Путь прохождение света через глаз. Почему мы видим удаленные предметы так хорошо. Огромное количество деталей

Глаз человека.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: глаз как оптическая система.

Глаз – удивительно сложная и совершенная оптическая система, созданная природой. Сейчас мы в общих чертах узнаем, как функционирует человеческий глаз. Впоследствии это позволит нам лучше понять принципы работы оптических приборов; да, кроме того, это интересно и важно само по себе.

Строение глаза.

Мы ограничимся рассмотрением лишь самых основных элементов глаза. Они показаны на рис. 1 (правый глаз, вид сверху).

Лучи, идущие от предмета (в данном случае предметом является фигура человека), попадают на роговицу – переднюю прозрачную часть защитной оболочки глаза. Преломляясь в роговице и проходя сквозь зрачок (отверстие в радужной оболочке глаза), лучи испытывают вторичное преломление в хрусталике. Хрусталик является собирающей линзой с переменным фокусным расстоянием; он может менять свою кривизну (и тем самым фокусное расстояние) под действием специальной глазной мышцы.

Преломляющая система роговицы и хрусталика формирует на сетчатке изображение предмета. Сетчатка состоит из светочувствительных палочек и колбочек – нервных окончаний зрительного нерва. Падающий свет вызывает раздражение этих нервных окончаний, и зрительный нерв передаёт соответствующие сигналы в мозг. Так в нашем сознании формируются образы предметов – мы видим окружающий мир.

Ещё раз взгляните на рис. 1 и обратите внимание, что изображение разглядываемого предмета на сетчатке – действительное, перевёрнутое и уменьшенное. Так получается потому, что предметы, рассматриваемые глазом без напряжения, расположены за двойным фокусом системы роговица-хрусталик (помните случай 2f’ class=’tex’ alt=’a>2f’ /> для собирающей линзы?).

То, что изображение является действительным, понятно: на сетчатке должны пересекаться сами лучи (а не их продолжения), концентрируя световую энергию и вызывая раздражения палочек и колбочек.

Насчёт того, что изображение является уменьшенным, тоже вопросов не возникает. А каким же ему ещё быть? Диаметр глаза равен примерно 25 мм, а поле нашего зрения попадают предметы куда большего размера. Естественно, глаз отображает их на сетчатке в уменьшенном виде.

Но вот как быть с тем, что изображение на сетчатке является перевёрнутым? Почему же тогда мы видим мир не вверх ногами? Здесь подключается корректирующее действие нашего мозга. Оказывается, кора головного мозга, обрабатывая изображение на сетчатке, переворачивает картинку обратно! Это установленный факт, проверенный экспериментами.

Как мы уже сказали, хрусталик – это собирающая линза с переменным фокусным расстоянием. Но зачем хрусталику менять своё фокусное расстояние?

Аккомодация.

Представьте себе, что вы смотрите на приближающегося к вам человека. Вы всё время чётко его видите. Каким образом глазу удаётся это обеспечивать?

Чтобы лучше понять суть вопроса, давайте вспомним формулу линзы:

В данном случае – это расстояние от глаза до предмета, – расстояние от хрусталика до сетчатки, – фокусное расстояние оптической системы глаза. Величина является неиз
менной, поскольку это геометрическая характеристика глаза. Следовательно, чтобы формула линзы оставалась справедливой, вместе с расстоянием до разглядываемого предмета должно меняться и фокусное расстояние .

Например, если предмет приближается к глазу, то уменьшается, поэтому и должно
уменьшаться. Для этого глазная мышца деформирует хрусталик, делая его более выпуклым и уменьшая тем самым фокусное расстояние до нужной величины. При удалении предмета, наоборот, кривизна хрусталика уменьшается, а фокусное расстояние возрастает.

Описанный механизм самонастройки глаза называется аккомодацией. Итак, аккомодация – это способность глаза отчётливо видеть предметы на различных расстояниях. В процессе аккомодации кривизна хрусталика меняется так, что изображение предмета всегда оказывается на сетчатке.

