uhlových rozmerov zdroja, ako aj od trvania podnetu. Citlivosť oka sa s vekom znižuje v dôsledku zhoršovania optických vlastností skléry a zrenice, ako aj receptorovej väzby vnímania.
Maximálna citlivosť pri dennom svetle je 555-556 nm a pri slabom večeri / noci sa posúva smerom k fialovému okraju viditeľného spektra a rovná sa 510 nm (cez deň kolíše v rozmedzí 500-560 nm). Vysvetľujú to (závislosť videnia človeka od svetelných podmienok pri vnímaní viacfarebných predmetov, pomer ich zdanlivého jasu – Purkyňov efekt) dva typy svetlocitlivých prvkov oka – pri jasnom svetle, videnie sa vykonáva hlavne kužeľmi a pri slabom svetle sa prednostne používajú iba tyčinky.
Zraková ostrosť
Schopnosť rôznych ľudí vidieť väčšie alebo menšie detaily objektu z rovnakej vzdialenosti pri rovnakom tvare očnej gule a rovnakej refrakčnej sile dioptrického očného systému je spôsobená rozdielom vo vzdialenosti medzi citlivými prvkami sietnice. a nazýva sa to zraková ostrosť.
Zraková ostrosť je schopnosť oka vnímať od seba dva body umiestnené v určitej vzdialenosti od seba ( detail, jemné zrno, rozlíšenie). Meradlom zrakovej ostrosti je uhol pohľadu, to znamená uhol, ktorý tvoria lúče vychádzajúce z okrajov predmetného objektu (alebo z dvoch bodov A A B) do uzlového bodu ( K) oči. Zraková ostrosť je nepriamo úmerná zornému uhlu, to znamená, že čím je menšia, tým je zraková ostrosť vyššia. Normálne je to ľudské oko schopné od seba vnímať predmety, ktorých uhlová vzdialenosť nie je menšia ako 1 ′ (1 minúta).
Zraková ostrosť je jednou z najdôležitejších funkcií zraku. Ľudská zraková ostrosť je obmedzená svojou štruktúrou. Ľudské oko, na rozdiel napríklad od očí hlavonožcov, je obrátený orgán, čiže bunky citlivé na svetlo sú pod vrstvou nervov a ciev.
Zraková ostrosť závisí od veľkosti kužeľov umiestnených v oblasti makuly, sietnice, ako aj od mnohých faktorov: lom oka, šírka zrenice, priehľadnosť rohovky, šošovka (a jej elasticita) , sklovec (ktoré tvoria refrakčný aparát), stav sietnice a zrakového nervu, vek.
Zraková ostrosť a/alebo citlivosť na svetlo sa často označujú aj ako rozlišovacia schopnosť voľného oka ( rozlišovacia schopnosť).
priama viditeľnosť
Periférne videnie (zorné pole) - určiť hranice zorného poľa pri ich premietaní na guľovú plochu (pomocou perimetra). Zorné pole je priestor vnímaný okom, keď je pohľad upretý. Zorné pole je funkciou periférnych častí sietnice; jeho stav do značnej miery určuje schopnosť človeka voľne sa pohybovať vo vesmíre.
Zmeny v zornom poli sú spôsobené organickými a / alebo funkčnými ochoreniami vizuálneho analyzátora: sietnica, zrakový nerv, zraková dráha, centrálny nervový systém. Porušenia zorného poľa sa prejavujú buď zúžením jeho hraníc (vyjadrené v stupňoch alebo lineárnych hodnotách), alebo stratou jeho jednotlivých úsekov (hemianopsia), vznikom skotómu.
binokulárnosť
Pri pohľade na predmet oboma očami ho vidíme len vtedy, keď osi zraku zvierajú taký uhol zbiehania (konvergencie), pri ktorom sa získajú symetrické jasné obrazy na sietnici v určitých zodpovedajúcich miestach citlivej žltej škvrny (fovea). centralis). Vďaka tomuto binokulárnemu videniu nielen posudzujeme relatívnu polohu a vzdialenosť predmetov, ale vnímame aj reliéf a objem.
Hlavnými charakteristikami binokulárneho videnia sú prítomnosť elementárneho binokulárneho, hĺbkového a stereoskopického videnia, stereovízna ostrosť videnia a fúzne rezervy.
