Сенсорные системы

Итак, при  изменении уровня освещенности поля зрения автоматически включаются механизмы, обеспечивающие адаптационную перестройку  зрения. Уменьшение пороговой яркости  при темновой адаптации включает механизм перехода от колбочкового зрения к палочковому. При этом происходит компенсаторное расширение зрачка, увеличение рецептивных полей нейронов сетчатки  и концентрация светочувствительного пигмента в рецепторах.

Световая чувствительность. Порог абсолютной световой чувствительности – это наименьшая интенсивность света, который человек способен увидеть в условиях темновой адаптации. Абсолютный световой порог в условиях полной темновой адаптации и при достаточно большом   размере светового пятна составляет 10 ^–6  кд / м ² . Величина, обратная абсолютному световому порогу, называется абсолютной световой чувствительностью. Световая чувствительность зависит от размера светового пятна и от длительности его предъявления. Пороги световой чувствительности даже для здоровых людей различаются в широких пределах. Световая чувствительность максимальна в возрасте около 20 лет и постепенно снижается почти до половины с 50 годам, в 60 лет она составляет одну треть от максимальной.

Наиболее  часто встречающимся расстройством  светоощущения является  гемеролопия ( «куриная слепота») - понижение различительной чувствительности в сумерках и ночью. При гемеролопии темновая адаптация ослаблена или вовсе отсутствует Это обусловлено  расстройством палочкого аппарата зрения, недостаточной выработкой  пигмента палочек родопсина. Для лечения гемеролопии необходимо полноценное питание ( особенно достаточное количество витамина А), защита от больших яркостей, соблюдением режима труда и отдыха.

Контрастная чувствительность. С интенсивностью света, попадающего в глаз, связано субъективное ощущение яркости. Величина, характеризующая уровень (интенсивность) светового ощущения, называется яркостью. В общем виде – чем больше интенсивность света, тем он воспринимается как более яркий. Человек может различать около 100 градаций яркости  - от  совсем тусклого до очень яркого света.

 Однако  субъективное ощущения яркости  объекта зависит не только  от интенсивности света  им излучаемого или отраженного, но и от его окружения (яркости фона), так как происходит их взаимодействие.

Например, на белом фоне серый квадрат  воспринимается как более темный, чем тот же квадрат на черном фоне. Чем  светлее фон, тем  более  темным воспринимается серый квадрат. Вдоль границ между темной и светлой  частью наблюдается усиление краевого контраста – светлая часть  выглядит более яркой, а темная –  более темной, чем на некотором  расстоянии от границы. Такие участки  измененного восприятия называют полосами Маха ( по имени описавшего это явление ученого).

Для характеристик  такого взаимодействия введено понятие  одновременного яркостного контраста, который определяется отношением яркости  объекта к яркости фона.  Оптимальным  для зрительного восприятия является яркостный  контраст 60-80%. При низком  яркостном контрасте    (20%)  восприятие объектов затруднено,  так как объекты сливаются с фоном. При очень высоком контрасте  (более 90%) объекты видны четко, но быстро наступает зрительное утомление.

Различают прямой  (темный объект на светлом фоне) и  обратный (светлый объект на темном фоне) контраст.  Показано, что объекты  темнее фона видны лучше, чем объекты  светлее фона. Соответственно, работа при прямом контрасте более благоприятная, менее утомительна, чем при обратном контрасте. Однако при работе в темноте, при низком уровне общей освещенности, обратный контраст предпочтителен, так  как при этом уровни яркости  фона и общего окружения близки и глаз легко адаптируется.

Временные характеристики зрения. Зрительная система обладает инерционностью – после включения светового стимула необходимо время для появления зрительного ощущения. Существует определенное соотношение длительности и интенсивности действия света на глаз:  чем короче зрительный стимул, тем большую интенсивность он должен иметь, чтобы вызвать зрительное ощущение. Такая связь между длительностью и интенсивностью наблюдается при коротких стимулах длительностью до 20мс. Для более длительных сигналов (до 250мс) полная компенсация пороговой яркости за счет длительности не наблюдается. Зависимость между способностью к обнаружению света и длительностью исчезает для стимулов продолжительностью более 250мс. При таких световых стимулах  решающим фактором для возникновения зрительного ощущения является их  интенсивность. Зависимость пороговой интенсивности света от длительности его воздействия называется временной суммацией.

