Меню Рубрики

Что отвечает за цветное зрение у человека

Цветовое зрение, как способность к различению цветов, функционирует за счет трех разновидностей колбочек, которые находятся в сетчатке и выполняют роль независимых приемников. У каждого типа таких рецепторов имеется своя спектральная чувствительность. Одни воспринимают красный цвет, вторые – зеленый, третьи – синий. У некоторых людей присутствует дихромазия, то есть они страдают врожденным расстройством цветоощущения.

Одна из человеческих способностей – различение цветов. Зрительный анализатор воспринимает разные по длине электромагнитные волны. Их световая часть является цветовой гаммой, которая отличается наличием постепенного перехода от красного к фиолетовому. То есть речь идет о цветовом спектре.

Основные составляющие спектра:

Первые два обладают длинными волнами, два вторых – средними, оставшиеся – короткими. Есть оттенки промежуточные, которые глаз вполне может различать. Подобное свойство является очень важным для повседневной деятельности. Цветовыми сигналами пользуются, к примеру, в промышленной отрасли и транспортной.

Основных цвета – три. П еремеш ивая красный, зеленый и синий, получаются все существующие тона. Томас Юнг в своей работе заявил о том, что цветовое зрение существует благодаря присутствию в сетчатке трех важных элементов. Каждый воспринимает один из основных тонов, хотя могут раздражаться и двумя другими.

О трехкомпонентности цветоощущения говорили также М. Ломоносов и Г. Гельмгольц. Колбочки, находящиеся в сетчатке глаза, обладают пигментом, который оказывается под влиянием определенного монохроматического излучения. Световая волна любой длины будет по-разному воздействовать на три рецептора. Если раздражение присутствует одинаковое, все будет восприниматься в белом цвете.

Цвета могут быть хроматическими и ахроматическими.

Первая категория имеет:

  1. Цветовой тон (имеет значение то, насколько длинной является волна светового излучения).
  2. Насыщенность.
  3. Яркость.

Вторая группа отличается лишь яркостью.

Диагностика нарушений цветовосприятия

Расстройства могут иметь как врожденный характер, так и приобретенный. Зачастую врожденные дефекты цветоощущения наблюдаются у мужчин. Женщины от этого страдают намного реже.

Приобретенной патология становится, если возникают проблемы нарушения:

  • сетчатки;
  • зрительного нерва;
  • ЦНС (центральная нервная система).

Крайне редко удается диагностировать ахромазию, то есть восприятие окружающего мира в черно-белых тонах. Подобное состояние провоцируется тяжелой патологией колбочкового аппарата.

При наличии врожденных нарушений цветоощущения никаких других изменений в зрительных органах обычно не бывает. Человек может узнать о том, что у него нарушено зрение цветное случайно, когда будет проходить медицинское обследование. Медосмотр в обязательном порядке назначается водителям и людям, работа которых связана с движущимися механизмами, а также представителям тех профессий, где нужно уметь отличать один тон от другого.

Наиболее серьезное нарушение – монохромазия. Какую бы окраску предмет ни имел, больной видит все серым. При этом отмечается сильное понижение зрительных функций. Монохроматы страдают от низкой световой адаптации. В дневное время у них практически не получается различать формы предметов, из-за чего возникает фотофобия. Поэтому такие люди вынуждены пользоваться солнцезащитными очками даже при дневном свете.

Гистологическое обследование зачастую никаких аномальных изменений в сетчатке страдающих от монохромазии не выявляет. Существует мнение, что в колбочках монохромата присутствует родопсин, а не зрительный пигмент.

Что касается дихромазии, то, когда происходит выпадение красного компонента, говорят о наличии протанопии. Если не воспринимается зеленый – дейтеранопия. Не различается синий – тританопия.

Оценивается цветоразличительная способность при помощи:

  • специальных приборов – аномалоскопов;
  • полихроматических таблиц.

Зачастую при обследовании пользуются методом Е. Рабкина, суть которого – применение основных цветовых свойств (тон, насыщенность, яркость).

Если человек является цветоаномалом, он будет не в состоянии различить определенную фигуру либо цифру, которая выводится кружками одного оттенка.

В процессе тестирования обследуемый сидит, повернувшись спиной к окну. Расстояние от глаз к таблице – от 0,5 до 1 м. На чтение таблицы дается не более 5 секунд. Если таблица сложная, тогда времени отводится больше.

Когда будут обнаружены расстройства цветоощущения, врач заполняет специальную форму. Нормальному трихромату удастся справиться со всеми 25 таблицами, а дихромату только с 7-9.

Следует сказать, что встречается аномальная трихромазия, то есть ослабленное различение основных тонов светового спектра. Человек с аномальной трихромазией справляется минимум с 12 таблицами.

Когда возникает потребность в обследовании большого количества людей, специалисты пользуются самыми трудными для распознавания таблицами. Так можно проверить наличие расстройств сразу у многих людей. Нормальная трихромазия диагностируется в том случае, когда обследуемые правильно распознают используемые тесты при троекратных повторах. Если человек не может пройти даже один тест, тогда диагноз уточняется при помощи имеющихся в запасе таблиц.

Лечение хромотерапией

Цвет может использоваться в качестве лечебного средства. Благодаря хромотерапии в организме происходит много положительных изменений.

Если правильно подобрать оттенки, можно достичь:

  1. Нормализации вещественного обмена и различных физиологических процессов.
  2. Укрепления иммунных сил.

