Почему на сетчатке изображение перевернуто изображение
Глаз человека – удивительный орган. Он способен превращать электромагнитное излучение (свет) в картинку. Мы видим окружающий мир благодаря многоступенчатого процессу, протекающему в глазах и в мозге.
Оптическая система глаза — как устроена
Человеческий глаз устроен настолько сложно, что различает миллион цветовых оттенков, определяет величину предмета и расстояние до него, меняет фокус при взгляде на дальние и ближние объекты, регулирует объем поступающего света. Ювелирная работа глаз обеспечивается их сложным строением.
Глаз подобен айсбергу. На виду остаются только передняя зона, покрытая роговицей – прочной оболочкой, не имеющей кровеносных сосудов. Под ней расположена передняя камера, в центре которой находится радужка со зрачком в центре. За зрачком располагается хрусталик. За ним лежит объемное стекловидное тело, составляющее большую часть глаза. Оно состоит из гелеобразного вещества, служит для поддержания формы глазного яблока и проведения световых лучей.
На задней поверхности глаза, за стекловидным телом, находится сетчатка – светочувствительный слой клеток, воспринимающий картинку. К ней подходит зрительный нерв, соединяющийся с головным мозгом. Нерв передает импульсы в центральную нервную систему.
Так выглядит оптическая система глаза в упрощенном виде.
Работа глаз
Световой луч падает на какой-либо предмет в окружающем мире и отражается от него, попадая на роговицу, а затем в зрачок. Тот, расширяясь или сужаясь, регулирует поток света, отсеивая лишние лучи. Благодаря работе зрачка человек может видеть как на ярком свету, так и в темноте.
Через зрачок луч попадает на хрусталик – двояковыпуклую линзу. Задача этого органа – преломить луч и направить его на сетчатку. Благодаря хрусталику человеческий глаз способен к аккомодации. Так называется изменение кривизны лучей для обеспечения видимости на дальних и ближних расстояниях. Аккомодация позволяет видеть звезды на ночном небе и мелкие пылинки вблизи.
Пройдя через хрусталик и изменив траекторию, световой луч достигает сетчатки – самой сложной глазной структуры. Она состоит из клеток-фоторецепторов, способных принимать фотоны. На ней формируется изображение, но оно меньше настоящего и перевернуто вверх ногами.
Фоторецепторы превращают световые лучи в электрические импульсы, которые по волокнам зрительного нерва передаются на кору полушарий головного мозга. При этом каждый глаз воспринимает собственную картинку, а мозг накладывает их друг на друга и превращает в одну.
Почему изображение отпечатывается на сетчатке перевернутым
Ответ на этот вопрос можно получить, если вспомнить школьный курс физики, раздел «Оптика». Согласно законам этой науки любой световой луч, проходящий через криволинейную поверхность, преломляется, и при этом изображение с обратной стороны становится перевернутым.
В глазах сразу две криволинейные поверхности: роговица и хрусталик. Поэтому преломление происходит целых три раза:
- первое – при переходе света через роговицу (картинка переворачивается);
-
второе – при прохождении через переднюю поверхность хрусталика (картинка становится нормальной); - третье – при прохождении через заднюю выпуклую часть хрусталика (изображение снова переворачивается и поступает в таком виде на сетчатку).
Тройное переворачивание – не необходимость, а просто следствие естественных физических законов. Световой луч не может пройти через линзу, не изменив траекторию, и не сформировав перевернутую картинку.
Удивительно, насколько тонко работает наш мозг. Он приспособился возвращать изображению нормальность. Иначе мы бы видели небо внизу, а землю наверху.
Процессы преломления и восприятия происходят мгновенно. Были проведены эксперименты, показавшие, что от попадания луча на роговицу до восприятия правильного изображения мозгом проходит 13 миллисекунд. Глазные яблоки делают 3 движения в секунду, смотря на разные объекты. Мозг должен успевать за ними: трансформировать картинку в правильную, делать выводы и отдавать команду, куда смотреть дальше.
Таким образом, мы видим все в перевернутом виде, и лишь сложная работа мозга позволяет привести поступающую от глаза картинку в соответствие с реальностью.
