Свойства человеческого глаза

Чудо чудное, диво дивное.

Свойства глаза столь поразительны, что их следовало бы воспевать поэтам. Трудно сказать, как это можно сделать, потому что хорошо понять свойства глаза можно, лишь познакомившись с числами, их характеризующими. Но это один из тех немногих случаев, когда цифры поистине поэтичны.

Человеческий глаз реагирует на световые излучения, лежащие в диапазоне волн от 380 до 770 миллимикронов. Как видно из этих цифр, самая короткая длина волны всего лишь в два раза меньше самой длинной. По аналогии со звуком, можно сказать, что диапазон воспринимаемых световых волн занимает всего лишь одну октаву (диапазон воспринимаемых звуков составляет примерно десять октав).

На краях диапазона чувствительность глаза равна нулю и плавно возрастает примерно к его центру. В дневные часы максимум чувствительности приходится на волну в 555 миллимикронов. И поэтому днем мы лучше всего видим лучи желто-зеленого цвета. Примерно на этой длине волны оказывается и максимум излучения солнца. Лучи с такой же длиной волны наиболее сильно отражаются зелеными листьями растений и травой, придавая им желто-зеленый цвет. Можно предположить, что такое совпадение не случайно и что наибольшую чувствительность на волне в 555 миллимикронов глаз приобрел в процессе эволюционного развития.

В вечерние часы, когда наступают сумерки, колбочки отключаются и зрительные процессы в глазу происходят несколько иначе. Максимум чувствительности глаза при этом сдвигается в область голубых лучей, на волну 507 миллимикронов. Именно поэтому в сумерки все окружающее кажется нам синеватым.

Теперь следует рассказать о диапазоне освещенностей, в котором нормально работает глаз.

Кривые чувствительности человеческого глаза. Днем глаз наиболее чувствителен к лучам желто-зеленого цвета. В сумерки, когда действуют в основном палочки, - к лучам синего цвета

Оказывается, он чрезвычайно велик. Мы можем ощущать свет даже в том случае, когда на сетчатку попадает несколько десятков фотонов. Если бы ночью на земле было абсолютно темно, то в ясную, сухую погоду горящую стеариновую свечу было бы видно на расстоянии 30 километров!

Однако полной темноты на земной поверхности не бывает. Даже в безлунную ночь звезды (как видимые, так и не видимые глазом), свет, рассеиваемый атмосферой, и собственное свечение атмосферы, отблески северных сияний, зодиакальный свет в сумме создают освещенность, не меньшую 0,0003 люкса. Такую же освещенность создает свеча на расстоянии примерно 60 метров. И все-таки в таких условиях, когда можно, не укрываясь, перезарядить кассеты пленкой, наш глаз еще оказывается работоспособным. Мы еще в состоянии различать крупные предметы и передвигаться, не натыкаясь на них.

Зато в солнечный день, когда солнце близко к зениту, даже в наших широтах освещенность достигает многих десятков тысяч люксов; так, цифра в 50 тысяч люксов является далеко не пределом. А ведь такую освещенность могла бы создать лампа с силой света 50 тысяч свечей, да и то только на расстоянии 1 метра. Но и при таком ярком свете глаз человека продолжает хорошо работать: окружающее воспринимается им предельно четко и ясно.

Для того чтобы лучше представить себе диапазон освещенностей, с которыми приходится иметь дело, читателю стоит просмотреть приводимую здесь таблицу.

¹ (Понятие звездной величины сложилось исторически. Оно не связано с размерами светила и лишь характеризует его видимую, а не абсолютную яркость. Звезда первой величины дает освещенность на зрачке глаза, равную 8,3•10^-7 люкса. Звезда второй величины дает освещенность в 2,5 раза меньшую, чем звезда первой величины. А звезда третьей величины - в 2,5 раза меньшую, чем звезда второй величины, и так далее.)

² (Эта граница не является неизменной. Она меняется с ростом достижений техники.)

Звезда 24-й величины (граница обнаружения при фотографировании с помощью самого мощного телескопа)

Ученые установили пределы максимальной и минимальной освещенности, в которых глаз не ослепляется. Отношение этих пределов (большего к меньшему) дает фантастически большое число: 10¹², или миллион миллионов. Еще не создан прибор, способный без дополнительных специальных устройств работать в таком широком диапазоне. Правда, в глазу также имеются особые устройства, помогающие ему приспосабливаться к работе в столь различных условиях. Такое приспособление носит название адаптации глаза.

Во время адаптации в глазу имеет место несколько процессов. Один из них - изменение диаметра зрачка - там уже известен. Другой процесс обеспечивается клетками с черным пигментом. Под воздействием яркого света этот пигмент, который часто называют фусцином, выделяется клетками и проникает в слои сетчатки. Здесь он обволакивает светочувствительные клетки и тем самым уменьшает доступ света к ним. При малой освещенности фусцин покидает сетчатку, открывая доступ свету. О третьем процессе также нетрудно догадаться. Он связан с различием чувствительности клеток - колбочек и палочек. При ярком свете работают и палочки и колбочки. В сумерки же энергии света уже не хватает, для того чтобы в колбочках возникала реакция распада родопсина, и они полностью "выключаются". Зато родопсин, содержащийся в палочках, распадается под воздействием даже очень малых количеств света, и сигналы из палочек по нервным волокнам продолжают поступать в мозг.