Метод показан для применения в любых условиях – и в больнице, и дома. Если назначается лечение в домашних условиях, понадобится запастись цветными бумажными листами. Необходимо расположить лист на расстоянии 1,5 м и сконцентрироваться на нем. Достаточно 10 минут для одной процедуры, чтобы появились улучшения в эмоциональном и гормональном фонах. Подобное состояние отобразится на внутренних органах.

Если для занятий взять разноцветные лампочки, то процедура может длиться намного дольше – от часа до двух.

Домашняя хромотерапия предполагает использование ванн и душевых кабин, которые отличаются наличием разнообразных цветов. Метод хорош тем, что комбинируется с гидротерапией.

Когда пациент обращается в лечебное учреждение, специалисты применяют специальное оборудование, при этом сами принимают решение, какие оттенки на данный момент будут уместными.

Врач-психотерапевт также может помочь пациенту справиться с определенной проблемой. Для этого используется метод визуализации. Пациент в воображении рисует картины, которые озвучивает врач. Успокоение наступает, если мысленно представить, к примеру, зеленый лес, а над ним голубое небо. Когда нужна активизация, пациент рисует в мыслях предметы красных тонов.

Со временем человек самостоятельно сможет заниматься подобными упражнениями.

Благодаря влиянию красного происходит:

  • активизация организма в стрессовых ситуациях;
  • повышенная работоспособность;
  • улучшение настроения;
  • нормализация вещественного обмена;
  • налаживание функций сердечно-сосудистой, дыхательной и центральной нервной систем;
  • усиление защитных сил;
  • повышение артериального давления;
  • улучшение аппетита;
  • усиление полового влечения и волевых качеств.

Действие синего приводит к таким эффектам:

  • уменьшению возбужденности;
  • успокоению, расслаблению;
  • исчезновению тревожности;
  • подавлению активности инфекции;
  • уменьшению сердцебиения;
  • понижению давления, в том числе и внутриглазного;
  • устранению расстройств нервного характера;
  • уменьшению эпилептических припадков, а также воспалительных процессов.

Результат влияния зеленого:

  • внутреннее спокойствие;
  • уменьшение сердцебиения;
  • понижение давления;
  • устранение спазматических явлений;
  • исчезновение возбуждения и эмоционального напряжения.

Как показывает практика, при любой болезни хромотерапия благоприятным образом сказывается на самочувствии пациента.

У большинства людей цветовое зрение находится в нормальном состоянии, что существенно облегчает выполнять ту или иную работу. Однако следует регулярно появляться на консультацию к офтальмологу, чтобы исключить вероятность возникновения приобретенного расстройства цветоощущения. Эффективные методы помогут выявить имеющуюся аномалию.

Особенности восприятия человека. Зрение

Человек не может видеть в полной темноте. Для того, чтобы человек увидел предмет, необходимо, чтобы свет отразился от предмета и попал на сетчатку глаза. Источники света могут быть естественные (огонь, Солнце) и искусственные (различные лампы). Но что представляет собой свет?

Согласно современным научным представлениям, свет представляет собой электромагнитные волны определенного (достаточно высокого) диапазона частот. Эта теория берет свое начало от Гюйгенса и подтверждается многими опытами (в частности, опытом Т. Юнга). При этом в природе света в полной мере проявляется карпускулярно-волновой дуализм, что во многом определяет его свойства: при распространении свет ведет себя как волна, при излучении или поглощении – как частица (фотон). Таким образом, световые эффекты, происходящие при распространении света (интерференция, дифракция и т.п.), описываются уравнениями Максвелла, а эффекты, проявляющиеся при его поглощении и излучении (фотоэффект, эффект Комптона) – уравнениями квантовой теории поля.

Упрощенно, глаз человека представляет собой радиоприемник, способный принимать электромагнитные волны определенного (оптического) диапазона частот. Первичными источниками этих волн являются тела, их излучающие (солнце, лампы и т.п.), вторичными – тела, отражающие волны первичных источников. Свет от источников попадает в глаз и делает их видимыми человеку. Таким образом, если тело является прозрачным для волн видимого диапазона частот (воздух, вода, стекло и т.п.), то оно не может быть зарегистрировано глазом. При этом глаз, как и любой другой радиоприемник, «настроен» на определенный диапазон радиочастот (в случае глаза это диапазон от 400 до 790 терагерц), и не воспринимает волны, имеющие более высокие (ультрафиолетовые) или низкие (инфракрасные) частоты. Эта «настройка» проявляется во всем строении глаза – начиная от хрусталика и стекловидного тела, прозрачных именно в этом диапазоне частот, и заканчивая величиной фоторецепторов, которые в данной аналогии подобны антеннам радиоприемников и имеют размеры, обеспечивающие максимально эффективный прием радиоволн именно этого диапазона.

Все это в совокупности определяет диапазон частот, в котором видит человек. Он называется диапазоном видимого излучения.

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 740 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими частотами также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

Белый свет, разделённый призмой на цвета спектра [4]

При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разным углом. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены световыми волнами одной длины (или очень узким диапазоном), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:

В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг и они образуются от смешения других цветов.[4]

Чем человек видит

Благодаря зрению мы получаем 90% информации об окружающем мире, поэтому глаз — один из важнейших органов чувств.
Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача — «передать» правильное изображение зрительному нерву.

Строение глаза человека

Роговица — прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза — склерой.