Аккомодация глаза совершается бессознательно и очень быстро. Эластичный хрусталик может легко менять свою кривизну в определённых пределах. Этим естественным пределам деформации хрусталика отвечает
область аккомодации – диапазон расстояний, на которых глаз способен чётко видеть предметы. Область аккомодации характеризуется своими границами -дальней и ближней точками аккомодации.

Дальняя точка аккомодации (дальняя точка ясного видения) – это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при расслабленной глазной мышце, т. е. когда хрусталик не деформирован.

Ближняя точка аккомодации (ближняя точка ясного видения) – это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при наибольшем напряжении глазной мышцы, т. е. при максимально возможной деформации хрусталика.

Дальняя точка аккомодации нормального глаза находится на бесконечности: в ненапряжённом состоянии глаз фокусирует параллельные лучи на сетчатке (рис. 2 , слева). Иными словами, фокусное расстояние оптической системы нормального глаза при недеформированном хрусталике равно расстоянию от хрусталика до сетчатки.

Ближняя точка аккомодации нормального глаза расположена на некотором расстоянии от него (рис. 2 , справа; хрусталик максимально деформирован). Это расстояние с возрастом увеличивается. Так, у десятилетнего ребёнка см; в возрасте 30 лет см; к 45 годам ближняя точка аккомодации находится уже на расстоянии 20–25 см от глаза.

Как устроен глаз и как он работает?
Как возникают близорукость и дальнозоркость?

В повседневной жизни мы с вами часто используем устройство, которое по своему строению очень похоже на глаз и работает по такому же принципу. Это фотоаппарат. Как и во многом другом, изобретя фотографию, человек просто сымитировал то, что уже существует в природе! Сейчас вы убедитесь в этом.

Глаз человека по форме – неправильный шар диаметром примерно 2,5 см. Этот шар называют глазным яблоком. В глаз поступает свет, который отражается от окружающих нас предметов. Аппарат, который воспринимает этот свет, находится на задней стенке глазного яблока (изнутри) и называется СЕТЧАТКОЙ. Он состоит из нескольких слоев светочувствительных клеток, которые обрабатывают поступающую к ним информацию и отправляют ее в мозг по зрительному нерву.

Строение глаза

Но для того, чтобы лучи света, поступающие в глаз со всех сторон, сфокусировались на такой небольшой площади, которую занимает сетчатка, они должны претерпеть преломление и сфокусироваться именно на сетчатке. Для этого в глазном яблоке есть естественная двояковыпуклая линза – ХРУСТАЛИК. Он находится в передней части глазного яблока.

Хрусталик способен менять свою кривизну. Разумеется, он делает это не сам, а с помощью специальной цилиарной мышцы. Чтобы настроиться на видение близко расположенных объектов, хрусталик увеличивает кривизну, становится более выпуклым и сильнее преломляет свет. Для видения удалённых предметов хрусталик становится более плоским.

Свойство хрусталика менять свою преломляющую силу, а вместе с этим и фокусную точку всего глаза, называется АККОМОДАЦИЕЙ.

Принцип аккомодации

В преломлении света участвует также вещество, которым заполнена большая часть (2/3 объема) глазного яблока – стекловидное тело. Оно состоит из прозрачного желеобразного вещества, которое не только участвует в преломлении света, но также обеспечивает форму глаза и его несжимаемость.

Свет поступает на хрусталик не по всей передней поверхности глаза, а через маленькое отверстие – зрачок (мы видим его как черный кружок в центре глаза). Размер зрачка, а значит, количество поступающего света, регулируется специальными мышцами. Эти мышцы находятся в радужной оболочке, окружающей зрачок (РАДУЖКЕ). Радужка, помимо мышц, содержит пигментные клетки, которые определяют цвет наших глаз.

Радужная оболочка

Понаблюдайте за своими глазами в зеркало, и вы увидите, что если на глаз направить яркий свет, то зрачок сужается, а в темноте он, наоборот, становится большим – расширяется. Так глазной аппарат защищает сетчатку от губительного действия яркого света.

