A fizika törvényei szerint a konvergáló lencse megfordítja egy tárgy képét. A szaruhártya és a lencse is kollektív lencse, így a kép fejjel lefelé is megjelenik a retinán. A kép ezután az idegek mentén továbbítódik az agyba, ahol megkapjuk az utóképet olyannak, amilyen valójában.
Egy újszülött fejjel lefelé lát tárgyakat. A szem fordított képet látó képessége fokozatosan, tréning és tréning segítségével jelenik meg, amelyben nemcsak vizuális, hanem egyéb elemzők is részt vesznek. Közülük a főszerepet az egyensúlyi szervek, az izom- és bőrérzetek játsszák. Ezen elemzők interakciójának eredményeként holisztikus képek keletkeznek a külső tárgyakról és jelenségekről.
Egy érdekes módszer ennek a ténynek az ellenőrzésére: finoman nyomja meg az ujját a jobb szem alsó szemhéjának külső szélén. Látása bal felső sarkában egy fekete pontot fog látni – ez az ujja tényleges képe.
Hogyan tudhat meg valami személyeset beszélgetőpartneréről a megjelenése alapján
A „baglyok” titkai, amelyekről a „pacsirta” nem tud Hogyan működik az „agyposta” – üzenetek továbbítása agyból agyba az interneten keresztül Miért szükséges az unalom? „Man Magnet”: Hogyan válhatsz karizmatikusabbá és vonzhatod magadhoz az embereket 25 idézet, amely kihozza a belső harcosodat Hogyan fejleszthető az önbizalom Lehetséges „megtisztítani a testet a méreganyagoktól”? 5 ok, amiért az emberek mindig az áldozatot, nem a bűnözőt hibáztatják a bűncselekményért Kísérlet: egy férfi naponta 10 doboz kólát iszik, hogy bebizonyítsa annak ártását
A lehetetlen figurák és a kétértelmű képek nem olyan dolgok, amelyeket nem lehet szó szerint érteni: ezek az agyunkban keletkeznek. Mivel az ilyen alakok észlelésének folyamata furcsa, szokatlan utat követ, a megfigyelő megérti, hogy valami szokatlan történik a fejében. A „látásnak” nevezett folyamat jobb megértése érdekében hasznos megérteni, hogyan alakítják át érzékszerveink (szem és agy) a fényingereket hasznos információvá.
A szem mint optikai eszköz
1. ábra A szemgolyó anatómiája.A szem (lásd az 1. ábrát) úgy működik, mint egy kamera. A lencse (lencse) fordított, kicsinyített képet vetít a külvilágból a retinára (retina), a fényérzékeny sejtek hálózatára, amelyek a pupillával (pupillával) szemben helyezkednek el, és a szemgolyó belső felületének több mint felét elfoglalják. . Mint optikai műszer, a szem már régóta rejtély. Míg a fényképezőgép az objektív fényérzékeny réteghez közelebbi vagy távolabbi mozgatásával fókuszál, a fénytörési képessége az alkalmazkodás során (a szem egy bizonyos távolsághoz való alkalmazkodása) módosul. A szemlencse alakját a ciliáris izom változtatja meg. Amikor az izom összehúzódik, a lencse kerekebbé válik, lehetővé téve a közelebbi tárgyak fókuszált képének megjelenését a retinán. Az emberi szem rekesznyílása ugyanúgy van beállítva, mint a fényképezőgépeknél. A pupilla szabályozza a lencse nyílásának, tágulásának vagy összehúzódásának méretét radiális izmok segítségével, amelyek a szem íriszét (íriszt) a rá jellemző színre színezik. Amikor szemünk arra a területre irányítja a tekintetét, amelyre fókuszálni szeretne, a fókusztávolság és a pupilla mérete azonnal „automatikusan” igazodik a kívánt feltételekhez.
2. ábra A retina metszeti képe
3. ábra Sárga foltos szem
A retina (2. ábra), a szem belsejében lévő fényérzékeny réteg szerkezete nagyon összetett. A látóideg (az erekkel együtt) a szem hátsó részéből származik. Ez a terület nem tartalmaz fényérzékeny sejteket, és vakfoltnak nevezik. Az idegrostok elágaznak és három különböző típusú sejtben végződnek, amelyek érzékelik a beléjük jutó fényt. A sejtek harmadik, legbelső rétegéből érkező folyamatok olyan molekulákat tartalmaznak, amelyek a beérkező fény feldolgozása során átmenetileg megváltoztatják szerkezetüket, és ezáltal elektromos impulzust bocsátanak ki. A fényérzékeny sejteket folyamataik alakja alapján pálcikáknak és kúpoknak nevezzük. A kúpok színérzékenyek, míg a rudak nem. Másrészt a rudak fényérzékenysége sokkal nagyobb, mint a kúpoké. Egy szem körülbelül százmillió rudat és hatmillió kúpot tartalmaz, amelyek egyenlőtlenül oszlanak el a retinán. Pontosan a pupillával szemben található az úgynevezett macula macula (3. ábra), amely viszonylag sűrű koncentrációban csak kúpokból áll. Ha valamit fókuszban akarunk látni, akkor úgy helyezzük el a szemet, hogy a kép a makulát essen. A retina sejtjei között számos kapcsolat van, és százmillió fényérzékeny sejt elektromos impulzusai mindössze egymillió idegrost mentén jutnak el az agyba. Így a szem felületesen leírható, mint egy fényérzékeny filmmel megrakott fényképező vagy televíziós kamera.
4. ábra Kanizsa ábra
A fényimpulzustól az információig
5. ábra Illusztráció Descartes „Le traité de l’homme” című könyvéből, 1664
De hogyan látunk valójában? Egészen a közelmúltig ez a probléma alig volt megoldható. Erre a kérdésre a legjobb válasz az volt, hogy az agyban van egy látásra specializálódott terület, amelyben agysejtek formájában képződik a retinából nyert kép. Minél több fény esik egy retinasejtre, annál intenzívebben működik a megfelelő agysejt, vagyis a látóközpontunkban lévő agysejtek aktivitása a retinára eső fény eloszlásától függ. Röviden, a folyamat egy képpel kezdődik a retinán, és egy megfelelő képpel végződik az agysejtek kis „képernyőjén”. Ez természetesen nem magyarázza a látást, hanem egyszerűen egy mélyebb szintre helyezi a problémát. Ki látja ezt a belső képet? Ezt a helyzetet jól szemlélteti a Descartes „Le traité de l'homme” című művéből vett 5. ábra. Ebben az esetben az összes idegrost egy bizonyos mirigyben végződik, amelyet Descartes a lélek székhelyeként ábrázolt, és ez ez a mirigy, amely látja a belső képet, de a kérdés továbbra is fennáll: hogyan működik valójában a "látás"?
6. ábra.
A mini-megfigyelő gondolata az agyban nemcsak nem elegendő a látás magyarázatához, hanem figyelmen kívül hagy három olyan tevékenységet is, amelyeket nyilvánvalóan közvetlenül a látórendszer hajt végre. Nézzük például a 4. ábra (Kanizsa) ábráját. Látjuk a háromszöget a három körszelvényben a kivágásuk alapján. Ezt a háromszöget nem mutatták be a retinának, de a látórendszerünk sejtéseinek eredménye! Szinte lehetetlen úgy nézni a 6. ábrát, hogy ne lássuk a figyelmünkért versengő körkörös minták folyamatos sorozatait, mintha közvetlenül belső vizuális tevékenységet tapasztalnánk. Sokan azt tapasztalják, hogy a látórendszerüket teljesen összezavarta a Dallenbach-figura (8. ábra), mivel keresik a módját, hogyan értelmezzék ezeket a fekete-fehér foltokat valamilyen általuk érthető formában. A gondok megmentése érdekében a 10. ábra egy olyan értelmezést kínál, amelyet a vizuális rendszer egyszer s mindenkorra elfogad. Az előző rajzzal ellentétben nem okoz nehézséget a 7. ábrán látható néhány tintavonást két beszélgető ember képévé rekonstruálni.
7. ábra. Rajz a "Mustármagos kert festési kézikönyvéből", 1679-1701
Például egy egészen más látásmódot illusztrál a tübingeni Werner Reichardt kutatása, aki 14 éven át tanulmányozta a házilégy látás- és repülésvezérlő rendszerét. Ezekért a tanulmányokért 1985-ben Heineken-díjat kapott. Sok más rovarhoz hasonlóan a légynek összetett szemei vannak, amelyek sok száz egyedi rúdból állnak, amelyek mindegyike külön fényérzékeny elem. A légy repülésirányító rendszere öt független alrendszerből áll, amelyek rendkívül gyorsan (a reakciósebesség körülbelül 10-szer gyorsabb, mint egy embernél) és hatékonyan működnek. Például a leszálló alrendszer a következőképpen működik. Amikor a légy látómezeje "felrobban" (mert a felszín közel van), a légy a "robbanás" közepe felé mozdul el. Ha a közepe túl van, akkor automatikusan fejjel lefelé fordul. Amint a légy lába hozzáér a felszínhez, a leszálló „alrendszer” kikapcsol. Repülés közben a légy csak kétféle információt von ki a látómezőjéből: azt a pontot, ahol egy bizonyos méretű mozgó folt található (amelynek 10 centiméter távolságban egybe kell esnie a légy méretével), valamint mint ennek a foltnak a látómezőben való mozgásának iránya és sebessége. Ezen adatok feldolgozása segít a repülési útvonal automatikus beállításában. Nagyon valószínűtlen, hogy egy légynek teljes képe van a körülötte lévő világról. Nem lát sem felületeket, sem tárgyakat. A meghatározott módon feldolgozott bemeneti vizuális adatok közvetlenül a motor alrendszerbe kerülnek. Így a vizuális bemenet nem belső képpé alakul, hanem olyan formává, amely lehetővé teszi, hogy a légy megfelelően reagáljon a környezetére. Ugyanez elmondható egy ilyen végtelenül összetettebb rendszerről, mint az emberről.
8. ábra Dallenbach ábra
Számos oka van annak, hogy a tudósok ilyen sokáig tartózkodnak attól, hogy az alapvető kérdéssel úgy foglalkozzanak, ahogyan azt valaki látja. Kiderült, hogy először sok más látási kérdést kellett megmagyarázni - a retina összetett szerkezetét, színlátást, kontrasztot, utóképeket stb. A várakozásokkal ellentétben azonban ezeken a területeken a felfedezések nem képesek megvilágítani a fő probléma megoldását. Még jelentősebb probléma volt az összes vizuális jelenséget felsoroló általános koncepció vagy séma hiánya. A hagyományos kutatási területek viszonylagos korlátait egy kiváló útmutatóból lehet kiolvasni T.N. Comsweet a vizuális észlelés témájában, előadásaiból állította össze első és második féléves hallgatóknak. Az előszóban a szerző ezt írja: "Arra törekszem, hogy leírjam azokat az alapvető szempontokat, amelyek annak a hatalmas területnek a hátterében állnak, amelyet véletlenül vizuális észlelésnek nevezünk." A könyv tartalmát vizsgálva azonban ezek az „alaptémák” a retina rudak és kúpok általi fényelnyelés, a színlátás, az érzékszervi sejtek kölcsönös befolyásának határainak növelésének vagy csökkentésének módjai. egymásra vonatkoztatva az érzékelősejteken keresztül továbbított elektromos jelek frekvenciáját stb. Napjainkban a terület kutatása teljesen új utakat követ, ami a szaksajtó megdöbbentő sokszínűségét eredményezi. A látás fejlődésének új tudományáról pedig csak egy szakember alkothat általános képet." Több új ötlet és kutatási eredmény laikus számára is hozzáférhető módon ötvözésére egyetlen kísérlet történt. És még itt is felmerültek a „Mi a látás?" és a Hogyan látjuk?