Читайте также:  Типология потребителей с точки зрения психологии

Передняя камера глаза — это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка — по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз (если он голубой — значит, в ней мало пигментных клеток, если карий — много). Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок — отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик — «естественная линза» глаза. Он прозрачен, эластичен — может менять свою форму, почти мгновенно «наводя фокус», за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза. Прозрачность хрусталика глаза человека превосходна — пропускается большая часть света с длинами волн между 450 и 1400 нм. Свет с длиной волны выше720 нм не воспринимается. Хрусталик глаза человека почти бесцветен при рождении, но приобретает желтоватый цвет с возрастом. Это предохраняет сетчатку глаза от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Стекловидное тело — гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка — состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т.е. фотохимическая реакция.

Склера — непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка — выстилает задний отдел склеры, к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв — при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.[6]

Человек не рождается с уже развитым органом зрения: в первые месяцы жизни происходит формирование мозга и зрения, и примерно к 9 месяцам они способны почти моментально обрабатывать поступающую зрительную информацию. Для того чтобы видеть, необходим свет. [3]

Световая чувствительность человеческого глаза

Способность глаза воспринимать свет и распознавать различной степени его яркости называется светоощущением, а способность приспосабливаться к разной яркости освещения — адаптацией глаза; световая чувствительность оценивается величиной порога светового раздражителя.
Человек с хорошим зрением способен разглядеть ночью свет от свечи на расстоянии нескольких километров. Максимальная световая чувствительность достигается после достаточно длительной темновой адаптации. Её определяют под действием светового потока в телесном угле 50° при длине волны 500 нм (максимум чувствительности глаза). В этих условиях пороговая энергия света около 10−9 эрг/с, что эквивалентно потоку нескольких квантов оптического диапазона в секунду через зрачок.
Вклад зрачка в регулировку чувствительности глаза крайне незначителен. Весь диапазон яркостей, которые наш зрительный механизм способен воспринять, огромен: от 10−6 кд•м² для глаза, полностью адаптированного к темноте, до 106 кд•м² для глаза, полностью адаптированного к свету Механизм такого широкого диапазона чувствительности кроется в разложении и восстановлении фоточувствительных пигментов в фоторецепторах сетчатки — колбочках и палочках.
В глазу человека содержатся два типа светочувствительных клеток (рецепторов): высоко чувствительные палочки, отвечающие за сумеречное (ночное) зрение, и менее чувствительные колбочки, отвечающие за цветное зрение.

Нормализованные графики светочувствительности колбочек человеческого глаза S, M, L. Пунктиром показана сумеречная, «чёрно-белая» восприимчивость палочек.

В сетчатке глаза человека есть три вида колбочек, максимумы чувствительности которых приходятся на красный, зелёный и синий участки спектра. Распределение типов колбочек в сетчатке неравномерно: «синие» колбочки находятся ближе к периферии, в то время как «красные» и «зеленые» распределены случайным образом. Соответствие типов колбочек трём «основным» цветам обеспечивает распознавание тысяч цветов и оттенков. Кривые спектральной чувствительности трёх видов колбочек частично перекрываются, что способствует явлению метамерии. Очень сильный свет возбуждает все 3 типа рецепторов, и потому воспринимается, как излучение слепяще-белого цвета.

Равномерное раздражение всех трёх элементов, соответствующее средневзвешенному дневному свету, также вызывает ощущение белого цвета.

За цветовое зрение человека отвечают гены, кодирующие светочувствительные белки опсины. По мнению сторонников трёхкомпонентной теории, наличие трёх разных белков, реагирующих на разные длины волн, является достаточным для цветового восприятия.

У большинства млекопитающих таких генов только два, поэтому они имеют черно-белое зрение.

Чувствительный к красному свету опсин кодируется у человека геном OPN1LW.
Другие опсины человека кодируют гены OPN1MW, OPN1MW2 и OPN1SW, первые два из них кодируют белки, чувствительные к свету со средними длинами волны, а третий отвечает за опсин, чувствительный к коротковолновой части спектра.

Поле зрения

Поле зрения — пространство, одновременно воспринимаемое глазом при неподвижном взоре и фиксированном положении головы. Оно имеет определенные границы, соответствующие переходу оптически деятельной части сетчатки в оптически слепую.
Поле зрения искусственно ограничивается выступающими частями лица — спинкой носа, верхним краем глазницы. Кроме того, его границы зависят от положения глазного яблока в глазнице. [8] Кроме этого, в каждом глазу здорового человека существует область сетчатки, не чувствительная к свету, которая называется слепым пятном. Нервные волокна от рецепторов к слепому пятну идут поверх сетчатки и собираются в зрительный нерв, который проходит сквозь сетчатку на другую её сторону. Таким образом, в этом месте отсутствуют световые рецепторы.[9]

На этом конфокальном микроснимке диск зрительного нерва показан черным, клетки, выстилающие кровеносные сосуды — красным, а содержимое сосудов — зеленым. Клетки сетчатки отобразились синими пятнами. [10]

Слепые пятна в двух глазах находятся в разных местах (симметрично). Этот факт, а так же то, что мозг корректирует воспринимаемое изображение, объясняет почему при нормальном использовании обоих глаз они незаметны.

Чтобы наблюдать у себя слепое пятно, закройте правый глаз и левым глазом посмотрите на правый крестик, который обведён кружочком. Держите лицо и монитор вертикально. Не сводя взгляда с правого крестика, приближайте (или отдаляйте) лицо от монитора и одновременно следите за левым крестиком (не переводя на него взгляд). В определённый момент он исчезнет.

Этим способом можно также оценить приблизительный угловой размер слепого пятна.

