Distanța pe care o poate vedea o persoană. Cât de departe poate vedea ochiul uman? Ochii ca indicator al stării

Datorită numărului mare de etape din procesul de percepție vizuală, caracteristicile sale individuale sunt luate în considerare din punctul de vedere al diferitelor științe - optică (inclusiv biofizica), psihologie, fiziologie, chimie (biochimie). La fiecare etapă de percepție apar distorsiuni, erori și eșecuri, dar creierul uman procesează informațiile primite și face ajustările necesare. Aceste procese sunt de natură inconștientă și sunt implementate în corecția autonomă pe mai multe niveluri a distorsiunilor. Astfel, se elimină aberațiile sferice și cromatice, efectele punctului oarbă, se realizează corecția culorilor, se formează o imagine stereoscopică etc. În cazurile în care procesarea subconștientă a informațiilor este insuficientă sau excesivă, apar iluzii optice.

Fiziologia vederii umane

Viziunea culorilor

Ochiul uman conține două tipuri de celule sensibile la lumină (fotoreceptori): tije foarte sensibile, responsabile de vederea nocturnă și conuri mai puțin sensibile, responsabile de vederea culorilor.

Lumina de diferite lungimi de undă stimulează diferit tipuri diferite conuri. De exemplu, lumina galben-verde stimulează în mod egal conurile L și M, dar stimulează mai puțin conurile S. Lumina roșie stimulează conurile de tip L mult mai mult decât conurile de tip M și nu stimulează deloc conurile de tip S; lumina verde-albastru stimulează mai mult receptorii de tip M decât cei de tip L, iar receptorii de tip S puțin mai mult; lumina cu această lungime de undă stimulează, de asemenea, cel mai puternic tijele. Lumina violetă stimulează aproape exclusiv conurile de tip S. Creierul percepe informații combinate de la diferiți receptori, ceea ce oferă percepții diferite ale luminii cu lungimi de undă diferite.

Genele care codifică proteine ​​opsina sensibile la lumină sunt responsabile pentru vederea culorilor la oameni și maimuțe. Potrivit susținătorilor teoriei celor trei componente, prezența a trei proteine ​​diferite care răspund la lungimi de undă diferite este suficientă pentru percepția culorii. Majoritatea mamiferelor au doar două dintre aceste gene, motiv pentru care au vedere în două culori. Dacă o persoană are două proteine ​​codificate de gene diferite care sunt prea asemănătoare sau una dintre proteine ​​nu este sintetizată, se dezvoltă daltonismul. N. N. Miklouho-Maclay a descoperit că papuanii din Noua Guinee, care trăiesc în plina jungle verde, nu au capacitatea de a distinge culoarea verde.

Opsina roșie sensibilă la lumină este codificată la om de gena OPN1LW.

Alte opsine umane sunt codificate de genele OPN1MW, OPN1MW2 și OPN1SW, dintre care primele două codifică proteine ​​care sunt sensibile la lumină la lungimi de undă medii, iar a treia este responsabilă pentru o opsină care este sensibilă la partea cu lungime de undă scurtă a spectrului. .

Necesitatea a trei tipuri de opsine pentru vederea culorilor a fost demonstrată recent în experimente pe maimuța veveriță (Saimiri), ai căror masculi au fost vindecați de daltonismul congenital prin introducerea genei opsinei umane OPN1LW în retina lor. Această lucrare (împreună cu experimente similare la șoareci) a arătat că creierul matur este capabil să se adapteze la noile capacități senzoriale ale ochiului.

Gena OPN1LW, care codifică pigmentul responsabil pentru percepția culorii roșii, este extrem de polimorfă (lucrarea recentă a lui Virelli și Tishkov a găsit 85 de alele într-un eșantion de 256 de persoane) și aproximativ 10% dintre femeile care au două alele diferite ale acesteia. gena au de fapt un tip suplimentar de receptori de culoare și un anumit grad de viziune a culorilor cu patru componente. Variațiile genei OPN1MW, care codifică pigmentul „galben-verde”, sunt rare și nu afectează sensibilitatea spectrală a receptorilor.

Gena OPN1LW și genele responsabile pentru percepția luminii cu lungime de undă medie sunt situate în tandem pe cromozomul X, iar recombinarea neomoloagă sau conversia genei are loc adesea între ele. În acest caz, poate avea loc fuziunea genelor sau numărul de copii ale acestora în cromozom poate crește. Defectele genei OPN1LW sunt cauza daltonismului parțial, a protanopiei.

Teoria cu trei componente a vederii culorilor a fost exprimată pentru prima dată în 1756 de M. V. Lomonosov, când a scris „despre cele trei aspecte ale fundului ochiului”. O sută de ani mai târziu, a fost dezvoltat de omul de știință german G. Helmholtz, care nu menționează celebra lucrare a lui Lomonosov „Despre originea luminii”, deși a fost publicată și rezumată în limba germană.

În același timp, a existat o teorie opusă a culorii de Ewald Goering. A fost dezvoltat de David H. Hubel și Torsten N. Wiesel. Ei au primit Premiul Nobel în 1981 pentru descoperirea lor.

Ei au sugerat că informația care intră în creier nu este despre culorile roșu (R), verde (G) și albastru (B) (teoria culorii Jung-Helmholtz). Creierul primește informații despre diferența de luminozitate - despre diferența de luminozitate alb (Y max) și negru (Y min), despre diferența dintre culorile verde și roșu (G - R), despre diferența dintre albastru și flori galbene(B - galben) și galben(galben = R + G) este suma roșii și flori verzi, unde R, G și B sunt luminozitatea componentelor de culoare - roșu, R, verde, G și albastru, B.

