Стереоскопічний зір. Що таке стереоскопічний зір Зір людини двовимірний або тривимірний

У книзі відомого американського нейрофізіолога, лауреата Нобелівської премії, Узагальнено сучасні уявлення про те, як влаштовані нейронні структури зорової системи, включаючи кору головного мозку, і як вони переробляють зорову інформацію. За високого наукового рівня викладу книга написана простою, ясною мовою, чудово ілюстрована. Вона може служити навчальним посібникомз фізіології зору та зорового сприйняття.

Для студентів біологічних та медичних вузів, нейрофізіологів, офтальмологів, психологів, фахівців з обчислювальної технікита штучному інтелекту.

Книга:

<<< Назад

Вперед >>>

Механізм оцінки віддаленості, заснований на порівнянні двох сітчастих зображень, настільки надійний, що багато людей (якщо вони не психологи і не фахівці з фізіології зору) навіть не підозрюють про його існування. Щоб переконатися у важливості цього механізму, спробуйте протягом кількох хвилин вести автомобіль чи велосипед, грати в теніс чи покататися на лижах, заплющивши одне око. Стереоскопи вийшли з моди і ви можете знайти їх тільки в антикварних магазинах. Проте більшість читачів дивилися стереоскопічні фільми (коли глядачеві доводиться надягати спеціальні очки). Принцип дії як стереоскопа, так і стереоскопічних окулярів ґрунтується на використанні механізму стереопсису.

Зображення на сітківках двовимірні, а тим часом бачимо світ тривимірним. Вочевидь, що як людини, так тварин важлива здатність визначати відстань до об'єктів. Так само сприйняття тривимірної форми предметів означає оцінку відносної глибини. Розглянемо як простого прикладукруглий предмет. Якщо він розташований похило по відношенню до лінії погляду, його зображення на сітківках буде еліптичним, проте зазвичай ми легко сприймаємо такий предмет як круглий. Для цього потрібна здатність до сприйняття глибини.

Людина має багато механізмів оцінки глибини. Деякі з них настільки очевидні, що навряд чи заслуговують на згадку. Проте я їх згадаю. Якщо приблизно відома величина об'єкта, наприклад у разі таких об'єктів, як людина, дерево чи кішка, можна оцінити відстань до нього (щоправда, є ризик помилитися, якщо ми зіштовхнемося з карликом, карликовим деревом чи левом). Якщо один предмет розташований попереду іншого і частково його заступає, ми сприймаємо передній об'єкт як розташований ближче. Якщо взяти проекцію паралельних ліній, наприклад залізничних рейок, що йдуть в далечінь, то в проекції вони зближуватимуться. Це приклад перспективи – дуже ефективного показника глибини. Випукла ділянка стіни здається світлішою у верхній своїй частині, якщо джерело світла розташоване вище (зазвичай джерела світла і знаходяться вгорі), а заглиблення в її поверхні, якщо воно висвітлюється зверху, здається у верхній частині темнішим. Якщо джерело світла помістити внизу, то опуклість буде виглядати як поглиблення, а поглиблення - як опуклість. Важливою ознакоювіддаленості служить паралакс руху- уявне відносне зміщення близьких і більш далеких предметів, якщо спостерігач рухатиме головою вліво і вправо або вгору і вниз. Якщо якийсь твердий предмет повертається, навіть на невеликий кут, то відразу ж виявляється його тривимірна форма. Якщо ми фокусуємо кришталик нашого ока на близько розташованому предметі, то більш віддалений предмет буде не у фокусі; в такий спосіб, змінюючи форму кришталика, тобто. змінюючи акомодацію ока (див. гл. 2 і 6), ми маємо можливість оцінювати віддаленість предметів. Якщо змінювати відносний напрямок осей обох очей, зводячи їх або розводячи (здійснюючи конвергенцію або дивергенцію), можна звести разом два зображення предмета і утримувати їх у цьому положенні. Таким чином, керуючи або кришталиком, або положенням очей, можна оцінити віддаленість об'єкта. На цих принципах засновані конструкції ряду далекомірів. За винятком конвергенції та дивергенції, всі інші показники віддаленості, перераховані досі, є монокулярними. Найбільш важливий механізм сприйняття глибини – стереопсис – залежить від спільного використання двох очей. При розгляді будь-якої тривимірної сцени два ока формують кілька різних зображень на сітківці. Ви легко можете в цьому переконатися, якщо дивитися прямо вперед і швидко переміщатимете голову з боку в бік приблизно на 10 см або швидко закривати по черзі то одне, то інше око. Якщо перед вами об'єкт плоский, ви не помітите особливої ​​різниці. Однак, якщо сцена включає предмети на різній відстані від вас, ви помітите суттєві зміни у картині. У процесі стереопсису мозок порівнює зображення однієї й тієї сцени на двох сітківках і з великою точністю оцінює відносну глибину.

Припустимо, спостерігач фіксує поглядом деяку точку P. Це твердження еквівалентно тому, як ми скажемо: очі направляються в такий спосіб, щоб зображення точки опинилися у центральних ямках обох очей (F на рис. 103). Припустимо тепер, що Q - це інша точка простору, яка здається спостерігачеві розташованою на такій же глибині, що і P. Нехай Q L і Q R - зображення точки Q на сітківках лівого та правого ока. У цьому випадку точки Q L і Q R називають кореспондуючими точкамидвох сітківок. Очевидно, що дві точки, що збігаються із центральними ямками сітківок, будуть кореспондуючими. З геометричних міркувань ясно також, що точка Q", що оцінюється спостерігачем як розташована ближче, ніж Q, даватиме на сітківках дві проекції - Q" L і Q" R - в некореспондуючих точках, розташованих далі один від одного, ніж у тому випадку, якби ці точки були кореспондуючими (ця ситуація зображена в правій частині малюнка).Так само, якщо розглядати точку, розташовану далі від спостерігача, то виявиться, що її проекції на сітківках будуть розташовані ближче один до одного, ніж точки, що кореспондують. що сказано вище про кореспондуючі точки, - це частково визначення, а частково твердження, що випливають із геометричних міркувань.При розгляді цього питання враховується також психофізіологія сприйняття, оскільки спостерігач суб'єктивно оцінює, далі або ближче точки P розташований об'єкт. Введемо ще одне визначення. , які, подібно до точки Q (і, звичайно, точки P), сприймаються як рівновіддалені, лежать на гороптері- Поверхні, що проходить через точки P і Q, форма якої відрізняється як від площини, так і від сфери і залежить від нашої здатності оцінювати віддаленість, тобто. від нашого мозку. Відстань від центральної ямки F до проекцій точки Q (Q L і Q R) близькі, але не рівні. Якби вони завжди були рівні, то лінія перетину гороптера з горизонтальною площиною була б коло.

Мал. 103. Зліва:якщо спостерігач дивиться на точку P, два її зображення (проекції) потрапляють на центральні ямки двох очей (точки F). Q - точка, яка, за оцінкою спостерігача, знаходиться на такій самій відстані від нього, що і P. У цьому випадку кажуть, що дві проекції точки Q (Q L і Q R) потрапляють до кореспондуючих точок сітківок. (Поверхня, складену з усіх точок Q, які здаються на однаковій відстані від спостерігача, такій, як точка P, називають гороптером, що проходить через точку P). Праворуч:якщо точка Q" знаходиться ближче до спостерігача, ніж Q, то її проекції на сітківках (Q" L і Q" R) відстоятимуть один від одного по горизонталі далі, ніж якби вони знаходилися в точках, що кореспондують. Якби точка Q" знаходилася далі, то проекції Q L і Q R виявилися б зрушеними по горизонталі ближче один до одного.

Припустимо тепер, що ми фіксуємо поглядом деяку точку в просторі і що в цьому просторі розташовані два точкові джерела світла, які дають проекцію на кожній сітківці у вигляді світлової точки, причому ці точки не кореспондують: відстань між ними дещо більше,ніж між кореспондуючими точками. Будь-яке таке відхилення від положення точок, що кореспондують, ми будемо називати диспаратністю.Якщо це відхилення в горизонтальному напрямку не перевищує 2 ° (0,6 мм на сітківці), а по вертикалі не більше кількох кутових хвилин, то ми візуально сприйматимемо одиночну точку в просторі, розташовану ближче, ніж та, яку ми фіксуємо. Якщо ж відстані між проекціями точки будуть не більшими, а менше,ніж між кореспондуючими точками, то дана точка здаватиметься розташованою далі, ніж точка фіксації. Нарешті, в тому випадку, якщо вертикальне відхилення буде перевищувати кілька кутових хвилин або горизонтальне буде більше 2 °, то ми побачимо дві окремі точки, які, можливо, здадуться розташованими далі або ближче точки фіксації. Ці експериментальні результати ілюструють основний принцип стереосприйняття, вперше сформульований в 1838 сером Ч. Уітстоном (який також винайшов прилад, відомий в електротехніці як «місток Уітстона»).

Здається майже неймовірним, що до цього відкриття жодна людина, мабуть, не усвідомлювала того, що наявність ледь помітних відмінностей у зображеннях, що проектуються на сітківки двох очей, може призводити до виразного враження глибини. Такий стереоефект може продемонструвати за кілька хвилин будь-яка людина, здатна довільно зводити або розводити осі своїх очей, або той, хто має олівець, шматок паперу і кілька невеликих дзеркал або призм. Незрозуміло, як пройшли повз це відкриття Евклід, Архімед і Ньютон. У своїй статті Вітстон зазначає, що Леонардо да Вінчі був дуже близьким до відкриття цього принципу. Леонардо вказував, що куля, розташована перед якоюсь просторовою сценою, видно кожним оком по-різному - лівим оком ми трохи далі бачимо її лівий бік, а правим оком – праву. Далі Вітстон зазначає, що якби замість кулі Леонардо вибрав куб, то він, безумовно, помітив би, що його проекції для різних очейрізні. Після цього він міг би, як і Вітстон, зацікавитися тим, що буде, якщо спеціально спроектувати два подібні зображення на сітківки двох очей.

Важливим фізіологічним фактом є те, що відчуття глибини (тобто можливість «безпосередньо» бачити, далі чи ближче точки фіксації розташований той чи інший об'єкт) виникає у тих випадках, коли два сітчасті зображення дещо зміщені відносно один одного в горизонтальному напрямку – розсунуті або, навпаки, зближені (якщо це зміщення не перевищує приблизно 2°, а вертикальне зсув близько до нуля). Це, зрозуміло, відповідає геометричним співвідношенням: якщо стосовно деякої точки відліку відстані об'єкт розташований ближче чи далі, його проекції на сітківках будуть розсунуті чи зближені по горизонталі, тоді як істотного вертикального зміщення зображень не відбудеться.

На цьому і заснована дія стереоскопа, винайденого Уїтстоном. Стереоскоп протягом приблизно півстоліття був настільки популярний, що був майже в кожному будинку. Той самий принцип лежить в основі стереокіно, яке ми зараз дивимося, використовуючи для цього спеціальні поляроїдні окуляри. У початковій конструкції стереоскопа спостерігач розглядав два зображення, поміщені в ящик, за допомогою двох дзеркал, які були розташовані таким чином, що кожне око бачило лише одне зображення. Для зручності тепер часто використовують призми та лінзи, що фокусують. Два зображення ідентичні у всьому, крім невеликих горизонтальних зсувів, які й справляють враження глибини. Будь-який може виготовити фотографію, придатну для використання у стереоскопі, якщо вибере якийсь нерухомий об'єкт (або сцену), зробить знімок, а потім зрушить фотоапарат на 5 сантиметрів праворуч або ліворуч і зробить другий знімок.

