Какая адаптация наблюдается при повышении яркости. Механизмы световосприятия. Зрительная адаптация. (темновая и световая). Факторы, повышающие световую чувствительность при адаптации
Для различения цветов решающее значение имеет их яркость. Приспособление глаза к различным уровням яркости называется адаптацией. Различают световую и темновую адаптации.
Световая адаптация означает снижение чувствительности глаза к свету в условиях большой освещенности. При световой адаптации функционирует колбочковый аппарат сетчатки. Практически световая адаптация происходит за 1 – 4 мин. Полное время световой адаптации – 20-30 мин.
Темновая адаптация – это повышение чувствительности глаза к свету в условиях малой освещенности. При темновой адаптации функционирует палочковый аппарат сетчатки.
При яркостях от 10-3 до 1 кд/м 2 происходит совместная работа палочек и колбочек. Это так называемое сумеречное зрение .
Цветовая адаптация предполагает изменение характеристик цвета под действием хроматической адаптации. Этим термином называют снижение чувствительности глаза к цвету при более или менее длительном наблюдении его.
4.3. Закономерности цветовой индукции
Цветовая индукция – это изменение характеристик цвета под влиянием наблюдения другого цвета, или, проще говоря, взаимное влияние цветов. Цветовая индукция – это стремление глаза к единству и цельности, к замыканию цветового круга, что в свою очередь служит верным знаком стремления человека к слиянию с миром во всей его цельности.
Приотрицательной индукции характеристики двух взаимно индуцирующих цветов изменяются в противоположном направлении.
Приположительной индукции характеристики цветов сближаются, происходит их "подравнивание", нивелирование.
Одновременная индукция наблюдается во всякой цветовой композиции при сопоставлении различных цветовых пятен.
Последовательную индукцию можно наблюдать на простом опыте. Если положить цветной квадрат (20х20 мм) на белый фон и фиксировать на нем взгляд в течение полминуты, то затем на белом фоне мы увидим цвет, контрастный цвету выкраски (квадрата).
Хроматическая индукция – это изменение цвета любого пятна на хроматическом фоне в сравнении с цветом того же пятна на белом фоне.
Яркостная индукция. При большом контрасте по яркости явление хроматической индукции значительно ослабевает. Чем меньше различие по яркости между двумя цветами, тем сильнее на восприятие этих цветов влияет их цветовой тон.
Основные закономерности отрицательной цветовой индукции.
На меру индукционного окрашивания влияют следующие факторы .
Расстояние между пятнами. Чем меньше расстояние между пятнами, тем больше контраст. Этим объясняется явление краевого контраста – кажущееся изменение цвета к краю пятна.
Четкость контура. Четкий контур увеличивает яркостный контраст и уменьшает хроматический.
Отношение яркостей цветовых пятен. Чем ближе значения яркости пятен, тем сильнее хроматическая индукция. И наоборот, увеличение яркостного контраста приводит к уменьшению хроматического.
Отношение площадей пятен. Чем больше площадь одного пятна относительно площади другого, тем сильнее его индукционное действие.
Насыщенность пятна. Насыщенность пятна пропорциональна его индукционному действию.
Время наблюдения. При длительном фиксировании пятен контраст уменьшается и может даже исчезнуть совсем. Лучше всего индукция воспринимается при быстром взгляде.
Область сетчатки, фиксирующая цветовые пятна. Периферические области сетчатки чувствительнее к индукции, чем центральная. Поэтому отношения цветов более точно оцениваются, если смотреть несколько в сторону от места их контакта.
В практике нередко возникает задача ослабления или устранения индукционного окрашивания. Этого можно достичь следующими способами:
подмешиванием цвета фона в цвет пятна;
обведением пятна четким темным контуром;
обобщением силуэта пятен, сокращением их периметра;
взаимным удалением пятен в пространстве.