После выключения зрительного стимула зрительное ощущение  также исчезает не сразу, а лишь через некоторое время. Это явление называется инерцией зрения. Инерция зрения - способность  некоторое время сохранять результат  светового воздействия на глаз и  таким образом накапливать результат  воздействий за некоторое время. Инерция способствует устойчивости зрительных ощущений, и в сущности, обеспечивает возможность осмысления зрительных впечатлений. В явном виде  инерция зрения проявляется во всех случаях наблюдения нестационарных световых процессов. Например, быстро движущийся раскаленный объект - искра (частица стали или абразива), вырывающуюся при заточке инструмента, воспринимается в виде яркой полосы.

Зрительная инерция проявляется  и  при восприятии периодически мелькающих источников света. При высокой частоте  мелькания  глаз воспринимает мелькающий свет как постоянный. Наименьшая частота, при которой глаз перестает различать  мелькания, называется критической  частотой слияния мельканий (КЧСМ).  КЧСМ зависит от нескольких факторов: от размера и интенсивности светового  источника,   его цвета (например, для голубого КЧСМ больше, чем для  красного), индивидуальных особенностей наблюдателя ( при утомлении КЧСМ снижается). При средней интенсивности света КЧСМ составляет  около 40 Гц . Например, газоразрядные (люминесцентные ) лампы, которые   постоянно «включаются и выключаются» с частотой 50 Гц, человек, как правило, воспринимает  светящимися постоянно.

С инерцией зрения связаны зрительные последовательные образы. Последовательные образы возникают после прекращения  действия светового раздражителя. Наиболее распространенный способ демонстрации последовательного образа – попросить  испытуемого в течение 30-60 с рассматривать какой-либо достаточно яркий объект, а затем закрыть глаза или перевести взгляд на другую поверхность (например, на лист бумаги). В результате возникает зрительный последовательный образ рассматриваемого ранее объекта. Известны положительные и отрицательные последовательные образы. Первые  менее распространены, более быстротечны и возникают после непродолжительной и интенсивной стимуляции адаптированного к темноте глаза ( так называемый «эффект вспышки»). Таким образам свойственно то же соотношение яркости и того же цвета, что и исходному световому раздражителю. Чаще возникают отрицательные последовательные образы, в которых черное, белое и цветное предстают как на негативе фотографии. Обычно отрицательные последовательные образы возникают через 0,5 сек после устранения зрительного стимула, сохраняются 1-2 с, исчезают на 1-2 с и вновь возникают с меньшей интенсивностью.

Пространственные  характеристики зрения (пространственная разрешающая способность ) включают остроту зрения и поле зрения.

Острота зрения является  важнейшей   характеристикой  зрения. Определяет способность распознавать мелкие объекты (детали объектов), минимальное  расстояние между двумя точками, линиями, объектами. Измеряется величиной  обратной наименьшему угловому промежутку между двумя точками, которые  глаз еще может воспринимать раздельно. Острота зрения равна 1/α, где α  – угол, соответствующий минимальному расстоянию между двумя соседними  точками в угловых единицах, которые  глаз воспринимает раздельно.

Острота зрения оценивается с помощью специальных  таблиц с тестовыми оптотипами (кольца с разрывом, буквы). В наше стране получила распространение таблица тестов Головина – Сивцева, состоящая из двух частей: одна содержит ряд строк с печатными буквами русского алфавита, другая – с кольцами Ландольта. В верхнем ряду расположены самые крупные знаки, и разрывы в них наибольшие, в каждом последующем ряду они становятся меньше. Против каждого ряда тестовых знаков указаны значения остроты зрения, рассчитанные для расстояния, равного 5 м. Задача испытуемого, находящегося на соответствующем расстоянии  от таблицы сказать, в каком ряду он еще может различать разрывы в кольцах или буквы. Нормальным считается глаз, который различает разрыв кольца или толщину буквы, равные 1 угловой минуте, что соответствует 1 остроты зрения.

Острота зрения зависит  от условий наблюдения, в том числе от освещения, поэтому  в кабинете офтальмолога условия  освещенности таблиц стандартизированы. В норме острота зрения максимальна  при дневном свете, сумерках острота  зрения снижается. Острота зрения зависит  от возраста: примерно к 17 годам она  достигает максимума и на этом уровне сохраняется до 60-65 лет, а  затем падает. Острота зрения зависит  от функционирования разных  элементов  зрительной системы и является наиболее чувствительным индикатором  ее состояния. Основной вклад в остроту зрения вносят оптические характеристики глаза, но она также существенно  зависит  от состояния сетчатки.