Не всі мають здатність сприймати глибину за допомогою стереоскопа. Ви можете легко перевірити свій стереопсис, якщо скористаєтеся стереопарами, наведеними на рис. 105 та 106. Якщо у вас є стереоскоп, ви можете зробити копії зображених тут стереопар і вставити їх у стереоскоп. Ви також можете помістити тонкий шматок картону перпендикулярно між двома зображеннями з однієї стереопари і спробувати дивитися кожним оком на своє зображення, встановивши очі паралельно, якби ви дивилися вдалину. Можна також навчитися зводити і розводити очі за допомогою пальця, помістивши його між очима та стереопарою і пересуваючи вперед або назад, поки зображення не зіллються, після чого (це найважче) ви зможете розглядати злите зображення, намагаючись, щоб воно не розділилося на два. Якщо у вас це вийде, то відносини глибини, що здаються, будуть протилежні тим, які сприймаються при використанні стереоскопа.

Мал. 104. А.Стереоскоп Вітстон. Б.Схема стереоскопа Уїтстона, складена ним самим. Спостерігач сидить перед двома дзеркалами (А і А"), поставленими під кутом 40 ° до напрямку його погляду, і дивиться на дві поєднані в поле зору картинки - Е (правим оком) та Е" (лівим оком). У створеному пізніше більше простому варіантідві картинки поміщаються поруч так, що відстань між їхніми центрами приблизно дорівнює відстані між очима. Дві призми відхиляють напрям погляду отже при належної конвергенції ліве око бачить ліве зображення, а праве око - праве зображення. Ви можете спробувати обійтися без стереоскопа, уявивши собі, що дивіться на дуже віддалений предмет очима, осі яких встановлено паралельно одне одному. Тоді ліве око дивитиметься на ліве зображення, а праве – на праве.

Навіть якщо вам не вдасться повторити досвід із сприйняттям глибини - чи через те, що у вас немає стереоскопа, чи тому, що ви не можете довільно зводити і розводити осі очей, - ви все-таки зможете зрозуміти суть справи, хоча не отримаєте задоволення від стереоефекту.

У верхній стереопарі на рис. 105 у двох квадратних рамках є по невеликому кухлі, один з яких зміщений трохи вліво від центру, а інший - трохи вправо. Якщо розглядати цю стереопару двома очима, використовуючи стереоскоп або інший метод поєднання зображень, то ви побачите кружок не в площині листа, а попереду на відстані близько 2,5 см. Якщо так само розглядати нижню стереопару на рис. 105, то кружок буде видно за площиною листа. Ви сприймаєте становище гуртка таким чином тому, що на сітківки ваших очей потрапляє в точності така ж інформація, як коли б гурток справдізнаходився попереду чи позаду площини рамки.

Мал. 105. Якщо верхню стереопару вставити в стереоскоп, то кружок виглядатиме розташованим попереду площини рамки. У нижній стереопарі він розташовуватиметься позаду площини рамки. (Ви можете зробити такий досвід без стереоскопа, шляхом конвергенції або дивергенції очей; для більшості людей конвергенція легша. Для полегшення завдання можна взяти шматок картону і поставити його між двома зображеннями стереопари. Спочатку ця вправа може здатися вам складною і стомливою; не старайтеся; При конвергенції очей на верхній стереопарі кружечок буде видно далі площини, а на нижній - ближче).

У 1960 році Бела Юлєш з фірми Bell Telephone Laboratories вигадав дуже корисну і витончену методику для демонстрації стереоефекту. Зображення представлене на рис. 107 на перший погляд здається однорідною випадковою мозаїкою з маленьких трикутничків. Так воно і є, за винятком того, що в центральній частині є прихований трикутник більшого розміру. Якщо ви розглядатимете це зображення за допомогою двох шматочків кольорового целофану, поміщених перед очима, - червоного перед одним оком і зеленого перед іншим, то ви повинні побачити в центрі трикутник, що виступає з площини листа вперед, як у попередньому випадку з маленьким кружком на стереопарах . (Можливо, вперше вам доведеться дивитися хвилину або близько цього, поки не виникне стереоефект.) Якщо поміняти шматки целофану місцями, станеться інверсія глибини. Цінність цих стереопар Юліша полягає в тому, що якщо у вас порушено стереосприйняття, то ви не побачите трикутника попереду або позаду навколишнього фону.

Мал. 106. Ще одна стереопара.

Підсумовуючи, можна сказати, що наша здатність відчувати стереоефект залежить від п'яти умов:

1. Є багато непрямих ознак глибини - часткове заслонення одних предметів іншими, паралакс руху, обертання предмета, відносні розміри, відкидання тіней, перспектива. Однак найпотужнішим механізмом є стереопсис.

2. Якщо ми фіксуємо поглядом якусь точку у просторі, то проекції цієї точки потрапляють у центральні ямки обох сітківок. Будь-яка точка, яка оцінюється як розташована на тій самій відстані від очей, що і точка фіксації, утворює дві проекції в точках кореспондують сітківок.

3. Стереоефект визначається простим геометричним фактом - якщо деякий об'єкт знаходиться ближче точки фіксації, то дві його проекції на сітківках виявляються далі один від одного, ніж кореспондуючі точки.

4. Головний висновок, заснований на результатах експериментів з випробуваними, полягає в наступному: об'єкт, проекції якого на сітківках правого та лівого ока потрапляють на кореспондуючі точки, сприймається як розташований на тій самій відстані від очей, що і точка фіксації; якщо проекції цього об'єкта розсунуті в порівнянні з кореспондуючими точками, об'єкт здається розташованим ближче за точку фіксації; якщо вони, навпаки, зближені, об'єкт здається розташованим далі точки фіксації.

5. При горизонтальному зміщенні проекцій більше ніж на 2° або вертикальному зміщенні більше кількох кутових хвилин виникає двоїння.

Мал. 107. Щоб отримати це зображення, зване анагліфом,Бела Юлес спочатку збудував дві системи випадково розташованих маленьких трикутників; вони відрізнялися тільки тим, що 1) в одній системі були червоні трикутники на білому тлі, а в іншій – зелені на білому тлі; 2) у межах великої трикутної зони (поблизу центру малюнка) всі зелені трикутники дещо зміщені вліво проти червоними. Після цього дві системи поєднуються, але з невеликим зрушенням, тому самі трикутники не накладаються один на одного. Якщо на отримане зображення дивитися через зелений фільтр із целофану, то будуть видно лише червоні елементи, а якщо через червоний фільтр – лише зелені. Якщо перед одним оком помістити зелений фільтр, а перед іншим - червоний, то ви побачите великий трикутник, що виступає приблизно на 1 см перед сторінкою. У разі зміни фільтрів місцями трикутник буде видно за площиною сторінки.

<<< Назад

Вперед >>>

30-09-2011, 10:29

Опис

Мозолисте тіло являє собою потужний пучок мієлінізованих волокон, що з'єднують дві півкулі мозку. Стереоскопічний зір (стереопсис) – це здатність сприймати глибину простору та оцінювати віддаленість предметів від очей. Ці дві речі не особливо тісно пов'язані один з одним, проте відомо, що невелика частина волокон мозолистого тіла все ж таки відіграє деяку роль у стереопсисі. Виявилося зручним включити обидві ці теми в один розділ, так як при їх розгляді доведеться враховувати ту саму особливість пристрою зорової системи, а саме те, що в хіазмі є як перехрещені, так і неперехрещені волокна зорового нерва.

Мозолисте тіло

Мозолисте тіло (латиною corpus callosum) - це найбільший пучок нервових волокон у всій нервовій системі. За наближеною оцінкою у ньому налічується близько 200 млн. аксонів. Справжнє число волокон, ймовірно, ще більше, тому що наведена оцінка заснована на даних звичайної світлової, а не електронної мікроскопії.

Це число незрівнянно з числом волокон у кожному зоровому нерві (1,5 млн.) та у слуховому нерві (32 000). Площа поперечного перерізу мозолистого тіла становить близько 700 мм у квадраті, тоді як у зорового нерва вона не перевищує кількох квадратних міліметрів. Мозолисте тіло разом із тонким пучком волокон, званим передньою комісурою, з'єднує дві півкулі мозку (рис. 98 та 99).

Термін комісураозначає сукупність волокон, що з'єднують дві гомологічні нервові структури, розташовані в лівій та правій половинах головного або спинного мозку. Мозолисте тіло теж іноді називають великою комісурою мозку.

Приблизно до 1950 роль мозолистого тіла була зовсім невідома. У поодиноких випадках спостерігається вроджена відсутність ( аплазія) мозолистого тіла. Це утворення може бути частково або повністю перерізане під час нейрохірургічної операції, що робиться навмисно - в одних випадках при лікуванні епілепсії (щоб судомний розряд, що виникає в одній півкулі мозку, не міг поширитися на іншу півкулю), в інших випадках для того, щоб дістатись зверху до глибоко розташованої пухлини (якщо, наприклад, пухлина перебуває у гіпофізі). За спостереженнями невропатологів і психіатрів, після такого роду операцій немає ніяких розладів психіки. Хтось навіть висловив думку (хоча навряд чи всерйоз), що єдина функція мозолистого тіла полягає в тому, щоб утримувати дві півкулі мозку разом. Аж до 1950-х років мало що було відомо про деталі розподілу зв'язків у мозолистому тілі. Очевидно було, що мозолисте тілоз'єднує дві півкулі, і на підставі даних, отриманих досить грубими нейрофізіологічними методами, вважали, що в стриарной корі волокна мозолистого тіла пов'язують точно симетричні ділянки двох півкуль.

У 1955 році Рональд Майєрс, аспірант психолога Роджера Сперрі з університету Чикаго, вперше провів експеримент, в якому вдалося виявити деякі функції цього величезного волокнистого тракту. Майєрс займався навчанням кішок, поміщених у ящик з двома поставленими поруч екранами, на які можна було проектувати різні зображення, наприклад, коло на один екран і квадрат - на інший. Кішку навчали упиратися носом у той екран, на якому було зображення кола, та ігнорувати інший – із зображенням квадрата. Правильні відповіді підкріплювалися їжею, а за помилкові відповіді кішок трохи карали - включався гучний дзвінок, і кішку не грубо, але рішуче відтягували від екрану. Таким способом за кілька тисяч повторень кішку вдається довести до рівня надійного розрізнення фігур. (Кішки навчаються повільно; наприклад, голубам для навчання в аналогічному завданні потрібно від кількох десятків до кількох сотень повторень, а людину взагалі можна навчити відразу, давши їй словесну інструкцію. Така різниця здається дещо дивною - адже у кішки головний мозок у багато разів більший, ніж у голуба.)