Avem un sistem de ecuații - K b-w = Y max - Y min; K gr = G - R; K brg = B - R - G, unde K b&w, K gr, K brg sunt funcții ale coeficienților de balans de alb pentru orice iluminare. În practică, acest lucru se exprimă prin faptul că oamenii percep la fel culoarea obiectelor sub diferite surse de lumină (adaptarea culorii). Teoria opoziției explică în general mai bine faptul că oamenii percep la fel culoarea obiectelor sub surse de lumină extrem de diferite (adaptarea culorii), inclusiv surse de lumină colorate diferite în aceeași scenă.

Aceste două teorii nu sunt în întregime concordante una cu cealaltă. Dar, în ciuda acestui fapt, se presupune în continuare că teoria celor trei stimuli operează la nivel retinian, dar informația este procesată și se primesc date în creier care sunt deja în concordanță cu teoria adversarului.

Vedere binoculară și stereoscopică

Contribuția pupilei la reglarea sensibilității oculare este extrem de nesemnificativă. Întreaga gamă de luminozitate pe care mecanismul nostru vizual este capabil să o perceapă este enormă: de la 10 −6 cd m² pentru un ochi complet adaptat la întuneric la 10 6 cd m² pentru un ochi complet adaptat la lumină. Mecanismul pentru o gamă atât de largă de sensibilitatea constă în descompunerea și refacerea pigmenților fotosensibili din fotoreceptorii retinieni – conuri și baghete.

Sensibilitatea ochiului depinde de caracterul complet al adaptării, de intensitatea sursei de lumină, de lungimea de undă și de dimensiunile unghiulare ale sursei, precum și de durata stimulului. Sensibilitatea ochiului scade odată cu înaintarea în vârstă din cauza deteriorării proprietăților optice ale sclerei și pupilei, precum și a componentei receptorului de percepție.

Sensibilitatea maximă în lumina zilei este de 555-556 nm, iar în lumina slabă de seară/noapte se deplasează spre marginea violetă a spectrului vizibil și este egală cu 510 nm (în timpul zilei fluctuează între 500-560 nm). Acest lucru este explicat (dependența viziunii unei persoane de condițiile de iluminare atunci când percepe obiecte multicolore, raportul dintre luminozitatea lor aparentă - efectul Purkinje) prin două tipuri de elemente sensibile la lumină ale ochiului - în lumină puternică, vederea este explicată. efectuate în principal de conuri, iar în lumină slabă, de preferință se folosesc numai tije.

Acuitate vizuala

Abilitatea oameni diferiti a vedea detalii mai mari sau mai mici ale unui obiect de la aceeași distanță cu aceeași formă a globului ocular și aceeași putere de refracție a sistemului ocular dioptric este determinată de diferența de distanță dintre elementele sensibile ale retinei și se numește acuitate vizuală.

Acuitatea vizuală este capacitatea ochiului de a percepe în afară două puncte situate la o oarecare distanță unul de celălalt ( detaliu, granulație fină, rezoluție). Măsura acuității vizuale este unghiul vizual, adică unghiul format de razele care emană de la marginile obiectului în cauză (sau din două puncte). AȘi B) până la punctul nodal ( K) ochi. Acuitatea vizuală este invers proporțională cu unghiul vizual, adică cu cât este mai mică, cu atât acuitatea vizuală este mai mare. În mod normal, ochiul uman este capabil în afară percepe obiecte cu o distanță unghiulară de cel puțin 1′ (1 minut).

Acuitatea vizuală este una dintre cele mai importante funcții ale vederii. Acuitatea vizuală a unei persoane este limitată de structura sa. Ochiul uman, spre deosebire de ochii cefalopodelor, de exemplu, este un organ inversat, adică celulele sensibile la lumină sunt situate sub un strat de nervi și vase de sânge.

Acuitatea vizuală depinde de mărimea conurilor situate în zonă pată maculară, retina, precum și dintr-o serie de factori: refracția ochiului, lățimea pupilei, transparența corneei, cristalinul (și elasticitatea acestuia), corpul vitros (care alcătuiește aparatul de refracție a luminii), starea retinei și nervul optic, vârsta.

Acuitatea vizuală și/sau sensibilitatea la lumină sunt adesea denumite și rezoluția ochiului liber ( putere de rezoluție).

linia de vedere

Viziunea periferică (câmpul vizual) - determină limitele câmpului vizual atunci când le proiectezi pe o suprafață sferică (folosind un perimetru). Câmpul vizual este spațiul perceput de ochi cu privirea fixă. Câmpul vizual este o funcție a retinei periferice; starea sa determină în mare măsură capacitatea unei persoane de a naviga liber în spațiu.

Modificările câmpului vizual sunt cauzate de boli organice și/sau funcționale ale analizorului vizual: retina, nervul optic, calea vizuală, sistemul nervos central. Încălcări ale câmpului vizual se manifestă fie prin îngustarea limitelor acestuia (exprimată în grade sau valori liniare), fie prin pierderea unor secțiuni individuale ale acestuia (hemianopsia), fie prin apariția unui scotom.

Binocularitate

Privind un obiect cu ambii ochi, îl vedem numai atunci când axele de vedere ale ochilor formează un astfel de unghi de convergență (convergență), la care se obțin imagini simetrice, clare pe retine în anumite locuri corespunzătoare ale maculei sensibile ( fovea centralis). Datorită acestei vederi binoculare, nu doar judecăm poziția relativă și distanța obiectelor, dar percepem și relieful și volumul.

Principalele caracteristici ale vederii binoculare sunt prezența binoculară elementară, viziunea de profunzime și stereoscopică, acuitatea vizuală stereo și rezervele de fuziune.

Prezența vederii binoculare elementare este verificată prin împărțirea unei anumite imagini în fragmente, dintre care unele sunt prezentate ochiului stâng, iar altele ochiului drept. Un observator are vedere binoculară elementară dacă este capabil să compună o singură imagine originală din fragmente.