Oтрицательная индукция может быть вызвана следующими причинами:
местной адаптацией – снижением чувствительности участка сетчатки к фиксируемому цвету, в результате чего цвет, который наблюдается вслед за первым, как бы теряет способность интенсивного возбуждения соответствующего центра;
автоиндукцией , т. е. способностью органа зрения в ответ на раздражение каким-либо цветом продуцировать противоположный цвет.
Цветовая индукция – причина множества явлений, объединяемых общим термином "контрасты". В научной терминологии под контрастом подразумевают вообще всякое различие, но при этом вводят понятие меры. Контраст и индукция не одно и то же, поскольку контраст – мера индукции.
Яркостный контраст характеризуется отношением разности яркости пятен к большей яркости. Яркостный контраст может быть большим, средним и малым.
Контраст по насыщенности характеризуется отношением разности величин насыщенности к большей насыщенности. Контраст по насыщенности краски может быть большим, средним и малым.
Контраст по цветовому тону характеризуется величиной интервала между цветами в 10-ти ступенчатом круге. Контраст по цветовому тону может быть большим, средним и малым.
Большой контраст:
большой контраст по цветовому тону при среднем и большом контрасте по насыщенности и яркости;
средний контраст по цветовому тону при большом контрасте по насыщенности или яркости.
Средний контраст:
средний контраст по цветовому тону при среднем контрасте по насыщенности или яркости;
малый контраст по цветовому тону при большом контрасте по насыщенности или яркости.
Малый контраст:
малый контраст по цветовому тону при среднем и малом контрасте по насыщенности или яркости;
средний контраст по цветовому тону при малом контрасте по насыщенности или яркости;
большой контраст по цветовому тону при малом контрасте по насыщенности и яркости.
Полярный контраст (диаметральный) формируется при достижении различиями в своих крайних проявлениях. Наши органы чувств функционируют только посредством сравнений.
Чувствительность рецепторных клеток глаза не постоянна, а зависит от освещенности и предшествующего раздражителя. Так, после действия интенсивного света чувствительность резко понижается, а в темноте - возрастает. С процессом адаптации зрения связано постепенное "появление" предметов при переходе из хорошо освещенного помещения в темное и, напротив, чересчур яркий свет при возвращении в освещенную комнату. Зрение к свету адаптируется быстрее - в течение нескольких минут. А темновая ада-птация происходит лишь через несколько десятков минут . Это различие частично объясняется тем, что чувствительность "днев-ных" колбочек меняется быстрее (от 40 с до нескольких минут), чем "вечерних" палочек (полностью заканчивается лишь спустя 40-50 мин). При этом палочковая система становится намного чувствительнее колбочковой: в абсолютной темноте порог зрительной чувствительности достигает уровня 1-4 фотонов в секунду на фоторецептор. В скотопических условиях световые стимулы лучше различаются не центральной ямкой, а окружающей ее часть, где наибольшая плотность палочек. Кстати, различие скорости адаптации вполне объяснимо, так как в естественной природе освещенность после захода солнца снижается достаточно медленно.
Механизмы адаптации к меняющейся освещенности начинается с рецепторного и оптического аппаратов глаза. Последнее связано с реакцией зрачка: сужение на свету и расширение в темноте. Этот механизм включается с помощью ВНС. В результате изменяется количество рецепторов, на которые падают лучи света: подключение в сумерках палочек ухудшает остроту зрения и замедляет время темновой адаптации.
В самих рецепторных клетках процессы понижения и повышения чувствительности обусловлены, с одной стороны, изменением равновесия между распадающимся и синтезируемым пигментом (определенная роль в этом процессе принадлежит пигментным клеткам, снабжающим палочки витамином А). С другой стороны, с участием нейронных механизмов регулируются также и размеры рецепторных полей, переключение с колбочковой системы на палочковую.
В причастности рецепторных клеток к процессу адаптации можно легко убедится при рассматривании рис. 6.30. Если в начале фиксировать глаз на правой половине рисунка, а затем перевести его на левую, то в течение нескольких секунд можно будет видеть негатив правого рисунка. Те участки сетчатки, на которые падали лучи от темных мест, становятся более чувствительными, чем соседние. Это явление именуется последовательным образом .