Немає нічого дивного в тому, що кішки Майєрса навчалися нічим не гірше вирішувати це завдання і в тому випадку, коли одне око тварини було закрите маскою. Не дивно і те, що якщо навчання такому завданню, як вибір трикутника або квадрата, проводилося лише з одним відкритим оком - лівим, а при перевірці ліве око закривали і відкривали праве, то точність розрізнення залишалася незмінною. Нас це не дивує тому, що ми легко можемо вирішити аналогічне завдання. Легкість вирішення подібних завдань зрозуміла, якщо врахувати анатомію зорової системи. Кожна півкуля отримує вхідні сигнали від обох очей. Як ми вже говорили в статті, більшість клітин у полі 17 теж має входи від обох очей. Майєрс створив більше цікаву ситуацію, Здійснивши поздовжню перерізку хіазми по середній лінії. Таким чином, він перерізав волокна, що перехрещуються, і зберіг у цілості неперехрещувані (ця операція вимагає від хірурга певного навички). В результаті такої перерізки ліве око тварини виявилося з'єднане тільки з лівою півкулею, а праве - тільки з правим.

Ідея експериментуполягала в тому, щоб навчати кішку, використовуючи ліве око, а на екзамені адресувати стимул правому оку. Якщо кішка зможе правильно вирішувати завдання, то це означатиме, що необхідна інформація передається з лівої півкулі у праве єдиним відомим шляхом - через мозолисте тіло. Отже, Майєрс зробив поздовжню перерізку хіазми, навчив кішку з одним відкритим оком, а потім влаштував перевірку, відкривши інше око і закривши перше. У цих умовах кішки, як і раніше, успішно вирішували завдання. Нарешті, Майєрс повторив експеримент на тваринах, у яких попередньо було перерізано і хіазму, і мозолисте тіло. На цей раз кішки завдання не вирішили. Таким чином, Майєрс досвідченим шляхом встановив, що мозолисте тіло дійсно виконує якісь функції (хоча навряд чи можна було думати, що воно існує тільки для того, щоб окремі люди або тварини з перерізаною зоровою хіазмою могли вирішувати певні завдання з використанням одного ока після навчання із використанням іншого).

Вивчення фізіології мозолистого тіла

Одне з перших нейрофізіологічних досліджень у цій галузі було проведено через кілька років після експериментів Майєрса Д. Віттеріджем, який тоді працював в Единбурзі. Віттерідж розсудив, що немає особливого сенсу в тому, щоб пучки нервових волокон з'єднували гомологічні дзеркально-симетричні ділянки полів 17. Дійсно, не видно жодних причин для того, щоб нервова клітинау лівій півкулі, пов'язана з якимись точками у правій половині поля зору, з'єднувалася з клітиною у правій півкулі, пов'язаною із симетричною ділянкою лівої половини поля зору. Для перевірки своїх припущень Віттерідж перерізав зоровий тракт на правій стороні мозку за хіазмою і тим самим перекрив вхідним сигналам шлях у праву потиличну частку; але це, звичайно, не виключало передачу туди сигналів із лівої потиличної часткичерез мозолисте тіло (рис. 100).

Потім Віттерідж став включати світловий стимул та реєструвати металевим електродом. електричну активністьз поверхні кори. Він дійсно отримав у своєму досвіді відповіді, однак вони виникали тільки на внутрішній межі поля 17, тобто в зоні, що отримує вхідні сигнали від довгої, вузької вертикальної смужки в середині поля зору: при стимуляції маленькими цятками світла відповіді з'являлися тільки тоді, коли світло спалахував на вертикальній середній лінії або поблизу неї. Якщо кору протилежної півкулі охолоджували, цим тимчасово пригнічуючи її функцію, відповіді припинялися; до цього приводило і охолодження мозолистого тіла. Тоді стало ясно, що мозолисте тіло не може пов'язувати все поле лівої 17 півкулі з усім полем 17 правої півкулі, а пов'язує тільки невеликі ділянки цих полів, де знаходяться проекції вертикальної лінії в середині поля зору.

Такий результат можна було передбачити з низки анатомічних даних.Тільки одна ділянка поля 17, розташована дуже близько до кордону з полем 18, посилає аксони через мозолисте тіло в іншу півкулю, і більшість їх, мабуть, закінчується в полі 18 біля кордону з полем 17. Якщо ми припустимо, що входи в кору від НКТ точно відповідають контралатеральним частинам поля зору (а саме ліве напівполе відображається в корі правої півкулі, а праве - в корі лівої), то наявність зв'язків між півкулями через мозолисте тіло має призводити до того, що кожна півкуля отримуватиме сигнали від області дещо більшою, ніж половина поля зору. Іншими словами, за рахунок зв'язків через мозолисте тіло відбудеться перекриття напівполів, що проектуються у дві півкулі. Саме це ми виявили. За допомогою двох електродів, введених в область кори біля межі полів 17 і 18 в кожній півкулі, нам нерідко вдавалося реєструвати активність клітин, рецептивні поля яких взаємно перекривалися на кілька кутових градусів.

Т. Візел і я незабаром зробили мікроелектродні відведення безпосередньо від тієї зони мозолистого тіла (в самій задній частині), де є волокна, пов'язані з зорової системою. Ми знайшли, що майже всі волокна, які ми могли активувати зоровими стимулами, відповідали точно так, як і звичайні нейрони поля 17, тобто виявляли властивості як простих, так і складних клітин, вибірково чутливих до орієнтації стимулу і зазвичай відповідали на стимуляцію обох очей. У всіх цих випадках рецептивні поля розташовувалися дуже близько до середньої вертикалі нижче або вище (або рівні) точки фіксації, як показано на рис. 101.

Мабуть, найбільш витонченою нейрофізіологічною демонстрацією ролі мозолистого тіла стала робота Дж. Берлуккі та Дж. Ріццолатті з Пізи, виконана в 1968 році. Перерізавши зорову хіазму по середній лінії, вони реєстрували відповіді у полі 17 поблизу кордону з полем 18, відшукуючи ті клітини, які могли активуватися бінокулярно. Зрозуміло, що будь-яка бінокулярна клітина цієї області у правій півкулі повинна отримувати вхідні сигнали як прямо від правого ока (через НКТ), так і від лівого ока та лівої півкулі через мозолисте тіло. Як з'ясувалося, рецептивне поле кожної бінокулярної клітини захоплювало середню вертикаль сітківки, причому та його частина, що відноситься до лівої половини поля зору, доставляла інформацію від правого ока, а та, що заходить у праву половину - від лівого ока. Інші властивості клітин, досліджені у цьому експерименті, включаючи орієнтаційну вибірковість, виявилися ідентичними (рис. 102).

Отримані результати ясно показали, що мозолисте тіло пов'язує клітини один з одним таким чином, щоб їх рецептивні поля могли заходити праворуч і ліворуч від середньої вертикалі. Таким чином, воно склеює дві половини зображення навколишнього світу. Щоб краще собі це уявити, припустимо, що спочатку кора нашого мозку утворилася як одне ціле, не розділене на дві півкулі. У цьому випадку поле 17 мало вигляд одного безперервного шару, на який відображалося б все зорове поле. Тоді сусідні клітини для реалізації таких властивостей як, наприклад, чутливість до руху та орієнтаційна вибірковість, мали б мати, зрозуміло, складну системувзаємних зв'язків. Тепер уявимо, що «конструктор» (чи то бог, чи, скажімо, природний відбір) вирішив, що так далі залишати не можна - відтепер половина всіх клітин повинна утворити одну півкулю, а інша половина - іншу півкулю.

Що тоді потрібно зробити з усім безліччю міжклітинних зв'язків, якщо дві сукупності клітин мають тепер відсунутися одна від одної?

Очевидно, можна легко розтягнути ці зв'язки, утворивши їх частина мозолистого тіла. Для того щоб усунути затримку при передачі сигналів таким довгим шляхом (у людини приблизно 12-15 сантиметрів), потрібно збільшити швидкість передачі, забезпечивши волокна мієлінової оболонкою. Зрозуміло, насправді нічого такого у процесі еволюції не відбувалося; задовго до того, як виникла кора, мозок вже мав дві окремі півкулі.

Експеримент Берлуккі та Ріццолатті, на мій погляд, дав одне з найяскравіших підтверджень дивовижної специфічності нейронних зв'язків. Клітина показана на рис. 108 (біля кінчика електрода) і, ймовірно, мільйон інших подібних клітин, з'єднаних через мозолисте тіло, набувають свою орієнтаційну вибірковість як за рахунок локальних зв'язків із сусідніми клітинами, так і за рахунок зв'язків, що йдуть через мозолисте тіло з іншої півкулі від клітин з такою ж орієнтаційної чутливістю і подібним розташуванням рецептивних полів (сказане відноситься і до інших властивостей клітин, таким як дирекціональна специфічність, здатність реагувати на кінці ліній, а також складність).

Кожна з клітин зорової кори, що мають зв'язки через мозолисте тіло, повинна отримувати вхідні сигнали від клітин іншої півкулі з такими самими властивостями. Ми знаємо безліч фактів, що вказують на вибірковість сполук у нервовій системі, але я думаю, що цей приклад – найяскравіший і переконливий.

Розглянуті вище аксониклітин зорової кори становлять лише невелику частку всіх волокон мозолистого тіла. На соматосенсорній корі проводилися експерименти з використанням аксонного транспорту, аналогічні до описаних у попередніх розділах дослідів з ін'єкцією радіоактивної амінокислоти в око. Їхні результати показують, що мозолисте тіло так само пов'язує ті ділянки кори, які активуються шкірними та суглобовими рецепторами, розташованими поблизу середньої лінії тіла на тулубі та голові, але не пов'язує кіркові проекції кінцівок.

Кожна область кори з'єднується з кількома чи навіть багатьма іншими областями кори тієї самої півкулі. Наприклад, первинна зорова кора пов'язана з полем 18 (зорової зоною 2), з медіальною скроневою областю(зоною МТ), з зоною зорової 4 і ще з однією або двома областями. Багато ділянок кори мають також зв'язки з кількома областями іншої півкулі, що здійснюються через мозолисте тіло, а в деяких випадках – через передню комісуру.

Тому ми можемо розглядати ці комісуральнізв'язку просто як особливий вид кортико-кортикальних зв'язків. Легко збагнути, що про це свідчить такий простий приклад: якщо я кажу вам, що моя ліва рука відчуває холод або що я побачив щось ліворуч, то я формулюю слова, використовуючи свої кіркові мовні зони, що знаходяться в лівій півкулі (сказане, може бути, і не зовсім вірно, оскільки я шульга); інформація, що надходить від лівої половини поля зору або від лівої руки, передається в мою праву півкулю; потім відповідні сигнали повинні бути передані через мозолисте тіло в мовну зону кори іншої півкулі, щоб я міг сказати щось про свої відчуття. У серії робіт, розпочатих на початку 1960-х років, Р. Сперрі (зараз він працює в Каліфорнійському технологічному інституті) та його співробітники показали, що людина з перерізаним мозолистим тілом (для лікування епілепсії) втрачає здатність розповідати про ті події, інформація про які потрапляє у праву півкулю. Робота з такими піддослідними стала цінним джерелом нових відомостей про різні функції кори, включаючи мислення та свідомість. Перші статті з'явилися у журналі Brain; вони надзвичайно цікаві, і їх зможе легко зрозуміти кожен, хто прочитав справжню книгу.