Prítomnosť elementárneho binokulárneho videnia sa kontroluje rozdelením určitého obrazu na fragmenty, z ktorých niektoré sú zobrazené ľavému a iné pravému oku. Pozorovateľ má elementárne binokulárne videnie, ak je schopný poskladať jeden originálny obraz z fragmentov.
Prítomnosť hlbokého videnia sa kontroluje prezentovaním siluety a stereoskopických - náhodných bodových stereogramov, ktoré by mali spôsobiť, že pozorovateľ zažije špecifický zážitok z hĺbky, ktorý sa líši od dojmu priestorovosti založeného na monokulárnych črtách.
Ostrosť stereovidenia je prevrátená k prahu stereoskopického vnímania. Prah stereoskopického vnímania je minimálna zistiteľná disparita (uhlové posunutie) medzi časťami stereogramu. Na jej meranie sa používa princíp, ktorý je nasledovný. Tri páry postáv sú prezentované oddelene pre ľavé a pravé oko pozorovateľa. V jednom z párov sa polohy figúrok zhodujú, v ďalších dvoch je jedna z figúrok horizontálne posunutá o určitú vzdialenosť. Subjekt je požiadaný, aby označil čísla usporiadané vo vzostupnom poradí relatívnej vzdialenosti. Ak sú čísla v správnom poradí, potom sa úroveň testu zvyšuje (disparita sa znižuje), ak nie, disparita sa zvyšuje.
Fúzne rezervy - podmienky, za ktorých existuje možnosť motorickej fúzie stereogramu. Zásoby fúzie sú určené maximálnym rozdielom medzi časťami stereogramu, pri ktorom je stále vnímaný ako trojrozmerný obraz. Na meranie fúznych rezerv sa používa princíp opačný ako pri štúdiu ostrosti stereovízie. Objekt je napríklad požiadaný, aby skombinoval dva zvislé pruhy do jedného obrázka, z ktorých jeden je viditeľný pre ľavé a druhý pre pravé oko. Zároveň experimentátor začne pomaly oddeľovať pásy, najprv s konvergentnou a potom s divergentnou disparitou. Obraz sa začína deliť na dve časti pri hodnote disparity , ktorá charakterizuje rezervu fúzie pozorovateľa.
Binokularita môže byť narušená pri strabizme a niektorých iných očných ochoreniach. Pri silnej únave sa môže vyskytnúť dočasný strabizmus spôsobený vypnutím hnaného oka.
Citlivosť na kontrast
Kontrastná citlivosť - schopnosť človeka vidieť predmety, ktoré sa mierne líšia jasom od pozadia. Kontrastná citlivosť sa hodnotí pomocou sínusových mriežok. Zvýšenie prahu kontrastnej citlivosti môže byť znakom množstva očných ochorení, a preto sa jeho štúdium môže použiť pri diagnostike.
Prispôsobenie vízie
Vyššie uvedené vlastnosti zraku úzko súvisia so schopnosťou oka adaptovať sa. Prispôsobenie oka – prispôsobenie zraku rôznym svetelným podmienkam. Adaptácia nastáva na zmeny osvetlenia (rozlišujte prispôsobenie sa svetlu a tme), farebných charakteristík osvetlenia (schopnosť vnímať biele predmety ako biele aj pri výraznej zmene spektra dopadajúceho svetla).
Adaptácia na svetlo prebieha rýchlo a končí do 5 minút, adaptácia oka na tmu je pomalší proces. Minimálny jas, ktorý spôsobuje pocit svetla, určuje citlivosť oka na svetlo. Ten sa rýchlo zvyšuje v prvých 30 minútach. pobyt v tme, jeho zvýšenie prakticky končí za 50-60 minút. Adaptácia oka na tmu sa študuje pomocou špeciálnych zariadení - adaptometrov.
Zníženie adaptácie oka na tmu sa pozoruje pri niektorých ochoreniach oka (retinitis pigmentosa, glaukóm) a celkových (A-avitaminóza).
Adaptácia sa prejavuje aj v schopnosti zraku čiastočne kompenzovať defekty v samotnom zrakovom aparáte (optické defekty šošovky, defekty sietnice, skotómy a pod.)
