Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Романтики скажут, что глаза — это зеркало души, но нам все-таки требуется более научный ответ.
Разумеется, по два глаза имеют не только люди. Парные органы зрения есть у всех позвоночных: млекопитающих, амфибий, рептилий, птиц и рыб. Эта черта появилась у них еще на самых ранних этапах эволюции. Можно сказать, что каждый из нас имеет по два глаза, потому что столько же было и у наших далеких предков и с тех пор с нами не происходило более успешных мутаций. Два глаза — это великолепное решение, позволяющее нам, позвоночным, видеть мир и адаптироваться к нему. Обратите внимание, что у человека есть множество парных органов. Левая половина нашего тела — это практически точное зеркальное отражение правой. Только некоторые жизненно важные органы, такие как сердце или печень, не имеют пары. Два глаза у нас по той же причине, по которой у нас два локтя или два колена.
Тем не менее в человеческих глазах есть кое-что особенное, что отличает их от глаз других животных. Почти у всех позвоночных, от рыб до мышей, глаза расположены по обеим сторонам головы и двигаются независимо друг от друга. Таким образом, животное постоянно имеет круговой обзор. Человеческие же глаза направлены вперед и двигаются синхронно, то есть, по сути, выполняют функцию одного органа. Такое фронтальное зрение есть только у приматов и некоторых хищных животных: сов, ястребов, волков, змей, акул. Раз человечество на каком-то этапе отказалось от разнонаправленного кругового обзора в пользу однонаправленного фронтального зрения, на то должны были существовать серьезные причины. И они действительно имеются.
Для травоядных животных круговой обзор — огромное преимущество. Такое строение глаз позволяет быстро заметить опасность, откуда бы она ни приближалась. Одним глазом можно рассматривать растения, которые ты ешь, а другим — следить, не покажется ли на горизонте хищник.
А вот многим плотоядным животным не нужно подобное панорамное зрение. Их задача — увидеть добычу и атаковать ее. Приматам оно тоже ни к чему, потому что если ты живешь на дереве, то позиций для нападения на тебя не так-то много. А еще приматы должны верно оценивать расстояние, чтобы перепрыгивать с ветки на ветку или дотягиваться до фруктов. Один неверно рассчитанный прыжок — и твои гены навсегда исчезнут из генеалогического древа вида.
Существуют доказательства того, что хищники и приматы независимо развили у себя фронтальное зрение, но цель такого изменения в обоих случаях была одинаковой. И тем и другим требовалось уметь точно оценивать расстояние. Два направленных вперед глаза дают таким животным (и нам, людям) бинокулярное зрение. Картинки, которые мы воспринимаем каждым из глаз, практически идентичны. Практически — но не полностью, так как наши глаза все же несколько разнесены. И это небольшое отличие имеет для нас огромное значение.
Большую часть времени мы даже не замечаем его, потому что видим перед глазами одну общую картинку. Но попробуйте провести вот такой эксперимент: поднесите к лицу два пальца, так чтобы один находился на некотором расстоянии перед другим, посмотрите на тот, что расположен ближе к лицу, затем закройте один глаз, а потом откройте его и закройте второй. Вы заметите, что тот палец, который находится дальше от лица, резко поменяет положение. Если же вы разведете пальцы и посмотрите между ними на дерево вдалеке, то вместо двух пальцев увидите четыре.
Такое явление называется диспаратностью. Удивительно, что наш мозг умеет совмещать две слегка не соответствующие друг другу картинки в одну и придавать ей глубину. Эту функцию нашего мозга еще называют парадоксом Леонардо, потому что великий гений эпохи Возрождения никак не мог понять, почему изображения, которые мы видим каждым из глаз, различаются, но при этом общая картина остается цельной. Тем не менее он сознавал, что такое строение глаз позволяет нам видеть мир в трех измерениях, то есть воспринимать объемные объекты, а не плоские изображения, и отчаянно пытался создавать картины, которые бы отражали такое видение мира.
Откуда Леонардо было знать, что именно объединение двух разных изображений в мозгу дает нам объемное зрение и возможность увидеть глубину? Этот факт удалось доказать в ходе простого эксперимента, проведенного в 1838 году английским физиком Чарльзом Уитстоном. Он изобрел устройство, названное зеркальным стереоскопом и позволявшее фиксировать изображения, которые испытуемый видел правым и левым глазом. Уитстон просматривал пары картинок, слегка различавшихся между собой, сначала отдельно, а затем совместно, каждую своим глазом, — во втором случае он видел, что они внезапно превращаются в трехмерное изображение.