Стереоскопічний зір

Механізм оцінки віддаленості, заснований на порівнянні двох сітчастих зображень, настільки надійний, що багато людей (якщо вони не психологи і не фахівці з фізіології зору) навіть не підозрюють про його існування. Щоб переконатися у важливості цього механізму, спробуйте протягом кількох хвилин вести автомобіль чи велосипед, грати в теніс чи покататися на лижах, заплющивши одне око. Стереоскопи вийшли з моди і ви можете знайти їх тільки в антикварних магазинах. Проте більшість читачів дивилися стереоскопічні фільми (коли глядачеві доводиться надягати спеціальні очки). Принцип дії як стереоскопа, так і стереоскопічних окулярів ґрунтується на використанні механізму стереопсису.

Зображення на сітківках двовимірні, а тим часом бачимо світ тривимірним. Вочевидь, що як людини, так тварин важлива здатність визначати відстань до об'єктів. Так само сприйняття тривимірної форми предметів означає оцінку відносної глибини. Розглянемо як простий приклад круглий предмет. Якщо він розташований похило по відношенню до лінії погляду, його зображення на сітківках буде еліптичним, проте зазвичай ми легко сприймаємо такий предмет як круглий. Для цього потрібна здатність до сприйняття глибини.

Людина має багато механізмів оцінки глибини.Деякі з них настільки очевидні, що навряд чи заслуговують на згадку. Проте я їх згадаю. Якщо приблизно відома величина об'єкта, наприклад у разі таких об'єктів, як людина, дерево чи кішка, можна оцінити відстань до нього (щоправда, є ризик помилитися, якщо ми зіштовхнемося з карликом, карликовим деревом чи левом). Якщо один предмет розташований попереду іншого і частково його заступає, ми сприймаємо передній об'єкт як розташований ближче. Якщо взяти проекцію паралельних ліній, наприклад залізничних рейок, що йдуть в далечінь, то в проекції вони зближуватимуться. Це приклад перспективи – дуже ефективного показника глибини.

Випукла ділянка стіни здається світлішою у верхній своїй частині, якщо джерело світла розташоване вище (зазвичай джерела світла і знаходяться вгорі), а заглиблення в її поверхні, якщо воно висвітлюється зверху, здається у верхній частині темнішим. Якщо джерело світла помістити внизу, то опуклість буде виглядати як поглиблення, а поглиблення - як опуклість. Важливою ознакою віддаленості служить паралакс руху - відносне зсув близьких і більш далеких предметів, якщо спостерігач рухатиме головою вліво і вправо або вгору і вниз. Якщо якийсь твердий предмет повертається, навіть на невеликий кут, то відразу ж виявляється його тривимірна форма. Якщо ми фокусуємо кришталик нашого ока на близько розташованому предметі, то більш віддалений предмет буде не у фокусі; таким чином, змінюючи форму кришталика, тобто змінюючи акомодацію ока, ми отримуємо можливість оцінювати віддаленість предметів.

Якщо змінювати відносний напрямок осей обох очей, зводячи їх чи розводячи(здійснюючи конвергенцію чи дивергенцію), можна звести разом два зображення предмета і утримувати в цьому положенні. Таким чином, керуючи або кришталиком, або положенням очей, можна оцінити віддаленість об'єкта. На цих принципах засновані конструкції ряду далекомірів. За винятком конвергенції та дивергенції, всі інші показники віддаленості, перераховані досі, є монокулярними. Найбільш важливий механізм сприйняття глибини – стереопсис – залежить від спільного використання двох очей.

При розгляді будь-якої тривимірної сцени два ока формують кілька різних зображень на сітківці. Ви легко можете в цьому переконатися, якщо дивитися прямо вперед і швидко переміщатимете голову з боку в бік приблизно на 10 см або швидко закривати по черзі то одне, то інше око. Якщо перед вами об'єкт плоский, ви не помітите особливої ​​різниці. Однак, якщо сцена включає предмети на різній відстані від вас, ви помітите суттєві зміни у картині. У процесі стереопсису мозок порівнює зображення однієї й тієї сцени на двох сітківках і з великою точністю оцінює відносну глибину.

Припустимо, спостерігач фіксує поглядом деяку точку Р. Це твердження еквівалентно тому, як ми скажемо: очі скеровуються в такий спосіб, щоб зображення точки опинилися у центральних ямках обох очей (F на рис. 103).

Припустимо тепер, що Q - це інша точка простору, яка здається спостерігачеві розташованою на такій же глибині, що і Р. Нехай Qlh Qr - зображення точки Q на сітківках лівого та правого ока. У цьому випадку точки QL і QR називають кореспондуючими точками двох сітківок. Очевидно, що дві точки, що збігаються із центральними ямками сітківок, будуть кореспондуючими. З геометричних міркувань ясно також, що точка Q", що оцінюється спостерігачем як розташована ближче, ніж Q, даватиме на сітківках дві проекції - і Q"R - в некореспондуючих точках, розташованих далі один від одного, ніж у тому випадку, якби ці точки були кореспондуючими (ця ситуація зображена у правій частині малюнка). Так само, якщо розглядати точку, розташовану далі від спостерігача, то виявиться, що її проекції на сітківках будуть розташовані ближче один до одного, ніж точки, що кореспондують.

Те, що сказано вище про кореспондуючі точки, - це частково визначення, а частково твердження, що випливають із геометричних міркувань. При розгляді цього питання враховується також психофізіологія сприйняття, оскільки спостерігач суб'єктивно оцінює, далі чи ближче від точки Р розташований об'єкт. Введемо ще одне визначення. Всі точки, які, подібно до точки Q (і, звичайно, точки Р), сприймаються як рівновіддалені, лежать на гороптері - поверхні, що проходить через точки Р і Q, форма якої відрізняється як від площини, так і від сфери і залежить від нашої здатності оцінювати віддаленість, тобто від нашого мозку. Відстань від центральної ямки F до проекцій точки Q (QL і QR) близькі, але не рівні. Якби вони завжди були рівні, то лінія перетину гороптера з горизонтальною площиною була б коло.

Припустимо тепер, що ми фіксуємо поглядом деяку точку в просторі і що в цьому просторі розташовані два точкові джерела світла, які дають проекцію на кожній сітківці у вигляді світлової точки, причому ці точки не кореспондують: відстань між ними дещо більша, ніж між точками, що кореспондують. . Будь-яке таке відхилення від положення точок, що кореспондують, ми будемо називати диспаратністю. Якщо це відхилення в горизонтальному напрямку не перевищує 2 ° (0,6 мм на сітківці), а по вертикалі не більше кількох кутових хвилин, то ми візуально сприйматимемо одиночну точку в просторі, розташовану ближче, ніж та, яку ми фіксуємо. Якщо відстані між проекціями точки будуть не більше, а менше, ніж між кореспондуючими точками, то дана точка здаватиметься розташованою далі, ніж точка фіксації. Нарешті, в тому випадку, якщо вертикальне відхилення буде перевищувати кілька кутових хвилин або горизонтальне буде більше 2 °, то ми побачимо дві окремі точки, які, можливо, здадуться розташованими далі або ближче точки фіксації. Ці експериментальні результати ілюструють основний принцип стереосприйняття, вперше сформульований в 1838 сером Ч. Уітстоном (який також винайшов прилад, відомий в електротехніці як «місток Уітстона»).

Здається майже неймовірним, що до цього відкриття жодна людина, мабуть, не усвідомлювала того, що наявність ледь помітних відмінностей у зображеннях, що проектуються на сітківки двох очей, може призводити до виразного враження глибини. Такий стереоефект можепродемонструвати за кілька хвилин будь-яка людина, здатна довільно зводити або розводити осі своїх очей, або той, хто має олівець, шматок паперу і кілька невеликих дзеркал або призм. Незрозуміло, як пройшли повз це відкриття Евклід, Архімед і Ньютон. У своїй статті Вітстон зазначає, що Леонардо да Вінчі був дуже близьким до відкриття цього принципу. Леонардо вказував, що куля, розташована перед якоюсь просторовою сценою, видно кожним оком по-різному - лівим оком ми трохи далі бачимо його ліву сторону, а правим оком - праву. Далі Вітстон зазначає, що якби замість кулі Леонардо вибрав куб, то він, безумовно, помітив би, що його проекції для різних очей різні. Після цього він міг би, як і Вітстон, зацікавитися тим, що буде, якщо спеціально спроектувати два подібні зображення на сітківки двох очей.

Важливим фізіологічним фактомє те, що відчуття глибини (тобто можливість «безпосередньо» бачити, далі чи ближче точки фіксації розташований той чи інший об'єкт) виникає в тих випадках, коли два сітчасті зображення дещо зміщені відносно один одного в горизонтальному напрямку - розсунуті або навпаки , Зближені (якщо тільки це зміщення не перевищує приблизно 2 °, а вертикальне зсув близько до нуля). Це, зрозуміло, відповідає геометричним співвідношенням: якщо стосовно деякої точки відліку відстані об'єкт розташований ближче чи далі, його проекції на сітківках будуть розсунуті чи зближені по горизонталі, тоді як істотного вертикального зміщення зображень не відбудеться.

На цьому і заснована дія стереоскопа, винайденого Уїтстоном. Стереоскоп протягом приблизно півстоліття був настільки популярний, що був майже в кожному будинку. Той самий принцип лежить в основі стереокіно, яке ми зараз дивимося, використовуючи для цього спеціальні поляроїдні окуляри. У початковій конструкції стереоскопа спостерігач розглядав два зображення, поміщені в ящик, за допомогою двох дзеркал, які були розташовані таким чином, що кожне око бачило лише одне зображення. Для зручності тепер часто використовують призми та лінзи, що фокусують. Два зображення ідентичні у всьому, крім невеликих горизонтальних зсувів, які й справляють враження глибини. Будь-який може виготовити фотографію, придатну для використання у стереоскопі, якщо вибере якийсь нерухомий об'єкт (або сцену), зробить знімок, а потім зрушить фотоапарат на 5 сантиметрів праворуч або ліворуч і зробить другий знімок.

Не всі мають здатність сприймати глибину за допомогою стереоскопа. Ви можете легко перевірити свій стереопсис, якщо скористаєтеся стереопарами, наведеними на рис. 105 та 106.

Якщо у вас є стереоскоп, ви можете зробити копії зображених тут стереопар і вставити їх у стереоскоп. Ви також можете помістити тонкий шматок картону перпендикулярно між двома зображеннями з однієї стереопари і спробувати дивитися кожним оком на своє зображення, встановивши очі паралельно, якби ви дивилися вдалину. Можна також навчитися зводити і розводити очі за допомогою пальця, помістивши його між очима та стереопарою і пересуваючи вперед або назад, поки зображення не зіллються, після чого (це найважче) ви зможете розглядати злите зображення, намагаючись, щоб воно не розділилося на два. Якщо у вас це вийде, то відносини глибини, що здаються, будуть протилежні тим, які сприймаються при використанні стереоскопа.

Навіть якщо вам не вдасться повторити досвід із сприйняттям глибини- чи через те, що у вас немає стереоскопа, або тому, що ви не можете довільно зводити і розводити осі очей, - ви все-таки зможете зрозуміти суть справи, хоча не отримаєте задоволення від стереоефекту.

У верхній стереопарі на рис. 105 у двох квадратних рамках є по невеликому кухлі, один з яких зміщений трохи вліво від центру, а інший - трохи вправо. Якщо розглядати цю стереопару двома очима, використовуючи стереоскоп або інший метод поєднання зображень, то ви побачите кружок не в площині листа, а попереду на відстані близько 2,5 см. Якщо так само розглядати нижню стереопару на рис. 105, то кружок буде видно за площиною листа. Ви сприймаєте положення гуртка таким чином тому, що на сітківки ваших очей потрапляє в точності така ж інформація, як коли б гурток дійсно знаходився попереду або позаду площини рамки.