Рис. 6.30. Рисунок, позволяющий определить постепенное разложение зрительного пигмента: после 20-30 секундного рассматривания черного крестика перевести взгляд на рядом расположенное белое поле, где можно увидеть более светлый крестик.
Последовательный образ может быть и цветным. Так, если в течение нескольких секунд рассматривать какой-либо цветной предмет, а затем перевести взгляд на белую стену, то можно увидеть тот же предмет, но окрашенным в дополнительные цвета. По-видимому, это обусловлено тем, что белый цвет содержит комплекс световых лучей различной длины волны. И когда на глаз действуют лучи той же длины волны, то и раньше, то чувствительность соответствующих колбочек оказывается сниженной, и этот цвет как бы вычленяется из белого.
Восприятие цвета заметно изменяется в зависимости от внешних условий. Один и тот же цвет воспринимается по-разному при солнечном свете и при свете свечей. Однако зрение человека адаптируется к источнику света, что позволяет в обоих случаях идентифицировать свет как один и тот же – происходит цветовая адаптация . В темных очках сначала все кажется окрашенным в цвет очков, но этот эффект через некоторое время пропадает. Аналогично вкусу, обонянию, слуху и другим органам чувств восприятие цвета так же индивидуально. Люди отличаются друг от друга даже чувствительностью к диапазону видимого света.
Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией . Различают темновую и световую адаптацию.
Темновая адаптация происходит при переходе от больших яркостей к малым. Если глаз первоначально имел дело с большими яркостями, то работали колбочки, родопсин в палочках выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. Если внезапно яркость видимых поверхностей значительно уменьшится, то вначале раскроется шире отверстие зрачка, пропуская в глаз больший световой поток. Затем из сетчатки начнет уходить черный пигмент, родопсин будет восстанавливаться, и только когда его наберется достаточно, начнут функционировать палочки. Поскольку колбочки совсем не чувствительны к очень слабым яркостям, то сначала глаз не будет ничего различать, и только постепенно приходит в действие новый механизм зрения. Лишь через 50-60 мин пребывания в темноте чувствительность глаза достигает максимального значения.
Световая адаптация – это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим . При этом происходит обратная серия явлений: раздражение палочек благодаря быстрому разложению родопсина чрезвычайно сильно (они "ослеплены"), более того, и колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, раздражены слишком сильно. Только по истечении достаточного времени приспособление глаза к новым условиям заканчивается, прекращается неприятное чувство ослепления и глаз приобретает полное развитие всех зрительных функций. Световая адаптация продолжается 8-10 мин .
При изменении освещенности зрачок может изменяться в диаметре от 2 до 8 мм , при этом его площадь и, соответственно, световой поток изменяются в 16 раз . Сокращение зрачка происходит за 5 сек , а его полное расширение – за 5 мин .
Итак, адаптация обеспечивается тремя явлениями:
· изменением диаметра отверстия зрачка;
· перемещением черного пигмента в слоях сетчатки;
· различной реакцией палочек и колбочек.
Оптические иллюзии
Оптические (зрительные ) иллюзии – это типичные случаи несоответствия между зрительным восприятием и реальными свойствами наблюдаемых объектов . Эти иллюзии свойственны нормальному зрению, поэтому отличаются от галлюцинаций . Всего известно более сотни оптических иллюзий, однако нет общепринятой их классификации, а также убедительных объяснений большинства иллюзий.
А ) При рассматривании неподвижных объектов существуют следующие механизмы возникновения иллюзий:
1) несовершенство глаза как оптического прибора -
· кажущаяся лучистая структура ярких источников малого размера;
· хроматизм хрусталика (радужные кромки предметов) и др.