Прием для обнаружения слепого пятна [9]

Выделяют также парацентральные отделы поля зрения. В зависимости от участия в зрении одного или обоих глаз, различают монокулярное и бинокулярное поле зрения. В клинической практике обычно исследуют монокулярное поле зрения. [8]

Бинокулярное и Стереоскопическое зрение

Зрительный анализатор человека в нормальных условиях обеспечивает бинокулярное зрение, то есть зрение двумя глазами с единым зрительным восприятием. Основным рефлекторным механизмом бинокулярного зрения является рефлекс слияния изображения — фузионный рефлекс (фузия), возникающий при одновременном раздражении функционально неодинаковых нервных элементов сетчатки обоих глаз. Вследствие этого возникает физиологическое двоение предметов, находящихся ближе или дальше фиксируемой точки (бинокулярная фокусировка). Физиологичное двоение (фокус) помогает оценивать удалённость предмета от глаз и создает ощущение рельефности, или стереоскопичности, зрения.

При зрении одним глазом восприятие глубины (рельефной удалённости) осуществляется гл. обр. благодаря вторичным вспомогательным признакам удаленности (видимая величина предмета, линейная и воздушная перспективы, загораживание одних предметов другими, аккомодация глаза и т. д..). [1]

Проводящие пути зрительного анализатора
1 — Левая половина зрительного поля, 2 — Правая половина зрительного поля, 3 — Глаз, 4 — Сетчатка, 5 — Зрительные нервы, 6 — Глазодвигательный нерв, 7 — Хиазма, 8 — Зрительный тракт, 9 — Латеральное коленчатое тело, 10 — Верхние бугры четверохолмия, 11 — Неспецифический зрительный путь, 12 — Зрительная кора головного мозга.[2]

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, хиазму, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.[5]

Изменение зрения с возрастом

Элементы сетчатки начинают формироваться на 6–10 неделе внутриутробного развития, окончательное морфологическое созревание происходит к 10–12 годам. В процессе развития организма существенно меняются цветоощущения ребенка. У новорожденного в сетчатке функционируют только палочки, обеспечивающие черно-белое зрение. Количество колбочек невелико и они еще не зрелы. Распознавание цветов в раннем возрасте зависит от яркости, а не от спектральной характеристики цвета. По мере созревания колбочек дети сначала различают желтый, потом зеленый, а затем красный цвета (уже с 3 месяцев удавалось выработать условные рефлексы на эти цвета). Полноценно колбочки начинают функционировать к концу 3 года жизни. В школьном возрасте различительная цветовая чувствительность глаза повышается. Максимального развития ощущение цвета достигает к 30 годам и затем постепенно снижается.

У новорожденного диаметр глазного яблока составляет 16 мм, а его масса – 3,0 г. Рост глазного яблока продолжается после рождения. Интенсивнее всего оно растет первые 5 лет жизни, менее интенсивно – до 9-12 лет. У новорожденных форма глазного яблока более шаровидная, чем у взрослых, в результате в 90 % случаев у них отмечается дальнозоркая рефракция.

Зрачок у новорожденных узкий. Из-за преобладания тонуса симпатических нервов, иннервирующих мышцы радужной оболочки, в 6–8 лет зрачки становятся широкими, что увеличивает риск солнечных ожогов сетчатки. В 8–10 лет зрачок сужается. В 12–13 лет быстрота и интенсивность зрачковой реакции на свет становятся такими же, как у взрослого человека.

У новорожденных и детей дошкольного возраста хрусталик более выпуклый и более эластичный, чем у взрослого, его преломляющая способность выше. Это позволяет ребенку четко видеть предмет на меньшем расстоянии от глаза, чем взрослому. И если у младенца он прозрачный и бесцветный, то у взрослого человека хрусталик имеет легкий желтоватый оттенок, интенсивность которого с возрастом может усиливаться. Это не отражается на остроте зрения, но может повлиять на восприятие синего и фиолетового цветов.

Сенсорные и моторные функции зрения развиваются одновременно. В первые дни после рождения движения глаз несинхронны, при неподвижности одного глаза можно наблюдать движение другого. Способность фиксировать взглядом предмет формируется в возрасте от 5 дней до 3–5 месяцев.

Читайте также:  Ребенок в месяц проблемы со зрением

Реакция на форму предмета отмечается уже у 5-месячного ребенка. У дошкольников первую реакцию вызывает форма предмета, затем его размеры и уже в последнюю очередь – цвет.
Острота зрения с возрастом повышается, улучшается и стереоскопическое зрение. Стереоскопическое зрение к 17–22 годам достигает своего оптимального уровня, причем с 6 лет у девочек острота стереоскопического зрения выше, чем у мальчиков. Поле зрения интенсивно увеличивается. К 7 годам его размер составляет приблизительно 80 % от размера поля зрения взрослого.[11,12]

После 40 лет наблюдается падение уровня периферического зрения, то есть происходит сужение поля зрения и ухудшение бокового обзора.
Примерно после 50 лет сокращается выработка слезной жидкости, поэтому глаза увлажняются хуже, чем в более молодом возрасте. Чрезмерная сухость может выражаться в покраснении глаз, рези, слезотечении под действием ветра или яркого света. Это может не зависеть от обычных факторов (частые напряжения глаз или загрязненность воздуха).