Исследования, проведенные в 1960-х годах Дэвидом Хьюбелем и Торстеном Визелем, показали, что изображения, которые создаются на сетчатке обоих глаз, регистрируются в одном и том же месте в мозгу. Так они накладываются друг на друга, и возникает тот единый, цельный образ окружающего мира, который мы видим каждый раз, открывая глаза. Чуть позже австралийские ученые Джек Петтигрю, Хорас Барлоу, Колин Блэкмор и Питер Бишоп обнаружили, что наш мозг также регистрирует мельчайшие различия в изображениях, которые мы видим правым и левым глазом, и что именно эти различия придают нашему видению трехмерный эффект.
Чем ближе к нам расположен объект, на который мы смотрим, тем сильнее будет проявляться трехмерный эффект, потому что различий между двумя картинками в данном случае окажется больше. С увеличением расстояния уменьшается наша способность видеть объем предметов. Лабораторные эксперименты показывают, что эффект трехмерного изображения должен работать на расстоянии до 2,7 километра, но в действительности радиус его максимального проявления составляет 200 метров.
Бинокулярное зрение — это не единственный инструмент, который мы используем, чтобы оценить расстояние. При формировании своего видения мира мы также учитываем перспективу, смену фокуса и некоторые оптические явления (например, тот факт, что предметы, располагающиеся за другими, видны нам лишь частично). Поэтому нельзя сказать, что человек с одним глазом будет воспринимать расстояния неверно. Мы так привыкли к трехмерному зрению, что можем закрыть один глаз и все равно видеть окружающие предметы объемными. Для тех людей, которые всю жизнь имели только один глаз, это может оказаться несколько сложнее.
Удивительно и то, как идеально синхронизировано движение наших глаз. Для того чтобы мы постоянно видели мир как единое целое, изображения на обеих сетчатках должны быть идентичными, за исключением небольших различий, обусловленных точкой наблюдения. Изменения в таких изображениях должны происходить одновременно, вместе с движением глаз. Сетчатка имеет небольшие размеры, поэтому даже крошечное расхождение способно испортить всю картину. Горизонтальные движения глаз называются содружественным поворотом. На самом деле, когда мы рассматриваем что-то, находящееся перед нами, наши глаза постоянно автоматически двигаются из стороны в сторону — незаметно для нас. Такое явление называется саккадами, или скачкообразными движениями, и это самые быстрые движения в нашем организме — каждую секунду человеческий глаз в совокупности охватывает 900°.
Помимо горизонтального движения, наши глаза умеют легко фокусироваться на одном предмете, когда мы поворачиваем голову. Кроме того, они могут быстро двигаться в противоположных направлениях, чтобы заметить объекты, находящиеся далеко или близко к нам. Когда ваши глаза фокусируются на объекте, расположенном поблизости, они поворачиваются друг к другу. Такое движение называется конвергенцией. Если же вы рассматриваете что-то вдалеке, происходит дивергенция, то есть взгляды обоих глаз немного расходятся. Если конвергенция становится слишком сильной, человек выглядит косоглазым, но подобное случается редко.
Для того чтобы наши глаза могли совершать содружественный поворот, конвергенцию и дивергенцию с абсолютной точностью, глазные мышцы должны иметь идеальную координацию. Впрочем, одного контроля со стороны мышц тут недостаточно. Импульсы, управляющие движениями глазных мышц, поступают прямо из мозга, из определенных участков лобной доли, называемых глазодвигательными полями. Они регистрируют изображения, поступающие на сетчатку, и отправляют координирующие сигналы глазным мышцам.
Сегодня, когда мы понимаем, как работает бинокулярное, или объемное зрение, мы научились имитировать его, демонстрируя глазам зрителя два изображения, имеющие небольшие различия, как делал Уитстон в своем знаменитом эксперименте. В наше время стали популярны 3D-фильмы, снятые двумя камерами, которые располагаются на небольшом расстоянии друг от друга. Однако для того чтобы увидеть обе картинки отдельно друг от друга, зрителям требуются специальные очки, так что эта технология пока далека от совершенства. Кроме того, расстояние между двумя линзами камер должно быть очень точно рассчитано при помощи специальных уравнений, иначе картинка не получится цельной.
Можно сказать, что бинокулярное зрение — это одно из наших главных эволюционных преимуществ. Направленный вперед взгляд, умение определять расстояние, способность точно синхронизировать движение глаз и рук (например, вдевать нитку в иголку или поражать копьем бегущую добычу) — все это зависит от уникального строения наших органов зрения. Конечно, у других приматов такое преимущество тоже имеется, но люди смогли извлечь из него максимальную пользу.
Войти с помощью соц. сетей: