Как видит глаз

Содержание

6 невероятных трюков мозга, которые скрывают несовершенство нашего зрения

Как видит глаз

Особенность нашего зрения — его дискретность (прерывность). Причина тому — саккады. Это микродвижения глазного яблока, совершаемые одновременно в одном направлении. Во время них человек слепнет — ничего не видит. Зрение как будто ставится на паузу.

Мы не замечаем того, что зрение дискретно, так как наш мозг сам заполняет пробелы. Он дорисовывает картинку, заполняет недостающие фрагменты, фантазирует.

Саккады нужны для того, чтобы постоянно по чуть-чуть менять угол зрения. Мы видим благодаря тому, что изменяется яркость окружающих нас предметов.

Как это проявляется

Наши глаза постоянно сканируют окружающее пространство, ищут, за что можно зацепиться. Это должно быть что-то контрастное — яркое пятно, выступ, детали. Именно поэтому приятно находиться в лесу, где много контрастов, рассматривать интересные с точки зрения архитектуры объекты, разнообразные элементы.

А вот монотонность, однородность, отсутствие элементов, за которые можно было бы зацепиться глазом, кажется нам скучной.

Знаете, я не понимаю, как можно проходить мимо дерева и не быть счастливым, что видишь его?

Фёдор Достоевский, «Идиот»

Что это такое

Саккады имеют интересный эффект. После них мы можем ощутить замедление времени. Это явление называется хроностазис.

Человеческое зрение — из чего состоит глаз и как он работает

Как видит глаз

Человеческое зрение — важная чувствительная функция визуализации окружающих человека объектов путем восприятия видимого спектра электромагнитных волн глазом и дальнейшей их обработки в области головного мозга.

Зрение, в сочетании с таким не менее важным органом чувств как слух, закладывает основной фундамент развития человека. Человеческий глаз это самый первый орган, воспринимающий видимый человеком световой диапазон, который впоследствии обрабатывается зрительной корой головного мозга.

Из чего состоит глаз человека?

Итак, вся поступившая внешняя информации в виде видимого спектра электромагнитных волн попадает на выстелающую глазное дно сетчату, которая состоит из множества чувствительных фоторецепторов. О важности данных фоторецепторов в человеческом зрении можно судить исходя от их 70-ти процентного присутствия в человеке на фоне всех остальных рецепторов в других органах человека.

Так называемые глазные яблока располагаются в глазницах, утопленных вглубь человеческого черепа и составляют диаметр около двух с половиной сантиметров. Основная часть глазных яблок скрыта в углублениях черепа — тем самым защищена от внешних механических воздействий, и только незначительная их часть находится снаружи.

Глазные яблоки, выполняющие роль органической оптики, приводятся в движение с помощью шести мышц, которые обеспечивают движение яблока, что позволяет расматривать человеку объекты с максимально доступным углом обозрения.

Ведь если бы глазное яблоко не имело бы подобных мышц, то оно было бы неподвижно статичным и угол обзора был бы не таким широким.

Глаза в период бодрствования человека с помощью этих мышц сканируют внешнюю картинку под воздействием так называемого глазмного треморра — постоянного дрожания.

Глаз, по сути, это оптическая линза, через которую проходит свет. Он имеет форму сферы и его полость заполнена прозрачным упругим веществом подобным стеклу. Его прозрачность обеспечивает пропускание светового потока к сетчатке, которую можно сравнить с матрицей цифрового фотоаппарата.

Пропускная способность светового потока человеческого зрения регулируется зрачком глаза. Именно через него попадает свет в необходимом количестве в зависимости от его интенсивности. Пропускная способность регулируется путем расширения и сжатия зрачка.

Как и в любой оптической системе при слабом свете зрачок максимально расширяется для того, чтобы можно было принять света максимум из возможного и сужается в случае, если если мощность светового потока высокая и достаточно лишь его часть для последующего его попадания на сетчатку, тем самым обезопасив ее от повреждения излишне ярким светом.

Это изображение сетчатки (светочувствительной оболочки глаза, выстилающей глазное дно) в разрезе. Палочки и колбочки реагируют на свет и по нервным волокнам посылают импульсы в головной мозг.

Схема человеческого глаза в разрезе

Лучи света попадают в зрачок через роговицу — переднюю прозрачную часть наружной оболочки глаза. Роговица является сильной преломляющей линзой.

Радужная оболочка регулирует количество проникающего в глаз света, что позволяет видеть как при тусклом, так и при ярком свете. Хрусталик фокусирует на сетчатке свет от ближних и дальних предметов.