Prezența vederii în profunzime se verifică prin prezentarea vederii siluetei, și a vederii stereoscopice - stereograme cu puncte aleatorii, care ar trebui să evoce în observator o experiență specifică de adâncime, diferită de impresia de spațialitate bazată pe trăsături monoculare.

Acuitatea vizuală stereo este reciproca pragului de percepție stereoscopică. Pragul stereoscopic este disparitatea minimă detectabilă (deplasarea unghiulară) între părțile stereogramei. Pentru a-l măsura, se folosește următorul principiu. Trei perechi de figuri sunt prezentate separat ochilor stângi și drepti ai observatorului. Într-una dintre perechi poziția figurilor coincide, în celelalte două una dintre figuri este deplasată orizontal cu o anumită distanță. Subiectului i se cere să indice cifrele aranjate în ordinea crescătoare a distanței relative. Dacă cifrele sunt indicate în ordinea corectă, atunci nivelul testului crește (disparitatea scade); dacă nu, disparitatea crește.

Rezervele de fuziune sunt condiții în care este posibilă fuziunea motorie a stereogramei. Rezervele de fuziune sunt determinate de disparitatea maximă dintre părțile stereogramei, la care este încă percepută ca o imagine tridimensională. Pentru măsurarea rezervelor de fuziune se folosește principiul opus celui utilizat în studiul acuității vizuale stereo. De exemplu, unui subiect i se cere să combine două dungi verticale într-o singură imagine, dintre care una este vizibilă pentru ochiul stâng și cealaltă pentru ochiul drept. În același timp, experimentatorul începe să separe lent dungile, mai întâi cu disparitate convergentă și apoi cu disparitate divergentă. Imaginea începe să se bifurce la valoarea disparității, care caracterizează rezerva de fuziune a observatorului.

Binocularitatea poate fi afectată de strabism și de alte boli oculare. Dacă sunteți foarte obosit, este posibil să aveți strabism temporar cauzat de oprirea ochiului nedominant.

Sensibilitate la contrast

Sensibilitatea la contrast este capacitatea unei persoane de a vedea obiecte care diferă ușor în luminozitate față de fundal. Sensibilitatea la contrast este evaluată folosind rețele sinusoidale. O creștere a pragului de sensibilitate la contrast poate fi un semn al unui număr de boli oculare și, prin urmare, studiul acestuia poate fi utilizat în diagnostic.

Adaptarea vederii

Proprietățile de mai sus ale vederii sunt strâns legate de capacitatea ochiului de a se adapta. Adaptarea ochilor este adaptarea vederii la diferite condiții de iluminare. Adaptarea are loc la schimbările de iluminare (se distinge adaptarea la lumină și întuneric), caracteristicile de culoare ale iluminării (capacitatea de a percepe obiectele albe ca fiind albe chiar și cu o schimbare semnificativă a spectrului luminii incidente).

Adaptarea la lumină are loc rapid și se termină în 5 minute, adaptarea ochiului la întuneric este un proces mai lent. Luminozitatea minimă care provoacă senzația de lumină determină sensibilitatea la lumină a ochiului. Acesta din urmă crește rapid în primele 30 de minute. stând în întuneric, creșterea sa se termină practic după 50-60 de minute. Adaptarea ochiului la întuneric este studiată folosind dispozitive speciale - adaptometre.

Scăderea adaptării ochiului la întuneric se observă la unele boli oculare (degenerare pigmentară retiniană, glaucom) și generale (vitaminoză A).

Adaptarea se manifestă și prin capacitatea vederii de a compensa parțial defectele aparatului vizual în sine (defecte optice ale cristalinului, defecte retiniene, scotoame etc.)

Psihologia percepției vizuale

Defecte de vedere

Cel mai răspândit dezavantaj este vizibilitatea neclară și neclară a obiectelor apropiate sau îndepărtate.

Defecte ale lentilelor

Clarviziune

Hipermetropia este o eroare de refracție în care razele de lumină care intră în ochi sunt focalizate nu pe retină, ci în spatele acesteia. În formele ușoare ale ochiului cu o bună rezervă de acomodare, compensează deficiența vizuală prin creșterea curburii cristalinului cu mușchiul ciliar.

Cu hipermetropie mai severă (3 dioptrii și mai sus), vederea este slabă nu numai de aproape, ci și de la distanță, iar ochiul nu este capabil să compenseze singur defectul. Hipermetropia este de obicei congenitală și nu progresează (de obicei scade cu vârsta școlară).

Pentru hipermetropie, sunt prescrise ochelari de citit sau purtarea constantă. Pentru ochelari, sunt selectate lentile convergente (acestea mută focalizarea înainte spre retină), cu ajutorul cărora vederea pacientului devine cea mai bună.

Ușor diferită de hipermetropie este prezbiopia sau hipermetropia senilă. Presbiopia se dezvoltă din cauza pierderii elasticității cristalinului (care este un rezultat normal al dezvoltării sale). Acest proces începe la vârsta școlară, dar o persoană observă de obicei o slăbire a vederii de aproape după 40 de ani. (Deși la 10 ani, copiii emetropi pot citi la o distanță de 7 cm, la 20 de ani - deja cel puțin 10 cm, și la 30 - 14 cm și așa mai departe.) Hipermetropia senilă se dezvoltă treptat și în funcție de vârstă de 65-70 o persoană și-a pierdut complet capacitatea de acomodare, dezvoltarea prezbiopiei este finalizată.

