Вячеслав Демидов - Как мы видим то, что видим [издание 3-е , перераб. и доп.]
Оказывается, существует при нормальном зрении вполне определенный порог контрастности, до которого решетка не видна, как ни старайся ее разглядеть. И пороги эти (относительно каждой решетки) свои, они закономерно изменяются с возрастом. Лучше всех видят молодые люди от 15 до 25 лет, а малыши и пожилые различают высокие пространственные частоты значительно хуже – мы с вами уже знаем, почему.
Показав каждому глазу по восемь таблиц, врач получает достаточно объективную характеристику качества зрения: вот такие-то решетки пациент различаете хуже, чем положено для его возраста... И что еще важнее, по характеру изменений врач может судить, нет ли тенденций к такому неприятному заболеванию, как глаукома, не обнаруживаются ли настораживающие сдвиги в периферическом зрении (которым сразу замечаем движущийся сбоку автомобиль).
Решетку не обманешь, как порой это бывает, если остроту зрения определяют с помощью таблиц с буквами и цифрами. Некоторые ловкачи выучивают их наизусть и бойко отвечают, хотя им уже давно пора обзавестись очками. С решеткой иное дело. Ее номер пациенту не известен, и он зря будет говорить «Вижу!», если ничего не увидел: врач пустит щель по той же решетке еще раз и мигом разоблачит обман.
Вернемся, однако, к бинокулярному зрению, где нас ожидает еще немало любопытного...
Слитный бинокулярный образ возникает лишь тогда, когда поля зрения обоих глаз перекрываются. Чем больше перекрытие, тем шире сектор стереоскопического зрения, но зато пропорционально меньше угол панорамного образа.
Природа по-разному наделила этими качествами зрительные аппараты разных животных.
Общее правило таково: у жертв выше панорамность, но ничтожна или даже совсем отсутствует стереоскопичность, а у хищников панорамность сравнительно с жертвами невелика, зато сектор стереоскопичности занимает почти все поле зрения. (Строго говоря, истинная стереоскопия возможна только тогда, когда сливаются изображения, попадающие на центральную ямку сетчатки, в область наиболее четкого зрения, а это как раз и присуще только хищникам.)
Скажем, у зайца сектор стереоскопии всего десять градусов, по пять с той и другой стороны от продольной оси тела. Панорамность же – 315 градусов, почти вся сфера вокруг как на ладони: подберись – хищник! Зато у кошки стереосектор занимает 120 градусов, а панорамность – 280.
Рис. 64. Области стереоскопического зрения (заштрихованы) и панорамного восприятия предметов у мирного травоядного кролика и хищной кошки
Нам, людям, природа дала 120 градусов стереоскопичности и 180 панорамности. Человек, выходит, хищник? Увы, мы в отряде приматов, а там, как своими собственными глазами видели участники экспедиции знаменитой Джейн Гудолл, шимпанзе едят обезьянок поменьше, таких, как молодые павианы...
Но, с другой стороны, у человека нет ни когтей, ни клыков, и стереоскопичность служит ему отличную службу, помогая увидеть врагов с их защитной, мимикрирующей окраской. Мы порой искренне восхищаемся мимикрией насекомых: ах, взгляните на фотографию: бабочка прямо-таки слилась с корою дерева! То-то и есть, что на фотографию... «Военные хитрости» насекомых годятся против тех врагов, которые лишены стереоскопического зрения и видят мир монокулярно, а как раз таково большинство насекомоядных птиц. Пестрая текстура коры и пестрая текстура крыльев бабочки или жука действительно неотличимы друг от друга при «одноглазом» видении. Фотография дает нам точку зрения птицы.
А будет рассматривать обоими глазами человек ту же бабочку на дереве – мимикрия не поможет (оттого-то мы и знаем, кстати, что мимикрия насекомых существует). Благодаря параллаксу выпуклое тельце бабочки окажется представленным на обеих сетчатках по-разному, и объемность насекомого сразу бросится в глаза.
Рис. 65. Стереоскопические картинки Белы Юлеша. Если вы сумеете слить вместе по горизонтали пары этих картинок (для этого надо немного потренироваться, сводя глаза, – начните с нижней пары), то увидите, как пестрый квадратик выскочит из плоскости и повиснет над книжным листом. На этой особенности стереоскопического зрения основаны способы распознавания фальшивых денег
Известный биофизик Бела Юлеш, сотрудник компании «Белл Лэбретриз», продемонстрировал этот факт стереоскопического зрения очень изящным и простым опытом. Он взял два одинаковых фотоотпечатка текстуры, составленной из черных и белых точек, которые были разбросаны совершенно хаотически, случайно. Потом вырезал в центре каждого отпечатка по одинакового размера квадратику и сдвинул один вправо, другой влево, а образовавшиеся белые полосочки закрыл хаотической текстурой из точек. Получились две пестрые картинки, которые вы видите наверху.