Снаружи глазное яблоко покрыто прочной белковой оболочкой толщиной 0,3-1 мм – СКЛЕРОЙ. Она состоит из волокон, образованных белком коллагеном, и выполняет защитную и опорную функцию. Склера имеет белый цвет с молочным отливом, за исключением передней стенки, которая прозрачна. Ее называют РОГОВИЦЕЙ. В роговице происходит первичное преломление лучей света

Под белковой оболочкой находится СОСУДИСТАЯ ОБОЛОЧКА, которая богата кровеносными капиллярами и обеспечивает клетки глаза питанием. Именно в ней находится радужка со зрачком. По периферии радужка переходит в ЦИЛИАРНОЕ, или РЕСНИЧНОЕ, ТЕЛО. В его толще расположена цилиарная мышца, которая, как вы помните, изменяет кривизну хрусталика и служит для аккомодации.

Между роговицей и радужкой, а также между радужкой и хрусталиком находятся пространства – камеры глаза, заполненные прозрачной, светопреломляющей жидкостью, которая питает роговицу и хрусталик.

Защиту глаза обеспечивают также веки – верхнее и нижнее – и ресницы. В толще век находятся слезные железы. Жидкость, которую они выделяют, постоянно увлажняет слизистую оболочку глаза.

Под веками находится 3 пары мышц, которые обеспечивают подвижность глазного яблока. Одна пара поворачивает глаз влево и вправо, другая – вверх и вниз, а третья вращает его относительно оптической оси.

Мышцы обеспечивают не только повороты глазного яблока, но и изменение его формы. Дело в том, что глаз в целом тоже принимает участие в фокусировке изображения. Если фокус находится за пределами сетчатки, глаз немного вытягивается, чтобы видеть вблизи. И наоборот, округляется, когда человек рассматривает далёкие предметы.

Если в оптической системе есть изменения, то в таких глазах появляются близорукость или дальнозоркость. У людей, страдающих этими заболеваниями, фокус попадает не на сетчатку, а перед ней или за ней, и поэтому они видят все предметы размытыми.

Близорукость и дальнозоркость

При близорукости в глазу происходит растяжение плотной оболочки глазного яблока (склеры) в передне-заднем направлении. Глаз вместо шаровидной приобретает форму эллипсоида. Из-за такого удлинения продольной оси глаза изображения предметов фокусируются не на самой сетчатке, а перед ней, и человек стремится все приблизить к глазам или пользуется очками с рассеивающими (“минусовыми”) линзами для уменьшения преломляющей силы хрусталика.

Дальнозоркость развивается, если глазное яблоко укорочено в продольном направлении. Световые лучи при этом состоянии собираются за сетчаткой. Для того чтобы такой глаз хорошо видел, перед ним нужно поместить собирающие – “плюсовые” очки.

Коррекция близорукости (А) и дальнозоркости (Б)

Суммируем всё, что было сказано выше. Свет входит в глаз через роговицу, проходит последовательно сквозь жидкость передней камеры, хрусталик и стекловидное тело, и в конечном итоге попадает на сетчатку, состоящую из светочувствительных клеток

А теперь вернемся к устройству фотоаппарата. Роль светопреломляющей системы (хрусталика) в фотоаппарате играет система линз. Диафрагма, регулирующая размер светового пучка, который поступает в объектив, играет роль зрачка. А “сетчатка” фотоаппарата – это фотопленка (в аналоговых фотоаппаратах) или светочувствительная матрица (в цифровых фотоаппаратах). Однако важное отличие сетчатки от светочувствительной матрицы фотоаппарата состоит в том, что в ее клетках происходит не только восприятие света, но и начальный анализ зрительной информации и выделение наиболее важных элементов зрительных образов, например направления и скорости движения объекта, его размеров.

Почему изображение попадает на сетчатку глаза перевернутым?

