Ограничения ясности зрительных образов, связанные с освещением

Важная анатомо-физиологическая особенность рецепторного аппарата зрительного анализатора заключается в том, что в нем представлены два вида светочувствительных клеток — палочки и колбочки. Первые функционируют преимущественно в темноте, вторые — на свету и, соответственно, обеспечиваю скотопическое и фотопическое зрение¹. Таким образом, мы должны ожидать, что в дневное и ночное время (т. е. при хорошем и плохом освещении предметов внешней среды) зрительное восприятие будет иметь характерные особенности:

1. В условиях очень плохого освещения мы лишены цветового зрения, поскольку палочки почти не различают свет различной длины волны.

2. Темновое зрение не позволяет нам воспринимать тонкие де­тали изображений, следовательно, резко снижается острота зре­ния.

3. На свету гораздо быстрее происходит темновая адаптация, нежели в темноте. Поэтому при резком изменении внешнего ос­вещения, оказавшись в темноте, мы временно теряем возмож­ность воспринимать даже грубые детали нашего окружения. При

¹ Термины «фотопический» и «скотопический» произошли от сочетания гре­ческих слов рИо1 — свет, орГоз — видеть, зкоШ — темнота.

резких изменениях освещения человек испытывает весьма непри­ятные ощущения.

4. В силу расположения палочек на периферии сетчатки (а кол­бочек — в центре), в условиях плохого освещения мы лучше ви­дим так называемым боковым зрением.

Чтобы правильно прогнозировать степень изменения зритель­ного восприятия при переходе из света в темноту, рассмотрим характерное изменение чувствительности зрения во времени, на­зываемое феноменом темповой адаптации. Один из самых извест­ных отечественных физиологов зрения С.В.Кравков отмечал, что «примером темновой адаптации является картина постепенного прояснения всего окружающего после того, как, попав в слабо освещенное помещение после пребывания на ярком солнце, мы сперва ничего не видим» [61, 100\. Строгое измерение данного эффекта происходит следующим образом¹. Если мы попросим испытуемого в течение 1 мин смотреть на достаточно яркий бе­лый экран (т.е. зафиксируем некий уровень световой адаптации), а затем выключим свет и будем через каждые 2 мин измерять его чувствительность к восприятию небольшого светового пятна, предъявляемого на этом экране, мы получим график, подобный тому, что изображен на рис. 46.

Кривая темповой адаптации показывает, как уменьшается во времени (ось абсцис: от 0 до 35 мин) порог обнаружения испы­туемым этого светового стимула (ось ординат: от 3 до 8). Верх­няя часть кривой характеризует изменение чувствительности кол-бочкового аппарата, нижняя — палочкового. В классической работе американского офтальмолога С.Гехта для оценки чув­ствительности палочек использовался стимул красного цвета, к которому палочки не чувствительны. Эти две части одной эк­спериментальной кривой показывают, что у колбочек и пало­чек различная скорость протекания процесса темновой адапта­ции. У клеток, обеспечивающих фотопическое зрение, адапта­ция происходит быстро (5 — 7 мин), а диапазон самих измене­ний незначителен. Наоборот, у клеток, реализующих скотопи-ческое зрение, световая чувствительности восстанавливается медленнее, спустя 25 — 30 мин. Поскольку величины, располо­женные по оси ординат, традиционно изображают в логариф­мическом масштабе, то это скрывает от нас реальный диапазон изменения порога обнаружения светового стимула: по данным С.В.Кравкова пороговое значение от первой до 61-й минуты увеличивается более, чем в 10 тыс. раз!

Поскольку палочки и колбочки имеют неодинаковую чувстви­тельность к световым волнам разного спектрального состава, этот

¹ Для подобных измерений используется особый офтальмологический при­бор — адаптометр.

1о§/ -1

-3 -4 -5

-2

О 5 10 15 20 25 30 мин

Рис. 46. Кривая темновой адаптации [61]:

ось ординат — логарифм интенсивности порогового стимула; ось абсцисс — вре­мя темновой адаптации в минутах; верхняя кривая (темные кружки) — измене­ние чувствительности, соответствующее активности колбочек, нижняя (свет­лые кружки) — палочек

факт обусловливает зависимость нашего восприятия цветов и цве­товых оттенков объектов от их освещения. На рис. 47 приведены так называемые кривые спектральной чувствительности для фо-топического и скотопического зрения.

На графиках, полученных различными исследователями, вид­но, что, во-первых, чувствительность палочкового аппарата выше, чем колбочкового, а во-вторых, в условиях сумеречного зрения чувствительность зрительного анализатора сдвинута в область сине-зеленых цветов, а в условиях дневного зрения — в желто-красную область. Таким образом, в сумерках или в темноте сине-зеленые цвета нам будут казаться более яркими, нежели оттенки красного. И самое главное: только при активизации работы колбочкового

					/
					/
				/
к
\
	ч	И/

цэ 40

зоН

н о о

Рис. 47. Цветовая чувствительность че­ловека в условиях фотопического и ско­топического зрения:

о а о

400 500 600 700 Длина волны, нм

ось ординат — интенсивность порогового стимула в логарифмических единицах; ось абсцисс — длина волны светового раздра­жителя в нанометрах; I — чувствительность колбочек; II — чувствительность палочек

аппарата мы будем полноценно воспринимать какой-либо объект как окрашенный цветом. Естественно, что это происходит лишь при достаточном уровне освещенности. При низких уровнях осве­щенности, когда активизируются палочки, мы воспринимаем мир, окрашенный лишь в оттенки серого, поскольку скотопическое зрение не наполняет наши зрительные образы цветом.