Теперь вы можете представить, насколько тонкий зрительный прибор находится у нас в организме. За его здоровьем необходимо следить, иначе он, как и любой прибор, может прийти в негодность. Помочь привести в порядок ваш зрительный аппарат способны врачи клиники Клин Вью. Здесь к вашим услугам самая современная техника и грамотные специалисты! Обращайтесь!
Источник
Зрение человека — сложная оптическая система, способная преобразовывать электромагнитные излучения светового диапазона в видимую картинку. Однако световые лучи, попадающие на сетчатку, изначально формируют перевернутое и уменьшенное изображение, и лишь после обработки мозгом мы наблюдаем мир в привычном виде. Почему же так происходит?
Как устроены и работают наши глаза?
Зрительные органы человека имеют сложное строение. Именно благодаря способности видеть мы воспринимаем до 90% информации об окружающем мире. Человек может различать миллионы оттенков, а также наделен бинокулярным зрением и способен определить величину предмета, расстояние до него, соотнести по размеру окружающие объекты. Кроме того, наш глаз умеет менять фокус для зрения на дальние и ближние расстояния — это называется аккомодацией, регулировать объем поступающего в него света, корректировать хроматические и сферические аберрации и т.д.
Как же происходит процесс восприятия изображения? Световой луч, отраженный от окружающих предметов, проходит через прозрачную выпуклую полусферу переднего отдела глаза — роговицу. Затем он попадает в зрачок — отверстие, расположенное в центре радужной оболочки. Именно благодаря способности зрачка сужаться или расширяться человеческий глаз может приспосабливаться к освещению различной интенсивности.
Далее луч проходит через хрусталик, функция которого — преломление и фокусировка изображения на сетчатке. Он также играет важнейшую роль в аккомодации — изменяет свою кривизну для обеспечения остроты зрения на дальних и ближних расстояниях. Благодаря такому уникальному органу человек при нормальном зрении может без особого труда разглядеть и звезды на ночном небе, и мелкий шрифт в книге. А затем световой луч, преломляясь о хрусталик и фокусируясь, достигает сетчатой оболочки. Это сложнейшая глазная структура, патологии которой приводят к необратимой потере зрения. В сетчатке содержится примерно 137 миллионов различных фоторецепторов, способных обрабатывать до 10 миллиардов фотонов. Именно на сетчатой оболочке формируется изображение, но оно меньше истинного размера и к тому же перевернуто вверх ногами. Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в электрические импульсы, преодолевают нервные волокна и через зрительный нерв передаются в определенные отделы головного мозга. При этом каждый глаз воспринимает видимое изображение по отдельности, но мозг объединяет их в единое целое, формируя привычную картинку.
Почему изображение попадает на сетчатку в перевернутом виде?
Рассмотрим данное явление подробнее. Почему же зримое нами нормальное изображение попадает на сетчатку вверх ногами? Из курса физики известно, что световые лучи в процессе прохождения через криволинейную поверхность преломляются, при этом изображение с обратной стороны становится перевернутым. Зрительные органы содержат две естественные преломляющие линзы — роговицу и хрусталик, через которые проходят световые лучи, прежде чем попасть на сетчатку. А вот преломляются они при этом целых три раза.
Первое преломление происходит, когда свет пересекает роговицу — видимая картинка переворачивается. Затем луч достигает хрусталика, представляющего собой двояковыпуклую линзу. При прохождении через его первую поверхность изображение опять переворачивается в привычный вид, а при следующем преломлении о заднюю выпуклую часть естественной линзы снова инвертируется и в таком перевернутом виде поступает на сетчатую оболочку.
После тройного переворачивания происходит сложнейший процесс преобразования клетками сетчатки полученной информации в электрические импульсы, которые по зрительному нерву передаются в специальные отделы-анализаторы головного мозга. Они формируют привычное нам изображение: небо находится вверху, а земля внизу. Происходит этот процесс мгновенно. Проведенный нейробиологами из Массачусетского университета эксперимент показал, что человеческий мозг способен обработать изображение минимум за 13 миллисекунд. Участникам нужно было подать сигнал, когда среди меняющихся со скоростью 13-80 миллисекунд картинок они видели определенные сюжеты, например, автомобиль или натюрморт. Ученые считают, что такая способность к оперативной обработке информации помогает выбирать нам объекты для рассмотрения. Глазные яблоки способны перемещать свое положение со скоростью до 3 движений в секунду, за это время мозг должен идентифицировать всю информацию в поле зрения, осознать увиденное и принять решение, куда смотреть дальше.
