АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Роль движений глаз в процессе зрения
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» • МОСКВА 1966
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР проф доктор физико математических наук Н. Д НЮБЕРГ
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.
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
Диоптрический аппарат глаза, участвующий в построении изображения на его внутренней поверхности, складывается из роговицы, двояковыпуклой прозрачной линзы (хрусталика), прозрачной водянистой жидкости и прозрачного стекловидного тела, заполняющих глазное яблоко. К этому же аппарату относится ресничное (цилиарное) тело, обеспечивающее (при помощи ресничной мышцы) изменение кривизны поверхностей хрусталика (аккомодацию), и радужная оболочка, изменяющая размер зрачка (отверстие диафрагмы).
Благодаря аккомодации происходит настройка изображения на резкость. Изменение величины зрачка ведет к изменению светосилы и глубины резкости оптической системы. Оптическая система дает действительное обратное изображение предметов, находящихся перед глазом.
Размер диаметра глазного яблока по всем направлениям в норме близок к 24
Под склерой находится сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз. К внутренней стороне сосудистой оболочки прилегает пигментный эпителий, содержащий темный пигмент. За слоем пигментного эпителия находится самый внутренний слой, непосредственно воспринимающий световые раздражения,— сетчатка. Схематически сетчатка может быть разделена на две зоны: светочувствительную, обращенную к сосудистой оболочке, и нервную, обращенную к стекловидному телу. Толщина сетчатки в центральной ее части, в так называемом желтом пятне, около 0,1
Светочувствительными клетками сетчатки (рецепторами) являются палочки и колбочки (рис. 2). Палочки значительно чувствительнее к свету, чем колбочки. При очень малых освещенностях функционируют только палочки, связанные с аппаратом сумеречного зрения. Палочки заключают в себе светочувствительный приемник с максимумом чувствительности в области спектра с λ = 510
Место вхождения зрительного нерва в глазное яблоко лишено палочек и колбочек. Этим участком сетчатки мы не видим, и поэтому оно называется слепым пятном. Местом наиболее ясною видения является желтое
Рис 1
Рис. 2
Рис. 1. Схематическое изображение горизонтального разреза правого глаза человека
6 — радужная оболочка,
Рис. 2. Палочки и колбочки сетчатки
Слева — палочка.
пятно (macula lutea). Оно лежит несколько к виску и вверх от места вхождения зрительного нерва (рис. 1). Желтое пятно окрашено в желтый цвет
В сетчатке человека около 130 миллионов палочек и около 7 миллионов колбочек. Распределение палочек и колбочек по сетчатке показано на рис. 4 и 5. Диаметр внутреннего членика палочки около 0,002
Разрешающая способность глаза, максимальная для fovea centralis, постепенно снижается по мере перехода к периферии. На рис. 6 показана относительная острота зрения в зависимости от положения изображения на сетчатке.
Рис. 3. Кривые чувствительности дневных (колбочковых) приемников человека (Бонгард, Смирнов, 1955)
Сетчатка по своему строению очень сложна (рис. 7). Морфологи (Поляк— Polyak, 1941) различают в сетчатке следующие десять слоев:
Рис. 4 Рис. 5
Рис. 4. Распределение палочек и колбочек в сетчатке
По оси абсцисс отложено расстояние (в
Рис. 5. Относительное распределение палочек и колбочек в сетчатке
Конечными центрами зрения служат затылочные доли коры головного мозга, места так называемой борозды птичьей шпоры с ее обеими губами.
Часть зрительного пути от глазного яблока до хиазмы (места частичного перекреста зрительных нервов) называется зрительным нервом. Зрительный нерв, имеющий длину около 5
Рис. 6. Относительная острота зрения в зависимости от положения сетчаточного изображения на сетчатке (Jones a. Higgins, 1947)
нервные волокна в виде так называемого зрительного тракта заходят в подкорковые зрительные центры (подушка зрительного бугра, передние бугры четверохолмия, наружное коленчатое тело). Из промежуточных цен-
Рис. 7 Рис. 8
Рис. 7. Схематическое изображение строения сетчатки
I,
Рис. 8. Схема зрительных путей и центров
Место повреждения обозначено чертой и буквой на рисунке слева (Кравков, 1950) гров нервные волокна в качестве так называемых волокон Грациоле идут к конечным зрительным центрам. Часть волокон после коленчатого тела заходит в височную область мозга. Повреждения мозга и соответствующие нарушения в поле зрения глаза позволили установить связь между
Рис. 9. Проекция ноля зрения на мозговую кору
Цифрами указаны градусы (Holmes 1918).
отдельными местами сетчатки и различными участками мозговой коры. Такая проекция сетчатки на кору показана на рис. 9.
Положение глаза в орбитах схематически изображено на рис. 10. В норме во время движений глаза смещение центра глазного яблока относи-
Рис. 10. Схематическое изображение положения глаз в орбитах (Duke-Elder, 1932)
тельно глазницы практически отсутствует. Все движения глаза сводятся к его вращению вокруг некоторого центра, расположенного внутри глаза на зрительной оси. Расстояние между вершиной роговицы и центром вращения глаза равно приблизительно 13,5
центра осуществляется тремя парами мышц (рис. 11). Мышцы имеют названия в соответствии с их положением — наружная и внутренняя прямая, верхняя и нижняя прямая, верхняя и нижняя косая. Четыре прямые мышцы начинаются сухожилиями в глубине глазницы. Все они прикреплены к глазному яблоку на расстоянии в несколько миллиметров от края роговицы. Нижняя косая мышца от передней части глазницы идет кнаружи и огибает глазное яблоко, к которому прикреплена сзади. Верхняя косая мышца начинается в глубине глазницы, идет вперед, проходя через
Рис. 11 Рис. 12
Рис. 11. Схематическое изображение мышц глазного яблока
Рис. 12. Направление действия отдельных мышц глазного яблока
Пунктир — вертикальный меридиан глаза; черный кружок — зрачок;
Работа мышц при поворотах глаза довольно сложна. На рис. 12 показана схема действия отдельных мышц глазного яблока. Из всех произвольных мышц тела волокна глазных мышц самые тонкие. Для глазных мышц характерна очень большая насыщенность двигательными и чувствительными нервными волокнами (Дьюк-Элдер — Duke-Elder, 1932; Фултон— Fulton, 1943). Глазные мышцы иннервируются глазодвигательным, боковым и отводящим нервами. Боковой нерв иннервирует верхнюю косую мышцу, а отводящий — наружную прямую. Глазодвигательный нерв связан со всеми остальными мышцами глаза, включая ресничную (цилиарную) и мышцы, ведающие изменением величины зрачка. Все эти нервы начинаются в нижней части головного мозга у основания четвертого мозгового желудочка, в области четверохолмия, варолиева моста и продолговатого мозга.
2. Изучение движений глаз
при помощи последовательных образов
Современные методики записей движений глаз и методики создания стабилизированного сетчаточного изображения далеко не совершенны. Довольно часто при разработке новых методик используются давно устаревшие приемы. В некоторых случаях при помощи «забытых» приемов удается решать даже сложные вопросы. Все это говорит о целесообразности хотя бы краткого исторического обзора методик, имеющих отношение к настоящей теме.
Некоторые экспериментаторы (Додж — Dodge, 1907; Гельмгольц — Helmholtz, 1925; Дьюк-Элдер — Duke-Elder, 1932; Барлоу — Barlow, 1952; и др.) изучали характер движений глаз, пользуясь последовательными образами. В частности, изучались движения глаз в процессе фиксации, в процессе смены точек фиксации и при рассматривании сложных объектов. Следует заметить, что с появлением современных ламп-вспышек для многих задач самая методика получения последовательных образов стала намного совершеннее. Слепящая яркость и малая продолжительность вспышки света (меньше 0,001 сек.) позволяют создавать продолжительные последовательные образы большой резкости.
Приводим один из широко известных способов наблюдения за движением собственного глаза в процессе фиксации. Экспериментатор добивается появления четкого последовательного образа (метки), проектирующегося на fovea и имеющего форму крестика, черточки или маленького треугольника. Затем наблюдатель фиксирует точку на экране, который представляет собой или лист миллиметровки, или бумагу с нанесенной на ней сеткой. Во время фиксации он одновременно ведет наблюдение за движением метки относительно точки фиксации и сетки экрана, запоминает траекторию, по которой прошла метка в течение какого-то определенного отрезка времени.
Поскольку последовательный образ строго неподвижен относительно сетчатки, видимое движение по экрану этого образа полностью соответствует движениям глаза. Зная расстояние между глазом и экраном, легко подсчитать цену деления сетки экрана в угловых величинах и с некоторой небольшой точностью определить движения глаза, совершаемые им в процессе фиксации. В данном случае очень важна резкость изображения последовательного образа. Чем меньше метка и чем резче она видна глазу, тем, следовательно, с большей точностью можно определить ее движение по экрану.
Другой способ изучения движений глаз в процессе фиксации состоит в следующем. Наблюдатель фиксирует точку, расположенную в центре узкой щели. Позади каждой из половинок щели находится лампа-вспышка.
Включение ламп-вспышек производится последовательно с заранее заданным интервалом, равным какой-то части секунды. При этом возникают последовательные образы от каждой половинки щели. Вследствие движений глаза в промежутке между двумя вспышками две половинки последовательного образа обычно оказываются сдвинутыми относительно друг друга. По величине этого сдвига экспериментатор может судить о величине и характере движений глаз в процессе фиксации взора.
Наблюдения за большими движениями глаз при рассматривании какого-нибудь объекта удобно вести при помощи последовательного образа, имеющего форму окружности или круга, проектирующегося на fovea. Зная угловой размер круга, запоминая его положение на объекте во время восприятия, наблюдатель может приблизительно судить о том, как и какими частями сетчатки он смотрит на тот или иной элемент объекта и какую получает при этом информацию.
Общий характер движений глаз при рассматривании неподвижных объектов, в частности скачкообразность этих движений, изучался в прошлом (Ландодьт — Landolt, 1891) следующим образом. В затемненной комнате в поле зрения наблюдателя находился слабо освещенный объект восприятия и расположенный на его фоне или рядом с ним небольшой, но очень яркий источник света. Какой-то отрезок времени наблюдатель рассматривал объект или плавно обводил взором контур объекта и затем полностью выключал свет. Ряд последовательных образов, вызванных ярким источником света, позволял в этом случае наблюдателю судить о характере движений глаз. Каждый отдельный последовательный образ соответствовал процессу фиксации; каждый промежуток между смежными точками фиксации соответствовал смене точек фиксации.
Движения глаз при смене точек фиксации изучались некоторыми авторами (Ламанский — Lamansky, 1869; Кооб и Мосс — Cobb, Moss, 1925) при помощи яркого мелькающего источника света. Источник света, мелькающий с частотой в несколько сот герц, помещался между двумя точками фиксации. Во время смены точек фиксации, вследствие мельканий источника света и движений глаза, на сетчатке получался ряд изображений источника света, которые в последующий момент, после полного выключения света, воспринимались наблюдателем как цепочка последовательных образов.
Поскольку наблюдатель всегда знал частоту мельканий источника света, число последовательных образов и угол между точками фиксации, он мог определить время смены точек фиксации.
Чтобы обнаружить вращательное движение глаза вокруг зрительной оси, некоторые авторы (Лоринг — Loring, 1915) также пользовались последовательными образами. В этом случае последовательный образ в виде креста проектировался наблюдателем на экран с сеткой из горизонтальных и вертикальных линий. Наблюдатель выбирал точку фиксации и придавал голове положение, в котором линии креста были параллельны линиям сетки. Затем он совершал то или иное движение глазом и запоминал, в каких случаях и приблизительно на какой угол линии креста меняют свое направление относительно сетки экрана. Видимое вращение креста относительно своего центра соответствовало вращению глаза относительно оси зрения.
Если наблюдатель смотрит на очень яркое белое поле через красный фильтр, а затем красный фильтр меняет на фиолетовый (или все то же делается им в обратном порядке), то каждый раз небольшой отрезок времени после смены фильтра он видит fovea собственного глаза в виде маленькой звездочки. Фиксируя какую-нибудь точку, расположенную на ярком поле, и запоминая при этом движение fovea, наблюдатель может получить некоторое представление о движениях глаз в процессе фиксации.
Продолжительная фиксация какого-нибудь объекта, состоящего из контрастных элементов, разделенных резкими границами, вследствие адаптации приводит к тому, что видимые цветовые различия между элементами заметно уменьшаются. Однако при этом в результате небольших движений глаз появляются резкие полосы на границе элементов объекта. По тому, как появляются эти полосы и какова их ширина, также можно составить себе некоторое представление о движениях глаз во время фиксации.
В настоящее время изучение движений глаз при помощи последовательных образов проводится очень редко, так как выработаны более совершенные методики. Однако это не значит, что последовательные образы как метод уже сослужили свою службу и больше не найдут себе применения в лабораторной практике. Приведем несколько примеров.
Прежде всего, последовательные образы могут быть использованы в тех случаях, когда экспериментатора интересует восприятие объектов, неподвижных относительно сетчатки (последовательные образы всегда неподвижны относительно сетчатки). Например, восприятие формы или пропорций объекта в условиях, когда испытуемый не может воспользоваться движениями глаз, или восприятие оптических иллюзий в тех же условиях и т. д.
Если у больного вследствие внутричерепной опухоли остается только половина поля зрения (гемианопсия), то внутри функционирующей части сетчатки каждого глаза, как предполагают некоторые авторы, может возникнуть так называемая псевдо-fovea. Чтобы обнаружить место ее локализации и следить за ее эволюцией, целесообразно пользоваться последовательными образами. Опыт в этом случае мыслится таким: больному предлагают фиксировать центр некоторой геометрической фигуры (например, несколько концентрических кругов). Затем при помощи лампы-вспышки добиваются возникновения последовательного образа этой фигуры у больного. При этом, естественно, в виде последовательного образа больной увидит лишь часть фигуры — именно ту, которая окажется на функционирующей половине сетчатки в момент фиксация центра фигуры. Если больной фиксировал при помощи псевдо-fovea, то указанная часть будет больше половины и соответствующая разность (разность между видимой частью и половиной фигуры, подсчитанная в угловых величинах) покажет, на сколько смещена псевдо-fovea относительно центра сетчатки.
Видимая величина последовательного образа, так же как и видимая величина реального предмета, определяется рядом факторов, и прежде всего величиной сетчаточного изображения. Она заметно изменяется с изменением конвергенции, аккомодации и при значительном отклонении взора вверх или вниз. Поскольку сетчаточное изображение, соответствующее последовательному образу, остается все время строго неизменным, последовательный образ оказывается удобным тестом для изучения влияний некоторых факторов, сопутствующих восприятию и изменяющих видимую величину.
3. Определение величины непроизвольных движений глаз в процессе восприятия мелких объектов
Рассматривая тот или иной объект, определяя его пропорции, считая элементы объекта и т. д., мы обычно пользуемся движениями глаз, произвольно меняя точки фиксации. Было обнаружено, что если наблюдатель не имеет возможности пользоваться произвольными движениями глаз, то решение некоторых задач восприятия (определение пропорций, сравнение площадей, подсчет большого количества мелких элементов и т. д) становится затруднительным, даже когда соответствующее сетчаточное изображение оказывается полностью внутри fovea и, следовательно, все элементы объекта хорошо видны. Известно несколько способов, при помощи которых искусственно удается исключить движения глаз во время процесса восприятия. Кроме того, при определенных условиях аналогичная ситуация может возникнуть и в норме. Во время фиксации взора, направленного на неподвижный объект, глаза человека непроизвольно совершают небольшие скачкообразные движения. Если угловые размеры объекта меньше этих движений, то отдельные его элементы наблюдатель уже не может рассматривать порознь, пользуясь произвольными движениями глаз. Решая в этих условиях какую-либо из упомянутых задач, наблюдатель встречается со значительными трудностями. Факт появления таких трудностей использован некоторыми авторами для определения величины непроизвольных движений глаз, возникающих при фиксации взора. Ландольт (Landolt, 1891), пытаясь определить наименьший угол произвольных движений глаз, предлагал испытуемому считать вертикальные черточки, расположенные в виде равномерного ряда. Черточки удаляли от глаз испытуемого до расстояния, при котором он не мог их сосчитать, хотя хорошо различал. Затруднения с подсчетом черточек соответствовали, по мнению автора, ситуации, в которой произвольные движения глаз оказывались невозможными.
В настоящее время данная методика совершенно не может конкурировать с методиками, позволяющими вести объективную регистрацию движений глаз.
4. О ранних методах изучения восприятия объектов, неподвижных относительно сетчатки
В 1804 г. Д. Трокслер (Troxler) обнаружил, что предметы, видимые периферией глаза, исчезают во время тщательной фиксации какой-нибудь точки. Явление получило название эффекта Трокслера (Кларке — Clarke, 1960). По-видимому, впервые правильное истолкование этому эффекту дал Э. Эдриан (Adrian, 1928). Пользуясь данными электрофизиологии (у большинства животных импульсы в зрительном нерве появляются лишь в ответ на изменение света, действующего на сетчатку), Эдриан предположил, что и глаз человека перестает работать в условиях строгой неизменности и неподвижности сетчаточного изображения. Сам Эдриан пытался путем очень тщательной фиксации добиться исчезновения видимых различий внутри объекта, одну из точек которого он фиксировал. При определенных условиях это ему удавалось на небольшой отрезок времени, хотя подобные опыты были мало убедительными. Однако уже давно известно несколько способов, при помощи которых удается проиллюстрировать отмеченное выше свойство нашего зрения.
Мы знаем, что по внутренней поверхности сетчатки проходят довольно крупные кровеносные сосуды. Обычно они не видны, но легко создать условия, в которых становятся видимыми тени от таких сосудов на сетчатке. Если эти тени непрерывно меняют свои размеры или положение, они непрерывно и ясно видны наблюдателю. Из этой серии опытов наиболее эффектен следующий.
В затемненной комнате наблюдатель берет, допустим, в правую руку яркий точечный источник света и держит его перед собой ниже уровня глаз. Левой рукой прикрывает левый глаз, а правым глазом смотрит на большой темный экран или стену. Затем наблюдатель придает правой руке непрерывное колебательное движение, во время которого движущийся источник света все время виден глазу крайней периферией сетчатки. В этих условиях появляются резкие очертания сосудов глаза, которые кажутся наблюдателю спроектированными на экран. Стоит наблюдателю прекратить движение источника света (т. е. движение теней сосудов), как сосуды исчезают в течение 1—2 сек. При возобновлении движения они вновь появляются.
Укажем еще один способ, при котором наблюдателю удается видеть сосуды глаза. Перед глазом, вблизи роговицы, помещают непрозрачную диафрагму с очень маленьким отверстием (например, проколотый тонкой иглой кусок черной бумаги). Наблюдатель смотрит через отверстие на яркий экран и одновременно придает диафрагме небольшое по амплитуде колебательное движение. Движение отверстия перед зрачком приводит к перемещению пучка света по сетчатке, а это в свою очередь вызывает движение теней сосудов и их появление в поле зрения. Сосуды видны значительно лучше, если перед опытом искусственно расширить зрачок.
Известно, что при самой тщательной фиксации точки не удается добиться полного исчезновения различий, видимых в поле зрения. Обычно этому мешают непроизвольные движения глаз и головы. Однако можно указать на один очень простой опыт, который дает наблюдателю некоторое представление об этом явлении. Опыт состоит в следующем.
Наблюдатель садится за стол вблизи лампы и приклеивает несколько маленьких разноцветных бумажек к правой половине своего носа на участке, который хорошо просматривается правым глазом. После этого упирается локтями в стол и левой рукой закрывает левый глаз, а правую использует как подбородник. Затем он выбирает на столе точку фиксации так, чтобы рядом с ней в поле зрения оказались и разноцветные бу
мажки, приклеенные к носу. В какой-то момент, после непродолжительной фиксации, видимая часть носа и ярко освещенные бумажки полностью теряют свой цвет и кажутся однообразным темно-серым полем. Небольшое движение глаза мгновенно восстанавливает исчезнувшие различия. Относительная легкость, с какой в данном случае удается достигнуть успеха, объясняется тем, что из-за близкого расстояния бумажек к глазу их сетчаточное изображение оказывается дефокусированным, лишенным резких границ. В таких условиях небольшие движения глаз менее существенны. Описанные приемы с успехом могут быть использованы в качестве иллюстраций и пояснении при ознакомлении с работой глаза.
Общее представление о характере движений глаз можно получить при прямом визуальном наблюдении за глазом. Некоторые авторы (Жаваль — Javal, 1879) использовали при этом зеркало. Наблюдения велись за изображением глаза в зеркале. Экспериментатор находился сзади испытуемого и не отвлекал его во время опыта. Однако невооруженным глазом экспериментатору удавалось заметить лишь крупные движения. Поворот глаза на 1°, соответствующий смещению роговицы на 0,2
Но экспериментатора не всегда устраивали готовые оптические инструменты. Приходилось создавать новые приборы специального назначения.
Некоторые авторы (Джордж, Торен, Лёвел — George, Toren, Lowell, 1923; Парк Г., Парк Р.— Park G., Park R., 1933) изучали положения центра вращения глаза в зависимости от направления взора. В этой работе проводились наблюдения за вершиной роговицы при помощи специальных оптических приборов. Центр вращения глаза не остается строго неподвижным относительно глазного яблока, поэтому при повороте глаза вершина роговицы движется по поверхности, несколько отличной от сферы. Зная это отличие для многих направлений взора, относительно просто указать локализацию геометрического места точек, по которому будут располагаться соответствующие центры вращения.
Г. Парк и Р. Парк (Park G., 1936а, 19366; Park G., Park R., 1940) изучали движения глаз во время фиксации при помощи специального угломера. При этом движения глаза изучались в связи с движениями хрусталика. По мнению авторов, фиксация точки сопровождается непрерывными движениями глаза и хрусталика.
При помощи стереоскопа и телескопов Р. Пекхам (Peckham, 1934), К. Огл, Э. Масси, А. Пранджен (Ogle, Massey, Prangen, 1949) изучали изменения конвергенции в процессе фиксации объекта.
Создание оптических приборов специального назначения делает методику визуальных наблюдений пригодной для изучения некоторых видов движений глаз и в настоящее время.
Однако каждый раз, когда параллельно появляется новая методика, позволяющая вести объективную регистрацию, она оказывается точнее и поэтому предпочтительнее.
6. Механическая запись движений глаз
В прошлом некоторые авторы пользовались методиками, при которых связь между глазом и записывающим устройством осуществлялась механически. Известны три вида таких методик.
В первом случае использовалась выпуклость роговицы, движение которой (подобно кулачку кулачкового валика) передавалось рычажку-коромыслу. Стойку (или опору), в которой вращался рычажок, прикрепляли к голове испытуемого. Один отполированный конец рычажка, слегка прижимаясь, касался анестезированной поверхности глаза. Вторым концом велась запись на движущуюся ленту бумаги. Голова испытуемого обычно фиксировалась в подбороднике. Подобной методикой пользовались Дж. Ом (Ohm, 1914, 1916, 1928) и Корде (Cords, 1927).
Во втором виде методик также использовали выпуклость роговицы, однако ее движение передавалось не рычагу, а эластичному резиновому баллончику, заполненному воздухом. Баллончик закрепляли в таком положении, что он оказывался слегка прижатым к анестезированной поверхности глаза. Движение глаза меняло давление внутри баллончика, и это изменение передавалось по тонкой трубке устройству, на котором велась соответствующая запись.
В третьем виде методик этого типа авторы пользовались чашечками, напоминающими контактные линзы. В центре такой чашечки находилось отверствие или окно, через которое испытуемый смотрел на объект восприятия. Чашечку прикрепляли к анестезированному глазу, подобно контактной линзе. К чашечке прикрепляли рычаг или нить, при помощи которых и осуществлялась передача движений глаза записывающему устройству. Э. Делябарр (Delabarre, 1898), Э. Хьюи (Huey, 1898, 1900) пользовались гипсовыми чашечками, И. Оршанский (Orschansky, 1899) применял чашечки, сделанные из алюминия. В некоторых опытах он приклеивал к чашечке зеркальце и, по-видимому, впервые использовал отраженный и спроектированный на экран пучок света для изучения движений глаз.
Применять в настоящее время механическую запись движений глаз не имеет смысла. Она дает малую точность и сложнее многих современных методик.
7. Запись движений глаза отраженным пучком света
К глазу испытуемого, тем или иным способом, прикрепляется плоское зеркальце. Из осветителя, в диафрагме которого может быть узкая щель или маленькое отверстие, посылается на зеркальце пучок света. Отраженный пучок направляется на светочувствительный материал и фокусируется на нем в виде маленького светового зайчика (если запись ведется на неподвижный светочувствительный материал) или в виде яркой узкой полоски (если запись ведется на движущуюся светочувствительную ленту фотокимографа). Повторяя движения глаза, отраженный пучок света записывает их на светочувствительном материале. Во время опыта голова испытуемого закреплена в подбороднике. Веки анестезированного глаза фиксируются полосками лейкопластыря, или экспериментатор одерживает их руками.
Известно несколько способов прикрепления зеркальца к глазу. Э. Маркс и В. Тренделенбург (Marx, Trendelenburg, 1911) приклеивали зеркальце к алюминиевой чашечке, напоминающей контактную линзу. Чашечка вместе с зеркальцем прикреплялась к глазу подобно контактной линзе. Г. Дольман (Dohlman, 1925) заменил алюминиевую чашечку резиновой.
Ф. Адлер и М. Флигельман (Adler, Fliegelman, 1934) приклеивали зеркальце непосредственно к склере глаза. Л. Риггс и Ф. Ратлифф (Riggs, Ratliff, 1949, 1950, 1951) применяли контактные линзы с укрепленными на них зеркальцами. В этом случае отпадала необходимость в анестезии глаза. В последующие годы контактными линзами пользовались многие авторы: Б. Гинзборг (Ginsborg, 1952), Р. Дитчберн и Б. Гинзборг (Ditchburn, Ginsborg, 1953), Л. Риггс, И. Армингтон, Ф. Ратлифф (Riggs, Armington, Ratliff, 1954), Дж. Нахмане (Nachmias, 1959, 1960), Дж. Краускопф, Т. Корнсуит и Л. Риггс (Krauskopf, Cornsweet, Riggs, 1960), Л. Риггс и Э. Найчл (Riggs, Nichl, 1960) и др. Контактные линзы применялись для монокулярной и бинокулярной записей, а дополнительные несложные приспособления позволяли вести одновременную запись вертикальных и горизонтальных компонентов движений глаза. Кроме того, контактную линзу стали использовать как «фундамент», к которому вместо зеркальца прикрепляли различные устройства, необходимые для решения определенных экспериментальных задач и создания новых методик. Наконец, автор настоящей работы вместо контактных линз применял маленькие резиновые присоски с зеркальцами, которые, обладая очень небольшой массой, создавали жесткую связь между зеркальцем и глазом (Ярбус, 1954). Подробнее эта методика будет описана ниже.
Методика записи движений глаз отраженным пучком, по сравнению с другими известными в настоящее время методиками, наиболее чувствительна. Однако ее нельзя применять в тех случаях, когда противопоказано прикрепление какого-либо устройства к глазу испытуемого, и в этом ее большой недостаток. К недостаткам этой методики следует отнести и определенные искажения в записях (вопрос об искажениях при записи отраженным пучком будет подробно рассматриваться в дальнейшем). Говоря о контактных линзах, следует отметить, что во многих случаях они очень удобны и незаменимы, однако обладают двумя существенными недостатками. Контактная линза имеет довольно большую массу и, будучи укреплена на глазу, существенно меняет его момент инерции. Это сказывается на движениях глаз, протекающих с большими ускорениями (смена точек фиксации, тремор). Вторым существенным недостатком обычной контактной линзы является то, что между нею и глазом отсутствует жесткая связь. В момент ускоренного движения контактная линза слегка смещается, скользя по глазному яблоку.
8. Изучение движений глаз при помощи фото- и киносъемки
Для изучения движений глаз многие авторы применяли киносъемку и фотографирование. В методиках этого типа о движениях глаз судили по последовательному смещению изображений какого-то элемента глаза относительно некоторой метки, жестко связанной с головой испытуемого. В ряде методик, в которых осуществлялась хорошая фиксация головы, за такую метку принималось исходное положение самого глаза.
По-видимому, впервые фотографирование глаза в движении применили Р. Додж и Т. Клайн (Dodge, Cline, 1901). Они фотографировали глаз на неподвижную фотопластинку и получали ряд сдвинутых относительно друг друга изображений глаза, соответствующих состоянию отдельных фиксаций. Анализ такого снимка давал представление о характере движений глаза.