С возрастом человеческий глаз начинает воспринимать окружающее более тускло, с понижением контрастности и яркости. Также может ухудшиться способность распознавать цветовые оттенки, особенно близкие в цветовой гамме. Это напрямую связано с сокращением количества клеток сетчатой оболочки, воспринимающих оттенки цвета, контрастность, яркость. [14,15]

Некоторые возрастные нарушения зрения обусловлены пресбиопией, которая проявляется нечеткостью, размытостью картинки при попытке рассмотреть предметы, расположенные близко от глаз. Возможность фокусировки зрения на небольших предметах требует аккомодацию около 20 диоптрий (фокусировка на объекте в 50 мм от наблюдателя) у детей, до 10 диоптрий в возрасте 25 лет (100 мм) и уровни от 0,5 до 1 диоптрии в возрасте 60 лет (возможность фокусировки на предмете в 1-2 метрах). Считается, что это связано с ослаблением мышц, которые регулируют зрачок, при этом так же ухудшается реакция зрачков на попадающий в глаз световой поток. [13] Поэтому возникают трудности с чтением при тусклом свете и увеличивается время адаптации при перепадах освещенности.

Так же с возрастом начинает быстрее возникать зрительное утомление и даже головные боли.

Восприятие цвета

Психология восприятия цвета — способность человека воспринимать, идентифицировать и называть цвета.

Ощущение цвета зависит от комплекса физиологических, психологических и культурно-социальных факторов. Первоначально исследования восприятия цвета проводились в рамках цветоведения; позже к проблеме подключились этнографы, социологи и психологи.

Зрительные рецепторы по праву считаются «частью мозга, вынесенной на поверхность тела». Неосознаваемая обработка и коррекция зрительного восприятия обеспечивает «правильность» зрения, и она же является причиной «ошибок» при оценке цвета в определенных условиях. Так, устранение «фоновой» засветки глаза (например, при разглядывании удаленных предметов через узкую трубку) существенно меняет восприятие цвета этих предметов.

Одновременное рассматривание одних и тех же несамосветящихся предметов или источников света несколькими наблюдателями с нормальным цветовым зрением, в одинаковых условиях рассматривания, позволяет установить однозначное соответствие между спектральным составом сравниваемых излучений и вызываемыми ими цветовыми ощущениями. На этом основаны цветовые измерения (колориметрия). Такое соответствие однозначно, но не взаимно-однозначно: одинаковые цветовые ощущения могут вызывать потоки излучений различного спектрального состава (метамерия).

Определений цвета, как физической величины, существует много. Но даже в лучших из них с колориметрической точки зрения часто опускается упоминание о том, что указанная (не взаимная) однозначность достигается лишь в стандартизованных условиях наблюдения, освещения и т. д., не учитывается изменение восприятия цвета при изменении интенсивности излучения того же спектрального состава (явление Бецольда — Брюкке), не принимается во внимание т. н. цветовая адаптация глаза и др. Поэтому многообразие цветовых ощущений, возникающих при реальных условиях освещения, вариациях угловых размеров сравниваемых по цвету элементов, их фиксации на разных участках сетчатки, разных психофизиологических состояниях наблюдателя и т. д., всегда богаче колориметрического цветового многообразия.

Например, в колориметрии одинаково определяются некоторые цвета (такие, как оранжевый или жёлтый), которые в повседневной жизни воспринимаются (в зависимости от светлоты) как бурый, «каштановый», коричневый, «шоколадный», «оливковый» и т. д. В одной из лучших попыток определения понятия Цвет, принадлежащей Эрвину Шрёдингеру, трудности снимаются простым отсутствием указаний на зависимость цветовых ощущений от многочисленных конкретных условий наблюдения. По Шредингеру, Цвет есть свойство спектрального состава излучений, общее всем излучениям, визуально не различимым для человека. [6]

В силу природы глаза, свет, вызывающий ощущение одного и того же цвета (например белого), то есть одну и ту же степень возбуждения трёх зрительных рецепторов, может иметь разный спектральный состав. Человек в большинстве случаев не замечает данного эффекта, как бы «домысливая» цвет. Это происходит потому, что хотя цветовая температура разного освещения может совпадать, спектры отражённого одним и тем же пигментом естественного и искусственного света могут существенно отличаться и вызывать разное цветовое ощущение.

Человеческий глаз воспринимает множество различных оттенков, однако есть «запрещенные» цвета, недоступные для него. В качестве примера можно привести цвет, играющий и желтыми, и синими тонами одновременно. Так происходит потому, что восприятие цвета в глазе человека, как и многое другое в нашем организме, построено на принципе оппонентности. Сетчатка глаза имеет особые нейроны-оппоненты: некоторые из них активизируются, когда мы видим красный цвет, и они же подавляются зеленым цветом. То же самое происходит и с парой желтый-синий. Таким образом, цвета в парах красный-зеленый и синий-желтый оказывают противоположное воздействие на одни и те же нейроны. Когда источник излучает оба цвета из пары, их воздействие на нейрон компенсируется, и человек не может увидеть ни один из этих цветов. Мало того, человек не только не способен увидеть эти цвета в нормальных обстоятельствах, но и представить их.

Увидеть такие цвета можно только в рамках научного эксперимента. Например, ученые Хьюитт Крэйн и Томас Пьянтанида из Стенфордского института в Калифорнии создали специальные зрительные модели, в которых чередовались полосы «спорящих» оттенков, быстро сменяющих друг друга. Эти изображения, зафиксированные специальным прибором на уровне глаз человека, показывались десяткам добровольцев. После эксперимента люди утверждали, что в определенный момент границы между оттенками исчезали, сливаясь в один цвет, с которым раньше им никогда не приходилось сталкиваться.