Центральная ямка сетчатки — область наибольшей остроты зрения.

На рисунке глаз представлен в разрезе. Прежде чем попасть в зрачок, световой поток проходит через роговицу глаза. Она представляет собой ничто иное как прозрачную сферическую линзу, проходя через которую, лучи света преломляются.

Первым фильтром, который регулирует световой потом прежде чем попасть в зрачок, является радужная оболочка глаза. С ее помощью человек способен видеть как в светлое, так и в темное время суток.

Основной органической сферической линзой глаза является хрусталик, с помощью которого попадающий свет от близрасположенных и удаленных предметов фокусируется на сетчатке.

Выделяют на сетчатке зону наибольшей остроты зрения — центральную ямку сетчатки.

Существует участок сетчатки, в котором отсутствуют вообще фоторецепторы. В этой области, не воспринимающей световой поток, выходит зрительный нерв. Также эту область называют слепым пятном сетчатки. Данная неактивное в восприятии света слепое пятно сетчатки никаким образом не мешает корректности формирования картинки в зрительной коре головного мозга.

Как работает глаз человека?

Роговица с хрусталиком представляв собой оптические линзы в органическом исполнении, свойства которых знакомы нам из курса школьной физики. Они играют роль фокусирующей оптики светового потока на хрусталике.

А вот за количество попадаемого света на сетчатку, подобно диафрагме фотоаппарата, отвечает радужная оболочка с ее мышцами постоянно изменяющими диаметр зрачка для необходимого дозирования света на сетчатке глаза; уменьшая диаметр — снижает световой поток и пропускает только необходимую порцию света, увеличивая диаметр — увеличивает поток попадаемого света на сетчатку в случае если его мощность слаба и сетчатке необходимо получить как можно больше света для последующего восприятия объекта головным мозгом.

Фоторецепторов палочек насчитывается порядка 125 млн. и они отличаются от кобочек своей сверхчувствительностью к слабому свету, но при этом не воспринимают цветов.

Фоторецепторов колбочек насчитывают около 7 млн, и они отвечают за восприятие цветового спектра света, а именно зеленого, красного и синего цвета при условиии обеспечения высокой яркости света.

За каждый отдельный цвет отвечает отдельный тип колбочек.

Каждый вид фоторецепторов человеческого зрения — коробочек и колбочек после восприятия свойственного им спектра света формирует импульсы для дальнейшей передачи по зрительному нерву в зрительную кору головного мозга, где после обработки человек получает визуальные изображения.

Восприятие окружающих объектов двумя человеческими глазами незначительно отличаются друг от друга.

Совмещая полученные изображения от двух глаз алгоритмы зрительной коры головного мозга совмещают картинки в единое трехмерное изображение, которое и позволяет человеку оценить относительную величину объекта и удаленность от него.

Фоторецепторы посылают нервные импульсы в мозг.

Обрабатывая сигналы, мозг снова переворачивает изображение, так что мы все видим правильно.

Слезная жидкость вырабатывается слезными железами. Она омывает поверхность глаза, когда мы моргаем. В слезах содержится убивающий бактерии фермент лизоцим. Через 2 отверстия в углу глаза слезы стекают в слезный проток и по нему — в полость носа.

Дефекты зрения — нарушения физики оптических свойств

Зрительные органы могут обладать врожденной оптической патологией либо приобреать ее в процессе жизни. Наиболее распространенные из них это близорукость или дальнозоркость. Здесь, судя логике названий, все очевидно.

Близорукость

В случае, если человек неспособен различать удаленные объекты, но при этом совершенно четко видит близрасположенные объекты, — называют близорукостью.

Неспособность чеко видеть удаленные предметы обусловнена дефектом цилиарной мышцы хрусталика, которая утратила способность достаточного расслабления, вследствие чего световой поток лучей фокусируется не на сетчатке, а перед ней.

В итоге близорукий человек видит получаемое изображение удаленного объекта расплывчатым. Современная медицина научилась решать данную проблему путем индивидуального подбора контантных линз или очков с вогнутыми линзами.

Дальнозоркость

С дальнозоркостью все ровным счетом наоборот. Такой дефект сопровождается неспособностью четко видеть близрасположенные предметы. Мышца хрусталика утрачивает физическую способность достаточным образом сжимать хрусталик.

Световой фокус в данном случае укладывается позади за границами хрусталика. Эффек тот же, что и в случае с дальнозоркостью, только в отношении близких предметов — расплывчатость.