Более совершенный способ применили К. Джадд, К. Мак Аллистер и У. Стил (Judd, McAllister, Steele, 1905). Они вели прерывистую (около 9 кадров в секунду) съемку глаза и части лица. На роговицу глаза китай-сними белилами сажалась маленькая точка. Голова испытуемого фиксировалась, и, кроме того, к ней прикреплялись два маленьких блестящих шарика, которые, попадая в поле зрения объектива, фотографировались в каждом кадре и служили как бы началом координат. Относительно этого начала координат в каждом кадре определялось положение белой точки, а после соответствующей обработки всех кадров создавалась картина движений глаза.
Дж. Корслейк (Korslake, 1940) вел киносъемку изображения глаза в полупрозрачном зеркале, через которое испытуемый рассматривал объект восприятия. При этом аппарат находился сзади испытуемого и не отвлекал его во время опыта.
X. Барлоу (Barlow, 1952) применил следующий способ. На роговицу глаза испытуемого помещалась очень маленькая капелька ртути. Вторая капелька помещалась на лоб. При помощи микроскопа изображение двух капелек проецировалось на движущуюся пленку и записывалось на ней. По записи движений капли, укрепленной на роговице, судили о суммарном значении движений глаза и головы. О движениях головы судили по записи движений капли, укрепленной на лбу. Во время опыта голова испытуемого фиксировалась, что ограничивало ее движения.
Г. Хиггинс и К. Штютц (Higgins, Stuetz, 1953), изучая движения глаз во время фиксации, фотографировали на движущуюся пленку увеличенное изображение кровеносного сосуда склеры. Оптическая система прибора давала 26-кратное увеличение сосуда, выбранного таким образом, чтобы его изображение было перпендикулярным щели прибора. Участок склеры, на котором находился фотографируемый сосуд, освещался ультрафиолетовым светом. Для контроля движений головы одновременно велась запись метки, укрепленной на носу испытуемого. Ф. Хаберих и М. Фишер (Haberich, Fischer, 1958) изучали моргательные движения глаза при смене точек фиксации при помощи так называемой лупы времени. В 1 сек. лупа времени давала 64 изображения глаза на пленке. Одновременно на пленке регистрировались повороты головы. А. Р. и В. Р. Шахнович (1961) описали прибор, в котором изображения обоих глаз испытуемого проецируются в плоскости щели фотокимографа. Перед этой щелью вращается призма-компенсатор, которая сдвигает изображения в направлении, перпендикулярном щели. В этих условиях происходит сканирование зрачка и на пленке отпечатывается его диаметр. В плоскости щели оптической системы можно проецировать как вертикальный, так и горизонтальный диаметр каждого зрачка. В этих условиях на пленке регистрируются обе составляющие (вертикальная и горизонтальная) движения каждого глаза. Точность методики невелика, поэтому она удобна для записей больших движений глаз, конвергенции и дивергенции. Во всех случаях получается одновременная регистрация величины зрачка.
Давая оценку методикам записи движений глаз, в основе которых лежит фото- и киносъемка, следует отметить, что эти методики успешно могут применяться во многих случаях, где требуется регистрация крупных движений глаз. Основным недостатком их является относительно большая трудоемкость обработки записей. роговице во время движения глаза, изменяется. Это приводит к тому, что при движениях глаза перемещается и роговичный рефлекс. Ряд авторов использовали роговичный рефлекс для изучения движений глаз. Этот путь казался очень заманчивым — можно было изучать движения глаз, не касаясь самого глаза. С другой стороны, каждый экспериментатор ясно представлял себе и трудности такой методики. Сами по себе незначительные движения рефлекса всегда протекают на фоне движений головы, складываясь с ними, вследствие чего резко снижается точность записей. Почти во всех вариантах методика требовала очень хорошей фиксации головы испытуемого или жесткой связи с нею определенных оптические устройств, которые в какой-то мере снимали артефакты, вызванные движениями головы. Кроме того, некоторые смещения рефлекса иногда вызываются изменениями толщины слоя слезной жидкости, покрывающей роговицу, особенно вблизи век. Довольно сложной оказалась и зависимость между движением глаза и движением рефлекса.
Первыми авторами, фотографировавшими роговичный рефлекс для изучения движений глаз, были Р. Додж, Т. Клайн (Dodge, Cline, 1901) и Г. Страттон (Stratton, 1902, 1906). Р. Додж (1907) записывал движения рефлекса на падающую фотопластинку. Он изучал движения глаз в процессе фиксации, прослеживания и чтения. Г. Страттон записывал движения рефлекса на неподвижную фотопластинку при рассматривании испытуемым сложных геометрических фигур. В дальнейшем методы фотографирования роговичных рефлексов совершенствовались, появилась специализированная аппаратура. Особое внимание уделялось созданию аппаратуры, приспособленной для записи рефлексов двух глаз во время чтения (Тинкер — Tinker, 1931; Тейлор — Taylor, 1937). Кроме того, была создана аппаратура для одновременной записи вертикальных и горизонтальных движений рефлекса (Уивер — Weaver, 1931; Кларк — Clark, 1934). В последние годы два варианта аппаратуры, специально предназначенной для изучения движений глаз в процессе фиксации, создали X. Хартридж и Л. Томсон (Hartridge, Thomson, 1948). Чтобы избежать влияния движений головы на результаты записей, эти авторы сконструировали специальную алебастровую шапочку, к которой был прикреплен источник света, точка фиксации и некоторые оптические устройства. Шапочку надевали на голову испытуемого и закрепляли. Источник света и роговичный рефлекс фотографировали одновременно киносъемочным аппаратом с частотой СО кадров в секунду. В другом, более совершенном варианте методики испытуемый во время опыта держал зубами специальную пластину, прикрепленную к оптической системе. Сама оптическая система свободно вращалась во всех направлениях и не стесняла головы испытуемого.
Кроме фотографической, в дальнейшем М. Лордом н У. Райтом была разработана фотоэлектрическая методика записи движений роговичного рефлекса (Lord, 1948, 1951, 1952; Lord, Wright, 1948, 1949). Методика использовалась в основном для изучения движений глаз в процессе фиксации. Как утверждают авторы, при помощи этой методики удавалось зафиксировать повороты глаза даже в одну угловую минуту. Во время опыта испытуемый лежал на спине, голова его находилась в специальной подставке и была закреплена ремнем. В дополнение к этому испытуемый держал зубами пластинку, жестко связанную с подставкой. На роговицу посылался ультрафиолетовый пучок света с длиной волны 365
И. Макуорт и Н. Макуорт (Mackworth Y., Mackworih N., 1958) для регистрации движений глаз воспользовались телевизионной техникой. Изображение объекта восприятия и роговичный рефлекс, увеличенный в сто раз, передавались на экран телевизионной трубки и совмещались на нем так, что положение рефлекса на объекте соответствовало точке фиксации.
Такая методика, по словам авторов, позволяла вести регистрацию движений глаз с точностью до 1—2°.
Все методики, в которых используется запись роговичного рефлекса, могут применяться только для регистрации относительно больших движений глаз.
10. Электроокулография
Известно, что существует определенная разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами сетчатки или между роговицей и склерой (Моурер, Рач, Миллер — Mowrer, Ruch, Miller, 1936). В результате при поворотах глаза в горизонтальной плоскости происходят изменения разности потенциалов между точками кожи, расположенными справа и слева от глаза. При поворотах глаза в вертикальной плоскости эти изменения происходят между точками кожи, расположенными выше и ниже глаза, и вызываются как в первом, так и во втором случае изменениями условий отведения постоянного потенциала глаза.
Изменения потенциалов могут быть сняты парой электродов, прикрепленных к соответствующим местам кожи, усилены и записаны. Поскольку между поворотом глаза и изменением потенциала существует определенное взаимно однозначное соответствие, полученные записи легко использовать для регистрации движений глаз. В этой методике существенно, что на ре-1истрацию движений глаз не влияет движение головы и запись производится без прикосновения к глазу. Основной недостаток методики — небольшая точность.
У. Майлс (Miles, 1939а, б, в, 1940) исследовал действие различных условий на величину разности роговично-сетчаточного потенциала и обнаружил, что световая адаптация вызывает повышение, а темновая — понижение разности потенциалов. Записываемые изменения потенциалов обычно меньше милливольта.
Э. Шотт (Scliott, 1922); И. Мейерс (Meyers, 1929) и Э. Джекобсон (Jacobson, 1930а, б) одними из первых изучали движения глаз при помощи злектроокулографии. В дальнейшем эта методика получила широкое распространение — ею пользовались Л. Кармайшел, У. Дирборн (Carmichael, Dearborn, 1948), М. Монье, X. Хуфшмидт (Monnier, Hufschmidt, 1950), Ф. Хаджсон, М. Лорд (Hadgson, Lord, 1954) и другие.
В Советском Союзе электроокулография впервые и широко была использована Л. Т. Загорулько, В. Д. Глезером, Б. X. Гуревичем, Л. И. Леушиной в Ленинградском институте физиологии им. И. П. Павлова.
Наиболее совершенной из разновидностей электроокулографических методик, предложенных в последние годы, следует, по-видимому, считать методику, которую описал А. Форд, К. Уайт и М. Лихтенштейн (Ford, White, Lichtenstein, 1959). Методика позволяет вести одновременную регистрацию горизонтальных и вертикальных движений глаза.
В настоящее время электроокулография довольно успешно используется многими авторами в тех случаях, когда не требуется большая точность записи движений глаз (где ошибки в записях могут превышать один градус).
11. Некоторые фотоэлектрические методики записи движений глаз
В последние годы рядом авторов разработаны методики записи движений глаз, которые условимся называть фотоэлектрическими.
Одну из первых методик этого типа разработал Г. Дольман (Dohlman, 1935). Схема ее сводилась к следующему. Источник света и фотоэлемент прикреплялись к голове испытуемого. Затем после фиксации век к анестезированному глазу испытуемого прикреплялась резиновая чашечка. Прикладывая чашечку к глазу, экспериментатор нажимал на нее, и она слегка присасывалась. С резиновой чашечкой была связана заслонка, которая частично перегораживала пучок света, падающий на фотоэлемент.
Край заслонки имел положение, при котором свет модулировался горизонтальными движениями глаз. Усиленный фототок записывался, и по его изменениям судили о движениях глаза.
X. Дришель и К. Ланге (Drischel, Lange, 1956; Drischel, 1958) пользовались следующей методикой. На глаз испытуемого проецировалась узкая полоска инфракрасного света. На глазу световой зайчик имел длину 4
Для исследования мелких движений глаз при фиксации Т. Корнсуит (Cornsweet, 1958) разработал следующую методику. После фиксации головы испытуемого через зрачок на слепое пятно глаза посылался узкий пучок света. На слепом пятне световой зайчик имел форму маленького прямоугольника. При движениях глаза зайчик пересекал крупные кровеносные сосуды, что вызывало модуляцию отраженного света. Отраженный свет посылался на фотоумножитель и осциллограф, с которого велись фото-записи.
У. Смит и П. Уортер (Smith, Warter, 1959, 1960) предложили более простой вариант изложенных методик. После того как было зафиксировано положение головы испытуемого, на горизонтальную щель при помощи оптической системы проецировалось изображение небольшого участка глаза. Центр этого участка соответствовал границе между роговицей и склерой в том ее месте, где касательная к границе имеет вертикальное положение. В этом случае изображение края роговицы перпендикулярно щели. Позади щели помещали фотокатод трубки фотоумножителя. Повороты глаза вокруг вертикальной оси вызывали модуляцию света, падающего на светочувствительный элемент трубки. При этом изменения фототока находились во взаимно однозначном соответствии с движениями глаз и, следовательно, позволяли вести записи этих движений. Кроме того, авторы дают описания движущегося объекта, скорость, яркость и другие характеристики которого могут произвольно изменяться. Это система связана с системой для записи движений глаз так, что движения глаз и объекта регистрируются одновременно.
К. Гардер (Gaarder, 1960) применял методику с использованием контактной линзы, на которой укреплялось плоское зеркальце. На фотоэлементы посылался пучок света, отраженный от зеркальца. Методика позволяла регистрировать горизонтальные и вертикальные движения глаз.
Б. Шекл (Shackel, 1960) дает описание методики, которая наряду с движениями глаз позволяет вести изучение движений головы. Телевизионная камера, укрепленная на голове испытуемого, обеспечивает регистрацию поля, видимого глазом. Аппаратура, регистрирующая движения глаза, посылает на тот же экран белое пятнышко, в каждый данный момент соответствующее с определенной точностью точке фиксации.
А. Д. Владимиров и Е. Д. Хомская (1961) описали фотоэлектрическую регистрацию движений глаз с непосредственной чернильной записью. При помощи оптической системы изображение глаза испытуемого проецировалось на матовое стекло, разделенное вертикальной перегородкой на две равные части. Позади каждой из половинок матового стекла находилось фотосопротивление, светочувствительный слой которого плотно прилегал к стеклу. Движение глаза в горизонтальной плоскости вызывало перемещение на матовом стекле его изображения и изменение освещенности фотосопротивлений. Фотосопротивления были включены в схему, на выходе которой изменение напряжения находилось во взаимно однозначном соответствии с движением глаза. Это изменение подавалось на вход усилителя или к шлейфу. При помощи этой методики горизонтальные движения глаз записывались с точностью до 1—2°. Как пишут авторы, методика может быть использована лишь для регистрации макродвижений глаза.
Для изучения движения глаз можно применять фотоэлектрические методики, если в работе допустимы ошибки в 1—2°. Почти для всех этих методик увеличение точности требует хорошей фиксации головы испытуемого. Ряд фотоэлектрических методик позволяет вести изучение движений глаз без прикосновения к глазу, и в этом их основное достоинство.
12. Создание стабилизированного сетчаточного изображения при помощи контактной линзы
Р. Дитчберн, Б. Гинзборг (Ditchburn, Ginsborg, 1952), Л. Риггс, Ф. Ратлифф, Дж. Корнсупт и Т. Корнсуит (Riggs, Ratliff, Cornsweet J., Cornsweet T., 1953) приводят описание методики, призванной создавать стабилизированное изображение на сетчатке.
К контактной линзе жестко прикрепляется стержень, на конце которого находится плоское зеркальце. Стержень смещен относительно оси линзы так, что оставляет свободной центральную часть линзы, прикрывающую роговицу, и мало мешает моргательным движениям глаза во время опыта. Ось стержня, нормаль зеркальца и ось линзы параллельны друг другу. После того как линза крепится на глазу, из проектора посылается узкий пучок света на зеркальце. Отраженный от зеркальца пучок попадает в оптическую систему и из нее на экран, расположенный перед глазами испытуемого. Тестовое поле, видимое испытуемым на экране, имеет форму круга, состоящего из двух полей, разделенных вертикальной границей, Диаметр тестового поля равен 2°. Когда падающий и отраженный пучок света и нормаль зеркальца во время движений глаза остаются в одной и той же плоскости и, угол поворота отраженного пучка в два раза больше угла поворота глаза. Оптическая система, созданная авторами, уменьшает угловое смещение изображения на экране, делая его в горизонтальном направлении равным повороту глаза. При этом изображение вертикальной границы двух полей на экране должно стать неподвижным относительно сетчатки.
В дальнейшем М. Клаус и Р. Дитчберн (Clowes, Ditchburn, 1959) усовершенствовали описанную методику так, что по замыслу она позволяла скомпенсировать не только горизонтальную, но и вертикальную составляющие движений глаза.
Эти же авторы на контактной линзе укрепляли короткофокусную линзу вместе с тест-объектом. Короткофокусная линза должна была создавать на сетчатке неподвижное и резкое изображение объекта.
Основным недостатком методик, создающих неподвижное сетчаточное изображение при помощи контактных линз, оказывается тот факт, что во время опыта вертикальная граница тестового поля исчезает лишь на небольшие отрезки времени (несколько секунд). Затем она появляется на несколько секунд и вновь исчезает и т. д.
Можно думать, что появление границы тестового поля обусловлено недостаточно прочной связью контактной линзы с глазным яблоком. По-видимому, в моменты резких поворотов глаза контактная линза претерпевает некоторое смещение и это приводит к проявлению границы.
13. Присоски
В настоящем и последующих разделах первой главы дано описание методик, которыми пользовался автор. В одном из разделов описаны способы изготовления соответствующих приборов и вспомогательных устройств.
Рис. 13. Присоска
Самым важным элементом аппаратуры каждой методики является специальная присоска. В зависимости от задач, которые ставит перед собой экспериментатор, изготовляются присоски различных конструкций.
Каждая присоска во время опыта прикрепляется к анестезированной поверхности глазного яблока испытуемого, не вызывая болезненных ощущений и нежелательных последствий. Способ, каким прикрепляется присоска к глазу, следует из самого ее названия. Можно сказать, что присоска служит для жесткой связи какого-то миниатюрного прибора с глазным яблоком. Во всех опытах веки глаза фиксируются, чтобы исключить моргательные движения, которые могут привести к сдвигу или отрыву присоски от глазного яблока. Продолжительность отдельного опыта не должна превышать нескольких минут.
При изготовлении присосок допустимы некоторые вариации формы и размеров. Поэтому в большинстве случаев изображения присосок даются не в виде чертежей, а в виде схем с пояснениями и указаниями наиболее
важных размеров в тексте. Каждый рисунок с присоской следует рассматривать как горизонтальное сечение, проходящее через зрительную ось правого глаза.
Описание конструкций присосок дано с подробностями, которые позволяют наладить их изготовление в любой механической мастерской. Если читатель не собирается делать присоски и легко поймет идею каждой конструкции без описания ее деталей, он это описание может не читать. Однако для понимания материала последующих глав необходимо общее представление о конструкции каждой из присосок.
Присоска, схематически изображенная на рис. 13, служит для записи движений глаз. Чтобы упростить изложение, будем в дальнейшем обозначать любую присоску этого типа П1 Всякий другой тип присоски будет обозначаться той же буквой, но с другим индексом.
Присоска
присоски сопровождается пропорциональным изменением всех ее размеров. Диаметр круглых зеркалец у больших присосок не превышает 7—8
На рис. 14 схематически изображена присоска типа П2, которая отличается от присоски
Рис. 16. Присоска
Второй разновидностью типа П
Гофрированная поверхность препятствует скольжению присоски по глазному яблоку. Вес присоски
На рис. 16 схематически изображена присоска
Присоска П5, схематически изображенная на рис. 17, служит для записи пульсаций глазного яблока. Корпус присоски
На рис. 18 показана схема присоски
Во время опыта насадка имеет положение, изображенное на рис. 18. Обычно опыты с присоской
Короткофокусная линза дает увеличенное изображение тестового поля, которое глаз видит на фоне отраженного в зеркальце молочного стекла.
Настройка резкости изображения осуществляется перемещением насадки вдоль дюралевого цилиндра
На рис. 19 схематически изображена присоска П7, при помощи которой можно получить на сетчатке два накладывающихся одно на другое сетчаточных изображения. При этом одно из этих изображении неподвижно относительно сетчатки, другое — подвижно.
Дюралевый корпус
На рис. 20 показана схема присоски П8, при помощи которой можно получать изображения, неподвижные относительно сетчатки для любой части поля зрения глаза.
Дюралевый корпус
3
Толщина диафрагмы
1.5
Когда присоска укреплена на глазу, заслонка становится неподвижной относительно сетчатки. Небольшой размер отверстия диафрагмы
В зависимости от задач, которые ставит перед собой экспериментатор, ему приходится менять не только конструкции присосок, но и конструкции насадок. Во второй главе при описании некоторых опытов приводится довольно подробное описание нескольких насадок к присоске П6.
14. Аппаратура, используемая при работе с присосками
На рис. 21 показана фотография установки, которая используется в основном при записи движений глаз. Установка состоит из станины (корпуса), подбородника, двух осветителей и распределительного щита. В основе корпуса находится большой массивный штатив.
С этим штативом жестко скреплены две металлические стойки и распределительный щит, представляющий собой пластину, на которой смонтированы розетки и выключатели. В подвижную часть большого штатива вмонтирована металлическая стойка, заканчивающаяся подбородником. Подбородник может перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях, может вращаться вокруг оси стойки и после того, как найдено нужное положение, может быть жестко закреплен. Кроме того, параметры самого подбородника могут изменяться экспериментатором в соответствии с размерами головы испытуемого. Такое устройство и установка подбородника позволяют довольно хорошо фиксировать голову испытуемого во время опытов. На каждой металлической стойке находится массивный шатун, а на конце шатуна — универсальный штатив. На каждом штативе закреплен осветитель на шарнирах. Такая система позволяет экспериментатору быстро (и это очень существенно) направлять пучок света, отраженный от зеркальца присоски, на щель кимографа или на кассету. Распределительный щит дает возможность в процессе опыта включать и выключать тот или иной прибор, не отходя от наблюдателя.
В зависимости от того, с какой присоской ведется работа в опыте и какие конкретные задачи стоят перед экспериментатором, ему приходится пользоваться различными осветителями и дополнительными устройствами к ним. Так, например, для записи движений глаза на неподвижную светочувствительную бумагу или пленку пользуются осветителем, который посылает на светочувствительный материал световой зайчик в виде яркой точки, диаметр которой не превышает 1
Для освещения молочного стекла присоски
В некоторых опытах с изображением, неподвижным относительно сетчатки (т. е. когда применяются присоски П6 и П8), на осветители надевают насадки с поляроидами и разнообразными фильтрами. Иногда используют специальные диски и вертушки, изменяющие по заданному закону яркость и цвет света, падающего на молочное стекло или заслонку. Однако конструкции этих устройств не требуют пояснений.
Пользуясь присосками П6, П7 и П8, целесообразно проводить опыты в условиях, когда лицо испытуемого обращено вверх, а фиксационная точка для второго глаза находится на потолке. Для этой цели может быть приспособлено кресло с низкой спинкой и регулируемым устройством, поддерживающим голову в нужном положении.
В зависимости от задач, поставленных экспериментатором, записи движений глаз могут производиться на подвижном или неподвижном светочувствительном материале. Записи на неподвижную фотобумагу или пленку производятся в затемненной комнате, в которой освещен направленным пучком света только объект восприятия, расположенный на фоне черного бархата. Обычно для опыта фотоматериалы закладываются в кассеты и открываются только на время записи. Чтобы облегчить дальнейшую обработку записей, фотобумага или пленка должны иметь довольно большие размеры, приблизительно 30 X 40
Рис 21. Установка, используемая при записи движений глаз
летворяются примитивной и несколько видоизмененной моделью фотокимографа, изготовление которой не представляет особых трудностей и не требует подробного описания. В основе такого фотокимографа лежит большой барабан, на котором в темноте закрепляется широкая осциллографическая бумага. Диаметр барабана равен 50—60
Рис. 22. Плексигласовая маска для укрепления вспомогательных устройств, используемых в опытах с присосками
шириной осциллографической бумаги, которая не должна быть уже 25—30
Когда возникает потребность укрепить на лице испытуемого какое-либо устройство, необходимое в опыте или облегчающее работу, на него надевают плексигласовую маску, изображенную на рис. 22. Маска плотно облегает лицо и голову и хорошо держится на ней. В плексигласе находится ряд отверстий с резьбой, в которых экспериментатор может закреплять нужные устройства.
Кроме всего перечисленного, в работе с присосками используются приборы, широко известные в лабораторной практике.
15. Техника эксперимента с присосками
Присоска не может находиться на глазу испытуемого больше нескольких минут. После того как присоска прикреплена к глазу, работа складывается из двух частей: настройка аппаратуры и самый эксперимент. Во многих случаях настройка аппаратуры довольно сложна и отнимает много времени. Чтобы уменьшить это время, экспериментатор обязан очень тщательно готовиться к каждому опыту.
Подготовка к работе с присосками начинается с подбора испытуемых. У испытуемых должны быть большие глаза и большой разрез глаз, а конъюнктива здоровой и не раздражающейся под действием дикаина.
Готовясь к опыту, экспериментатор прежде всего составляет подробный план опыта, подготовляет всю необходимую аппаратуру и дает задание испытуемому. Испытуемый усаживается к подбороднику или в соответствующее кресло. Проводится предварительная настройка всей аппаратуры, проверяется ее готовность. Это особенно важно при записи движений глаз на неподвижную фотобумагу или пленку. Правильное расположение объекта восприятия и кассеты относительно испытуемого упрощает опыт и уменьшает искажения.
Затем экспериментатор заготовляет полоски лейкопластыря для фиксации век. Ширина каждой полоски равна 12—15
Обычно для фиксации век одного глаза бывает достаточно двух полосок. Готовые полоски лейкопластыря раскладываются на чистом листе бумаги. Весь листок с полосками кладется на какую-нибудь постоянно подогреваемую поверхность с температурой 60—80° С, где и хранится до момента употребления. Подогретый лейкопластырь прочнее приклеивается к коже и надежнее фиксирует веки.
Далее, экспериментатор протирает веки, лоб и щеки испытуемого ватой, слегка смоченной в спирте, что делает кожу сухой и чистой. Затем в конъюнктивальный мешок глаза он пускает 2—3 капли однопроцентного раствора дикаина, сухой ваткой вытирает слезы и через 1—2 минуты приступает к фиксации век.
Фиксируются веки следующим образом. Испытуемого просят закрыть глаз и прижимают один конец полоски лейкопластыря к верхнему веку так, чтобы она касалась ресниц. Сжимая двумя пальцами кожу века, прикрытую лейкопластырем, оттягивают ее вместе с лейкопластырем от глаза, пока между пальцами не образуется вертикальная складка. Сжимая складку, добиваются прочной связи лейкопластыря с кожей. Натягивая второй конец полоски лейкопластыря, поднимают веко до нужного положения и фиксируют его, приклеивая полоску ко лбу. Точно так же закрепляют и фиксируют нижнее веко, приклеивая полоску лейкопластыря к щеке. Если на голове испытуемого находится маска (рис. 22), полоски лейкопластыря приклеиваются к маске. На рис. 23 показано положение век для случая работы с присоской
Рис. 24. Положение век, закрепленных полосками лейкопластыря, при работе со всеми присосками, кроме присоски
Рис. 23. Положение век, закрепленных полосками лейкопластыря, для случая работы с присоской
После фиксации век испытуемый ставит голову в подбородник или придает ей нужное положение. В этом положении экспериментатор укрепляет присоску на глазном яблоке.
Чтобы укрепить присоску, экспериментатор берет ее двумя пальцами за пустотелый отросток, выжимает из него воздух и в нужном положении, слегка прижимая присасывающейся частью к глазу, отпускает присоску. Расправляющийся корпус пустотелого отростка понижает давление внутри присоски, и внешнее давление плотно прижимает ее к склере.
В дальнейшем экспериментатор придает нужное положение осветителям, приводит в рабочее состояние всю аппаратуру и начинает опыт. Различные опыты довольно сильно отличаются по своей сложности, однако
все они требуют от экспериментатора определенных навыков и четкости в работе. Довольно сложна запись движений глаз на неподвижную фотобумагу или пленку. Допустим, что присоска уже прикреплена к глазу. К этому времени кассета еще закрыта, но подготовлена к записи. Комната затемнена. Объект восприятия, расположенный на фоне черного бархата, освещен направленным пучком света, но прикрыт бумагой, чтобы испытуемый не рассматривал его до начала записи. В следующий момент подается команда, и испытуемый фиксирует центр объекта восприятия. Экспериментатор, передвигая осветитель, направляет пучок света, отраженный от зеркальца присоски, на центр кассеты. Далее, испытуемый несколько раз обводит взглядом границы объекта. Экспериментатор, глядя на движения светового зайчика по кассете, передвигает кассету (а иногда и кассету, и осветитель) в такое место пространства, в котором заведомо на светочувствительном материале уместится вся запись, и искажения в записи будут минимальными. Затем испытуемый вновь фиксирует центр объекта. Экспериментатор добивается резкого изображения светового зайчика на кассете. Перед началом записи испытуемый фиксирует точку, расположенную на таком расстоянии от объекта, чтобы световой зайчик не выходил за пределы кассеты. Экспериментатор открывает кассету и объект восприятия, включает секундомер и дает испытуемому команду рассматривать объект. По истечении заданного отрезка времени экспериментатор гасит осветитель, и запись прекращается. Затем закрывает кассету, включает свет, освещает лицо испытуемого, снимает присоску и полоски лейкопластыря. После этого кассета поступает в фотолабораторию для обработки записи.
Присоску с глаза снимают следующим способом: просят испытуемого фиксировать какую-либо точку, чтобы исключить движения глаза, двумя пальцами сжимают пустотелый отросток, выдавливая из него весь воздух, и лишь после этого отнимают присоску от глаза.
После того как присоска прикреплена к глазу, испытуемому приходится ограничивать движения глаз, чтобы избежать столкновения присоски с веком. Обычно всегда в начале опыта экспериментатор указывает границы поля, за пределами которого испытуемый не имеет права выбирать точки фиксации. Коснувшись века, присоска может оторваться от глаза или сместиться так, что ее присасывающаяся часть окажется на роговице и в худшем случае может ее повредить. Об этом всегда следует помнить экспериментатору и испытуемому.