Различия зрения человека и животных. Метамерия в фотографии

Человеческое зрение является трёхстимульным анализатором, то есть спектральные характеристики цвета выражаются всего в трех значениях. Если сравниваемые потоки излучения с разным спектральным составом производят на колбочки одинаковое действие, цвета воспринимаются как одинаковые.

В животном мире существуют четырёх- и даже пятистимульные цветовые анализаторы, поэтому цвета, воспринимаемые человеком одинаковыми, животным могут казаться разными. В частности, хищные птицы видят следы грызунов на тропинках к норам исключительно благодаря ультрафиолетовой люминесценции компонентов их мочи.
Похожая ситуация складывается и с системами регистрации изображений, как цифровыми, так и аналоговыми. Хотя в большинстве своём они являются трёхстимульными (три слоя эмульсии фотоплёнки, три типа ячеек матрицы цифрового фотоаппарата или сканера), их метамерия отлична от метамерии человеческого зрения. Поэтому цвета, воспринимаемые глазом как одинаковые, на фотографии могут получаться разными, и наоборот. [7]

Цветное зрение у человека

Цветное зрение у человека — вид ощущения, восприятие и дифференциация человеком светового излучения с различной энергией (длиной волны). Свет может испускаться источниками света, или отражаться материальными объектами; при этом меняется его спектральный состав, а следовательно,и ощущение цвета.

Восприятие цветов возможно только при достаточном освещении, когда активируются светочувствительные клетки сетчатки — колбочки. При сумеречном зрении (при недостаточной освещённости) восприятие цветов отсутствует.

Содержание

Введение [ править ]

Способность цветового зрения глаза обусловлена наличием фоточувствительных рецепторов колбочек и палочек расположенных в слое рецепторов сетчатки. В фоторецепторах сетчатки происходит первичное восприятие оптического изображения, его частичная обработка, и передача сигналов в зрительные отделы головного мозга, где происходит окончательное формирование зрительных образов.

К сожалению многие авторы и даже большая часть исследователей не разделяют между собой два важнейших понятия: возможность различать всевозможные цвета и возможность ощущать эти цвета. Если тот или иной организм имеет способность различать определённые цвета и оттенки, то это ни как не означает, что он способен ощущать и воспринимать сам цвет. Например на экране чёрно-белого телевизора мы прекрасно различаем голубое небо, тёмно зелёную листву, светло зелёную траву, пурпурные ягоды земляники, тёмно синюю гладь воды и пр. при этом мы не ощущаем цвета, но различаем их. Аналогично и с живыми существами, выяснив их способность различать цвета и оттенки, мы не можем утверждать, что они видят сам цвет. Так выяснив способность того или иного живого существа отличать например розовый цвет от голубого, нельзя утверждать, что это существо обладает цветовым зрением. Более того, замечено например, что пчёлы способны отличить белый лист бумаги окрашенный цинковыми белилами от такого же белого листа бумаги (с точки зрения человека) покрашенного свинцовыми белилами. Это легко объяснить тем, что спектр ощущаемых глазом пчелы длин волн, сдвинут в УФ область, в которой отражающая способность цинковых и свинцовых белил различна. Но этот опыт ни как не утверждает способность глаза пчелы ощущать (видеть) сам цвет.

Восприятие света (цвета) [ править ]

Реакция на свет также может быть различной (см. рис.2). В условиях низких уровней освещения (вечернее и ночное время) зрение — scotopic осуществляется работой фоторецепторов — палочек. Палочки максимально чувствительны к длинам волны порядка 500 нм. При более ярком свете (днём), видение — цветовое. В этих условиях, к работе подключаются Экстерорецепторы колбочки. При этом, максимум чувствительности палочки смещается к длинам волн около 555нм (в следствии разложения находящегося в палочках фоточувствительного пигмента — родопсина). При этих условиях освещённости (это состояние известно как mesopic видение) палочки и колбочки преобразуют световое раздражение в значащие выходные сигналы (в виде электрических импульсов) поступающие в мозг.

Восприятие «белого» цвета обычно происходит благодаря воздействию всего спектра видимого света, или является реакцией глаза на воздействие например нескольких длин волн в строго определённом соотношении: красного, зеленого и синего, или только пары цветов: синего и жёлтого. [1]

Фокальная поверхность сетчатки содержит светочувствительные палочки и колбочки. Они преобразуют фотоны (частицы света) в нервные импульсы, поступающие в мозг, причем импульсы из правого глаза идут в левое полушарие мозга, и наоборот. Палочки чувствительны и к низким уровням освещения, а колбочки, начинают функционировать при более сильном освещении. По мере затемнения активность колбочек падает и они перестают реагировать на свет. Реакция на свет также может быть различной. Колбочки лучше воспринимают желто-зеленую часть спектра, а палочки, хотя и обеспечивают черно-белое видение, воспринимают также и волны сине-зеленой части спектра. Наибольшую точность зрения при ярком освещении дает небольшой участок, центральная ямка сетчатки, в которой имеются только колбочки. [2]

Читайте также:  Ооо тюменское предприятие инвалидов по зрению

Цветное зрение с точки зрения трёхкомпонентной теории зрения [ править ]

Трёхкомпонентная гипотеза цветовосприятия основана на предположении наличия в глазу трёх типов колбочек чувствительных к трём различным частям спектра. Несмотря на то, что на сегодняшний день не удалось доказать наличия трёх типов колбочек, эту теорию пока принято считать основной.