A képtől az adatfeldolgozásig
David Marr, az MIT Artificial Intelligence Laboratory munkatársa volt az első, aki a halála után megjelent Vision című könyvében egészen más oldalról közelítette meg a témát. Ebben a fő problémát igyekezett megvizsgálni, és lehetséges megoldási módokat javasolni. Marr eredményei természetesen nem véglegesek, és továbbra is nyitottak a különböző irányú kutatásokra, de ennek ellenére könyvének fő előnye a logika és a következtetések következetessége. Mindenesetre Marr megközelítése nagyon hasznos alapot biztosít a lehetetlen tárgyak és kettős figurák tanulmányozására. A következő oldalakon igyekszünk Marr gondolatmenetét követni.
Marr a következőképpen írta le a vizuális észlelés hagyományos elméletének hiányosságait:
"Ha csak a neuronok tanulmányozásával próbáljuk megérteni a vizuális érzékelést, az olyan, mintha csak a tollait tanulmányozva próbálnánk megérteni egy madár repülését. Ez egyszerűen lehetetlen. Ahhoz, hogy megértsük egy madár repülését, meg kell értenünk az aerodinamikát, és csak ezután a szerkezetet. a tollak és a madár szárnyainak különböző formái bármilyen értelmet adnak számunkra." Ebben az összefüggésben Marr J. J. Gobsonnak tartja az első fontos kérdéseket ebben a látómezőben. Marr szerint Gibson leginkább fontos hozzájárulása az volt, hogy „az érzékszervekkel kapcsolatban az a legfontosabb, hogy ezek információs csatornák a külvilágból az észlelésünkhöz (...) Feltett egy kritikus kérdést – Hogyan érjük el mindannyian ugyanazokat az eredményeket a mindennapi észlelésben az élet folyamatosan változó körülmények között? Ez egy nagyon fontos kérdés, amely megmutatja, hogy Gibson helyesen tekintette a vizuális észlelés problémáját úgy, mint amely az érzékszervi információkból rekonstruálja a külső világban lévő tárgyak „helyes” tulajdonságait." És ezzel elérkeztünk az információfeldolgozás területéhez.
Nem lehet kérdés, hogy Marr figyelmen kívül akarta hagyni a látás jelenségére vonatkozó egyéb magyarázatokat. Éppen ellenkezőleg, kifejezetten hangsúlyozza, hogy a látást nem lehet kielégítően megmagyarázni csak egy nézőpontból. A mindennapi eseményekre olyan magyarázatokat kell találni, amelyek összhangban vannak a kísérleti pszichológia eredményeivel és a pszichológusok és neurológusok által ezen a területen az idegrendszer anatómiája terén tett felfedezésekkel. Ha információfeldolgozásról van szó, az informatikusok azt szeretnék tudni, hogyan programozható a vizuális rendszer, mely algoritmusok a legalkalmasabbak egy adott feladathoz. Röviden, hogyan lehet a látást programozni. Csak egy átfogó elmélet fogadható el a látás folyamatának kielégítő magyarázataként.
Marr 1973 és 1980 között dolgozott ezen a problémán. Munkáját sajnos nem tudta befejezni, de a további kutatásokhoz szilárd alapot tudott rakni.
Az idegtudománytól a vizuális mechanizmusig
A neurológusok a 19. század eleje óta osztják azt a meggyőződést, hogy sok emberi funkciót az agy irányít. Megoszlottak a vélemények arról, hogy az agykéreg meghatározott részeit használták-e fel bizonyos műveletek elvégzésére, vagy az egész agyat használták-e az egyes műveletekhez. Napjainkban Pierre Paul Broca francia neurológus híres kísérlete a konkrét helyelmélet általános elfogadásához vezetett. Broca egy beteget kezelt, aki 10 évig nem tudott beszélni, bár a hangszálai rendben voltak. Amikor a férfi 1861-ben meghalt, a boncolás során kiderült, hogy az agy bal oldala deformálódott. Broca azt javasolta, hogy a beszédet az agykéregnek ez a része szabályozza. Elméletét megerősítették az agykárosodásban szenvedő betegek későbbi vizsgálatai, amelyek végül lehetővé tették az emberi agy létfontosságú funkcióinak központjainak megjelölését.
9. ábra: Két különböző agysejt válasza különböző irányú optikai ingerekre
Egy évszázaddal később, az 1950-es években a tudósok D.H. Hubel (D.H. Hubel) és T.N. Wiesel (T.N. Wiesel) kísérleteket végzett élő majmok és macskák agyában. Az agykéreg látóközpontjában olyan idegsejteket találtak, amelyek különösen érzékenyek a látómező vízszintes, függőleges és átlós vonalaira (9. ábra). Kifinomult mikrosebészeti technikájukat később más tudósok is átvették.
Így az agykéreg nemcsak a különféle funkciók ellátására szolgáló központokat tartalmaz, hanem az egyes központokon belül, akárcsak a látóközpontban, az egyes idegsejtek csak nagyon specifikus jelek vétele esetén aktiválódnak. Ezek a szem retinájából érkező jelek korrelálnak a külső világ egyértelműen meghatározott helyzeteivel. Ma azt feltételezik, hogy az objektumok különböző formáiról és térbeli elrendezéséről szóló információkat a vizuális memóriában tárolják, és az aktivált idegsejtekből származó információkat összehasonlítják ezzel a tárolt információval.
Ez a detektorelmélet befolyásolta a vizuális észlelés kutatásának irányát az 1960-as évek közepén. A „mesterséges intelligenciával” kapcsolatban álló tudósok ugyanezt az utat követték. Az emberi látás folyamatának számítógépes szimulációját, más néven "gépi látást" az egyik legkönnyebben elérhető célnak tekintették ezekben a tanulmányokban. De minden egy kicsit másképp alakult. Hamar világossá vált, hogy gyakorlatilag lehetetlen olyan programokat írni, amelyek képesek felismerni a fényintenzitás változásait, az árnyékokat, a felületszerkezetet és az összetett objektumok véletlenszerű összeállításait, értelmes képekké. Ráadásul az ilyen mintafelismeréshez korlátlan mennyiségű memóriára volt szükség, mivel számtalan objektum képét kell a memóriában tárolni a hely és a megvilágítási helyzet számtalan változatában.
A valós körülmények között történő mintafelismerés terén további előrelépés nem volt lehetséges. Kétséges, hogy egy számítógép valaha is képes lesz szimulálni az emberi agyat. Az emberi agyhoz képest, amelyben minden idegsejtnek körülbelül 10 000 kapcsolata van más idegsejtekkel, az 1:1-es számítógépes arány aligha tűnik megfelelőnek!
10. ábra A Dellenbach-ábra megoldása
Elizabeth Warrington előadása
1973-ban Marr részt vett Elizabeth Warrington brit neurológus előadásán. Megjegyezte, hogy az általa vizsgált nagyszámú, az agy jobb oldalának parietális elváltozásaiban szenvedő beteg tökéletesen képes felismerni és leírni különféle tárgyakat, feltéve, hogy ezeket a tárgyakat a szokásos formájukban figyelték meg. Például az ilyen betegeknek nem okozott nehézséget egy vödr azonosítása oldalról nézve, de felülről nézve nem tudták felismerni ugyanazt a vödröt. Valójában még akkor sem akarták elhinni, ha azt mondták nekik, hogy felülről nézik a vödröt! Még meglepőbb volt azoknak a betegeknek a viselkedése, akiknél sérült az agy bal oldala. Az ilyen betegek általában nem tudnak beszélni, ezért nem tudják verbálisan megnevezni a tárgyat, amelyet néznek, vagy leírni a célját. Megmutathatják azonban, hogy a látószögtől függetlenül helyesen érzékelik egy tárgy geometriáját. Ez arra késztette Marrt, hogy a következőket írja: "Warrington előadása a következő következtetésekre késztetett. Először is, a tárgy alakjának ötlete valahol máshol tárolódik az agyban, ezért vannak elképzelések egy tárgy alakjáról és annak alakjáról. Másodszor, a látás képes belső leírást adni egy megfigyelt tárgy alakjáról, még akkor is, ha az adott tárgyat nem ismerik fel a szokásos módon... Elizabeth Warrington rámutatott az emberi látás leglényegesebb tényére - mondja el. a tárgyak alakjáról, teréről és egymáshoz viszonyított helyzetéről." Ha ez valóban így van, akkor a vizuális észlelés és a mesterséges intelligencia területén dolgozó tudósoknak (beleértve a számítógépes látással foglalkozókat is) a Hubel kísérleteiből származó detektorelméletet egy teljesen új taktikára kell cserélniük.
Modulelmélet
11. ábra Zhules Béla véletlenszerű pontokkal ellátott sztereogramjai, lebegő négyzet
Marr kutatásának második kiindulópontja (Warrington munkáinak megismerése után) az a feltevés, hogy vizuális rendszerünk moduláris felépítésű. Számítógépes szóhasználattal a Vision fő programunk az alprogramok széles skáláját fedi le, amelyek mindegyike teljesen független a többitől, és más szubrutinoktól függetlenül is tud működni. Az ilyen rutin (vagy modul) kiváló példája a sztereoszkópikus látás, amelyben a mélységet a két szemből származó képek feldolgozásának eredményeként érzékelik, amelyek kissé különböznek egymástól. Korábban azt hitték, hogy a három dimenzióban való látáshoz először teljes képeket ismerünk fel, majd döntjük el, hogy mely tárgyak vannak közelebb és melyek távolabbi. 1960-ban Julesz Béla, akit 1985-ben Heineken-díjjal tüntettek ki, be tudta bizonyítani, hogy a két szem térbeli érzékelése kizárólag a két szem retinájából nyert két kép közötti kis különbségek összehasonlításával valósul meg. Így az ember ott is érezhet mélységet, ahol nincsenek tárgyak, és nem is kellene tárgyaknak lenniük. Kísérleteihez Jules véletlenszerűen elhelyezkedő pontokból álló sztereogramokat dolgozott ki (lásd 11. ábra). A jobb szem által látott kép minden tekintetben megegyezik a bal szem által látott képpel, kivéve a négyzet alakú középső területet, amely le van vágva és kissé eltolva az egyik széléhez, és ismét a háttérhez igazodik. A fennmaradó fehér helyet ezután véletlenszerű pontokkal töltöttük ki. Ha a két képet (amelyeken nem ismer fel tárgyat) sztereoszkópon keresztül nézzük, a korábban kivágott négyzet a háttér felett lebegni fog. Az ilyen sztereogramok térbeli adatokat tartalmaznak, amelyeket vizuális rendszerünk automatikusan feldolgoz. Így a sztereoszkópia a vizuális rendszer autonóm modulja. A modulelmélet meglehetősen hatékonynak bizonyult.