2) особенности обработки зрительной информации на разных этапах зрительного восприятия (в глазу, в мозге) –
· на этапе выделения сигнала из фона возникает ошибка восприятия "оптический обман " (на оптическом обмане основано применение защитной окраски при маскировке в животном мире);
· на следующем этапе классификации сигналов возникают ошибки
- выявления фигур (рис. а ),
- оценки параметров объектов (яркости, формы, взаимного расположения, рис. б );
· на этапе обработки зрительной информации возникают ошибки
В оценке характеристик объектов , таких как площади, углы, цвет, длины (например, "стрелы Мюллера - Лиера , рис. а ), т. е. геометрические иллюзии ,
- перспективные искажения (рис. б ),
- иллюзия иррадиации , т.е. кажущееся увеличение размеров светлых предметов по сравнению с темными (рис. в ).
Б ) При движении объекта процесс зрительного восприятия усложняется и может привести неадекватному восприятию, поэтому иллюзии можно объединить в группу динамических :
· если долго наблюдать за движущимся объектом и мгновенно прекратить наблюдение, то предмет кажется движущимся в обратном направлении, или "эффект водопада ", открытый Аристотелем (если смотреть на водопад и закрыть глаза, то струя "поднимается вверх"),
· если смотреть на модулированный по времени поток белого света, то возникает ощущение цвета , например , при вращении диска Бенхема , имеющего черные и белые сектора,
· инерция зрения (т.е. свойство глаза сохранять зрительное впечатление около 0,1 с ) приводит ко всем видам стробоскопического эффекта и наблюдению следа от движущегося светящегося источника (инерция зрения лежит в основе кинематографа и телевидения).
Гигиена зрения
Зрение - физиологический процесс, позволяющий получать представление о величине, форме и цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними. 3рение возможно только при нормальном функционировании зрительного анализатора в целом.
Согласно учению И. П. Павлова, зрительный анализатор включает периферический парный орган зрения - глаз с его воспринимающими свет фоторецепторами - палочками и колбочками сетчатки (рис.), зрительные нервы, зрительные пути, подкорковые и корковые зрительные центры. Нормальным раздражителем органа рения является свет. Палочки и колбочки сетчатки глаза воспринимают световые колебания и превращают их энергию в нервное возбуждение, которое через зрительный нерв передается по проводящим путям в зрительный центр головного мозга, где возникает зрительное ощущение.
Под влиянием света в палочках и колбочках происходит распад зрительных пигментов (родопсина и йодопсина). Палочки функционируют при свете слабой интенсивности, в сумерках; зрительные ощущения, полученные при этом, бесцветны. Колбочки функционируют днем и при ярком освещении: их функция определяет ощущение цветности. При переходе от дневного освещения к сумеречному происходит перемещение максимума световой чувствительности в спектре по направлению к его коротковолновой части и предметы красного цвета (мак) кажутся черными, синего (василек) - очень светлыми (феномен Пуркинье).
Зрительный анализатор человека в нормальных условиях обеспечивает бинокулярное зрение, т. е. 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. Физиологическое двоение помогает оценивать удаленность предмета от глаз и создает ощущение рельефности, или стереоскопичности, зрения.
При зрении одним глазом (монокулярное зрение) стереоскопичность зрении невозможна и восприятие глубины осуществляется гл. обр. благодаря вторичным вспомогательным признакам удаленности (видимая величина предмета, линейная и воздушная перспективы, загораживание одних предметов другими, аккомодация глаза и т. д.).
Для того чтобы зрительная функция осуществлялась в течение достаточно длительного времени без утомления, необходимо соблюдать ряд гигиенических условий, облегчающих 3. Эти условия объединяются в понятие <гигиена-зрения>. К ним относятся: хорошее равномерное освещение естественным или искусственным светом рабочего места, ограничение блескости, резких теней, правильное положение туловища и головы во время работы (без сильного наклона над книгой), достаточное удаление предмета от глаз (в среднем 30-35 см), небольшие перерывы через каждые 40-45 мин. работы.