Адаптация глаза не происходит мгновенно. Для того чтобы глаз привык к новым условиям, требуется некоторое время. При переходе от темноты к яркому свету (например, при выходе из темной фотолаборатории в освещенную солнцем комнату) мы жмуримся от яркого света и даже ощущаем болезненное раздражение глаз. К счастью, уже через 30-40 секунд наш глаз полностью приспосабливается, адаптируется, к новым условиям. Если же происходит обратный переход (от более светлого к более темному), то процесс адаптации длится значительно большее время. Цветовое зрение адаптируется за 5-8 минут, а палочки приобретают необходимую чувствительность за гораздо большее время - оно может достигать 30-80 минут.

Другим чрезвычайно важным свойством зрения человека является его острота, то есть способность видеть раздельно два объекта, находящиеся очень близко друг к другу.

Угловым размером тела мы называем угол, под которым видит это тело наблюдатель. Угловым расстоянием - угол между двумя интересующими нас объектами

Вы можете проверить остроту своего зрения довольно простым путем. Для этого в ясный (лучше безлунный) вечер попробуйте различить в некоторых созвездиях близко расположенные друг к другу звезды.

Проще всего разглядеть Мицар и Алькор в созвездии Большой Медведицы. Угловое расстояние между ними довольно велико - оно равно 12', и человек с нормальным зрением хорошо видит маленькую звездочку подле второй по счету звезды в ручке ковша. Те, кто хорошо знает звездную карту, могут и далее проверять свое зрение по звездам. Так, в созвездии Козерога тоже есть сдвоенная звезда, называемая альфой Козерога (а Козерога). Здесь можно различить две звездочки с величинами 3,5 и 4,5. Угловое расстояние между ними 6'. Подобным образом альфа Весов (α Весов) состоит из звезд с величинами 2,8 и 5,3; они разделены углом в 4'. В созвездии Лиры есть еще более близкие звезды. Их величины 5,3 и 6,3 (то есть по яркости они находятся на границе видимости), а угловое расстояние между ними равно 3'. Тот, кто сумеет разделить эпсилон Лиры (ε Лиры) на две звезды, обладает исключительно хорошим феноменальным зрением.

Профессор Миннарт в книге "Свет и цвет в природе" пишет:

"Особенно хорошие наблюдатели - а таких очень мало - при ясном небе и спокойной атмосфере могут различать невероятное количество подробностей. Один из них утверждал, что видит альфу Весов как двойную звезду, Сатурн казался ему сплющенным, а Венера - полумесяцем; в благоприятные моменты, когда он глядел на нее сквозь закопченное стекло или облако дыма, это выступало с особой ясностью. Он мог увидеть даже двух спутников Юпитера, впрочем, только в сумерки, когда начинают появляться звезды первой и второй величины".

Эти звездные карты помогут вам отыскать созвездия Большой Медведицы, Лиры, Козерога и Весов

Большинству из нас остается только позавидовать такому великолепному, поистине орлиному зрению. Ведь оно позволяет видеть множество интереснейших вещей, обычно сокрытых от нас. Но, хотя не всем суждено видеть столь хорошо, каждый может повысить остроту своего зрения. Для этого следует тренировать глаза, развивать наблюдательность. Только делать это надо крайне осторожно и ни в коем случае не перегружать глаза.

Острота зрения исследовалась учеными и в условиях лабораторий. Оказалось, что даже для обычного наблюдателя она очень высока. Нам удается различать два объекта, даже если они разделяются промежутками с угловым расстоянием, равным примерно V. Но это еще не предел. Некоторые наблюдатели различают промежутки до 10". Для того чтобы яснее представить себе подобные величины, стоит запомнить, что угловой размер человека, находящегося от наблюдателя примерно в 6,5 километра, будет равен 1'.

Угловой размер человека. Невооруженным глазом при благоприятных условиях человека можно увидеть на расстоянии в несколько километров. Особенно хорошо наблюдать в ясный день за парашютистами

Наиболее четко видны те объекты, изображение которых попадает на центральную ямку. Приведенные значения для остроты зрения как раз и относятся к такому случаю, когда мы рассматриваем объекты с помощью этой ямки. Вы, вероятно, уже догадались, почему видение с помощью центральной ямки оказывается наиболее острым. Ведь именно в этой области сетчатки каждая светочувствительная клетка соединена с отдельным нервным волокном, и, следовательно, в мозг поступают раздельные сигналы от каждой клетки.