A 2D-s retinaképtől a 3D-s modellig
12. ábra: A vizuális folyamat során a retina kép (balra) egy elsődleges vázlattá alakul, amelyben az intenzitás változásai nyilvánvalóvá válnak (jobbra)
A látás egy többlépcsős folyamat, amely a külső világ kétdimenziós reprezentációit (retinális képeket) a megfigyelő számára hasznos információvá alakítja át. A szem retinájából készült kétdimenziós képpel kezdődik, amely a színlátást egyelőre figyelmen kívül hagyva csak a fényintenzitás szintjeit tárolja. Az első lépésben, egyetlen modul használatával, ezeket az intenzitásszinteket intenzitásváltozásokká, vagy más szóval olyan kontúrokká alakítják, amelyek a fényintenzitás hirtelen változásait mutatják. Marr pontosan megállapította, hogy ebben az esetben milyen algoritmusról van szó (matematikailag leírva, és mellesleg nagyon összetett), és hogy érzékelésünk és idegsejtjeink hogyan hajtják végre ezt az algoritmust. Az első lépés eredménye az, amit Marr „elsődleges vázlatnak” nevez, amely összefoglalja a fényintenzitás változásait, azok kapcsolatait és a látómezőben való eloszlását (12. ábra). Ez azért fontos lépés, mert az általunk látott világban az intenzitás változásai gyakran a tárgyak természetes körvonalaihoz kapcsolódnak. A második lépés elvezet minket ahhoz, amit Marr "2,5-dimenziós vázlatnak" nevez. A 2,5 dimenziós vázlat a látható felületek tájolását és mélységét tükrözi a megfigyelő előtt. Ez a kép nem egy, hanem több modulból származó adatok alapján épül fel. Marr megalkotta a „2,5-dimenziós” nagyon tág fogalmát annak hangsúlyozására, hogy a megfigyelő szemszögéből látható térinformációkkal dolgozunk. A 2,5-dimenziós vázlatot perspektivikus torzulások jellemzik, és ebben a szakaszban az objektumok tényleges térbeli elhelyezkedése még nem határozható meg egyértelműen. Az itt látható 2,5 dimenziós vázlatkép (13. ábra) több információs területet is szemléltet egy ilyen vázlat feldolgozásakor. Ilyen típusú kép azonban nem alakul ki agyunkban.
13. ábra. 2.5D vázlatrajz - "a látható felületek mélységének és tájolásának középre állítása"
Eddig a vizuális rendszer több modul segítségével működött autonóm módon, automatikusan és függetlenül az agyban tárolt külső világra vonatkozó adatoktól. A folyamat utolsó szakaszában azonban lehetőség van a már rendelkezésre álló információkra hivatkozni. Ez az utolsó feldolgozási lépés egy háromdimenziós modellt biztosít – egy világos leírást, amely független a néző látószögétől, és alkalmas az agyban tárolt vizuális információkkal való közvetlen összehasonlításra.
Marr szerint a háromdimenziós modell felépítésében a főszerepet a tárgyak alakzatainak irányító tengelyeinek összetevői játsszák. Azok, akik nem ismerik ezt az elképzelést, távolinak találhatják, de valójában vannak bizonyítékok, amelyek alátámasztják ezt a hipotézist. Először is, a környező világ számos tárgya (különösen az állatok és a növények) meglehetősen világosan ábrázolható cső (vagy huzal) modellek formájában. Valóban, könnyen felismerhetjük, hogy mi van a reprodukción ábrázolva a vezetőtengelyek alkotóelemei formájában (14. ábra).
14. ábra: Az egyszerű állatmodellek a vezetőtengely összetevői alapján azonosíthatók.
Másodszor, ez az elmélet elfogadható magyarázatot ad arra a tényre, hogy képesek vagyunk vizuálisan szétszedni egy tárgyat alkotóelemeire. Ez tükröződik nyelvünkben, amely egy-egy tárgyrésznek más-más nevet ad. Így az emberi test leírásánál az olyan megjelölések, mint a „test”, „kéz” és „ujj”, a test különböző részeit jelölik tengelyirányú összetevőik szerint (15. ábra).
16. ábra Egytengelyes modell (balra) egyedi tengelykomponensekre bontva (jobbra)
Harmadszor, ez az elmélet összhangban van azzal a képességünkkel, hogy általánosítsuk és egyúttal megkülönböztetjük a formákat. Az azonos főtengelyű objektumok csoportosításával általánosítunk, a gyermektengelyeket pedig úgy különböztetjük meg, mint a fa ágait. Marr olyan algoritmusokat javasolt, amelyek egy 2,5-dimenziós modellt háromdimenzióssá alakítanak át. Ez a folyamat is nagyrészt autonóm. Marr megjegyezte, hogy az általa kifejlesztett algoritmusok csak akkor működnek, ha tiszta tengelyeket használnak. Például, ha egy gyűrött papírlapra alkalmazzuk, a lehetséges tengelyeket nagyon nehéz lesz azonosítani, és az algoritmus nem lesz alkalmazható.
A háromdimenziós modell és az agyban tárolt vizuális képek közötti kapcsolat a tárgyfelismerési folyamat során aktiválódik.
Itt nagy szakadék van a tudásunkban. Hogyan tárolódnak ezek a vizuális képek az agyban? Hogyan zajlik a felismerési folyamat? Hogyan történik az összehasonlítás az ismert képek és az újonnan összeállított 3D kép között? Ez az utolsó pont, amit Marr érintett (16. ábra), de hatalmas mennyiségű tudományos adatra van szükség ahhoz, hogy bizonyosságot szerezzünk ebben a kérdésben.
16. ábra: Az új alakleírások a tárolt alakzatokhoz kapcsolódnak egy összehasonlítással, amely egy általánosított formából (fent) egy meghatározott formába (alul) lép át.
Jóllehet mi magunk nem vagyunk tisztában a vizuális feldolgozás különböző fázisaival, sok egyértelmű párhuzam van a fázisok és az idők során a tér benyomásának közvetítésének különböző módjai között egy kétdimenziós felületen.
Így a pointillisták a retina kontúr nélküli képét hangsúlyozzák, míg a vonalas képek az elsődleges vázlat szakaszának felelnek meg. A kubista festmények a végső háromdimenziós modell felépítését előkészítő vizuális adatok feldolgozásához hasonlíthatók, bár ez természetesen nem volt a művész szándéka.
Ember és számítógép
A téma átfogó megközelítése során Marr arra törekedett, hogy megmutassa, meg tudjuk érteni a látás folyamatát anélkül, hogy az agy számára már elérhető ismeretekre kellene támaszkodnunk.
Ezzel új utat nyitott a vizuális észlelés területén a kutatók előtt. Ötleteivel hatékonyabb utat lehet kikövezni egy vizuális gép megvalósításához. Amikor Marr megírta könyvét, tisztában kellett lennie azzal, hogy olvasóinak milyen erőfeszítéseket kell tenniük, hogy követhessék elképzeléseit és következtetéseit. Ez nyilvánvaló munkája során, és a legnyilvánvalóbban az utolsó fejezetben, „A megközelítés védelmében” című fejezetben jelenik meg. Ez egy 25 nyomtatott oldal polémikus "ügye", amelyben a kedvező pillanatot kihasználva igazolja céljait. Ebben a fejezetben egy képzeletbeli ellenféllel beszélget, aki a következő érvekkel támadja Marrt:
"Még mindig elégedetlen vagyok ennek az összekapcsolt folyamatnak a leírásával, és azzal az elképzeléssel, hogy az összes fennmaradt részletgazdagság csak leírás. Kicsit túl primitívnek hangzik... Ahogy egyre közelebb kerülünk ahhoz, hogy azt mondjuk, hogy az agy egy számítógép, mindent el kell mondanom, amitől egyre jobban félek az emberi értékek értelmének megőrzéséért."
Marr érdekes választ ad: "Az az állítás, hogy az agy számítógép, helytálló, de félrevezető. Az agy valóban egy nagyon speciális információfeldolgozó eszköz, vagy inkább a legnagyobb közülük. Az, hogy agyunkat adatfeldolgozó eszköznek tekintjük, nem lealacsonyítja vagy tagadja az emberi értékeket, mindenesetre csak alátámasztja azokat, és végső soron segíthet megérteni, mik is az emberi értékek ilyen információs szempontból, miért van szelektív jelentősége, és hogyan illeszkednek a társadalmi életbe. és nyilvános normák, amelyeket génjeink biztosítottak számunkra."
Receptor
Afferens útvonal
3) a kéreg azon zónái, ahol az ilyen típusú érzékenység kivetül-
I. Pavlov hívott elemző.
A modern tudományos irodalomban az analizátort gyakrabban hívják érzékszervi rendszer. Az analizátor kortikális végén a kapott információ elemzése és szintézise történik.
Vizuális szenzoros rendszer
A látószerv - a szem - a szemgolyóból és egy segédkészülékből áll. A látóideg a szemgolyóból jön ki, és összeköti az agyvel.
A szemgolyó gömb alakú, elöl domborúbb. A pálya üregében fekszik, és egy belső magból és három, azt körülvevő héjból áll: külső, középső és belső (1. ábra).
Rizs. 1. A szemgolyó vízszintes metszete és az akkomodáció mechanizmusa (diagram) [Kositsky G.I., 1985]. A bal felében a lencse (7) lelapul, ha távoli tárgyat nézünk, a jobb oldalon pedig domborúbbá vált egy közeli tárgy 1 - a sclera - nézésekor tett alkalmazkodó erőfeszítés miatt; 2 - érhártya; 3 - retina; 4 - szaruhártya; 5 - elülső kamra; 6 - írisz; 7 - lencse; 8 - üvegtest; 9 - ciliáris izom, ciliáris folyamatok és ciliáris szalag (cinnova); 10 - központi mélyedés; 11 - látóideg
SZEMGOLYÓ
Külső burok hívott rostos vagy rostos. Hátsó szakasza a tunica albugineát, ill sclera, amely védi a szem belső magját és segít megőrizni alakját. Az elülső részt egy domborúbb átlátszó képviseli szaruhártya amelyen keresztül a fény a szembe jut.
Középső héj vérerekben gazdag, ezért vaszkulárisnak nevezik. Három részből áll:
elülső – írisz
átlagos - ciliáris test
hátsó - maga az érhártya.
Az írisz lapos gyűrű alakú, színe a pigment mennyiségétől és jellegétől függően lehet kék, zöldesszürke vagy barna. Az írisz közepén lévő lyuk a pupilla- összehúzódásra és bővítésre képes. A pupilla méretét a szivárványhártya vastagságában elhelyezkedő speciális szemizmok szabályozzák: a pupilla záróizom (összehúzó) és a pupilla tágítója, amely kitágítja a pupillát. Az írisz mögött található ciliáris test - kör alakú gerinc, amelynek belső szélén ciliáris folyamatok vannak. Tartalmazza a csillóizmot, melynek összehúzódása egy speciális szalagon keresztül jut át a lencsére, és megváltoztatja annak görbületét. Maga az érhártya- a szemgolyó középső rétegének nagy hátsó része, fekete pigmentréteget tartalmaz, amely elnyeli a fényt.
Belső héj A szemgolyót retinának vagy retinának nevezik. Ez a szem fényérzékeny része, amely az érhártya belsejét takarja. Összetett szerkezetű. A retina fényérzékeny receptorokat - rudakat és kúpokat - tartalmaz.
A szemgolyó belső magja smink lencse, üvegtest és a szem elülső és hátsó kamrájának vizes humora.