Psychológia zrakového vnímania
poruchy zraku
Najmasívnejšou nevýhodou je nejasná, nejasná viditeľnosť blízkych alebo vzdialených objektov.
defekty šošovky
ďalekozrakosť
Ďalekozrakosť sa nazýva taká anomália lomu, pri ktorej sú lúče svetla vstupujúce do oka zaostrené nie na sietnicu, ale za ňou. Pri ľahkých formách oka s dobrou akomodačnou rezervou kompenzuje zrakový deficit zväčšením zakrivenia šošovky s ciliárnym svalom.
Pri silnejšej ďalekozrakosti (3 dioptrie a viac) je videnie zlé nielen na blízko, ale aj do diaľky a oko nie je schopné samo kompenzovať defekt. Ďalekozrakosť je zvyčajne vrodená a neprogreduje (zvyčajne klesá do školského veku).
Pri ďalekozrakosti sú okuliare predpísané na čítanie alebo neustále nosenie. Pre okuliare sa vyberajú zbiehavé šošovky (posúvajú ohnisko dopredu na sietnicu), s použitím ktorých sa zrak pacienta stáva najlepším.
Trochu odlišné od ďalekozrakosti, presbyopie alebo stareckej ďalekozrakosti. Presbyopia vzniká v dôsledku straty elasticity šošovky (čo je normálny výsledok jej vývoja). Tento proces sa začína už v školskom veku, ale zhoršenie videnia na blízko si človek zvyčajne všimne až po 40. roku života. (Hoci vo veku 10 rokov vedia emetropické deti čítať na vzdialenosť 7 cm, vo veku 20 rokov - už aspoň 10 cm a vo veku 30 - 14 cm atď.) Starecká ďalekozrakosť sa vyvíja postupne a vekom 65-70 človek už úplne stráca schopnosť akomodácie, je ukončený rozvoj presbyopie.
Krátkozrakosť
Krátkozrakosť je anomália lomu oka, pri ktorej sa ohnisko posúva dopredu a na sietnicu dopadá už rozostrený obraz. Pri krátkozrakosti leží ďalší bod jasného videnia do 5 metrov (normálne leží v nekonečne). Krátkozrakosť je falošná (keď v dôsledku nadmerného namáhania ciliárneho svalu dôjde k jeho spazmu, v dôsledku čoho zakrivenie šošovky zostáva príliš veľké na videnie do diaľky) a pravdivé (keď sa očná guľa zväčšuje v predo-zadnej osi). V miernych prípadoch sú vzdialené predmety rozmazané, zatiaľ čo blízke predmety zostávajú ostré (najvzdialenejší bod jasného videnia leží dosť ďaleko od očí). V prípadoch vysokej krátkozrakosti dochádza k výraznému poklesu videnia. Od asi −4 dioptrií človek potrebuje okuliare na diaľku aj na blízko (v opačnom prípade musí byť predmetný predmet veľmi blízko k očiam).
V dospievaní často progreduje krátkozrakosť (oči sa neustále namáhajú, aby pracovali blízko, a preto oko kompenzačne narastá do dĺžky). Progresia krátkozrakosti má niekedy malígnu formu, pri ktorej videnie klesá o 2-3 dioptrie za rok, pozoruje sa naťahovanie skléry a na sietnici sa vyskytujú dystrofické zmeny. V závažných prípadoch hrozí odlúčenie pretiahnutej sietnice pri fyzickej námahe alebo náhlom náraze. Zastavenie progresie krátkozrakosti sa zvyčajne vyskytuje vo veku 22-25 rokov, keď telo prestane rásť. Pri rýchlej progresii videnie v tom čase klesne na -25 dioptrií a menej, čo veľmi ochromuje oči a prudko narúša kvalitu videnia do diaľky a na blízko (človek vidí len rozmazané obrysy bez akéhokoľvek detailného videnia) a takéto odchýlky sú Veľmi ťažko sa dajú úplne korigovať optikou: hrubé okuliare vytvárajú silné skreslenia a vizuálne zmenšujú predmety, preto človek nevidí dostatočne dobre ani s okuliarmi. V takýchto prípadoch možno najlepší účinok dosiahnuť pomocou korekcie kontaktu.
