Зрение как пример информационной системы Строение глаза

Зрение как пример информационной системы

Строение глаза

Глазное яблоко имеет неправильную шаровидную форму - спереди выпуклость сильнее выражена. Линия, соединяющая передний и задний полюсы глаза, называется осью глаза и соответствует его максимальному размеру (у человека в среднем 24 мм). В глазном яблоке выделяют две основные составляющие: ядро и капсулу. Ядро глазного яблока включает хрусталик, водянистую влагу и стекловидное тело, которые прозрачны и в большей или меньшей степени способны преломлять свет. Хрусталик имеет вид двояковыпуклой линзы с большей кривизной задней поверхности. Вещество хрусталика, прозрачное и бесцветное, не содержит сосудов и нервов, снаружи оно облечено в бесструктурную прозрачную капсулу. Волокна хрусталика построены из характерного для них белка кристаллина. Водянистая влага представляет собой текучую прозрачную жидкость, близкую по своему составу плазме крови и содержащую некоторое количество гиалуроновой кислоты. Стекловидное тело, на которое приходится основная масса глазного яблока, облечено в прозрачную бесструктурную оболочку и большей частью своей поверхности прилегает к сетчатке. Оно представляет собой прозрачное и аморфное вещество, состоящее из белка витреина и гиалуроновой кислоты.

Капсула глазного яблока (стенка глаза) включает в себя три оболочки или слоя. - Опорный слой охватывает глаз снаружи и состоит из двух отделов, склеры и роговицы, Склера, или белочная оболочка, окрашена в белый цвет, непрозрачна, кровеносных сосудов имеет мало; то, что обычно называют белком глаза, и есть видимая снаружи часть склеры. Спереди склера резко меняет свою структуру и свойства и непосредственно переходит в роговицу, которая покрывает центральный участок глаза с его фронтальной стороны. Роговица, прозрачная и заметно выпуклая, состоит из плотной соединительной ткани и лишена кровеносных сосудов. - Увеальный слой, или увеа, богат пигментом и кровеносными сосудами, благодаря чему его также называют сосудистой оболочкой глаза. Этот слой в двух задних третях глаза представлен тонкой, имеющей бурый цвет собственно сосудистой оболочкой, которая сзади пронизана отверстием для зрительного нерва. Ближе к передней части глаза увеа утолщается, образуя так называемое цилиарное (ресничное) тело, расположенное в виде кольца в области перехода склеры в роговицу. Продолжаясь вперед, цилиарное тело переходит в радужную оболочку или радужку, которая имеет форму фронтально поставленного диска с центральным отверстием, известным как зрачок. Диаметр зрачка изменяется в пределах 3 -6 мм с помощью мышц, заложенных в соединительнотканной основе радужки. Окраска радужки может варьировать (в зависимости от количества присутствующего в ней пигмента) от светло-серой и светло-голубой до темнокоричневой и почти черной. У альбиносов пигмент нацело отсутствует, так что радужка у них имеет красный цвет благодаря обилию кровеносных сосудов. - Сетчатая оболочка (сетчатка, или ретина) представляет собой по расположению самую внутреннюю, а для световосприятия - самую важную оболочку глаза.

Функция сетчатки не сводится лишь к восприятию света, уже на уровне сетчатки происходят анализ зрительной информации и выделение наиболее существенных элементов зрительных образов, например направления и скорости движения объекта, его величины. Зрительная часть сетчатки состоит из двух слоев: пигментного слоя, прилегающего к внутренней поверхности сосудистой оболочки, и контактирующего со стекловидным телом нервного слоя сетчатки. Пигментный слой сетчатки получает питательные вещества из кровеносных сосудов средней оболочки глаза и обеспечивает потребности собственно фоточувствительных клеток. Кроме того, пигментный эпителий поглощает лишний, рассеянный света. Нервный слой сетчатки состоит из девяти слоев, то есть сетчатка в целом с учетом пигментного эпителия включает десять слоев. Самый важный элемент нервного слоя сетчатки – фоторецепторные клетки.