Lencse Bikonvex lencse alakú, átlátszó és rugalmas, a pupilla mögött helyezkedik el. A lencse megtöri a szembe jutó fénysugarakat, és a retinára fókuszálja. Ebben segít neki a szaruhártya és az intraokuláris folyadék. A ciliáris izom segítségével a lencse megváltoztatja görbületét, felveszi a „távoli” vagy „közeli” látáshoz szükséges formát.
Az objektív mögött van üvegszerű- átlátszó zselészerű massza.
A szaruhártya és a szivárványhártya közötti üreg alkotja a szem elülső kamráját, az írisz és a lencse közötti üreg pedig a hátsó kamrát. Átlátszó folyadékkal - vizes humorral vannak feltöltve, és a pupillán keresztül kommunikálnak egymással. A szem belső folyadékai nyomás alatt vannak, ezt intraokuláris nyomásnak nevezzük. Ha növekszik, látásromlás léphet fel. A megnövekedett szemnyomás egy súlyos szembetegség - a glaukóma - jele.
Kiegészítő szemkészülék védőeszközökből, könny- és motoros készülékekből áll.
Védőképződményekre viszonyul szemöldök, szempilla és szemhéj. A szemöldök védi a szemet a homlokról lecsepegő izzadságtól. A felső és alsó szemhéj szabad szélein található szempillák védik a szemet a portól, hótól és esőtől. A szemhéj alapja egy porcra emlékeztető kötőszöveti lemez, kívül bőr borítja, belül pedig kötőhártya borítja - kötőhártya. A szemhéjakról a kötőhártya a szaruhártya kivételével a szemgolyó elülső felületére jut. Amikor a szemhéjak zárva vannak, szűk tér képződik a szemhéjak kötőhártyája és a szemgolyó kötőhártyája között - a kötőhártya zsák.
A könnyrendszert a könnymirigy és a könnycsatornák képviselik. A könnymirigy a szemüreg oldalfalának felső sarkában egy mélyedést foglal el. Több csatornája a kötőhártyazsák felső fornixébe nyílik. A könny mossa a szemgolyót, és folyamatosan hidratálja a szaruhártya. A könnyfolyadék mozgását a középső szemzug felé a szemhéjak villogó mozgása segíti elő. A belső szemzugban könnycseppek gyűlnek össze könnytó formájában, melynek alján a könnypapillája látható. Innen a könnycseppen (a felső és alsó szemhéj belső szélein lyukak) keresztül a könny először a könnycsatornába, majd a könnyzsákba kerül. Ez utóbbi átjut a nasolacrimalis csatornába, amelyen keresztül a könnyek az orrüregbe jutnak.
A szem motoros rendszerét hat izom képviseli. Az izmok a látóideg körüli íngyűrűből indulnak ki a szemüreg mélyén, és a szemgolyóhoz kapcsolódnak. A szemgolyóban négy egyenes izom (felső, alsó, oldalsó és középső) és két ferde izom (felső és alsó) található. Az izmok úgy működnek, hogy mindkét szem együtt mozog, és ugyanabba a pontba irányul. A felső szemhéjat felemelő izom is az íngyűrűből indul ki. A szem izmai csíkosak és önként összehúzódnak.
A látás élettana
A szem fényérzékeny receptorai (fotoreceptorok) - kúpok és rudak - a retina külső rétegében találhatók. A fotoreceptorok érintkeznek a bipoláris neuronokkal, amelyek viszont érintkeznek a ganglion neuronokkal. Sejtlánc jön létre, amely a fény hatására idegimpulzust generál és vezet. A ganglion neuronok folyamatai alkotják a látóideget.
Ahogy kilép a szemből, a látóideg két részre oszlik. A belső metszi, és az ellenkező oldali látóideg külső felével együtt az oldalsó geniculate testbe kerül, ahol a következő neuron található, amely a látókéreg sejtjein végződik a félteke occipitalis lebenyében. Az optikai traktus rostjai egy része a középagy tetőlemezének superior colliculusainak sejtmagjai felé irányul. Ezek a magok, valamint az oldalsó geniculate testek magjai az elsődleges (reflex) látóközpontokat képviselik. A felső colliculus magjaiból indul ki a tektospinális traktus, amelyen keresztül a látással kapcsolatos reflexorientáló mozgások végbemennek. A colliculus superior magjai szintén kapcsolatban állnak az oculomotoros ideg paraszimpatikus magjával, amely az agyi vízvezeték padlója alatt helyezkedik el. Ebből indulnak ki a szemmozgató ideget alkotó rostok, amelyek beidegzik a pupilla záróizmát, ami erős fényben biztosítja a pupilla összehúzódását (pupilláris reflex), valamint a szem akkomodációját biztosító ciliáris izomzatot.
A szem számára megfelelő irritáló anyag a fény - elektromágneses hullámok, amelyek hossza 400-750 nm. A rövidebb ultraibolya és a hosszabb infravörös sugarakat az emberi szem nem érzékeli.
A szem készüléke, a szaruhártya és a lencse megtöri a fénysugarakat, és a tárgyak képét a retinára fókuszálja. A fénysugár áthalad a ganglion- és bipoláris sejtek rétegén, és eléri a kúpokat és rudakat. A fotoreceptorok egy fényérzékeny vizuális pigmentet tartalmazó külső szegmensre (pipában a rodopszin, a kúpokban a jodopszin) és a mitokondriumokat tartalmazó belső szegmensre oszlanak. A külső szegmensek a szem belső felületét bélelő fekete pigmentrétegbe vannak beágyazva. Csökkenti a fény visszaverődését a szem belsejében, és részt vesz a receptorok anyagcseréjében.
A retinában körülbelül 7 millió kúp és körülbelül 130 millió rúd található. A rudak érzékenyebbek a fényre, és szürkületi látókészüléknek nevezik. A fényre 500-szor kevésbé érzékeny kúpok nappali és színlátó eszközök. A színérzék és a színvilág a halak, kétéltűek, hüllők és madarak számára elérhető. Ezt bizonyítja a feltételes reflexek különböző színekre való fejlesztésének képessége. A kutyák és a patás állatok nem érzékelik a színeket. Ellentétben azzal a jól bevált elképzeléssel, hogy a bikák nagyon nem szeretik a vörös színt, a kísérletek bebizonyították, hogy nem tudják megkülönböztetni a zöldet, a kéket és még a feketét is a vöröstől. Az emlősök közül csak a majmok és az emberek képesek érzékelni a színeket.
A kúpok és rudak egyenetlenül oszlanak el a retinában. A szem alján, a pupillával szemben egy úgynevezett folt van a közepén egy mélyedés - a központi fovea - a legjobb látás helye. Ez az a hely, ahol a kép fókuszálódik egy tárgy megtekintésekor.
A fovea csak kúpokat tartalmaz. A retina perifériája felé a kúpok száma csökken, a rudak száma pedig nő. A retina perifériája csak rudakat tartalmaz.
A retinafolttól nem messze, az orrhoz közelebb van egy vakfolt. Itt lép ki a látóideg. Ez a terület nem rendelkezik fotoreceptorokkal, és nem vesz részt a látásban.
Kép felépítése a retinán.
A fénysugár eléri a retinát, és számos fénytörő felületen és közegen halad át: a szaruhártya, az elülső kamra vizes üregén, a lencsén és az üvegtesten. A külső tér egy pontjából kiinduló sugarakat a retina egy pontjára kell fókuszálni, csak akkor lehetséges a tiszta látás.
A retinán lévő kép valódi, fordított és kicsinyített. Annak ellenére, hogy a kép fejjel lefelé van, a tárgyakat függőlegesen észleljük. Ez azért történik, mert egyes érzékszervek tevékenységét mások ellenőrzik. Számunkra az „alul” az, ahová a gravitációs erő irányul.
Rizs. 2. Kép felépítése a szemben, a, b - tárgy: a, b" - fordított és kicsinyített képe a retinán; C az a csomópont, amelyen a sugarak törés nélkül haladnak át, α pedig a látószög
Látásélesség.
A látásélesség a szem azon képessége, hogy két pontot külön-külön lásson. Ez akkor érhető el normál szem számára, ha a retinán lévő kép mérete 4 mikron és a látószög 1 perc. Kisebb látószögnél a pontok nem egyesülnek.
A látásélességet speciális táblázatokkal határozzák meg, amelyek 12 betűsort ábrázolnak. Minden sor bal oldalán fel van írva, hogy milyen távolságból legyen látható egy normál látású ember számára. Az alany egy bizonyos távolságra kerül az asztaltól, és talál egy sort, amelyet hiba nélkül olvas.
A látásélesség erős fényben növekszik, gyenge fényben pedig nagyon alacsony.
rálátás. Látómezőnek nevezzük azt a teljes teret, amelyet a mozdulatlan, előre irányított tekintettel a szem láthat.
Van központi (a makula területén) és perifériás látás. A legnagyobb látásélesség a központi fovea területén van. Csak kúpok vannak, átmérőjük kicsi, szorosan egymás mellett helyezkednek el. Mindegyik kúp egy bipoláris neuronhoz kapcsolódik, amely viszont egy ganglion neuronhoz kapcsolódik, amelyből külön idegrost indul, impulzusokat továbbítva az agyba.
A perifériás látás kevésbé éles. Ez azzal magyarázható, hogy a retina perifériáján a kúpokat rudak veszik körül, és mindegyiknek nincs külön útja az agyhoz. A kúpok egy csoportja egy bipoláris sejten végződik, és sok ilyen sejt küldi impulzusait egy ganglionsejtnek. A látóidegben körülbelül 1 millió rost található, és körülbelül 140 millió receptor található a szemben.
A retina perifériája rosszul megkülönbözteti a tárgy részleteit, de jól érzékeli azok mozgását. Az oldallátásnak nagy jelentősége van a külvilág érzékelésében. Különböző típusú közlekedési eszközöket vezetők számára ennek megsértése elfogadhatatlan.
A látómezőt egy speciális eszközzel határozzák meg - a kerületet (133. ábra), amely egy fokokra osztott félkörből és egy álltámaszból áll.
Rizs. 3. A látómező meghatározása a Forstner kerület segítségével
Az alany az egyik szemét becsukva rögzíti a fehér pontot a másikkal az előtte lévő kerületi ív közepén. A kerületi ív mentén a látómező határainak meghatározásához, annak végétől kezdve, lassan mozgassa előre a fehér jelet, és határozza meg azt a szöget, amelyben rögzített szemmel látható.
A látómező kifelé a legnagyobb, a templom felé - 90 °, az orr felé és felfelé és lefelé - körülbelül 70 °. Meghatározhatja a színlátás határait, és ugyanakkor meggyőződhet a lenyűgöző tényekről: a retina perifériás részei nem érzékelik a színeket; A színes látómezők nem azonosak a különböző színeknél, a legszűkebb a zöld.
Szállás. A szemet gyakran a fényképezőgéphez hasonlítják. Fényérzékeny képernyővel rendelkezik - a retinával, amelyen a szaruhártya és a lencse segítségével tiszta képet kapnak a külvilágról. A szem képes tisztán látni az egyenlő távolságra lévő tárgyakat. Ezt a képességét akkomodációnak nevezik.
