Зір

Зір людини (зорове сприйняття) - процес психофізіологічної обробки зображення об'єктів навколишнього світу, здійснюваний зоровою системою.

Загальні відомості

З-за великого числа етапів процесу зорового сприйняття його окремі характеристики розглядаються з точки зору різних наук - оптики, психології, фізіології, хімії. На кожному етапі сприйняття виникають спотворення, помилки, збої, але мозок людини обробляє отриману інформацію і вносить необхідні корективи. Ці процеси носять неусвідомлюваний характер і реалізуються в багаторівневій автономної коригування спотворень. Так усуваються сферична і хроматична аберація, ефекти сліпого плями, проводиться корекція кольору, формується високоякісне стереоскопічне зображення і т. д. В тих випадках, коли підсвідома обробка інформації недостатня, чи ж надлишкова, виникають оптичні ілюзії.

Фізіологія зору людини

Колірний зір

У приматів (і людини) мутація викликала поява колбочок - колірних рецепторів. Це було викликано розширенням екологічної ніші ссавців, переходом частини видів до денного способу життя, в тому числі на деревах. Мутація була викликана появою зміненої копії гена, що відповідає за сприйняття середньої, зеленочувствительной області спектра. Вона забезпечила краще розпізнавання об'єктів «денного світу» - плодів, квітів, листя.

В оці людини містяться два типи світлочутливих клітин (рецепторів): високо чутливі палички, які відповідають за сутінковий (нічний) зір, і менш чутливі колбочки, які відповідають за кольоровий зір.

В сітківці ока людини є три види колбочок, максимум чутливості яких припадає на червоний, зелений і синій ділянку спектра, тобто відповідає трьом «основних» кольорів. Вони забезпечують розпізнавання тисяч кольорів і відтінків. Криві спектральної чутливості трьох видів колбочок частково перекриваються, що викликає ефект метамерии. Дуже сильне світло збуджує всі 3 типи рецепторів, і тому сприймається, як випромінювання слепяще-білого кольору.

Рівномірний роздратування всіх трьох елементів, відповідний середньозваженому денного світла, також викликає відчуття білого кольору (Див. Психологія сприйняття кольору). Трискладового теорію колірного зору вперше висловив в 1756 році М. в. Ломоносов, коли він писав «про трьох матерії дна ока». Сто років потому її розвинув німецький вчений Р. Гельмгольц, який не згадує відомої роботи Ломоносова «Про походження світу», хоча вона була опублікована і коротко викладена на німецькій мові.

Паралельно існувала оппонентная теорія кольору Евальда Герінга. Її розвинули Давид Хьюбл (David H. Hubel) і Торстен Вайзел (Torsten N. Wiesel). Вони отримали Нобелівську премію 1981 року за своє відкриття.

Вони припустили, що в мозок надходить інформація зовсім не про червоний (R), зелений (G) і синій (B) кольорах (теорія кольору Юнга-Гельмгольца,). Мозок отримує інформацію про різницю яскравості - про різницю яскравості білого (Умах) і чорного (Умин), про різницю зеленого і червоного кольорів (G-R), про різницю і синього і жовтого кольорів (B-yellow), а жовтий (yellow=R+G) є сума червоного і зеленого кольорів, де R, G і B - яскравості колірних складових - червоного, R, зеленого (G), та синього, B.

Маємо систему рівнянь - Кч-б=Умах-Умин; Кдг=G-R; Кbrg=B-R-G, де Кч-б, Кдг, Кbrg - функції коефіцієнтів балансу білого для будь-якого освітлення. Практично це виражається в тому, що люди сприймають колір предметів однаково при різних джерелах освітлення (колірна адаптація).

Незважаючи на уявну суперечність двох теорій, за сучасними уявленнями, вірні обидві. На рівні сітківки діє трехстимульная теорія, проте, інформація обробляється, і в мозок надходять дані узгоджуються з оппонентной теорією.

Бінокулярний зір

Бінокулярний зір у людини, як і у інших млекопинающих, а також птахів і риб, забезпечується наявністю двох очей, інформація від яких обробляється спочатку роздільно і паралельно, а потім синтезується в мозку в зоровий образ.

Завдяки тому, що поля зору обох очей людини і вищих приматів значною мірою перетинаються, людина здатна краще, ніж багато ссавці, визначати зовнішній вигляд і відстань (тут допомагає також механізм акомодації) до близьких предметів в основному за рахунок ефекту стереоскопічності зору.

Стереоскопічний зір

У багатьох видів, спосіб життя яких вимагає хорошої оцінки відстані до об'єкта, очі дивляться скоріше вперед, ніж в сторони. Так, у гірських баранів, леопардів, мавп забезпечується краще стереоскопічний зір, яка допомагає оцінювати відстань перед стрибком. Людина також має гарне стереоскопічний зір.

Стереоскопічний ефект зберігається на дистанції приблизно 0,1-100 метрів.

Провідний очей

Очі людини дещо різняться, тому виділяють ведучий і ведений очей.

Визначення ведучого ока важливо для мисливців, відеооператорів та осіб інших професій. Якщо подивитися через отвір в непрозорому екрані (дірочка в аркуші паперу на відстані 20-30 див) на віддалений предмет, а потім, не зміщуючи голову по черзі закрити правий і лівий очей, то для ведучого ока зображення не зміститься.

Основні властивості зору

Світлова чутливість людського ока

Світлова чутливість оцінюється величиною порогу світлового подразника.