Продолжительность опытов с присоской, как правило, не должна превышать 5 минут и лишь в редких случаях может достигать 10—12 минут. Работая с присоской
Все типы присосок, кроме
Обработка фотозаписей производится с использованием обычных приемов, доступных любой фотолаборатории. В частности, иногда приходится пользоваться повторным фотографированием для уничтожения искажений, а для увеличения контраста — ретушью, отбеливанием и т. д.
10. Ход лучей при записи движений глаз отраженный пучком света
Рассмотрим подробно основные искажения и ошибки, с которыми можно встретиться, записывая движения глаз при помощи зеркала. Допустим, что:
1. Центр вращения глаза неподвижен, неподвижна голова наблюдателя.
2. Отражающая поверхность плоского зеркала находится в центре вращения глаза и жестко с ним связана.
3. Нормаль зеркала всегда совпадает со зрительной осью глаза.
4. Осветитель неподвижен. Ось осветителя проходит через центр вращения глаза.
5. Построена светочувствительная сферическая поверхность, центр которой совпадает с центром вращения глаза.
Далее, представим себе семейство плоскостей, проходящих через ось объектива осветителя и центр вращения глаза. Тогда для всех движений глаза, при которых нормаль вращающегося зеркальца (и зрительная ось) будет двигаться в одной из указанных выше плоскостей, получим на светочувствительной поверхности сферы запись, отличающуюся от идеальной только тем, что каждый угол поворота зрительной оси увеличен отраженным лучом вдвое.
Действительно, пусть в некоторый момент времени угол между падающим пучком света и нормалью зеркала равен α1 (рис. 25); падающий пучок света и нормаль зеркала расположены в плоскости чертежа. Поскольку угол падения равен углу отражения, то, следовательно, угол между падающим и отраженным пучком света равен 2α1. Пусть в какой-то следующий момент зеркало повернулось на угол β или, что то же самое, повернулась на угол β его нормаль. Тогда угол между падающим пучком света и нормалью зеркала станет равным α1 + β = α2, а угол между падающим пучком света и отраженным станет равным 2α2 = 2α1 + 2β. Отсюда следует, что при повороте зеркала на угол β отраженный пучок света повернется на угол (2α1 + 2β ) — 2α1 = 2β .
К некоторым искажениям записи приводит то, что зеркало находится не в центре вращения глазного яблока, а на его поверхности. Рассмотрим два случая: а) нормаль зеркала совпадает со зрительной осью, когда мы пользуемся присоской П
Пусть ось вращения глаза перпендикулярна к плоскости чертежа, а ось зрения, нормаль зеркала и ось осветителя находятся в этой плоскости. Допустим, что из неподвижного осветителя идет параллельный пучок света,
ширина которого равна диаметру глазного яблока, тогда в обоих случаях центр вращения отраженного пучка света будет перемещаться в пространстве так, как это показано на рис. 26 и 27. При этом центр вращения зрительной оси неподвижен; отраженный пучок света, поворачиваясь на угол, вдвое превышающий угол поворота глаза, получает дополнительное движение, обусловленное перемещением зеркала. Обратимся к рис. 26. В исходном положении, когда α = 0, пучок света, отраженный от зеркала, расположенного в центре вращения, совмещается с пучком света, отраженным от зеркала, расположенного на поверхности глаза. При повороте глаза, например, на угол α1 или α2, отраженные пучки поворачиваются соответственно на углы 2α1 и 2α2 и, кроме того, смещаются на расстояние
Рис. 25. Схема хода лучей при отражении от плоского вращающегося зеркала
Аналогичную картину можно наблюдать на рис. 27. В исходном положении, когда α = 0, пучок света, отраженный от зеркала, расположенного в центре вращения, смещен относительно пучка света, отраженного от зеркала, расположенного на
Рис. 26. Схема хода лучей при отраже- Рис. 27. Схема хода лучей при отражении от вращающегося и перемещающе- нии от вращающегося и перемещающегося в пространстве плоского зеркала, гося в пространстве плоского зеркала,
освещенного параллельным пучком света освещенного параллельным пучком света
Случай, когда используется присоска
поверхности глаза, на величину
днако в опытах не пользуются параллельными пучками света. При помощи обычного фотообъектива на экран проецируют изображение очень маленького отверстия диафрагмы или узкой щели, и ход лучей при тех же условиях будет таким, как показано на рис. 28.
Рис. 28. Схема хода лучей при отражении от вращающегося и перемещающегося в пространстве плоского зеркала освещенного сходящимся пучком света
Следует заметить, что при небольших углах поворота глаза (менее 10°) и достаточно большом радиусе сферической поверхности, на которую ведется запись, искажения, получающиеся в результате перемещения зеркала в пространстве и дефокусировки, исчезающе малы по сравнению с перемещениями изображения отверстия диафрагмы, возникающими вследствие вращения зеркала, т. е. движения глаза.
Чтобы представить себе, как будут преобразовываться движения следа зрительной оси глаза на плоскости объекта в движения отраженного от зеркала луча на светочувствительной бумаге, рассмотрим рис. 29.
Пусть
осью зрения и нормалью зеркала, β — угол между осью падающего пучка света и нормалью зеркала, θ — угол между двумя плоскостями, одна из которых проходит через ось зрения и нормаль зеркала, а другая — через направление падающего пучка и нормаль зеркала.
Обозначим через
Эти формулы справедливы при
Рис. 29. Пояснительная схема к рассмотрению преобразования координат при записи от зеркала пучком света
малых сдвигах
Выражения для
Обычно движения глаза записывают на на сферическую светочувствительную поверхность, а на плоскую (рис. 30). Пусть ось вращения
Рис. 30. Схема к анализу искажений, получающихся при записи движений глаз не на сферическую, a на плоскую поверхность
глаза перпендикулярна плоскости чертежа, а ось зрения, нормаль зеркала и ось осветителя находятся в этой плоскости. Пусть в исходный момент отраженный луч находится в точке
Когда запись ведется на плоскости, получающиеся искажения можно подсчитать и в процессе обработки снимков внести соответствующие поправки.
Говоря о движениях глаза, о ходе лучей и точности записей, мы несколько идеализировали всю картину. Мы не учитывали, что в действительности всегда остаются некоторые движения головы. Во время движения глаза центр его вращения несколько перемещается, т. е. имеют место сдвиги глазного яблока относительно глазницы. Кроме того, глазное яблоко слегка перемещается в глазнице и вследствие пульсации крови. По этой же причине происходит небольшая пульсирующая деформация самого глазного яблока. В большинстве случаев все эти явления очень мало сказываются на записях, сделанных отраженным пучком света.
17. Изготовление присосок
Резиновые части присосок вытачиваются на токарном станке при больших скоростях вращения шпинделя (5000—6000
Отверстия в резиновых деталях присосок делают или очень маленьким дыроколом (металлическая трубка с острыми краями), или при помощи нитки. Тонкой иглой продевают нить, натягивают ее и закрепляют в вертикальном положении. Нить пропитывают бензолом и двигают резиновую деталь вдоль нее таким образом, чтобы направление отверстия и направление нити совпадали. После нескольких движений вдоль смоченной бензолом нити в резиновой детали образуется отверстие. Диаметр его приблизительно равен диаметру нити.
Зеркала, прикрепляемые к присоскам, должны обладать хорошими оптическими свойствами. Это относится в первую очередь к зеркалам, при помощи которых ведутся записи дрейфа и тремора глаза. У зеркал не должно быть острых краев и углов. Поскольку в работе пользуются наружной поверхностью отражающего слоя, алюминированные зеркала практичнее зеркал с серебряным покрытием. Серебряное покрытие довольно быстро темнеет и теряет свойства зеркальной поверхности.
Сборка присоски
Склеивая бумажные насадки, стекло с металлом, металл с металлом, стекло с бумагой, целесообразно пользоваться клеем БФ-2. При склеивании резины, резины со стеклом и резины с металлом целесообразно пользоваться клеем № 88.
Дюралевые корпуса присосок
Ранее отмечалось, что поверхность соприкосновения металлической присоски со склерой глаза гофрирована и отполирована. Указанный гофр делается в токарном станке на первой стадии изготовления корпуса присоски, пока заготовка обладает большой механической прочностью. После подготовки поверхности, на которую должен быть нанесен гофр, не изменяя положения и угла поворота суппорта, проводят следующие операции. На цилиндрической поверхности патрона делают 36 меток так, чтобы расстояние между двумя смежными метками соответствовало повороту шпинделя на 10°. Зажимают в суппорте фасонный резец такого профиля, который позволяет при подаче суппорта в один прием прострогать желобок нужной формы и размеров. Пользуясь метками, поворачивая каждый раз шпиндель на 10°, делают 36 желобков. В последующей операции желобки полируют, вначале каждый отдельно, затем все вместе, меняя на станке поочередно направление вращения шпинделя. После того как отполирована гофрированная поверхность, дальнейшую обработку корпуса присоски продолжают обычным способом.
Иногда трудно достать короткофокусную линзу с нужным фокусным расстоянием. Ниже предлагаем способ их изготовления. Широкий конец стеклянной капли имеет почти идеальную сферическую форму и поэтому может служить заготовкой для соответствующей линзы. Работу следует начинать с производства капелек стекла различного диаметра. Такие капли легко получить в любой стеклодувной мастерской. На рис. 31 показана последовательность операций, которой целесообразно пользоваться при изготовлении линз. Прежде всего стеклянные капли обмазывают тонким слоем казеинового клея и дают ему подсохнуть. Клей защищает поверхность будущей линзы от повреждений. Затем делают небольшую металлическую шайбу, отверстие которой несколько больше диаметра капли, а толщина равна толщине будущей линзы. С одной стороны отверстие шайбы заклеивается кусочком стекла. Внутрь шайбы вставляется стеклянная капля, как показано на рисунке, а все свободное пространство отверстия заполняется расплавленным канадским бальзамом. Затвердевший бальзам прочно удерживает каплю внутри шайбы. После этого часть стеклянной капли, выступающую из отверстия шайбы, стачивают на наждачной бумаге. При этом к концу операции пользуются наждачной бумагой с очень мелкой крошкой, чтобы сделать плоскую поверхность линзы более гладкой. Дальше ваткой, смоченной в спирте, растворяют небольшой слой канадского бальзама и удаляют из него все застрявшие там песчинки. Эта операция необходима для того, чтобы при полировке поверхность линзы не поцарапать вновь песчинками, оторвавшимися от канадского бальзама. Затем каплей расплавленного бальзама вновь заполняют пространство вокруг линзы. Ваткой, смоченной в спирте, снимают лишний бальзам, после чего приступают к полировке плоской поверхности линзы.
Рис. 31. Пояснительная схема к описанию изготовления короткофокусных линз
Последовательность операций
На стекло натягивают кусок чистой хлопчатобумажной ткани, смазывают ее пастой и, передвигая шайбу по ткани, полируют линзу. Если у экспериментатора нет специальной пасты, можно воспользоваться пастой для правки бритв. В результате такой полировки поверхность линзы не будет идеально плоской, однако для нас важно, чтобы на ней не было никаких царапин и выемок. Вслед за полировкой растворяют канадский бальзам и вынимают линзу из шайбы. Казеиновый клей смывают с поверхности линзы горячей водой. Очень тщательно протирают плоскую поверхность линзы и в последней операции канадским бальзамом приклеивают ее к заранее подготовленному круглому покровному стеклышку. После этого с открытых поверхностей покровного стекла и со сферической поверхности линзы снимается канадский бальзам. Все поверхности тщательно протираются и линза может считаться готовой к употреблению.
В заключение напомним, что коэффициенты преломления канадского бальзама и стекла почти равны, поэтому, приклеив линзу к покровному стеклу, мы по сути дела заменяем не вполне плоскую поверхность линзы плоской поверхностью покровного стекла. Полученные таким образом линзы дают хорошее изображение и с успехом могут быть использованы в присосках.
В конструкции некоторых присосок используются круглые покровные стекла. Обрабатывать отдельно взятое покровное стекло довольно трудно вследствие малой его прочности. Чтобы упростить эту задачу, обрабатывают сразу несколько стекол, склеенных канадским бальзамом. В этом случае обработку можно вести даже вручную на наждачной бумаге с мелкой крошкой. Во время работы наждачную бумагу кладут на мягкую подстилку во избежание слишком большого трения, которое может сопровождаться нагрузками, опасными для стекла. К наружной стороне одного из стекол приклеивают бумажный шаблон (круглую бумажку нужного диаметра), до размеров которого и стачивают стекла.
Важной деталью многих насадок является очень тонкое молочное стекло, которое легко сделать из обычного молочного стекла в любой оптической мастерской. Однако можно изготовить его и самому. Делается это следующим образом. Прежде всего молочное стекло нужных размеров приклеивают расплавленным канадским бальзамом к половинке предметного стекла. С другой стороны предметного стекла приклеивают резинку или деревянный брусок такой формы, чтобы его удобно было держать пальцами во время работы, после чего приступают к стачиванию молочного стекла на наждачной бумаге до нужной толщины. Вначале пользуются грубой наждачной бумагой, а затем бумагой с очень мелкой крошкой. На время работы наждачная бумага прикрепляется к ровной жесткой поверхности. Самое стачивание молочного стекла занимает у экспериментатора не больше 20—30 мин.
Изготовление некоторых очень мелких изделий из стекла требует мик-ростеклодувных работ, которые несколько отличаются от обычных стеклодувных. При этом пользуются тремя типами нагревательных устройств: обычной спиртовкой или газовой горелкой, микроспиртовкой и раскаленной током платиновой проволокой. В качестве горелки в микроспиртовке используют длинную и тонкую металлическую трубку, в которую вставлен жгутик из ваты. Обычно длина трубки имеет несколько сантиметров, а ее диаметр равен 1
Для некоторых опытов в осветители вставляют диафрагмы с отверстиями от 10 до 70
Почти все насадки склеиваются из бумаги. На первый взгляд эта работа кажется очень простой. Однако одно дело — склеивать большие куски бумаги и совершенно другое — склеивать конструкцию из очень маленьких кусочков. Чтобы облегчить эту работу, полезно заранее с двух сторон пропитать бумагу клеем БФ-2, хорошо ее высушить и лишь после этого приступить к заготовке деталей конструкции. Бумагу, заранее пропитанную клеем БФ-2, склеивают при помощи маленькой кисточки, смоченной в спирте. Когда такой кисточкой смачивают место соприкосновения двух кусочков бумаги, клей на бумаге быстро растворяется, но, тут же подсыхая, прочно и аккуратно ее склеивает.
На этом мы заканчиваем изложение краткого перечня советов, которыми может воспользоваться экспериментатор, пожелавший заняться изготовлением присосок. Естественно, что мы опустили описание операций и приемов, широко известных в лабораторной практике, с которыми придется встретиться экспериментатору.
Выводы
Из всего многообразия известных методик, используемых для регистрации движений глаз, в настоящее время имеет смысл применять лишь некоторые из них, наиболее удачные. В свою очередь ни одну из удачных методик нельзя считать универсальной и во всех отношениях совершенной.
В зависимости от задач, какие ставит перед собой экспериментатор, а также от условий, в которых должен проводиться опыт, и, наконец, от возможностей испытуемого следует выбирать ту или иную методику.
Опыты, в которых возникает необходимость записывать движения глаз при фиксации точки, целесообразно проводить, используя присоски
Если опыт должен протекать продолжительное время, а запись должна отличаться все же довольно высокой точностью, следует пользоваться контактными линзами с укрепленными на них зеркалами и вести запись так же, как с присосками
В тех случаях, когда глаза и голова испытуемого должны оставаться совершенно свободными и необходима одновременная регистрация движений головы и движений глаз, целесообразно пользоваться киносъемкой. При этом для получения результатов, даже не отличающихся большой точностью, требуется довольно сложная обработка экспериментального материала.
Создавать изображения, неподвижные относительно сетчатки, лучше всего при помощи присосок
В настоящее время установлено, что для оптимальных условий работы зрительного анализатора необходимо некоторое постоянное (прерывистое или непрерывное) движение сетчаточного изображения.
Впервые эту особенность нашего глаза подметил Э. Эдриан (Adrian, 1928). В дальнейшем Р. Дитчберн, Б. Гинзборг (Ditchbum, Ginsborg, 1952), Л. Риггс, Ф. Ратлифф, Дж. и Т. Корнсуит (Riggs, Ratliff, Cornsweet J., Corn-sweet T., 1953) пришли к выводу, что объекты, неподвижные относительно сетчатки, не все время видны наблюдателю. Наконец, использование методики присосок позволило доказать (Ярбус, 1956), что внутри любого тестового поля, неизменного и неподвижного относительно сетчатки, исчезают все видимые различия спустя 1—3 сек. и вновь в этих условиях не появляются. Тот факт, что предшествующие авторы в аналогичных опытах не получали устойчивого исчезновения видимых различий, может объясняться несовершенством их методики (неполной стабилизацией сетчаточного изображения).
Известно, что у многих животных по зрительному нерву проходят импульсы в основном лишь в ответ на изменение света, действующего на сетчатку. Если считать импульсы носителями информации, можно полагать, что у большинства животных зрительный процесс быстро прекращается в условиях строгой неизменности и неподвижности сетчаточного изображения. С другой стороны, возникает предположение, что и у человека неизменность и неподвижность сетчаточного изображения ведет к исчезновению или резкому уменьшению числа импульсов, поступающих из глаза в центральный отдел зрительного анализатора. В дальнейшем мы будем пользоваться сказанным выше как рабочей гипотезой, четко сознавая, что последнее предположение пока не доказано, поскольку никто не снимал нейрограмм со зрительного нерва человека.
В большинстве опытов второй глаз испытуемого (т. е. глаз, непосредственно не участвующий в опыте) завязывали черной повязкой, не пропускающей света. Описывая такие опыты, мы не будем упоминать о втором глазе. Случаи, во время которых испытуемый вторым глазом смотрит на фиксационную точку или когда второй глаз засвечивают каким-то светом, оговариваются специально.
Почти во всех случаях, давая описание опытов, мы указываем тип используемой присоски. Это облегчает понимание опыта, но одновременно делает необходимым знакомство читателя с конструкциями и работой соответствующих присосок.
Объекты, изображения которых остаются неподвижными на сетчатке при любых движениях глаза, условимся называть «неподвижным тестовым полем». Объекты, изображения которых вследствие ли движения самих объектов или вследствие движений глаза перемещаются по сетчатке, условимся называть «подвижным тестовым полем».
Например, при работе с присоской типа
При работе с присоской типа
Подвижным тестовым полем будет служить весь объективно неподвижный фон, изображение которого перемещается по сетчатке вследствие движений глаз. Кроме того, так же как и в опытах с присоской
Неподвижное и неизменное тестовое поле, на котором для испытуемого исчезли все видимые различия, условимся называть «пустым полем», возникающим в искусственных условиях.
Часто в результате фиксации достаточно большой и равномерной поверхности, внутри сетчаточного изображения этой поверхности возникают условия неизменного освещения. Если неизменность освещения продолжается свыше 2—3 сек., будем называть внутреннюю часть такой поверхности «пустым полем», возникающим в естественных условиях.
1. Возникновение пустого поля
В большой серии опытов с присоской
Прежде всего выяснялся вопрос: всегда ли в этих условиях появится пустое поле, т. е. исчезнут все видимые различия? Оказалось, что во всех случаях спустя всего 1—3 сек. с начала опыта и устранения всех переменных засветок глаза через склеру в поле зрения испытуемого исчезали все видимые различия. В дальнейшем эти различия не появлялись до конца опыта, т. е. в течение нескольких минут (если не нарушалась неизменность и строгая неподвижность сетчаточного изображения). Видимый цвет пустого поля оставался неизменным. Обычно испытуемые называли этот цвет «черным», «темно-серым», «тьмой», или «темнотой», какая бывает при закрытых глазах.
Такие результаты склоняли некоторых исследователей к тому, чтобы называть пустое поле черным. Однако при этом сейчас же возникал вопрос: что увидит наблюдатель, если после образования пустого поля перемещать по его фону черный предмет? Так как предмет движется, он должен быть видим, но черный предмет на черном фоне (если он действительно черный) видеть нельзя. Для решения этого вопроса была поставлена целая серия опытов, в которых использовалась присоска
При небольших смещениях присоски во время опыта (в результате случайного прикосновения к веку или нарочитого легкого удара по присоске) мгновенно проявлялись все различия тестового поля.
Если во время опыта снималась повязка со второго глаза испытуемого и он открывал этот глаз для восприятия, то восприятие протекало так, как если бы глаз, на котором находилась присоска, был закрыт.
Процесс образования пустого поля и самое поле чрезвычайно чувствительны к малейшим нарушениям строгой неподвижности или неизменности сетчаточного изображения. Особенно следует обращать внимание на возможность проникновения света внутрь глаза через склеру. Даже если этот свет неизменен, засветка сетчатки оказывается переменной вследствие постоянных движений глаза. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы во время опыта яркий луч света, падающий на молочное стекло присоски, не освещал склеру. Именно этим и вызвана описанная особенность в кон струкции насадки к присоске П6, которая позволяет освещать молочное стекло присоски сбоку, со стороны носа, и оставлять склеру почти в полной темноте.
2. Восприятие объектов больших яркостей, неподвижных относительно сетчатки
В опытах, о которых речь шла в предыдущем разделе, тестовые поля имели малые или средние яркости. Важно было проверить, исчезнут ли различия неподвижного и неизменного тестового поля, если отдельные его части имеют большие яркости — вплоть до слепящих.
Для осуществления такой проверки была изготовлена специальная насадка в присоске П6. В насадке находилась маленькая электрическая лампочка, которая соединялась с источником питания очень тонкими проводами. Насадке придавалось положение, в котором линза присоски обеспечивала резкое изображение нити лампочки на сетчатке. Схематическое изображение неподвижного тестового поля показано на рис. 32. При этом толщина нити лампочки была видна под углом 15 угловых минут. Изменяя напряжение источника питания, можно было во время опытов изменять яркость нити. Большая часть лампочки была обклеена черной бумагой, так что ее свет совершенно не попадал на склеру, поэтому, когда опыты велись в затемненной комнате, полностью исключалась засветка глаза через склеру. Провода, питающие лампочку, размещали таким образом, чтобы они не мешали движениям глаза и не вызывали смещений присоски на глазном яблоке. Перед опытами испытуемым атропином расширяли зрачок, обездвиживая радужку. Чтобы уменьшить движение глаза, испытуемым предлагалась фиксационная точка, на которую они смотрели свободным глазом.
Опыты с данной насадкой показали, что и в случае, когда элементы неподвижного тестового поля имеют слепящие яркости, все видимые различия поля исчезают. Во время опытов раскаленная нить лампочки исчезала для испытуемого спустя 1—3 сек. после того, как тестовое поле становилось строго неизменным и неподвижным. При этом испытуемый видел только фиксационную точку, на которую смотрел вторым глазом. Выключение лампочки после возникновения пустого поля сопровождалось кратковременным появлением исчезнувших различий, во время которого нить лампочки казалась слепяще яркой.
Результаты опытов, изложенные в разделах 1 и 2 настоящей главы, позволяют сделать следующий вывод: если тестовое поле (любых размеров, цвета и яркости) становится и остается строго неизменным и неподвижным относительно сетчатки, то в этих условиях спустя 1—3 сек. все
Рис. 32. Схема неподвижного тестового поля
Нить лампы накаливания, видимая испытуемым через отверстие диафрагмы, укрепленной вблизи лампы
видимые различия поля исчезают и вновь не появляются.
Мы утверждаем, что различия тестового поля вновь не появляются, так как исчезновение различий продолжается все время, пока длится опыт, т. е. в течение нескольких минут. Кроме того, мы учитываем и результаты опытов, описанных в разделе 4 первой главы. Вспомним, например, опыт, в котором сосуды собственного глаза становятся видны наблюдателю во время колебательных движений точечного источника света, т. е. пока тени сосудов, расположенных вблизи сетчатки, находятся в движении. Если прекращается движение источника света, сосуды исчезают, в течение 1—2 сек. и вновь в тех же условиях (пока источник света неподвижен) никогда не появляются.
Методика, призванная создавать неподвижное сетчаточное изображение при помощи контактной линзы и укрепленного на ней зеркальца (см. раздел 12 главы первой), не позволяла экспериментаторам добиваться продолжительного исчезновения различий тестового поля. Обычно различия этого поля на несколько секунд исчезали, на несколько секунд появлялись и вновь исчезали. Все это заставило некоторых авторов усомниться в возможности продолжительного исчезновения различий неподвижного объекта. Опыты, ю которых мы уже упоминали, и прежде всего опыты с присоской, показывают, что постоянное появление различий стабилизированного изображения при работе с контактной линзой может быть обусловлено только неполной стабилизацией сетчаточного изображения. Это несовершенство чрезвычайно усложняло работу экспериментаторов и часто снижало определенность выводов.
Факт повторяющегося исчезновения видимых различий неподвижного тестового поля (или резкого снижения разрешающей способности глаза) отмечался многими авторами (Дитчберн, Гинзборг—Ditchburn, Ginsborg, 1952; Риггс, Ратлифф, Корнсуит Дж., Корнсуит Т.— Riggs, Ratliff, Corn-sweet J., Cornsweet T., 1953; Дитчберн, Фендер — Ditchburn, Fender, 1955; Краускопф — Krauskopf, 1957; Дитчберн, Фендер, Майн — Ditchburn, Fender, Mayne, 1959; Дитчберн, Притчард — Ditchburn, Pritchard, 1960; Клаус— Clowes, 1961; Дитчберн — Ditchburn, 1961). В данном случае для нас существенно, что результаты всех перечисленных работ подчеркивают большую роль движений глаз для зрительного процесса.
3. Восприятие объектов переменной яркости, неподвижных относительно сетчатки
В настоящем разделе мы попытаемся выяснить, каковы те минимальные изменения действующего света, при которых испытуемый начинает видеть различия тестового поля в условиях, когда это поле все время остается неподвижным. Неподвижность тестового поля осуществлялась при помощи присоски
Неподвижным тестовым полем служило круглое отверстие в черной бумаге, которое пересекалось тонкой черной шелковинкой. Испытуемый видел отверстие и нить на фоне молочного стекла присоски под углами, указанными на рис. 33.
Рис. 33. Схема неподвижного тестового поля
Черная нить, видимая испытуемым на фоне молочного стекла присоски через круг лое отверстие диафрагмы
Яркость тестового поля (круга), на которое смотрел испытуемый через диафрагму присоски, равную 1,5
Молочное стекло присоски освещалось пучком света от лампы накаливания. Освещенность молочного стекла (в сторону увеличения и уменьшения) изменялась по линейному закону клином, который находился между источником света и присоской. Это осуществлялось при помощи вращающегося диска с клинообразной щелью. Изменяя скорость вращения диска, можно было задавать скорость изменения освещенности тестового поля.
Изменяя скорость движения клина, экспериментатор всегда мог задать необходимое изменение яркости тестового поля.
Для любой исходной яркости тестового ноля (
Зная исходную яркость тестового поля (
Очевидно, что при неизменном зрачке освещенность на сетчатке (
Как мы уже указывали, различия внутри тестового поля, в ответ на изменение его яркости, замечаются испытуемым не мгновенно, а спустя какой-то небольшой отрезок времени (доли секунды). В дальнейшем будем обозначать это время буквой τ. Предварительные опыты показали, что величина τ не постоянна и зависит прежде всею от величины
Основное количество измерений проводилось на двух испытуемых. Прежде всего мы попытались выяснить, какова зависимость появления различий тестового поля от направления (знака) изменения яркости этого поля. Оказалось, что если тестовое поле некоторой произвольной яркости (
Далее мы попытались выяснить, зависит ли пороговая скорость изменения яркости (при постоянной
Рис. 34. График зависимости между пороговой скоростью изменения яркости тестового поля dI/dt и яркостью (I0) этого поля
поля, указанные воздействия не влияют заметно на величину пороговой скорости.
В последующих опытах исследовалось, как зависит величина пороговой скорости изменения яркости от исходной яркости тестового поля (I0). На рис. 34 нанесены результаты опытов. Рисунок показывает, что в интервале яркостей от нескольких апостильбов до тысячи (при диаметре отверстия диафрагмы 1,5
Заметим, что этот результат соответствует закону Вебера — Фехнера.
Из сказанного следует, что отношение пороговой скорости к величине яркости этого поля есть величина постоянная, т. е.
Рис. 35. График зависимости между отношением
На рис. 35 нанесены значения таких соотношений. В нашем случае эти отношения, как видно из графика, равны приблизительно 0,3 1/сек. Это значит, что различия тестового поля, неподвижного относительно сетчатки, начинают замечаться испытуемым, когда яркость этого поля изменяется на 30% в секунду. Эта цифра остается неизменной для всего исследованного диапазона яркостей тестового поля.