Miopie

Miopia este o eroare de refracție a ochiului, în care focalizarea se deplasează înainte, iar o imagine deja nefocalizată cade pe retină. În cazul miopiei, punctul mai departe de vedere clară se află la 5 metri (în mod normal, se află la infinit). Miopia poate fi falsă (atunci când, din cauza suprasolicitarii mușchiului ciliar, apare spasmul acestuia, în urma căruia curbura cristalinului rămâne prea mare în timpul vederii la distanță) și adevărată (când globul ocular crește în axul anterior-posterior) . În cazurile ușoare, obiectele îndepărtate sunt neclare, în timp ce obiectele din apropiere rămân clare (cel mai îndepărtat punct al vederii clare se află destul de departe de ochi). În cazurile de miopie ridicată, apare o scădere semnificativă a vederii. Începând de la aproximativ -4 dioptrii, o persoană are nevoie de ochelari atât pentru distanță, cât și pentru aproape (altfel obiectul în cauză trebuie ținut foarte aproape de ochi).

ÎN adolescent miopia progresează adesea (ochii se încordează constant pentru a lucra în apropiere, motiv pentru care compensatorul ocular crește în lungime). Progresia miopiei ia uneori o formă malignă, în care vederea scade cu 2-3 dioptrii pe an, se observă întinderea sclerei și modificări distrofice retină. În cazurile severe, există pericolul detașării retinei supraîntinse când activitate fizica sau impact brusc. Progresia miopiei se oprește de obicei între 22 și 25 de ani, când organismul încetează să crească. Cu o progresie rapidă, vederea scade până la -25 dioptrii și mai jos, paralizând severul ochilor și afectând brusc calitatea vederii la distanță și în apropiere (tot ceea ce vede o persoană sunt contururi tulbure fără nicio vedere detaliată), iar astfel de abateri sunt foarte greu de corectat complet cu optica: ochelarii groși creează distorsiuni puternice și fac obiectele să pară mai mici, de ce o persoană Nu văd suficient de bine nici măcar cu ochelari. În astfel de cazuri efect mai bun poate fi realizată folosind corectarea contactelor.

În ciuda faptului că sute de lucrări științifice și medicale au fost dedicate problemei opririi progresiei miopiei, încă nu există dovezi ale eficacității oricărei metode de tratare a miopiei progresive, inclusiv intervenția chirurgicală (scleroplastia). Există dovezi ale unei reduceri mici, dar semnificative din punct de vedere statistic, a ratei de creștere a miopiei la copii atunci când sunt utilizate picaturi de ochi atropină și (indisponibil în Rusia) gel de ochi pirenzipină.

Pentru miopie, ei recurg adesea la corecție cu laser vedere (impact asupra corneei cu fascicul cu laser pentru a-i reduce curbura). Această metodă de corecție nu este complet sigură, dar în majoritatea cazurilor este posibil să se obțină o îmbunătățire semnificativă a vederii după intervenție chirurgicală.

Defectele de miopie și hipermetropie pot fi depășite cu ajutorul ochelarilor sau cursurilor de reabilitare de gimnastică, ca și alte erori de refracție.

Astigmatism

Astigmatismul este un defect în optica ochiului cauzat de formă neregulată corneea și (sau) cristalinul. La toți oamenii, forma corneei și a cristalinului diferă de corpul ideal de rotație (adică toți oamenii au astigmatism de diferite grade). În cazurile severe, întinderea de-a lungul uneia dintre axe poate fi foarte puternică, în plus, corneea poate avea defecte de curbură cauzate de alte motive (leziuni suferite boli infecțioase etc.). Cu astigmatism, razele de lumină sunt refractate cu diferite forțe în diferite meridiane, drept urmare imaginea este curbată și neclară pe alocuri. În cazurile severe, distorsiunea este atât de gravă încât reduce semnificativ calitatea vederii.

Astigmatismul poate fi diagnosticat cu ușurință privind cu un ochi la o coală de hârtie cu linii paralele întunecate - prin rotirea unei astfel de foi, astigmatistul va observa că liniile întunecate fie se estompează, fie devin mai clare. Majoritatea oamenilor au astigmatism congenital de până la 0,5 dioptrii, ceea ce nu provoacă disconfort.

Acest defect este compensat de ochelari cu lentile cilindrice cu curbură diferită pe orizontală și verticală și lentile de contact (torice dure sau moi), precum și lentile de ochelari, având puteri optice diferite în diferite meridiane.

Defecte retiniene

Daltonism

Dacă percepția uneia dintre cele trei culori primare din retină este pierdută sau slăbită, atunci o persoană nu percepe o anumită culoare. Există unele „daltoniste” pentru roșu, verde și albastru-violet. Daltonismul asociat sau chiar complet este rară. Mai des sunt oameni care nu pot distinge roșul de verde. Ei percep aceste culori ca fiind gri. Această lipsă de vedere a fost numită daltonism - după omul de știință englez D. Dalton, care însuși suferea de o astfel de tulburare a vederii culorilor și a descris-o pentru prima dată.

Daltonismul este incurabilă și este moștenită (legată de cromozomul X). Uneori apare după anumite boli oculare și nervoase.

Persoanele daltoniste nu au voie să lucreze în legătură cu conducerea vehiculelor pe drumurile publice. Viziunea bună a culorilor este foarte importantă pentru marinari, piloți, chimiști și artiști, așa că pentru unele profesii vederea culorilor este verificată folosind tabele speciale.

Scotomul

Scotoma (greacă) skotos- întuneric) - un defect asemănător unei pete în câmpul vizual al ochiului, cauzat de o boală a retinei, boli ale nervului optic, glaucom. Acestea sunt zone (în câmpul vizual) în care vederea este semnificativ slăbită sau absentă. Uneori, un punct orb se numește scotom - o zonă de pe retină corespunzătoare capului nervului optic (așa-numitul scotom fiziologic).

Scotom absolut scotomate absolute) - o zonă în care vederea este absentă. Scotom relativ scotom relativ) - o zonă în care vederea este redusă semnificativ.