У 1960 році Біла Юлішз фірми Bell Telephone Laboratories вигадав дуже корисну та витончену методику для демонстрації стереоефекту. Зображення представлене на рис. 107 на перший погляд здається однорідною випадковою мозаїкою з маленьких трикутничків.

Так воно і є, за винятком того, що в центральній частині є прихований трикутник більшого розміру. Якщо ви розглядатимете це зображення за допомогою двох шматочків кольорового целофану, поміщених перед очима, - червоного перед одним оком і зеленого перед іншим, то ви повинні побачити в центрі трикутник, що виступає з площини листа вперед, як у попередньому випадку з маленьким кружком на стереопарах . (Можливо, вперше вам доведеться дивитися хвилину або близько цього, поки не виникне стереоефект.) Якщо поміняти шматки целофану місцями, станеться інверсія глибини. Цінність цих стереопар Юліша полягає в тому, що якщо у вас порушено стереосприйняття, то ви не побачите трикутника попереду або позаду навколишнього фону.

Підсумовуючи, можна сказати, що наша здатність відчувати стереоефект залежить від п'яти умов:

1. Є багато непрямих ознак глибини - часткове заслонення одних предметів іншими, паралакс руху, обертання предмета, відносні розміри, відкидання тіней, перспектива. Однак найпотужнішим механізмом є стереопсис.

2. Якщо ми фіксуємо поглядом якусь точку у просторі, то проекції цієї точки потрапляють у центральні ямки обох сітківок. Будь-яка точка, яка оцінюється як розташована на тій самій відстані від очей, що і точка фіксації, утворює дві проекції в точках кореспондують сітківок.

3. Стереоефект визначається простим геометричним фактом - якщо деякий об'єкт знаходиться ближче точки фіксації, то дві його проекції на сітківках виявляються далі один від одного, ніж кореспондуючі точки.

4. Головний висновок, заснований на результатах експериментів з випробуваними, полягає в наступному: об'єкт, проекції якого на сітківках правого та лівого ока потрапляють на кореспондуючі точки, сприймається як розташований на тій самій відстані від очей, що і точка фіксації; якщо проекції цього об'єкта розсунуті в порівнянні з кореспондуючими точками, об'єкт здається розташованим ближче за точку фіксації; якщо вони, навпаки, зближені, об'єкт здається розташованим далі точки фіксації.

5. При горизонтальному зміщенні проекцій більше ніж на 2° або вертикальному зміщенні більше кількох кутових хвилин виникає двоїння.

Фізіологія стереоскопічного зору

Якщо ми хочемо знати, якими є мозкові механізми стереопсису, то найпростіше почати з питання: чи існують нейрони, реакції яких специфічно визначаються відносним горизонтальним зміщенням зображень на сітківках двох очей? Подивимося спочатку, як відповідають клітини нижніх рівнів зорової системи за одночасної стимуляції обох очей. Ми повинні почати з нейронів поля 17 або більше високого рівняоскільки гангліозні клітини сітківки явно монокулярні, а клітини зовнішнього колінчастого тіла, в якому входи від правого і лівого очей розподілені по різних шарах, теж можна вважати монокулярними - вони відповідають на стимуляцію або одного ока, або іншого, але не обох одночасно. У полі 17 приблизно половину нейронів складають бінокулярні клітини, що відповідають стимуляцію обох очей.

При ретельному тестуванні з'ясовується, що відповіді цих клітин, мабуть, мало залежить від відносного становища проекцій стимулів на сітківках двох очей. Розглянемо типову складну клітину, яка відповідає безперервним розрядом на рух стимульної смуги через її рецептивне поле у ​​тому чи іншому оці. При одночасної стимуляції обох очей частота розрядів цієї клітини вище, ніж при стимуляції одного ока, але зазвичай для відповіді такої клітини несуттєво, чи потрапляють в якийсь момент проекції стимулу точно в ті самі ділянки двох рецептивних полів.

Найкраща відповідь реєструється тоді, коли ці проекції входять і виходять із відповідних рецептивних полів двох очей приблизно одночасно; проте не так важливо, що з проекцій трохи випереджає іншу. На рис. 108 показана характерна крива залежності відповіді (наприклад, загальної кількості імпульсів у відповіді за одне проходження стимулу через рецептивне поле) від різниці у положенні стимулу на обох сітківках. Ця крива дуже близька до горизонтальної прямої, з чого ясно, що відносне становище стимулів на двох сітківках не дуже суттєве.

Клітина такого типу буде добре реагувати на лінію належної орієнтації незалежно від її віддаленості - відстань до лінії може бути більшою, рівною або меншою від відстані до точки фіксованою поглядом.

Порівняно з цією клітиною нейрони, відповіді яких представлені на рис. 109 і 110, дуже чутливі до відносного стану двох стимулів на двох сітківках, тобто чутливі до глибини.

Перший нейрон (рис. 109) найкраще відповідає тому випадку, якщо стимули потрапляють точно на кореспондуючі ділянки двох сітківок. Величина несуміщення стимулів по горизонталі (тобто диспаратність), коли він клітина вже перестає реагувати, становить деяку частку ширини її рецептивного поля. Тому клітина відповідає тоді і лише тоді, коли об'єкт знаходиться приблизно на такій відстані від очей, як і точка фіксації. Другий нейрон (рис. 110) відповідає лише тоді, коли об'єкт розташований далі від точки фіксації. Є також клітини, відповідальні лише тоді, коли стимул розташований ближче до цієї точки. При зміні ступеня диспаратності нейрони двох останніх типів називаються далекими клітинамиі ближніми клітинами, дуже різко змінюють інтенсивність своїх відповідей у ​​точці нульової диспаратності або поблизу неї. Нейрони всіх трьох типів (клітини, налаштовані на диспаратність) були виявлені в полі 17 мавпи.

Поки що не зовсім ясно, наскільки часто вони там зустрічаються, чи розташовані вони у певних шарах кори і чи перебувають у певних просторових відношеннях до колонок оководомінантності. Ці клітини дуже чутливі до відстані об'єкта від очей, що кодується як відносного становища відповідних стимулів на двох сітківках. Ще одна особливість цих клітин - те, що вони не відповідають на стимуляцію лише одного ока або ж відповідають, але дуже слабко. Всі ці клітини мають загальну властивість орієнтаційної вибірковості; наскільки нам відомо, вони подібні до звичайних складних клітин верхніх шарів кори, але мають ще додаткову властивість - чутливість до глибини. Крім того, ці клітини добре реагують на стимули, що рухаються, а іноді і на кінці ліній.

Дж. Поджо з медичної школи Джонса Гопкінса реєстрував відповіді таких клітин у полі 17 пильної мавпи з вживленими електродами, яка була попередньо навчена фіксувати поглядом певний об'єкт. У наркотизованих мавп такі клітини теж виявлялися в корі, але рідко зустрічалися в полі 17 і дуже часто - у полі 18. Я був би вкрай здивований, якби виявилося, що тварини та людина можуть стереоскопічно оцінювати відстані до об'єктів за допомогою трьох описаних вище. типів клітин – налаштованих на нульову диспаратність, «ближніх» та «далеких». Я скоріше очікував би знайти повний набір клітин для всіх можливих глибин. У мавп Піджо зустрічав також вузьконалаштовані клітини, які найкраще реагували не на нульову диспаратність, а на невеликі відхилення від неї; мабуть, у корі можуть бути специфічні нейрони для всіх ступенів диспаратності. Хоча ми досі не знаємо, як саме мозок «реконструює» сцену, що включає безліч різновидалених об'єктів (хоч би що ми розуміли під словом «реконструкція»), клітини начебто описаних вище, ймовірно, беруть участь у перших етапах цього процесу.

Деякі проблеми, пов'язані зі стереоскопічним зором

Під час вивчення стереопсисупсихофізики зіткнулися з низкою проблем. Виявилося, що обробка деяких бінокулярних стимулів відбувається в зоровій системі незрозумілими способами. Я міг би навести багато таких прикладів, але обмежуся лише двома.

Приклад стереопар, наведених на рис. 105, ми бачили, що зміщення двох ідентичних зображень (у даному випадкугуртків) у напрямку один до одного призводить до відчуття більшої близькості, а в напрямку один від одного - до відчуття більшої віддаленості. Припустимо тепер, що ми робимо одночасно обидві ці операції, для чого поміщаємо в кожну рамку по два кружки, розташовані один біля одного (рис. 111).

Очевидно, що розгляд такої стереопаримогло б призвести до сприйняття двох гуртків - одного ближче, а іншого далі за площину фіксації. Однак можна припустити й інший варіант: ми побачимо просто два кружки, що лежать поряд у площині фіксації. Справа в тому, що цим двом просторовим ситуаціям відповідають однакові зображення на сітківках. Насправді дана пара стимулів може бути сприйнята лише як два кружки в площині фіксації, в чому легко переконатися, якщо будь-яким способом досягти злиття квадратних рамок на рис. 111.

Так само можна уявити собі ситуацію, коли ми розглядаємо два ланцюжки зі знаків х, скажімо, по шість знаків у ланцюжку. Якщо розглядати їх у стереоскоп, то в принципі можна сприйняти будь-яку з ряду можливих конфігурацій залежно від того, який знак х з лівого ланцюжка зіллється з певним знаком х у правому ланцюжку. Насправді жЯкщо ми будемо розглядати таку стереопару в стереоскоп (або іншим способом, що створює стереоефект), то завжди побачимо шість знаків х у площині фіксації. Ми досі не знаємо, як мозок дозволяє цю неоднозначність і вибирає найпростішу з усіх можливих комбінацій. Через такого роду неоднозначностей важко навіть уявити, як нам вдається сприймати об'ємну сцену, що включає безліч гілок різної величини, що знаходяться на різних відстанях від нас. Правда, фізіологічні дані підказують, що завдання, можливо, не таке важке, оскільки різні гілки швидше за все матимуть різну орієнтацію, а ми вже знаємо, що клітини, які беруть участь у стереопсисі, завжди бувають орієнтаційно-виборчими.

Другий приклад непередбачуваності бінокулярних ефектів,що має відношення до стереопсису, - це так звана боротьба полів зору, про яку ми згадуємо також у розділі про косоокість (гл. 9). Якщо на сітківках правого і лівого ока створюються зображення, що дуже сильно розрізняються, то часто одне з них перестає сприйматися. Якщо ви дивитися лівим оком на решітку з вертикальних ліній, а правим оком - на решітку з горизонтальних ліній (рис. 112; можна користуватися стереоскопом або конвергенцією очей), то, здавалося б, слід очікувати, що ви побачите сітку з ліній, що перетинаються.

Однак насправді майже неможливо побачити обидва набори ліній одночасно. Видно чи той, чи інший, причому кожен із новачків - лише протягом кількох секунд, після чого він зникає і з'являється інший. Іноді можна також побачити як би мозаїку з цих двох зображень, в якій окремі однорідні ділянки будуть переміщатися, зливатися або розділятися, а орієнтація ліній в них буде змінюватися (див. рис. 112, внизу). З якоїсь причини нервова система не може сприймати різні стимули одночасно в тому самому ділянці поля зору, і вона пригнічує переробку одного з них.