Найденная величина пороговой скорости может показаться противоречащей повседневному опыту, когда мы замечаем изменения яркости, значительно более медленные, чем 30% в секунду. Но это противоречие только кажущееся, так как речь идет о совершенно различных процессах. В обычных условиях наблюдения, вследствие движений глаз, освещенность отдельных элементов сетчатки меняется все время, независимо от того, меняется ли, и с какой скоростью, освещенность рассматриваемых объектов. 30% в секунду есть скорость изменения освещенности элемента сетчатки, при которой возникают сигналы в соответствующем нервном волокне. Изменения в освещении объектов, замечаемые нами, зависят от того, насколько различны сигналы в условиях, когда они уже появились.
Оказалось далее, что когда отношение
то спустя отрезок времени τ испытуемый видит тестовое поле совершенно четко (совершенно четко видна нить толщиной в три угловые минуты). При этом такое отношение сохраняется неизменным для всего исследованного диапазона яркостей (от нескольких апостильбов до тысячи).
Если учесть, что при неизменном зрачке освещенность и изменения освещенности сетчаточного изображения находятся в линейной зависимости от яркости и изменений яркости тестового поля; что для всего исследованного диапазона яркостей различия тестового поля уже хорошо видны испытуемому при
что
то полученный результат можно записать в виде выражения
Следовательно, когда на сетчатке
то спустя некоторый отрезок остается большим единицы времени τ испытуемый четко видит данное (рис. 33) неподвижное относительно сетчатки тестовое поле.
В нашем случае (рис. 33) появление светлого круга происходит при скоростях меньших, чем появление нити, но и в том и в другом случае сохраняется соотношение На этом основании мы считаем воз
можным заключить, что такое
Если изменение освещенности происходит плавно и долго
по сравнению с τ, то степень видимости элемента определяется не
а , т. е. тем насколько изменилось
4. Восприятие мелькающих объектов, неподвижных относительно сетчатки
Опыты говорят о том, что зрительный процесс возможен только в условиях, когда на элементы сетчатки действует свет, изменяющийся по яркости или по спектральному составу. Мы постараемся выяснить, в какой мере эти условия являются не только необходимыми, но и достаточными.
Обычно в процессе зрения изображение объекта постоянно перемещается по сетчатке вследствие движений глаз. В результате изменяется освещение элементов сетчатки. Возникает вопрос: играет ли какую-нибудь роль в зрительном процессе самое движение сетчаточного изображения? Можем ли мы, исключив это движение, добиться хороших условий восприятия, используя переменное освещение? Широко известно, что в момент яркой вспышки света человек успевает увидеть многие детали и цветные оттенки объекта. При этом продолжительность вспышки может быть настолько короткой, что соответствующее сетчаточное изображение будет практически неподвижным относительно сетчатки и, следовательно, движение глаз не будет участвовать в процессе зрения. Кроме того, материалы предыдущего раздела показывают, что глаз замечает очень мелкие детали неподвижного тестового поля, если его яркость изменяется на достаточную величину за достаточно малое время.
Рис. 36. Схема неподвижного тестового поля
Пять черных пятен, которые видел испытуемый на фоне молочного стекла присоски; видимый диаметр отверстия диафрагмы (яркого круга) равен 17°; диаметры черных пятен равны соответственно 6; 4; 2; 1,5; 1°
Однако ни единичная вспышка, ни единичное изменение яркости неподвижного тестового поля (при котором dl/d
В большинстве опытов объектом восприятия служило тестовое поле, схематически изображенное на рис. 36. К очень тонкому покровному стеклу, расположенному в присоске П6, прикрепляли кусочки совершенно непрозрачной черной пленки, резкое изображение которых испытуемый видел на фоне яркого молочного стекла. Иногда вместо черных пленок прикрепляли желатиновые (прозрачные), ярко окрашенные пленки. Во всех случаях видимый диаметр тестового поля, т. е. яркого круглого фона, был равен 17°.
Частота мелькающего света изменялась от 1 до 50 периодов в секунду. В течение каждого периода свет и темнота продолжались равные отрезки времени. Отдельное нарастание света до максимума и убывание до полной темноты продолжалось не более 0,005 сек. Яркость молочного стекла присоски равнялась 3000
Прежде всего мы попытались выяснить, как изменяется разрешающая способность глаза с изменением частоты мельканий света, падающего на молочное стекло присоски, когда тестовое поле (изображенное на рис. 36) строго неподвижно относительно сетчатки, а склера находится в полной темноте.
Оказалось, что пока частота мельканий не превышала 4 периодов в секунду, испытуемый замечал на фоне мелькающего круга все черные пятна. Когда мелькания становились равными 5 периодам в секунду, испытуемый переставал замечать самое малое (с диаметром в 1°) черное пятно. Оно бледнело и становилось неразличимым на фоне мелькающего поля. При мельканиях, равных 6 периодам в секунду, испытуемый замечал только самое большое или два самых больших пятна тестового поля (с диаметром 6 и 4°). При мельканиях, равных 7—9 периодам в секунду, испытуемый переставал замечать все пятна тестового поля и видел мелькающим только светлый круг (диаметром в 17°). Когда частота мелькающего света достигала 10—11 периодов в секунду, испытуемый вновь начинал замечать самые большие два (иногда три) пятна, а затем, с приближением к критической частоте мельканий, они вновь исчезали. При критической частоте мельканий (в данном случае около 30 периодов в секунду) исчезал круг и все поле зрения становилось пустым полем.
Результаты описанных опытов позволяют утверждать: во-первых, что при увеличении частоты мелькающего света детали тестового поля, неподвижного относительно сетчатки, исчезают не все одновременно — мелкие детали исчезают раньше; во-вторых, есть область мельканий (7—9 периодов в секунду), в которой разрешающая способность глаза является самой низкой (если не считать область, близкую к критической частоте мельканий) ; в-третьих, при частоте мельканий больше критической, появление пустого поля протекает так же, как и в условиях непрерывного освещения. Во всех случаях (при любой частоте мельканий) разрешающая способность глаза была значительно ниже нормы.
В первой серии опытов склера находилась в полной темноте. Посмотрим теперь, как влияет на результаты таких же опытов засветка склеры, когда свет, падающий на молочное стекло и на склеру, мелькает синхронно.
Для осуществления этого опыта мы воспользовались частью света, направленного на молочное стекло присоски и проходящего мимо этого стекла (пучок света был всегда шире молочного стекла). Поместив лист белой бумаги у виска испытуемого, мы получали освещенный экран, рассеянный свет которого падал на склеру и мелькал синхронно с мельканиями тестового поля.
В этих условиях исчезновение черных пятен тестового поля наступало быстрее и при несколько меньших частотах мельканий. При частоте 7—9 периодов в секунду в условиях, когда экран пододвигали к глазу настолько близко, что склера хорошо освещалась рассеянным мелькающим светом, исчезали не только черные пятна тестового поля, но и сам 17°-ный яркий круг. Испытуемый видел только мелькающий свет и не замечал никаких деталей в поле зрения. Следует сказать, что свет, отраженный от бумаги и попадающий на склеру, не превышал по своей яркости света, падающего на склеру в комнате с обычным дневным или искусственным освещением.
Этот опыт говорит о том, что при достаточно большой яркости рассеянного света в указанных условиях глаз делается неспособным к восприятию каких бы то ни было деталей тестового поля.
В дальнейшем мы попытались выяснить, какой будет разрешающая способность глаза в момент резкого включения мелькающего света (после полной темноты) и как она будет изменяться во времени, если частота мельканий останется постоянной.
Во время опытов частота мельканий равнялась 8 периодам в секунду. Мелькающий свет включался или выключался затвором, укрепленным на осветителе. Оказалось, что в момент включения мелькающего света испытуемый видел резко все элементы тестового поля. Круг казался белым с заметным желтоватым оттенком, а черные пятна — черными. Затем в течение нескольких секунд черные пятна бледнели и исчезали на фоне мелькающего круга. В момент выключения мелькающего света испытуемый видел обычный последовательный образ, в течение 1—2 сек. круг казался испытуемому черным с заметным синеватым оттенком, а черные пятна — серыми, значительно светлее фона.
Результаты этих опытов говорят о том, что при неподвижном сетчаточном изображении отдельное, даже кратковременное освещение объекта позволяет глазу (в зависимости от яркости и продолжительности засветки) разрешать мелкие элементы объекта. Периодическое повторение таких же исчезали быстрее, а разрешающая способность глаза становилась хуже. Это явление было заметным даже в условиях, когда испытуемый фиксировал свободным глазом маленькую фиксационную точку в полностью затемненной комнате.
Если на молочное стекло присоски посылался мелькающий свет с плавным переходом от света к темноте и от темноты к свету, то при этом результаты опытов заметным образом не изменялись.
В заключение еще раз отметим, что в заполнении пустого поля мелькающим окружением очень важную роль играет засветка сетчатки рассеянным светом (светом, рассеянным склерой или даже прозрачными средами глаза).
Все сказанное дает нам право утверждать, что для удовлетворительных условий работы зрительного анализатора человека необходимо некоторое постоянное (прерывистое или непрерывное) движение сетчаточного изображения, чего нельзя добиться никакими способами освещения изображений, неподвижных относительно сетчатки.
Р. Дитчберн и Д. Фендер (Ditchburn, Fender, 1955) проводили опыты с мелькающим изображением, неподвижным относительно сетчатки. Тестовым полем служил мелькающий круг, разделенный черной линией. Авторы утверждают, что наиболее благоприятные условия восприятия возникают при критической частоте мельканий. Такие утверждения не согласуются с нашими данными и кажутся результатом несовершенства методики.
5. Восприятие объектов, неподвижных относительно сетчатки и изменяющихся по цвету
Постараемся выяснить, в какой мере видимый цвет, возникающий на пустом поле при изменении освещения, зависит от этого изменения и в какой мере от цвета фона (ставшего пустым полем), на котором это изменение происходит.
В опытах тестовым полем служило молочное стекло, видимое испытуемому в присоске
Максимальная яркость молочного стекла присоски не превышала 3000
Наоборот, если при добавке к двум разным цветам
В такой постановке опыта очень существенно, что у испытуемого выясняют только один вопрос: одинаковы ли поля, появляющиеся при добавке, или они различны? От него не требуется оценка этого различия. Словесные описания различий двух цветов неизбежно обладают известной субъективностью; наличие какого бы то ни было различия обладает, как правило, значительно лучшей воспроизводимостью.
Опишем опыт (рис. 37), в котором одна половинка тестового поля была насыщенно красной, а другая — насыщенно зеленой. После того как тестовое иоле становилось пустым полем, на обе половинки молочного стекла добавочно посылался пучок слабого синего света. В момент включения синего света тестовое поле окрашивалось для испытуемого в равномерно синий цвет. Затем в течение 1—3 сек. этот цвет угасал и вновь появлялось пустое поле.
Здесь следует отметить, что в действительности в момент включения синего света, когда испытуемый видел тестовое поле равномерно синим, красная половинка тестового поля лишь приобретала малиновый оттенок, а зеленая половинка — синеватый. Следовательно, различие по цвету между двумя половинками оставалось очень большим, однако оно не замечалось испытуемым.
В результате подобных опытов с различными цветами
Однако описанное выше справедливо только для увеличения освещения, но становится неверным при выключении добавки, т. е. при замене
Серией опытов, в которых изменялись цвета
Указанные простые правила были проверены на различных цветах
Рис. 37. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено неподвижное тестовое поле, на правом — видимый цвет этого поля
◄
►
Рис. 38. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено неподвижное тестовое поле, на правом — видимый цвет этого поля
◄
Рис. 39. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено неподвижное тестовое поле и яркий белый предмет, движущийся по фону этого поля. На правом рисунке каждой пары изображен видимый цвет тестового поля и предмета
Рис. 40. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено красносинее подвижное тестовое поле, на фоне которого находится черно-белая заслонка — неподвижное тестовое поле. На правом рисунке каждой пары изображен видимый цвет этих полей.
— тестовое поле и его видимый цвет в первый момент опыта; г —спустя 1—3 сек. на васлонке образуется пустое поле и она сливается с фоном подвижного тестового поля;
поля, необходимые для проявления различий тестового поля, также соответствуют закону Вебера — Фехнера. В дальнейшем мы попытались пронаблюдать это в условиях, аналогичных только что описанным. При этом результаты опытов носили чисто качественный характер.
В этих опытах
Порог видимых изменений света зависит от фона, на котором они происходят. Существенно, что такая зависимость сохраняется даже в условиях, когда этот фон вследствие неподвижности относительно сетчатки не воспринимается испытуемым.
В последующих опытах мы попытались выяснить, как и какими будут восприниматься короткие вспышки света и короткие выключения света в условиях, уже описанных в начале этого раздела.
Допустим, что одна половинка тестового поля имеет цвет
Пусть теперь одна половинка тестового поля имеет цвет
6. Изменения в состоянии сетчатки после образования пустого поля
Образование пустого поля выражается в том, что все различия в цвете, видимые испытуемым, постепенно выравниваются, пока не наступает полное их слияние. Начало этого процесса — уменьшение всех видимых различий — по крайней мере внешне напоминает давно известное явление адаптации, возникающее в процессе фиксации глазом цветного образца одного цвета на фоне другого. В результате адаптации, даже при некотором движении глаз, видимые цвета образцов обесцвечиваются (теряют насыщенность), сближаясь один с другим. Правда, этот процесс, наблюдаемый без присоски, протекает значительно медленнее, чем образование пустого поля, и почти никогда не доходит до полного исчезновения видимых различий. Указанное сходство побудило многих исследователей применять термин «адаптация» к процессу образования пустого поля. Первоначально идея отождествления этих явлений возникла и у нас, однако смущала большая разница в скорости наблюдаемых изменений. B связи с этим появилось желание выяснить, заканчивается ли процесс адаптации к моменту образования пустого поля или продолжается и после его образования.
В данной серии опытов применялась присоска П6. Неподвижным тестовым полем служил светлый прямоугольник, расположенный на черном фоне (прямоугольный кусочек молочного стекла присоски). Высота прямоугольника равнялась 20°, ширина — 10°, цвет черного фона оставался неизменным. Цвет прямоугольника изменяли при помощи светофильтров.
В первой серии экспериментов, в которых применяли различные фильтры, перед каждым опытом нижнюю половинку прямоугольника, служащего неподвижным тестовым полем, загораживали черной бумагой, не пропускающей свет. Испытуемый в первый момент видел яркий квадрат на черном фоне (верхнюю часть прямоугольника), а через 1—3 сек. после начала опыта появлялось пустое поле (яркий квадрат для испытуемого сливался с фоном). В таком состоянии испытуемый находился 1—2 мин., после чего осторожно, чтобы не нарушать неподвижности изображения, снимали черную бумагу с нижней части прямоугольника. При этом испытуемый 1—3 сек. видел яркий квадрат (нижнюю половину прямоугольника), а затем квадрат сливался для испытуемого с темным фоном, т. е. появлялось пустое поле в условиях, когда обе половины прямоугольника освещены одинаково. Через 2—3 сек. полностью выключался свет и испытуемый видел два совершенно различных последовательных образа, относящихся к верхней и нижней половинкам прямоугольника.
В одном из опытов, схема которого изображена на рис. 38, прямоугольник, служащий неподвижным тестовым полем, заслоняли красным фильтром и, кроме того, нижнюю его половину прикрывали нейтральным фильтром, поглощающим 85% света. В первый момент испытуемый видел красный прямоугольник, верхняя половина которого была гораздо ярче нижней. В последующий момент (через 1—3 сек.) появлялось пустое поле (для испытуемого обе половины прямоугольника сливались с черным фоном), и в таком состоянии испытуемый находился 2 мин. По истечении 2 мин. осторожно, чтобы не нарушить неподвижности сетчаточного изображения, убирали одновременно красный и нейтральный фильтры, и прямоугольник оказывался освещенным белым светом. При такой замене испытуемый видел появившийся прямоугольник светло-синим (оттенок, близкий к дополнительному цвету) и состоящим из двух резко различных половин. Верхняя половина прямоугольника, т. е. половина, освещенная в предыдущий отрезок времени более ярким красным светом, казалась синее и темнее нижней половины. В этих новых условиях опыта через 1—3 сек. прямоугольник снова исчезал, т. е. снова возникало пустое поле. Вслед за этим полностью выключали свет и появлялся последовательный образ — темно-синий прямоугольник, также состоящий из двух резко различных половин, но на этот раз верхняя половина казалась светлее нижней.
Если вместо красного фильтра взять любой другой, то получаются аналогичные результаты. При этом, естественно, оттенок дополнительного цвета будет уже дополнительным к другому цвету.
Проведенные опыты дают нам право предположить существование двух разных процессов: первый — «быстрый» процесс исчезновения всех видимых различий неподвижного тестового поля и второй— «медленный», легко обнаруживаемый, например, при помощи последовательных образов.
Для длительного непрерывного наблюдения медленного процесса был предпринят следующий опыт.
Между молочным стеклом присоски и источником света помещали красный фильтр, сделанный из желатиновой пленки. Фильтр находился вблизи молочного стекла, но его не касался. Он был настолько большим, что прикрывал все видимое поле при любых движениях глаза. Сквозь молочное стекло движения фильтра не были заметны глазу и поэтому не могли препятствовать образованию пустого поля. В желатиновой пленке был сделан прокол, через который на прямоугольное молочное стекло падал пучок белого света, и вследствие постоянных движений глаза все время воспринимался испытуемым в виде светлого пятна (рис. 39). Оказалось, что движение такого пятна в поле зрения не мешало появлению пустого поля. Пустое поле появлялось спустя 1—3 сек. после начала опыта. В первый момент появления пустого поля пятно казалось испытуемому ярким и белым на темно-сером фоне. Затем, благодаря медленному процессу в течение 30—40 сек., видимый цвет пятна заметно изменялся, приобретая к концу этого периода насыщенный синий цвет. Аналогичные результаты опытов получались при использовании фильтров любого другого цвета. Пятно, белое в первый момент после появления пустого поля, приобретало затем насыщенный оттенок цвета, приблизительно дополнительного к цвету неподвижного тестового поля.
Результаты опытов позволяют считать, что после появления пустого поля воздействие неизменных и неподвижных относительно сетчатки стимулов существенно изменяет состояние сетчатки — изменение величины и характера ее реакции на то же излучение. Медленный процесс не замечается испытуемым после появления пустого поля, так как в зрительном нерве нет сигналов. Когда появляется сигнал, на нем сказывается состояние сетчатки, меняющееся в результате медленного процесса.
7. Восприятие объектов, неподвижных относительно сетчатки и занимающих часть ноля зрения
В этом разделе дано описание опытов, в каждом из которых глаз испытуемого воспринимал одновременно неподвижные и подвижные тестовые поля.
В опытах использовалась присоска
Оказалось, что так же как и в предыдущих опытах, всегда внутри неподвижного тестового поля уже через 1—3 сек. после начала опыта исчезали все видимые различия и оно превращалось в визуально однородное пустое поле. Видимый цвет подвижного тестового поля не претерпевал при этом никаких изменений. Когда угловые размеры неподвижного тестового поля были меньше угловых размеров равномерного по цвету подвижного тестового поля и первое поле оказывалось целиком на фоне второго, видимый цвет пустого поля уже через несколько секунд сливался с цветом подвижного тестового поля. Иначе говоря, если заслонка присоски целиком оказывалась на фоне одноцветного и равномерно освещенного листа бумаги, то вне зависимости от цвета и размера этой заслонки она через 1—3 сек. сливалась с фоном (т. е. бумагой) и не замечалась испытуемым, который видел только лист бумаги (рис. 40). В данном случае пустое поле оказывалось аналогичным слепому пятну, которое также заполняется цветом окружающего фона.
В одном из опытов испытуемый поочередно переводил взгляд с листа бумаги красного цвета на лист бумаги синего цвета, так что круглая заслонка, состоящая из черной и белой половинок, оказывалась на фоне то одного, то другого листа. Вслед за сменой фона видимый цвет заслонки в течение нескольких секунд перекрашивался из красного в синий, когда взгляд переводился на синюю бумагу, и из синего в красный, когда взгляд переводился на красную бумагу.
Иными словами, субъективно заслонка всегда перекрашивалась в цвет равномерного фона и полностью с ним сливалась в течение нескольких секунд. Здесь следует вспомнить, что в действительности цвет черно-белой заслонки оставался неизменным и, как показывают опыты, в данном случае никакой роли не играл. Все это подтверждает сделанное ранее предположение, что с участка сетчатки, соответствующего пустому полю, в частности пустому полю заслонки, сигналы по зрительному нерву не поступают.
Если подвижное тестовое поле (фон) представляло собой цветную мозаику (разноцветные бумажки, наклеенные на картон), а неподвижное тестовое поле (заслонка) имело угловые размеры, значительно превосходящие размеры отдельных равномерных частей подвижного тестового поля (отдельных бумажек), то в этом случае пустое поле не могло слиться с фоном, видимый его цвет все время оставался темно-серым, а при засветке второго глаза принимал оттенок засветки. В условиях, когда неподвижное тестовое поле и отдельные равномерные по цвету части подвижного тестового поля были примерно одного и того же размера, наблюдалась постоянная тенденция к слиянию видимого цвета пустого поля с фоном частей подвижного тестового поля. При этом полное слияние наступало лишь в случаях, когда пустое поле оказывалось целиком на фоне той или иной равномерной по цвету части подвижного тестового поля.
В одном из опытов (рис. 41) в поле зрения глаза находились на некотором расстоянии два одинаковых черно-белых неподвижных тестовых поля
Оказалось, что спустя 1—3 сек. после начала опыта исчезали различия каждого из неподвижных тестовых полей, т. е. каждое из них становилось пустым полем. Поверхность этих полей казалась испытуемому равномерной, темно-серого цвета. Вслед за этим видимый цвет пустого поля, расположенного на равномерном фоне
В последнем опыте данной серии неподвижным тестовым полем служила черно-белая заслонка, видимая испытуемым на фоне экрана — однородного и равномерно освещенного красного листа бумаги (рис. 42). Диаметр заслонки был равен 10°. Кроме диафрагмы присоски П8, через которую смотрел испытуемый на экран, к присоске приклеивали ограничитель поля зрения — вторая круглая диафрагма, которая оставляла свободным для восприятия центральный участок сетчатки (50°).
Ограничитель поля зрения был создан только для того, чтобы во время опыта при небольших движениях глаза края экрана (края листа красной бумаги) не попадали в иоле зрения испытуемого. В первый момент опыта испытуемый видел красный круг (центральную часть экрана) и чернобелую заслонку на его фоне.
В этих условиях через несколько секунд после начала опыта возникало пустое поле для всего поля зрения, и испытуемый говорил, что наступила «тьма». Поскольку экран являлся неподвижным, его изображение при движениях глаза перемещалось по сетчатке. Но так как края экрана не попадали в поле зрения, заданное ограничителем, а самый экран освещался достаточно равномерно, освещенности всех точек сетчатки оставались неизменными, что было эквивалентно неподвижности сетчаточного изображения.
В следующий момент к красному экрану прикрепляли четыре узкие полоски белой бумаги, которые образовывали квадрат, расположенный внутри ограничителя поля зрения. Размеры и положения квадрата были такими, что заслонка оказывалась расположенной внутри квадрата (в поле зрения, при небольших движениях глаз, квадрат не касался заслонки).
Испытуемый сразу же замечал и полоски бумаги и то, что поле, ограниченное этими полосками, в течение нескольких секунд перекрашивалось в красный цвет, т. е. принимало истинный цвет экрана. Если полоски бумаги убирали, то вновь возникало пустое поле для всего поля зрения, в течение нескольких секунд видимый цвет экрана из красного переходил в серый, сливался с цветом ограничителя поля зрения и для испытуемого наступала тьма. Важный для нас результат опыта состоял в том, что черно-белая заслонка, исчезнувшая для испытуемого в начале опыта, в дальнейшем не появлялась. Видимый цвет заслонки всегда изменялся синхронно с видимым цветом экрана.
Результаты этих опытов позволяют сделать важные для нас выводы. Прежде всего следует, что пустое поле не имеет собственного цвета. Любые изменения в освещении какого-то данного участка поля зрения не разрушают пустого поля, прилегающего к этому участку. Изменяющееся по цвету окружение пустого поля может изменять видимый цвет пустого поля в самых широких пределах.
Следует заметить, что восприятие пустого поля нельзя отождествлять с восприятием, возникающим при отсутствии действующего света, т. е. восприятие неподвижного черного тестового поля, до того как оно перешло в пустое поле, нельзя отождествлять с восприятием этого пустого поля. Черный цвет соответствует сигналу об отсутствии света, а пустое поле — отсутствию сигнала. При сигнале об отсутствии света мы видим черный цвет, при отсутствии сигнала на пустом поле мы можем видеть любой цвет.
Результаты всех предыдущих опытов позволяют считать, что в обычных условиях восприятия мы часто имеем дело с пустыми полями, возникающими в естественных условиях, когда смотрим на большие поверхности, равномерные по цвету, например на голубое безоблачное небо или равномерный экран.
Действительно, хотя глаз человека все время находится в движении, однако часто эти движения укладываются в пределах ограниченного телесного угла. Если однородный фон имеет угловые размеры, большие этого телесного угла, то на сетчатке должна быть область, в пределах которой
в течение времени, достаточного для образования пустого поля (1—3 сек.), не происходит никаких изменений. При этом на соответствующем участке воспринимаемого объекта возникает пустое поле, что, однако, остается субъективно незаметным, поскольку это пустое поле принимает окраску окружения. При восприятии равномерной поверхности зрительный анализатор экстраполирует видимый цвет с краев поверхности на ее середину. Отсутствие сигналов с какого-то участка сетчатки служит для зрительного анализатора информацией о том, что этому участку соответствует равномерная поверхность, цвет которой должен оставаться неизменным и равным цвету ее краев. При этом переход из состояния первого момента восприятия, когда глаз получает сигналы от всей поверхности, к состоянию, когда используется экстраполяция, оказывается плавным и никогда в естественных условиях не замечается наблюдателем.
Видимый цвет пустого поля, возникающий в естественных условиях всегда равен цвету его краев, т. е. всегда равен цвету поверхности, на которой он возникает.
Для видимого цвета пустого поля, возникающего в искусственных условиях, характерны два различных случая. В одном случае этот цвет определяется цветом, видимым второму глазу испытуемого. Поэтому, когда второй глаз закрыт, пустое поле кажется «тьмой», темно-серым фоном, а когда дается засветка, оно принимает цвет засветки. Второй случай наблюдается, когда в искусственных условиях пустое иоле оказывается на фоне равномерной поверхности и сливается с этой поверхностью, или, иными словами, когда пустое поле, возникающее на заслонке присоски, может принять цвет пустого поля, возникающего в естественных условиях. Такое слияние полей понятно, если считать, что и то и другое пустое поле возникает в результате отсутствия сигналов, а отсутствие сигналов с какого-то данного участка сетчатки однозначно истолковывается вышележащими отделами зрительного анализатора. Можно сказать, что зрительный анализатор «отождествляет» пустое поле, возникающее в искусственных условиях, с пустым полем, возникающим в естественных условиях.
Именно поэтому пустое поле, получаемое при помощи присосок, всегда кажется равномерным фоном (внутри поля исчезают все видимые различия), а видимый цвет поля всегда заполняется цветом окружения, когда оно оказывается на равномерной поверхности. Опыты с присосками позволяют изучать свойства пустого поля, возникающего в естественных условиях.
8. Инерция в видении цвета пустого поля
В настоящем разделе рассматривается инерция, обнаруживающаяся в виˊдении цвета пустого поля.
Во всех опытах применялась присоска
В первом опыте, повторяющем один из опытов предыдущего раздела, подвижным тестовым полем служил бумажный экран, состоящий из двух половин. Одна половина экрана была красной, другая синей (рис. 43). Опыт состоял в том, что, после появления пустого поля на заслонке, испытуемый поочередно смотрел на каждую половину экрана и добивался положения, при котором заслонка целиком оказывалась на фоне то красной, то синей половин. Оказавшись на одной из половин экрана, пустое поле принимало ее цвет и полностью с ней сливалось. Такой результат мы уже наблюдали. В данном случае существенным было следующее. Когда испытуемый менял точки фиксации так, что после красной половины пустое поле оказывалось на синей, то в первый момент (уже на синей половине) пустое поле оставалось красным, затем плавно, в течение 2—3 сек. перекрашивалось в синий цвет и сливалось с синим фоном. При переходе
Рис. 41. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено подвижное тестовое поле, на фоне которого находятся две черно-белые заслонки— два неподвижных тестовых поля, жестко укрепленных на присоске. Одна половина подвижного тестового поля пестрая, другая имеет равномерную окраску. На правом рисунке каждой пары изображен видимый цвет тестовых полей
Рис. 42. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено тестовое поле, которое состоит из черной диафрагмы округлым отверстием, чернобелой заслонки и красного равномерного фона, видимого испытуемому через отверстие диафрагмы. Диафрагма и заслонка жестко связаны с присоской (неподвижные тестовые поля). Красный фон — подвижное тестовое поле. На правом рисунке каждой пары изображен видимый цвет тестового поля
Рис. 43. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено красно-синее подвижное тестовое поле, на фоне которого находится черно-белая заслонка — неподвижное тестовое поле. На правом рисунке каждой пары изображен видимый цвет этих полей
Рис. 44. Схема двух опытов. Левый ряд рисунков показывает стадии исчезновения заслонки (неподвижного тестового поля) на фоне, медленно и плавно изменяющемся по цвету. Плавное изменение цвета фона делает исчезновение заслонки более продолжительным и удобным для наблюдения. Правый ряд рисунков показывает стадии появления заслонки в аналогичных условиях опыта
с синей половины экрана на красную пустое поле точно так же и с той же скоростью перекрашивалось в красный цвет и сливалось с красным фоном.