Napriek tomu, že problematike zastavenia progresie krátkozrakosti boli venované stovky vedeckých a lekárskych prác, stále neexistujú dôkazy o účinnosti akejkoľvek metódy liečby progresívnej krátkozrakosti, vrátane chirurgického zákroku (skleroplastika). Existujú dôkazy o malom, ale štatisticky významnom znížení miery nárastu krátkozrakosti u detí pri použití atropínových očných kvapiek a (v Rusku nie je dostupný) pirenzipínového očného gélu.
Pri krátkozrakosti sa často uchyľujú k laserovej korekcii zraku (náraz laserovým lúčom na rohovku s cieľom zmenšiť jej zakrivenie). Tento spôsob korekcie nie je úplne bezpečný, ale vo väčšine prípadov je možné dosiahnuť výrazné zlepšenie videnia po operácii.
Krátkozrakosť a defekty ďalekozrakosti sa dajú prekonať okuliarmi alebo kurzami rehabilitačnej gymnastiky ako iné refrakčné chyby.
Astigmatizmus
Astigmatizmus je porucha optiky oka spôsobená nepravidelným tvarom rohovky a (alebo) šošovky. U všetkých ľudí sa tvar rohovky a šošovky líši od ideálneho rotačného telesa (to znamená, že všetci ľudia majú astigmatizmus jedného alebo druhého stupňa). V závažných prípadoch môže byť natiahnutie pozdĺž jednej z osí veľmi silné, navyše môže mať rohovka chyby zakrivenia spôsobené inými príčinami (rany, infekčné choroby atď.). Pri astigmatizme sa svetelné lúče lámu s rôznou silou v rôznych meridiánoch, v dôsledku čoho je obraz skreslený a niekedy rozmazaný. V závažných prípadoch je skreslenie také silné, že výrazne znižuje kvalitu videnia.
Astigmatizmus sa dá ľahko diagnostikovať tak, že jedným okom vyšetríte list papiera s tmavými rovnobežnými čiarami – otočením takéhoto listu si astigmatista všimne, že tmavé čiary sú buď rozmazané, alebo sa stávajú zreteľnejšími. Väčšina ľudí má vrodený astigmatizmus do 0,5 dioptrie, čo neprináša nepohodlie.
Táto chyba je kompenzovaná okuliarmi s cylindrickými šošovkami s rôznym horizontálnym a vertikálnym zakrivením a kontaktnými šošovkami (tvrdými alebo mäkkými torickými), ako aj okuliarovými šošovkami s rôznou optickou mohutnosťou v rôznych meridiánoch.
defekty sietnice
Farbosleposť
Ak vnímanie jednej z troch základných farieb vypadne alebo je oslabené v sietnici, tak človek nevníma žiadnu farbu. Existujú „farebne slepé“ pre červenú, zelenú a modrofialovú. Zriedkavo je párová alebo dokonca úplná farbosleposť. Častejšie sú ľudia, ktorí nedokážu rozlíšiť červenú od zelenej. Tieto farby vnímajú ako sivú. Takýto nedostatok videnia sa nazýval farbosleposť – podľa anglického vedca D. Daltona, ktorý sám trpel takouto poruchou farebného videnia a ako prvý ju opísal.
Farbosleposť je nevyliečiteľná, dedičná (spojená s X chromozómom). Niekedy sa vyskytuje po niektorých očných a nervových ochoreniach.
Farboslepí ľudia nesmú vykonávať práce súvisiace s vedením vozidiel na verejných komunikáciách. Dobré vnímanie farieb je veľmi dôležité pre námorníkov, pilotov, chemikov, umelcov, preto sa pri niektorých profesiách farebné videnie kontroluje pomocou špeciálnych tabuliek.
skotóm
Scottoma (gr. skotos- tma) - škvrnitá chyba v zornom poli oka, spôsobená ochorením sietnice, ochoreniami zrakového nervu, glaukómom. Ide o oblasti (v zornom poli), v ktorých je videnie výrazne zhoršené alebo chýba. Niekedy sa slepá škvrna nazýva skotóm – oblasť na sietnici zodpovedajúca terčíku zrakového nervu (tzv. fyziologický skotóm).
Absolútny skotóm. absolútne skotómy) - oblasť, v ktorej chýba videnie. Relatívny skotóm (anglicky) relatívny skotóm) - oblasť, v ktorej je videnie výrazne znížené.