Слово « пригнічуватими використовуємо тут просто як інший опис того ж феномена: насправді ми не знаємо, як здійснюється таке придушення і на якому рівні центральної нервової системи воно відбувається. Мені здається, мозаїчний характер сприйманого образу при боротьбі полів зору дозволяє припустити, що «прийняття рішень» у цьому процесі відбувається на ранніх етапах переробки зорової інформації, можливо, у полі 17 або 18. (Я радий, що мені не потрібно захищати це припущення .)

Феномен боротьби полів зору означає, Що в тих випадках, коли зорова система не може об'єднати зображення на двох сітківках (у плоску картину, якщо зображення однакові, або в тривимірну сцену, якщо є лише невелика горизонтальна диспаратність), вона просто відкидає один із образів - або повністю, коли, наприклад, ми дивимося в мікроскоп, тримаючи друге око відкритим, або частково або на якийсь час, як у прикладі, описаному вище. У ситуації з мікроскопом істотну роль відіграє увагу, але нейронні механізми, що лежать в основі такого перемикання уваги, також невідомі.

Ще один приклад боротьби полів зору ви можете спостерігати, якщо просто розглядатимете якусь багатобарвну сцену або картину через окуляри з червоним і зеленим світлофільтрами. Враження різних спостерігачів у цьому випадку можуть бути дуже різними, проте більшість людей (у тому числі і я) відзначає переходи від загального червоного тону до зеленого і назад, але без жовтого кольору, який виходить при звичайному змішуванні червоного світла із зеленим.

Стереосліпота

Якщо людина сліпий на одне око, то очевидно, що вона не матиме стереоскопічного зору.Однак його немає і в деякої частини людей, зір яких у решті відносин нормально. Дивно те, що частка таких людей не надто мала. Так, якщо показати стереопари на зразок тих, що наводилися на рис. 105 і 106, сотні студентів-випробуваних (застосовуючи поляроїди та поляризоване світло), то зазвичай виявляється, що чотири або п'ять з них не можуть досягти стереоефекту.

Нерідко це дивує їх самих, оскільки у повсякденних умовах вони не відчувають жодних незручностей. Останнє може здатися дивним будь-кому, хто заради експерименту намагався керувати автомобілем, заплющивши одне око. Очевидно, відсутність стереопсису досить добре компенсується використанням інших ознак глибини, таких як паралакс руху, перспектива, часткове закриття одних предметів іншими тощо. У розділі 9 ми розглянемо випадки вродженої косоокості, коли очі довгий часпрацюють неузгоджено. Це може призводити до порушення зв'язків у корі, що забезпечують бінокулярну взаємодію, і в результаті – до втрати стереопсису. Косоокість зустрічається не так вже й рідко, і навіть слабка його ступінь, яка може залишитися непоміченою, в деяких випадках, ймовірно, буває причиною стереосліпоти. В інших випадках порушення стереопсису, подібно до колірної сліпоти, може бути спадковим.

Оскільки в цьому розділі йшлося і про мозолисте тіло, і про стереоскопічний зір, я скористаюся нагодою сказати дещо про зв'язок цих двох речей. Спробуйте запитати себе: яких порушень стереопсису можна очікувати у людини з перерізаним мозолистим тілом? Відповідь на це питання зрозуміла зі схеми, наведеної на рис. 113.

Якщо людина фіксує поглядом точку Р, то проекції точки Q, розташованої ближче до очей у межах гострого кута FPF, - QL і QR - виявляться в лівому та правому оці по різні боки від центральної ямки. Відповідно проекція Ql передає інформацію в ліву півкулю, а проекція Qr - у праву півкулю. Для того щоб побачити, що точка Q ближче, ніж Р (тобто отримати стереоефект), потрібно об'єднати інформацію лівої та правої півкуль. Але єдиний спосіб зробити це - передати інформацію по мозолистому тілу. Якщо ж шлях через мозолисте тіло зруйновано, людина виявиться стереосліпим у зафарбованій малюнку області. У 1970 році Д. Мітчелл і К. Блейкмор з Каліфорнійського університету в Берклі досліджували стереоскопічний зір у однієї людини з перерізаним мозолистим тілом і отримали точно передбачений вище результат.

Друге питання, тісно пов'язане з першим, полягає в тому, яке порушення стереопсису відбудеться, якщо перерізати по середній лінії зорову хіазму (що зробив Р. Майєрс на кішках). Результат тут буде у певному сенсі протилежним. З рис. 114 повинно бути ясно, що в цьому випадку кожне око стане сліпим щодо стимулів, що падають на носову область сітківки, тобто виходять із скроневої частини поля зору.

Тому стереопсису не буде в області простору, забарвленої світліше, де він в нормі є. Бічні зони за межами цієї області взагалі доступні тільки для одного ока, так що стереопсис тут відсутній і в нормальних умовах, а після перерізання хіазми вони будуть зонами сліпоти (на малюнку це показано більше темним кольором). В області позаду точки фіксації, де перекриваються скроневі частини полів зору, які тепер стали невидимими, теж настане сліпота.

Однак у зоні ближче точки фіксації напівполя обох очей, що збереглися, перекриваються, так що тут повинен зберегтися стереопсис, якщо тільки не пошкоджено мозолисте тіло. К. Блейкмор знайшов все-таки хворого з повною перерізкою хіазми по середній лінії (цей хворий, будучи дитиною, отримав перелом черепа при їзді велосипедом, що, мабуть, призвело до поздовжнього розриву хіазми). Під час перевірки у нього було виявлено саме ту комбінацію дефектів зору, яку ми щойно гіпотетично описали.

Стаття із книги: .

Зображення предметів на сітківках очей двовимірні, проте людина бачить світ тривимірним, тобто. він має здатність до сприйняття глибини простору, або стереоскопічним (стерео - від грец. Stereos -твердий, просторовий) зором.

Людина має багато механізмів оцінки глибини. Деякі їх цілком очевидні. Наприклад, якщо приблизно відома величина об'єкта (людина, дерево та ін), можна оцінити відстань до нього або зрозуміти, який з об'єктів ближче, порівнюючи кутову величину об'єкта. Якщо один предмет розташований попереду іншого і частково його заступає, то людина сприймає передній об'єкт як ближче. Якщо взяти проекцію паралельних ліній, наприклад залізничних рейок, що йдуть в далечінь, то в проекції вони зближуватимуться. Це приклад перспективи дуже ефективного показника глибини простору.

Випукла ділянка стіни здається світлішою у верхній своїй частині, якщо джерело світла розташоване вище, а заглиблення в її поверхні здається у верхній частині темнішим. Важливою ознакою віддаленості служить паралакс руху - відносне зсув близьких і більш далеких предметів, якщо спостерігач рухатиме головою вліво і вправо або вгору і вниз. Відомий «залізничний ефект» при спостереженні з вікна поїзда, що рухається: здається швидкість переміщення близько розташованих об'єктів вище ніж розташованих на великій відстані.

Оцінювати віддаленість предметів можна за величиною акомодації очі, тобто. по напрузі циліарного тіла та цинових зв'язок, що управляють кришталиком. По посиленню конвергенції чи дивергенції можна судити про віддаленості об'єкта спостереження. За винятком останнього, всі вищеперелічені показники віддаленості є монокулярними. Найбільш важливий механізм сприйняття глибини простору – стереопсис – залежить від використання двох очей. При розгляді будь-якої тривимірної сцени два ока формують кілька різних зображень на сітківках.

У процесі стереопсису мозок порівнює зображення однієї й тієї сцени на двох сітківках і з великою точністю оцінює відносну глибину. Злиття двох монокулярних зображень, видимих ​​роздільно правим і лівим оком при розгляді предметів одночасно двома очима, в одне об'ємне зображення називають фузією.

Припустимо, що спостерігач фіксує поглядом деяку точку Р, (рис.1) у своїй зображення точки виявляються у центральних ямках (фовеа) Fобох очей. Нехай Q - це інша точка простору, яка здається спостерігачеві розташованою на такій же глибині, що і точка Р, при цьому Q L та Q R – зображення точки Q на сітківках лівого та правого очей. У цьому випадку точки Q L і Q R називають кореспондуючимиточками двох сітківок.

Рис 1. Геометрична схема пояснення стереоефекту

Очевидно, що дві точки, що збігаються із центральними ямками сітківок, також є кореспондуючими. З геометричних міркувань ясно, що точка Q′, що оцінюється спостерігачами як розташована ближче, ніж точка Q, даватиме на сітківках два зображення – Q′L та Q′R – у некореспондуючих (диспарантних) точках, розташованих далі один від одного, ніж у тому випадку, якщо ці точки були кореспондуючими.

Так само, якщо розглядати точку, розташовану далі від спостерігача, то виявиться, що її проекції на сітківках будуть розташовані ближче один до одного, ніж точки, що кореспондують. Усі точки, які, подібно до точок Q і Р, Сприймаються як рівновіддалені, лежать на гороптері- Поверхні, що проходить через точки Рі Q, форма якої відрізняється від сфери та залежить від здатності людини оцінювати відстань. Відстань від фовеа Fдо проекцій Q R і Q L для правого і лівого очей близькі, але не рівні, якщо вони завжди були рівні, то лінія перетину гороптера з горизонтальною площиною була б коло.

Кути α та α′ у стереоскопії називають паралактичними кутами. Величина їх зміняться від нуля, коли точка фіксації лежить у нескінченності, і до 15 °, коли точка фіксації знаходиться на відстані 250 мм.

Припустимо тепер, що ми фіксуємо поглядом деяку точку в просторі і що в цьому просторі розташовані два точкові джерела світла, один з яких проектується тільки на сітківку лівого, а інший – правого ока у вигляді світлових точок, причому ці точки є некореспондуючими: відстань між ними трохи більше, ніж між кореспондуючими точками. Будь-яке таке відхилення від положення кореспондуючих точок називають диспарантністю. Якщо це відхилення в горизонтальному напрямку не перевищує 2 ° (0,6 мм на сітківці), а по вертикалі - не більше кількох кутових хвилин, то ми візуально сприйматимемо одиночну точку в просторі, розташовану ближче, ніж точка фіксації.

Якщо відстані між проекціями точки будуть не більше, а менше, ніж між кореспондуючими точками, то дана точка здаватиметься розташованою далі точки фіксації. Нарешті, в тому випадку, якщо вертикальне відхилення буде перевищувати кілька кутових хвилин або горизонтальне буде більше 2 °, то ми побачимо дві окремі точки, які, можливо, здадуться розташованими далі або ближче точки фіксації. Такий експеримент ілюструє основний принцип стереосприйняття, вперше сформульований Ч.Уітстоном в 1838 р. і основою створення цілої серії стереоскопічних приладів, починаючи зі стереоскопа Уітстона аж до стереодальномірів і стереотелебачення.

Не кожна людина має здатність сприймати глибину за допомогою стереоскопу. Ви можете легко перевірити свій стереопсис, якщо скористаєтеся рис.2. Якщо у вас є стереоскоп, ви можете зробити копії зображених тут стереопар і вставити їх у стереоскоп. Ви також можете помістити тонкий аркуш картону перпендикулярно між двома зображеннями з однієї стереопари і спробувати дивитися кожним оком на своє зображення, встановивши очі паралельно подібно до того, якби ви дивилися вдалину.