Во всех последующих опытах этой серии заслонка (т. е. неподвижное тестовое поле) направлялась испытуемым на центр белого экрана и оставалась в таком положении до конца опыта. При помощи двух осветителей, фотозатворов и системы вращающихся поляроидов в затемненной комнате экспериментатор изменял с заданной скоростью цвет экрана (скажем, от цвета
При более быстром изменении цвета экрана испытуемый уже начинал замечать заслонку. Исчезая на фоне относительно неизменного экрана и появляясь вновь при его изменениях, заслонка всегда казалась испытуемому однородным кругом (в действительности, как мы знаем, она состояла из черной и белой половинок). Исчезновение заслонки всегда протекало так, что сначала исчезала периферическая часть и в последнюю очередь центральная. Появлялась она внезапно, целиком, с резкими краями (рис. 44). Когда цвет экрана изменялся настолько быстро, что видимый цвет заслонки не успевал подравниваться к цвету экрана, испытуемый отмечал хорошо заметное отставание изменений цвета заслонки по сравнению с изменениями цвета экрана. Серия таких опытов очень наглядно показывает отмечавшуюся выше инерцию в вйдении цвета пустого поля.
Если изменения цвета экрана достигали 1—3 периодов в секунду (свет изменялся по синусоидальному закону), видимый цвет заслонки уже не успевал перекрашиваться вслед за экраном и принимал равномерную окраску, напоминающую смесь изменяющихся цветов экрана.
В разделе 4 настоящей главы мы отмечали, что неподвижный объект (неподвижное тестовое поле) легко исчезает на фоне мелькающего окружения, если сетчаточное изображение этого объекта засвечивается рассеянным мелькающим светом. В опытах настоящего раздела свет мелькающего экрана, попадая на склеру глаза, засвечивал всю сетчатку, в том числе и изображение заслонки. При этом в полном соответствии с данными раздела 4 оказалось, что при скоростях мельканий, превышающих всего лишь 3—6 периодов в секунду, различия между видимым цветом заслонки и цветом экрана исчезают, а участок поля зрения, соответствующий заслонке, кажется мелькающим синхронно со всем экраном. Здесь существенно отметить, что отдельно взятый период или полупериод изменений цвета экрана вызывает появление заслонки, исчезнувшей на фоне экрана, а непрерывный ряд этих периодов ведет к исчезновению заслонки, т. е. к распространению мельканий экрана на участок поля зрения, занятый заслонкой. Существенно и то, что частота мельканий, при которой исчезает заслонка, значительно меньше критической частоты мельканий.
В ряде опытов белый экран освещали двумя осветителями. Из одного осветителя на экран посылали неизменный свет. Цвет освещения (обозначим его буквой
В последнем опыте раздела 7 (см. описание опыта и рис. 42) мы могли наблюдать как бы плавный переход пустого поля, возникающего в искусственных условиях, в пустое поле, возникшее в естественных условиях. При этом черно-белая заслонка, расположенная на фоне экрана и исчезнувшая в начале опыта, в дальнейшем не появлялась. Этот факт говорит о том, что инерции в вйдении того и другого пустых полей одинаковы. Различия этих инерций обязательно проявили бы исчезнувшую заслонку в моменты перехода пустого поля из одного состояния в другое.
Таким образом, опыты, описанные в настоящем разделе, обнаруживают определенную инерцию в вйдении пустого поля. В дальнейшем мы постараемся выяснить, какова роль этой инерции в процессе зрения.
9. Пространственная развертка процесса образования пустого поля
Опыты раздела 6 показали, что в работе зрительного анализатора обнаруживаются два существенно различных процесса: «быстрый» и «медленный». В дальнейшем процесс восприятия различий в пределах неизменного и неподвижного сетчаточного изображения мы будем называть «быстрым» процессом. Началом процесса будем считать момент, когда произошло последнее изменение действующего света, а концом — момент образования пустого поля. Повторив ранее сказанное, отметим, что быстрый процесс, по-видимому, можно связать с известным в электрофизиологии фактом появления импульсов в зрительном нерве в ответ на изменение интенсивности света действующего на сетчатку
В задачу опытов настоящего раздела входит более подробное рассмотрение быстрого процесса.
В этих опытах использовалась присоска П6 и насадки с капиллярами, описание которых дано ниже. Забегая вперед, отметим, что указанные насадки позволяют получать пространственную развертку быстрого процесса, т. с. позволяют испытуемому одновременно видеть все стадии этого процесса в различных условиях опыта.
Во многих случаях при изучении зрения возникает необходимость перемещать по сетчатке изображение границы двух полей с постоянной, наперед заданной скоростью. Эта задача решается при помощи капилляра, укрепленного в насадке присоски П6 и видимого испытуемому на фоне молочного стекла, отраженного в зеркальце. Одна из конструкций такого капилляра схематически изображена на рис. 45. Видимые размеры капилляра определяются его действительными размерами и увеличением короткофокусной линзы.
Внутренний диаметр капилляра 0,03—0,05
Рис. 45. Схематическое изображение капилляра, укрепленного в насадке присоски
При помощи микропипетки или маленькой кисточки в воронку
Угловую скорость движения мениска, видимого испытуемым через короткофокусную линзу присоски, легко определить, зная длину капилляра в градусах и время движения мениска по капилляру, определяемое испытуемым при помощи секундомера. Скорость движения мениска в капилляре может изменяться от нескольких угловых минут до нескольких градусов в секунду. При некотором увеличении поверхности испарения раствора в воронке
Если внутренняя поверхность капилляра достаточна чиста, то мениск окрашенного раствора, движущийся по капилляру, не оставляет никаких соринок, капилляр чист и прозрачен и по цвету мало отличается от молочного стекла. В первые секунды опыта испытуемый видит мениск как резкую движущуюся границу между черной жидкостью и ярким молочным стеклом. Перекрывая пучок света, падающий на молочное стекло присоски, цветными фильтрами, придают фону ту или иную окраску.
Как уже указывалось, внутренний диаметр капилляра равен приблизительно 0,03—0,05
Во многих опытах имеет смысл использовать одновременно два движущихся мениска. Это достигается следующим образом. После того как из воронки
На рис. 47 показана насадка, при помощи которой, как и в предыдущем случае, изучают восприятие изображений, перемещающихся по сетчатке с заданной скоростью.
Корпус насадки
Рис. 46. Пояснительная схема к первому варианту насадки с капилляром
света так, чтобы склера глаза оставалась в полной темноте. Нижнюю часть насадки пересекает капилляр
ляют только одну наиболее яркую полоску. Угловые скорости движения мениска определяются и регулируются так же, как и в первом варианте насадки с капилляром. В зависимости от задач опыта экспериментатор может пользоваться первым или вторым вариантом насадки. При первом варианте почти вся сетчатка оказывается засвеченной ярким фоном молочного стекла, при втором почти вся сетчатка находится в темноте.
Рис. 47. Второй вариант насадки с капилляром к присоске П6
После того как присоску сажали на глаз и появлялось пустое поле, испытуемый, в зависимости от конструкции насадки, видел картину, изображенную на рис. 46 или 48. Образно говоря, испытуемому были видны как бы две «кометы», движущиеся по фону пустого поля. Соответственно одна из комет казалась яркой, другая очень черной («гораздо чернее темного фона пустого поля»).
В дальнейшем яркую комету условимся называть ои-кометой, а темную —
При этом если быстрый процесс можно связывать с
Передняя часть каждой из комет имела участок, равномерный по цвету. Затем видимый цвет этих участков плавно переходил в видимый цвет пустого поля.
Чтобы определять временные характеристики быстрого процесса, измеряли видимую длину комет. Во время опыта на молочное стекло присоски бросали тень от узенькой полоски бумаги. Поскольку тень перемещалась по молочному стеклу, она, хотя и не очень резко, была видна испытуемому на фоне пустого поля. После того как тень пододвигали близко к комете, испытуемый сравнивал ширину тени и длину кометы. Всегда можно было подобрать такую полоску бумаги, ширина тени которой равнялась бы длине кометы. После опыта измерялась ширина тени в угловых величинах. Поскольку при этом угловая скорость кометы была уже известна, то мы получали все сведения о временных характеристиках быстрого процесса.
Граница двух полей, движущаяся по фону пустого поля, вызывает в некотором участке сетчатки резкое изменение освещения и, следовательно, появление быстрого процесса. Поскольку граница перемещается по сетчатке с постоянной скоростью, возникают условия, при которых испытуемый может наблюдать одновременно все стадии быстрого процесса.
Мы попытались выяснить, как сказываются воздействия некоторых стимулов на длину и цвет кометы в условиях, когда эти стимулы затрагивают только некоторую часть сетчатки.
По фону пустого поля в непосредственной близости от
Если какая-то часть капилляра была заштрихована поперечными черными полосками, то испытуемый видел комету, проходящую через такой участок, расчлененной на изолированные отрезки. Оказалось, что такие условия не изменяют заметным образом общей длины и цвета
Рис. 48. Пояснительная схема ко второму варианту насадки с капилляром
комет. С точностью, доступной для данной методики, удалось выяснить, что длина комет изменяется пропорционально скорости движения менисков.
Полученные результаты позволяют нам рассматривать кометы как развертки быстрого процесса в пространстве. Действительно, если воздействие стимулов на участки сетчатки, граничащие в поле зрения с кометой, не влияют заметным образом на ее длину и цвет, то, по-видимому, и воздействие изображения мениска не должно влиять на участки, через которые оно уже прошло и которым соответствует угасание быстрого процесса. Кроме того оказалось, что продолжительность быстрого процесса, измеренная по времени появления пустого поля, и продолжительность быстрого процесса, измеренная при помощи комет, приблизительно совпадают (мы говорим «приблизительно», поскольку испытуемым довольно трудно установить момент, когда исчезают все различия тестового поля).
При достаточно малой скорости движения изображения по сетчатке мениски уже не видны и, следовательно, кометы не появляются. Так, например, в условиях, когда на склеру падал яркий свет, а видимая яркость молочного стекла присоски равнялась 500
Как уже указывалось, передняя часть каждой кометы имеет участок, равномерный по цвету, который затем плавно переходит в видимый цвет пустого поля. Очевидно, наличие такого участка говорит о том, что быстрый процесс в своей начальной стадии изменяется мало и угасание начинается лишь спустя некоторое время. Измерения показывают, что продолжительность начальной, мало изменяющейся части быстрого процесса приблизительно равна 1—3 сек., угасание же этого процесса длится 2—5 сек
Изменение спектрального состава света, падающего на молочное стекло присоски, не вызывало заметного изменения длины комет.
В дальнейшем была сделана попытка проследить за поведением комет в условиях резкого изменения засветки глаза.
Когда роговица закрыта присоской, легко изменять засветку всей сетчатки рассеянным светом, изменяя освещение склеры. Резкое изменение засветки могло приводить к укорочению или полному исчезновению комет. Оказалось, что всегда можно было подавать на сетчатку такие изменения яркости, при которых объекты, исчезнувшие для испытуемого вследствие неподвижности сетчаточного изображения, почти не появляются, а изменения, происходящие с кометами в этих условиях, хорошо видны испытуемому.
Здесь мы подчеркиваем лишь тот факт, что изменение засветки, в частности, приводит к полному или частичному торможению быстрого процесса (комета мгновенно исчезает или укорачивается, а затем восстанавливается). Это явление, по-видимому, аналогично известному в электрофизиологии сетчатки процессу предвозбудительного торможения. Предвозбудительное торможение хорошо видно на нейрограммах, полученных на зрительном нерве животных. На рис. 49 показан пример такого торможения на зрительном нерве лягушки.
Чтобы проследить за поведением быстрых процессов в условиях, близких к обычным условиям восприятия, была использована присоска
После укрепления присоски изображение окружающих объектов и изображение капилляра накладывались на сетчатке одно на другое. В первые несколько секунд испытуемый видел на фоне фиксируемого объекта резкое изображение капилляра в виде тени, наложенной на этот объект. Затем, вследствие неподвижности капилляра относительно сетчатки, тень исчезала и слегка проявлялась лишь в моменты, когда смена точек фиксации сопровождалась значительным изменением цвета объекта, на фоне которого оказывался капилляр. Когда капилляр переставал восприниматься испытуемым, движение мениска черной жидкости внутри капилляра вызывало появление
Был проведен следующий опыт. Перед испытуемым стояло три экрана. Один из них был пестрым (картон с наклеенными на него разноцветными бумажками). Второй экран состоял из двух, очень мало отличающихся по цвету половин. И, наконец, третий экран представлял собой равномерный по цвету и освещению лист бумаги. Каждый экран испытуемый видел под таким углом, чтобы на его фоне свободно умещалось изображение капилляра, а следовательно, и комет.
Во время опыта испытуемый поочередно смотрел на экраны и менял точки фиксации таким образом, чтобы кометы не выходили за пределы экрана. Оказалось, что когда испытуемый менял точки фиксации на первом (пестром) экране, то каждая такая смена сопровождалась мгновенным исчезновением
Можно полагать, что описанные укорочения и исчезновения комет следует рассматривать как показатели полного и частичного торможения быстрого процесса, соответствующего тем участкам сетчатки, на которых
Рис. 49. Нейрограммы со зрительного нерва лягушки (R. ridibunda)
На нижнем снимке записаны импульсы, появившиеся в ответ на замену света темнотой и темноты светом К моменту вамены темноты светом импульсы еще шли, но затем были полностью заторможены Это предвозбудительное торможение хорошо видно на записи
в момент смены точек фиксации и после него видны изменения комет. Описанные опыты позволяют утверждать, что в зависимости от изменений в освещении, которые происходят в результате смены точек фиксации, быстрые процессы на различных участках сетчатки могут тормозиться полностью, частично и, наконец, не тормозиться совсем.
Во время фиксации объекта глаза человека постоянно находятся в движении и, в частности, совершают небольшие, но резкие повороты. При этом движения глаз сопровождаются появлением и торможением ряда быстрых процессов, соответствующих тем частям сетчатки, по которым в результате движений глаз переместилось изображение резко выраженных элементов объекта. Видимый цвет пустого поля, расположенного внутри равномерного по цвету объекта, определяется окружением; зрительный анализатор экстраполирует на пустое поле цвет, видимый по краям поверхности. При этом оказывается, что то, с чего мы экстраполируем, дискретно (чередование быстрых процессов и торможений в результате скачков глаза), а то, что мы получаем в результате экстраполяции, непрерывно (видимый цвет пустого поля не изменяется во времени, пока наблюдатель фиксирует объект). Однако все становится понятным, если мы вспомним о существовании инерции в виˊдении цвета пустого поля. Эта инерция позволяет нам при экстраполяции с краев равномерной поверхности видеть ее неизменной по цвету в условиях, когда изображение краев непрерывно и скачкообразно перемещается по сетчатке, что в свою очередь необходимо для того, чтобы мы видели эти края.
Здесь следует заметить, что при фиксации продолжительность отдельного резкого поворота глаз около 0,02 сек., а время, приходящееся на такие повороты, не превышает 3% от всего времени фиксации. При резком изменении окружения пустого поля заметные изменения его видимого цвета вследствие инерции наступают спустя лишь десятые доли секунды.
10. Восприятие предметов, движущихся по фону пустого поля
Ранее мы уже описывали опыты, в которых по фону пустого поля перемещались некоторые объекты. Рассмотрим этот случай несколько подробнее. Чтобы облегчить изложение, будем называть предметами те тестовые поля, подвижные относительно сетчатки, которые перемещаются по фону пустого поля.
В первой серии опытов этого раздела применяли присоску
Здесь уместно вспомнить опыты, о которых речь шла в одном из предыдущих разделов. В этих опытах по фону пустого поля перемещался яркий белый предмет. Диаметр предмета 3°. Яркость его во всех опытах была значительно больше яркости неподвижного тестового поля. При этом оказалось, что видимый цвет пустого поля не изменяется, а видимый цвет белого предмета в первый момент (т. е. сразу после появления пустого поля) кажется белым, а затем в течение 30—40 сек. заметным образом изменяется, приобретая насыщенный оттенок цвета, приблизительно дополнительного к цвету неподвижного тестового поля.
В одном из опытов, в котором применяли присоску
Здесь следует отметить, что, хотя с изменением условий данною опыта видимый цвет фона, по которому движется предмет, и видимый цвет предмета резко изменяются, характер различия, существующего между неподвижным тестовым полем и предметом, на всех этапах опыта сохраняется.
На рис. 51 показан результат одного из опытов, в котором применяли присоску П8. В этом опыте подвижным тестовым полем служил хорошо освещенный большой лист красной бумаги, на фоне которого в течение всего опыта находилось неподвижное тестовое поле (заслонка), состоящее из двух половин. Левая половина неподвижного тестового поля была черной, правая — белой. Диаметр неподвижного тестового поля равнялся 20°. Движущимся предметом служил маленький красный кружок, цвет которого совпадал с цветом подвижного тестового поля. Диаметр кружка равнялся 3°. Выяснялся вопрос, каким будет видимый цвет предмета, движущегося по фону пустого поля, возникшего на заслонке. Здесь мы подчеркиваем: красный предмет равен по цвету подвижному тестовому полю, а видимый цвет пустого поля в данных условиях опыта становится равным цвету этого же подвижного тестового поля.
Оказалось, что испытуемый четко видит предмет, движущийся по фону пустого поля, хотя самого пустого поля не замечает. При этом на правой половине пустого поля предмет кажется испытуемому чрезвычайно насыщенно красным и темнее подвижного тестового поля. На левой половине пустого поля этот же предмет кажется испытуемому розовым и светлее подвижного тестового поля. Иногда вокруг предмета испытуемый замечал небольшие ореолы. Здесь, как и в предыдущем опыте, наблюдается тенденция к сохранению характера различий (по яркости и цвету), существующих между неподвижным тестовым полем и предметом.
11. О роли засветки глаза рассеянным светом
Обычно экспериментаторы, исследуя зрение человека, не придают большого значения засветке сетчатки через склеру. Это естественно, поскольку при более или менее постоянном освещении и, следовательно, постоянной засветке, рассеянный свет, падающий на сетчатку, мало сказывается на результатах многих опытов. Однако в работах со стабилизированным изображением особенно важно исключать засветку или сделать ее по возможности постоянной, поскольку (см. раздел 5) всякое надпороговое уменьшение засветки проявляет различия тестового поля, исчезнувшие вследствие неподвижности (при всякой надпороговой прибавке засветки испытуемый видит только эту прибавку). Во многих случаях существенное изменение засветки может быть вызвано не только случайными изменениями освещения, но и поворотом глаза или тенью, промелькнувшей по склере.
Прежде всего рассмотрим явления, возникающие в условиях мелькающей засветки большой яркости.
В одном из опытов с присоской П3 полностью закрывалась роговица и свет мог проникать внутрь глаза только через склеру. Полосками лей-
Рис. 50. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображено неподвижное тестовое поле и движущийся по его фону красный предмет (подвижное тестовое поле). На правом рисунке каждой пары изображен видимый цвет тестового поля и предмета в разных условиях опыта
Рис. 51. Схема опыта. В каждой паре рисунков на левом изображен красный экран (подвижное тестовое поле) и черно-белая заслонка (неподвижное тестовое поле), расположенная на его фоне. На правом рисунке каждой пары изображены видимые цвета тестовых полей
I — тестовое поле и его видимый цвет в первый момент опыта;
копластыря до предела расширялись веки, и на склеру посылался яркий мелькающий свет. В этих условиях при частоте мельканий обычно от 6 до 15 периодов в секунду испытуемый видел яркие мозаики, переливающиеся всеми цветами радуги. Мозаики имели очень насыщенные цвета; они были мелкими в области fovea и крупнее на периферии сетчатки. Особенно красочной эта картина становилась в моменты увеличения и уменьшения частоты мельканий.
В дальнейшем на глаз испытуемого сажали присоску
Эти опыты прежде всего говорят о роли засветки сетчатки мелькающим светом через склеру, которая представляет собой как бы оранжевый фильтр. Кроме того, они говорят о том, с какой осторожностью нужно относиться к результатам опытов, в которых изменяющийся свет попадает на склеру. Каков цветовой оттенок засветки глаза через склеру, легко убедиться, если в полностью затемненной комнате осветить ярким пучком света височную часть склеры испытуемого. В этих условиях экспериментатор видит, что вся внутренняя область глаза светится оранжевым светом. Такой опыт наглядно показывает, на какой фон засветки накладывается сетчаточное изображение, когда склера ярко освещена.
В ряде опытов засветка сетчатки мелькающим светом осуществлялась и через склеру, и через молочное стекло присоски. Иногда такие засветки были синхронными для молочного стекла и склеры, иногда асинхронными. В некоторых опытах освещение различных частей склеры и различных частей молочного стекла было сдвинуто по фазе. В таких опытах испытуемые часто видели фантастические по сложности, многообразию и расцветке геометрические фигуры с центром в фовеальной части сетчатки. Описание таких опытов могло бы занять много места, однако это не приблизило бы нас к пониманию этих явлений. Здесь можно высказать лишь предположение, что сложные, необычные изменения яркого цвета на сетчатке приводят к путанице информации на каких-то этажах зрительного анализатора, в результате чего испытуемые видят столь удивительные картины. Следует заметить, что опыты этой серии тяжело переносятся некоторыми испытуемыми. Отбор испытуемых в данном случае требует определенной осторожности.
В дальнейшем мы постарались выяснить, как влияет на видимый цвет тестового поля тот факт, что глазное дно имеет оранжевый цвет благодаря пигментам и кровеносным сосудам. В этих опытах тестовое поле, неподвижное относительно сетчатки, освещалось изменяющимся по яркости белым светом. На сетчатку свет поступал только через прозрачные среды глаза.
Опыты показали, что белое тестовое поле, исчезнувшее вследствие неподвижности, при некотором плавном и надпороговом увеличении яркости белого экрана вызывает ощущение желтого цвета. Плавное надпороговое уменьшение яркости белого тестового поля приводило к явно заметному посинению последнего. Если в этих условиях исчезнувшее тестовое ноле было достаточно ярким, то появляющийся синий цвет казался испытуемому насыщенно синим.
Не исключено, что полученные результаты обусловлены оранжевым цветом глазного дна и их необходимо учитывать в опытах с изменяющейся яркостью (или цветом) тестового поля.
Чтобы выяснить, как приспосабливается глаз к некоторым, неподвижным относительно сетчатки аномалиям в освещении, было сделано несколько опытов, в которых применялись присоски П7 и П8. При помощи присоски
Оказалось, что уже через несколько секунд испытуемый перестает замечать присутствие довольно темных теней и фильтров (поглощающих, например, 70—90% света), если он смотрит на равномерные поверхности или объекты с малым световым и цветовым контрастом деталей. Рассматривание испытуемым очень пестрых и контрастных картин в какой-то мере проявляло наличие теней и фильтров. Слабые тени и фильтры (поглощающие, например, 20—30% света) практически не замечались испытуемым даже на пестром фоне.
Эти опыты говорят о том, что хотя глаз человека хорошо приспосабливается к некоторым постоянным и неподвижным аномалиям в освещении сетчатки, однако полностью приспособиться к ним не может (во всяком случае в течение одного опыта).
Выводы
Результаты опытов второй главы позволяют нам утверждать следующее. Для оптимальных условий работы зрительного анализатора человека необходимо некоторое постоянное (прерывистое или непрерывное) движение сетчаточного изображения. Если тестовое поле (любых размеров, цвета и яркости) становится и остается строго неизменным и неподвижным относительно сетчатки, то в этих условиях спустя 1—3 сек. оно становится и остается пустым полем.
Очень часто в процессе восприятия на отдельных участках сетчатки возникают условия неизменного освещения. Такие условия возникают при восприятии достаточно больших и равномерных поверхностей и небольших движениях глаз. Если неизменность освещения продолжается свыше 3 сек., то внутри равномерной поверхности (или поверхностей) возникает пустое поле. Пустое поле всегда принимает окраску окружения и в обычных условиях никогда не замечается человеком. Иными словами, зрительный анализатор экстраполирует видимый цвет краев поверхности на ее середину.
В соответствии с данными электрофизиологии мы полагаем, что у человека неизменность и неподвижность сетчаточного изображения ведет к исчезновению или резкому уменьшению числа импульсов, поступающих с глаза в зрительный нерв. При этом отсутствие сигналов с какого-то участка сетчатки служит для зрительного анализатора информацией о том, что этому участку соответствует равномерная поверхность, цвет которой не изменяется и равен цвету ее краев.
Можно сказать, что зрительный анализатор «отождествляет» пустое поле, возникающее в искусственных условиях, с пустым полем, возникающим в естественных условиях. Поэтому пустое поле, возникающее в искусственных условиях, всегда кажется испытуемому равномерным фоном (внутри поля исчезают все видимые различия), а видимый цвет поля всегда заполняется цветом окружения.
В работе зрительного анализатора обнаруживаются два существенно различных процесса: первый — быстрый процесс исчезновения всех видимых различий неподвижного тестового поля и второй — медленный, который обычно легко обнаруживается при помощи последовательных образов. Быстрый процесс, по-видимому, можно связать с известным в электрофизиологии фактом появления импульсов в зрительном нерве в ответ на изменение интенсивности света (
В вйдении цвета пустого поля обнаруживается определенная инерция. Эта инерция позволяет нам при экстраполяции с краев равномерной поверхности видеть эту поверхность неизменной по цвету в условиях, когда изображение краев непрерывно и скачкообразно перемещается по сетчатке, что в свою очередь необходимо для того, чтобы мы видели эти края.
Прежде чем приступать к изложению материала настоящей главы, постараемся выяснить, каков общий характер движений глаз при восприятии неподвижных объектов. Рассмотрим рис. 52, на котором показана запись движений двух глаз испытуемого при рассматривании плоского изображения одним глазом. Во время опыта один глаз испытуемого был закрыт присоской
Здесь следует подчеркнуть, что в любой ситуации для скачков глаз характерны большая скорость (продолжительность скачка измеряется сотыми долями секунды), равная величина и одновременность движения обоих глаз, которая, как мы видим на рис. 52, сохраняется, даже когда один глаз полностью закрыт присоской, т. е. выключен из процесса восприятия.
Некоторые читатели думают, что при восприятии неподвижных объектов глаза человека способны, кроме скачкообразных, совершать и плавные прослеживающие движения. Пока речь идет о неподвижных объектах, такое представление ошибочно. Оно обусловлено тем фактом, что небольшие скачки глаз совершаются непроизвольно и не ощущаются нами. На рис. 53 показана запись движений глаз, во время которой испытуемый старался плавно (без скачков) обвести взглядом линии нескольких геометрических фигур. Хотя субъективно прослеживающие движения глаз казались испытуемому плавными и непрерывными, в действительности, как видно из записи, они складывались из отдельных остановок и маленьких скачков.
Кроме того, глядя на рис. 53, мы можем заметить, что непроизвольные скачки, возникающие при попытке плавно обвести взглядом линии фигур, хотя и совершаются в окрестности линий, далеко не все располагаются вдоль этих линий.
Если наблюдатель пристально смотрит на какую-либо точку неподвижного предмета, то субъективно у него возникает представление, что он фиксирует эту точку неподвижными глазами. Записи показывают, что в действительности и этот процесс сопровождается непроизвольными и незаметными для наблюдателя скачками (иногда напоминающими подергивания глаз).
Опыты обнаружили, что непроизвольны не только маленькие скачки (с размерами от 2 до 20 угловых минут). Большие скачки (обычно не превышающие 15—20°) в основном также оказываются непроизвольными и при восприятии не замечаются наблюдателем.
Когда объект восприятия неподвижен относительно головы наблюдателя, процесс восприятия, протекающий между двумя любыми смежными скачками, условимся в дальнейшем называть процессом фиксации.
Опыты показывают, что при восприятии неподвижных объектов, в промежутке между поворотами головы и моргательны-ми движениями, глаза человека могут находиться только в одном из двух состояний: в состоянии фиксации или в состоянии смены точек фиксации.