Вы видите расположение изображений мелких объектов на сетчатке глаза. Если предметы проектируются на одну и ту же светочувствительную клетку или на две смежные, они не воспринимаются раздельно. Если изображения предметов разделены хотя бы одной незанятой клеткой, они воспринимаются раздельно. Изломы линии воспринимаются даже и при таком изломе, который изображен на рисунке

Считается, что два объекта видны раздельно, если их проекции на сетчатке расположены так, что между ними находится хотя бы одна "незанятая" светочувствительная клетка. Такое предположение, по-видимому, недалеко от истины: объект с угловым размером в 1' дает изображение на сетчатке, равное примерно 0,004 миллиметра, то есть близкое по величине к среднему диаметру светочувствительной клетки.

Но, с другой стороны, известно, что зрение некоторых людей гораздо острее. Чем же объяснить такой факт?

Ученые в числе нескольких причин указывают, что повышенной остротой зрения обладают люди, у которых размер светочувствительных клеток гораздо меньше, чем он бывает в среднем. Особенно часто повышенная острота зрения наблюдается у жителей степей и пустынь, у моряков. Бывают целые народности с необыкновенно острым зрением. Таковы, например, жители наших киргизских степей, таковы и патагонцы в Южной Америке.

О справедливости такого предположения говорят исследования размеров светочувствительных клеток у птиц. Оказывается, у разных пород они различны. У тех, которым не требуется очень острое зрение, эти клетки довольно велики. Зато у орлов диаметр колбочек достигает 0,0003-0,0004 миллиметра, то есть примерно в 10-15 раз меньше, чем у человека со средним зрением.

До сих пор речь шла о различении объектов, разделенных малым промежутком. Другим удивительным свойством глаза является его способность различать даже очень малые изломы на стыке двух прямых линий. Чувствительность к таким изломам необыкновенно велика: она в 10 и даже в 20 раз превышает чувствительность к различению раздельных объектов. Хотя наука еще не объяснила этого факта, им уже давно пользуются в практике; многие весьма точные мерительные приборы выполнены с учетом этой особенности зрения. Таковы, например, все нониусные устройства, все шкалы стрелочных измерительных приборов.

Благодаря способности глаза различать изломы прямой линии, удается сравнительно просто делать шкалы различных приборов и мерительных устройств. Именно на этом свойстве глаза основана шкала штангенциркуля

Всегда ли одинакова острота зрения? Конечно, нет. Наш глаз видит четко только при ярком свете, днем. В сумерки и особенно ночью острота зрения значительно падает. Помимо этого, в темноте даже у человека с очень хорошим зрением развивается ночная близорукость: отдаленные предметы теряют четкие контуры, расплываются. Этот факт особенно следует запомнить всем, кто любит читать в сумерки, не зажигая огня. Такое чтение очень утомляет и при частом повторении может испортить глаза.

Теперь, когда мы узнали о строении глаза и об остроте зрения, необходимо сказать о поле зрения. Полем зрения называется все пространство, в котором возможно различение объектов при неподвижном глазе. Величина поля зрения обычно выражается в угловых единицах. Границы его несколько отличаются у разных людей и, кроме того, зависят от размеров и даже цвета объектов. Для белого цвета границы поля зрения следующие: вниз 70°, вверх 60°, к носу 60°, к виску 100°,

Внутри этого поля имеется слепое пятно с угловым размером порядка 7°, желтое пятно примерно такого же размера и центральная ямка, имеющая угловые размеры 1-1,5°.

Наиболее четко мы видим с помощью центральной ямки¹. Здесь острота зрения максимальная. Но уже на расстоянии 3-5° от нее острота зрения падает почти в 4 раза, а вблизи границ поля зрения она совсем мала, приблизительно в тридцать раз меньше, чем в области центральной ямки и даже желтого пятна.

¹ (В сумерки, когда работают только палочки, максимальная острота зрения имеет место не в центральной ямке, а в стороне от нее, даже за пределами желтого пятна.)

Внимательный читатель наверняка удивится приведенным цифрам. В самом деле, зачем человеку столь широкое поле зрения, если четко он может видеть только в пределах очень маленького угла - в 1,5°? Более того, правильна ли вообще эта последняя цифра, не чересчур ли она мала? Она противоречит нашему повседневному опыту, который говорит о том, что мы почти одинаково четко видим все окружающее, а не только какую-то малую его часть.

Наука уже может ответить на эти вопросы, хотя и не очень полно. Исчерпывающее объяснение станет возможным только после того, как будут изучены все процессы, протекающие не только в самом глазу, но и в зрительных центрах мозга. В наши дни ученые едва лишь приступают к этой проблеме. Она столь сложна и многообразна, что решить ее удастся только объединенными усилиями физиологов, биофизиков, биохимиков, специалистов в области электроники и многих других. Даже при современных возможностях и стремительных темпах развития науки на исследование и решение этой проблемы, вероятно, уйдет много лет. И возможно, что некоторым читателям этой книги доведется приложить свои силы в этой области. Хотелось бы пожелать им успехов в столь важном и интересном деле...

