Нужны доноры

2. Острота зрения, контрастная чувствительность и устойчивость к слепящим засветам

Оптико-анатомо-физиологические основы функции

Острота зрения

Острота зрения (visus) — составная часть более широкого понятия "разрешающая способность глаза", поэтому оценивать зрительные функции только по остроте зрения, как это нередко практикуется, неправомерно. Однако острота зрения является одним из основных критериев оценки способности к зрительному анализу форм, размеров, структуры и ориентации объектов в пространстве, а визометрия относится к числу обязательных методик функциональных исследований органа зрения.

Первой ступенью в формировании благоприятных условий для такого анализа служит оптическая система глаза. Она регулирует распределение световой энергии в сфере изображений на сетчатке соответственно таковому в сфере объектов. Особенность изображения заключается в том, что даже в случае идеальной фокусировки точечного источника световая энергия, концентрируясь в центре (по ходу главного луча), слегка рассеивается по окружности (рис.2.1). При расфокусировке это рассеивание усиливается. Следует заметить, что линейное расстояние, равное на сетчатке эмметропического глаза 1 мм, соответствует угловому отклонению луча около 3,5° [Westheimer G., 1987]. На распределение световой энергии по сетчатке оказывают влияние следующие оптические факторы.

Дифракция. При очень узком зрачке (меньше 2 мм) благодаря волновой природе света его распределение в изображении точечного объекта на сетчатке даже в полностью сфокусированной системе окажется иным, чем на рис.2.1. Кривая по форме будет напоминать фигуру колокола, окаймленного дополнительной волной светорассеяния.

Аберрации. Смещение фокусов лучей, проходящих через периферические отделы роговицы и хрусталика, из-за перепадов в преломляющей силе этих отделов (относительно центральной области) называется сферической аберрацией. При этом на распределении световой энергии в сетчатке неблагоприятно сказывается не только многофокальность, но и усиление эффекта Стайлса — Крауфорда (см. главу 8). Геометрические аберрации (сферическая, астигматизм, дисторсия, кома) особенно ощутимы при широком зрачке (более 5 мм), поскольку в этом случае увеличивается доля лучей, поступающих через периферию роговицы и хрусталика. Хроматическая аберрация, обусловленная различиями в силе преломления и расположения фокусов лучей разной длины волны, в меньшей степени зависит от ширины зрачка.

Рассеивание света. Микроструктура оптических сред глаза такова, что часть света рассеивается в них. С возрастом выраженность этого феномена возрастает и он может послужить причиной слепимости от ярких засветов глаза.

Абсорбция. Часть световой энергии поглощается уже при прохождении лучей через оптические среды: чем короче длина волны излучения, тем меньшая доля его достигает сетчатки.

Фокусировка. Механизм аккомодации в определенной мере способствует уменьшению кругов светорассеяния вследствие фокусировки изображения на сетчатке. Однако в случае отсутствия в поле зрения остро очерченных мишеней этот фактор может и не сработать [Westheimer G., 1987].

Второй ступенью, способствующей зрительному восприятию мельчайшей структуры окружающего пространства, является гексагональное строение ретинальных рецептивных полей [Шелепин Ю.Е., 1990; Campbell R.W.,1970]. В зоне фовеолы, где колбочки тесно прилежат одна к другой, образуется неразбиваемая матрица из 7 элементов (один — в центре и шесть — по окружности). Угловой размер такой минимальной распознающей ячейки не выходит за пределы Г, поэтому если изображение простого объекта занимает большее пространство (размещается как минимум на двух гексагональных элементах дискретизации), то можно различить его детали. S. Polyak (1941) полагал, что для человеческого глаза предельной возможностью раздельного видения объектов является расположение их один от другого на расстоянии менее 0,5' по дуге.

В зависимости от эксцентриситета фоторецепторы связаны с соответствующим количеством биполярных клеток с дальнейшей конвергенцией контактов на ганглиозные клетки сетчатки. Таким образом, образуется множество рецептивных полей, частично перекрывающих друг друга. Диаметр каждого такого поля у млекопитающих составляет в среднем около 1 мм [Kuffler S. W., 1950]. К периферии глазного дна размеры этих полей увеличиваются; в направлении фовеолы — уменьшаются, достигая 0,01 мм.

