Роман «Город слепых» Нобелевского лауреата Жозе Сарамаго начинается с неожиданного события: в обычный полдень мужчина, сидящий за рулем, внезапно теряет зрение. Вскоре после этого слепота поражает его жену, пациентов в клинике, где он лечился, и даже офтальмолога, пытавшегося его вылечить. Неизвестная эпидемия слепоты стремительно охватывает общество, приводя его к хаосу и разрушению. Этот роман ярко и реалистично передает значение зрения, напоминая известную поговорку: «В стране слепых одноглазый — король».
Мы часто не задумываемся о важности зрения. Однако достаточно просто закрыть глаза, чтобы осознать, насколько сильно мы от него зависим. Около 80% всей сенсорной информации мы получаем именно через зрение, что делает его одним из самых значимых чувств. Давайте подробнее рассмотрим этот удивительно сложный и совершенный орган — глаз, который связывает нас с окружающим миром.
Глаз, особый и тонкий орган чувств
Человеческий глаз, весом всего около 7 граммов и размером с пинг-понговый мяч (диаметром 2,4 см), представляет собой удивительно сложную биологическую камеру с множеством функций. Он способен выполнять задачи фокусировки, регулировки контраста, стабилизации изображения и обработки визуальной информации. Глаз регулирует количество света, проходящего через роговицу, с помощью изменения размера радужной оболочки. Лучи света, проникая в глаз, преломляются через хрусталик и фокусируются на сетчатке. Сформированное изображение передается через зрительный нерв в мозг, который анализирует этот сигнал, позволяя нам воспринимать окружающие объекты.
В процессе формирования изображения на сетчатке происходит множество сложных биологических процессов. Для того чтобы увидеть что-то, наши глаза сначала должны двигаться, чтобы точно зафиксировать объект. Человеческий глаз оснащен шестью свободно движущимися мышцами, которые позволяют нам смотреть вверх, вниз, в стороны и вращать глазами. Например, даже когда вы читаете это предложение, ваши глазные мышцы расслабляются и сокращаются, перемещая глазное яблоко влево и вправо.
Глаза могут фокусироваться даже при движении тела или головы. Это происходит потому, что фокусировка постоянно настраивается, подстраиваясь под движения тела, подобно стабилизации изображения в камере. Когда полукружные каналы определяют направление движения, они посылают сигнал в мозг, который, в свою очередь, перемещает глаза в противоположном направлении относительно движения тела. Этот механизм позволяет, например, читать книгу в трясущейся машине.
После того как глаз фокусируется, размер зрачка регулируется таким образом, чтобы в глаз, напоминающий темную комнату, проникало нужное количество света. Радужная оболочка, которая имеет форму бублика, работает как диафрагма фотоаппарата. Когда свет тусклый, глаз расширяет зрачок, чтобы пропустить больше света, а когда свет слишком яркий, зрачок сужается, чтобы уменьшить количество света, попадающего в глаз. Этот быстрый процесс, контролируемый сложными нервными механизмами, называется зрачковым световым рефлексом, и его также можно использовать для проверки функции мозга на наличие аномалий.
Даже если вы сначала смотрите на что-то близко, а затем внезапно переводите взгляд на отдаленный объект, ваши глаза мгновенно настраиваются на новый фокус. В отличие от камеры, которая перемещает линзу вперед и назад для фокусировки, глаз регулирует фокус, изменяя толщину хрусталика. Когда вы смотрите на объект вблизи, ткани, прикрепленные к хрусталику, ослабляются, что приводит к его утолщению. Когда вы смотрите вдаль, эти ткани напрягаются, делая хрусталик тоньше. Так регулируется показатель преломления света. Способность видеть как отдаленные, так и приближенные объекты в одно мгновение объясняется тем, что гибкий хрусталик быстро регулирует свою толщину, не теряя своей первоначальной формы.
Один мир, увиденный двумя глазами
У каждого позвоночного существа есть два глаза. Но почему именно два, а не один? Закрыв один глаз и взяв по карандашу в каждую руку, разведите их в стороны, а затем постарайтесь, чтобы кончики карандашей коснулись друг друга. Вы сразу поймете, зачем вам два глаза.
Если смотреть на один и тот же объект, чередуя глаза, вы заметите, что два изображения немного различаются. Левый и правый глаза расположены на расстоянии 60-70 миллиметров друг от друга, что позволяет смотреть на объект под разными углами. Это явление называется бинокулярным несоответствием. Два глаза дают нам трехмерное восприятие, несмотря на то что сами глаза видят объект в двух измерениях. Мозг объединяет информацию, полученную от каждого глаза, в одно изображение и распознает его как целое. Таким образом, зрение становится объемным, позволяя нам ощущать глубину и пространство. Для тех, кто видит только одним глазом, мир кажется плоским, как серия картин.
В фильме «Аватар», известном своими 3D-эффектами, использовались две камеры для съемки, чтобы создать стереоскопический эффект. Основной принцип этих изображений заключается в том, чтобы показывать два снимка, сделанных под разными углами, и направлять их в левый и правый глаз, используя бинокулярную диспаратность.