Одним из решением победить близорукость — подобрать очки с выпуклыми линзами.

Дальтонизм и зрительные иллюзии

Также существует дефект отсутствия воприятия цветного спектра света даже при условии нормальной яркости света. Этот дефект называют дальтонизмом или цветовой слепотой.

Существует простой тест-картинка, глядя на которую можно определить сущесвует ли у человека дефект дальтонизма.

Картинка теста на дальтонизм

Эта картинка из цветных точек позволяет провести тест на дальтонизм. У дальтоников отсутствует 1 из 3 видов колбочек, различающих красный, зеленый и синий цвета. Чаще всего дальтонизм не различают красные и зеленые цвета.

Если вы способны разглядеть в этом кружочке цифру 7, значит вы не страдаете цветовой слепотой. У мужчин цветовая слепота встречается чаще, чем у женщин.

Зрительные иллюзии «сбивают с толку» мозг. Обе пары красных линий прямые, но слева они кажутся вогнутыми, а справа выгнутыми наружу. Хотя, повторимся, на самом деле они прямые идущие параллельно друг другу.

Источник: https://www.sciencedebate2008.com/chelovecheskoye-zreniye-iz-chego-sostoit-glaz-i-kak-on-rabotayet/

Зрение — как видит человек | Медицина и биология | Багира

Как видит глаз

Английский натуралист и путешественник Чарлз Дарвин побывав на острове Фиджи, рассказывал своим коллег что его коренные жители очень удивлялись лодочкам белых колонистов, но совершенно не замечали огромных кораблей, проплывавших поблизости.

Дело в том, что островитяне никогда не видели таких плавучих громадин, и их мозг отказывался воспринимать изображение, ведь он «не знал» что такие большие «лодки» существуют.

Выходит, что мы видим мир не таким, каким мы его вид! а таким, каким мы его знаем! А как видят мир животные?

Мы думаем глазами

У всех позвоночных, в число которых входит и человек, глаз неразрывно связан с мозгом. От нервных клеток сетчатки отходят длинные нервные отростки. В одном месте сетчатки они собираются в пучок и образуют зрительный нерв, с помощью волокон которого в мозг поступает зрительная информация.

Иными словами, изображение предмета первым делом попадает на те клетки, которые его осмысливают, а потом уже осмысленное изображение передаётся дальше. Можно сказать, что мы думаем глазами, комбинируя из пятен и линий знакомые образы предметов.

Глаза большинства позвоночных животных устроены точно так же, а вот другие обитатели фауны смотрят на мир совершенно иначе. Натуралистов всегда удивлял тот факт, что глаз кальмара и осьминога даже своим выражением очень похож на человеческий, не говоря уже о том, что по своему строению он просто является его копией.

У него есть веки, склера, радужная оболочка, хрусталик, сетчатка. Различие состоит лишь в том, что фотоэлементы на сетчатке глаза кальмара лежат не под нервными клетками, а над ними. Вот кто действительно видит мир в неприукрашенном свете! Мозг не опережает зрение, строя тот или иной образ, а лишь улавливает попавшее в глаз изображение предмета.

У лягушки большая часть зрительных восприятий, минуя мозг, направляется прямо в рефлекторный центр и к мышцам, что позволяет квакше с молниеносной скоростью хватать пролетающих мух. Впрочем, понять или испытать, как устроена нервная система лягушки, мы можем и на себе.

Когда психологи спросили у диспетчера авиалиний, о чём он думает, глядя на экран, тот ответил: «Мне некогда думать, я смотрю и реагирую». Аналогичным ощущением могут поделиться и любители несложных компьютерных игр, например тетриса. Во время игры им некогда думать, они реагируют…

Земноводные и позвоночные

Помните, раньше во всех фотоателье были такие громоздкие фотоаппараты на трёх ножках? Так вот, строение глаза вполне можно сравнить с этим ящиком-фотокамерой. Полость глазного яблока соответствует тёмному пространству ящика. Сетчатка, как и фотоэмульсия в камере, фиксирует изображение.

В камере есть отверстие — это зрачок. Он окружён радужкой — диафрагмой, которая, сжимаясь, пропускает в глаз необходимое количество света. В сумерках зрачок раскрыт, при ярком солнце — сужен.

Кто хоть раз фотографировал, знает, что фокус в фотоаппарате постоянно приходится менять: то удалять, то приближать объектив к светочувствительной плёнке. Точно так же устроены глаза каракатиц, костистых рыб и земноводных.