Согласно концепции H.Hartline (1940), так начинается сложный путь передачи в мозг информации об основных качествах видимого объекта, в частности его форме. На этой, третьей, ступени зрительного опознания важную роль играет система фильтров различной пространственной частоты, ориентации, формы. Они функционируют на уровне ганглиозных клеток сетчатки, наружных коленчатых тел и в зрительной коре [Глезер В.Д., 1975; Campbell R.W., 1970,1972].

Пространственная дифференциация находится в тесной зависимости от световой. Нейрофизиологические механизмы, включающие способность к пространственной суммации и латеральному торможению (см. главу 3), позволяют проводить сравнительную оценку количества света, падающего на какой-либо участок сетчатки, при равномерной средней освещенности ее. Этим определяется константность восприятия белого как белого, а черного как черного, независимо от освещенности. Эти же механизмы позволяют видеть раздельно два близко лежащих малых стимула, если между ними имеется достаточно глубокая темновая "впадина". На остроту зрения, кроме функции светоощущения, оказывают влияние уровень адаптации и длительность экспозиции объекта.

Качество разрешения зависит и от сложности объекта. В экспериментах, проведенных Ю. Е. Шелепиным и F. W. Campbell, установлено, что для узнавания лица человека требуется участие не менее 5 описанных выше элементов дискретизации рецептивных полей, что соответствует разрешающему углу зрения в 5'. Лимитирующим фактором, по мнению авторов, является необходимость учитывать особенности строения глаз человека, в том числе расстояние между зрачками. При наблюдении с расстояния 30—35 м оно составляет в изображении на сетчатке 6'. Еще сложнее оценить выражение лица: для этого необходимо как минимум 8—9 гексагональных элементов дискретизации. Матрицы с таким радиусом расценены авторами как оптимальные для распознавания сложных объектов. Они позволяют при минимальной нейронной организации видеть максимально удаленный стимул.

Казалось бы, большой диаметр ретинальных рецепторов должен создавать ограничения для целостного восприятия протяженных объектов. Однако мозаичное расположение рецепторов в сетчатке и наличие нервных механизмов их взаимодействия не только предотвращают восприятие фактической прерывистости изображения, но и создают предпосылки к так называемой гиперостроте зрения.

Мерой остроты зрения служит тот минимальный зрительный угол (в секундах, минутах, градусах), которым в зависимости от задачи исследования удается оценить еще различаемые глазом пространственные величины. Чем дальше от глаза расположена эта пороговая для различения величина, тем меньше угол, под которым она видна. На практике для характеристики чувствительности соответствующих рецепторов чаще используют систему относительных показателей, обратных пороговым, выраженных в дуговых углах. Кроме того, учитывая возрастные нормы, результаты исследования остроты зрения иногда оценивают в процентах сохранности этой функции.

Ступени форменного зрения. Нередко стимулом для фиксации взора на каком-либо объекте оказывается его внезапное появление в поле зрения или его продолжающееся движение. Таким образом, сигнал с периферии сетчатки, которая с помощью палочковой рецепции способна ответить на вопрос: "Где?", заставляет повернуть глаз в нужном направлении, и при включении колбочкового аппарата дать ответ на более сложный вопрос: "Что?".

В этом едином процессе можно выделить три ступени зрительного анализа структуры, ориентации и формы предметов:

  1. способность заметить присутствие объекта (minimum visible);
  2. способность разглядеть структуру объекта в деталях (minimum separable или minimum resolvable)
  3. способность опознать, идентифицировать зрительный образ в соответствии с ранее известными представлениями об объектах внешнего мира (minimum cognoscible).
На третьей ступени также анализируется относительное взаиморасположение видимых образов (spatial minimum discriminable) и оценивается их форма по контуру (minimum defbrmable).