Puteți presupune prezența unui scotom prin efectuarea independentă a unui studiu folosind testul Amsler.

Vorbește despre proprietățile uimitoare ale vederii noastre - de la capacitatea de a vedea galaxii îndepărtate până la capacitatea de a capta unde de lumină aparent invizibile.

Privește în jur în camera în care te afli - ce vezi? Pereți, ferestre, obiecte colorate - toate acestea par atât de familiare și luate de la sine înțeles. Este ușor să uităm că vedem lumea din jurul nostru doar datorită fotonilor - particule de lumină reflectate de obiecte și lovind retina.

Există aproximativ 126 de milioane de celule sensibile la lumină în retina fiecărui ochi. Creierul descifrează informațiile primite de la aceste celule despre direcția și energia fotonilor care cad asupra lor și le transformă într-o varietate de forme, culori și intensitatea iluminării obiectelor din jur.

U viziunea umană are limitele ei. Astfel, nu putem nici să vedem undele radio emise de dispozitivele electronice, nici să vedem cele mai mici bacterii cu ochiul liber.

Datorită progreselor din fizică și biologie, limitele vederii naturale pot fi determinate. „Fiecare obiect pe care îl vedem are un anumit „prag” sub care încetăm să-l recunoaștem”, spune Michael Landy, profesor de psihologie și neurobiologie la Universitatea din New York.

Să luăm mai întâi în considerare acest prag în ceea ce privește capacitatea noastră de a distinge culorile - poate prima abilitate care ne vine în minte în legătură cu viziunea.

Capacitatea noastră de a distinge, de exemplu, culoarea violet de magenta este legată de lungimea de undă a fotonilor care lovesc retina. Există două tipuri de celule sensibile la lumină în retină - tije și conuri. Conurile sunt responsabile de percepția culorilor (așa-numita viziune de zi), iar tijele ne permit să vedem nuanțe de gri în lumină slabă - de exemplu, noaptea (viziune de noapte).

Ochiul uman are trei tipuri de conuri și un număr corespunzător de tipuri de opsine, fiecare dintre acestea fiind deosebit de sensibil la fotoni cu o gamă specifică de lungimi de undă luminii.

Conurile de tip S sunt sensibile la porțiunea cu lungime de undă scurtă violet-albastru a spectrului vizibil; Conurile de tip M sunt responsabile pentru verde-galben (lungime de undă medie), iar conurile de tip L sunt responsabile pentru galben-roșu (lungime de undă lungă).

Toate aceste valuri, precum și combinațiile lor, ne permit să vedem întreaga gamă de culori a curcubeului. „Toate sursele vizibilă pentru oameni„luminile, cu excepția unora artificiale (cum ar fi o prismă de refracție sau un laser), emit un amestec de lungimi de undă de diferite lungimi”, spune Landy.

Dintre toți fotonii existenți în natură, conurile noastre sunt capabile să detecteze doar pe cei caracterizați prin lungimi de undă într-un interval foarte îngust (de obicei, de la 380 la 720 nanometri) - acesta se numește spectru de radiație vizibilă. Sub acest interval se află spectrele infraroșu și radio - lungimile de undă ale fotonilor de energie scăzută ai acestuia din urmă variază de la milimetri la câțiva kilometri.

De cealaltă parte a intervalului de lungimi de undă vizibile se află spectrul ultraviolet, urmat de razele X și apoi spectrul de raze gamma cu fotoni ale căror lungimi de undă sunt mai mici de trilioane de metru.

Deși cei mai mulți dintre noi au o vedere limitată în spectrul vizibil, persoanele cu afachie - absența unui cristalin în ochi (rezultând interventie chirurgicala cu cataractă sau, mai rar, din cauza unui defect congenital) - sunt capabili să vadă undele ultraviolete.

La un ochi sănătos, lentila blochează undele ultraviolete, dar în absența acestuia, o persoană este capabilă să perceapă undele de până la aproximativ 300 de nanometri lungime ca culoare alb-albastru.

Un studiu din 2014 notează că, într-un anumit sens, cu toții putem vedea fotoni în infraroșu. Dacă doi astfel de fotoni lovesc aceeași celulă retiniană aproape simultan, energia lor se poate adăuga, transformând undele invizibile de, de exemplu, 1000 de nanometri într-o lungime de undă vizibilă de 500 de nanometri (cei mai mulți dintre noi percep undele de această lungime ca o culoare verde rece). .

Câte culori vedem?

În ochi persoana sanatoasa trei tipuri de conuri, fiecare dintre ele capabile să distingă aproximativ 100 de nuanțe diferite de culoare. Din acest motiv, majoritatea cercetătorilor estimează numărul de culori pe care le putem distinge la aproximativ un milion. Cu toate acestea, percepția culorilor este foarte subiectivă și individuală.

Jameson știe despre ce vorbește. Ea studiază viziunea tetracromaților - oameni cu abilități cu adevărat supraomenești de a distinge culorile. Tetracromația este rară și apare în majoritatea cazurilor la femei. Ca urmare a unei mutații genetice, au un al patrulea tip de con suplimentar, care le permite, conform estimărilor aproximative, să vadă până la 100 de milioane de culori. (Persoanele daltoniste sau dicromații au doar două tipuri de conuri - nu pot distinge mai mult de 10.000 de culori.)

De câți fotoni avem nevoie pentru a vedea o sursă de lumină?

În general, conurile necesită mult mai multă lumină pentru a funcționa optim decât tijele. Din acest motiv, la lumină slabă, capacitatea noastră de a distinge culorile scade, iar tijele sunt luate la lucru, oferind viziune alb-negru.

În condiții ideale de laborator, în zonele retinei unde tijele sunt în mare parte absente, conurile pot fi activate de doar câțiva fotoni. Cu toate acestea, baghetele fac o treabă și mai bună de a înregistra chiar și cea mai slabă lumină.