Когда они смотрят вдаль, хрусталик-линза «отъезжает» вперёд, а когда рассматривают что-нибудь вблизи, глазные мышцы тянут его назад — к сетчатке.

А вот у большинства позвоночных хрусталик не ползает взад-вперёд, как объектив в фотокамере, он либо сжимается в шарик, либо растягивается и меняет фокусировку пронзающих его лучей света. С течением времени хрусталик теряет упругость. Свойственная человеку близорукость или дальнозоркость точно так же может развиться и у животных. Многие млекопитающие и вовсе появляются на свет дальнозоркими или близорукими, хотя последних намного меньше.

Чёрно-белое кино

Когда мы смотрим на что-нибудь, в глаза попадают лучи света. Они проходят сквозь роговицу, жидкость, находящуюся между ней и радужкой, хрусталик и стекловидное тело, и, только преломившись в каждой из этих сред, лучи попадают на светочувствительные клетки сетчатки: колбочки и палочки.

Колбочки реагируют на разные цвета и яркие лучи, а палочки функционируют в сумерках, когда света мало. У животных, ведущих ночной образ жизни, больше палочек, а у тех, кто ведёт дневной образ жизни, — колбочек. Цветное зрение существует далеко не у всех млекопитающих.

Так что не верьте рассказам о том, что быки впадают в ярость при виде красного цвета — они его не различают. По всей видимости, черно-белым «кино» довольствуются и домашние любимцы — кошки и собаки. Но зато они прекрасно видят в темноте, что в общем-то неудивительно, ведь их предки вели ночной образ жизни.

Зрачок ночных животных закрывается более плотно, чем, скажем, человеческий, и тем предохраняет глаз от попадания чрезмерно яркого света.

К тому же оболочка глаза многих животных — от акул до млекопитающих — образует «зеркальце». Оно помогает сберечь дефицитные в ночное время лучи света и возвратить их на сетчатку.

Кстати, вы наверняка видели, как светятся в темноте глаза кошки. Так вот, этот светящийся «прибор ночного видения» и есть зеркальце.

Они различают цвета!

Если вы когда-нибудь пытались убить муху, то могли заметить, что это очень зоркое и проворное насекомое. Во всяком случае, складывается такое впечатление, что реакция у неё раз в десять лучше человеческой. Всё дело в том, что глаз мухи состоит из тысяч шестигранных линз-хрусталиков, под которыми скрывается огромное количество светочувствительных клеток.

Каждая из этих клеток передаёт в мозг своё независимое изображение, и уже в мозге мозаичное панно собирается в единую картину. Другими словами, глаз насекомых состоит из тысяч простых глазков, покрытых одной прозрачной роговицей.
Впрочем, помимо уникальной зоркости, насекомым досталась ещё и способность различать цвета.

Так, тля отличает красный цвет от синего, а зелёный от фиолетового. Шведскую мушку очень привлекают голубые оттенки на зелёном фоне. Муравьи хорошо различают недоступные нам ультрафиолетовые лучи.

Пчёлы видят четыре цвета: красно-жёлтый, сине-зелёный, сине-фиолетовый и ультрафиолетовый! А белая, невзрачная, на наш взгляд, бабочка предстаёт перед самцом в удивительных красках: в ультрафиолетовом свете ему прекрасно виден узор на её крыльях.

Третий глаз

Если верить греческой мифологии, когда-то очень давно на земле жил великан по имени Аргус, тело которого было покрыто множеством глаз.
Вздумай сегодня такой Аргус пройтись по улицам, прохожие бы наверняка шарахались от него в стороны. А ведь, если подумать, иметь несколько глаз очень удобно.

Только представьте: один глаз спит, другой смотрит телевизор, третий читает книгу. Впрочем, говорят, у людей есть третий глаз, но у большинства из нас он просто-напросто закрыт, а вот существование трехглазых рыб подтверждено документально.

Исследуя останки многих вымерших животных, учёные установили, что в их черепе одновременно с двумя глазницами для обычных глаз есть и третья — для теменного глаза. Третий глаз был в особом почёте у панцирных и костных рыб, амфибий и рептилий. Впрочем, не отстают от своих древних предшественников и современницы.

Например, миноги, новозеландские гатерии и некоторые виды ящериц смотрят на мир тремя глазами: двумя обыкновенными и одним теменным. Причём в нём есть всё, что положено иметь глазу, — сетчатка, хрусталик и т.д. Ещё лучше устроились маленькие чёрные жучки вертячки: их глаза разделены на подводные и надводные доли.