Je možné predpokladať prítomnosť skotómu nezávislým vykonaním štúdie pomocou Amslerovho testu.
Povrch Zeme sa zakriví a zmizne zo zorného poľa vo vzdialenosti 5 kilometrov. Ale ostrosť nášho videnia nám umožňuje vidieť ďaleko za horizont. Ak by bola Zem plochá, alebo keby ste stáli na vrchole hory a pozerali sa na oveľa väčšiu oblasť planéty ako zvyčajne, mohli by ste vidieť jasné svetlá stovky kilometrov ďaleko. V tmavej noci ste dokonca mohli vidieť plameň sviečky, ktorý sa nachádzal 48 kilometrov od vás.
Ako ďaleko ľudské oko dovidí, závisí od toho, koľko častíc svetla alebo fotónov vyžaruje vzdialený objekt. Najvzdialenejším objektom viditeľným voľným okom je hmlovina Andromeda, ktorá sa nachádza v obrovskej vzdialenosti 2,6 milióna svetelných rokov od Zeme. Jeden bilión hviezd v tejto galaxii vyžaruje celkovo dostatok svetla na to, aby sa každú sekundu zrazilo niekoľko tisíc fotónov s každým štvorcovým centimetrom zemského povrchu. V tmavej noci toto množstvo stačí na aktiváciu sietnice.
V roku 1941 špecialista na videnie Selig Hecht a jeho kolegovia z Kolumbijskej univerzity urobili to, čo sa stále považuje za spoľahlivé meranie absolútneho prahu videnia - minimálny počet fotónov, ktoré musia vstúpiť do sietnice, aby spôsobili uvedomenie si zrakového vnímania. Experiment stanovil prah za ideálnych podmienok: oči účastníkov dostali čas, aby sa úplne prispôsobili absolútnej tme, modro-zelený záblesk svetla pôsobiaci ako stimul mal vlnovú dĺžku 510 nanometrov (na ktorú sú oči najcitlivejšie), a svetlo smerovalo na obvodový okraj sietnice.vyplnené svetlom rozpoznávajúcimi tyčinkovými bunkami.
Na to, aby účastníci experimentu dokázali vo viac ako polovici prípadov rozpoznať takýto záblesk, podľa vedcov muselo do očných buliev dopadnúť od 54 do 148 fotónov. Na základe meraní absorpcie sietnicou vedci vypočítali, že v priemere 10 fotónov je skutočne absorbovaných tyčinkami ľudskej sietnice. Absorpcia 5-14 fotónov, respektíve aktivácia 5-14 tyčiniek teda mozgu naznačuje, že niečo vidíte.
"Toto je skutočne veľmi malý počet chemických reakcií," poznamenali Hecht a kolegovia v článku o experimente.
Berúc do úvahy absolútny prah, jas plameňa sviečky a odhadovanú vzdialenosť, pri ktorej sa svietiaci objekt stlmí, vedci dospeli k záveru, že človek dokáže rozlíšiť slabé blikanie plameňa sviečky na vzdialenosť 48 kilometrov.
Objekty veľkosti človeka sú rozlíšiteľné ako rozšírené na vzdialenosť len asi 3 kilometrov. Na porovnanie, v tejto vzdialenosti by sme boli schopní jasne rozlíšiť dva svetlomety auta, ale v akej vzdialenosti môžeme rozpoznať, že objekt je viac než len záblesk svetla? Aby sa objekt javil priestorovo rozšírený a nie ako bod, svetlo z neho musí aktivovať aspoň dva susediace sietnicové čapíky – bunky zodpovedné za farebné videnie. V ideálnom prípade by mal objekt ležať pod uhlom aspoň 1 oblúkovej minúty alebo jednej šestiny stupňa, aby vzrušil susedné kužele. Táto uhlová miera zostáva rovnaká bez ohľadu na to, či je objekt blízko alebo ďaleko (vzdialený objekt musí byť oveľa väčší, aby bol v rovnakom uhle ako blízky). Mesiac v splne leží pod uhlom 30 oblúkových minút, zatiaľ čo Venuša je sotva viditeľná ako predĺžený objekt pod uhlom asi 1 oblúkovej minúty.