Вы думаете, что мы видим глазами? Мы видим нашим мозгом!
Глаз, как с эмбриологической, так и с анатомической точки зрения, является частью мозга. Это объясняется тем, что сетчатка и зрительный нерв развиваются из той же области, которая предшествует мозгу, на ранних стадиях развития плода. Глаз связан с мозгом через зрительный нерв. Поскольку зрительный центр расположен в задней части мозга, травма этой области может привести к потере зрения, даже если сами глаза остаются в порядке.
Сетчатка, часто сравниваемая с фотоаппаратом, представляет собой высокочувствительную нервную ткань. Зрительные клетки сетчатки преобразуют световую информацию в электрические сигналы и передают их в мозг. Одним из типов этих клеток являются палочки, которые настолько чувствительны к свету, что могут реагировать даже на один фотон. Они играют ключевую роль в различении света и тени, особенно в темных местах. Мы способны видеть мир даже в темной ночи, хотя и в размытом виде, благодаря работе примерно 120 миллионов палочек в сетчатке. Кроме того, в сетчатке есть около 6 миллионов колбочек. Колбочки бывают трех типов, каждый из которых чувствителен к красному, зеленому и синему цветам. Мозг обрабатывает и анализирует сигналы, поступающие от клеток колбочек, что позволяет нам различать более миллиона цветов. Благодаря колбочкам мы видим яркий и детализированный мир.
Вся визуальная информация, преобразующаяся в электрические сигналы в сетчатке, передается через зрительный нерв в зрительную кору головного мозга, расположенную в затылочной части. Эта кора состоит из примерно 30 областей, каждая из которых отвечает за различные аспекты восприятия, такие как линии, границы, углы, формы, цвета и движения.
Когда эти области взаимодействуют, они формируют общий образ объекта. Если одна из областей, отвечающих за восприятие цвета, не функционирует должным образом, даже люди без дальтонизма будут видеть мир в черно-белых оттенках. Повреждение области, отвечающей за восприятие движений, может привести к тому, что вместо плавного изображения движущегося объекта вы будете видеть его прерывистыми фрагментами, как в анимации из глиняных фигурок. Если нарушена область распознавания лиц, человек может страдать от прозопагнозии, или слепоты для лиц. Примером этого является случай, описанный в книге невролога Оливера Сакса «Человек, который принял свою жену за шляпу», где мужчина не мог распознать лицо своей жены.
В интернете стали популярны забавные ошибки в работе программ поиска изображений — например, когда система путает чихуахуа с черничным маффином или кошку с карамельным мороженым. Искусственный интеллект, хотя и развивается, еще не способен распознавать изображения так, как это делают люди. Даже маленькие дети, которым всего три года, без труда отличат собаку от кошки. Современные технологии обработки изображений, использующие искусственный интеллект, пытаются имитировать процесс восприятия визуальной информации человеком, но до совершенства еще далеко.
В последние годы появились камеры с высокой чувствительностью и разрешением, которые могут распознавать лица, фокусироваться на людях или автоматически делать снимки при определенных выражениях лиц. Также активно внедряются технологии, которые отслеживают моргание глаз и предотвращают появление снимков с закрытыми глазами. Эти технологии напоминают те, что используются в нашем зрении. Современные технологии визуализации, такие как виртуальная реальность и 3D-видео, продолжают развиваться и стремятся имитировать стереоскопическое восприятие и естественное восприятие цвета, как у человека. Эти технологии уже давно используются нашими глазами, хотя мы осознали это лишь недавно.
Процесс, который обеспечивает точность работы структуры глаза и зрения, невероятно сложен. Зрение — это сложный сенсорный процесс, который становится возможным только тогда, когда все связи, от роговицы до зрительной коры, взаимодействуют и работают синхронно в один момент. Мы давно смотрим на мир с помощью наших глаз, но только теперь начинаем осознавать, насколько уникально и удивительно наше восприятие. Развитие различных камер и технологий обработки изображений заставляет нас вновь задуматься о том, что такое зрение.
Насадивший ухо не услышит ли? и образовавший глаз не увидит ли? Пс 93:9
Светильник для тела есть око. Итак, если око твое будет чисто, то всё тело твое будет светло; если же око твое будет худо, то всё тело твое будет темно. Итак, если свет, который в тебе, — тьма, то какова же тьма? Мф 6:22-23
- Литература
- Перевод с японского на корейский Кан Кым Хи и Ли Се Ён, «Чувства: удивительный механизм», Newton Press Japan, 2015
- Перевод с японского на корейский Кан Кым Хи и Ли Се Ён, «Человеческое тело: анатомия 21-го века», Newton Press Japan, 2006
- Ли Ын Хи, «История глаза Харихары», Hankyoreh Press, 2016
- Тацуо Сакаи, Перевод с японского на корейский Юн Хе Рим, «Анатомия, секрет, скрытый в моем теле», Jeonnamusup, 2019