Настоящая глава посвящена изучению движений глаз во время фиксации взора, направленного на какой-либо элемент неподвижного объекта. При этом рассматривается процесс фиксации и маленькие непроизвольные скачки глаз.
Из всего сказанного во второй главе следует, что для хороших условий восприятия и в случае фиксации взора, направленного на элементы неподвижных объектов, необходимо некоторое движение глаз. Фиксация взора, которая
Рис. 52. Репродукция с картины А. Л. Ржевской «Веселая минутка» и запись движений двух глаз при свободном (без инструкции) рассматривании репродукции одним глазом в течение 30 сек. (второй глаз полностью закрыт присоской П2).
Рис. 53. Запись движений глаза при рассматривании геометрических фигур
была зарегистрирована на рис. 52 и 53 в виде черных точек, сопровождается двумя или тремя видами движений: дрейфом, тремором и непроизвольными скачками. Кроме того, нам всегда следует помнить, что некоторое перемещение сетчаточного изображения и изменение этого изображения может быть вызвано движением головы, которая никогда не бывает совершенно неподвижной, пульсацией крови, постоянным изменением состояния хрусталика и величины зрачка.
Дрейф представляет собой неупорядоченное и относительно медленное движение осей глаз, при котором для каждого глаза изображение точки фиксации остается внутри fovea. Дрейф всегда сопровождается тремором — высоким по частоте, но очень маленьким по амплитуде колебательным движением осей глаз. Маленькие непроизвольные скачки обычно возникают в условиях, когда продолжительность фиксации взора, направленного на ту или иную точку неподвижного объекта, становится больше некоторого отрезка времени (0,3—0,5 сек.) или когда вследствие дрейфа изображение точки фиксации слишком удаляется от центра fovea. Не все фиксации взора сопровождаются непроизвольными скачками. Так, например, при относительно беглом рассматривании объекта большинство фиксаций взора сопровождается двумя видами движений — дрейфом и тремором. Для регистрации дрейфа, тремора и непроизвольных скачков глаз наиболее удобны условия продолжительной фиксации взора на какой-либо неподвижной точке.
Общий характер движений глаз (скачкообразный характер движений) уже давно был обнаружен и изучался многими авторами (Мюллер — Muller, 1826; Ламанский — Lamansky, 1869; Жаваль — Javal, 1879; Ландольт — Landolt, 1891; Делябарр — Delabarre, 1898; Оршанский — Ог-schansky, 1899; Хьюи — Huey, 1898, 1900; Джадд, Мак Аллистер, Стил— Judd, McAllister, Steel, 1905; Додж — Dodge, 1907, и др.).
Несмотря на несовершенство методик, которыми пользовались эти ученые, им удалось получить в общем правильное представление об основных видах движений глаз. По мере усовершенствования методик число работ, посвященных изучению движений глаз, сильно увеличилось. При этом особенное внимание уделялось процессу фиксации, в котором роль движений глаз во всех деталях была неясна. Очень часто одни и те же вопросы изучались при помощи различных методик многими авторами. В дальнейшем мы не будем упоминать обо всех работах, дублирующих одн$ другую. Наша задача в данном случае сводится к тому, чтобы при помощи наиболее совершенной методики выяснить, какие микродвиже-лдя глаз в процессе фиксации взора препятствуют образованию пустого поля.
Впервые обнаружил и в общем правильно описал дрейф осей глаз Р. Додж (Dodge, 1907). Он считал, что нет постоянной точки фиксации и предложил термин «фиксационное поле». В дальнейшем почти все авторы, изучавшие движения глаз, подтвердили наличие дрейфующих движений глаз (Глезер, Цукерман, 1961). Исключение в данном случае представлял X. Хартридж (Hartridge, 1947), по мнению которого фиксация может осуществляться с точностью до одной колбочковой единицы.
На рис. 52 и 53 видно, что фиксации взора, которыми сопровождается восприятие изображений, записываются не в виде точек, а в виде пятен неправильной формы. Величина и форма таких пятен обусловлены дрейфом зрительных осей глаз. Чтобы получить общее представление о дрейфе, обратимся прежде всего к рис. 54, на котором пятна, обусловленные дрейфом, даны с большим увеличением. Рисунок представляет собой три отдельные записи движений глаза (с экспозицией 10, 30 и 60 сек.), сделанные на неподвижную светочувствительную бумагу при помощи присоски
В своих последних работах Р. Дитчберн (Ditchburn, 1959) считает среднюю скорость дрейфа равной 5 угловым минутам в секунду.
Обратимся к рис. 55 и 56. На рис. 55 показана запись горизонтальной составляющей движений двух глаз при фиксации испытуемым взора на неподвижной точке. Запись производилась на вертикально движущуюся
Рис. 54. Запись движений глаза в процессе фиксации неподвижной точки испытуемым
ленту щелевого фотокимографа при помощи присосок
На рис. 56 (аналогичном рис. 55) показана запись горизонтальной составляющей движений двух глаз при свободном, но беглом рассматривании неподвижного объекта (в данном случае безразлично какого). Записи рис. 56 во многом напоминают записи рис. 55. Однако зарегистрированные на рис. 56 скачки глаз представляют собой смену точек фиксации, а каждый отдельный акт фиксации взора сопровождается только дрейфом и тремором. На рис. 56 видно, что и при свободном рассматривании неподвижного объекта дрейфы обоих глаз происходят независимо друг от друга. Наконец, на рис. 57 зарегистрированы независимость и различие дрейфов обоих глаз в масштабе, при котором уже виден тремор.
Условимся называть дрейф, расположенный между двумя следующими друг за другом скачками, отдельным дрейфом.
Многочисленные записи показывают, что при свободном рассматривании неподвижных объектов подавляющее большинство фиксаций взора на элементах объекта протекает без скачков (непроизвольных). Для таких
Рис. 55. Запись горизонтальной составляющей движений двух глаз на фотокимографе в процессе фиксации неподвижной точки испытуемым
Рис. 56. Запись горизонтальной составляющей движений двух глаз на фотокимографе в процессе рассматривания неподвижной картины испытуемым
фиксаций взора продолжительность отдельного дрейфа и продолжительность фиксации оказываются тождественными. Здесь мы подчеркиваем важный для нас факт — при восприятии неподвижного объекта продолжительность отдельного дрейфа (фиксации) почти всегда достаточна для
Рис. 57. Запись горизонтальной составляющей движений двух глаз на фотокимографе в процессе фиксации неподвижной точки испытуемым
На записи хорошо видна асинхронность дрейфов глаз и тремор
того, чтобы глаз увидел фиксируемый элемент. Однако это время может оказаться иногда недостаточным для того, чтобы закончился процесс
Рис. 58. Репродукция с картины И. И. Левитана «Большая вода», предложенная пяти наблюдателям для свободного рассматривания, и график распределения 2000 дрейфов по их продолжительности
По оси абсцисс отложена продолжительность дрейфов; по оси ординат— число дрейфов приблизительно равной продолжительности
Рис. 59. График распределения тысячи дрейфов по их продолжительности в процессе фиксации неподвижной точки
Показания четырех наблюдателей. По оси абсцисс отложена продолжительность дрейфов ; по оси ординат — число дрейфов приблизительно равно й продолжительности
мышления, вызванный воспринятым элементом. Обычно наш взгляд направлен на элемент, о
котором мы думаем; при этом возникает продолжительная фиксация взора, которая складывается из отдельных дрейфов и непроизвольных скачков. Можно сказать, что во время такой фиксации взора происходит многократное (или повторяющееся) вйдение одного и того же элемента, при котором наблюдатель обычно не замечает кратковременных перерывов, вызываемых непроизвольными скачками.
На рис. 58 изображен график распределения отдельных дрейфов глаза по их продолжительности при свободном рассматривании картины или график распределения фиксаций по их продолжительности. В соответствующих опытах использовалась присоска
Полученный график позволяет сделать вывод, что при свободном рассматривании неподвижных объектов наиболее вероятна продолжительность дрейфов (фиксаций) от 0,2 до 0,8 сек. Особенно следует отметить резкое увеличение числа дрейфов на графике, когда их продолжительность становится большей 0,20 сек. Этот факт говорит о том, что для оптимальных условий восприятия неподвижных объектов нижней границей продолжительности фиксаций следует считать 0,25 сек. Кроме того, как видно на рис. 58, в указанных условиях наиболее часто встречающаяся продолжительность дрейфа (фиксации) равна 0,3 сек.
Средняя продолжительность дрейфа глаза в известной мере зависит от испытуемого и его состояния, от характера объекта восприятия и от той инструкции, которую получает испытуемый перед опытом. Так, например, при непрерывной и продолжительной фиксации взора на точке (когда испытуемому дается задание непрерывно ее фиксировать) график распределения отдельных дрейфов по их продолжительности (рис. 59) заметно отличается от графика рис. 58. В этом случае продолжительность отдельных дрейфов заметно увеличивается — иногда до нескольких секунд. При некоторых заболеваниях, а иногда и у здоровых наблюдателей, вместо неупорядоченного дрейф имеет определенное направление. Естественно, что в этом случае дрейф преимущественно в одну сторону корректируется небольшими скачками противоположного направления. У здоровых наблюдателей этот факт зарегистрировал П. Нахмаяс (Nachmias, 1959).
Опыты показывают, что когда наблюдатель старается длительное время фиксировать точку, около 97% времени приходится на дрейф и лишь 3% занимают скачки. При свободном рассматривании плоского неподвижного изображения и в зависимости от величины и характера изображения скачки могут занимать больше 3—5% времени. Наконец, когда свободное восприятие неподвижного объекта сопровождается сменой точек фиксации в пространстве так, что имеет место конвергенция и дивергенция глаз, на смену точек фиксации может приходиться значительно больше 5% от всего времени восприятия.
2. Тремор глаз
Из всех видов движений глаз тремор оказывается наиболее трудным для изучения. Амплитуда тремора очень мала, а частота очень высока, и это усложняет регистрацию тремора, поскольку во время записи приходится учитывать дрожание головы испытуемого, дрожание аппаратуры и здания. Кроме того, запись тремора представляет довольно серьезные требования и к оптической системе, участвующей в работе.
Впервые тремор зарегистрировали Ф. Адлер, М. Флигельман (Adler, Fliegelman, 1934), затем Л. Риггс, Ф. Ратлифф (Riggs, Ratliff, 1949, 1951), Р. Дитчберн, Б. Гинзборг (Ditchburn, Ginsborg, 1953).
Наши записи тремора относятся к 1956 г. Другие авторы также многократно регистрировали тремор. При этом результаты большинства записей показали, что амплитуда тремора (ее угловой размер) сравнима с угловым размером рецепторов глаза, а частота колеблется от 30 до 90 периодов в секунду. В последних работах Р. Дитчберн (Ditchburn, 1959) отмечает, что тремор характеризуется непрерывным спектром частот вплоть до 150
Как уже указывалось, любой дрейф глаз сопровождается тремором, однако оба вида движений независимы. Чтобы получить общее представление о треморе, обратимся к рис. 60 и 61. На этих рисунках изображены записи горизонтальных и вертикальных составляющих движений глаз в масштабе, при котором виден тремор. Записи производились на движущуюся ленту фотокимографа при помощи присосок
Рис. 60. Запись на фотокимографе движений глаза и верхнего зуба (резца) испытуемого в процессе фиксации неподвижной точки
зуба (резца, к которому во время опыта приклеивалось зеркальце), с тем чтобы различать движения глаза и движения головы. На рисунке видно, что в записях движений головы не зарегистрированы высокие частоты, характерные для тремора глаз.
Ряс. 61. Запись на фотокимографе движений двух глаз испытуемого в процессе фиксации неподвижной точки
На рис. 61 показаны параллельные и одновременные записи движений глаз. Кроме того, для сравнения (в тех же условиях) была произведена запись (рис. 62) дрожания руки и подбородника. Во всех опытах подбородник был скреплен с массивной установкой, поставленной на войлочную подушку. Во время опыта, изображенного на рис. 62, рука испытуемого покоилась на подбороднике.
Рис. 62. Запись на фотокимографе горизонтальной составляющей дрожания неподвижной руки, лежащей на столе, и подбородника (прямая линия)
Записи, подобные изображенным на рис. 60, 61 и 62, убедительно показывают, что колебания высокой частоты, зарегистрированные на лентах фотокимографа, не являются артефактом, а соответствуют движениям глаз, которые принято называть тремором.
Анализ записей тремора, полученных автором, дает следующие результаты. Амплитуда тремора равна 20—40 угловым секундам (1—1,5 диаметра колбочек fovea). В основном тремор складывается из движений,
частота которых равна 70—90 колебаниям в секунду (что значительно превышает критическую частоту слития мельканий). Отметим, что в результате тремора ось глаза движется но конусообразным поверхностям, обегая каждую такую поверхность приблизительно за 0,011—0,013 сек. Иначе говоря, если ось глаза мысленно продолжить до пересечения с фронтальной плоскостью, то в результате тремора она будет описывать на ней эллипсоподобные фигуры.
3. Маленькие непроизвольные скачки глаз
Регистрация скачков является относительно простым делом и поэтому уже давно у многих авторов сложилось правильное представление о том, что скачки для обоих глаз совпадают по времени, величине и направлению. Впервые маленькие непроизвольные скачки глаз обнаружил Р. Додж (Dodge, 1907).
Рис. 63. График распределения тысячи непроизвольных горизонтальных скачков по их величине в процессе фиксации взора, направленного на неподвижную точку
Показания одного испытуемого По оси абсцисс отложены величины сзачков в угло вых минутах, по оси ординат — число приблизительно одинаковых скачков
Рассмотрим несколько подробнее маленькие непроизвольные скачки, возникающие при длительной фиксации взора, направленного на неподвижную точку. Обратимся к рис. 63. На графике этого рисунка изображено распределение маленьких непроизвольных скачков по их величине. На рисунке видно, что величина большинства таких скачков лежит в пределах 1—25 угловых минут. Минимальные размеры таких скачков равны 2—5 угловым минутам. Максимальные размеры таких скачков приближаются к 40—50 угловым минутам. Здесь следует отметить, что даже минимальные скачки, равные всего 2—5 угловым минутам, для обоих глаз строго одинаковы (рис. 64).
Как показывают записи, продолжительность маленьких непроизвольных скачков, в зависимости от их величины, равна 0,01—0,02 сек. Такая небольшая продолжительность (наряду с небольшой величиной) способствует тому, что скачки совершенно не замечаются наблюдателем и при этом процесс фиксации взора кажется непрерывным.
Оказалось, что наблюдатель не может произвольно совершать скачки, размер которых меньше некоторой величины. В одном из опытов испытуемому были предложены две точки фиксации, расстояние между которыми равнялось 8 угловым минутам. Задача его состояла в том, чтобы поочередно фиксировать точки. Записи показали, что скачки и переключение внимания испытуемого с одной точки фиксации на другую (переключения, которые казались испытуемому сменой точек фиксации) в большинстве случаев не совпадали по времени. Иначе говоря, испытуемый
не мог вполне произвольно менять точки фиксации в условиях, когда расстояние между ними оказывалось соизмеримым с величиной самых маленьких непроизвольных скачков. Субъективная оценка момента смены точек фиксации отвечала не моментам скачков, а моментам переключения внимания. В данном случае человек управлял своим вниманием, а не скачками.
Говоря о скачках, не связанных с переключением внимания, мы можем отметить три случая. Во-первых, непроизвольные скачки возникают, когда наблюдатель пытается плавно обвести взглядом какой-нибудь контур неподвижного предмета.
Доказательством существования непроизвольных скачков в этом случае служат записи дви-
Рис. 65
Рис. 64
Рис. 64. Запись на фотокимографе движений глаз в процессе фиксации взора, направленного на неподвижную точку
На записи хорошо видно, что даже маленькие скачки для обоих глаз совпадают по величине и направлению
Рис. 65. Запись на фотокимографе движений глаза испытуемого (больного) в процессе фиксации взора, направленного на неподвижную точку
В данном случае дрейф глаза больного имеет определенное направление, а скорость дрейфа значительно превышает норму
жений глаз, подобные изображенным на рис. 53. Во-вторых, непроизвольные скачки возникают в условиях фиксации взора, направленного на неподвижную точку, когда продолжительность такой фиксации становится больше некоторого отрезка времени. Пятиминутная запись фиксации взора, сделанная на неподвижную фотопленку, имеет форму овального пятна (которое мы можем рассматривать в качестве проекции foveola на пленку). Изучение записей внутри такого пятна показывает, что многие непроизвольные скачки происходят в момент, когда изображение точки фиксации находится в центральной части fovea, т. е. когда нет необходимости в корректирующем скачке (направляющем изображение точки фиксации на центральную область fovea). Наконец, непроизвольные скачки возникают в условиях, когда необходима коррекция, т. е. когда вследствие дрейфа изображение точки фиксации начинает выходить или вышло за пределы центральной области fovea. Особенно много таких скачков у людей с некоторыми нарушениями нормальной работы мышечного аппарата глаза. В качестве примера на рис. 65 показана запись, сделанная на щелевом фотокимографе при помощи присоски
4. Фиксация точки в сложных условиях
Рис. 66
В предыдущих разделах мы рассматривали самый простой случай — когда голова испытуемого и объект восприятия неподвижны. В гораздо более сложных условиях находятся глаза наблюдателя, если фиксация неподвижного объекта сопровождается движением головы, в частности ее поворотом. В этом случае глаза должны плавно поворачиваться в глазнице так, чтобы некоторый отрезок времени зрительные оси пересекали точку фиксации. Довольно сложная ситуация возникает, когда голова наблюдателя
Рис. 67
Рис. 66. Одновременная запись на фотокимографе движений глаза и поворотов головы испытуемого в процессе фиксации взора, направленного на неподвижную точку
Во время опыта испытуемый непрерывно поворачивал голову слева направо njсправа налево. Широкая линия— запись движений глаза. Тонкие линии, уходящие за край рисунка,— запись движений головы
Рис. 67. Образец записи на фотокимографе движений глаз в процессе прослеживания за объектом, совершающим колебательные движения
остается неподвижной, а объект восприятия перемещается в пространстве и, чтобы сохранить фиксацию, глаза должны находиться в непрерывном движении. Наконец, такой же сложный случай возникает в условиях, когда и голова наблюдателя, и объект восприятия одновременно находятся в движении.
Чтобы читатель уже имел некоторое представление о движении глаза в сложных условиях фиксации, предлагаем его вниманию два рисунка — 66 и 67. На рис. 66 изображена запись движений глаза при фиксации взора
Рис. 69. Запись движений глаз ахромата Т. в процессе фиксации точки
Рис. 68. Запись на вертикально движущуюся светочувствительную ленту бумаги движений глаз в процессе фиксации точки ахроматами Т., А., О. и П.
в условиях, когда голова испытуемого непрерывно совершает повороты слева направо и справа налево. На рис. 67 изображена запись движений двух глаз в условиях, когда испытуемый фиксировал точку, совершающую колебательные движения.
5. Нистагм глаз
В ряде патологических случаев, чаще всего при расстройствах нервной системы, процесс фиксации сопровождается нистагмом. Нистагм представляет собой колебательное движение осей глаз, при котором амплитуда колебания в десятки и сотни раз превышает амплиту-
Рис 70. Запись движений глаза при прослеживании за движущимся шариком
ду тремора, а соответственно частота нистагма оказывается в десятки раз меньше частоты тремора.
Различным видам заболеваний соответствуют различные формы нистагма. Одно и то же заболевание у разных лиц может сопровождаться и одинаковым и различным нистагмом. В качестве примера покажем несколько записей нистагма ахроматов (записи производились на фотокимографе при помощи присоски
Различные формы нистагма изучены еще очень мало, хотя не исключено, что знание всего многообразия этого вида движений глаз могло бы оказаться полезным для клиники. Пока что наиболее изучены так называемые вестибулярные нистагмы, которые возникают у людей и некоторых животных в ответ на определенное возбуждение вестибулярного аппарата.
6. О некоторых причинах, влияющих на движение и контраст сетчаточного изображения
Как уже упоминалось, движение сетчаточного изображения по сетчатке и изменение этого изображения во время фиксации взора определяется не только дрейфом, тремором и скачками глаза. Есть целый ряд причин, кроме указанных, которые в заметной или исчезающе малой степени все же влияют на движение и контраст сетчаточного изображения.
Прежде всего отметим, что во многих случаях процесс фиксации взора прерывается моргательным движением глаза, длящимся десятые доли секунды. Моргательное движение сопровождается резким изменением освещения сетчатки и исчезновением на некоторый отрезок времени сетчаточного изображения. Смачивая слезной жидкостью роговицу, веко полностью закрывает зрачок. Кроме того, во время моргательного движения глаза совершают небольшой поворот с возвратом в исходное положение (вверх, внутрь и обратно), затрачивая на эти движения около 0,1 — 0,2 сек. (Ginsborg, 1952).
Движения и повороты головы, даже если они малы и в какой-то мере компенсируются соответствующими поворотами глаз, всегда вызывают некоторое смещение сетчаточного изображения.
Известно, что во время фиксации местоположение хрусталика в глазу и кривизна его поверхностей не остаются строго неизменными. Постоян-
Рис. 71. Запись пульсации глаза
ная подвижность хрусталика объясняется тем, что он составляет часть самонастраивающейся системы с непрерывной коррекцией. Возникающие при этом флюктуирующие изменения параметров оптической системы глаза приводят к некоторому неупорядоченному смещению сетчаточного изображения и изменению его резкости. Хотя такие изменения малы, однако они дают себя чувствовать в некоторых опытах со стабилизированным изображением.
Постоянное, хотя и небольшое изменение величины зрачка, которое имеет место во время фиксации, приводит прежде всего к некоторой модуляции яркости сетчаточного изображения и изменениям глубины резкости. Целый ряд мало заметных и мало существенных изменений обусловлен пульсацией крови. Так, например, при помощи относительно простых оптических инструментов и вспомогательных устройств удается наблюдать пульсирующие движения глазного яблока в глазнице (неодинаковые у различных испытуемых). При помощи присоски П5 записана пульсация самого глазного яблока (записи на рис. 71). Измерения показывают, что в результате пульсации величина выпуклости роговицы изменяется приблизительно на одну сотую или несколько тысячных миллиметра. При этом естественно предположить, что диаметр всего глазного яблока изменяется на значительно большую величину. Пульсирующее изменение величины глазного яблока должно, по-видимому, вызывать очень небольшие изменения резкости фиксируемого объекта.
7. О роли движений глаз
Как мы уже отмечали, для хороших условий восприятия необходимо некоторое дискретное или непрерывное движение сетчаточного изображения по сетчатке. При этом само сетчаточное изображение должно обладать достаточной яркостью и контрастом.
При описании опытов во второй главе было показано, что при некотором плавном увеличении или уменьшении яркости тестового поля, неподвижного относительно сетчатки, глаз оказывается способным к различению довольно мелких элементов поля, но не способен вполне правильно воспринимать цвета. Если тестовое поле, неподвижное относительно сетчатки, освещать мелькающим светом, то разрешающая способность глаза становится настолько низкой, что детали с угловыми размерами в целый градус (а в некоторых случаях в несколько градусов) наблюдатель перестает замечать. Все цветовые различия видятся в этих условиях в большей или меньшей степени искаженными. В одном из опытов в начальный период тестовое поле, неподвижное относительно сетчатки, находилось в полной темноте, но затем освещалось ярким пучком света и оставалось освещенным в последующие отрезки времени. Хотя при этом в первый момент после включения света разрешающая способность глаза оказывалась высокой, пустое поле образовывалось настолько быстро (иногда в течение одной секунды), что продолжительная фиксация внимания, необходимая во многих случаях восприятия, не могла быть реализована.
Модуляция освещения в этих условиях замедляет образование пустого поля или препятствует его образованию, но всегда приводит к искажению видимых цветов, а затем и к падению разрешающей способности глаза. Если тестовое поле, неподвижное относительно сетчатки, освещается яркой вспышкой света, то разрешающая способность глаза остается высокой, но, так же как и в предыдущем случае, не может быть реализована продолжительная фиксация внимания.
На основе этих фактов мы приходим к выводу, что при строгой неподвижности сетчаточного изображения нельзя добиться хороших условий восприятия.
Попытаемся рассмотреть подробнее, при помощи каких видов движений глаз создаются необходимые условия восприятия во время фиксации взора, направленного на какой-либо элемент неподвижного предмета.
Прежде всего отметим, что в обычных условиях конец моргательного движения или конец любого скачка (большого произвольного скачка или маленького непроизвольного скачка) всегда является началом нового процесса видения.
Мы говорим «нового», поскольку предполагаем, что в результате любого моргательного движения или скачка какие-то сигналы, поступавшие с сетчатки, окажутся заторможенными, а какие-то появятся вновь. Р. Дитчберн, Д. Фендер и С. Майн (Ditchburn, Fender, Mayne, 1959) показали, что даже скачки, размер которых равен всего 2,5 угловых минуты, проявляют различия тестового поля, исчезнувшие вследствие неподвижности сетчаточного изображения (минимальные размеры непроизвольных скачков, возникающих при фиксации, равны 2—5 угловым минутам).
Можно полагать, что вслед за моргательным движением новые сигналы идут со всей сетчатки, а вслед за скачком (в зависимости от величины скачка и вида объекта) новые сигналы идут от всей сетчатки или только с некоторых ее участков. Нередко возникают ситуации, когда после скачка или ряда скачков (особенно если они малы) изменения в освещении рецепторов сетчатки на некоторых участках ее оказываются ниже порога, необходимого для возникновения сигналов, и тогда этим участкам будет соответствовать пустое поле или какая-то стадия образования пустого поля.
Как показывает пространственная развертка быстрого процесса (кометы), начальная стадия этого процесса (вслед за резким изменением освещения) соответствует оптимальным условиям восприятия (передняя равномерная часть кометы всегда является наиболее яркой или черной, наиболее насыщенной по цвету). Поэтому можно считать, что вслед за моргательным движением или скачком, в зрительные центры поступает максимальное количество сигналов.
Мы знаем, что образование пустого поля, которое может начаться вслед за моргательным движением или скачком, наступало бы довольно скоро и часто значительно раньше последующего скачка, если бы сетчаточное изображение оставалось строго неподвижным. Это утверждение делается на том основании, что продолжительность интенсивной части быстрого процесса не превышает 1—3 сек., а продолжительность некоторых дрейфов во время фиксации (рис. 59) может равняться 5 и даже 10 секундам. Опыты показывают, что в основном дрейф глаз является тем видом движения, который препятствует образованию пустого поля во время фиксации. Благодаря дрейфу во время фиксации мало изменяются разрешающая способность глаза и видимые цвета объекта. В опытах с пространственной разверткой быстрого процесса удалось установить следующее. Если по сетчатке движется изображение границы между черным и белым полем с равномерной скоростью и эта граница проецируется на сетчатку при помощи такой несовершенной оптической системы, какова оптическая система присоски, то, в условиях очень яркой засветки глаза через склеру, граница хорошо видна испытуемому при скорости не меньшей 23—24 угловых минут в секунду. Когда такой же опыт проводился без засветки склеры, эта граница появлялась уже при скоростях 3—5 угловых минут в секунду. С другой стороны, записи дрейфов глаз показывают, что хотя средняя скорость этого движения равна 5—6 угловым минутам в секунду, довольно часто (обычно не реже одного или нескольких раз в секунду) она достигает почти максимальных величин, т. е. около 30 угловых минут в секунду. Сравнивая эти результаты, легко прийти к выводу, что в условиях резких сетчаточных изображений (резких изображений границ) даже отдельно взятый дрейф глаза достаточен, чтобы препятствовать образованию пустого поля на всей сетчатке.
При помощи присосок и некоторых приспособлений к ним была сделана попытка выяснить роль тремора. Однако никакого влияния тремора на рецепцию обнаружено нами не было.
По-видимому, это происходит прежде всего потому, что основная частота тремора значительно выше критической частоты слияния мельканий. Если тремор и оказывает какое-то влияние на рецепцию, то лишь в сочетании с дрейфом. Опыты, в которых автор пытался со всей полнотой выяснить роль тремора, нельзя, к сожалению, считать вполне убедительными. Поэтому мы не приводим описания этих опытов, а вопрос о роли тремора считаем пока открытым.