După cum arată experimentele efectuate pentru prima dată în anii 1940, o cantitate de lumină este suficientă pentru ca ochii noștri să o vadă. „O persoană poate vedea un singur foton”, spune Brian Wandell, profesor de psihologie și inginerie electrică la Universitatea Stanford, „pur și simplu nu are sens ca retina să fie mai sensibilă”.

În 1941, cercetătorii de la Universitatea Columbia au efectuat un experiment - au dus subiecții într-o cameră întunecată și au dat ochilor lor un anumit timp pentru a se adapta. Tijele necesită câteva minute pentru a obține o sensibilitate deplină; Acesta este motivul pentru care atunci când stingem luminile într-o cameră, ne pierdem capacitatea de a vedea orice pentru o perioadă.

O lumină albastră-verde intermitentă a fost apoi îndreptată către fețele subiecților. Cu o probabilitate mai mare decât șansa obișnuită, participanții la experiment au înregistrat un fulger de lumină când doar 54 de fotoni au lovit retina.

Nu toți fotonii care ajung în retină sunt detectați de celulele sensibile la lumină. Luând în considerare acest lucru, oamenii de știință au ajuns la concluzia că doar cinci fotoni care activează cinci tije diferite în retină sunt suficienți pentru ca o persoană să vadă un bliț.

Cele mai mici și mai îndepărtate obiecte vizibile

Următorul fapt vă poate surprinde: capacitatea noastră de a vedea un obiect nu depinde deloc de mărimea sau distanța sa fizică, ci de dacă cel puțin câțiva fotoni emiși de acesta ne vor lovi retina.

"Singurul lucru de care are nevoie ochiul pentru a vedea ceva este o anumită cantitate de lumină emisă sau reflectată de obiect", spune Landy. "Totul se reduce la numărul de fotoni care ajung în retină. Indiferent cât de mică este sursa de lumină, chiar dacă există pentru o fracțiune de secundă, o putem vedea dacă emite destui fotoni.”

Manualele de psihologie conțin adesea afirmația că într-o noapte fără nori, întunecată, o flacără de lumânare poate fi văzută de la o distanță de până la 48 km. În realitate, retina noastră este bombardată constant de fotoni, astfel încât o singură cantitate de lumină emisă de la mare distanță se pierde pur și simplu pe fundalul lor.

Pentru a ne face o idee despre cât de departe putem vedea, să ne uităm la cerul nopții, punctat cu stele. Dimensiunea stelelor este enormă; multe dintre cele pe care le vedem cu ochiul liber ajung la milioane de kilometri în diametru.

Cu toate acestea, chiar și stelele cele mai apropiate de noi sunt situate la o distanță de peste 38 de trilioane de kilometri de Pământ, așa că dimensiunile lor aparente sunt atât de mici încât ochii noștri nu sunt capabili să le distingă.

Pe de altă parte, încă observăm stelele sub formă de surse punctiforme luminoase de lumină, deoarece fotonii emiși de ele depășesc distanțele gigantice care ne separă și aterizează pe retina noastră.

Toate stelele individuale vizibile pe cerul nopții sunt situate în galaxia noastră, Calea Lactee. Cel mai îndepărtat obiect de la noi pe care o persoană îl poate vedea cu ochiul liber este situat în afara Căii Lactee și este el însuși un grup de stele - aceasta este Nebuloasa Andromeda, situată la o distanță de 2,5 milioane de ani lumină, sau 37 de chintilioane km, de soarele. (Unii oameni susțin că în nopțile deosebit de întunecate, viziunea lor ascuțită le permite să vadă Galaxia Triangulum, situată la aproximativ 3 milioane de ani lumină distanță, dar lasă această afirmație în seama conștiinței lor.)

Nebuloasa Andromeda conține un trilion de stele. Datorită distanței mari, toate aceste lumini se contopesc pentru noi într-o pată de lumină abia vizibilă. Mai mult, dimensiunea Nebuloasei Andromeda este colosală. Chiar și la o distanță atât de gigantică, dimensiunea sa unghiulară este de șase ori diametrul lună plină. Cu toate acestea, atât de puțini fotoni din această galaxie ajung la noi încât abia se vede pe cerul nopții.

Limita acuitatii vizuale

De ce nu putem vedea stele individuale în Nebuloasa Andromeda? Faptul este că rezoluția sau acuitatea vizuală are limitările sale. (Acuitatea vizuală se referă la capacitatea de a distinge elemente precum un punct sau o linie ca obiecte separate care nu se amestecă cu obiectele adiacente sau cu fundalul.)

De fapt, acuitatea vizuală poate fi descrisă în același mod ca și rezoluția unui monitor de computer - în dimensiunea minimă de pixeli pe care încă suntem capabili să îi distingem ca puncte individuale.

Limitările acuității vizuale depind de mai mulți factori, cum ar fi distanța dintre conurile și tijele individuale ale retinei. Un rol la fel de important îl joacă caracteristicile optice ale globului ocular în sine, datorită cărora nu fiecare foton lovește celula sensibilă la lumină.

În teorie, cercetările arată că acuitatea noastră vizuală este limitată la capacitatea de a distinge aproximativ 120 de pixeli pe grad unghiular (o unitate de măsură unghiulară).

O ilustrare practică a limitelor acuității vizuale umane poate fi un obiect situat la distanță de braț, de dimensiunea unei unghii, cu 60 de linii orizontale și 60 de linii verticale de culori alternative alb și negru aplicate, formând o aparență de tablă de șah. „Aparent, acesta este cel mai mic model pe care ochiul uman încă îl poate discerne”, spune Landy.