Надводные наблюдают за воздухом, а подводные всматриваются, что творится в пруду, — так что никакая опасность не застанет их врасплох!

Журнал: Все загадки мира №15, 22 июля 2019 года Рубрика: Живая планета

Макс Маслин

Tags Все загадки мира насекомые глаз животные птицы зрение

Источник: https://www.bagira.guru/medicine/zrenie-kak-vidit-chelovek.html

Почему глаз видит все перевернутым

Как видит глаз

Глаз человека – удивительный орган. Он способен превращать электромагнитное излучение (свет) в картинку. Мы видим окружающий мир благодаря многоступенчатого процессу, протекающему в глазах и в мозге.

Оптическая система глаза — как устроена

Человеческий глаз устроен настолько сложно, что различает миллион цветовых оттенков, определяет величину предмета и расстояние до него, меняет фокус при взгляде на дальние и ближние объекты, регулирует объем поступающего света. Ювелирная работа глаз обеспечивается их сложным строением.

Глаз подобен айсбергу. На виду остаются только передняя зона, покрытая роговицей – прочной оболочкой, не имеющей кровеносных сосудов. Под ней расположена передняя камера, в центре которой находится радужка со зрачком в центре.

За зрачком располагается хрусталик. За ним лежит объемное стекловидное тело, составляющее большую часть глаза. Оно состоит из гелеобразного вещества, служит для поддержания формы глазного яблока и проведения световых лучей.


На задней поверхности глаза, за стекловидным телом, находится сетчатка – светочувствительный слой клеток, воспринимающий картинку. К ней подходит зрительный нерв, соединяющийся с головным мозгом. Нерв передает импульсы в центральную нервную систему.

Так выглядит оптическая система глаза в упрощенном виде.

Работа глаз

Световой луч падает на какой-либо предмет в окружающем мире и отражается от него, попадая на роговицу, а затем в зрачок. Тот, расширяясь или сужаясь, регулирует поток света, отсеивая лишние лучи. Благодаря работе зрачка человек может видеть как на ярком свету, так и в темноте.

Через зрачок луч попадает на хрусталик – двояковыпуклую линзу. Задача этого органа – преломить луч и направить его на сетчатку. Благодаря хрусталику человеческий глаз способен к аккомодации. Так называется изменение кривизны лучей для обеспечения видимости на дальних и ближних расстояниях. Аккомодация позволяет видеть звезды на ночном небе и мелкие пылинки вблизи.

Пройдя через хрусталик и изменив траекторию, световой луч достигает сетчатки – самой сложной глазной структуры. Она состоит из клеток-фоторецепторов, способных принимать фотоны. На ней формируется изображение, но оно меньше настоящего и перевернуто вверх ногами.

Фоторецепторы превращают световые лучи в электрические импульсы, которые по волокнам зрительного нерва передаются на кору полушарий головного мозга. При этом каждый глаз воспринимает собственную картинку, а мозг накладывает их друг на друга и превращает в одну.

Почему изображение отпечатывается на сетчатке перевернутым

Ответ на этот вопрос можно получить, если вспомнить школьный курс физики, раздел «Оптика». Согласно законам этой науки любой световой луч, проходящий через криволинейную поверхность, преломляется, и при этом изображение с обратной стороны становится перевернутым.

В глазах сразу две криволинейные поверхности: роговица и хрусталик. Поэтому преломление происходит целых три раза:

  • первое – при переходе света через роговицу (картинка переворачивается);
  • второе – при прохождении через переднюю поверхность хрусталика (картинка становится нормальной);
  • третье – при прохождении через заднюю выпуклую часть хрусталика (изображение снова переворачивается и поступает в таком виде на сетчатку).

Тройное переворачивание – не необходимость, а просто следствие естественных физических законов. Световой луч не может пройти через линзу, не изменив траекторию, и не сформировав перевернутую картинку.
Удивительно, насколько тонко работает наш мозг. Он приспособился возвращать изображению нормальность. Иначе мы бы видели небо внизу, а землю наверху.

Процессы преломления и восприятия происходят мгновенно.

Были проведены эксперименты, показавшие, что от попадания луча на роговицу до восприятия правильного изображения мозгом проходит 13 миллисекунд.

Глазные яблоки делают 3 движения в секунду, смотря на разные объекты. Мозг должен успевать за ними: трансформировать картинку в правильную, делать выводы и отдавать команду, куда смотреть дальше.

Таким образом, мы видим все в перевернутом виде, и лишь сложная работа мозга позволяет привести поступающую от глаза картинку в соответствие с реальностью.