Р. Дитчберн, Д. Фендер и С. Майн (Ditchburn, Fender, Mayne, 1959) обнаружили положительное влияние тремора низких частот на различение элементов тестового поля, неподвижного относительно сетчаткрк В этой работе искусственно созданному тремору придавались частоты от 4 до 20 колебаний в секунду и амплитуды с размерами от 0,05 до 1,10 угловой минуты. Оказалось, что для всех исследованных частот тремора с амплитудой, превышающей 0,3 угловой минуты, отмечалось увеличение доли времени, в течение которого испытуемый видел тест-объект. Однако созданный авторами искусственный тремор и по частоте и по характеру движения имеет мало общего с естественным тремором, под которым есть смысл понимать только высокочастотную (более 40
Во время фиксации, кроме дрейфа глаза, образованию пустого поля будут препятствовать и все те причины, которые приводят к некоторому движению сетчаточного изображения по сетчатке. Так, например, если вследствие движений головы в каждые несколько десятых долей секунды резкое сетчаточное изображение будет перемещаться на несколько угловых минут, то в этих условиях пустое поле уже не будет возникать. В естественных условиях восприятия процесс фиксации взора непрерывно сопровождается несколькими видами движений. Как показывают записи, трудно допустить, чтобы сумма этих движений хотя бы один раз в секунду не превышала скорости, необходимой для хороших условий восприятия. Поэтому в естественных условиях даже при желании наблюдателя почти невозможно добиться появления пустого поля. Обычно эта попытка удается на короткие отрезки времени лишь при условии, что сетчаточное изображение сильно дефокусировано.
Выводы
Фиксация внимания, направленного на какой-либо элемент неподвижного объекта, сопровождается фиксацией взора. Субъективно фиксация взора воспринимается наблюдателем как фиксация неподвижными глазами.
В действительности же она сопровождается тремя видами движений глаз: маленькими непроизвольными скачками, одинаковыми для обоих глаз; дрейфом — медленным, неупорядоченным движением зрительных осей, при котором, однако, сохраняется определенная неизменность их положения; тремором — высоким по частоте, но малым по амплитуде колебательным движением осей глаз.
Движения головы, моргательные движения глаз, скачки глаз, дрейф и тремор во время фиксации взора, направленного на какой-либо элемент неподвижного предмета, создают некоторую подвижность сетчаточного изображения и препятствуют образованию пустого поля.
В промежутках между скачками образованию пустого поля препятствует в основном дрейф глаз.
Мы уже отмечали, что для любого скачка глаз характерны два признака: во-первых, почти идеальная тождественность движений обоих глаз и, во-вторых, большая скорость движения (продолжительность скачков измеряется сотыми долями секунды). В норме эти признаки сохраняются всегда однозначно и четко регистрируются в любой, достаточно совершенной записи движений глаз.
Основное назначение скачков — менять точки фиксации, направлять наиболее совершенную область сетчатки (fovea) на тот или иной элемент объекта восприятия. Природа скачков во многом способствует совершенству восприятия. Большая скорость и соответственно малая продолжительность скачков обычно позволяют глазам находиться в состоянии фиксации около 95 % времени.
Скорость и продолжительность скачков впервые изучал Ламанский (Lamansky, 1869). Автор пользовался методикой последовательных образов. Во время опыта при смене точек фиксации в поле зрения испытуемого находился яркий мелькающий источник света. Каждый раз после смены точек фиксации выключался свет и испытуемый воспринимал последовательный образ в виде пунктирной линии. Зная частоту мельканий света и количество мельканий, запечатленных при смене точек фиксации, экспериментатор мог приблизительно определить продолжительность и скорость скачка.
Детальное изучение скачков провели: Р. Додж (Dodge, 1903), затем А. Л. Ярбус (1956), Г. Вестхеймер (Westheimer, 1956), Б. X. Гуревич (1961).
Прежде всего постараемся подробно разобрать вопрос о продолжительности скачков. Во всех опытах по регистрации скачков применялась присоска
Чтобы читатель имел некоторое представление о характере движений глаз во время скачка, предлагаем его вниманию одну из записей, изображенную на рис. 72. В данном случае записывались горизонтальные скачки между двумя точками, видимыми наблюдателю под углом 8°. Рассматривая рис. 72, можно предварительно отметить, что при смене точек фиксации скорость движения глаз плавно нарастает, достигает какого-то максимума, а затем плавно тормозится.
Рис. 72. Образец записи скачков на светочувствительную бумагу, движущуюся со скоростью 5
В естественных условиях размер скачка обычно не превышает 20°. Очень часто повороты глаз, превышающие 15°, складываются уже из двух или трех скачков или даже сопровождаются соответствующим поворотом головы. В. Ланкастер (Lancaster, 1941) утверждает, что около 99% движений глаз складывается из скачков, меньших 15°.
В дальнейшем мы будем изучать скачки, размеры которых не превышают 20°. В первой серии опытов измерялась продолжительность горизонтальных скачков. Результаты этих опытов изображены на рис. 73. На рис. 74 показаны продолжительности вертикальных скачков глаза. Такие же результаты изображены на рис. 75 для скачков, направление которых составляет 45° к горизонтали (вертикали).
Глядя на рис. 73, 74 и 75, мы можем прийти к следующим выводам. Продолжительность скачка зависит от его величины. Если для скачков меньших градуса она лежит в пределах 0,01—0,02 сек., то для скачков, равных 20°, она уже может превышать 0,07 сек. Продолжительность скачка не зависит или очень мало зависит от направления, вдоль которого он ведется. Этот вывод следует из того, что графики на рис. 73, 74 и 75 мало отличаются один от другого. На графиках (рис. 73, 74 и 75) видно, что существует определенный разброс продолжительностей скачков (скачков одной и той же величины). Продолжительности скачков одной и той же величины могут отличаться на 0,01, а в некоторых случаях даже на 0,015 сек. В последующих опытах выяснялся вопрос: зависит ли продолжительность скачка от положения глаза к моменту начала скачка? Было показано, что, за исключением самых крайних положений (положений глаза, не встречающихся в естественных условиях восприятия), во всех случаях продолжительность скачка определяется только его величиной и заметно не зависит от того, из какого положения совершается этот скачок. В подтверждение сказанного приводим результаты одной серии опытов, изображенных на рис. 76. На графике рисунка даны продолжительности вертикальных и горизонтальных скачков, которые делались испытуемым в несколько необычных условиях. Вертикальные скачки совершались в условиях, когда глаз был повернут почти до предела вниз, горизонтальные — когда глаз был повернут почти до предела влево. Расстояние между точками фиксации в обоих случаях равнялось 3°. Как легко видеть, продолжительность скачков и их разброс в данном случае не отличаются существенно от продолжительности и разброса скачков той же величины, изображенных на рис. 73, 74 и 75.
В дальнейшем мы постарались выяснить, в какой мере продолжительность скачка зависит от воли испытуемого, может ли он, например, совершать скачки одного и того же углового размера с различной скоростью, изменяя, таким образом, их продолжительность. Записи показали,
Рис. 73. График продолжительности горизонтальн х скачков глаза в зависимости от угла, на который переместился глаз, меняя точки фиксации
Рис. 74. График продолжительности вертикальных скачков глаза в зависимости от угла, на который переместился глаз, меняя точки фиксации
что испытуемые не могут произвольно изменять продолжительность и характер скачка. Обычно всем испытуемым кажется, что относительно просто по своему усмотрению делать скачки то быстрее, то медленнее. Записи показывают, что ощущение быстроты скачка появляется в результате уменьшения продолжительности фиксации точек, между которыми
Рис. 75. График продолжительности скачков глаза под углом 45° к вертикали в зависимости от угла, на который переместился глаз, меняя точки фиксации
Кроме описанных опытов, в пользу такого взгляда говорят и другие соображения. Скачки длятся сотые доли секунды, и трудно допустить,
Рис. 78. График продолжительности скачков глаза пяти испытуемых. Фиксационные точки даны под углом 7°
Рис. 76. График продолжительности скачков. Фиксационные точки даны под углом 3°
Рис. 77. График продолжительности скачков глаза при попытке [наблюдателей совершать быстрые и медленные скачки. Фиксационные точки даны под углом 7°
Испытуемый К.:
«быстрые» скачки;
чтобы в течение столь небольших отрезков времени на ходу могли бы вноситься какие-то поправки и могла бы изменяться величина скачка. Опыты показывают, что всякие поправки к скачкам происходят очень часто при помощи маленьких, дополнительных скачков лишь после окончания основного скачка. В момент скачка угловая скорость движения глаз оказывается настолько большой, что при восприятии неподвижных объектов сетчаточное изображение может считаться «смазанным». Из-за такой смазанности в момент скачка мы обычно ничего не видим, и маловероятно,
Рис. 79. График зависимости между продолжительностью скачка глаза и углом, на который переместился глаз
чтобы в подобных условиях глаз «умел» и успевал получать сведения, необходимые для внесения каких бы то ни было поправок.
Продолжительность скачков глаз нескольких наблюдателей изображена на рис. 78. На основании таких графиков мы попытались обнаружить индивидуальные особенности в скачках различных наблюдателей. Если рассматривать график на рис. 73 и первый график на рис. 78, то можно прийти к выводу, что продолжительность горизонтальных скачков у разных наблюдателей слегка отличается (может отличаться на тысячные доли секунды). Однако анализ второго графика (рис. 78), графика продолжительностей вертикальных скачков, такого явного различия уже не обнаруживает. Все это показывает, что говорить об индивидуальных особенностях продолжительности скачков глаз различных испытуемых следует с очень большой осторожностью и, по-видимому, во многих случаях этим различием можно пренебрегать.
На рис. 76, 77 и 78 четко видно, что в среднем величина скачков оказывается меньшей углового расстояния между точками фиксации. Так, например, при расстоянии между точками фиксации, равном 7° (рис. 77 и 78), средняя величина скачков, совершаемых между этими точками, равна 6,5°. Опыты показывают, что с подобным явлением мы встречаемся всегда, если объектом фиксации служат точки. Если через те же точки, расположенные, например, на горизонтали, провести две хорошо заметные и достаточно большие вертикальные линии, то записи показывают, что размеры скачков и в этом случае не будут совпадать с угловым расстоянием между вертикальными линиями.
Подводя итог сказанному в разделе 1, можно утверждать, что в норме продолжительность скачков глаз, грубо говоря, является лишь функцией угла, на который переместился глаз, меняя точки фиксации.
Зависимость между продолжительностью скачка и углом, на который переместился глаз, может быть выражена эмпирической формулой (рис. 79)
где
2. Развитие скачка во времени
Если внимательно рассматривать рис. 72, на котором изображены записи скачков, то невольно бросается в глаза большое сходство этих записей с синусоидальными кривыми. Ближайшее рассмотрение показало, что действительно записи большинства горизонтальных и вертикальных скачков, не превышающих 15—20°, очень хорошо аппроксимируются при помощи синусоиды (косые скачки пока не рассматриваются) . В качестве примера на рис. 80 показаны записи горизонтальных скачков с нанесенными непосредственно на ленту фотокимографа точками соответствующей синусоиды. Записи скачков, равных 15—20°, аппроксимируются синусоидой уже значительно хуже. В средней части кривых появляются прямолинейные участки (соответствующие равномерной скорости), кривые становятся несколько асимметричными (время нарастания скорости скачка оказывается меньше времени торможения). По данным ряда авторов (Хайд — Hyde, 1959), указанная асимметрия особенно заметна на очень больших скачках (50—60°). Поэтому естественно, что записи скачков, больших 15—20°, не могут аппроксимироваться синусоидой. Для скачков, меньших 15—20°, мы можем записать формулу, показывающую, как при скачке меняется угол поворота глаза во времени (рис. 81):
Рис. 80. Записи скачков. На одну из записей нанесены точки соответствующей синусоиды
где
скачка в градусах
Рис. 82. График зависимости угловой и линейной скорости движения глаза от времени в процессе скачка
дах; α0 — величина скачка в градусах.
Рис. 81. График зависимости угла поворота глаза от времени в процессе скачка
Продифференцировав выражение (1), получим формулу угловых скоростей (ω) движения глаза в процессе скачка (рис. 82):
Естественно, что эта формула лишь приблизительно описывает течение скачков с размером 15—20° и не может применяться для скачков, больших 20°.
Принимая радиус глаза равным 1,2
υ = 0,021ω. (3)
Из формулы (2) следует, что скорость скачка плавно нарастает, достигает какого-то максимума и затем плавно убывает до нуля. Для скачков меньших 15—20° нарастание и падение скорости протекает по синусоидальному закону (время нарастания скорости и время ее падения приблизительно равны). Для больших скачков (превышающих 20°) нарастание скорости занимает время, меньшее половины продолжительности скачка. Соответственно большая часть времени приходится на падение скорости скачка. Максимальные скорости скачков явно зависят от их величины.
Так, например, при пятиградусном скачке глаз достигает максимальной скорости 200
Абсолютные величины обоих ускорений для небольших скачков почти одинаковы, для больших (превышающих 20°) сильно отличаются (ускорение в начале скачка оказывается большим ускорения в конце скачка).
Величина ускорений явно зависит от величины скачка. Например, для скачка в 5° оно равно приблизительно 15 000
Если пренебречь трением глаза в глазнице, считать глаз шаром, а стекловидное тело и другие внутриглазные среды жестко связанными со склерой глаза, то, зная ускорения, нетрудно подсчитать силы, приводящие глаз в движение в процессе скачка. Принимая радиус глаза равным 1,2
Чтобы выяснить, не обусловливается ли кривизна косых скачков вращательными (вокруг геометрической оси) движениями глаз, был проведен опыт, в котором использовалась присоска
Рис. 83. Запись скачков между углами двух квадратов на неподвижную светочувствительную бумагу
словами, оно оказывалось параллельным вертикальному сечению, проходящему через ось глаза, а его отражающая поверхность была обращена к виску. Соответственно с височной стороны, т. е. сбоку, размещали осветитель и светочувствительный материал (лист фотобумаги).
Во время опыта испытуемому предлагали совершить глазами несколько скачков между всеми углами двух квадратов, расположенных во фронтальной плоскости, описание которых уже приводилось в предыдущем опыте. Положение зеркальца в данном случае оказывалось таким, что на светочувствительной бумаге могли записываться только горизонтальные движения глаза и вращательные движения глаз вокруг его геометрической оси (или, грубо говоря, вокруг зрительной оси). Запись вертикальных движений производиться не могла. Результаты опыта показаны на рис. 84.
Рис. 84. Запись скачков между углами двух квадратов на неподвижную светочувствительную бумагу в условиях, когда могут записываться только горизонтальные составляющие движений и вращательные движения глаза вокруг зрительной оси
Совершая скачки между углами квадратов, глаз совершал восемь различных движений: два по вертикали (вверх и вниз), два по горизонтали (слева направо и справа налево) и четыре по-разному направленных косых движения. Эти результаты говорят о том, что в норме, когда голова наблюдателя и объект восприятия неподвижны, сколько-нибудь заметных движений вокруг геометрической оси глаза не наблюдается и, следовательно, кривизна линий записи косых скачков не может обусловливаться вращательными (вокруг геометрической оси) движениями глаз. Кривизна косых скачков может происходить вследствие разновременной работы различных мышц. Попутно заметим, что довольно большие вращательные движения глаз (относительно глазницы) можно наблюдать в условиях, когда испытуемый смотрит на неподвижный предмет, а сам при этом поворачивает голову вокруг оси циклопического глаза.
Известно, что если два гармонических колебания складываются под углом, то получаются криволинейные траектории, так называемые фигуры Лиссажу. Поскольку записи горизонтальных и вертикальных скачков глаз (меньших 15—20°) хорошо аппроксимируются синусоидой, то не исключено, что записи косых скачков в основном представляют собой фигуры Лиссажу.
Совершенно естественно, что по отношению к косым скачкам формулы предыдущего параграфа соблюдаются менее точно, чем для скачков горизонтальных и вертикальных. Однако, как показывает график на рис. 75, продолжительность косых скачков не отличима от продолжительности скачков горизонтальных и вертикальных той же величины. Анализ записей косых скачков (анализ составляющих вдоль прямой, соединяющей точки фиксации) также показывает, что вдоль прямой, соединяющей точки фиксации, все характеристики косых скачков мало отличаются от соответствующих характеристик горизонтальных или вертикальных скачков. Поэтому в расчетах, имеющих практическое значение, любые скачки (не превышающие 15—20°) одинаковых размеров мы можем считать во всех отношениях одинаковыми.
4. Центр вращения глаза
Э. Джордж, Дж. Торен и Дж. Лёвел (George, Toren, Lowell, 1923) установили, что в зоне, ограниченной углом поворота глаза на 20° в сторону виска и на 30° в сторону носа, центр вращения глаза может рассматриваться как фиксированная точка, расположенная на 15,4
Направление зрительной оси.....39° к носу 4° к носу 38° к виску
Расстояние центра вращения от вершины роговицы,
Расстояние центра вращения от зрительной оси,
Отмеченные результаты (даже если скептически относиться к их точности) показывают, что для основной массы движений глаз (если из них исключить повороты на углы, превышающие 20—30°) центр вращения глаза можно рассматривать как неподвижную точку. При этом, однако, не исключено (Lord, Wright, 1950), что в моменты некоторых небольших скачков указанный центр может перемещаться и даже выходить за пределы глазного яблока. Такое смещение может, например, возникнуть, если скачок будет сопровождаться линейным сдвигом глаза относительно глазницы.
5. Начало и конец скачка
В норме при восприятии неподвижных объектов глаз может находиться только в одном из двух состояний: в состоянии фиксации или в состоянии смены точек фиксации. Рассмотрим характер движений глаз в моменты перехода из состояния фиксации к состоянию смены точек фиксации и обратно. Чтобы не забегать вперед, исключим из
Рис. 85. Запись смены точек фиксации на щелевом фотокимографе. На записи хорошо видны проскоки глаза
рассмотрения случаи смены точек фиксации при прослеживании и в моменты конвергенции или дивергенции глаз. Многочисленные записи показывают, что переход из состояния фиксации к скачку (для горизонтальных и вертикальных скачков, меньших 15—20°) может быть выражен формулой (1) раздела 2. Как правило, эта формула оказывается справедливой не только для основной части скачка, но и для его начала, длящегося первые тысячные доли секунды. Переход из состояния скачка к состоянию фиксации (длящийся последние тысячные доли секунды) не всегда может быть выражен формулой (1) в разделе 2 даже для маленьких скачков. В этом случае довольно часто наблюдается некоторое запаздывание торможения скачка, в результате чего глаз как бы проскакивает точку, на которой остановится в следующий момент, но затем возвращается к ней (без корригирующего скачка). Серия таких проскоков хорошо видна на рис. 85. Здесь следует заметить, что величина указанного проскока у разных испытуемых бывает различной. У некоторых испытуемых проскоки почти не заметны. Бывает и так, что у одного и того же испытуемого одни скачки заканчиваются проскоком, а другие — почти без проскока. Величина проскока мало зависит или совсем не зависит от величины скачка. В норме по сравнению с большими скачками она оказывается настолько незначительной, что ею почти всегда можно пренебрегать. Часто по сравнению с маленькими непроизвольными скачками проскоки оказываются заметной величиной и особенно существенной величиной для скачков, напоминающих подергивания глаз (подергивания глаз в момент фиксации взора).
При восприятии неподвижных объектов в момент скачка зрительные образы у нас не возникают, так как большая скорость сетчаточного изображения приводит к «смазыванию» всего, попадающего в поле зрения. Такое «смазывание» мы можем наблюдать, например, когда смотрим неподвижным взглядом на дорогу из окна быстро движущегося автомобиля или на вращающийся диск.
Может возникнуть вопрос: только ли эта причина мешает появлению зрительного образа во время скачка? Нет ли какого-нибудь особого вида торможения, возникающего одновременно со скачком, выключающего зрительный процесс на время скачка? Отрицательный ответ на этот вопрос дается целым рядом очень простых опытов. Один из таких опытов состоит в следующем: перед наблюдателем ставят большой диск. Вдоль периметра диска рисуют или приклеивают достаточно крупные, периодически повторяющиеся узоры. Например, вдоль периметра темного диска приклеиваются кусочки белой бумаги. Затем вращают диск со скоростью, при которой для наблюдателя во время фиксации взора на краю диска узоры полностью сливаются. Если в этих условиях наблюдатель меняет точки фиксации в направлении движения узоров и при этом угловые скорости движений глаз и узоров оказываются близкими друг другу, то на очень короткие отрезки времени (во время скачка) наблюдатель четко видит узоры диска. Следовательно, мы можем утверждать, что во время скачка глаз не теряет способности к восприятию и если он ничего не видит, то только потому, что имеет дело с сетчаточным изображением, движущимся с большой скоростью.
Если наблюдать за эволюцией последовательного образа в полностью затемненной комнате, легко заметить следующий любопытный факт: почти каждый достаточно большой скачок глаз сопровождается временным исчезновением последовательного образа, если он слабый, или некоторым изменением его цвета, если он достаточно сильный. При этом существенно, что продолжительность временного исчезновения последовательного образа значительно превышает время скачка. Возникает вопрос: не обусловлено ли это исчезновение последовательного образа каким-то слабым, частичным торможением восприятия, приуроченным к моменту скачка? (мы говорим — частичным торможением, поскольку полного торможения, как было показано, явно не существует). Известно, что видимый цвет последовательного образа может резко изменяться в ответ на изменение засветки глаза. Однако в полностью затемненной комнате засветка отсутствует.
Поэтому в данном случае возможен лишь ряд предположений. В частности, можно полагать, что в моменты скачка указанный эффект вызывается очень небольшим динамическим сдвигом внутриглазных сред относительно склеры. Такой сдвиг может оказаться недостаточным, чтобы вызвать механофосфен, но достаточным для воздействия на видимый цвет последовательного образа.
7. Произвольные и непроизвольные скачки
В предыдущей главе мы говорили о маленьких непроизвольных скачках, которыми сопровождается фиксация взора, направленного на какой-либо неподвижный объект. Такие маленькие скачки не замечаются и не могут делаться произвольно.
Ранее уже упоминалось, что даже большие скачки глаз, скачки, при помощи которых мы меняем направление взора, бывают не только произвольными, но и непроизвольными. О непроизвольности многих больших скачков говорят многие факты. Так, например, рассмотрев какой-нибудь предмет, мы в следующий момент лишь очень приблизительно можем сказать, какие элементы его фиксировались нами. Наблюдатель оказывается в крайне затруднительном положении, когда его просят хотя бы приблизительно оценить число скачков, совершенных в течение даже очень небольшого отрезка времени. Большие произвольные скачки наблюдатель может совершать без труда, если ставит перед собой эту задачу, например, в условиях какого-либо опыта. В естественных условиях восприятия даже смена внимания не всегда оказывается произвольной, а скачки, сопутствующие процессу восприятия, в большинстве своем не замечаются нами. В памяти у нас обычно остаются смены внимания, а не смены точек фиксации.
Научившись ходить, мы не задумываемся над тем, как переставлять ноги при ходьбе,— мы «просто идем»; научившись смотреть, мы не задумываемся над тем, в какой последовательности и какие точки фиксации выбирать, рассматривая предмет — мы «просто смотрим». Однако и при ходьбе и при рассматривании предметов «простота» движений оказывается очень сложной. Смена точек фиксации и выбор этих точек протекает в соответствии с определенными закономерностями, о которых подробно будет сказано ниже. Здесь мы лишь подчеркиваем, а в дальнейшем покажем, что даже заведомо произвольные скачки не всегда и не во всем подчиняются нашей воле.
Выводы
Для любого скачка глаз (резкого поворота зрительных осей) характерна почти идеальная тождественность движений обоих глаз и большая скорость. Основное назначение скачков — смена точек фиксации, направление наиболее совершенной области сетчатки (fovea) на тот или иной элемент воспринимаемого объекта. В естественных условиях восприятия величина скачков обычно не превышает 20°. Скачки минимального размера равны 2—5 угловым минутам. Продолжительность скачка изменяется с изменением его величины. Для углов, меньших 1°, продолжительность скачков равна 0,01—0,02 сек.; для углов, равных 20°, она уже достигает 0,06—0,07 сек. Максимальная скорость, которой достигает глаз во время скачка в 20°, равна приблизительно 450°/сек. В норме продолжительность одинаковых скачков у различных наблюдателей приблизительно одна и та же, она не может произвольно изменяться наблюдателем и зависит в основном только от величины скачка.
Если точки фиксации удалены от глаз наблюдателя на разные расстояния, то их смена сопровождается не только скачком, но и конвергенцией или дивергенцией глаз (сведением или разведением зрительных осей). Наряду с аккомодацией (и другими факторами) взаимное расположение зрительных осей и сетчаточных изображений позволяет нам в моменты фиксации судить об удаленности и величине предметов. В данном случае нет необходимости подробно останавливаться на вопросах бинокулярного зрения, нужные сведения о котором читатель может получить, например, в книге С. В. Кравкова (1950). Для нас существенно, что сведение и разведение зрительных осей при смене точек фиксации резко отличается от скачков в первую очередь своей продолжительностью. Можно считать, что продолжительность конвергенции и дивергенции глаз примерно в десять раз больше продолжительности скачков. Очень часто конвергенция или дивергенция глаз занимает время, равное продолжительности фиксации.
Можно предположить, что большое различие в продолжительности скачков и конвергенции или дивергенции объясняется тем, что скачок протекает по заранее подготовленной программе, в то время как для конвергенции и дивергенции такая программа заранее подготовленной быть не может.
Прежде всего попытаемся выяснить, каков общий характер движений глаз при смене неподвижных точек фиксации в пространстве. Мы уже упоминали, что эта смена складывается из двух видов движений — конвергенции или дивергенции зрительных осей и скачка. В частности, бывают смены точек фиксации в пространстве, при которых нет необходимости поворачивать глаза, и процесс смены сводится к одной конвергенции или дивергенции. Однако в дальнейшем будем изучать общий случай этого вида движений.
Рассмотрим рис. 86—88. Записи движений глаз, изображенные на этих рисунках, показывают, что смена точек фиксации в пространстве складывается из двух видов движений и при этом всегда скачку глаз предшествует начальная стадия конвергенции или дивергенции. В аналогичных опытах, отраженных на рис. 86, 87 и 88, точками фиксации
Рис. 86. Запись дивергенции левого глаза испытуемого на неподвижную светочувствительную бумагу при смене неподвижных точек Фиксации.
Обе точки фиксации расположены в сагиттальной плоскости. Более удаленная точка (Б) расположена выше менее удаленной (А)
испытуемого и точкой
Рис. 88. Запись движений левого глаза испытуемого при поочередной смене двух точек фиксации, расположенных в сагиттальной плоскости
Все записи, аналогичные изображенной на рис. 86, показывают, что смена точек фиксации (от точки
Рис. 87. Запись конвергенции левого глаза испытуемого па неподвижную светочувствительную бумагу при смене неподвижных точек фиксации
Более удаленная точка
Обе точки фиксации расположены в сагиттальной плоскости. Более удаленная точка (Б) расположена выше менее удаленной (А)
ка осуществляется основная часть дивергенции
На рис. 87 дана одна из записей движений левого глаза при смене испытуемым точки фиксации
На рис. 88 записаны движения левого глаза испытуемого при поочередной смене им точек фиксации
На рис. 89 дана запись движений двух глаз при смене точек фиксации, сделанная при помощи щелевого фотокимографа. Здесь видно, что конвергенция и дивергенция начинаются и угасают плавно.
При конвергенции и дивергенции в большинстве случаев движения глаз оказываются различными (рис. 89 и 90).
Сведение и разведение зрительных осей может продолжаться несколько десятых долей секунды.
Рис. 89. Запись на фотокимографе движений двух глаз при смене точек фиксации в пространстве
Рис. 90. Запись на фотокимографе движений двух глаз при смене точек фиксации в пространстве. Случай асимметричного движения глаз в процессе конвергенции и дивергенции
При этом начальные и конечные отрезки времени глаза находятся в условиях плавной и медленной конвергенции или дивергенции (рис. 89 и 90). Опыты показывают, что в течение этих отрезков времени возможен нормальный процесс восприятия (отсутствует двоение видимых предметов). Вообще некоторое сведение и разведение зрительных осей во время фиксации не вызывает двоения видимых предметов (Кравков, 1950) и благодаря этому всегда какая-то часть времени, затрачиваемая глазами на конвергенцию и дивергенцию, одновременно используется для восприятия. Особенно большой эта часть времени оказывается в условиях незначительного сведения или разведения зрительных осей.
Довольно часто максимальная угловая скорость движения глаз при конвергенции или дивергенции достигает нескольких десятков градусов в секунду. Естественно, что при таких скоростях нормальное восприятие уже невозможно.
Простые опыты показывают, что в момент конвергенции или дивергенции (как и в момент скачка) глаза сохраняют способность к восприятию.
В большой серии опытов с участием нескольких испытуемых измерялась продолжительность конвергенции и дивергенции. В опытах применялись присоски П1 Записи велись одновременно с двух глаз на щелевом фотокимографе. Результаты измерений показаны па рис. 91. Внутри каждого столбика точками обозначена продолжительность конвергенции, соответствующая смене точек фиксации, расположенных от глаз испытуемого на расстоянии (в
Результаты опытов, изображенных на рис. 91, прежде всего говорят о том, что продолжительность конвергенции и дивергенции измеряется
Гис. 91. График продолжительности конвергенции и дивергенции глаз
десятыми долями секунды. Для сравнения напомним, что продолжительность скачков измеряется сотыми долями секунды. В одних и тех же условиях продолжительность конвергенции и дивергенции может сильно различаться (иногда более чем в два раза). В среднем продолжительность дивергенции кажется несколько больше продолжительности конвергенции.