Зрение человека — сложная оптическая система, способная преобразовывать электромагнитные излучения светового диапазона в видимую картинку. Однако световые лучи, попадающие на сетчатку, изначально формируют перевернутое и уменьшенное изображение, и лишь после обработки мозгом мы наблюдаем мир в привычном виде. Почему же так происходит?

Как устроены и работают наши глаза?

Зрительные органы человека имеют сложное строение. Именно благодаря способности видеть мы воспринимаем до 90% информации об окружающем мире. Человек может различать миллионы оттенков, а также наделен бинокулярным зрением и способен определить величину предмета, расстояние до него, соотнести по размеру окружающие объекты. Кроме того, наш глаз умеет менять фокус для зрения на дальние и ближние расстояния — это называется аккомодацией, регулировать объем поступающего в него света, корректировать хроматические и сферические аберрации и т.д.

Как же происходит процесс восприятия изображения? Световой луч, отраженный от окружающих предметов, проходит через прозрачную выпуклую полусферу переднего отдела глаза — роговицу. Затем он попадает в зрачок — отверстие, расположенное в центре радужной оболочки. Именно благодаря способности зрачка сужаться или расширяться человеческий глаз может приспосабливаться к освещению различной интенсивности.

Далее луч проходит через хрусталик, функция которого — преломление и фокусировка изображения на сетчатке. Он также играет важнейшую роль в аккомодации — изменяет свою кривизну для обеспечения остроты зрения на дальних и ближних расстояниях. Благодаря такому уникальному органу человек при нормальном зрении может без особого труда разглядеть и звезды на ночном небе, и мелкий шрифт в книге. А затем световой луч, преломляясь о хрусталик и фокусируясь, достигает сетчатой оболочки. Это сложнейшая глазная структура, патологии которой приводят к необратимой потере зрения. В сетчатке содержится примерно 137 миллионов различных фоторецепторов, способных обрабатывать до 10 миллиардов фотонов. Именно на сетчатой оболочке формируется изображение, но оно меньше истинного размера и к тому же перевернуто вверх ногами. Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в электрические импульсы, преодолевают нервные волокна и через зрительный нерв передаются в определенные отделы головного мозга. При этом каждый глаз воспринимает видимое изображение по отдельности, но мозг объединяет их в единое целое, формируя привычную картинку.

Почему изображение попадает на сетчатку в перевернутом виде?

Рассмотрим данное явление подробнее. Почему же зримое нами нормальное изображение попадает на сетчатку вверх ногами? Из курса физики известно, что световые лучи в процессе прохождения через криволинейную поверхность преломляются, при этом изображение с обратной стороны становится перевернутым. Зрительные органы содержат две естественные преломляющие линзы — роговицу и хрусталик, через которые проходят световые лучи, прежде чем попасть на сетчатку. А вот преломляются они при этом целых три раза.

Первое преломление происходит, когда свет пересекает роговицу — видимая картинка переворачивается. Затем луч достигает хрусталика, представляющего собой двояковыпуклую линзу. При прохождении через его первую поверхность изображение опять переворачивается в привычный вид, а при следующем преломлении о заднюю выпуклую часть естественной линзы снова инвертируется и в таком перевернутом виде поступает на сетчатую оболочку.

После тройного переворачивания происходит сложнейший процесс преобразования клетками сетчатки полученной информации в электрические импульсы, которые по зрительному нерву передаются в специальные отделы-анализаторы головного мозга. Они формируют привычное нам изображение: небо находится вверху, а земля внизу. Происходит этот процесс мгновенно. Проведенный нейробиологами из Массачусетского университета эксперимент показал, что человеческий мозг способен обработать изображение минимум за 13 миллисекунд. Участникам нужно было подать сигнал, когда среди меняющихся со скоростью 13-80 миллисекунд картинок они видели определенные сюжеты, например, автомобиль или натюрморт. Ученые считают, что такая способность к оперативной обработке информации помогает выбирать нам объекты для рассмотрения. Глазные яблоки способны перемещать свое положение со скоростью до 3 движений в секунду, за это время мозг должен идентифицировать всю информацию в поле зрения, осознать увиденное и принять решение, куда смотреть дальше.