A szaruhártya törőereje állandó marad; finom, precíz élességállítás a lencse görbületében bekövetkező változások miatt következik be. Ezt a funkciót passzívan látja el. A helyzet az, hogy a lencse egy kapszulában vagy táskában található, amely a ciliáris szalagon keresztül a ciliáris izomhoz kapcsolódik. Amikor az izom ellazul és a szalag megfeszül, meghúzza a kapszulát, ami lelapítja a lencsét. Ha az akkomodációt megerőltetik a közeli tárgyak nézéséhez, olvasáshoz, íráshoz, a ciliáris izom összehúzódik, a kapszulát feszítő szalag ellazul, és a lencse rugalmassága miatt kerekebbé válik, törőereje megnő.
Az életkor előrehaladtával a lencse rugalmassága csökken, megkeményedik, és elveszíti görbületének megváltoztatását, amikor a ciliáris izom összehúzódik. Ez megnehezíti a tisztánlátást közelről. A szenilis távollátás (presbyopia) 40 év után alakul ki. Szemüveg segítségével korrigálják - bikonvex lencsék, amelyeket olvasás közben viselnek.
Látás anomáliája. A fiataloknál fellépő anomália leggyakrabban a szem nem megfelelő fejlődésének, nevezetesen a nem megfelelő hosszának a következménye. Amikor a szemgolyó megnyúlik, rövidlátás (myopia) lép fel, és a kép a retina elé fókuszál. A távoli tárgyak nem jól láthatók. A bikonkáv lencséket a rövidlátás korrigálására használják. Amikor a szemgolyó lerövidül, távollátás (hiperopia) figyelhető meg. A kép a retina mögé fókuszál. A korrekcióhoz bikonvex lencsék szükségesek (134. ábra).
Rizs. 4. Refrakció normál látással (a), rövidlátással (b) és távollátással (d). A rövidlátás (c) és a távollátás (d) optikai korrekciója (diagram) [Kositsky G. I., 1985]
Az asztigmatizmusnak nevezett látásromlás akkor fordul elő, ha a szaruhártya vagy a lencse görbülete rendellenes. Ebben az esetben a szem kép torzul. A javításhoz hengeres üvegre van szükség, amelyet nem mindig könnyű megtalálni.
A szem adaptációja.
Amikor egy sötét helyiségből erős fénybe távozunk, kezdetben megvakulunk, és akár fájdalmat is érezhetünk a szemünkben. Ezek a jelenségek nagyon gyorsan elmúlnak, a szem megszokja az erős fényt.
A szemreceptorok fényérzékenységének csökkenését alkalmazkodásnak nevezzük. Ez a vizuális lila elhalványulását okozza. A fényadaptáció az első 4-6 percben véget ér.
Amikor egy világos helyiségből egy sötétbe költözünk, a sötéthez alkalmazkodás következik be, amely több mint 45 percig tart. A rudak érzékenysége 200 000 - 400 000-szeresére nő. Általánosságban elmondható, hogy ez a jelenség egy elsötétített moziterembe belépve figyelhető meg. Az alkalmazkodás előrehaladásának tanulmányozására speciális eszközök - adaptomerek - állnak rendelkezésre.
A vizuális rendszer kiegészítő berendezései és funkciói
A vizuális szenzoros rendszer egy komplex segédberendezéssel van felszerelve, amely magában foglalja a szemgolyót és a mozgását biztosító három izompárt. A szemgolyó elemei végzik a retinába belépő fényjel elsődleges átalakítását:
a szem optikai rendszere a képeket a retinára fókuszálja;
a pupilla szabályozza a retinára eső fény mennyiségét;
- a szemgolyó izmai biztosítják folyamatos mozgását.
Kép kialakulása a retinán
A tárgyak felületéről visszaverődő természetes fény diffúz, azaz. A tárgy egyes pontjaiból érkező fénysugarak különböző irányokba érkeznek. Ezért a szem optikai rendszerének hiányában a tárgy egy pontjából érkező sugarak ( A) a retina különböző részeire esne ( a1, a2, a3). Egy ilyen szem képes lenne megkülönböztetni a megvilágítás általános szintjét, de a tárgyak körvonalait nem (1. ábra A).
Ahhoz, hogy a környező világban lássuk a tárgyakat, szükséges, hogy a tárgy egyes pontjaiból érkező fénysugarak csak a retina egy pontját érjék, pl. a képet fókuszálni kell. Ezt úgy érhetjük el, hogy a retina elé gömb alakú törőfelületet helyezünk. Egy pontból kiinduló fénysugarak ( A), az ilyen felületen történő fénytörés után egy ponton összegyűlik a1(fókusz). Így tiszta fordított kép jelenik meg a retinán (1. B ábra).
A fénytörés a két különböző törésmutatójú közeg határfelületén történik. A szemgolyó két gömb alakú lencsét tartalmaz: a szaruhártya és a lencse. Ennek megfelelően 4 fénytörő felület van: levegő/szaruhártya, szaruhártya/szem elülső kamrájának vizes humora, vizes folyadék/lencse, lencse/üvegtest.
Szállás
Az akkomodáció a szem optikai berendezése törőképességének a kérdéses tárgytól való bizonyos távolságra való beállítása. A fénytörés törvényei szerint, ha egy fénysugár egy törő felületre esik, akkor a beesési szögtől függő szöggel elhajlik. Amikor egy tárgy közeledik, a belőle kiinduló sugarak beesési szöge megváltozik, így a megtört sugarak egy másik pontban konvergálnak, ami a retina mögött helyezkedik el, ami a kép „elmosódásához” vezet (2. ábra). B). Az újbóli fókuszáláshoz növelni kell a szem optikai berendezésének törőképességét (2. B ábra). Ezt a lencse görbületének növelésével érik el, ami a ciliáris izom tónusának növekedésével következik be.
A retina megvilágításának szabályozása
A retinára eső fény mennyisége arányos a pupilla területével. Felnőtteknél a pupilla átmérője 1,5 és 8 mm között változik, ami körülbelül 30-szoros változást biztosít a retinára eső fény intenzitásában. A pupillareakciókat az írisz két simaizomrendszere biztosítja: ha a körkörös izmok összehúzódnak, a pupilla szűkül, a radiális izmok összehúzódása esetén a pupilla kitágul.
A pupilla lumenének csökkenésével a kép élessége nő. Ennek az az oka, hogy a pupilla szűkülete megakadályozza, hogy a fény elérje a lencse peremterületeit, és ezáltal kiküszöböli a szférikus aberráció által okozott képtorzulást.
Szemmozgások
Az emberi szemet hat szemizom mozgatja, amelyeket három agyideg – oculomotoros, trochleáris és abducens – beidegz. Ezek az izmok a szemgolyó kétféle mozgását biztosítják - gyors szakkádikus mozgásokat (saccades) és sima nyomkövető mozgásokat.
Ugró szemmozgások (szakkádok) álló tárgyak nézésekor keletkeznek (3. ábra). A szemgolyó gyors fordulatai (10-80 ms) váltakoznak egy ponton (200-600 ms) a mozdulatlan tekintet rögzítésével. A szemgolyó elfordulási szöge egy saccade alatt több ívperctől 10°-ig terjed, és amikor a tekintetet egyik tárgyról a másikra mozgatja, elérheti a 90°-ot. Nagy eltolási szögek esetén a saccade-okat fejforgatás kíséri; A szemgolyó elmozdulása általában megelőzi a fej mozgását.
Sima szemmozgások kíséri a látómezőben mozgó tárgyakat. Az ilyen mozgások szögsebessége megfelel a tárgy szögsebességének. Ha ez utóbbi meghaladja a 80°/s-ot, akkor a követés kombinálttá válik: a sima mozgásokat saccades és fejfordulás egészíti ki.
Nystagmus - a sima és szaggatott mozgások időszakos váltakozása. Amikor egy vonaton utazó kinéz az ablakon, szeme simán követi az ablakon kívül mozgó tájat, majd tekintete hirtelen egy új rögzítési pontra vándorol.
Fényjel átalakítása fotoreceptorokban
A retina fotoreceptorainak típusai és tulajdonságaik
A retina kétféle fotoreceptorral (rudakkal és kúpokkal) rendelkezik, amelyek szerkezetükben és élettani tulajdonságaikban különböznek egymástól.
Asztal 1. A rudak és kúpok élettani tulajdonságai
Botok |
Kúpok |
|
| Fényérzékeny pigment | Rhodopszin |
Iodopsin |
| Maximális pigment felszívódás | Két maximuma van - az egyik a spektrum látható részében (500 nm), a másik az ultraibolya sugárzásban (350 nm) |
Háromféle jodopszin létezik, amelyek abszorpciós maximummal rendelkeznek: 440 nm (kék), 520 nm (zöld) és 580 nm (piros) |
| Sejtosztályok | Minden kúp csak egy pigmentet tartalmaz. Ennek megfelelően a kúpoknak 3 osztálya van, amelyek érzékenyek a különböző hullámhosszúságú fényre | |
| Retina eloszlása | A retina központi részén a rudak sűrűsége kb. 150 000/mm2, a periféria felé 50 000/mm2-re csökken. A foveában és a vakfoltban nincsenek rudak. |
A kúpok sűrűsége a központi foveában eléri a 150 000/mm2-t, a vakfoltban hiányoznak, és a retina teljes fennmaradó felületén a kúpok sűrűsége nem haladja meg a 10 000 per mm2-t. |
| Fényérzékenység | A rudak körülbelül 500-szor magasabbak, mint a kúpok |
|
| Funkció | Fekete-fehér (scototopikus látás) biztosítása |
Szín biztosítása (fototop látás) |
A látáselmélet kettőssége
A fényérzékenységben eltérő két fotoreceptor rendszer (kúpok és rudak) jelenléte lehetővé teszi a változó külső megvilágítási szintekhez való alkalmazkodást. Gyenge fényviszonyok között a fény érzékelését rudak biztosítják, míg a színek megkülönböztethetetlenek ( scototopikus látás e). Erős fényben a látást elsősorban kúpok biztosítják, ami lehetővé teszi a színek jól megkülönböztetését ( fototopikus látás ).
A fényjel átalakításának mechanizmusa a fotoreceptorban
A retina fotoreceptoraiban az elektromágneses sugárzás (fény) energiája a sejt membránpotenciáljának ingadozásának energiájává alakul. Az átalakulási folyamat több szakaszban zajlik (4. ábra).
Az első szakaszban egy fényérzékeny pigment molekulájába belépő látható fény fotonját a konjugált kettős kötések p-elektronjai abszorbeálják 11- cis-retinális, míg a retina átmegy transz-forma. Sztereomerizáció 11- cis-retina konformációs változásokat okoz a rodopszin molekula fehérje részében.
A 2. szakaszban aktiválódik a transzducin fehérje, amely inaktív állapotában szorosan kötött GDP-t tartalmaz. A fotoaktivált rodopszinnal való kölcsönhatás után a transzducin a GDP molekulát GTP-re cseréli.
A 3. szakaszban a GTP-tartalmú transzducin komplexet képez az inaktív cGMP foszfodiészterázzal, ami az utóbbi aktiválásához vezet.
A 4. szakaszban az aktivált cGMP foszfodiészteráz intracellulárisan hidrolizál GMP-ből GMP-vé.
Az 5. szakaszban a cGMP koncentráció csökkenése a kationcsatornák bezárásához és a fotoreceptor membrán hiperpolarizációjához vezet.