Лучшим освещением считается естественный дневной свет. При этом следует избегать освещения глаз прямыми солнечными лучами, т. к. они оказывают слепящее действие. Искусственное освещение создается при помощи светильников с обычными электрическими или люминесцентными лампами. Для устранения и ограничения слепящего действия источников света и отражающих поверхностей высота подвеса светильников должна быть не менее 2,8 м от пола. Особенно важно хорошее освещение в учебных классах школ. Искусственная освещенность на партах и классных досках должна составлять не менее 150 лк [люкс {лк} - единица освещенности] при освещении лампами накаливания и не менее 300 лк при люминесцентном освещении. Необходимо создавать достаточную освещенность рабочего места и в домашних условиях: днем следует работать у окна, а вечером с настольной лампой 60 вт, прикрытой абажуром. Лампу ставят слева от предмета работы. Детям с близорукостью и дальнозоркостью необходимо назначение соответствующих очков.
Различные заболевания глаза, зрительного нерва и центральной нервной системы приводят к понижению зрения и даже слепоте. На зрение влияют: нарушение прозрачности роговицы, хрусталика, стекловидного тела, патологические изменения сетчатки, особенно в области желтого пятна, воспалительные и атрофические процессы в зрительном нерве, заболевания головного мозга. В некоторых случаях понижение зрения связано с профессиональными заболеваниями глаз. К ним относятся: катаракты, вызываемые систематическим воздействием лучистой энергии значительной интенсивности (рентгеновские лучи, инфракрасные лучи); прогрессирующая близорукость в условиях постоянного напряжения зрения при точной мелкой работе; конъюнктивиты и кератоконъюнктивиты у лиц, соприкасающихся с сероводородом и диметилсульфатом. Для предупреждения этих заболеваний большое значение имеет соблюдение правил общественной и индивидуальной защиты глаз от вредных факторов
Адаптация - это приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности. Обеспечивается: изменением диаметра отверстия зрачка, перемещением черного пигмента в слоях сетчатки, различной реакцией палочек и колбочек. Зрачок может изменяться в диаметре от 2 до 8 мм, при этом его площадь и, соответственно, световой поток изменяются в 16 раз. Сокращение зрачка происходит за 5 секунд, а его полное расширение - за 5 минут.
Цветовая адаптация
Восприятие цвета может изменяться в зависимости от внешних условий освещенности, однако зрение человека адаптируется к источнику света. Это позволяет идентифицировать свет как один и тот же. У разных людей имеется неодинаковая чувствительность глаз к каждому из трех цветов.
Темновая адаптация
Происходит при переходе от больших яркостей к малым. Если в глаз первоначально попадал яркий свет, то палочки были ослеплены, родопсин выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. Если внезапно яркость света значительно уменьшится, то вначале расширится зрачок. Затем из сетчатки начнет уходить черный пигмент, родопсин будет восстанавливаться, и когда его наберется достаточно, начнут функционировать палочки. Так как колбочки не чувствительны к слабым яркостям, то сначала глаз не будет ничего различать, пока не начнет действие новый механизм зрения. Чувствительность глаза достигает максимального значения через 50-60 минут пребывания в темноте.
Световая адаптация
Процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. При этом чрезвычайно сильно происходит раздражение палочек благодаря быстрому разложению родопсина, они "ослеплены"; и даже колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, раздражены слишком сильно. Только по истечении достаточного времени приспособление глаза к новым условиям заканчивается, прекращается неприятное чувство ослепления и глаз приобретает полное развитие всех зрительных функций. Световая адаптация продолжается 8-10 минут.