Зачем же нужно столь широкое поле неотчетливого зрения?

Дать ответ на этот вопрос позволяет одно весьма интересное свойство глаза. Оказывается, периферические части сетчатки, которые обычно различают только крупные объекты, необыкновенно чувствительны к перемещению мелких объектов. Так, если на периферию сетчатки проектируется малый неподвижный предмет, мы не в состоянии его заметить. Но стоит ему начать передвигаться, как в мозг начинают поступать сигналы. На основании этих сигналов мы не в состоянии судить о форме предмета, но их вполне достаточно, для того чтобы определить направление на него и направление его перемещения. Если по каким-то причинам предмет привлекает наше внимание (ожидание, опасность и т. п.), мы практически мгновенно и чаще всего автоматически переводим на него наш взгляд или, иными словами, поворачиваем наши глаза таким образом, чтобы изображение этого предмета попало в область четкого видения. Такое свойство периферического, или бокового, зрения очень важно. Оно помогало нашим прародителям выслеживать добычу и самим спасаться от внезапного нападения.

Поле зрения неподвижного глаза. Только очень в малой зоне глаз видит четко (кружок в центре), в остальной же части поля зрения изображение воспринимается значительно менее четко

Периферическое зрение необходимо человеку и сейчас. Не будучи четким, оно все же достаточно хорошо, для того чтобы мы могли иметь представление об окружающем (оно во много раз лучше, чем зрение насекомых, в частности стрекоз). Благодаря ему мы можем быстро и правильно ориентироваться и выбирать направление передвижения. Оно жизненно необходимо пилоту, шоферу; без него не существовало бы ни труда, ни спорта.

Но разве было бы хуже, если бы наши глаза были устроены так, что мы могли бы видеть равно четко во всем поле зрения?

Прежде чем ответить на этот вопрос, напомним, что в области наиболее четкого видения от каждой из 50 тысяч светочувствительных клеток отходит отдельное волокно зрительного нерва. Именно благодаря такой связи клеток с мозгом зрение с помощью центральной ямки оказывается столь острым. Для того чтобы периферические части сетчатки обеспечивали столь же острое зрение, необходимо, чтобы и здесь с каждой светочувствительной клеткой связывалось отдельное нервное волокно. В таком случае ствол зрительного нерва вместо миллиона должен был бы иметь 137 миллионов волокон. Его толщина оказалась бы в 10-12 раз большей. Он был бы похож на довольно толстый канат. Но это даже не самое главное. Куда важнее то, что зрительные центры мозга заняли бы неоправданно большое место. Им пришлось бы развиваться за счет каких-то других важных мозговых центров, либо за счет увеличения общего объема мозга. И то и другое невозможно, да и ненужно. Природа - этот величайший изобретатель! - нашла более правильный и экономный путь. Она дала человеку способность видеть очень четко, но только в нужных пределах, в сравнительно узком телесном угле, именно таком, какой действительно необходим в жизни. А для того чтобы человек мог быстро и хорошо ориентироваться и избегать опасности, она одарила его боковым зрением и способностью замечать малые (не говоря уже о крупных) перемещающиеся объекты даже тогда, когда они находятся вне поля четкого зрения.

Фотография картины художника Шишкина 'В лесу Мордвиновой'

Но, помимо этого, у зрения есть еще одна замечательная способность. Она-то и позволяет с помощью очень маленькой центральной ямки и несколько большего по размерам желтого пятна видеть весьма четко в широком поле зрения. Именно благодаря этой особенности нам кажется, что мы одновременно, сразу и в равной степени четко воспринимаем окружающее.

'Фотография' движений глаза человека, рассматривающего картину

Представим себе, что мы находимся в одной из зал Третьяковской галереи. Например, в той, где развешаны полотна знаменитого пейзажиста Шишкина. Остановимся перед одним из них, хотя бы перед тем, которое носит название "В лесу Мордвиновой". Эта картина, а вернее - этюд, была написана художником с натуры под Ораниенбаумом. На ней изображен густой и мрачный еловый лес; прогалина на переднем плане; кочки, поросшие мхом и молодыми деревцами; а чуть в глубине, левее центра картины, - старик, опершийся на палку. Все части картины воспринимаются нами одинаково четко. Более того, мы уверены, что видим ее всю сразу, всю одновременно.

Фактически это не так. На самом деле в каждый отдельный момент нами воспринимается лишь один, сравнительно небольшой участок картины. Это происходит потому, что наши глаза не остаются в покое, когда мы рассматриваем что-либо. Они непрерывно движутся, "обшаривая" объект наблюдения. Цельное изображение возникает в мозгу, который запоминает каждый из последовательно осмотренных кусочков и складывает их, словно детские кубики, в единое изображение. В этом можно убедиться, посмотрев на иллюстрацию, помещенную здесь. Одна ее часть представляет фотографию картины Шишкина "В лесу Мордвиновой". А другая...