Людина з хорошим зором здатний розгледіти вночі світло від свічки на відстані декількох кілометрів. Однак світлова чутливість зору багатьох нічних тварин (сови, гризуни) набагато вище.

Максимальна світлова чутливість досягається після досить тривалої темнової адаптації. Її визначають під дією світлового потоку в тілесному куті 50° при довжині хвилі 500 нм (максимум чутливості ока). В цих умовах порогова енергія світла близько 10 ерг/с, що еквівалентно декільком квантам.

Чутливість ока залежить від повноти адаптації, від інтенсивності світла, довжини хвилі і кутових розмірів джерела, а також від часу дії подразника. Чутливість ока знижується з віком через погіршення оптичних властивостей склери і зіниці, а також рецепторної ланки сприйняття.

Гострота зору

Здатність різних людей бачити великі або менші деталі предмета з одного і того ж відстані при однаковій формі очного яблука і однаковою заломлюючої силі диоптрической очної системи обумовлюється різницею у відстані між чутливими елементами сітківки і називається гостротою зору.

Бінокулярність

Розглядаючи предмет обома очима, ми бачимо його тільки тоді поодиноким, коли осі зору очей утворюють такий кут збіжності (конвергенцію), при якому симетричні виразні зображення на сетчатках виходять у певних відповідних місцях чутливого жовтої плями (fovea centralis). Завдяки такому бінокулярному зору, ми не тільки судимо про відносному положенні і відстані предметів, але і сприймаємо враження рельєфу і обсягу.

Бинокулярость може порушуватися при косоокості та деяких інших захворюваннях очей.

При сильної втоми може спостерігатися тимчасове косоокість, викликана відключенням веденого очі.

Контрастна чутливість

Контрастна чутливість - здатність людини бачити об'єкти, слабо відрізняються по яскравості фону. Оцінка контрастної чутливості проводиться за синусоїдальним гратам. Підвищення порогу контрастної чутливості може бути ознакою ряду очних захворювань, у зв'язку з чим його дослідження може застосовуватися в діагностиці.

Адаптація зору

Наведені вище властивості зору тісно пов'язані зі здатністю ока до адаптації. Адаптація відбувається до змін освітленості (див. темнова адаптація), колірної характеристики освітлення (здатність сприймати білі предмети білими навіть при значній зміні спектру падаючого світла, див. також Баланс білого).

Адаптація проявляється також у здатності зору частково компенсувати дефекти самого зорового апарату (оптичні дефекти кришталика, дефекти сітківки, скотоми тощо)

Психологія зорового сприйняття

Зоровий апарат - очі і провідні шляхи - настільки тісно інтегрований з мозком, що важко сказати, де починається та чи інша частина процесу переробки зорової інформації.

В залежності від ситуації, людина здатна "бачити" предмети, частково приховані від ока, наприклад, частою сіткою. Протягом одного-двох тижнів людина повністю адаптується до "перевентутому зображенню світу", генерованого спеціальними призматичними окулярами.

Дефекти зору

Наймасовіший недолік - нечітка, неясна видимість близьких чи віддалених предметів.

Дефекти кришталика

• Далекозорість

Видимість предметів змінюється з віком людини: десятирічна дитина бачить добре предмет не ближче 7 см, у 45 років - 33 см, а в 70 років необхідні очки для розглядання близьких предметів. Так протягом життя падає здатність кришталика змінювати свою кривизну, розвивається далекозорість.

• Короткозорість

Інший дефект зору - короткозорість (міопія). Розвивається короткозорість від тривалого напруги зору, пов'язаного з нестачею освітлення. Встановлено, що в молодших класах короткозорих небагато, але їх стає більше в середніх і старших класах. Найчастіше короткозорість розвивається до 16-18 років.

Короткозорість майже ніколи не розвивається у людей, що ведуть спосіб життя, що вимагає спостереження віддалених предметів (моряки та ін).

Дефекти короткозорості і далекозорості можуть бути подолані за допомогою окулярів.

• Астигматизм

Цей дефект зору пов'язаний з порушенням форми кришталика або рогівки, в результаті чого людина втрачає здатність однаково добре бачити по горизонталі і вертикалі, починає бачити предмети спотвореними, в яких одні лінії чіткі, інші - розмиті. Його легко діагностувати, розглядаючи одним оком аркуш паперу з темними паралельними лініями - обертаючи такий лист, астигматик помітить, що темні лінії то розмиваються, стають чіткіше.

У більшості людей зустрічається вроджений астигматизм до 0.5 діоптрій, не приносить дискомфорту.

Даний дефект компенсується очками з циліндричними лінзами, мають різну кривизну по горизонталі і вертикалі і контактними лінзами, (жорсткими або м'якими торичними), також, як і очковыми лінзами, мають різну оптичну силу в різних меридіанах.

Дефекти сітківки

• Дальтонізм

Якщо в сітківці ока випадає або ослаблене сприйняття одного з трьох основних кольорів, то людина не сприймає якийсь колір. Є «цветнослепые» на червоний, зелений і синьо-фіолетовий колір. Рідко зустрічається парна, або навіть повна колірна сліпота. Частіше зустрічаються люди, які не можуть відрізнити червоний колір від зеленого. Ці кольори вони сприймають як сірі. Такий недолік зору був названий дальтонізм - по імені англійського вченого Д. Дальтона, який сам страждав таким розладом кольорового зору і вперше описав його.