Теперь вы можете представить, насколько тонкий зрительный прибор находится у нас в организме. За его здоровьем необходимо следить, иначе он, как и любой прибор, может прийти в негодность. Помочь привести в порядок ваш зрительный аппарат способны врачи клиники Клин Вью. Здесь к вашим услугам самая современная техника и грамотные специалисты! Обращайтесь!

Источник: https://cvclinic.ru/vsyo-o-zrenii/glaz-vidit-perevernutym/

Каково разрешение человеческого глаза (или сколько мегапикселей мы видим в каждый отдельный момент времени)

Как видит глаз

Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению. Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно.

Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.

Поэтому постараюсь кратко, но последовательно, чтобы никто ничего не упустил, раскрыть эту тему.

Начнём с общей структуры зрительной системы

  1. Сетчатка
  2. Зрительный нерв.
  3. Таламус(ЛКТ).
  4. Зрительная кора.

Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).

Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.

  • Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
  • Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.

Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.

Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.

Для лучшего понимания проясню — fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.

Плотность распределения палочек и колбочек в сетчатке.

Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.

Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?) Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.

Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)

Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ! Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.

Вернёмся снова к центральной ямке fovea.

Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).

Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них почти напрямую поступает в зрительную кору мозга.

Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля».

Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.

На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.

Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.

Итак, промежуточный вывод:

  • каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
  • колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
  • несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.

Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов).

Да, всего один миллион!

Но как же так?! В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно круче! Сейчас и до этого доберёмся) Значит, 130 Мп превратились в 1 Мп, и мы каждый день смотрим на мир вокруг… хорошая графика, не так ли?)

Есть пара инструментов, помогающих нам видеть мир вокруг почти постоянно почти чётким:

1.Наши глаза совершают микро- и макросаккады — что-то типа постоянных перемещений взгляда.

Макросаккады — произвольные движения глаз, когда человек рассматривает что-то. В это время происходит «буферизация» или слияние соседних изображений, поэтому мир вокруг нам кажется чётким.

Микросаккады — непроизвольные, очень быстрые и мелкие (несколько угловых минут) движения.

Они необходимы для того, чтобы рецепторы сетчатки банально успевали насинтезировать новых зрительных пигментов — иначе поле зрения просто будет серым.

2.Ретинальная проекция

Начну с примера — когда мы читаем что-то с монитора и постепенно крутим колёсико мышки для перемещения текста, то текст не смазывается… хотя должен) Это очень занятная фишка — здесь в работу подключается зрительная кора.

Она постоянно держит в буфере картинку и при резком смещении объекта/текста перед зрителем быстро смещает эту картинку и накладывает на реальное изображение. А как же она знает, куда смещать? Очень просто — Ваше движение пальцем по колёсику уже изучено моторной корой до миллиметров… Зрительная и моторная области работают синхронно, поэтому Вы не видите смаза. А вот когда кто-то другой крутанёт колёсико….:)

Зрительный нерв

С каждого глаза выходит зрительный нерв плотностью ~1 Мп (от 770 тысяч до 1,6 млн пикселей — кому как повезло), дальше нервы с левого и правого глаз пересекаются в оптической хиазме — это видно на первой картинке — происходит смешение аксонов примерно по 53% с каждого глаза.

Потом два этих пучка попадают в левую и правую части таламуса — это такой «распределитель» сигналов в самом центре мозга.

В таламусе происходит, можно сказать, первичная «ретушь» картинки — повышается контраст.

Далее сигнал из таламуса поступает в зрительную кору.

И здесь происходит невероятное количество процессов, вот основные:

  • слияние картинок с двух глаз в одну — происходит что-то типа наложения (1 Мп так и остаётся),
  • определение элементарных форм — палочек, кружочков, треугольников,
  • определение сложных шаблонов — лица, дома, машины и т.д.,
  • обработка движения,
  • покраска картинки. Да, именно покраска, до этого в кору просто поступали аналоговые импульсы разной частоты,
  • ретушь слепых зон сетчатки — без этого мы бы видели постоянно перед собой два тёмно-серых пятна размером с яблоко,
  • ещё уйма «фотошопа»,
  • и наконец, вывод финального изображения — то, что вы и называете зрением — феномен зрения.

Так почему же, спросите вы, мы не видим отдельных пикселей? Картинка должна быть совсем убогая, как на старой приставке!

В этом и заключается суть феноменологии зрения — у вас ОДНА зрительная система. Вы не можете посмотреть на свою же картинку со стороны.