Рассматривание предметов обоими глазами. Когда человек смотрит на какой-либо предмет обоими глазами, то у него не получается восприятия двух одинаковых предметов. Это связано с тем, что изображения от всех предметов при бинокулярном зрении падают на соответствующие, или идентичные, участки сетчатки, в результате чего в представлении человека эти два изображения сливаются в одно
Бинокулярное зрение имеет большое значение в определении расстояния до предмета, его формы. Оценка величины предмета связана с размером его изображения на сетчатке и расстоянием предмета от глаза
Отсутствие бинокулярного зрения часто приводит к косоглазию
Зрачковый рефлекс
Реакция глаза на свет (сужение зрачка) представляет собой рефлекторный механизм ограничения количества света на сетчатку. В норме ширина зрачка составляет 1,5 – 8 мм
Степень освещения помещения может менять ширину зрачка в 30 раз. При сужении зрачка уменьшается поток света, исчезает сферическая аберрация, которая дает на сетчатке круги саморассеивания. При слабом освещении зрачок расширяется, что улучшает видение. Зрачковый рефлекс принимает участие в адаптации глаза
Адаптация
Приспособление глаза к видению предметов в условиях разной интенсивности освещения помещения
Световая адаптация. При переходе из темного помещения в светлое в первое время наступает ослепление. Постепенно глаз адаптируется к свету за счет понижения чувствительности фоторецепторов сетчатки глаза. Длится 5 – 10 минут.
Механизмы световой адаптации:
Снижение чувствительности фоторепторов к свету
Сужение рецепторного поля за счет разрыва связей горизонтальных клеток с биполярными клетками
Распад родопсина (0,001 сек.)
Сужение зрачка
Темновая адаптация. При переходе из светлого помещения в темное человек сначала ничего не видит. Через некоторое время чувствительность фоторецепторов сетчатки повышается, появляются контуры предметов, затем начинают различаться их детали. длится 40 – 80 минут.
Процессы темновой адаптации:
Повышение чувствительности фоторецепторов к свету в 80 раз
Ресинтез родопсина (0,08 сек.)
Расширение зрачка
Увеличение числа связей палочек с нейронами сетчатки
Увеличение площади рецептивного поля
Рис. 6.11. Темновая и световая адаптация глаза
Цветовое зрение
Человеческий глаз воспринимает 7 основных цветов и 2000 разных оттенков. Механизм восприятия цветов объясняется разными теориями
Трехкомпонентная теория цветоощущения (теория цветоощущения Ломоносова-Юнга-Гельмгольца теория цветоощущения) – предполагает существование в сетчатке трех типов фоточувствительных колбочек, которые реагируют на разную длину лучей света. Это создает разные варианты восприятия цветов
первый тип колбочек реагирует на длинные волны (610 – 950 мкм) – ощущение красного цвета
второй тип колбочек – на средние волны (460 – 609 мкм) – ощущение зеленого цвета
третий тип колбочек воспринимает короткие волны (300 – 459 мкм) – ощущение синего цвета
Восприятие других цветов обусловлено взаимодействием этих элементов. Одновременное возбуждение первого и второго типов формирует ощущение желтого и оранжевого цветов, а второго и третьего дают фиолетовый и голубоватый цвета. Одинаковое и одновременное раздражение трех типов цветовоспринимающих элементов сетчатки дает ощущение белого цвета , а торможение их формирует черный цвет
Разложение светочувствительных веществ, находящихся в колбочках, вызывает раздражение нервных окончаний; возбуждение, дошедшее до коры большого мозга, суммируется, и возникает ощущение одного однородного цвета
Полная потеря способности воспринимать цвета называется анопия , при этом люди видят все только в черно – белом цвете
Нарушение восприятия цвета – цветовая слепота (дальтонизм) - страдают в основном мужчины – около 10% – отсутствие определенного гена в Х-хромосоме
Известны 3 типа нарушений цветового зрения:
протанопия – отсутствие чувствительности к красному цвету (имеют выпадание восприятия волн длиной 490 мкм)
дейтеранопия – к зеленому цвету (имеют выпадение восприятия волн длиной 500 мкм)
тританопия – к синему цвету (выпадение восприятия волн длиной 470 и 580 мкм)
Полная цветовая слепота – монохроматия встречается редко
Исследование цветового зрения проводят с помощью таблиц Рабкина