Рис 2. Приклади стереопар

У 1960 р. Бела Юлеш (фірма Bell Telephone Laboratories, США) запропонував оригінальний спосіб демонстрації стереоефекту, що виключає монокулярне спостереження об'єкта.

Грунтуючись на цьому принципі, до речі, видано цілу серію розважальних книг, які водночас можуть бути використані і для тренування стереопсису. На рис.3 у чорно-білому варіанті представлено одне із малюнків із цієї книги. Встановивши зорові лінії своїх очей паралельно (для цього треба дивитися вдалину, ніби крізь малюнок), ви можете побачити стереоскопічну картину. Такі малюнки дістали назву автостереограм. Грунтуючись на методі Бела Юлеша, у Новосибірському державному медичному інституті разом із Новосибірським державним технічним університетом створено пристрій для дослідження порога стереоскопічного зору, а нами запропоновано його модифікацію, що дозволяє підвищити точність визначення порога стереоскопічного зору. В основу виміру порога стереоскопічного зору покладено подання кожному оку спостерігача тест-об'єктів на так званому рандомізованому тлі. Кожен із таких тест-об'єктів є сукупністю точок на площині, розташованих за індивідуальним імовірнісним законом. Причому кожному тест-об'єкті є ідентичні області точок, які можуть бути фігуру довільної форми.

Якщо ідентичні точки фігур на тест-об'єкті мають нульові значення паралактичних кутів, то спостерігач бачить у узагальненому зображенні сумарну картину як випадкового розподілу точок, інакше кажучи, спостерігач неспроможна виділити фігуру на рандомизированном фоні. Отже, виключається монокулярне бачення постаті. Якщо ж зміщувати один з тест-об'єктів перпендикулярно до оптичної осі системи, то буде змінюватися паралактичний кут між фігурами, і при деякому його значенні спостерігач побачить фігуру, яка ніби відірветься від фону і почне наближатися або віддалятися від нього. Зміна паралактичного кута провадиться за допомогою оптичного компенсатора, введеного в одну з гілок приладу. Момент появи фігури у полі зору фіксується спостерігачем, і значення порога стереоскопічного зору з'являється на індикаторі.

Рис 3. Автостереограма

Дослідження останніх десятиліть у галузі нейрофізіології стереоскопічного зору дозволили виявити у первинній зоровій корі головного мозку специфічні клітини, налаштовані на диспарантність. Виявлено клітини, що реагують тільки в тому випадку, якщо стимули потрапляють точно на ділянки двох сітківок, що кореспондують. Клітини другого типу відповідають тоді й лише тоді, коли об'єкт розташований далі від точки фіксації. Є також клітини, що відповідають лише тоді, коли стимул розташований ближче від точки фіксації. Очевидно, в первинній зорової корі можуть бути специфічні нейрони для різних ступенівдиспарантність. Всі ці клітини мають також властивість орієнтаційної вибірковості, добре реагують на рухомі стимули і на кінці ліній. За словами Д.Х'юбела, «хоча ми досі не знаємо, як саме мозок «реконструює» сцену, що включає безліч різновидалених об'єктів, клітини, які мають чутливість до диспарантності, беруть участь у перших етапах цього процесу».

При вивченні стереопсису дослідники зіштовхнулися з низкою проблем. Виявилося, що обробка деяких бінокулярних стимулів відбувається в зоровій системі незрозумілим чином. Наприклад, якщо знову звернеться до стереопарів, наведених на рис. 37а і 37б, ми отримаємо відчуття, що у одному випадку гурток розташований ближче, у іншому – далі площині рамки. Якщо дві стереопари об'єднати, тобто. у кожній рамці помістити по два гуртки, розташовані один біля одного, то, здавалося б, ми повинні бачити один гурток ближче, інший далі. Однак насправді цього не вийде: обидва кружки видно на тій самій відстані, що й рамка.

Другий приклад непередбачуваності бінокулярних ефектів – це звана боротьба полів зору. Якщо на сітківках правого і лівого очей створюються зображення, що дуже сильно розрізняються, то часто одне з них перестає сприйматися. Якщо ви дивитися лівим оком на решітку з вертикальних ліній, а правим – на решітку з горизонтальних ліній (наприклад, через стереоскоп), то неможливо побачити обидва набори ліній одночасно. Видно або той, або інший, причому кожен з них - лише протягом декількох секунд; іноді можна побачити мозаїку цих зображень. Феномен боротьби полів зору означає, що в тих випадках, коли зорова система не може об'єднати зображення на двох сітківках, вона просто відкидає один із образів або повністю, або частково.

Отже, для нормального стереоскопічного зору необхідно наступні умови: нормальне функціонування окорухової системи очей; достатня гострота зору і невелика різниця в гостроті правого та лівого очей; міцний зв'язок між акомодацією, конвергенцією та фузією; малу відмінність у масштабах зображень у лівому та правому очах.

Нерівність розмірів або різний масштаб зображень, одержуваних на сітківках правого та лівого очей при розгляді одного і того ж об'єкта, називається анізейконією. Анізейконію є однією з причин нестійкості або відсутності стереоскопічного зору. У основі анізейконії найчастіше лежить різницю у рефракції очей, тобто. анізометронія. Якщо анізейконію вбирається у 2 – 2,5%, її можна скоррегировать звичайними стигматическими лінзами, інакше використовуються анізейконічні окуляри.

Порушенням зв'язку між акомодацією та конвергенцією – одна з причин появи різних видів косоокості. Явне косоокість крім того, що є косметичним недоліком, як правило, призводить до зниження гостроти зору ока, що косить, до його виключення з процесу зору. Приховане косоокість, або гетерофоріяне створює косметичного дефекту, але може перешкоджати стереопсису. Так, особи з гетерофорією більше 3 ° не можуть працювати з бінокулярними приладами.

Поріг стереоскопічного зорухарактеризують мінімальною різницею паралактичних кутів Δα, яка ще сприймається спостерігачем. Зв'язок між Δα (у секундах) та мінімальною відстанню Δ lміж об'єктами, які сприймаються спостерігачем як різновидалені, така:

,

де b- Відстань між зіницями очей спостерігача;
l- Відстань від ока до найближчого з об'єктів, що розглядаються.

Поріг стереоскопічного зору залежить від різних факторів: від яскравості фону (найбільша гострота спостерігається при яскравості фону близько 300 кд/м 2 ), розмаїття об'єктів (зі збільшенням розмаїття поріг глибинного зору зменшується), тривалості спостереження (рис.4).

Рис 4. Залежність порога стереоскопічного зору тривалості спостереження

Поріг сприйняття глибини за оптимальних умов спостереження коливається в межах від 10 - 12 до 5 "(у окремих спостерігачів досягає 2 - 5").

Прийнявши за поріг значення Δα = 10, можна розрахувати максимальну відстань, на якій око ще сприймає глибину. Ця відстань l= 1400 м-код (радіус стереоскопічного зору).

Існує кілька способів оцінки, визначення та дослідження стереоскопічного зору:

1) за допомогою стереоскопа за таблицями Пульфріха (мінімальний поріг стереоскопічного сприйняття, що визначається цим методом – 15″);
2) за допомогою різного видустереоскопів з набором точніших таблиць з діапазоном виміру – 10 – 90″;
3) за допомогою вищезгаданого пристрою з використанням рандомізованого фону, що виключає монокулярне спостереження об'єктів, похибка вимірювання 1 – 2″.

Зір людини – дивовижна здатність організму сприймати навколишній світу всіх його фарбах.

Завдяки особливій будові зорової системи, кожна людина здатна оцінювати навколишнє середовище з точки зору обсягу, відстані, форми, ширини та висоти.

Також очі здатні сприймати всі наявні кольори і відтінки, відчувати колір у всіх його градаціях.

Але буває, що в системі відбувається збій і той, кого це торкнулося, не зможе оцінити всі глибини довкілля.

Що таке бінокулярний та стереоскопічний зір

Очі - парний орган, який працює злагоджено між собою та з головним мозком. Коли людина дивиться однією предмет – він бачить один предмет, а чи не два предмета. Крім того, дивлячись на предмет людина автоматично і моментально здатна визначити її розмір, обсяг, форму та інші параметри та особливості. Це і є бінокулярний зір.

Стереоскопічний зір – здатність бачити об'ємно – це якість бінокулярного зору, завдяки якому людина бачить рельєф, глибину, тобто сприймає світ тривимірно.

Саме стереоскопічний зір ляг основою колись новації – 3Д технології, яка завоювала світ. При бінокулярному зору поле зір розширюється, і гострота зору збільшується.

Як визначити бінокулярність зору?

Для цього застосовується багато методик. Найпопулярніша методика – це тест Соколової.

Для проведення тесту знадобиться: взяти будь-який зошит, який потрібно буде згорнути в трубку та приставити до правого ока. В цей час, ліву рукувитягнути вперед, подумки упираючись долонею в далечінь. Відстань від долоні до лівого ока повинна бути близько 15 см.

Таким чином виходять дві «картинки» - долоня та «тунель». Дивлячись на них одночасно, ці картинки накладаються одна на одну. В результаті утворюється «дірка в долоні». Це свідчить про те, що бінокулярний зір.

Що необхідне формування бінокулярного зору?

Бінокулярний зір можливий тоді, коли:

1. Гострота зору щонайменше 0,4Дпт коли він забезпечується чітке отпечатывание предметів на сітківці.
2. Є вільна рухливість обох очних яблук. Це свідчить, що це м'язи в тонусі. І це обов'язкова умова бінокулярного зору.

Саме м'язи забезпечують потрібну паралельну установку зорових осей, що гарантує заломлення світлових променів саме на сітківці ока.

Причини порушення бінокулярного зору

Стереоскопічний зір (бінокулярний) – це норма для людини. Але є низка причин, здатних порушити закладений хід життєдіяльності органу зору.

Такими причинами є:

Зазначимо, що порушення бінокулярного зору вимагає якнайшвидшої діагностики у офтальмолога, оскільки несе загрозу її власнику. Маючи мінімальне порушення бінокулярності, людина стає непрофпридатною і діяльність її стає обмеженою.

Через що виникає монокулярний зір

Монокулярний зір - це зір одним оком.Тобто при монокулярному зорі довкіллясприймається побічно. Тобто все сприймається на основі розміру і форми предметів, об'єктів. При монокулярному зір неможливо об'ємний зір. Наприклад, людина, яка бачить одним оком, насилу зможе налити воду в склянку і тим більше втягти нитку в вушко.

Це значно обмежує можливості людини як у соціальній, так і в професійній сфері.

Причинами виникнення монокулярного зору є причини, що порушують бінокулярний зір. Про це ми писали раніше.

Щоб перевірити, чи порушено бінокулярний зір, тобто, чи має місце монокулярний зір можна так:

1. Візьміть в обидві руки по одному гострому олівцю.
2. Тепер витягніть трохи руки, закрийте одне око і з'єднуйте руки з олівцями, намагаючись зіштовхувати гострі олівці грифелі.
3. Чим складніше це зробити, тим більше ознак монокулярного зору.