Если бы человек обладал двумя зрительными системами и по желанию мог переключиться с системы 1 на систему 2 и оценить как работает первая система — тогда да, ситуация была бы печальная 🙂

Но имея одну зрительную систему ВЫ сами и являетесь этой картинкой, которую видите!

Зрительная кора сама осознаёт процесс зрения. Перечитайте это несколько раз.

При травме первичной зрительной коры человек не понимает, что он слеп — это называется анозогнозия, т.е. картинку он совершенно не видит, но при этом может нормально ходить по коридору с препятствиями(первая ссылка в списке). Завершая эту, надеюсь, краткую и понятную статью, хочу напомнить — мы все имеем картинку в ~1 Мп… живите с этим 🙂

Литература:

Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение» Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии» Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум» Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу» Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:

https://www.cell.com/fulltext/S0960-9822(08)01433-4

https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2161180
https://en.wikipedia.org/wiki/Fovea_centralis
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoreceptor_cell

UPD: поступило заметное количество комментариев/вопросов про цветоощущение. Если эта тема интересна — напишите тег #цветоощущение — займусь созданием статьи.

  • зрение
  • мозг
  • нейробиология

Источник: https://habr.com/post/468653/

Каковы пределы человеческого зрения?

Как видит глаз

От наблюдения далеких галактик за световые годы от нас до восприятия невидимых цветов, Адам Хэдхейзи на BBC объясняет, почему ваши глаза могут делать невероятные вещи. Взгляните вокруг.

Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь.

Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света — фотонам — которые отскакивают от этих объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.

Эта фотонная бомбардировка всасывается примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости, наполняя образами наш многоцветный мир.

Наше замечательное зрение, очевидно, обладает рядом ограничений. Мы не можем видеть радиоволны, исходящие от наших электронных устройств, не можем разглядеть бактерий под носом. Но с достижениями физики и биологии мы можем определить фундаментальные ограничения естественного зрения.

«Все, что вы можете различить, имеет порог, самый низкий уровень, выше и ниже которого вы видеть не можете», — говорит Майкл Лэнди, профессор неврологии Нью-Йоркского университета.

Начнем рассматривать эти визуальные пороги сквозь призму — простите за каламбур — что многие ассоциируют со зрением в первую очередь: цвет.

Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн, фотонов, падающих на сетчатку глаза, расположенную в задней части наших глазных яблок. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки.

Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью. Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический импульс.

Этот сигнал идет через зрительный нерв к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цветов и изображений.

У нас есть три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно).

Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные — красными. Длины волн между ними и их комбинации превращаются в полную радугу.

«Весь свет, который мы видим, кроме созданного искусственно с помощью призм или хитроумных устройств вроде лазеров, представляет собой смесь разных длин волн, — говорит Лэнди».

Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров — то, что мы называем видимым спектром.

За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный и радиоспектр, у последнего диапазон волн составляет от миллиметра до километра длиной.

Над нашим видимым спектром, на более высоких энергиях и коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине — гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.

Хотя большинство из нас ограничены видимым спектром, люди с афакией (отсутствием хрусталика) могут видеть в ультрафиолетовом спектре.

Афакия, как правило, создается вследствие оперативного удаления катаракты или врожденных дефектов.

Обычно хрусталик блокирует ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.

Исследование 2014 года показало, что, условно говоря, все мы можем видеть инфракрасные фотоны. Если два инфракрасных фотона случайно попадают в клетку сетчатки почти одновременно, их энергия объединяется, конвертируя их длину волны из невидимой (например, 1000 нанометров) в видимую 500-нанометровую (холодный зеленый цвет для большинства глаз).

Сколько цветов мы можем видеть?

Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.

«Довольно трудно переложить это на цифры, — говорит Кимберли Джеймисон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине. — То, что видит один человек, может быть лишь частью цветов, которые видит другой человек».

Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» — людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением.

Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов.

(Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).

Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?

Для того чтобы цветное зрение работало, колбочкам, как правило, нужно намного больше света, чем их коллегам-палочкам. Поэтому в условиях низкой освещенности цвет «гаснет», поскольку на передний план выходят монохроматические палочки.

В идеальных лабораторных условиях и в местах сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут быть активированы лишь горсткой фотонов. И все же палочки лучше справляются в условиях рассеянного света. Как показали эксперименты 40-х годов, одного кванта света достаточно, чтобы привлечь наше внимание.

«Люди могут реагировать на один фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфорде. — Нет никакого смысла в еще большей чувствительности».