Как на самом деле видит предметы новорожденный?

Распространено мнение, что младенцы видят окружающий мир перевернутым. Это верно лишь отчасти. На самом деле в первые 30-50 дней зрение ребенка очень несовершенно. Его глазное яблоко имеет слегка приплюснутую форму, сетчатка продолжает формироваться, а желтое пятно (макула), отвечающее за остроту центрального зрения, еще отсутствует. Малыш способен различать только светлые и темные пятна. Например, если в темной комнате зажечь лампу, то новорожденный сможет распознать лишь световой ореол, но не более. Все остальное представляется для него в размытом виде.

Способность мозга к исправлению картинки, передаваемой глазом, требует опыта. Но поскольку малыш еще не способен фокусировать взгляд и четко видеть предметы, то и переворачивать ему, по сути, нечего. К двум месяцам жизни световая чувствительность сетчатки возрастает почти в пять раз, укрепляются глазодвигательные мышцы, объекты обретают свои контуры, хотя видны пока только в двух измерениях — в длину и ширину. Ребенок уже проявляет к ним интерес, тянется ручкой, соответственно, учится различать верх и низ.

Может ли человек научиться видеть мир вверх ногами?

Этот вопрос интересует многих людей. Первый подобный опыт на данную тему был проведен американским психологом Д.М. Стрэттоном. В 1896 году он создал инвертоскоп — оптический прибор, который выпрямляет перевернутое на сетчатке глаза изображение. Использование инвертоскопа позволяет видеть окружающий мир вверх ногами. Первые опыты показали, что человек приспосабливается к такому восприятию через несколько суток. Примерно после трех дней дезориентация уменьшилась, а на восьмой день эксперимента образовались новые зрительно-моторные координации. После того как инвертоскоп сняли с глаз, непривычным казался уже нормальный мир, и вновь требовалось некоторое время для адаптации. При этом подобная способность зафиксирована только у человека — аналогичный эксперимент с обезьяной привел ее в полную апатию, и только через неделю она начала понемногу реагировать на сильные раздражители, при этом оставаясь почти неподвижной.

В современной практике инвертоскоп используется для проведения различных экспериментов в области психологии. Иногда его применяют для космонавтов и моряков с целью тренировки вестибулярного аппарата и профилактики морской болезни.

temniykot

Темной ночью

Интересные иллюзии, интересный журнал.

Оригинал взят у heck_aitomix в Занимательная офтальмология. [03] Почему мы видим не то, что видим или оптические мозгодурилки.

Как мне показалось, усложнение тематик глав серии “Занимательная офтальмология” вызвало предсказуемое снижение интереса читателей. Чтобы слегка встряхнуть аудиторию, сегодня постараемся совместить приятное с полезным – поговорим о забавных зрительных иллюзиях и механизмах, которые стоят за ними. Глаза смотрят, глаза видят, а мозг не верит!

Понятное дело, что зрение лишь частично виновато в том, что человек может так легко обманываться. Основной “виновник” обманов – наш мозг, который очень консервативен в своей нейро-физиологической активности. Мозг рационален и упрям. Мозг не хочет и не может воспринимать мир отличным от шаблона с устоявшимися правилами, логичными законами и знакомыми характеристиками. Смотреть в книгу и видеть фигу – вполне нормальное и легко объяснимое явление.

В первой главе, когда мы вкратце рассмотрели функциональное устройство человеческого зрительного органа, я лишь мельком упомянул про связь между раздражением светочуствительных клеток в сетчатке и непосредственным построением картины мира в наших головах. Процесс формирования зрительных образов выходит за рамки функциональной офтальмологии и моей зоны комфорта. Тем не менее, при помощи различных визуальных тестов и оптических иллюзий можно объяснить очень многие странные вещи, происходящие с нашим зрением.

