«Роль движений глаз в процессе зрения»

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

А. Л. Ярбус

Роль движений глаз в процессе зрения

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» • МОСКВА 1966

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР проф доктор физико математических наук Н. Д НЮБЕРГ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящая работа рассматривает восприятие изображений, строго неподвижных относительно сетчатки, закономерности движений глаз человека и выясняет их роль в процессе зрения.

В основу книги легли результаты экспериментальных работ автора. Книга рассчитана на студентов и научных работников в области биофизики, физиологии, медицины, психологии и таких разделов техники, как телевидение, кино, приборостроение. Много внимания уделяется описанию методик записи движений глаз и методик создания изображений, неподвижных относительно сетчатки. Указанные методики могут представлять интерес для многих научных работников.

Работы проводились в лаборатории биофизики зрения Института биофизики АН СССР, где они обсуждались всем коллективом. Особо хочется подчеркнуть существенную помощь, которая оказывалась автору в течение ряда лет Н. Д. Нюбергом и Л. И. Селецкой. Часто в работе использовались ценные советы М. М. Бонгарда, А. Л. Бызова, М. С. Смирнова. Существенной и большой по объему была техническая помощь В. И. Чернышова, В. М. Тимофеевой, П. Н. Ефимовой и И. Н. Салиной.

Автор пользуется возможностью выразить здесь свою искреннюю благодарность упомянутым товарищам и всему коллективу лаборатории.

В последние годы выяснилось, что наши прежние представления о роли движений глаз во многом упрощали ее. Все оказалось значительно сложнее, о чем говорят, например, следующие факты.

У человека в естественных условиях сетчаточное изображение никогда не остается неподвижным относительно сетчатки, а при строгой неподвижности и неизменности сетчаточного изображения, создаваемых искусственно, глаз перестает видеть. Иными словами, внутри любого объекта восприятия, ставшего строго неподвижным относительно сетчатки и неизменным во времени, уже через 1—3 сек. исчезают все видимые различия (разрешающая способность глаза быстро убывает до нуля).

Давно известно, что наблюдатель начинает видеть кровеносные сосуды собственного глаза, лежащие на сетчатке, если создать условия, при которых теня сосудов приобретают некоторую подвижность.

Опыты показали, что для оптимальных условий восприятия необходимо некоторое не слишком большое непрерывное или прерывистое движение сетчаточного изображения по сетчатке, в результате которого происходит постоянное изменение света, действующего на рецепторы.

Электрофизиологическими работами установлено, что импульсы в зрительном нерве многих животных появляются в основном лишь в ответ на изменение света, действующего на сетчатку.

Все это заставило по-новому оценить роль движений глаз и показало, что без понимания этой роли нам не удастся разгадать механизмы зрительного процесса. В связи с этим стало актуальным, с одной стороны, подробное изучение восприятия изображений, строго неподвижных относительно сетчатки и изменяющихся по яркости или цвету, с другой — изучение разнообразных движений глаз.    «

Прежде считали, что основная функция движений глаз сводится к тому, чтобы удерживать объект восприятия в поле зрения (удерживать в fovea важный для восприятия элемент объекта) и менять точки фиксации, расширяя этим общий угол обзора. В настоящее время не менее существенными представляются движения глаз, препятствующие исчезновению видимых различий неподвижного объекта в процессе фиксации взора.

Наиболее существенна вторая глава, посвященная изучению восприятия объектов, неподвижных относительно сетчатки. Материалы этой главы позволяют по-новому взглянуть на некоторые разделы физиологической оптики, а также установить некоторые связи и аналогии между электрофизиологическими работами на сетчатке животных и работами, изучающими зрение человека.

Третья глава посвящена изучению микродвижений глаз, которыми сопровождается процесс фиксации взора, направленного на неподвижный объект. В ней выясняется, какие микродвижения глаз в обычных условиях восприятия препятствуют исчезновению различий объекта во время фиксации взора.

Смена точек фиксации, конвергенция и дивергенция зрительных осей, прослеживание за движущимися объектами и некоторые оценки пространственных соотношений сопровождаются макродвижениями глаз.