Как на самом деле видит предметы новорожденный?
Распространено мнение, что младенцы видят окружающий мир перевернутым. Это верно лишь отчасти. На самом деле в первые 30-50 дней зрение ребенка очень несовершенно. Его глазное яблоко имеет слегка приплюснутую форму, сетчатка продолжает формироваться, а желтое пятно (макула), отвечающее за остроту центрального зрения, еще отсутствует. Малыш способен различать только светлые и темные пятна. Например, если в темной комнате зажечь лампу, то новорожденный сможет распознать лишь световой ореол, но не более. Все остальное представляется для него в размытом виде.
Способность мозга к исправлению картинки, передаваемой глазом, требует опыта. Но поскольку малыш еще не способен фокусировать взгляд и четко видеть предметы, то и переворачивать ему, по сути, нечего. К двум месяцам жизни световая чувствительность сетчатки возрастает почти в пять раз, укрепляются глазодвигательные мышцы, объекты обретают свои контуры, хотя видны пока только в двух измерениях — в длину и ширину. Ребенок уже проявляет к ним интерес, тянется ручкой, соответственно, учится различать верх и низ.
Может ли человек научиться видеть мир вверх ногами?
Этот вопрос интересует многих людей. Первый подобный опыт на данную тему был проведен американским психологом Д.М. Стрэттоном. В 1896 году он создал инвертоскоп — оптический прибор, который выпрямляет перевернутое на сетчатке глаза изображение. Использование инвертоскопа позволяет видеть окружающий мир вверх ногами. Первые опыты показали, что человек приспосабливается к такому восприятию через несколько суток. Примерно после трех дней дезориентация уменьшилась, а на восьмой день эксперимента образовались новые зрительно-моторные координации. После того как инвертоскоп сняли с глаз, непривычным казался уже нормальный мир, и вновь требовалось некоторое время для адаптации. При этом подобная способность зафиксирована только у человека — аналогичный эксперимент с обезьяной привел ее в полную апатию, и только через неделю она начала понемногу реагировать на сильные раздражители, при этом оставаясь почти неподвижной.
В современной практике инвертоскоп используется для проведения различных экспериментов в области психологии. Иногда его применяют для космонавтов и моряков с целью тренировки вестибулярного аппарата и профилактики морской болезни.
Источник
Мир на самом деле немного не такой, каким мы его видим.
1. Временная слепота
Что это такое
Особенность нашего зрения — его дискретность (прерывность). Причина тому — саккады. Это микродвижения глазного яблока, совершаемые одновременно в одном направлении. Во время них человек слепнет — ничего не видит. Зрение как будто ставится на паузу.
Мы не замечаем того, что зрение дискретно, так как наш мозг сам заполняет пробелы. Он дорисовывает картинку, заполняет недостающие фрагменты, фантазирует.
Саккады нужны для того, чтобы постоянно по чуть-чуть менять угол зрения. Мы видим благодаря тому, что изменяется яркость окружающих нас предметов.
Как это проявляется
Наши глаза постоянно сканируют окружающее пространство, ищут, за что можно зацепиться. Это должно быть что-то контрастное — яркое пятно, выступ, детали. Именно поэтому приятно находиться в лесу, где много контрастов, рассматривать интересные с точки зрения архитектуры объекты, разнообразные элементы.
А вот монотонность, однородность, отсутствие элементов, за которые можно было бы зацепиться глазом, кажется нам скучной.
Знаете, я не понимаю, как можно проходить мимо дерева и не быть счастливым, что видишь его?
Фёдор Достоевский, «Идиот»
2. Растянутость времени
Что это такое
Саккады имеют интересный эффект. После них мы можем ощутить замедление времени. Это явление называется хроностазис.
Как это проявляется
Если вы посмотрите на секундную стрелку аналоговых часов, перескакивающую от деления к делению, первое её движение покажется более медленным, чем последующие. Это происходит потому, что мозг чуть «подтормаживает» после саккады. Возникает иллюзия растянутости времени.