Замечательная толком так и не объясненная иллюзия: невозможно заставить себя поверить, что окружности не вращаются. Забавно, что действие иллюзии распространяется и на животных – см. видео

Формирование общей модели окружающего мира – тяжкий труд, включающий в себя обработку световых потоков, построение изображения, выделение значимых и отбрасывание несущественных признаков объекта, узнавание формы, размера, цветоразличение, формирование объемного изображения и т.п. Все эти действия доступны нам благодаря мощным “вычислительным” способностям нашего центрального процессора, дарованного нам эволюцией. Именно поэтому мы, человеки, воспринимаем мир гораздо более осмысленно, чем морские свинки.

Итак, благодаря оптической системе зрительного органа некое изображение формируется на сетчатке, светочуствительные нейронные клетки “раздражаются” при попадании на них света и преобразуют свое “раздражение” в электрические импульсы, которые передаются по нервным волокнам в мозг. На этой картинке можно увидеть, какой длинный и запутанный путь приходится пройти этим импульсам, прежде чем быть обработанными нашим главным процессором.

Хватит умничать. Давайте лучше позабавимся с некоторыми оптическими иллюзиями и попытаемся хотя бы частично приоткрыть занавес визуальных обманов. Для начала – отличный пример того, как наш мозг пост-процессит видимую нами картинку. На приведенной ниже шахматной доске клетки А и B абсолютно одинакового цвета!

Несмотря на то, что наш глаз объективно принимает на сетчатку отраженные от доски электромагнитные волны (ну, в данном случае, не отраженные от доски, а посланные матрицей монитора), а сетчатка достаточно честно передает информацию о настоящих оттенках серого в помеченных ячейках в мозг, наш главный процессор включает режим распознавания объектов и построения реальности. Мы живем в трехмерном мире, поэтому система распознавания образов мгновенно “видит” объемный цилиндр установленный на доске, а также отбрасываемую им тень. Мозг знает, что светлые объекты в тени выглядят темнее, а темные объекты на свету выглядят светлее, чем они есть на самом деле. Анализируя полученную информацию, он слегка корректирует распознанное изображение, добавляя виртуальной светлости “светлой” клетке в тени, и затемняя “темную, но хорошо освещенную” клетку. В результате, мы на 100% уверены, что клетки А и В разного цвета. Но достаточно взять в руки фотошоп или простой пейнт, чтобы убедиться в обратном.

Приблизительно с теми же аргументами наш мозг обманывает нас, когда мы смотрит на объекты, расположенные на контрастном фоне. Все эти овалы окрашены в одинаковый серый цвет:

Это так называемый эффект одновременного контраста, который объясняется тем, что два цвета (или оттенка), расположенные друг рядом с другом, в нашем сознании оказывают активное влияние друг на друга. Так более темный оттенок серого фона заметно “затемняет” внутренний овал, в то время как более светлый фон визуально “осветляет” овал. В итоге мы имеем два “разноосвещенных” овала одинакового цвета.

Да что там серый? Давайте немного позабавимся с цветными иллюзиями. Вот сколько на этой картинке цветовых оттенков, не считая белого? Четыре? На самом деле, всего два – розовый и зеленый. В этом легко убедиться, рассмотрев увеличенный фрагмент картинки (справа).

А вот это вообще замечательная иллюзия, в которой наши глаза и мозг врут нам, не краснея, но зато зеленея! На данной анимированной гифке достаточно простая картинка – розоватые (фиолетовые?) пятна, расположенные вдоль окружности, исчезают и появляются вновь одно за другим. Если сфокусировать взгляд на крестике в центре картинки (для пущего эффекта закройте один глаз ладонью), то вместо пустых пространств вы увидете бегающее по кругу зеленое пятно! Но и это еще не все: если продолжать смотреть на крестик, то спустя 20-30 секунд розовые пятна исчезнут вовсе, останется только сумасшедший зеленый кругляшок, наматывающий круги на сером фоне.