Исходя из спектральных исследований спектров поглощения рецепторов сетчатки, были выявлены несколько максимумов поглощения в видимой области. На основании этого было выдвинуто предположение о наличии трёх типов колбочек анализирующих ограниченные области спектра (каждая колбочка свою область) и по аналогии с смешиванием трёх цветов красок (дающих возможность получить широкую палитру цветов) синтезирующих сигналы на основании которых мозг вызывает ощущение цвета.

Трёхкомпонентная гипотеза зрения предполагает наличие трёх типов колбочек. Несмотря на то, что на сегодняшний день не удалось найти различие между колбочками в глазу и то, что трёхкомпонентная гипотеза не может объяснить и описать многие эффекты цветового зрения, она до сих пор продолжает считаться основной. В ней постулируется обязательное наличие трёх типов цветовых рецепторов:

Исходя из исследований спектров поглощения рецепторов сетчатки были выявлены спектральные максимумы поглощения пигментами сетчатки видимого излучения света — это максимумы S, M, L. Сторонники трёхкомпонентных гипотез связывают эти максимумы с работой отдельных типов колбочек что определило большое число исследований в которых пытаются найти доказательства этого предположения.

ЗОНЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ РЕЦЕПТОРОВ ГЛАЗА по трёхкомпонентной гипотезе
Обозначения фоторецепторов Обозначение пигметов Диапазон Пиковая длина волны
S (фиолетово-синий) колбочки (сетчатка) пигмент цианолаб (на сегодняшний день не обнаруженный) 400–500 нм 420–440 нм
M (жёлто-зелёный) колбочки (сетчатка) пигмент хлоролаб 450–630 нм 534–545 нм
L (красно-жёлтый) колбочки (сетчатка) пигмент эритролаб 500–700 нм 564–580 нм

Примечательно то, что сторонники трёхкомпонентной гипотезы «не замечают», что спектр чувствительности приписываемый ими цианолабу совпадает со спектром чувствительности родопсина содержащегося в палочках сетчатки глаза.

Считается, что различные участки спектра, формируют выходные электрические сигналы в каждом из (см. рис.3) трёх типов фоторецепторов в различной степени. Желтоватый цвет, например, стимулирует L и М колбочки одинаково, а S практически не стимулирует. Красный цвет, с другой стороны, стимулирует колбочки L намного больше, чем М, а колбочки S — не стимулирует совсем; синий-зеленый цвет стимулирует L колбочки слабее, чем колбочки M и S, а вот колбочки M и S — сильно. Мозг комбинирует информацию от каждого типа фоторецептора для выдачи данных цвета.

Однако, при известных и хорошо изученных максимумах спектральной чувствительности пигментов глаза, палитра цветов, которую смог бы различать глаз работающий в соответствии с трёхкомпонентной гипотезой зрения будет слишком мала, что совершенно не соответствует действительности. Нанесём на цветовой треугольник точки максимумов чувствительности пигментов глаза (по предположениям трёхкомпонентной гипотезы, максимумы чувствительности предполагаемых колбочек). На рис. 4 видим область цветовой палитры (область внутри вписанного остроугольного треугольника), которую можно анализировать или синтезировать при известных максимумах чувствительности пигментов рис. 3 (и предположительно колбочек) в соответствии с подходом трёхкомпонентной гипотезы зрения (по аналогии получения цветов смешиванием трёх имеющихся красок или анализом цвета тремя имеющимися датчиками.). Как видим, полученная палитра «воспроизводимых» цветов существенно уже реально различимой нашим глазом. Этот рисунок более чем наглядно показывает, что механизм цветовосприятия глаза имеет совершенно другой принцип.

Восприятие цвета с точки зрения нелинейной теории цветного зрения [ править ]

В 1975 году советским учёным С. Ременко была сформулирована и представлена нелинейная теория зрения, в основе которой заложены два принципа:

  • Имеются только два типа светочувствительных элементов — одного типа колбочек и одного типа палочек;
  • Осуществляется нелинейность процессов формирования сигналов цветности (без суммирования или вычитания).

Основные положения составляющие условие задачи, были жёсткими. Допущения, которые легли в основу трёхкомпонентной теории, были исключены, и главное условие сводилось к следующему: гипотеза должна строиться только на объективных, достоверно установленных экспериментальных данных, основываться на конкретных физических законах, без каких-либо приближений. Модель должна быть объективной и описываться математическими зависимостями в реальном трёхмерном пространстве. Электронная модель должна моделировать все известные явления и «парадоксы» цветового зрения.

В основе теории лежит утверждение, что для того, чтобы получать информацию о длине волны излучения нет необходимости использовать некоторое количество датчиков чувствительных к разным длинам волн. Достаточно иметь датчик настроенный например на «середину диапазона» и имеющий два максимума находящихся близко друг к другу.

Многие процессы живой природы основаны на принципе оппонентности. Подобно тому, как коромысловые весы не могут определить вес, а лишь отношение веса двух чашек весов, так и живая природа не может определить, например, температуру, а лишь отклонение (холодно или жарко) от заложенной генетически величины. Принцип оппонентности (весов) позволяет описывать свойственные природе нелинейные процессы только нелинейными математическими соотношениями. Попытки выразить процессы линейными соотношениями привели к примитивной теории наличия «центров возбуждения» и «центров торможения» (on — off center theory). Попытки заменить нелинейные соотношения линейными коснулись и теории цветовосприятия .Для оппонентности необходимо чётное количество точек сравнения ( 2,4,6 и.т.д.), а трёхкомпонентная теория обладает тремя. Первая попытка (Теория Геринга) вынудила автора «добавить» четвёртую — жёлтую колбочку. Вторая попытка (Теория цветного зрения Лэнда) свела три компонента до двух (теория «холодных тонов — против тёплых»). Третья попытка (Давид Хьюбл и Торстен Вайзел — Нобелевская премия за 1981 г.) привела к надуманной линейной комбинации двух, ради получения четвёртой точки, как у Геринга. В этом ряду только Нелинейная теория зрения (Ременко) не ограничивает количество возможных пар и этим исключает трёхкомпонентную теорию.