A jelátvitel során végig foszfodiészteráz mechanizmus megerősödik. A fotoreceptor válasz során egyetlen molekula gerjesztett rodopszin képes több száz transzducin molekulát aktiválni. Hogy. A jelátvitel első szakaszában 100-1000-szeres erősítés következik be. Minden aktivált transzducin molekula csak egy foszfodiészteráz molekulát aktivál, de az utóbbi több ezer molekula GMP-vel történő hidrolízisét katalizálja. Hogy. ebben a szakaszban a jel további 1000-10 000-szeresére erősödik. Ezért, amikor egy jelet egy fotonról a cGMP-re továbbítanak, több mint 100 000-szeres erősítés léphet fel.
Információfeldolgozás a retinában
A retina neurális hálózatának elemei és funkcióik
A retina neurális hálózata 4 típusú idegsejtet tartalmaz (5. ábra):
- ganglionsejtek,
bipoláris sejtek,
- amakrin sejtek,
- vízszintes cellák.
Ganglionsejtek – neuronok, amelyek axonjai a látóideg részeként elhagyják a szemet, és a központi idegrendszer felé haladnak. A ganglionsejtek feladata a gerjesztés a retinától a központi idegrendszerig.
Bipoláris sejtek összeköti a receptor és a ganglionsejteket. A bipoláris sejttestből két elágazó folyamat nyúlik ki: az egyik folyamat több fotoreceptor sejttel, a másik több ganglionsejttel alkot szinaptikus kapcsolatot. A bipoláris sejtek feladata a gerjesztés a fotoreceptoroktól a ganglionsejtekig.
Vízszintes sejtek csatlakoztassa a közeli fotoreceptorokat. A vízszintes sejttestből számos folyamat nyúlik ki, amelyek szinaptikus érintkezést képeznek a fotoreceptorokkal. A vízszintes sejtek fő feladata a fotoreceptorok oldalirányú kölcsönhatásainak végrehajtása.
Amakrin sejtek a vízszintesekhez hasonlóan helyezkednek el, de nem fotoreceptor sejtekkel, hanem ganglionsejtekkel érintkeznek.
A gerjesztés terjedése a retinában
Ha egy fotoreceptort megvilágítanak, akkor receptorpotenciál alakul ki benne, ami hiperpolarizációt jelent. A fotoreceptor sejtben fellépő receptorpotenciál egy transzmitter segítségével szinaptikus kontaktusokon keresztül jut át bipoláris és horizontális sejtekbe.
Bipoláris sejtben depolarizáció és hiperpolarizáció is kialakulhat (további részleteket lásd alább), amely szinaptikus érintkezés útján terjed a ganglionsejtekre. Ez utóbbiak spontán aktívak, i.e. folyamatosan akciós potenciálokat generál egy adott frekvencián. A ganglionsejtek hiperpolarizációja az idegimpulzusok gyakoriságának csökkenéséhez, a depolarizáció pedig annak növekedéséhez vezet.
A retina neuronjainak elektromos válaszai
A bipoláris sejt receptív mezője fotoreceptor sejtek halmaza, amellyel szinaptikus kapcsolatokat alakít ki. A ganglionsejt receptív mezején fotoreceptor sejtek összességét értjük, amelyekhez egy adott ganglionsejt bipoláris sejteken keresztül kapcsolódik.
A bipoláris és ganglionsejtek receptív mezői kerek alakúak. A receptív mező központi és perifériás részre osztható (6. ábra). A receptív mező központi és perifériás része közötti határ dinamikus, és a fényszint változásával eltolódhat.
A retina idegsejtek reakciói általában ellentétesek, ha befogadó mezőjük központi és perifériás részének fotoreceptorai megvilágítják őket. Ugyanakkor a ganglion- és bipoláris sejteknek több osztálya is létezik (ON -, OFF - sejtek), amelyek különböző elektromos reakciókat mutatnak a fény hatására (6. ábra).
2. táblázat. A ganglion és bipoláris sejtek osztályai és elektromos válaszaik
Sejtosztályok |
Az idegsejtek reakciója a fotoreceptorok által megvilágítva |
|
a Lengyel Köztársaság középső részén |
az RP perifériás részén |
|
Bipoláris sejtek TOVÁBB típus |
Depolarizáció |
Hiperpolarizáció |
Bipoláris sejtek KI típus |
Hiperpolarizáció |
Depolarizáció |
Ganglionsejtek TOVÁBB típus |
||
Ganglionsejtek KI típus |
Hiperpolarizáció és AP frekvencia csökkentése |
Depolarizáció és az AP frekvencia növekedése |
Ganglionsejtek TOVÁBB- KI típus |
Álló fényingerre rövid BE, míg gyengülő fényre rövid KI választ adnak. |
|
Vizuális információ feldolgozása a központi idegrendszerben
A látórendszer érzékszervi útjai
A retina ganglionsejtek myelinizált axonjai a két látóideg részeként az agyba kerülnek (7. ábra). A jobb és a bal látóideg egyesül a koponya alján, és létrehozza a látóideg kiazmát. Itt az egyes szemek retinájának mediális feléből érkező idegrostok az ellenoldali oldalra, a retina laterális feléből pedig ipszilaterálisan folytatódnak.
A keresztezés után a ganglionsejtek axonjai az optikai traktusban a laterális geniculate body-ba (LCC) következnek, ahol szinaptikus kapcsolatot alakítanak ki a központi idegrendszer neuronjaival. Az LCT idegsejtjeinek axonjai részeként az ún. a vizuális sugárzás eléri az elsődleges látókéreg neuronjait (Brodmann 17. terület). Továbbá az intrakortikális kapcsolatok mentén a gerjesztés átterjed a másodlagos látókéregre (18b-19 mezők) és a kéreg asszociatív zónáira.
A látórendszer érzékszervi útjai aszerint szerveződnek retinotop elv – a szomszédos ganglionsejtek gerjesztése eléri az LCT és a kéreg szomszédos pontjait. A retina felszíne mintegy az LCT és a kéreg felületére vetül.
A ganglionsejtek axonjainak többsége az LCT-ben végződik, míg a rostok egy része a colliculus superiorba, a hipotalamuszba, az agytörzs pretectalis régiójába és a látóideg magjába következik.
A retina és a colliculus superior közötti kapcsolat a szemmozgások szabályozását szolgálja.
A retina hipotalamuszhoz való vetülete az endogén cirkadián ritmusok és a fényszint napi ingadozásainak összekapcsolására szolgál.
A retina és a törzs pretectalis régiója közötti kapcsolat rendkívül fontos a pupilla lumenének és akkomodációjának szabályozásában.
A ganglionsejtektől szinaptikus bemeneteket is kapó látótraktus magjainak neuronjai az agytörzs vesztibuláris magjaihoz kapcsolódnak. Ez a vetítés lehetővé teszi a test térbeli helyzetének vizuális jelek alapján történő becslését, valamint komplex szemmotoros reakciók (nystagmus) végrehajtását is szolgálja.
Vizuális információ feldolgozása LCT-ben
Az LCT neuronok kerek receptív mezőkkel rendelkeznek. Ezen sejtek elektromos válaszai hasonlóak a ganglionsejtekéhez.
Az LCT-ben vannak olyan neuronok, amelyek akkor gerjesztődnek, ha a receptív mezőjükben világos/sötét határ van (kontraszt neuronok), vagy ha ez a határ elmozdul a receptív mezőn belül (mozgásérzékelők).
Vizuális információ feldolgozása az elsődleges látókéregben
A fényingerekre adott választól függően a kérgi neuronok több osztályba sorolhatók.
Egyszerű receptív mezővel rendelkező neuronok. Az ilyen neuronok legerősebb gerjesztése akkor következik be, amikor befogadó mezőjét egy bizonyos orientációjú fénycsík megvilágítja. Az ilyen neuron által generált idegimpulzusok frekvenciája csökken, ha a fénycsík orientációja megváltozik (8. ábra A).
Komplex receptív mezővel rendelkező neuronok. A neuronok gerjesztésének maximális mértéke akkor érhető el, ha a fényinger a receptív mező BE zónáján belül egy bizonyos irányba mozog. Ha a fényingert más irányba mozgatjuk, vagy a fényingert az ON zónán kívül hagyjuk, gyengébb a gerjesztés (8. B ábra).
Rendkívül összetett receptív mezővel rendelkező neuronok. Egy ilyen neuron maximális gerjesztése összetett konfigurációjú fényinger hatására érhető el. Például ismertek olyan neuronok, amelyeknek a legerősebb gerjesztése a fény és a sötét két határvonal átlépésekor alakul ki a receptív mező BE zónáján belül (23.8 B ábra).
Annak ellenére, hogy hatalmas mennyiségű kísérleti adat áll rendelkezésre a sejtek különböző vizuális ingerekre adott válaszreakcióinak mintázatairól, a mai napig nincs teljes elmélet, amely megmagyarázná a vizuális információfeldolgozás mechanizmusait az agyban. Nem tudjuk megmagyarázni, hogy a retina, az LCT és a kortikális neuronok változatos elektromos válaszai hogyan teszik lehetővé a mintázatfelismerést és a vizuális észlelés egyéb jelenségeit.
Segédeszközök funkcióinak szabályozása
A szállás szabályozása. A lencse görbülete a ciliáris izom segítségével változik. Amikor a ciliáris izom összehúzódik, a lencse elülső felületének görbülete megnő, és a törőerő megnő. A csillóizom simaizomrostjait posztganglionális neuronok beidegzik, ezek testei a ganglion ciliárisban helyezkednek el.
A lencse görbületi fokának megváltoztatására megfelelő inger a retinán lévő kép elmosódása, amelyet az elsődleges kéreg idegsejtjei regisztrálnak. A kéreg leszálló kapcsolatai miatt megváltozik a neuronok gerjesztésének mértéke a pretektális régióban, ami viszont az oculomotoros mag preganglionális neuronjainak (Edinger-Westphal mag) és a ciliáris posztganglionális neuronjainak aktiválódását vagy gátlását okozza. ganglion.
A pupilla lumenének szabályozása. A pupilla összehúzódása a szaruhártya körkörös simaizomrostjainak összehúzódásával következik be, amelyeket a ganglion ciliáris paraszimpatikus posztganglionális neuronjai beidegznek. Ez utóbbiakat a retinára eső nagy intenzitású fény gerjeszti, amelyet az elsődleges látókéreg neuronjai érzékelnek.
A pupilla tágulása a szaruhártya radiális izomzatának összehúzódásával valósul meg, amelyeket a VSH szimpatikus neuronjai beidegznek. Ez utóbbi aktivitása a ciliospinalis centrum és a pretectalis régió irányítása alatt áll. A pupillatágulás ingere a retina megvilágítási szintjének csökkenése.
A szemmozgások szabályozása. A ganglionsejtek rostjai egy része a colliculus superior (középagy) idegsejtjeihez kötődik, amelyek az oculomotoros, trochlearis és abducens idegek magjaihoz kapcsolódnak, amelyek idegsejtjei beidegzik a szemizmok harántcsíkolt izomrostjait. A felső colliculusok idegsejtjei szinaptikus bemeneteket kapnak a vestibularis receptoroktól és a nyakizmok proprioceptoraitól, ami lehetővé teszi a test számára, hogy a szemmozgásokat összehangolja a test mozgásával a térben.