Когда смотришь на них невооруженным глазом, вырезанные и смещенные квадратики увидеть невозможно, они спрятались в информационном «шуме» точек окружения. Однако стоит вставить картинки в стереоскоп или направить глаза в бесконечность, чтобы картинки слились. После небольшой тренировки это многим удается. Начните с того, что постарайтесь свести вместе два нижних, гладких квадрата и увидеть между ними еще один, слившийся, стереоскопический: над большим квадратом висит в воздухе маленький. Теперь медленно переведите глаза выше, и перед взором возникнет парящий над пестрым фоном пестрый же квадрат.
Открытие Юлеша заставило нейрофизиологов и психологов совершенно по-новому взглянуть на проблему стереоскопичности зрения. Оказалось, что мозг разыскивает с помощью нейронов коры некоторые одинаковые участки изображений в том и другом глазу, совершенно не интересуясь их осмысленностью и связью с общей картиной.
Как только такие одинаковые участки найдены (тут немедля на ум приходит гипотеза Глезера о кусочном квазиголографическом представлении образа в высших отделах мозга), им присваиваются метки «Находятся на таком-то расстоянии». Когда же все кусочки сольются в образ, в сознании возникает объемная сцена, зрительная картина, где одни предметы близко, а другие далеко, и куб отличается в профиль от круглой банки такого же размера.
Именно это свойство бинокулярного зрения использовал Гельмгольц (понятно, не подозревая о деталях нейрофизиологического механизма стереоскопии), когда предложил опознавать в стереоскопе фальшивые деньги. Как ни старается преступник, ему не под силу абсолютно точно, до долей миллиметра, скопировать рисунок банковского билета (тогда еще не существовало сверхвысокоточных лазерных сканеров и цветных принтеров). В стереоскопе ошибки «рукодельцев» немедленно всплывают над плоскостью бумаги, едва эксперт кладет рядом настоящую банкноту и поддельную.
А без стереоскопа: каким образом мозг отыскивает на сетчатке одинаковые участки изображений? На этот вопрос ответил Джон Петтигрю, работавший в Калифорнийском университете. Он открыл в затылочной коре кошки нейроны диспаратности (слово диспаратус по-латыни значит раздельный, обособленный). Термин говорит, что изображение на сетчатке правого и левого глаза выглядит чуть по-разному. Диспаратность тем больше, чем ближе к глазам находится предмет: оптические оси глазных яблок поворачиваются, сходясь в точке, привлекающей внимание, и все остальные точки оказываются по отношению к оптической оси диспаратными.
К каждому нейрону диспаратности приходят сигналы от обоих глаз: с правых сторон каждой сетчатки, как мы помним, информацию снимают нейроны левой затылочной коры, а с левых сторон – нейроны правой коры. То есть у любого такого нейрона существуют два рецептивных поля.
Рис. 66. Схема работы стереоскопического зрения (сверху) и нейрофизиологическая сеть с простыми и сложными зрительными полями, открытыми Джоном Петтигрю из калифорнийского университета
До тех пор, пока данный участок изображения не попал сразу на оба этих поля, нейрон диспаратности молчит. А как только поля сразу увидят одинаковый кусочек, нейрон возбуждается, дает сигнал в высшие отделы зрительной системы. Причем максимальный ответ нейрона будет только тогда, когда изображение очутится точнехонько посередине каждого поля. Петтигрю назвал такие поля простыми (вот они, на нижней картинке). Обнаружил он и более сложные поля, объединяющие в себе как бы множество простых. Такие сложные поля привязаны к нейронам коры, объединенным в модули. Нейроны диспаратности формируют модули двух типов: для наведения глаз в данную точку пространства и для измерения дальности до отдельных точек (вернее, маленьких кусочков) предмета.
Наведением заведуют модули, для которых все равно, в каком направлении движутся глазные яблоки. Нейроны этих модулей обладают огромными полями, в несколько градусов по диагонали (здесь и далее измерения на сетчатке). Несмотря на это, они реагируют на ничтожную разницу в диспаратности. У кошки эта разница меньше двух угловых минут. У человека, по-видимому, около десяти угловых секунд, потому-то и четкость стереозрения наша куда лучше кошачьей. У орла... С орлами, увы, еще никто не занимался этой проблемой.