Обратим особое внимание на значительное различие между верхней (палочковой) и нижней (колбочковой) кривыми в ко­ротковолновой части спектра (т.е. слева на оси абсцисс). Это раз­личие на графике соответствует тому перцептивному эффекту, что достаточно большой интервал световых стимулов, располо­женных в данном диапазоне частот, при умеренном освещении воспринимается как бесцветный. И только когда объект ярко ос­вещен, он может «заиграть» зелено-голубыми цветами. Анало­гичный эффект, но со знаком «минус» демонстрирует правая часть рисунка.

Фактически это означает, что если в сумерках (когда работает преимущественно палочковый аппарат) перед нами расположен красный объект (длина волны 650 нм), и мы его видим, то он воспринимается обязательно цветным. При уменьшении осве­щенности этого объекта мы его не увидим, поскольку для акти­визации колбочек света не хватает, а палочки к красному не чувствительны. Феномен изменения яркости воспринимаемых цве­тов в разное время суток был впервые описан чешским физио­логом Я.Пуркинье в 1825 г., его наблюдение соответствует изве­стной пословице, приписываемой английскому драматургу Дж.Хейвуду: «В темноте все кошки серые».

Из вышеизложенного следует одна полезная рекомендация (ею часто пользуются военные разведчики, выходя на задание ночью): чтобы побыстрее адаптироваться к темноте, нужно перед выхо­дом из светлого помещения походить в красных очках или просто освещать комнату фонариком, имеющим красный светофильтр. Красный свет стимулирует только колбочки, а в это время палоч­ки уже адаптируются к темноте.

Отметим, что в силу указанных функциональных особенно­стей палочкового и кол бочкового аппаратов зрительная чувстви­тельность весьма сильно зависит от места попадания раздражи­теля на сетчатку. В дневное время при хорошем освещении цент­ральная или фовеальная область поля зрения — это место макси­мальной чувствительности. Чем дальше от центра, тем ниже чув­ствительность: сдвиг на 10° от центральной ямки приводит к сни­жению чувствительности в 4 раза, на 20° — в 10 раз, на 35° — в 40 раз. Края сетчатки практически нечувствительны к световым раздражителям. В офтальмологической практике границы поля зре­ния человека изучают с помощью специального прибора — пе­риметра.

1,0 | I I I I 1 I | I I I I I |

°'⁹ Г 1

I °'⁸ Г 1

2" 0,7^ \

Н I

I 0,6 Н I -^

о л

§ °'⁵г /В 1

I °'⁴| /\ 1

В о,з к /\\ |

б о А у \ \

0,025 I---- 1--- :--- ~~^^ I II , , ; ! >]

70° 60° 50° 40° 30° 20° 10° 0° 10° 20° 30° 40° 50°
Носовая Слепое Височная
пятно

Расстояние от фовеа, град.

Рис. 48. Зависимость остроты зрения от положения проекции стимула на

сетчатке:

ось ординат — острота зрения в относительных единицах (за 1,0 принята величи­на остроты зрения в фовеа); ось абсцисс — расстояние в градусах от фовеа до проекции стимула на сетчатке. В качестве тестовых стимулов использовались пря­моугольные решетки

От положения стимула на сетчатке зависит и острота зрения¹. Она максимальна, если объекты проецируются в центральную, фовеальную область сетчатки — туда, где самая высокая плот­ность расположения колбочек, при смещении объекта на перифе­рию сетчатки острота зрения быстро снижается (рис. 48).

Острота зрения зависит еще от целого ряда факторов: уровня освещенности наблюдаемого объекта, степени его контрастности по сравнению с окружающим фоном, возможности его рассмат­ривать достаточно длительное время, возраста, функционального состояния и прошлого опыта наблюдателя.

Световая адаптация выражается в снижении зрительной чув­ствительности под действием света. Этот феномен можно наблю­дать в ходе простого опыта: нужно взять лист белой бумаги, за­крыть его правую половину черной бумагой и зафиксировать ка-

¹ Под остротой зрения понимают способность человека распознавать мелкие детали изображения или отличать друг от друга отдельные объекты в поле зрения. Операционально острота зрения оценивается через минимальное расстояние между двумя точками, при котором эти точки с определенного расстояния мо­гут различаться как раздельные, а не слитные.

кую-либо точку на границе белого и черного. Через 15 —20 с, уб­рав черный лист в сторону, вы обнаружите, что левая (незакры­тая) часть листа покажется более темной, чем правая. Изменение зрительной чувствительности во времени показало, что в зависи­мости от интенсивности адаптирующего света она достигает по­стоянного уровня через 5—10 мин после воздействия, а наиболь­шее ее увеличение приходится на первую минуту.