Чтобы объяснить эту иллюзию, мне придется немного поумничать. Давайте задумаемся о физиологии восприятия цвета. Ощущение цвета возникает при возбуждении цветочувствительных рецепторов сетчатки. Возвращаясь к первой главе и строению глаза, напомню про палочки и колбочки – основные сенсорные элементы глаза. Колбочки (их порядка 6 млн в каждом глазу) чувствительны к разным длинам волн и широкому диапазону освещенности, палочки же (этих вообще порядка 100 млн на глаз!) – только к освещенности и не умеют различать цвет. Поэтому в темноте (или просто при низкой освещенности) человек не различает цветов. Но помимо этого, есть еще слой особо важных ганглионарных клеток, которые выполняют огромную работу по обработке световой и цветовой информации, поступающей на сетчатку через зрачок.

Ганглионарных клеток у нас всего-то ничего – порядка 1-2 млн, но именно аксоны этих клеток являются теми самыми нервными волокнами, которые устремляются через слепое пятно в зрительный канал и прямиком в мозг. Именно на эти нейроны сходится информация о раздражениях всех колбочек и палочек. Именно эти клетки занимаются первичной обработкой данных о цвете.

Получается, что на каждую ганглионарную клетку приходят сигналы от нескольких палочек и/или колбочек. Суммируя информацию о количестве раздраженных разными длинами световых волн колбочек, ганглионарная клетка делает вывод о наличии/преобладании красной или зеленой (или желтой или синей) составляющей сигнала. Не вдаваясь в подробности, скажу, что ганглионарные клетки могут находиться в состоянии возбуждения или же в обратном состоянии торможения. Этим состояниям будут соответствовать диаметрально противоположные логические результаты: для цветовой идентификации раздражение будет обозначать наличие красной составляющей, а торможение клетки – наличие противоположного (взаимодополнительного) цвета, т.е. зеленой составляющей.

При бомбардировке сенсоров одним и тем же раздражителем (например, фиолетовыми пятнами) рецепторы со временем перегружаются и начинают физически утомляться, т.е. тормозиться, инициируя тем самым передачу информации о противоположном цвете, потому-то фиолетовые кружки неожиданно превращаются в наших ганглионарных клетках в зеленые!

Ну с превращением фиолетового в зеленый мы разобрались. Теперь переходим к подозрительному исчезновению кружков. Объясняется происходящее так называемым эффектом Трокслера. Если наш взгляд фиксируется на неподвижной цели то, информация об объектах на периферии со временем будет исчезать из сознания вследствие так называемой локальной нейронной адаптации. Наши рецепторы или нейроны, ответственные за обнаружение границы между объектом и фоном по яркости или цветовому контрасту, просто перестают отвечать на устойчивый и неменяющийся образ. Но достаточно минимального движения глаза (или головы), чтобы положение объектов на сетчатке сместилось, и наш мозг мгновенно “увидит” исчезнувшие пятна.

Вот еще одна иллюзия с эффектом Трокслера. Просто зафиксируйте свой взгляд на красной точке и наслаждайтесь растворением и исчезновением голубой окружности.

Ну и чтобы закончить с цветовыми и контрастными парадоксами, отмечу, что ганглионарные клетки реагируют главным образом на контрастные границы в поле зрения, так как такие участки – это главный способ передачи в мозг информации об особенностях рассматриваемого объекта. В сетчатке есть специальные горизонтальные клетки (см. картинку с клетками где-то выше), которые распространяют сигналы между соседствующими рецепторами. Этот процесс называется латеральным торможением и очень важен для повышения надежности распознавания зрительных образов и выделения контрастных границ объектов.