Tabelele folosite de oftalmologi pentru a testa acuitatea vizuală se bazează pe acest principiu. Cel mai faimos tabel din Rusia, Sivtsev, este format din rânduri de majuscule negre pe un fundal alb, a căror dimensiune a fontului devine mai mică cu fiecare rând.

Acuitatea vizuală a unei persoane este determinată de dimensiunea fontului la care încetează să vadă clar contururile literelor și începe să le confunde.

Limita acuității vizuale este cea care explică faptul că nu suntem capabili să vedem cu ochiul liber o celulă biologică, ale cărei dimensiuni sunt de doar câțiva micrometri.

Dar nu este nevoie să te întristezi din cauza asta. Capacitatea de a distinge un milion de culori, de a captura fotoni unici și de a vedea galaxii la câteva chintilioane de kilometri distanță este un rezultat destul de bun, având în vedere că vederea noastră este asigurată de o pereche de bile ca jeleu în orbitele oculare, conectate la o masă poroasă de 1,5 kg. în craniu.

Suprafața Pământului din câmpul tău vizual începe să se curbeze la o distanță de aproximativ 5 km. Dar acuitatea vederii umane ne permite să vedem mult mai departe decât orizontul. Dacă nu ar exista curbură, ai putea vedea flacăra unei lumânări la 50 de km distanță.

Raza de vizibilitate depinde de numărul de fotoni emiși de un obiect îndepărtat. Cele 1.000.000.000.000 de stele ale acestei galaxii emit colectiv suficientă lumină pentru ca câteva mii de fotoni să atingă fiecare metru pătrat. cm Pământ. Acest lucru este suficient pentru a excita retina ochiului uman.

Deoarece este imposibil să se verifice acuitatea vederii umane pe Pământ, oamenii de știință au recurs la calcule matematice. Ei au descoperit că, pentru a vedea lumina pâlpâitoare, între 5 și 14 fotoni trebuie să lovească retina. O flacără de lumânare la o distanță de 50 km, ținând cont de împrăștierea luminii, dă această cantitate, iar creierul recunoaște o strălucire slabă.

Cum să afli ceva personal despre interlocutor de către el aspect

Secretele „bufnițelor” despre care „lacăurile” nu știu

Cum funcționează „brainmail” - transmiterea mesajelor de la creier la creier prin Internet

De ce este nevoie de plictiseala?

„Man Magnet”: Cum să devii mai carismatic și să atragi oamenii către tine

25 de citate care vă vor scoate la iveală luptătorul interior

5 motive pentru care oamenii vor da întotdeauna vina pe victimă, nu pe criminal, pentru o crimă

Experiment: un bărbat bea 10 cutii de cola pe zi pentru a dovedi răul

Cât de departe poate vedea ochiul uman (în mod normal)? și am primit cel mai bun răspuns

Răspuns de la Leonid[guru]
Dacă considerăm că suprafața Pământului este condiții normale, atunci problema se reduce la teorema lui Pitagora. Și din răspuns - aproximativ 4 km. La această distanță se află linia orizontului pentru o persoană de înălțime medie. Un exemplu ideal este o persoană pe malul mării chiar lângă apă.Este clar că, având în vedere condițiile de teren, raza de acțiune va fi imprevizibilă. De exemplu, nu mai departe de versantul opus al defileului...

Răspuns de la 2 raspunsuri[guru]

Buna ziua! Iată o selecție de subiecte cu răspunsuri la întrebarea dvs.: cât de departe vede ochiul uman (în mod normal)?

Răspuns de la Dee[guru]
Practic infinit de departe. Un ochi uman sănătos este capabil să citească liniile de jos ale unei diagrame de testare a vederii.

Răspuns de la FingerScan Polunin[guru]
Oamenii de știință au demonstrat că ochiul este capabil să răspundă la doar 1 foton care lovește retina! La un moment dat, Vavilov a făcut asta. Experimentele sale au arătat că pentru ca senzația de lumină să apară la o persoană obișnuită neantrenată este necesar ca aproximativ 5-7 fotoni să lovească retina în aceeași zonă.Dar există metode de creștere a pragului de sensibilitate al vederii. opțiunea este de a adapta vederea la întuneric (oamenii stau în întuneric timp de cel puțin 30 de minute) Și dacă sunteți serios preocupat de vederea dvs., puteți face fără întuneric complet (de exemplu, folosind exercițiul „palming”). După aceasta, o persoană este capabilă să capteze un singur fotoni pe retină. Dacă trecem la numere, despre care ați întrebat, atunci situația este următoarea: de la o distanță de 7 km de o lumânare aprinsă, doar 1 foton lovește ochiul unei persoane în întuneric complet.Se pare că o persoană instruită în întuneric complet este capabilă să vadă o lumânare de la 7 km.Un ochi obișnuit neantrenat este capabil să distingă ceva de genul 5-7 lumânări care ard în apropiere.Iată răspunsul tău.