В главах четвертой — седьмой выясняются роль и закономерности макродвижений глаз, знание которых оказывается полезным во многих случаях. Например, без понимания роли и знания закономерностей не только микро-, но и макродвижений глаз нельзя до конца понять работу сетчатки. Мы обращаемся к движениям глаз и когда говорим о строении глаза, и когда рассматриваем особенности нашего восприятия. Например, можно думать, что в филогенезе подвижность головы и глаз некоторых животных сделала возможным появление fovea. Последний факт представляется очень важным, поскольку он вносит в зрительный процесс значительное усовершенствование. Это усовершенствование важно потому, что объекты, представляющие собой источник нужных сведений, распределены далеко не равномерно. Обычно они локализованы в небольших участках поля зрения. При этом в основном периферическая часть сетчатки обнаруживает объект или элемент объекта, который содержит или может содержать нужные сведения, и, следовательно, как бы ведется разведка, а при помощи фовеальной части сетчатки, направленной на объект, эти сведения воспринимаются и анализируются более детально.

В первой главе дано описание разнообразных методик, при помощи которых ведется изучение и регистрация движений глаз и создаются стабилизированные сетчаточные изображения.

Понимание роли движений глаз и знание закономерностей этих движений может быть использовано при решении многих чисто практических задач. Укажем несколько примеров.

Нарушения в работе центральной нервной системы часто сопровождаются нарушениями различных движений глаз. Центры, управляющие движениями глаз, и пути, соединяющие эти центры с мышцами глаз, локализованы в различных частях мозга и часто задеваются патологическими очагами, расположенными вблизи этих центров. То же самое можно сказать о нарушениях в работе различных вспомогательных систем, тесно связанных с движениями глаз.

Любые нарушения в работе зрительного анализатора, которые удается обнаружить при заболевании центральной нервной системы, могут помочь установить и характер заболевания, и локализацию патологического очага. Однако не всегда легко обнаружить то или иное отступление от нормы в работе такого сложного органа, каким является зрительный анализатор. Прежде всего для этого нужно знать, что такое норма. Если говорить о движениях глаз, то здесь дело обстоит не вполне благополучно. Существенные результаты получены в этой области только в последние годы, и с ними еще не ознакомился широкий круг заинтересованных читателей. Здесь хочется подчеркнуть, что различные нарушения в движениях глаз больного могут быть объективно зарегистрированы, и это представляется особенно удобным для диагностических целей.

Знание закономерностей движений глаз в норме может оказаться полезным в ряде случаев и для офтальмологии. К сожалению, до сих пор еще нет систематических записей движений глаз при различных видах косоглазия, параличах и парезах глазодвигательных мышц. Не исключено, например, что такие записи позволили бы устанавливать и однозначно определять излечимые и неизлечимые формы косоглазия.

Для невропатологов и офтальмологов безусловно полезно знакомство с восприятием объектов, неподвижных относительно сетчатки и изменяющихся по цвету или яркости Быть может, различные нарушения свойств этого восприятия у больных также могут дать полезные указания о характере заболевания центральной нервной системы или зрительного анализатора.

Во многих случаях, когда исследователя интересуют проблемы восприятия сложных объектов (в норме или патологии), имеет смысл прибегать к записям движений глаз. При этом, используя записи, легко устанавливать, в каком порядке рассматривался объект, какие элементы фиксировались испытуемым, сколько раз и сколько времени фиксировался тог или иной элемент и т. д. Запись движений глаз иллюстрирует ход про цесса восприятия.

Знание закономерностей движений глаз и свойств восприятия изображений, неподвижных относительно сетчатки, может быть использовано (и иногда используется) в кино, телевидении, приборостроении, для рационального размещения приборов на приборных досках, для оценки возможностей восприятия в сложных условиях и т. д.

Элементарные сведения о строении органа зрения человека1

Наружный слой глазного яблока (рис. 1) представляет собой твердую (состоящую из прочной соединительной ткани) оболочку — склеру, переходящую в передней части в прозрачную оболочку — роговицу. Склера обеспечивает глазу сохранение неизменной формы и защищает его содержимое. Ту же роль выполняет и роговица, являясь одновременно частью диоптрического аппарата глаза.

Оболочки глазного яблока находятся под некоторым внутриглазным давлением. Нормальное внутриглазное давление лежит в пределах 15— 30 мм ртутного столба.