Другая - тоже фотография. Если внимательно вглядеться в линии и точки, можно заметить, что вместе они составляют нечто напоминающее шишкинское полотно. Что же это за фотография? Оказывается, на ней запечатлены движения глаза человека, рассматривающего картину.

Ее очень остроумным методом получил советский ученый А. Л. Ярбус. На одном из глаз наблюдателя было укреплено очень маленькое, легкое зеркальце. На него был направлен луч света. Световой зайчик, отбрасываемый зеркальцем, падал на лист фотобумаги и вычерчивал на ней следы. Поворачивались глаза (а у человека оба глаза поворачиваются одинаково) - перемещался и зайчик по фотобумаге, точно следуя за всеми движениями глаза, рассматривавшего картину.

По окончании опыта фотобумагу проявили. И получилась "копия" картины Шишкина, нарисованная глазом. Жирные точки на этой копии соответствуют тем моментам времени, когда глаза оставались неподвижными, а тонкие линии, соединяющие точки, прочерчивались во время быстрых скачкообразных изменений направления взгляда.

Ученые установили, что зрительный процесс всегда протекает подобным образом: глаза замирают на некоторое время, затем совершают быстрый, но небольшой скачок, снова замирают и опять совершают скачок. Именно таким образом мы во всех случаях осматриваем окружающее или следим взглядом за каким-либо одним объектом.

В минуту глаза совершают до 120 скачков и остановок. Величина скачка не превышает 0,5°, а его длительность раз в тридцать меньше того времени, когда глаз находится в покое и направлен на одну из частей объекта. Время, в течение которого глаза остаются неподвижными, лежит в пределах от 0,2 до 0,8 секунды. За эти доли секунды глаза успевают разглядеть, а мозг запомнить увиденное. Если участок рассматриваемого пространства имеет не слишком большие угловые размеры, мы воспринимаем его как единое целое и совершенно не ощущаем, что в действительности видим его лишь по частям.

Такой скачкообразный процесс обзора пространства (сканирование пространства, как часто говорят в технике) имеет принципиальное значение. Без него зрение оказалось бы вообще невозможным. Ученые посредством особых опытов установили, что если на один и тот же участок сетчатки проектируется неизменное изображение, оно видно в течение лишь нескольких первых секунд. Далее происходит как бы насыщение этого участка - он перестает воспринимать изображение и ослепляется. Подобные опыты ясно показывают, что глаз может хорошо наблюдать только те предметы, изображение которых движется по сетчатке либо вследствие движения самого объекта, либо благодаря скачкообразному перемещению направления взгляда.

Зная, как происходит обзор пространства, можно легко объяснить, почему мы не замечаем слепого пятна. Именно потому, что наш взор никогда не остается подолгу на одном и том же месте. Если бы глаза были неподвижны, то слепое пятно также было бы недвижимо, и на него проектировался бы один и тот же участок изображения. Но на самом деле слепое пятно попеременно "закрывает" различные участки. Смена участков происходит достаточно часто, так что мозг не успевает забыть о них прежде, чем это необходимо. Опыт с крестиком и кружком трудно проводить тоже благодаря этому скачкообразному процессу зрения, при котором глаза не остаются в покое.

Следует сказать еще об одном очень важном свойстве зрения, которое, возможно, следовало бы в некотором отношении отнести к числу недостатков. Однако ученые и инженеры провели тщательные исследования и сумели столь блестяще использовать этот недостаток, что он превратился в очень большое достоинство. Без него немыслимы ни кинематограф, ни телевидение, ни некоторые другие важные области совместного использования света и глаза. Речь идет об инерционности зрительного восприятия, то есть о том, что мы не мгновенно, а спустя лишь некоторое время после появления видим изображение и продолжаем видеть его уже после того, как оно исчезло.

Именно потому, что зрение обладает инерцией, мы не в состоянии заметить быстро движущиеся части машины, спицы в колесе движущегося велосипеда, лопасти вращающегося пропеллера, артиллерийский снаряд в полете, движение крыльев пчелы и многое другое. Зато только благодаря этому свойству мы можем видеть при очень слабом свете, ибо инерционность зрения прямо связана со способностью светочувствительных клеток накапливать действие квантов. Если количество фотонов, попадающих в светочувствительную клетку, в единицу времени превышает некоторую минимальную величину, называемую порогом чувствительности глаза, то их действие благодаря инерционности зрения может накапливаться, или, иными словами, суммироваться, во времени.

Зрительное ощущение возникает вследствие распада светочувствительного вещества в палочках и колбочках, когда в них попадает свет. После того как свет прекращается, начинается обратный процесс - светочувствительное вещество вновь восстанавливается. Распад его идет тем быстрее, чем интенсивнее падающий в глаза свет. Восстановление же происходит тем скорее, чем более глубокая темнота воцаряется после исчезновения света.

Световое ощущение возникает обычно через 0,05-0,2 секунды, в зависимости от интенсивности света. Исчезновение светового ощущения происходит за большее время, более постепенно.