Răspuns de la Inna V[guru]
Parametrii fotografici ai ochiului uman și unele caracteristici ale structurii acestuia Sensibilitatea (ISO) a ochiului uman se modifică dinamic în funcție de nivelul actual de iluminare în intervalul de la 1 la 800 de unități ISO. Timpul pentru ca ochiul să se adapteze complet la un mediu întunecat durează aproximativ o jumătate de oră.Numărul de megapixeli din ochiul uman este de aproximativ 130, dacă socotim fiecare receptor fotosensibil ca un pixel separat. Cu toate acestea, fovea, care este zona cea mai sensibilă la lumină a retinei și este responsabilă pentru vederea centrală clară, are o rezoluție de aproximativ un megapixel și acoperă aproximativ 2 grade de vizualizare. Distanța focală este de ~22-24 mm. . Dimensiunea orificiului (pupila) cu irisul deschis este de ~7mm.Diafragma relativă este 22/7 = ~3.2-3.5.Magistrala de transmitere a datelor de la un ochi la creier conține aproximativ 1,2 milioane fibrele nervoase(axoni).Capacitatea canalului de la ochi la creier este de aproximativ 8-9 megabiți pe secundă.Unghiurile de vizualizare ale unui ochi sunt de 160 x 175 grade.Retina umană conține aproximativ 100 de milioane de tije și 30 de milioane de conuri. sau 120 + 6 conform datelor alternative.Conurile sunt unul dintre cele două tipuri de celule fotoreceptoare din retină. Conurile își primesc numele datorită formei lor conice. Lungimea lor este de aproximativ 50 de microni, diametrul - de la 1 la 4 microni.Conurile sunt de aproximativ 100 de ori mai puțin sensibile la lumină decât tijele (un alt tip de celulă retiniană), dar percep mult mai bine mișcările rapide.Există trei tipuri de conuri, conform sensibilitatea lor la lungimi diferite valuri de lumină (culori). Conurile de tip S sunt sensibile în regiunea violet-albastru, tipul M în regiunea verde-galben și tipul L în partea galben-roșie a spectrului. Prezența acestor trei tipuri de conuri (și tije, care sunt sensibile în partea verde smarald a spectrului) oferă unei persoane viziunea colorată. Conurile cu lungime de undă lungă și medie (cu vârful în albastru-verde și galben-verde) au zone largi de sensibilitate cu suprapunere semnificativă, astfel încât un anumit tip de con răspunde la mai mult decât la propria sa culoare; reacţionează la ea doar mai intens decât alţii.Noaptea, când fluxul de fotoni este insuficient pentru funcţionarea normală a conurilor, vederea este asigurată numai de tije, astfel încât noaptea o persoană nu poate distinge culorile.Celulele bastonaşe sunt unul din două tipuri. de celule fotoreceptoare din retina ochiului, numită așa pentru forma sa cilindrică. Tijele sunt mai sensibile la lumină și, în ochiul uman, sunt concentrate spre marginile retinei, ceea ce determină participarea lor la vederea nocturnă și periferică.

Suprafața Pământului se curbează și dispare din vedere la o distanță de 5 kilometri. Dar acuitatea noastră vizuală ne permite să vedem mult dincolo de orizont. Dacă ar fi plat, sau dacă ai sta pe vârful unui munte și ai privi o zonă mult mai mare a planetei decât de obicei, ai putea vedea lumini strălucitoare la sute de kilometri distanță. Într-o noapte întunecată, puteai vedea chiar și flacăra unei lumânări situată la 48 de kilometri distanță.

Cât de departe poate vedea ochiul uman depinde de câte particule de lumină, sau fotoni, sunt emise de un obiect îndepărtat. Cel mai îndepărtat obiect vizibil cu ochiul liber este Nebuloasa Andromeda, situată la o distanță enormă de 2,6 milioane de ani lumină de Pământ. Cele un trilion de stele ale galaxiei emit suficientă lumină în total pentru a face ca câteva mii de fotoni să lovească fiecare centimetru pătrat de suprafața Pământului în fiecare secundă. Într-o noapte întunecată, această cantitate este suficientă pentru a activa retina.

În 1941, omul de știință Selig Hecht și colegii săi de la Universitatea Columbia au realizat ceea ce este încă considerat o măsură fiabilă a pragului vizual absolut - numărul minim de fotoni care trebuie să lovească retina pentru a produce conștientizarea vizuală. Experimentul a stabilit pragul în condiții ideale: ochilor participanților li sa dat timp să se adapteze complet la întunericul absolut, fulgerul de lumină albastru-verde care acționează ca un stimul avea o lungime de undă de 510 nanometri (la care ochii sunt cei mai sensibili), iar lumina a fost îndreptată către marginea periferică a retinei, umplută cu celule de baghete sensibile la lumină.

Potrivit oamenilor de știință, pentru ca participanții la experiment să poată recunoaște un astfel de fulger de lumină în mai mult de jumătate din cazuri, în globii oculari ar fi trebuit să lovească între 54 și 148 de fotoni. Pe baza măsurătorilor absorbției retinei, oamenii de știință estimează că, în medie, 10 fotoni sunt absorbiți de fapt de tijele retinei umane. Astfel, absorbția a 5-14 fotoni sau, respectiv, activarea a 5-14 tije indică creierului că vezi ceva.

„Acesta este într-adevăr un număr foarte mic de reacții chimice”, au remarcat Hecht și colegii săi într-o lucrare despre experiment.

Luând în considerare pragul absolut, luminozitatea flăcării unei lumânări și distanța estimată la care un obiect luminos se estompează, oamenii de știință au ajuns la concluzia că o persoană poate discerne pâlpâirea slabă a flăcării unei lumânări la o distanță de 48 de kilometri.

Dar la ce distanță putem recunoaște că un obiect este mai mult decât o sclipire de lumină? Pentru ca un obiect să pară extins spațial și nu punctual, lumina din acesta trebuie să activeze cel puțin două conuri retiniene adiacente - celulele responsabile de vederea culorilor. În condiții ideale, un obiect ar trebui să se afle la un unghi de cel puțin 1 minut de arc, sau o șesime de grad, pentru a excita conurile adiacente. Această măsură unghiulară rămâne aceeași indiferent dacă obiectul este aproape sau departe (obiectul îndepărtat trebuie să fie mult mai mare pentru a fi la același unghi cu cel apropiat). Se află complet la un unghi de 30 de minute de arc, în timp ce Venus este abia vizibilă ca obiect extins la un unghi de aproximativ 1 minut de arc.

Obiectele de dimensiunea unei persoane se disting ca fiind extinse la o distanță de numai aproximativ 3 kilometri. În comparație, la această distanță am putut distinge clar două faruri de mașină.