Фоторецепторные клетки (палочки и колбочки) представляют собой высокоспециализированные нейроны, выполняющие в сетчатке собственно сенсорную функцию. Палочек в сетчатке человека примерно 120 млн, причем расположены они преимущественно по периферии ее зрительной части. Колбочки (их около 7 млн на сетчатку) концентрируются в центральной ее зоне, особенно высока плотность колбочек в центральной ямке (фовеа). Палочки отвечают за сумеречное зрение при низкой освещенности, которое имеет малую разрешающую способность (остроту) и преобладают у животных, ведущих ночной образ жизни. Колбочки эффективно работают при достаточно ярком освещении и обеспечивают цветное зрение, имеющее высокую остроту; соответственно их больше у животных, активных преимущественно днем.

В зрительной системе действуют одновременно два механизма. Один выделяет контуры, не особенно заботясь об окраске того, что внутри. Другой прокрашивает выделенное, не обращая внимания (в известных пределах) на спектр освещающих лучей и давая нам возможность, в общем, правильно воспринимать цвета.

Одна из важных приспособительных функций зрения тремор. Тремор приводит к тому, что изображение на сетчатке "ерзает", а, следовательно, меняется во времени яркость и цветовая окраска света, падающего на тот или иной чувствительный элемент глаза. Эти изменения, очевидно, пропорциональны различию по яркости и цвету соседних элементов изображения. Именно этот разностный сигнал, полученный в результате преобразования за счет тремора пространственных разностей во временные, и передается в мозг, где анализируется и восстанавливается по возможности полная информация об окружающем мире. Тремор проявляет окружающий мир, но в виде контурного рисунка.

Работа системы начинается с ознакомления. Следуют резкие, практически случайные, броски оси зрительной системы. На этом этапе мозг выделяет и анализирует области с монотонной яркостью и цветностью и те, где присутствуют границы с резкими перепадами. Затем, используя полученную предварительную информацию, мозг приступает к детальному изучению контуров. Среднее положение оси зрения отслеживает границы, а механизм тремора выделяет достаточно мощный разностный сигнал. Как только все яркостные переходы, заслуживающие внимания, отслежены, зрительная система переходит в контрольный режим, когда с помощью случайных перемещений оси фиксируются изменения. Если таковые обнаружены, в действие включается механизм детального анализа. Если нет, то глаза продолжают спокойный контроль. Режим детального анализа по длительности существенно зависит от насыщенности изображения деталями и перемещениями.

Зрение человека, а скорее всего и всех высших животных анизотропно. Способность зрения различать мелкие детали по диагональному направлению (под 45 градусов к горизонту) заметно ниже, чем по горизонтали и вертикали. Почему детальность восприятия по диагонали понижена? Дело в механизме зрения - способность обменивать детальность на чувствительность. Именно по этой причине понятие "разрешающая способность" к зрительной системе не применимо. В сумерках мы плохо различаем детали, но чутко реагируем на яркостные изменения. Для этого фоточувствительные рецепторы объединяются в крупные блоки, что повышает чувствительность, но снижает детальность зрения. Природа пониженной детальности по диагонали - та же.

Одна из самых впечатляющих тайн зрения связана с ритмикой восприятия. Можно с уверенность утверждать, что ритмика окружающего мира, являющаяся основой его организации, играет роль синхронизирующего воздействия на восприятие. Она ведет зрение, слух и другие чувства, если хотите, успокаивает и настраивает их. Но любой сбой в ритме немедленно настораживает. Генетическая память реагирует на любые отклонения от обнаруженных ритмов, как на потенциальную опасность или потенциальную пищу. Внимание резко обостряется. В этом эффекте таится подсказка, как можно использовать особенности ритмического восприятия, чтобы приковать внимание зрителя - вплетайте дефекты. Чем удачнее их скроете, тем интереснее окажется эффект.