В 1941 году исследователи Колумбийского университета усадили людей в темную комнату и дали их глазам приспособиться.

Палочкам потребовалось несколько минут, чтобы достичь полной чувствительности — вот почему у нас возникают проблемы со зрением, когда внезапно гаснет свет.

Затем ученые зажгли сине-зеленый свет перед лицами испытуемых. На уровне, превышающем статистическую случайность, участники смогли зафиксировать свет, когда первые 54 фотона достигли их глаз.

После компенсации потери фотонов через всасывание другими компонентами глаза, ученые обнаружили, что уже пять фотонов активируют пять отдельных палочек, которые дают ощущение света участникам.

Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?

Этот факт может вас удивить: нет никакого внутреннего ограничения мельчайшей или самой далекой вещи, которую мы можем увидеть. Пока объекты любого размера, на любом расстоянии передают фотоны клеткам сетчатки, мы можем их видеть.

«Все, что волнует глаз, это количество света, которое попадает на глаз, — говорит Лэнди. — Общее число фотонов. Вы можете сделать источник света до смешного малым и удаленным, но если он излучает мощные фотоны, вы его увидите».

К примеру, расхожее мнение гласит, что темной ясной ночью мы можем разглядеть огонек свечи с расстояния 48 километров. На практике, конечно, наши глаза будут просто купаться в фотонах, поэтому блуждающие кванты света с больших расстояний просто потеряются в этой мешанине.

«Когда вы увеличиваете интенсивность фона, количество света, которое вам необходимо, чтобы что-то разглядеть, увеличивается», — говорит Лэнди.

Ночное небо с темным фоном, усеянным звездами, являет собой поразительный пример дальности нашего зрения.

Звезды огромны; многие из тех, что мы видим в ночном небе, составляют миллионы километров в диаметре. Но даже ближайшие звезды находятся минимум в 24 триллионах километров от нас, а потому настолько малы для нашего глаза, что их не разберешь.

И все же мы их видим как мощные излучающие точки света, поскольку фотоны пересекают космические расстояния и попадают в наши глаза.

Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике — Млечный Путь.

Самый далекий объект, который мы можем разглядеть невооруженным глазом, находится за пределами нашей галактики: это галактика Андромеды, расположенная в 2,5 миллионах световых лет от нас.

(Хотя это спорно, некоторые индивиды заявляют, что могут разглядеть галактику Треугольника в чрезвычайно темном ночном небе, а она находится в трех миллионах световых лет от нас, только придется поверить им на слово).

Триллион звезд в галактике Андромеды, учитывая расстояние до нее, расплываются в смутный светящийся клочок неба. И все же ее размеры колоссальны. С точки зрения видимого размера, даже будучи в квинтиллионах километрах от нас, эта галактика в шесть раз шире полной Луны. Однако наших глаз достигает так мало фотонов, что этот небесный монстр почти незаметен.

Насколько острым может быть зрение?

Почему мы не различаем отдельных звезд в галактике Андромеды? Пределы нашего визуального разрешения, или остроты зрения, накладывают свои ограничения. Острота зрения — это возможность различать такие детали, как точки или линии, отдельно друг от друга, чтобы те не сливались воедино.

Таким образом, можно считать пределы зрения числом «точек», которые мы можем различить.

Границы остроты зрения устанавливают несколько факторов, например, расстояния между колбочками и палочками, упакованными в сетчатке.

Также важна оптика самого глазного яблока, которое, как мы уже говорили, предотвращает проникновение всех возможных фотонов к светочувствительным клеткам.

Теоретически, как показали исследования, лучшее, что мы можем разглядеть, это примерно 120 пикселей на градус дуги, единицу углового измерения. Можете представить это как черно-белую шахматную доску 60 на 60 клеток, которая умещается на ногте вытянутой руки. «Это самый четкий паттерн, который вы можете разглядеть», — говорит Лэнди.

https://www.youtube.com/watch?v=DXAETdET6TY

Проверка зрения, вроде таблицы с мелкими буквами, руководствуется теми же принципами. Эти же пределы остроты объясняют, почему мы не может различить и сосредоточиться на одной тусклой биологической клетке шириной в несколько микрометров.

Но не списывайте себя со счетов. Миллион цветов, одиночные фотоны, галактические миры за квантиллионы километров от нас — не так уж и плохо для пузырька желе в наших глазницах, подключенных к 1,4-килограммовой губке в наших черепах.

Источник: https://Hi-News.ru/science/kakovy-predely-chelovecheskogo-zreniya.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.