Эксперимент, связанный с восприятием времени, провели американские учёные Чесс Стетсон (Chess Stetson) и Дэвид Иглмен (David Eagleman). Они выдали участникам наручные дисплеи с большими постоянно меняющимися цифрами. При небольшой частоте их можно было легко различить. А когда скорость смены увеличилась, цифры сливались в однородный фон
Учёные попытались доказать, что если человек испытывает стресс, он снова начнёт видеть отдельные цифры. По их гипотезе, мозг иначе воспринимает время в критических ситуациях. Испытуемые прыгали с высоты 31 метр на страховочную сетку. Опыт не удался, однако, вероятнее всего, стресс был не столь сильным, как требовалось: люди знали, что внизу страховка и они останутся невредимыми.
3. Спрятанные слепые пятна
Что это такое
В глазу человека есть слепое пятно — это область на сетчатке, нечувствительная к свету. В этом месте нет световых рецепторов из-за особенностей строения нашего органа зрения. Но мы этого не замечаем, потому что мозг нас обманывает.
Как это проявляется
Когда мы смотрим обоими глазами, слепые пятна незаметны. То же самое, если закрыть один глаз. В этом случае мозг «подгружает» изображение, которые он берёт с другого глаза.
Но обнаружить слепое пятно всё-таки можно. Используйте эту картинку:
- Закройте правый глаз и посмотрите левым глазом на правый крестик, обведённый кружком.
- Не моргая, отдаляйте или приближайте лицо к монитору.
- Боковым зрением следите за левым крестиком, не переводя на него взгляд.
- В определённый момент левый крестик исчезнет.
4. Разное восприятие цвета
Что это такое
Центральное и периферическое зрение воспринимают цвета по-разному. Всё дело в том, что в глазу есть два типа светочувствительных элементов — колбочки (они лучше различают цвета) и палочки (у них выше светочувствительность). Место максимального скопления колбочек — центр глаза. Палочек больше на периферии.
Отсюда возникает особенность нашего зрения. Периферическое зрение позволяет видеть в полутьме и тьме. Оно лучше улавливает яркие, контрастные цвета, например чёрный или красный. Но другие оттенки воспринимает хуже.
Как это проявляется
Несмотря на разницу центрального и периферического зрения, видим мы целостную картинку. Итоговое изображение рождает мозг, который додумывает, конструирует его из уже имеющихся данных. И не факт, что он не ошибается и не искажает реальность.
5. Особое восприятие
Что это такое
Это психологическая теория, согласно которой мы воспринимаем окружающую среду и события в ней с точки зрения их способности действовать. И это создаёт интересные зрительные иллюзии.
Как это проявляется
Теннисисты ощущают, что мячик движется медленнее, если они успешно его отбивают. Если человеку нужно поймать мяч, он будет казаться ему больше. Горы выглядят круче, если вы собираетесь подняться наверх с тяжёлым рюкзаком.
На зрительное восприятие влияет скорость движения, форма, размер предметов, а также действия: удар, перехватывание, метание и так далее. Всё это помогает выживать. И если вы хотите увидеть, как выглядит предмет в реальности, используйте фотокамеру.
6. Перевёрнутое зрение
Что это такое
На самом деле изображение попадает на сетчатку глаза в перевёрнутом виде. Роговица и хрусталик — это собирательные линзы, которые, по законам физики, переворачивают предметы вверх ногами. Информация попадает в мозг, а он его обрабатывает и адаптирует — чтобы мы видели мир таким, какой он есть.
Детская энциклопедия What This
Как это проявляется
Есть простой, но показательный способ. Надавите пальцем на внешний край нижнего века правого глаза. В левом верхнем углу вы увидите пятно. Это настоящее, перевёрнутое изображение вашего пальца — как его воспринимает глаз.
Мозг способен адаптировать наше зрение. В 1896 году доктор Калифорнийского университета Джордж Стрэттон создал инвертоскоп, который переворачивал изображение окружающего мира. Тот, кто носил этот прибор, видел предметы такими, какими они попадают на сетчатку глаза.
Стрэттон выяснил, что если носить инвертоскоп на протяжении нескольких дней, зрительная система приспосабливается к перевёрнутому миру, дезориентация уменьшается. Таким образом можно тренировать пространственные способности.
Источник