Теперь для освещения очень часто используются так называемые люминесцентные лампы, а для рекламных целей - газосветные трубки. И те и другие обладают одним свойством, которое сильно отличает их от обычных электрических ламп накаливания. Оно заключается в том, что при подключении их к напряжению переменного тока (а он теперь применяется почти везде) свет, испускаемый такой лампой или трубкой, будет непрерывно пульсировать.

В нашей стране и во всех европейских странах частота колебаний переменного тока равна 50 периодам в секунду. Это означает, что за секунду напряжение будет 50 раз менять свою полярность: 50 раз оно будет максимальным по величине и положительным и столько же раз максимальным и отрицательным. В промежутках между максимумами напряжение будет плавно уменьшаться до нуля и будет принимать нулевое значение 100 раз в течение секунды. В такт с изменениями напряжения будет изменяться и яркость: за секунду произойдет 100 вспышек, причем их яркость будет нарастать, достигая максимума, и снова падать до нуля.

Если бы наше зрение было безынерционным, все окружающее при свете газосветных ламп представлялось бы то ярко освещенным, то погруженным во тьму, словно озаренным чрезвычайно частыми вспышками молний. Но этого не происходит в силу того, что ни распад, ни восстановление светочувствительного вещества в палочках и колбочках не могут происходить мгновенно, а требуют заметного времени. Именно поэтому мы почти не замечаем мерцания люминесцентных и ртутных ламп, газосветных трубок.

Почти... Но отнюдь не полностью, даже в тех случаях, когда свет пульсирует с частотой 100 раз в секунду. Такие пульсации очень легко обнаружить, если специально этим заняться. Стоит лишь быстро провести в воздухе ладонью с расставленными пальцами или, что еще лучше, тонким блестящим штырем, и мы заметим необычное явление: вместо непрерывной просвечивающей насквозь полосы, которая наблюдается в подобных случаях днем, глаз различит множество отдельных, чуть смазанных полосок.

Проведите опыт при свете таких ламп, вырезав из приложения к этой книге диск с черно-белым узором. Попробуйте объяснить, почему при некоторой скорости вращения этого диска кажется, что кольца на нем начинают двигаться в разных направлениях. Объясните, почему это же не наблюдается при дневном свете и почему при свете ламп накаливания движение заметно очень слабо.

А теперь другой опыт. Посмотрите на зажженную спичку или горящую электрическую лампу (только не очень яркую), а затем быстро переведите взгляд на приготовленную заранее черную бархотку или на кусок черной бумаги. Если под руками у вас не окажется ни того, ни другого, можно перевести взгляд в темный угол комнаты. Сделав это, вы заметите, что изображение пламени или раскаленного волоска лампы, хотя и более тусклое, сохраняется некоторое время после того, как вы перестали смотреть на светящийся предмет. В данном случае вы видите его последовательный образ или, точнее, позитивный последовательный образ.

Возникновение и существование последовательных образов определяются тем, что процесс восстановления светочувствительного вещества в палочках и колбочках требует известного времени.

Снова проведем опыт, о котором говорилось выше, но теперь продолжим его. Когда последовательный образ яркого предмета потускнеет, быстро переведите взгляд с темного фона на равномерно и ярко освещенный лист белой бумаги. На его фоне вы снова увидите прежнее изображение, правда еще более расплывчатое и тусклое. Но важно другое: изображение теперь будет уже темным на светлом фоне. Оно тоже является последовательным образом, но на этот раз негативным.

Движущийся тонкий блестящий стержень при мерцающем свете люминесцентной лампы. Вверху, слева, - графики изменения тока через лампу и изменения яркости света

Возникновение негативных последовательных образов объясняется тем, что засвеченные ярким светом участки сетчатки становятся менее чувствительными, чем те, на которые не попали лучи яркого света. Это неравномерное распределение чувствительности запечатлевается на сетчатке на несколько секунд. Если в это время смотреть на равномерно освещенный белый лист, он будет восприниматься таким, словно на его поверхности имеется затемненный участок, по форме соответствующий тому предмету, на который мы ранее смотрели.

Несколько слов об особенности зрения двумя глазами.

До сих пор, говоря о зрении, мы не делали различия между тем, смотрим ли на предмет одним или двумя глазами. Действительно, не стоило об этом думать, пока не возник вопрос о чувстве глубины пространства, о способности оценивать расстояние до предметов, находящихся в поле зрения.

Обычная фотография или картина всегда создает у зрителя ощущение глубины изображаемого пространства. Это ощущение, однако, не меняется от того, рассматриваем ли мы изображение одним или двумя глазами¹. В данном случае ощущение глубины создается линейной и воздушной перспективами. Первая позволяет нам судить о близости или отдаленности предметов по размерам их изображений. Вторая дополняет первую тем, что контуры и поверхности изображаемых предметов становятся все более расплывчатыми и нечеткими по мере удаления от переднего плана. Если изображение к тому же цветное, то этому способствует изменение цветов отдаленных предметов: они как бы блекнут и растворяются в воздушной дымке.