Парадоксы зрения

Что мы видим?

• Скорость распространения импульсов по нейронам не превышает два метра в секунду. По шинам компьютеров информация мчится со скоростью более сотни тысяч километров в секунду. • Мозг человека - это около 10 - 12 миллиардов клеток. Современная технология изготовления микросхем с топологией 0, 18 микрометров позволяет разместить на одном стандартном чипе около 30 миллионов транзисторов или столько же элементарных логических ячеек. Итак, всего 300 микросхем теперь приблизят нас к мыслительным мощностям гениев! Но так ли это?

Богатство красок. Наши семь цветов радуги — чистейшая условность. С таким же успехом спектр мог бы быть мысленно разделен и на 4, и на 14 отрезков. Семь цветов понадобились великому Ньютону, чтобы непременно привязать их к семи тонам хроматической музыкальной гаммы — тоже чистейшей условности. Зато Леонардо да Винчи считал, что основных цветов — только пять. Сколько обозначений цветов мы знаем? Почему?

Потому что термин — всегда абстракция, а «абстракции и обобщения не существуют в неизменном виде на всех этапах; они сами являются продуктом социальноэкономического и культурного развития» — вот вывод, к которому пришла современная наука. Каждый народ называл цвета именно так, а не иначе только потому, что это вытекало из его условий жизни, из его деятельности.

Любой воспринимаемый человеком цвет — продукт мозговой работы. Разные люди неодинаково видят краски, по-разному ощущают гармоничность или диссонансность их сочетаний. История живописи сохранила имена выдающихся колористов — Веласкеса, Тициана, Веронезе, Рафаэля. Русские критики так, например, отзывались о колористическом мастерстве Сурикова: «. . . дал новую, чисто русскую гамму красок, которой воспользовались Репин и Васнецов и следы которой мы можем найти в палитре Левитана, Коровина, Серова» ; «угадал странную красивость русского колорита» ; «цвета сливаются в непередаваемую гамму, постигаемую зрением и не поддающуюся наглядному описанию» . Сам художник шутливо говаривал: «И собаку можно рисованию выучить, а колориту — не выучишь» .

В последние десятилетия цветом пристально интересуются не только художники, но и инженеры. По мнению некоторых исследователей, половина несчастных случаев на производстве происходит потому, что машины и цеха окрашены без учета свойств человеческого зрения. Черный цвет ассоциируется с тяжестью, белый и голубой — с чемто легким, праздничным. Освещенная красным абажуром комната кажется теплой, а смените его на синий— люди станут ежиться, будто повеяло прохладой.

Чувства, подстегнутые цветом, спорят с весами и термометром. Список влияний так же длинен, как список красителей: работоспособность и кровяное давление, аппетит и внимание, эмоции и острота слуха — вот несколько взятых наугад «параметров» человека, подверженных воздействию красок и лучей. Психологи провели опыт: осветили аппетитно накрытый стол светом, прошедшим через такой светофильтр, что окраска кушаний резко изменилась. Мясо стало серым, салат — фиолетовым, зеленый горошек превратился в «черную икру» , молоко приобрело фиолетово-красный тон, яичный желток — красно-коричневый. . . Гости, только что пускавшие слюнки в предвкушении богатого ужина, оказались не в силах даже попробовать столь странную пищу. А тем, кто ради науки все же приступил к трапезе, стало дурно. . . Воздействие цвета иной раз сильнее выговоров и запретов. Если поставить урну на белый круг или квадрат, люди стараются поточнее бросить окурок, чтобы тот не упал на белое. Желтые стены классов и коридоров меньше провоцируют школьников на занятия «живописью» . Оператор точнее считывает показания приборов, если пульт окрашен в теплые тона. И так далее, и так далее — результаты, которые говорят: мозг наш — не только создатель цвета, но и его подчиненный.