Колірний зір: що це та які порушення бувають

Колірний зір забезпечують колбочки - колірні рецептори, які утворилися внаслідок мутації Сьогодні, ця мутація визначає повноцінність зору, яким вважається зір, здатне сприймати, розрізняти і відчувати кольори всіх діапазонів.

Колірний зір – це перевага вищого примату – людини, яка відрізняє його сітківку від сітківки інших представників цього загону.

Як «працює» колірний зір?

В нормі райдужка очей, крім інших рецепторів, містить колбочки трьох. різних видів. Кожна колбочка поглинає промені різної довжини. Промені різної довжини становлять характеристику кольору.

Колір характеризується: відтінком, насиченістю кольору та його яскравістю. Насиченість, у свою чергу, відображає глибину, чистоту та яскравість кольору та його відтінку. І яскравість кольору залежить від інтенсивності світлового потоку.

Порушення колірного зору

Порушення сприйняття кольору можуть бути вродженими і набутими. Як правило, вроджене сприйняття кольорів більше характерно для чоловіків.

Головною причиною втрати здатності сприймати колір є втрата колб. Залежно від того, яка колбочка відсутня, око втрачає здатність сприймати той колірний спектр, який читає ця колбочка.

Втрата здатності сприймати кольори, у народі відома як дальтонізм. Названо цю патологію на честь Дальтона, який сам страждав від порушення колірного зору і займався дослідженням цього порушення та колірного зору в цілому.

Нині розрізняють нормальну та аномальну трихромазію. Нагадаємо, що всі, хто розрізняє всі три колірні спектри, є трихроматами. Відповідно ті, хто розрізняє лише два колірні спектри – дихромати. Про те, що властиво кожній групі і які ще бувають порушення сприйняття кольору, ми писали рані.

Таким чином, варто вкотре звернути увагу наскільки унікальна зорова система людини, як важливо її берегти та постійно дбати. В результаті патології різного роду вам будуть просто не страшні.

Відео

Бінокулярний зір забезпечує об'ємне сприйняття навколишнього світу у тривимірному просторі. За допомогою даної зорової функції людина може охоплювати увагою не тільки об'єкти, що знаходяться перед ним, а й розташовані з боків. Бінокулярний зір називають ще стереоскопічним. Чим загрожує порушення стереоскопічного сприйняття світу, і як налагодити зорову функцію? Розглянемо питання у статті.

Що таке бінокулярний зір? У його функцію входить забезпечення монолітної візуальної картини в результаті з'єднання зображень обох очей в єдиний образ. Особливістю бінокулярного сприйняття є формування об'ємної картини світу з визначенням розташування предметів у перспективі та відстані між ними.

Монокулярне зір здатне визначити висоту та обсяг об'єкта, але не дає уявлення про взаємне положення предметів на площині. Бінокулярність - це просторове сприйняття світу, що дає повну 3D картину навколишньої дійсності.

Зверніть увагу! Бінокулярність підвищує гостроту зору, забезпечуючи чітке сприйняття візуальних образів.

Об'ємність сприйняття починає формуватися у віці двох років: дитина здатна сприймати світ у тривимірному зображенні. Відразу після народження ця здатність відсутня через неузгодженість руху очних яблук — очі «плавають». До двох місяців життя немовля вже може фіксувати очима об'єкт. У три місяці немовля відстежує предмети в русі, розташовані в безпосередній близькості від очей - яскраві іграшки, що висять. Тобто формується бінокулярна фіксація та фузійний рефлекс.

У шестимісячному віці малюки вже здатні бачити об'єкти на різній відстані. До 12-16 років очне дно повністю стабілізується, що свідчить про завершення процесу формування бінокулярності.

Чому порушується бінокулярний зір? Для розвитку стереоскопічного зображення необхідні певні умови:

• відсутність косоокості;
• узгоджена робота м'язів ока;
• узгоджені рухи очних яблук;
• гострота зору від 0,4;
• однакова гострота зору обох очей;
• правильне функціонування периферичної та ЦН системи;
• відсутність патології будови кришталика, сітківки та рогівки.

Також для нормальної роботи зорових центрів необхідна симетричність розташування очних яблук, відсутність патології очних нервів, збіг ступеня рефракції рогівок обох очей і однаковий зір обох очей. За відсутності перелічених параметрів бінокулярний зір порушується. Так само стереоскопічний зір неможливий за відсутності одного ока.

Стереоскопічний зір залежить від правильної роботи зорових центрів головного мозку, що координує фузійний рефлекс злиття двох зображень в одне ціле.

Порушення стереоскопічного зору

Для отримання чіткого об'ємного зображення потрібна скоординована робота обох очей. Якщо функціонування очей не скоординоване, йдеться про патологію зорової функції.

Порушення бінокулярного зору може виникнути з таких причин:

• патологія м'язової координації – розлад моторики;
• патологія механізму синхронізації зображень в одне ціле – сенсорний розлад;
• комбінація сенсорного та моторного розладу.

Визначення бінокулярного зору здійснюють за допомогою ортоптичних приладів. Перша перевірка проводиться у три роки: малюків тестують на предмет роботи сенсорної та моторної складових зорової функції. При косоокості проводять додатковий тест сенсорної складової бінокулярного зору. Спеціалізується на проблемах стереоскопічного зору лікар-офтальмолог.

Своєчасна перевірка дитини у офтальмолога запобігає розвитку косоокості та серйозні проблемиіз зором у майбутньому.

Які причини спричиняють порушення стереоскопічного зору? До них відносяться:

• неузгоджена рефракція очей;
• дефекти м'язів очей;
• деформація черепних кісток;
• патологічні процеси тканин очної ямки;
• патології головного мозку;
• токсичні отруєння;
• новоутворення у головному мозку;
• пухлини зорових органів.

Наслідком порушення бінокулярності є косоокість — найпоширеніша патологія зорової системи.

Косоокість

Косоокість — це відсутність бінокулярного зору, оскільки зорові осі обох очних яблук не сходяться. Існує кілька форм патології:

• дійсна;
• хибна;
• прихована.

При хибній формі косоокості стереоскопічне сприйняття світу присутнє - це дозволяє відрізнити його від справжньої косоокості. Хибна косоокістьне потребує лікування.

Гетерофорія (приховане косоокість) виявляється наступним методом. Якщо пацієнтові закрити одне око аркушем паперу, він відхиляється убік. Якщо аркуш паперу прибрати, очне яблуко посідає правильне положення. Ця особливість не є дефектом і не потребує лікування.

Порушення зорової функції при косоокості виявляється у наступних симптомах:

• роздвоєння одержуваної картини світу;
• часте запаморочення із нудотою;
• нахил голови у бік ураженого очного м'яза;
• блокування рухливості очного м'яза.

Причини розвитку косоокості бувають такими:

• спадковий фактор;
• травмування голови;
• тяжкі інфекції;
• розлад психіки;
• патології центральної нервової системи

Косоокість піддається корекції, особливо, ранньому віці. Для лікування недуги застосовують різні методи:

• застосування фізіотерапії;
• лікувальна гімнастика;
• очні лінзи та окуляри;
• лазерна корекція.

При гетерофорії можлива швидка стомлюваністьочей, двоїння. В даному випадку застосовуються призматичні стекла для постійного носіння. При тяжкому ступені гетерофорії проводять хірургічну корекцію, як і при явній косоокості.

При паралітичній косоокості спочатку прибирають причину, що викликала дефект зору. Вроджена паралітична косоокість у дітей необхідно лікувати якомога раніше. Набута паралітична косоокість характерна для дорослих пацієнтів, які перенесли важкі інфекції або недуги внутрішніх органів. Лікування з усунення причин косоокості, як правило, тривале.

Постравматичну косоокість виправляють не відразу: має пройти 6 місяців з моменту отримання травми. У разі показано оперативне втручання.

Як діагностувати бінокулярний зір

Бінокулярність зору визначається за допомогою наступних приладів:

• авфторефрактометр;
• офтальмоскоп;
• щілинна лампа;
• монобіноскоп.

Як визначити бінокулярний зір самостійно? Для цього розроблено нескладні методики. Розглянемо їх.

Методика Соколова

Піднесіть до ока порожній предмет, що нагадує бінокль, наприклад, скручений трубочкою папір. Сфокусуйте погляд через трубу на одному дальньому предметі. Тепер піднесіть до відкритому окусвою долоню: вона розташовується поруч із кінцем труби. Якщо бінокулярність не розбалансована, ви виявите у своїй долоні дірку, якою можна спостерігати далекий предмет.

Методика Кальфу

Візьміть пару фломастерів/олівців: один тримайте в горизонтальному положенні, інший - у вертикальному. Тепер постарайтеся прицілитися та з'єднати вертикальний олівець із горизонтальним. Якщо бінокулярність не порушена, ви легко зможете це зробити, тому що орієнтація в просторі добре розвинена.

Метод із читанням

Тримайте ручку чи олівець перед кінчиком носа (2-3 див) і постарайтеся прочитати друкований текст. Якщо ви зможете повністю охопити зором текст і прочитати, значить, моторна та сенсорна функціїне порушено. Сторонній предмет (ручка перед носом) не повинен перешкоджати сприйняттю тексту.

Профілактика дефектів бінокулярності

Бінокулярний зір у дорослих може порушитись з кількох причин. Корекція полягає у вправах на зміцнення м'язів очей. При цьому здорове око закривають, а хворий навантажують.

Вправа

Дане вправу у розвиток стереоскопічного зору можна виконувати вдома. Алгоритм дій наступний:

1. Прикріпіть візуальний об'єкт до стіни.
2. Відійдіть від стіни на відстань двох метрів.
3. Витягніть руку з піднятим вгору вказівним пальцем.
4. Переведіть фокус уваги на зоровий об'єкт і дивіться на нього через кінчик пальця – кінчик пальця повинен роздвоюватись.
5. Переведіть фокус уваги з пальця на зоровий об'єкт - тепер він має роздвоитися.

Мета цієї вправи полягає в поперемінному перемиканні фокусу уваги з пальця на об'єкт. Важливим показникомправильності розвитку стереоскопічного зору є чіткість картинки, що сприймається. Якщо зображення розмито, це свідчить про наявність монокулярного зору.

Важливо! Будь-які вправи для очей необхідно заздалегідь поговорити з офтальмологом.

Профілактика порушень зорової функції у дітей та дорослих:

• не можна читати книги лежачи;
• робоче місце має бути добре освітлене;
• регулярно приймати вітамін С для профілактики старечого зниження зору;
• регулярно поповнюйте організм комплексом необхідних мінералів;
• слід регулярно розвантажувати очні м'язивід напруги - дивитися в далечінь, закривати і відкривати очі, обертати очними яблуками.

Також слід регулярно обстежуватися у офтальмолога, дотримуватися здорового образужиття, розвантажувати очі та не дозволяти їм втомлюватися, виконувати гімнастику для очей, своєчасно лікувати очні захворювання.

Підсумок

Бінокулярний зір - це здатність сприймати картину світу обома очима, визначати форму та параметри об'єктів, орієнтуватися у просторі та визначати місце розташування об'єктів відносно один одного. Відсутність бінокулярності — це завжди зниження якості життя через обмежене сприйняття картини світу, а також порушення здоров'я. Косоокість - один з наслідків порушення бінокулярного зору, яке може бути вродженим і набутим. Сучасна медициналегко справляється із відновленням зорових функцій. Чим раніше розпочати корекцію зору, тим успішнішим буде результат.