¹ (Если с определенного расстояния одним глазом рассматривать качественную фотографию, ощущение глубины пространства может быть очень сильным: кажется, что перед тобой стереоскопический снимок.)

Подобным образом мы ощущаем глубину реального пространства, пользуясь одним глазом, и не чувствуем при этом большой разницы между зрением одним глазом и двумя. А она очень велика.

Попробуйте проделать один очень несложный опыт. Для него потребуются два обычных писчих пера или, если вы предпочитаете пользоваться авторучкой, две спички, хотя опыт с ними выглядит менее эффектно. Опыт надо проводить без какой-либо предварительной тренировки.

Положите одно перо на коробочку или книгу так, чтобы его острие выступало над краем. Затем возьмите в левую руку второе перо. Зажмурьте один глаз и попробуйте, перемещая руку с расстояния 20-30 сантиметров, плавным и непрерывным движением дотронуться кончиком одного пера до кончика другого. Сделайте то же, открыв оба глаза. И вы сразу почувствуете, какая огромная разница между зрением одним глазом (монокулярным) и двумя глазами (бинокулярным).

Этот опыт становится еще более убедительным, если наблюдать его со стороны. Попросите кого-нибудь провести его, а сами обратите внимание на движение руки с пером.

Между прочим, столь же простые опыты помогли ученым вдуматься в самые сокровенные процессы, происходящие в организме, и сформулировать некоторые важные положения новой науки - кибернетики.

Разницу в зрении одним и двумя глазами вы можете также уяснить, посмотрев на цветные стереофотографии. Перед вами два снимка, вернее - один, сделанный с помощью фотоаппарата для стереоскопической съемки. На первый взгляд левая и правая фотографии совершенно одинаковы. Разницу между ними можно заметить, только наложив одну на другую. Она ничтожна и заключается в том, что левая фотография снята под несколько иным углом зрения, чем правая.

Попытайтесь, хотя это и непросто, рассматривать одновременно обе фотографии таким способом, как это указано. После нескольких попыток вам удастся приспособиться. Обычно это случается внезапно, и вы вдруг заметите, что пространство изображения приобретает глубину, а все предметы становятся объемными.

Рядом еще фотографии. Не подумайте, что столь странно сдвинутые оттиски, делающие изображение неразборчивым, - типографский брак. Это сделано специально. Красный оттиск соответствует изображению для одного глаза, а зелено-голубой - для другого. Такие стереофотографии следует рассматривать через специальные очки. Вырежьте из бумаги оправу для очков и вклейте в каждое из отверстий по куску цветного целлофана (красного и зелено-голубого). Затем взгляните через эти очки на фотографию. Вы снова испытаете неожиданное и радостное чувство от внезапно раскрывшейся глубины и объемности изображения.

В чем же причина столь резкой разницы в зрении одним и двумя глазами?

Оказывается, она в первую очередь определяется устройством и работой мозга. Ничтожное отличие в изображениях для левого и правого глаза, отличие, которое мы не в состоянии ощутить, разглядывая каждое из изображений в отдельности, при зрении двумя глазами учитывается мозгом и преобразуется в стереоскопическое изображение пространства. Пока еще никто не знает, как, каким путем осуществляет это мозг. Но уже довольно давно известно, что очень важную роль в формировании ощущения глубины пространства играют мышцы, поворачивающие глаза в орбитах, и реснитчатое тело, управляющее аккомодацией хрусталика в каждом из глаз. Сигналы, зависящие от силы напряжения этих мышц, поступают в мозг одновременно с сигналами от каждого из глаз. Они также учитываются мозгом и позволяют ему из двух двумерных изображений (на сетчатке каждого из глаз изображаемое пространство имеет только два измерения - высоту и ширину) создать целостное стереоскопическое, или трехмерное, изображение, то есть такое, где есть три измерения: высота, ширина и глубина.

Рассматривая близко расположенный предмет двумя глазами, мы скашиваем их под большим углом друг к другу. Глядя на удаленный предмет, мы уменьшаем этот угол

Выше была названа только одна причина уменьшения вредного влияния слепого пятна. Она заключалась в скачкообразном процессе обзора пространства. Теперь можно назвать и вторую. Она сравнительно проста. Когда мы смотрим на что-либо, наши глаза повернуты так, что интересующее нас изображение проектируется в область центральной ямки и желтого пятна. Это и понятно - ведь зрительная линия проходит как раз через центр желтого пятна, то есть желтое пятно расположено симметрично относительно зрительной линии. Что касается слепого пятна, то оно смещено относительно этой линии. В левом глазу слепое пятно находится примерно на 15° правее зрительной линии (ближе к носу), а в правом - на столько же градусов левее (опять-таки ближе к носу). Поэтому слепое пятно левого глаза закрывает совсем другой участок изображения, нежели слепое пятно правого глаза.