В технике такой механизм, как коромысловые весы называют «детектор отношений». Заметим интересную и важную особенность детектора отношений: так как выходной сигнал представляет функцию от отношения потенциалов, то, если мощность сигнала, приходящего от передатчика, увеличится, возрастает потенциал, причем (на каждой чашке весов) в одинаковой степени. Вместе с тем сигнал на нагрузке не изменится, так как во сколько раз увеличится числитель, во столько увеличится и знаменатель, а одинаковые сомножители в дроби сокращаются. Здесь можно вспомнить одно из важных свойств зрения: изменение интенсивности освещения практически не влияет на ощущаемый цвет.

Обратим внимание ещё на одну особенность детектора отношений. Один из его контуров настроен на длину волны чуть длиннее, другой — чуть короче, напряжение на нагрузке определяет значительно большее отклонение длины волны передатчика по сравнению с длиной волны настройки контуров вплоть до длин волн, при которых на контурах образуется хоть какой-то потенциал. При этом можно заметить: чем хуже качество контуров, тем больший диапазон длин волн воспринимает система.

Модель цветовосприятия, построенную на нелинейной гипотезе, можно представить в упрощенном виде так.

Свет, непосредственно от источника, отражённый от объекта или прошедший через него, попадает на роговицу глаза и хрусталик, которые отфильтровывают губительно действующие на сетчатку ультрафиолетовые лучи. Далее свет проходит через стекловидное тело, которое задерживает содержащие много помех и мало информации инфракрасные лучи. Оставшиеся лучи, разложенные в спектр вследствие преломления роговицы, хрусталика и стекловидного тела так, что фокус для разных участков спектра лежит на разном расстоянии от хрусталика, попадают на сетчатку, состоящую из одинаковых палочек и одинаковых колбочек. Чувствительные приёмники расположены так, что палочки воспринимают почти всю видимую область спектра (так как они длиннее колбочек), однако чувствительность их максимальна (в зависимости от интенсивности света и с учетом поглощения глазных сред) либо в сине-фиолетовой, либо в зелёной области (благодаря наличию в них светочувствительного пигмента родопсина). Колбочки воспринимают также почти всю область спектра, но преимущественно — жёлтую. Они имеют два участка, один обладает наибольшей чувствительностью в жёлто-зелёной области спектра (благодаря светочувствительному пигменту хлоролабу), другой — в оранжевой (благодаря светочувствительному пигменту эритролабу). Получается, что колбочка выдаёт несколько сигналов: один несет информацию об общей яркости, второй — о том, какой участок сильнее освещён и во сколько раз. Первый сигнал колбочки смешивается с сигналом палочки в нейроне, который формирует первый сигнал цветности Y (координата синий — жёлтый) и общий яркостный сигнал Z. Второй сигнал колбочки представляет собой второй сигнал цветности X (координата зелёный — пурпурный). Все три сигнала (см. рис. 3) по нервным волокнам передаются в мозг, где сравниваются с памятью и вызывают ощущение цвета.

Так, как фотоответ рецептора имеет логарифмическую зависимость от освещённости, точка баланса сигналов отношения несколько смещается в зависимости от интегрального спектрального состава освещения, что обеспечивает постоянство цвета. Эта особенность известна под названием «цветовой адаптации».

Итак, элементарная система из одной колбочки и одной палочки при условии, что процессы анализа цвета являются нелинейными, обладает всеми биофизическими свойствами, необходимыми для переработки световой информации и формирования сигналов яркости и цветности, которые без дополнительной переработки достаточны для однозначного опознавания цвета мозгом.

Особенности аберраций глаза [ править ]

Имеются хроматическая, дифракционная, сферическая аберрации глаза.

Наличие аберрации (особенно хроматической) приводит к тому, что каждая точка предмета в зависимости от цвета фокусируется на разных расстояниях от хрусталика и изображение выглядит в виде пятна с весьма сложным распределением освещенности в нем. Это явление наглядно показывает, что приёмник глаза воспринимающий цвет, должен находится перпендикулярно поверхности сетчатки и располагаться так, чтобы перекрывать фокальные плоскости в воспринимаемой области: от коротковолновой (фиолетовой) до длинноволновой (красной).

Если бы в сетчатке глаза существовали три типа колбочек чувствительных к различным частям спектра (как предполагает трёхкомпонентная гипотеза цветового зрения), то из за наличия хроматической аберрации они находились бы в трёх различных уровнях сетчатки, что в свою очередь было бы хорошо различимо при исследовании с применением обычного оптического микроскопа. Однако такого расположения колбочек на сетчатках глаза не выявлено. Все колбочки сетчатки глаза одинаковы и распологаются в одной плоскости, что подтверждает механизм цветовосприятия заложенный в нелинейной теории цветовосприятия.

Источники:
  • http://www.fern-flower.org/ru/articles/osobennosti-vospriyatiya-cheloveka-zrenie
  • http://traditio.wiki/%D0%A6%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%83_%D1%87%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BA%D0%B0