Ниже представлена сетка Хермана (справа – более ярко выраженный ее вариант). Вы легко можете заметить то появляющиеся, то исчезающие темные пятна на перекрестках сетки. При стимулировании соседствующих нейронов контрастными стимулами (как на границах белых “улиц” и черных “зданий”) латеральное торможение усиливает возбуждение и подпитывает информацию о контрасте, позволяя нам четко видеть белую линию между перекрестками. Но на перекрестках раздражение соседствующих рецепторов одинаково в четырех направлениях, поэтому горизонтальные клетки в режиме латерального торможения не раздражают соседей, а тормозят, и тем самым приглушают информацию об освещенности соседней точки. Именно поэтому перекрестки в нашем сознании могут выглядеть темнее “улиц”. Этот эффект гораздо боле выражен на периферийных участках сетчатки, фокусируя взгляд на перекрестке мнимое затемнение исчезает. Кстати, описанный механизм также служит причиной рассмотренного нами ранее контрастного эффекта.

Еще одним невероятно интересным примером эффективности (или, если хотите, недоразвитости) работы мозга является эффект слепоты, вызванной движением (motion induced blindness). На гифке внизу вы видите три отчетливых желтых точки на фоне вращающегося ковра из синих крестиков. Приблизьтесь к монитору и сфокусируйте свой взгляд на центральной зеленой мигающей точке. Безо всякого предупреждения и без какого-либо заметного порядка желтые точки будут то исчезать, то появляться вновь. Такое неожиданное и до сих пор толком не объясненное поведение нашего восприятия никак не связано с функциональной офтальмоголией, а скорее всего, напрямую связано с деятельностью мозга, поэтому я оставлю эту иллюзию без комментариев.

Напоследок я расскажу вам о жизненной оптической иллюзии, не связанной с хитро нарисованными картинками. В быту каждый день мы встречаем огромное количество людей, со многими из которых мы ведем длинные и короткие, нудные и интересные беседы. При разговоре с собеседником правила этикета, хорошего тона и банальной вежливости требуют смотреть прямо в глаза (ведь так?). Это несложно делать, когда вы общаетесь на обычном для беседы расстоянии. Но что, если речь об интимной беседе, когда лица собеседников находятся очень близко друг к другу? В какой глаз смотреть-то? Многие несознательно выбирают один глаз и не сводят своего взгляда с него. Мало кто смотрит между глаз на переносицу. Но большинство из нас на каком-то подсознательном уровне постоянно скачут взглядом с одного глаза собеседника на другой. Подобные скачкообразные и строго согласованные движения глаза, когда взгляд быстро по кратчайшей траектории переводится с одного объекта на другой, называются саккадами (от старинного французского слова, переводимого как “хлопок паруса”).

Интересно, что же видят наши глаза в момент такого движения. Между двумя статистическими образами, информация, проецирующиася на нашу сетчатку во время быстрого перевода взгляда, очень нечеткая и банально размазанная, т.к. время, необходимое для такого микродвижения заметно меньше требуемого для полноценного срабатывания нейрорецепторов, последующей обработки полученной информации и финального распознавания объектов. Понятное дело, та размазня, уловленная глазом, никакой полезной информации не несет. Мозгу это тоже понятно, поэтому включается режим саккадной маскировки, когда при таком движении глаз промежуточная бесполезная визуальная информация просто напросто не воспринимается нашим сознанием. Т.е. наш мозг осознанно и вполне оправданно игнорирует видимую глазами во время движения картинку.

Не очень понятно, да? Как все вышесказанное связано с практикой? Пояснить это можно очень просто. Вот тут – очень короткое двухсекундное видео, на котором видно “со стороны”, как происходит саккадное движение глаз, когда человек “скачет” по глазам собеседника.

А теперь встаньте к зеркалу поближе и посмотрите себе прямо в глаза. Ну в один из глаз. В самый любимый глаз. Потом быстро переведите взгляд на другой глаз, стараясь осмыслить общую картину, отображаемую в зеркале. А общая картинка – статична до безобразия. Вы чувствуете движения глаз, вы знаете наверняка, что ваши глазные яблоки заметным образом двигаются, но в зеркале вы видите анфасную фотографию себя любимого с предательски неподвижными глазами!

Я думаю, что тема зрительных иллюзий и оптических обманов – достаточно интересная, поэтому я постараюсь еще не раз вернуться к обсуждению нюансов визуального восприятия окружающего нас мира. Ну а на сегодня – все! И слон!