В левом глазу на слепое пятно попадает изображение дерева, в правом - человека

Изображения в левом и правом глазу незначительно отличаются друг от друга, и мозг восстанавливает целостную картину, вставляя на место изображения, закрытого слепым пятном левого глаза, соответствующее изображение, полученное на сетчатке правого глаза. Подобным же образом "заштопывается" слепое пятно правого глаза. В результате мешающее действие слепых пятен обоих глаз становится практически неощутимым.

Нам понравилось стихотворение, и настолько, что мы решили выучить его наизусть. Тогда мы начинаем перечитывать его, стараясь запомнить каждое слово и его точное место среди остальных. Одним это удается очень быстро, другим приходится изрядно потрудиться, прежде чем строки прочно улягутся в памяти. Но рано или поздно каждый психически нормальный человек запомнит стихотворение.

Что же это означает: запомнит? А то, что даже по прошествии многих лет человек по желанию может повторить стихотворение слово в слово, не пользуясь при этом ни шпаргалками, ни подсказками.

Память. Что же это такое?

Мы знаем, что память человека определяется работой мозга.

Но пока ученые еще не могут достаточно точно ответить на многочисленные "как?", относящиеся к работе мозга. Это объясняется тем, что они пока мало знакомы с процессами деятельности мозга в силу их невообразимой сложности.

Иными словами, на этом пути сделаны лишь первые шаги. И мы еще слишком мало знаем о самом сложном, самом совершенном создании природы - о человеческом мозге. И пока не станут известны процессы, происходящие в мозгу, связанные с запоминанием, нельзя сказать совершенно точно, почему легко запомнить стихи, но трудно - прозу; почему запоминается мелодия, но не звуки настраивающегося оркестра или какой-либо другой шум; почему запоминаются геометрические фигуры, лица людей, картины мастеров, но забываются полотна абстрактных живописцев.

Об этих процессах, привлекающих внимание многих современных ученых и инженеров, работающих в самых различных областях науки и техники, начинают делать лишь первые плодотворные предположения. Нет сомнения, что в ближайшие годы прогресс в этом направлении будет очень значительным и, быть может, мы станем свидетелями разгадки величайшей тайны - тайны мышления и памяти.

Тогда же достоверно узнаем и об одном из интереснейших средств зрения: о способности запоминать, различать и классифицировать бесконечное разнообразие форм окружающего нас мира. Сейчас это свойство называют форменным зрением.

Вот что пишет о нем один из основателей кибернетики Норберт Винер:

"Одним из наиболее замечательных явлений в зрении следует считать нашу способность узнавать контурный рисунок. Несомненно, контур человеческого лица имеет очень небольшое сходство с самим лицом в отношении цвета и распределения светотени, и тем не менее в нем очень легко узнать портрет данного человека".

Ученого очень интересует эта способность, и вот какие вопросы он задает самому себе и читателям:

"Как мы узнаём индивидуальное человеческое лицо, когда видим его в разных положениях: в профиль, в три четверти или анфас? Как мы узнаем круг как таковой, независимо от того, большой он или маленький, вблизи он или вдали, находится ли он в плоскости, перпендикулярной к линии, проведенной от глаза к центру круга, и представляется как круг или имеет какую-нибудь другую ориентацию и представляется как эллипс?"

Далее Винер пытается ответить на эти вопросы и предлагает один из возможных вариантов, одну из возможных моделей работы мозга при различении формы. Он не утверждает, что мозг действует точно так же, но идеи, высказанные им, могут быть положены в основу одной из гипотез о работе мозга, а кроме того, на их основании может быть построена математическая машина, способная различать формы предметов, хотя бы простейших.

Интересно высказывание прославленного архитектора эпохи Возрождения Леона Баттисты Альберти (1404-1472), который в трактате "О статуе" тоже говорит о свойствах форменного зрения:

"Поскольку скульпторы ищут сходства, со сходства и надлежит начать. Я мог бы повести здесь рассуждение о природе сходства, о том, почему так бывает, что каждая особь очень похожа на всех других особей того же рода, - мы ведь видим это в природе и видим, что она это соблюдает в любом живом существе. С другой стороны, нельзя, как говорят, найти голос, вполне похожий на другой голос, нос - на другой нос, и точно так же среди всего множества людей нельзя найти человека, неотличимого от других. Добавь к этому, что лица тех, кого мы видели мальчиками, а затем знавали и подростками и кого ты видел юношами, распознаются и тогда, когда они стали стариками, как бы велики ни были те изменения, которые с возрастом, изо дня в день, испытали очертания их лиц. Таким образом, мы можем установить, что в самих формах тела имеется нечто, что меняется с течением времени, и нечто другое, глубоко в них заложенное и им врожденное, что всегда остается устойчивым и неизменным..."

Вот это-то устойчивое и неизменное, по-видимому, замечает форменное зрение, а память хранит долгие-долгие годы.