Адаптация глаза и временные особенности передачи сигналов в сетчатке

Глаз способен видеть в очень широком диапазоне освещенностей. В частности, адаптация к темноте включает в себя как минимум четыре механизма, а именно (1) расширение зрачка, (2) регенерацию выцветшего пигмента (реизомеризацию ретиналя), (3) переключение зрения с колбочковой системы на палочковую и (4) увеличение функциональных размеров центров рецептивных полей.

Последний эффект достаточно интересен и еще не обсуждался нами – он состоит в том, что рассмотренная нами выше структура концентрических оппонентных рецептивных полей ганглиозных клеток не постоянна, и относительная площадь центра и периферии рецептивного поля может меняться (рис. [1435] ____). В условиях темновой адаптации периферия сокращается, а центр увеличивается – в конечном счете это может привести к тому, что клетка имеет только центр, лишенный оппонентной периферии. Очевидно, что происходящее при этом отключение латерального торможения дает выигрыш в общей светочувствительности, однако ведет к ухудшению восприятия краев и границ изображения (неопределенность формы объектов, видимых при плохой освещенности, должна быть знакома всем). Наоборот, при повышенной яркости света происходит уменьшение площади центра рецептивного поля; когда он становится совсем маленьким, зрительное восприятие также нарушается – субъективно свет становится "слепящим".

Обратите внимание, что полная темновая адаптация при переходе от яркого освещения к темноте требует приблизительно получаса (в значительной степени это связано с невысокой скоростью регенерации зрительного пигмента). Это следует учитывать на практике, выходя ночью из ярко освещенного помещения – и в особенности, если предстоит вести машину. Также при вождении машины очень большую опасность представляет собой ослепление светом фар встречного автомобиля: выцветший пигмент после этого еще долго не способен обеспечивать вам нормальное зрение. Следует стараться как минимум не смотреть прямо на фары встречного автомобиля, чтобы выцветание хотя бы не затронуло область фовеа. Можно попытаться заранее закрыть один глаз – тогда он сохранит темновую адаптацию.

Световая адаптация протекает значительно быстрее, так как не требует регенерации пигмента. При очень резком воздействии яркого света происходит рефлекторное смыкание век (вспомните, как вы зажмуриваетесь, если ночью кто-нибудь неожиданно для вас зажжет свет).

Даже при незначительных градациях яркости (в пределах одного изображения) адаптация происходит отнюдь не мгновенно и ее легко обнаружить у себя в виде послеобразов. Например, если примерно в течение 30 с смотреть не переводя взгляд на контрастное изображение, а затем перевести взгляд на светлую поверхность, то можно увидеть негативный послеобраз (рис. [1436] ____). При переводе взгляда на черную поверхность послеобраз будет, наоборот, позитивным. Аналогичное явление можно обнаружить и для цветных изображений: например, негативный послеобраз красного объекта будет иметь зеленый цвет.

С временными параметрами реакции сетчатки на изменение яркости изображения связано такое понятие, как частота слияния мельканий (или критическая частота мельканий). Так называют наименьшую частоту поступления прерывистых световых стимулов, при которой испытуемый уже не воспринимает их по отдельности, т.е. они сливаются. При скотопическом (палочковом) зрении это происходит при частоте 22-25 стимулов в секунду, однако при фотопическом зрении частота слияния мельканий повышается в зависимости от яркости, площади стимулов и степени модуляции. Обратите внимание, что если стимулы яркие, занимают большую площадь, а паузы затемнения между стимулами длиннее самих стимулов, то человек видит мелькания с очень высокой частотой – до 80 стимулов в секунду!

Из этого факта следует один очень важный вывод в отношении гигиены зрения, который следует учитывать тем, кто имеет дело с электронно-лучевыми компьютерными мониторами и телевизорами. Природа формирования изображения на этих мониторах такова, что каждый кадр представляют собой очень яркую узкую полосу, бегущую по абсолютно черному экрану. По этой причине совершенно недопустимо долго смотреть на такой монитор (или телевизор с близкого расстояния), если частота кадров составляет менее 80-100 Гц. Поскольку в таких условиях сетчатка успевает реагировать на колебания с более низкой частотой (порядка 50-60 Гц, характерных для устаревших моделей телевизоров и мониторов), то возникает кажущееся снижение остроты зрения, особенно выраженное при перемещениях глаза по изображению (например, при чтении текста на экране). Система аккомодации пытается настроить глаз на резкость – что ей, естественное, не удается – а результатом это становятся утомление глаз, головные боли, а в долговременной перспективе – сильное ухудшение зрения.

 Современные мониторы и телевизоры, построенные на базе жидкокристаллических матриц, лишены такого недостатка, так как у них не происходит затемнения экрана в промежутках между кадрами. Устройство кинопроекторов в кинотеатрах таково, что затемнение при смене кадров там очень кратковременное (а яркость экрана в кинотеатре на самом деле очень невелика). Это позволяет нам без проблем воспринимать кинофильм всего при 24 кадрах в секунду. Заметим попутно, что вредность чтения при низкой освещенности (когда оппонентная периферия рецептивных полей ганглиозных клеток уменьшена и эффективная острота зрения снижена), при тряске в транспорте (когда быстро и непредсказуемо смещающееся изображение "размазывается" по сетчатке), а также вредность работы за компьютерным монитором с нерезким изображением также заключается в перенапряжении системы аккомодации с теми же самыми последствиями – от головной боли до значительного ухудшения зрения.