A vizuális észlelés jelenségei
Mintafelismerés
A vizuális rendszer figyelemre méltó képességgel rendelkezik, hogy felismerjen egy objektumot a képek széles körében. Felismerhetünk egy képet (ismerős arc, betű stb.), ha egyes részei hiányoznak, ha szükségtelen elemeket tartalmaz, ha eltérő a térben orientált, eltérő szögmérettel rendelkezik, más-más oldallal felénk fordul. stb. P. (9. ábra). E jelenség neurofiziológiai mechanizmusait jelenleg intenzíven vizsgálják.
A forma és méret állandósága
A környező tárgyakat általában változatlan formában és méretben érzékeljük. Bár valójában alakjuk és méretük a retinán nem állandó. Például egy kerékpáros a látómezőben mindig ugyanolyan méretűnek tűnik, függetlenül attól, hogy milyen távolságra van tőle. A kerékpár kerekeit kereknek érzékelik, bár a valóságban a retinális képük keskeny ellipszisek lehetnek. Ez a jelenség bemutatja a tapasztalat szerepét a körülöttünk lévő világ látásában. Ennek a jelenségnek a neurofiziológiai mechanizmusai jelenleg nem ismertek.
A térbeli mélység érzékelése
A környező világ képe a retinán lapos. A világot azonban mennyiségben látjuk. Számos olyan mechanizmus létezik, amely a retinán kialakult lapos képek alapján biztosítja a 3 dimenziós tér kialakítását.
Mivel a szemek egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el, a bal és a jobb szem retináján kialakuló képek kissé eltérnek egymástól. Minél közelebb van a tárgy a megfigyelőhöz, annál különbözőbbek lesznek ezek a képek.
Az átfedő képek a térbeli relatív elhelyezkedésük értékelését is segítik. Egy közeli tárgy képe átfedheti egy távoli tárgy képét, de fordítva nem.
Amikor a megfigyelő feje mozog, a megfigyelt objektumok képe a retinán is elmozdul (a parallaxis jelensége). Ugyanazon fejeltolódás esetén a közeli tárgyak képei jobban eltolódnak, mint a távoli tárgyak képei
A tér csendjének érzékelése
Ha az egyik szem becsukása után megnyomjuk az ujjunkat a második szemgolyón, látni fogjuk, hogy a világ oldalra tolódik körülöttünk. Normál körülmények között a környező világ mozdulatlan, bár a retinán lévő kép folyamatosan „ugrik” a szemgolyók mozgása, a fej elfordulása, a test térbeli helyzetének változása miatt. A környező tér nyugalmának érzékelését az biztosítja, hogy a vizuális képek feldolgozása során figyelembe veszik a szemmozgások, a fejmozgások és a test térbeli helyzetére vonatkozó információkat. A vizuális szenzoros rendszer képes „levonni” saját szemét és testmozgását a retinán lévő kép mozgásából.
A színlátás elméletei
Háromkomponensű elmélet
A trikromatikus adalékkeverés elve alapján. Ezen elmélet szerint a három kúptípus (pirosra, zöldre és kékre érzékeny) független receptorrendszerként működik. A háromféle kúpból érkező jelek intenzitásának összehasonlításával a vizuális szenzoros rendszer „virtuális additív torzítást” hoz létre, és kiszámítja a valódi színt. Az elmélet szerzői Jung, Maxwell, Helmholtz.
Ellenfél színelmélete
Feltételezi, hogy bármely szín egyértelműen leírható, ha két skálán jelzi pozícióját - „kék-sárga”, „vörös-zöld”. A skálák pólusain elhelyezkedő színeket ellenfélszíneknek nevezzük. Ezt az elméletet támasztja alá az a tény, hogy a retinában, az LCT-ben és a kéregben vannak olyan neuronok, amelyek aktiválódnak, ha receptív mezőjüket vörös fénnyel világítjuk meg, és gátolja, ha a fény zöld. Más neuronok izgatottak, ha sárgának vannak kitéve, és gátolva vannak, ha kéknek vannak kitéve. Feltételezzük, hogy a „vörös-zöld” és a „sárga-kék” rendszerek neuronjainak gerjesztési fokának összehasonlításával a vizuális szenzoros rendszer ki tudja számítani a fény színjellemzőit. Az elmélet szerzői Mach, Goering.
Így a színlátás mindkét elméletére vannak kísérleti bizonyítékok. Jelenleg mérlegelve. Hogy a háromkomponensű elmélet megfelelően írja le a színérzékelés mechanizmusait a retina fotoreceptorainak szintjén, az ellentétes színek elmélete pedig a neurális hálózatok szintjén írja le a színérzékelés mechanizmusait.
A szemen keresztül, nem a szemmel
Az elme tudja, hogyan kell a világot nézni.
William Blake
Az óra céljai:
Nevelési:
- feltárja a vizuális elemző szerkezetét és jelentőségét, a vizuális érzeteket és az észlelést;
- a szem, mint optikai rendszer felépítésével és működésével kapcsolatos ismeretek elmélyítése;
- magyarázza el, hogyan keletkeznek képek a retinán,
- képet ad a rövidlátásról és a távollátásról, valamint a látásjavítás típusairól.
Nevelési:
- a megfigyelési, összehasonlítási és következtetési képesség fejlesztése;
- folytassa a logikus gondolkodás fejlesztését;
- továbbra is alkot egy elképzelést a környező világ fogalmainak egységéről.
Nevelési:
- az egészséggel kapcsolatos gondoskodó hozzáállás kialakítása, a látáshigiénia kérdéseinek kezelése;
- a tanulás iránti felelősségteljes hozzáállás kialakítása.
Felszerelés:
- táblázat "Vizuális analizátor",
- összecsukható szem modell,
- nedves készítmény "Mammalian Eye"
- szórólapok illusztrációkkal.
Az órák alatt
1. Szervezési mozzanat.
2. Az ismeretek frissítése. A "Szem szerkezete" téma megismétlése.
3. Az új anyag magyarázata:
A szem optikai rendszere.
Retina. Képek kialakulása a retinán.
Optikai csalódások.
A szem elhelyezése.
A két szemmel való látás előnye.
Szemmozgás.
Vizuális hibák és javításuk.
Vizuális higiénia.
4. Konszolidáció.
5. Óra összefoglalója. Házi feladat beállítása.
A "Szem szerkezete" téma megismétlése.
Biológia tanár:
Az utolsó órán a „Szem szerkezete” témát tanulmányoztuk. Emlékezzünk e lecke anyagára. Folytasd a mondatot:
1) Az agyféltekék vizuális zónája a ...
2) Színt ad a szemnek...
3) Az analizátor a következőkből áll...
4) A szem segédszervei...
5) A szemgolyónak... membránjai vannak
6) A szemgolyó konvex-konkáv lencséje ...
A rajz segítségével meséljen a szem alkotórészeinek felépítéséről és céljáról.
Az új anyag magyarázata.
Biológia tanár:
A szem az állatok és az emberek látószerve. Ez egy önbeállító eszköz. Lehetővé teszi a közeli és távoli tárgyak megtekintését. A lencse vagy majdnem labdává zsugorodik, vagy megnyúlik, ezáltal megváltozik a gyújtótávolság.
A szem optikai rendszere a szaruhártya, a lencse és az üvegtestből áll.
A retina (a szemfenéket fedő háló) 0,15-0,20 mm vastag, és több réteg idegsejtből áll. Az első réteg a fekete pigmentsejtekkel szomszédos. Vizuális receptorok - rudak és kúpok - alkotják. Az emberi retinában több százszor több rúd található, mint a kúp. A rudakat nagyon gyorsan gerjeszti a gyenge szürkületi fény, de nem érzékelik a színt. A kúpokat lassan és csak erős fény gerjeszti - képesek érzékelni a színt. A rudak egyenletesen oszlanak el a retinán. Közvetlenül a pupillával szemben a retinában található a sárga folt, amely kizárólag kúpokból áll. Egy tárgy vizsgálatakor a tekintet úgy mozog, hogy a kép a sárga foltra esik.
A folyamatok az idegsejtekből indulnak ki. A retina egyik helyén kötegbe gyűlnek össze, és a látóideget alkotják. Több mint egymillió rost továbbítja a vizuális információt az agynak idegimpulzusok formájában. Ezt a receptoroktól mentes helyet vakfoltnak nevezik. Egy tárgy színének, alakjának, megvilágításának és részleteinek vizsgálata, amely a retinában kezdődött, a kéregben ér véget. Itt minden információt összegyűjtenek, megfejtenek és összefoglalnak. Ennek eredményeként kialakul egy elképzelés a témáról. Az agy „lát”, nem a szem.
Tehát a látás egy kéreg alatti folyamat. Ez a szemből az agykéregbe (occipitalis régióba) érkező információ minőségétől függ.
Fizika tanár:
Megállapítottuk, hogy a szem optikai rendszere a szaruhártya, a lencse és az üvegtestből áll. Az optikai rendszerben megtört fény valódi, redukált, inverz képet ad a retinán lévő szóban forgó tárgyakról.
Johannes Kepler (1571-1630) volt az első, aki bebizonyította, hogy a retinán lévő kép megfordul a szem optikai rendszerében lévő sugarak útjának ábrázolásával. Ennek a következtetésnek a tesztelésére a francia tudós, René Descartes (1596-1650) vett egy bikaszemet, és miután lekaparta az átlátszatlan réteget a hátsó faláról, egy ablakredőnyben kialakított lyukba helyezte. És akkor a szemfenék áttetsző falán megpillantotta az ablakból megfigyelt kép fordított képét.
Miért látunk akkor minden tárgyat olyannak, amilyen, pl. nem fejjel lefelé?
A helyzet az, hogy a látás folyamatát az agy folyamatosan korrigálja, amely nemcsak a szemen, hanem más érzékszerveken keresztül is kap információt.
1896-ban J. Stretton amerikai pszichológus kísérletet végzett magán. Speciális szemüveget vett fel, aminek köszönhetően a szem retináján lévő környező tárgyak képei nem fordítottak, hanem előre. És akkor? Stretton fejében felfordult a világ. Minden tárgyat fejjel lefelé kezdett látni. Emiatt a szem és más érzékszervek munkájában nem volt megfelelő. A tudósnál tengeribetegség tünetei jelentkeztek. Három napig hányingere volt. A negyedik napon azonban a test elkezdett normalizálódni, az ötödik napon pedig Stretton ugyanúgy érezte magát, mint a kísérlet előtt. A tudós agya hozzászokott az új munkakörülményekhez, és újra elkezdett minden tárgyat egyenesen látni. Ám amikor levette a szemüvegét, minden újra felfordult. Másfél órán belül a látása helyreállt, és újra normálisan látott.
Érdekes, hogy egy ilyen alkalmazkodás csak az emberi agyra jellemző. Amikor az egyik kísérletben fordított szemüveget tettek egy majomra, akkora lélektani ütést kapott, hogy többszöri rossz mozdulat és elesés után kómára emlékeztető állapotba került. Reflexei halványulni kezdtek, vérnyomása leesett, légzése gyors és felületes lett. Embereknél ilyesmit nem figyelnek meg. Az emberi agy azonban nem mindig képes megbirkózni a retinán kapott kép elemzésével. Ilyenkor vizuális illúziók keletkeznek – a megfigyelt tárgy nem úgy tűnik számunkra, mint amilyen valójában.