Острота зрения также зависит  от места проекции изображения на сетчатку. Максимальная острота зрения наблюдается в  центральной зоне сетчатки, чем дальше от центральной ямки, тем ниже  острота зрения.  Это связано  с  тем, что в данной области  колбочки плотно «упакованы», а палочки  отсутствуют. При удалении от центра  количество колбочек уменьшается, палочки  доминируют,  острота зрения снижается. Таким образом, область центральной  ямки обеспечивает человеку различение тонких деталей изображения и  определяет остроту зрения.

Острота зрения определяется также организацией нейронной  сети сетчатки, а именно размерами  и активностью рецептивных полей. При световой адаптации размеры  РП ганглиозных клеток сетчатки уменьшается, при темновой – увеличивается. Динамика размеров РП сетчатки отражает приспособление зрительной системы к постоянно изменяющимся условиям освещения, поэтому понижение остроты зрения  может быть диагностическим признаком нарушений как в оптическом, так и нервной отделах зрительной системы.

Поле  зрения. Полем зрения называют пространство, которое одновременно видит глаз  или оба глаза, фиксируя определенную точку неподвижным взором. Каждый глаз имеет соответственно монокулярное поле зрения. При восприятии  окружающего мира  двумя глазами общее поле зрения расширяется и называется бинокулярным полем зрения.  Нормальные границы поля зрения для одного глаза таковы. По горизонтали : к виску 90 –100^°,  к носу – 50- 60 ^°; по вертикали : вверх 50-60, вниз – 60-70^°. Для бинокулярного поля зрения границы по горизонтали составляют 180 ^°, а по вертикали около 120 ^°.  Пространство, охватываемое  одновременно двумя глазами ( зона перекрытия монокулярных полей )  имеет форму близкую к кругу с диаметром около 70 град. В пределах бинокулярного поля зрения различают центральную, которая составляет около 30 ^°, и периферическую области. Предметы, находящиеся в центре поля зрения различаются во всех деталях. На периферии поля зрения хорошо ощущается движение объектов, но сами объекты не опознаются, здесь также не различаются цвета.

Размер поля зрения зависит от следующих  факторов: анатомическое строение лица ( высота переносицы, расположение глаз в глазницах), физиологические колебания размера зрачка (широкий зрачок способствует расширению поля зрения),  утомление (при утомлении поле зрения уменьшается), близорукость ( при высокой близорукости поле зрения сужается), возраст ( максимальное поле зрения характерно для людей в возрасте 20-24 лет, а затем с возрастом поле зрения уменьшается).

Исследования поля зрения и определение  его границ осуществляются с помощью  специальных приборов. Судить о состоянии  поля зрения только по наружным его  границам недостаточно, так как внутри поля могут быть участки с пониженной или отсутствующей световой чувствительностью. Нарушение полей зрения служит диагностическим  признаком локализации патологического  процесса в зрительной системе. Так  при дегенеративных процессах  сетчатки наблюдается  концентрическое сужение  полей зрения, а локальные кровоизлияния  в сетчатку приводят к частичному выпадению полей зрения. К изменениям полей зрения приводят также патологические процессы в области головного  мозга, например расширение третьего желудочка, опухоли гипофиза, нарушения в  зрительной коре .

Движения глаз. Глаз – весьма  подвижный орган. Относительно координат головы глаза движутся горизонтально, вертикально и вокруг своей оси. Движения глаз служат для того, чтобы перевести изображение объекта, подлежащего рассмотрению, в центральную зону сетчатки и фиксировать его там необходимое время. Для этого глазодвигательная система  производит разнообразные движения: быстрые скачки (произвольные и непроизвольные), тремор – высокочастотные колебания с амплитудой до 10 угловых секунд, медленный дрейф, движения прослеживания и конвергентно-дивергентные движения. Все движения глаз – это вращение глазного яблока вокруг некоторого центра, лежащего на зрительной оси на расстоянии около 13,5 мм от вершины роговицы. Любое движение совершается в результате комбинированного действия шести мышц глаза.

Поиск объекта в  зрительном поле осуществляется с помощью быстрых  саккадических движений (скачков)  и конвергентно-дивергентных движений. Скорость саккадических движений довольно быстро нарастает до максимума, затем быстро падает до нуля. Она не может быть изменена произвольно и зависит только от амплитуды движения.  Например, при скачке  5 град максимальная скорость движения равна 200 град/ с, а при скачке в 20 град – 450град/сек.  Благодаря   более высокой скорости при скачке на большой угол глазодвигательная система переводит взор в любое место поля зрения за относительно постоянное время (примерно 0,05-0,06 с).