Szemünk nem érzékeli a tárgyak természetét. Ezért ne erőltesd rájuk az ész téveszméit. (Lucretius)
Vizuális önámítás
Gyakran beszélünk „szemcsalásról”, „hallás megtévesztéséről”, de ezek a kifejezések helytelenek. Nincsenek érzelmek megtévesztése. Kant filozófus találóan mondta erről: „Az érzékszervek nem csalnak meg minket, nem azért, mert mindig helyesen ítélnek, hanem azért, mert egyáltalán nem ítélnek.”
Mi az, ami megtéveszt bennünket az érzékszervek úgynevezett „megtévesztésében”? Persze, ami jelen esetben „bírák”, i.e. a saját agyunk. Valójában a legtöbb optikai csalódás kizárólag azon múlik, hogy nemcsak látunk, hanem öntudatlanul is gondolkodunk, és akaratlanul is félrevezetjük magunkat. Ezek az ítélet megtévesztése, nem az érzések.
Képgaléria, vagy amit látsz
Lánya, anya és bajuszos apa?
Egy indián büszkén nézi a napot és egy eszkimó kapucnis háttal...
Fiatalok és öregek
Fiatal és idős nők
Párhuzamosak a vonalak?
A négyszög négyzet?
Melyik ellipszis nagyobb - az alsó vagy a belső felső?
Mi a nagyobb ezen az ábrán - magasság vagy szélesség?
Melyik sor az első folytatása?
Észreveszi, hogy a kör "remeg"?
A látásnak van még egy sajátossága, amelyet nem lehet figyelmen kívül hagyni. Ismeretes, hogy ha a lencse és a tárgy távolsága megváltozik, akkor a kép távolsága is megváltozik. Hogyan marad tiszta kép a retinán, amikor egy távoli tárgyról egy közelebbire mozgatjuk a tekintetünket?
Mint ismeretes, a lencséhez tapadt izmok képesek megváltoztatni a felületek görbületét és ezáltal a szem optikai erejét. Ha távoli tárgyakat nézünk, ezek az izmok nyugodt állapotban vannak, és a lencse görbülete viszonylag kicsi. Ha a közeli tárgyakat nézzük, a szemizmok összenyomják a lencsét, és ennek görbülete, és ennek következtében az optikai ereje megnő.
A szem azon képességét, hogy alkalmazkodni tud a látáshoz, mind a közeli, mind a távolabbi távolságból, ún szállás(latin accomodatio - készülék szóból).
Az elhelyezésnek köszönhetően az embernek sikerül a lencsétől azonos távolságra - a retinára - fókuszálnia különböző tárgyak képeit.
Ha azonban a szóban forgó tárgy nagyon közel van, megnő a lencsét deformáló izmok feszültsége, és a szem munkája fárasztóvá válik. Az optimális olvasási és írási távolság normál szem számára körülbelül 25 cm. Ezt a távolságot a legjobb látás távolságának nevezzük.
Biológia tanár:
Milyen előnyökkel jár a két szemmel való látás?
1. Az ember látómezeje megnő.
2. Két szem jelenlétének köszönhetően meg tudjuk különböztetni, hogy melyik tárgy van közelebb és melyik van távolabb tőlünk.
A helyzet az, hogy a jobb és a bal szem retinája egymástól eltérő képeket hoz létre (amelyek megfelelnek annak, hogy a tárgyakat úgy nézzük, mintha a jobb és a bal oldalon lennének). Minél közelebb van a tárgy, annál észrevehetőbb ez a különbség. Ez a távolságok különbségének benyomását kelti. A szemnek ugyanez a képessége lehetővé teszi, hogy egy tárgyat háromdimenziósnak és nem laposnak láss. Ezt a képességet sztereoszkópikus látásnak nevezik. A két agyfélteke közös munkája biztosítja a tárgyak megkülönböztetését, alakjukat, méretüket, elhelyezkedésüket, mozgásukat. A térfogati tér hatása olyan esetekben jelentkezhet, amikor lapos képet tekintünk.
Néhány percig nézze a képet a szemétől 20-25 cm távolságra.
30 másodpercig nézd a boszorkányt a seprűn anélkül, hogy elnéznéd.
Gyorsan fordítsa tekintetét a kastély rajzára, és 10-ig számolva nézzen be a kapunyílásba. A nyílásban egy fehér boszorkány látható szürke alapon.
Ha a tükörben nézi a szemét, valószínűleg észreveszi, hogy mindkét szem nagy és finom mozdulatokat végez szigorúan egyszerre, ugyanabban az irányban.
A szemek mindig így néznek mindenre? Hogyan viselkedjünk egy már megszokott szobában? Miért van szükségünk szemmozgásokra? Az első vizsgálathoz szükségesek. Vizsgálattal holisztikus képet alkotunk, és mindez átkerül a memóriában lévő tárhelyre. Ezért a szemmozgás nem szükséges a jól ismert tárgyak felismeréséhez.
Fizika tanár:
A látás egyik fő jellemzője az élesség. Az emberek látásmódja az életkorral változik, mert... a lencse elveszti rugalmasságát és azt a képességét, hogy megváltoztassa a görbületét. Távollátás vagy rövidlátás jelenik meg.
A rövidlátás a látás olyan hiánya, amelyben a párhuzamos sugarak a szem fénytörése után nem a retinán, hanem a lencséhez közelebb gyűlnek össze. A távoli tárgyak képei ezért homályosnak és elmosódottnak tűnnek a retinán. Ahhoz, hogy éles képet kapjunk a retinán, a szóban forgó tárgyat közelebb kell vinni a szemhez.
A rövidlátó személy számára a legjobb látás távolsága kevesebb, mint 25 cm. Ezért a hasonló réniumhiányban szenvedők kénytelenek elolvasni a szöveget, közel helyezve azt a szemükhöz. A myopia a következő okokból állhat:
- a szem túlzott optikai ereje;
- a szem megnyúlása optikai tengelye mentén.
Általában az iskolai évek során alakul ki, és általában hosszan tartó olvasással vagy írással jár, különösen az elégtelen megvilágítás és a fényforrások nem megfelelő elhelyezése esetén.
A távollátás a látás olyan hibája, amelyben a párhuzamos sugarak a szem fénytörése után olyan szögben konvergálnak, hogy a fókusz nem a retinán, hanem mögötte helyezkedik el. A retinán lévő távoli tárgyak képei ismét homályosnak és elmosódottnak bizonyulnak.
Biológia tanár:
A vizuális fáradtság megelőzésére számos gyakorlat létezik. Ezek közül kínálunk néhányat:
1.opció (időtartam 3-5 perc).
1. Kiinduló helyzet - kényelmes ülés: a gerinc egyenes, a szemek nyitottak, a tekintet egyenes. Nagyon könnyű megtenni, stressz nélkül.
Irányítsa a tekintetét balra - egyenesen, jobbra - egyenesen, felfelé - egyenesen, lefelé - egyenesen, késedelem nélkül az elrabolt helyzetben. Ismételje meg 1-10 alkalommal.
2. Tekintse átlósan: balra - le - egyenesen, jobbra - fel - egyenesen, jobbra - le - egyenesen, balra - fel - egyenesen. És fokozatosan növelje a késéseket az elrabolt helyzetben, a légzés önkéntes, de ügyeljen arra, hogy ne legyen késés. Ismételje meg 1-10 alkalommal.
3. Körkörös szemmozgások: 1-től 10 körig balra és jobbra. Eleinte gyorsabban, majd fokozatosan csökkentse a tempót.
4. Nézz a szemtől 30 cm távolságra tartott ujj vagy ceruza hegyére, majd a távolba. Ismételje meg többször.
5. Figyelmesen és mozdulatlanul nézzen egyenesen előre, próbáljon tisztábban látni, majd pislogjon többször. Nyomja össze a szemhéját, majd pislogjon többször.
6. A gyújtótávolság megváltoztatása: nézzen az orr hegyére, majd a távolba. Ismételje meg többször.
7. Masszírozza be a szemhéjakat, finoman simogatva a mutató- és középső ujjával az orrtól a halánték felé haladva. Vagy: csukja be a szemét, és tenyere párnájával nagyon finoman érintve mozogjon a felső szemhéjak mentén a halántéktól az orrnyeregig és hátra, összesen 10-szer átlagos tempóban.
8. Dörzsölje össze a tenyerét, és könnyedén, erőfeszítés nélkül takarja el velük korábban csukott szemét, hogy 1 percre teljesen elzárja a fénytől. Képzeld el, hogy teljes sötétségbe merülsz. Nyitott szemek.
2. lehetőség (időtartama 1-2 perc).
1. 1-2 számláláskor a szem egy közeli (távolság 15-20 cm) tárgyra fixál 3-7 számláláskor a tekintet egy távoli tárgyra kerül. A 8-as számláláskor a tekintet ismét a legközelebbi tárgyra kerül.
2. Mozdulatlan fejjel 1-es számláláskor fordítsa a szemét függőlegesen felfelé, 2-es számlálásnál lefelé, majd ismét felfelé. Ismételje meg 10-15 alkalommal.
3. Csukja be a szemét 10-15 másodpercre, nyissa ki és mozgassa a szemét jobbra-balra, majd fel-le (5-ször). Szabadon, feszültség nélkül irányítsa tekintetét a távolba.
3. lehetőség (időtartam 2-3 perc).
A gyakorlatokat ülő helyzetben, széken hátradőlve végezzük.
1. Nézz egyenesen előre 2-3 másodpercig, majd engedd le a szemed 3-4 másodpercre. Ismételje meg a gyakorlatot 30 másodpercig.
2. Emelje fel a szemét, engedje le, nézzen jobbra, majd balra. Ismételje meg 3-4 alkalommal. Időtartam 6 másodperc.
3. Emelje fel a szemét, végezzen körkörös mozdulatokat vele az óramutató járásával ellentétes, majd az óramutató járásával megegyező irányba. Ismételje meg 3-4 alkalommal.
4. Szorosan csukja be a szemét 3-5 másodpercre, nyissa ki 3-5 másodpercre. Ismételje meg 4-5 alkalommal. Időtartam 30-50 másodperc.
Konszolidáció.
Nem szabványos helyzeteket kínálnak.
1. Egy rövidlátó tanuló a táblára írt betűket homályosnak és bizonytalannak érzékeli. Meg kell erőltetnie a látását, hogy szeme a táblán vagy a füzeten elférjen, ami káros a látás- és az idegrendszerre egyaránt. Javasoljon egy ilyen szemüveg kialakítását iskolásoknak, hogy elkerülje a stresszt a tábláról történő szövegolvasás során.
2. Ha egy személy szemlencséje zavarossá válik (például szürkehályog esetén), általában eltávolítják, és műanyag lencsére cserélik. Az ilyen csere megfosztja a szemet az alkalmazkodási képességtől, és a betegnek szemüveget kell használnia. A közelmúltban Németország elkezdett olyan műlencsét gyártani, amely képes önfókuszálni. Találd ki, milyen tervezési jellemzőt találtak ki a szem elhelyezésére?
3. H.G. Wells írta a "The Invisible Man" című regényt. Egy agresszív láthatatlan személyiség az egész világot akarta leigázni. Gondold át, mi a baj ezzel az ötlettel? Mikor láthatatlan egy tárgy a környezetben? Hogyan lát egy láthatatlan ember szeme?
Óra összefoglalója. Házi feladat beállítása.
- 57., 58. § (biológia),
- § 37.38 (fizika), nem szabványos feladatokat ajánl fel a vizsgált témában (opcionális).