Продолжительность конвергенции и дивергенции здоровых глаз различных испытуемых приблизительно одна к та же и заметным образом не зависит от желания испытуемых сделать эти движения более быстрыми или более медленными.
В одной из серий опытов были созданы условия, в которых новый объект фиксации появлялся перед испытуемым неожиданно. Задача испытуемого состояла в том, чтобы сразу же начать фиксацию вновь появившегося объекта. Измерения показали, что и в этих условиях характер и продолжительность конвергенции и дивергенции ничем не отличаются от того, с чем мы встречались в предыдущих опытах.
Как было показано выше, при смене неподвижных точек фиксации в пространстве скачку глаз всегда предшествует начальная стадия конвергенции или дивергенции. В ряде опытов, аналогичных приведенным ранее, была измерена продолжительность этих начальных стадий, а результаты измерения показаны на рис. 92. Внутри каждого
столбика точками обозначена продолжительность начальных стадий конвергенций при смене точек фиксации, расположенных от глаз испытуемого на расстоянии (в
Рис. 92. График продолжительности конвергенции и дивергенции, предшествующих скачку
Из данных рис. 92 следует, что при любой смене неподвижных точек фиксации в пространстве продолжительность процесса конвергенции или дивергенции, предшествующей скачку, лежит в пределах 0,07—0,2 сек. и, грубо говоря, является величиной постоянной. Поскольку подготовка к скачку на объект, внезапно появившийся в поле зрения испытуемого, или подготовка к прослеживанию за внезапно появившимся предметом занимает 0,15—0,17 сек., то можно считать, что начало конвергенции или дивергенции, предшествующей скачку, совпадает с началом подготовки к нему.
Иными словами, можно думать, что смена точки фиксации в пространстве начинается сразу двумя процессами — конвергенцией или дивергенцией и разработкой программы скачка. То, что конвергенция или дивергенция начинается еще до поворота глаз в сторону нового объекта фиксации, а не после этого поворота, заметно укорачивает время смены точек фиксации.
при смене неподвижных точек фиксации
в пространстве
Изучение разнообразных записей показало, что при любой смене точек фиксации в пространстве процесс конвергенции или дивергенции является непрерывным, вне зависимости от того, сопровождается он скачками (когда точки фиксации лежат на разных осях циклопического глаза) или нет (когда точки фиксации расположены на одной и той же оси циклопического глаза). Иначе говоря, процесс конвергенции или дивергенции глаз до, во время и после скачка является одним и тем же процессом непрерывного изменения глубины точки фиксации. Любая смена неподвижных точек фиксации в пространстве (если эти точки не расположены на одной и той же оси циклопического глаза) представляет собой сумму двух независимых движений глаз — конвергенции или дивергенции и скачка. В тех случаях, когда неподвижные точки фиксации расположены на одной и той же оси циклопического глаза, движения глаз
Рис. 93. Запись на фотокимографе движений глаз при смене неподвижных точек фиксации в пространстве
Пунктирными линиями нанесена копия записи дивергенции, предшествующей скачку, смещенная на величину скачка
при смене этих точек могут совершаться без скачка.
На рис. 93 дана одна из записей смены точек фиксации в пространстве (запись с двух глаз, сделанная на щелевом фотокимографе). Стрелкой показано смещение оси циклопического глаза при скачке. Пунктирными линиями нанесена копия записи дивергенции, предшествующей скачку, смещенная на величину скачка. На рисунке видно, как хорошо сливаются в одно целое части записей процесса дивергенции.
Изучение подобных записей позволило построить схему, изображенную на рис. 94.
В левой части рисунка показана схема движений глаз при смене точки фиксации
Рис. 94. Схема движений глаз при смене неподвижных точек фиксации в пространстве.
Движения глаз при смене точки фиксации
При смене точки фиксации
Как уже указывалось, иногда смена точек фиксации сопровождается дополнительными корригирующими скачками глаз. При этом характер движения глаз остается таким же, как показано на рис. 94.
Во многих случаях в конце процесса смены точек фиксации имеет место незначительная корригирующая дивергенция или конвергенция. Дополнительная конвергенция или дивергенция существенно не меняет схемы движений глаз, но приводит к значительному разбросу продолжительности конвергенции и дивергенции.
Рис. 95. Образцы записей на фотокимографе движений глаз при повторяющейся смене двух неподвижных точек фиксации
Чтобы читатель имел более полное представление о характере движений глаз, при смене неподвижных точек фиксации в пространстве, предлагаем его вниманию рис. 95, 96, 97.
Рис. 96. Запись на фотокимографе движений глаз при смене неподвижных точек фиксации в пространстве, расположенных на оси циклопического глаза
Рис. 97. Запись на фотокимографе движений глаз при смене ряда неподвижных точек фиксации в пространстве
5. Видимая величина предмета и направление взора
Если расстояние между глазами и предметом оставить неизменным и интересоваться только видимой величиной, то величина предметов будет зависеть прежде всего от величины сетчаточного изображения и положения зрительных осей глаз. Напряжение мышц при некотором положении зрительных осей и величина сетчаточного изображения связаны так, что при одном и том же сетчаточном изображении, но при различной конвергенции, видимая величина предмета будет изменяться, убывая с увеличением конвергенции. Эта зависимость, возникающая в результате нашего опыта, обусловливает правильную оценку величины и
Рис. 98. Различия в видимой величине двух одинаковых кругов
Меньший круг соответствует положению глаз, повернутых вверх до предела; больший круг — положению глаз, направленных вдоль сагиттальной плоскости к линии горизонта
положения предмета в пространстве (уменьшение видимой величины предмета при увеличении конвергенции и постоянном сетчаточном изображении легко проследить на стереоскопе Уитстона).
Система глазных мышц построена таким образом, что если нет фиксации (например, в полной темноте), то при повороте глаз вверх из центрального положения или при опускании их вниз осевые линии глаз несколько расходятся (дивергируют). Такая непроизвольная дивергенция зрительных осей дает дополнительную нагрузку мышцам глаз при конвергенции. Естественно, что дополнительная нагрузка на мышцы в тех случаях, когда глаза сильно отклоняются из центрального положения вверх или вниз, приводит к некоторому уменьшению видимой величины предмета. Специальными опытами были установлены возникающие в данном случае искажения. На рис. 98 показаны различия в видимой величине двух одинаковых кругов (расположенных на одном и том же достаточно большом расстоянии от глаз наблюдателя), из которых меньший соответствует положению глаз, повернутых вверх до предела, а больший — положению глаз, направленных вдоль сагиттальной плоскости к линии горизонта. В обычных условиях при относительно небольших поворотах глаз указанными искажениями мы всегда можем пренебрегать (в обычных условиях они никогда не замечаются наблюдателями).
Выводы
Смена неподвижных точек фиксации в пространстве складывается из двух независимых движений: конвергенции или дивергенции и скачка глаз. Скачку всегда предшествует начальный период конвергенции или дивергенции. Продолжительность этого периода во всех случаях остается приблизительно одной и той же.
Если объект восприятия находится в движении, то обычно глаза наблюдателя включаются в движение прослеживания. Задача прослеживания сводится к тому, чтобы делать сетчаточное изображение объекта в должной мере неподвижным относительно сетчатки. Под должной мерой неподвижности следует понимать такую небольшую скорость сетчаточного изображения, при которой глаза сохраняют хорошую разрешающую способность.
Самое движение прослеживания возможно только в том случае, если им управляет какая-то система, которую в дальнейшем будем называть системой прослеживания.
Если объект восприятия находится в сложном движении, то и движения глаз оказываются очень сложными. В этом случае они могут складываться из движений прослеживания, скачков, меняющих точки фиксации на движущемся объекте, корригирующих скачков, появляющихся в особо сложных условиях восприятия, и, наконец, движений конвергенции и дивергенции зрительных осей, которые по мере необходимости могут происходить непрерывно и слитно с движением прослеживания.
Чтобы выяснить, в какой мере непроизвольно и автономно работает система прослеживания, были поставлены некоторые опыты.
В одном из опытов после анестезии к обоим глазам испытуемого прикреплялись присоски П2, которые целиком прикрывали роговицу. Испытуемый оказывался в полной темноте. На каждой присоске находилось маленькое зеркало. Из осветителей свет направлялся к зеркалам и, отражаясь, падал на экран в виде световых зайчиков, следя за которыми, экспериментатор мог судить о движениях глаз испытуемого, а в случае необходимости записать эти движения.
Когда испытуемому предлагали представить себе, что он рассматривает какой-то воображаемый предмет, характер движений глаз совпадал с характером движений при восприятии неподвижных объектов. Смена воображаемых точек фиксации, расположенных в сагиттальной плоскости на разных по глубине расстояниях, также сопровождалась совершенно четко выраженной конвергенцией и дивергенцией глаз. Можно сказать, что в данном случае заметное отличие от нормы сводилось к уменьшению точности фиксации. Попытка же плавно проследить за движением воображаемого предмета не приводила к плавному прослеживанию. Хотя испытуемому всегда казалось, что движения его глаз плавны и непрерывны, в действительности они складывались только из отдельных фиксаций, скачков, конвергенций и дивергенций.
засветок (особенно при некоторых частотах) приводит к резкому снижению разрешающей способности глаза.
В следующей серии опытов изучалось влияние постоянной засветки на разрешающую способность глаза в условиях, когда тестовое поле мелькало с частотой, равной 5 периодам в секунду.
Обычно до включения засветки испытуемый видел не менее четырех черных пятен на фоне мелькающего круга. Засветку осуществляли при помощи яркого пучка света, который в нужный момент направляли на открытую часть склеры (при этом на сетчатку падал рассеянный склерой оранжевый свет).
Как показали опыты, включение постоянной засветки воспринималось испытуемым как вспышка оранжевого света. При очень яркой засветке в первый момент исчезали все детали тестового поля (иногда исчезало даже ощущение мельканий). Затем появлялся мелькающий фон и крупные пятна (три, четыре) тестового поля. Во всех случаях после засветки черные детали имели явно оранжевый оттенок, а мелькающий круг казался синеватым. По сравнению с моментом, предшествующим засветке, разрешающая способность глаза несколько ухудшалась (убывала с увеличением засветки). Выключение засветки в первый момент воспринималось как улучшение разрешающей способности глаза. Появлялись все черные пятна (пять) на фоне белого круга, а затем, спустя несколько секунд, одноградусное пятно вновь исчезало.
В одном из опытов мы попытались выяснить, как влияет яркость мелькающего света на разрешающую способность глаза в условиях, когда тестовое поле оставалось неподвижным, а число мельканий — постоянным (5 периодов в секунду). В этом случае оказалось, что, начиная с некоторой яркости мелькающего света, дальнейшее ее увеличение приводило к падению разрешающей способности глаза. Черные пятна тестового поля светлели; уменьшался видимый контраст между пятнами и фоном.
Очевидно, с увеличением яркости мелькающего света увеличивалось и количество света, рассеиваемого оптической системой присоски и глаза. При этом часть рассеянного света попадала на сетчаточное изображение черных пятен. Когда рассеянный свет, падавший на сетчаточное изображение черных пятен, достигал некоторой яркости, начинал сказываться эффект, уже описанный нами в опытах с засветкой склеры мелькающим светом. Этим, по-видимому, и объясняется отмеченное уменьшение разрешающей способности глаза.
В ряде опытов с неподвижным тестовым полем изменялся цвет мелькающего света, падающего на молочное стекло присоски. Как показали опыты, это не приводило к заметным изменениям разрешающей способности глаза.
Когда частота мельканий делалась меньше 3—5 периодов в секунду, нередко возникали условия, в которых тестовое поле виделось испытуемым как бы негативным. Черные пятна казались светлыми на фоне темного мелькающего круга. Особенно часто возникало это явление при уменьшении яркости мелькающего света и когда на молочное стекло присоски посылался свет, имеющий насыщенную синюю окраску.
Если вместо черных пятен на белом фоне помещали прозрачные цветные пленки, то даже при большой насыщенности и больших угловых размерах (7—8°) они исчезали для испытуемого раньше и быстрее черных непрозрачных пятен (в аналогичных условиях опыта). Видимый цвет мелькающего круга приобретал цветовой оттенок пленок, занимающих большую часть площади круга. Выключение мелькающего света (разных частот) приводило к появлению четких и насыщенных последовательных образов.
Когда второй (не занятый присоской) глаз испытуемого бывал открыт, то во всех случаях, аналогичных описанным, элементы тестового поля
Следующий опыт проводился в условиях, когда перед открытыми глазами испытуемого находился гладкий, равномерно освещенный экран. К глазам прикреплялись присоски
Ранее был описан опыт (и показан соответствующий рисунок), из которого следовало, что и при обведении взором контура неподвижной фигуры добиться плавных прослеживаний также не удается.
Отсюда следует вывод: в норме система прослеживания глаз не может быть включена произвольно, без наличия объекта, движущегося в поле зрения.
Обычно мы можем совершенно произвольно включаться или не включаться в прослеживание за предметом, движущимся в поле нашего зрения. Если предмет достаточно большой, то часто система прослеживания включается непроизвольно. Более того, если движущийся объект занимает все поле зрения или достаточно большую его часть, то в некоторых условиях, включившись, система прослеживания не может быть выключена, пока не остановится объект или человек не закроет глаза.
В одном из опытов была использована присоска
Тот факт, что предметы, видимые испытуемым через присоску, он не мог рассматривать произвольно, вызывал у него неприятное ощущение. Такое неестественное состояние часто приводило к тому, что непроизвольно включалась система прослеживания и глаз начинал совершать безрезультатные поисковые колебательные движения, сопровождающиеся колебаниями видимых изображений. В таких условиях испытуемый не мог остановить свой глаз, т. е. не мог вмешаться в работу системы прослеживания, и колебания глаза продолжались, пока не прекращался опыт.
Если в поле зрения глаза (в зеркале присоски П4
Если в поле зрения есть движущийся объект, то наблюдатель может произвольно включиться в прослеживание и произвольно его остановить. Однако, по-видимому, ни при каких условиях наблюдатель не может (во всяком случае без какой-то специальной тренировки) произвольно вмешиваться в самый процесс прослеживания, нарочито изменять его скорость, делая ее то больше, то меньше скорости движущегося объекта.
2. Минимальные и максимальные скорости прослеживания
В дальнейшем мы попытались установить диапазон, в пределах которого работает система прослеживания, если объект восприятия движется прямолинейно и равномерно вдоль горизонтали, расположенной на фронтальной плоскости. Для этого были проведены две серии опытов.
В большинстве опытов при записи движений глаза одновременно велась и запись движения объекта восприятия. В этих опытах световой зайчик щелевого осветителя был разделен на две части таким образом, что одна часть в виде светящейся точки двигалась по экрану, на который смотрел испытуемый, и служила объектом восприятия, а другая в виде узкой вертикальной полоски попадала на горизонтальную щель фотокимографа и служила для регистрации движений объекта. Луч, отраженный от зеркальца, укрепленного присоской на глазном яблоке, также попадал на щель фотокимографа и записывал движения глаза. Оба последних луча не были видны испытуемому. Зная соответствующие расстояния, экспериментатор всегда мог определить соотношение масштабов записи движений объекта и глаза. Одновременная запись движений глаза и объекта позволяла экспериментатору с большой точностью устанавливать, в какой мере реализуется соответствие между движением глаза и объекта в различных условиях опыта.
В первой серии опытов объекты, за которыми следили испытуемые, двигались с очень малыми угловыми скоростями. Соответствующие записи показали, что плавное прослеживание начинается при скоростях объекта, равных скоростям неупорядоченного дрейфа глаза (всегда имеющего место во время фиксации). Можно сказать, что плавное прослеживающее движение возникает в результате перехода неупорядоченного дрейфа в упорядоченный, т. е. дрейф с каким-то преимущественным направлением. При скоростях объекта, равных одной угловой минуте в секунду, на фоне дрейфа уже заметна упорядоченность, которую мы можем принять за плавное прослеживание. Когда скорость объекта достигает 5 угловых минут в секунду, плавное прослеживание заметно совершенно четко, хотя дрейф еще сильно искажает это движение (рис. 99). Лишь при скоростях, превышающих 10—15 угловых минут в секунду, дрейф на записи почти не заметен.
Когда прослеживание имеет небольшие скорости (измеряемые единицами угловых минут в секунду), оно обычно сопровождается маленькими непроизвольными скачками. Величина и частота, с которой появляются эти скачки, мало чем отличаются от величины и частоты скачков, возникающих при фиксации взора, направленного на неподвижный предмет.
Во второй серии опытов испытуемые следили за объектами, движущимися с большими угловыми скоростями. В этом случае возможность прослеживания определялась не только тем, с какой угловой скоростью двигался объект, но и тем, был ли этот объект в поле зрения испытуемого непрерывно или появлялся неожиданно, быстро скрываясь за его пределами.
Для возникновения прослеживания необходимо некоторое определенное время, и если движущийся объект находится в поле зрения меньше этого времени (0,15 сек.), то прослеживание невозможно. С другой стороны, если движущийся объект все время находится в поле зрения, условия для прослеживания становятся более благоприятными. У глаза достаточно времени для подготовки к каждому отдельному прослеживанию или скачку, совпадающему по направлению с движущимся объектом.
Скачкообразные движения, служащие для смены точек фиксации, длятся сотые доли секунды. Во время скачка глаза движутся по определенному закону и это движение резко отличается от движения прослеживания. Тем не менее скачки позволяют рассмотреть детали даже очень быстро движущихся объектов, если они происходят в направлении движения объекта. В этом случае объект может достигать скоростей 400—500° в секунду. Несколько меньшие скорости движения объекта (350—400°) уже могут сопровождаться очень кратковременными движениями прослеживания.
При свободном рассматривании неподвижных объектов продолжительность самых коротких и в то же время часто встречающихся фиксаций ле жит в пределах 0,20—0,25 сек. Очевидно, такая продолжительность фиксации соответствует удовлетворительным условиям восприятия. Поэтому
Рис. 99. Запись движений глаза при прослеживании за объектом, движущимся слева направо со скоростью 5 угловых минут в секунду
На записи хорошо заметен дрейф глаза и небольшие скачки
есть основание считать, что удовлетворительные условия восприятия движущихся объектов возникают, если становятся возможными прослеживания продолжительностью 0,20—0,25 сек. Когда движущийся объект виден непрерывно, то, как показывают опыты, указанные удовлетворительные условия восприятия возможны при скоростях объекта, не превышающих 200° в секунду. Если же объект каждый раз появляется неожиданно, то такие условия возникают лишь при скоростях 150—100° в секунду.
Мы говорили только о движениях глаза, однако следует помнить, что в обычных условиях прослеживания за движущимися объектами человек поворачивает и голову и этим существенно облегчает свою задачу.
Во многих опытах объект двигался с таким ускорением, которое являлось очень сложной функцией времени. В этом случае записи довольно наглядно показывали, как работает система прослеживания и каковы ее возможности в разных по сложности условиях.
На рис. 100 приведены записи, которые могут дать читателю некоторое представление о работе системы прослеживания в сложных условиях.
Прежде всего следует отметить, что при попытке проследить за объектом глаза человека стараются повторить движение объекта, но делают это с некоторым запаздыванием (0,1—0,2 сек.). Это запаздывание легко заметить по сдвигу фаз на некоторых записях рис. 100, в которых нашла отражение попытка глаза повторить колебательные движения объекта. Пытаясь повторить движение объекта, система прослеживания все время вносит поправки, о чем говорит тот факт (рис. 100), что при большой частоте колебаний объекта амплитуда колебаний глаза может быть значительно меньше амплитуды колебаний объекта. Это происходит потому, что, не
Рис. 100. Образцы одновременных записей движений объекта и глаза
Плавные линии — движения объекта, для движений глаз характерны корригирующие скачки;
успев закончить одно движение, глаз включается во второе, вслед за объектом.
Попытка глаз проследить за объектом часто сопровождается корригирующими скачками, в результате которых сетчаточное изображение объекта попадает в fovea.
Изучение записей приводит к выводу, что сведения, необходимые для прослеживания, глаз способен получать в двух состояниях: в состоянии фиксации и в состоянии прослеживания. В первом случае необходимые сведения представляют собой результат оценки угловой скорости движения объекта, во втором — результат оценки разности между угловыми скоростями объекта и движущегося глаза.
Использование полученных сведений может быть двояким. Иногда глаз плавно изменяет свою скорость (по величине и направлению), повторяя движение объекта (рис. 101). Иногда же он начинает двигаться сразу с некоторой определенной скоростью или резко изменяет ее (по величине и направлению). Этому второму случаю всегда предшествует скачок, вслед за которым сразу (в течение тысячных долей секунды) следует движение со скоростью, равной или близкой к скорости объекта. Иначе говоря, резкое изменение скорости всегда приурочивается к корригирующему скачку (рис. 102).
Если в поле зрения испытуемого в фовеальной области внезапно появляется движущийся объект, то, естественно, прослеживание не может начаться мгновенно. Чтобы включиться в прослеживание, система прослеживания затрачивает некоторое время на подготовку, и, как показывают записи, это время оказывается равным приблизительно 0,1—0,2 сек., а чаще
Рис. 101. Запись движений двух глаз при прослеживании за маятником, качающимся во фронтальной плоскости
0,15 0,17 сек. (рис. 103). В том случае, когда движущийся предмет появляется внезапно и испытуемый видит его периферической частью сетчатки, подготовка к прослеживанию (в течение 0,1—0,2 сек.) ведется на основании данных периферии с одновременной подготовкой к скачку на предмет. Очень существенно, что скачок всегда происходит после подготовки к прослеживанию, т. е. когда система прослеживания уже «знает» прибли-
Рис. 102. Запись движений глаза при прослеживании за объектом, участвующим в сложном движении
На записи видно, что резкое изменение скорости и направления движения глаза приурочивается к корригирующему скачку
зительно, с какой угловой скоростью она должна вести прослеживание. Поэтому после того как произошел скачок и изображение предмета оказалось в центральной области сетчатки, прослеживание начинается практически мгновенно— в течение тысячных долей секунды (рис. 104).
Записи, подобные изображенным на рис. 102 и 104, говорят о том, что система прослеживания подготовляется к прослеживанию или резкому изменению его скорости и направления не после скачка, а до него, т. е. во время фиксации, предшествующей скачку, или во время прослеживания, предшествующего скачку. Опыты показывают, что включение глаз в процесс прослеживания начинается не в конце скачка, а в начале его. Иначе говоря, приказы начинать скачок и новый акт прослеживания поступают одновременно или почти одновременно. Поскольку скорость скачка велика (а его продолжительность мала), нужно думать, что смещение глаз, возникающее вследствие преждевременного начала прослеживания, оказывается ничтожным, а положительный эффект очень существенным, в работе
глаз отсутствует просвет между концом скачка и началом прослеживания. Если бы глаза включались в прослеживание только после скачка, то вследствие инерции они не могли бы столь мгновенно (в течение тысячных долей секунды) начинать прослеживание.
Рис. 103. Записи движений объекта (толстые линии) и глаза, на которых хорошо видно запаздывание движений глаза, возникающее при прослеживании
Рис. 104. Запись движений глаза при прослеживании за равномерно движущимся объектом, который неожиданно появляется в правой периферической части поля зрения испытуемого. После скачка мгновенно начинается прослеживание с нужной скоростью
Если движущийся предмет, за которым следил наблюдатель, неожиданно и мгновенно исчезает, глаза прекращают прослеживание и плавно затормаживаются до полной остановки, приблизительно в течение 0,1 сек.
4. Прослеживание, сопровождающееся конвергенцией и дивергенцией зрительных осей
Когда объект восприятия, перемещаясь в пространстве, приближается или удаляется от наблюдателя, прослеживание сопровождается конвергенцией или дивергенцией зрительных осей и является наиболее сложным случаем движения глаз.
Мы уже упоминали, что прослеживающее движение глаз и конвергенция или дивергенция зрительных осей, хотя и являются различными видами движений, однако в условиях прослеживания протекают настолько слитно, что на соответствующих записях не могут быть разделены. Такая слитность, по-видимому, объясняется тем, что конвергенция и дивергенция во многом напоминают прослеживание, а в некоторых случаях полностью принимают на себя его функции. Так, например, если движущийся предмет перемещается вдоль оси циклопического глаза, прослеживание сводится только к движениям конвергенции или дивергенции и корригирующим скачкам.
Можно сказать, что конвергенция или дивергенция зрительных осей представляет собой движение, при котором точка фиксации скользит вдоль оси циклопического глаза. Пересечение зрительных осей может перемещаться (вследствие конвергенции или дивергенции) вдоль оси циклопического глаза относительно быстро и резко при смене неподвижных и движущихся точек фиксации и, наоборот, плавно и медленно в процессе прослеживания за движущимся объектом. Самая же ось циклопического глаза может перемещаться в пространстве, делая плавные повороты при прослеживании и резкие при скачках.
На рис. 105 и 106 показаны образцы записей движений глаз в условиях, когда объект восприятия совершает сложные движения в пространстве. Эти записи в какой-то мере показывают возмояшости системы прослеживания и мышечной системы глаз.
Рис. 105. Записи движений глаз при прослеживании за маятником, качающимся в сагиттальной плоскости, проходящей через правый глаз (верхний рисунок) и между глаз (нижний рисунок)
Рис. 106. Записи движений глаз при прослеживании за объектами, совершающими сложные движения
Выводы
Система прослеживания глаз не может быть включена произвольно, без наличия объекта, движущегося в поле зрения. В норме без наличия объекта, движущегося в поле зрения, не может быть и плавных прослеживающих движений.
Плавное прослеживание может начинаться при скоростях объекта, равных скоростям дрейфа глаза, возникающего во время фиксации. Удовлетворительные условия восприятия возможны при скоростях объекта, не превышающих 100—200° в секунду.
Сведения, необходимые для прослеживания, глаз способен получать и в состоянии фиксации, и в состоянии плавного прослеживания. Полученные сведения могут быть использованы двояко. В одних случаях глаз плавно изменяет свою скорость (по величине и направлению), повторяя движения объекта. В других случаях глаз начинает двигаться сразу с некоторой определенной скоростью или резко изменяет свою скорость (по величине и направлению). При этом мгновенное начало или резкое изменение скорости приурочивается к скачку глаз.
В настоящей главе мы постараемся выяснить, как рассматривает человек сложные объекты и существуют ли при этом какие-то закономерности. Например, некоторым кажется, что, рассматривая какой-либо предмет, мы обязательно обводим глазом его контуры и, по аналогии с осязанием, как бы ощупываем предмет. Другие думают, что, рассматривая картину, мы более или менее равномерно обегаем всю ее поверхность глазами.
Ниже исследуется вопрос о движениях глаз при восприятии картин и при чтении, при восприятии зрительных иллюзий и сравнении расстояний и, наконец, для более детального изучения роли движений глаз будет затронут вопрос о восприятии, при котором испытуемые не могут произвольно пользоваться движениями глаз и выбирать точки фиксации.
Прежде чем приступить к чтению текста, читателю необходимо хотя бы бегло ознакомиться с рис. 107—124, на которых изображены записи движений глаз.
Изучение записей движений глаз, подобных изображенным на рис. 107—124, прежде всего говорит о том, что при рассматривании разнообразных объектов глаз человека задерживается в основном лишь на некоторых элементах этих объектов. Любое изображение (если оно не является равномерньш фоном или какой-то однообразной мозаикой) содержит различные элементы: на одних глаз задерживается особенно долго, на других мало и, наконец, на некоторых задерживается очень мало или вовсе не обращает на них внимания.
Чем же отличаются элементы, особенно привлекающие внимание наблюдателя, и что характерно для элементов, не привлекающих такого внимания?
Анализ записей движений глаз показывает, что элементы, привлекающие внимание, содержат или могут, по мнению наблюдателя, содержать сведения полезные и нужные в момент восприятия. Элементы, на которых глаз не останавливается, таких сведений не содержат или, по мнению наблюдателя, содержать не могут.
Попытаемся пояснить и доказать сказанное. Прежде всего отметим, что особенное внимание или безразличие к элементам картины никак не обусловлено количеством деталей, из которых складывается элемент. Так, например, фигура охотника на рис. 118 особенно привлекает внимание наблюдателя, хотя она содержит деталей не больше многих других
Рис. 107. Репродукция с картины И. Е. Репина «Не ждали» и записи движений глаза семи различных испытуемых Каждый испытуемый свободно (без инструкции) рассматривал репродукцию двумя глазами в течение трех минут
128
Рис. 108. Репродукция с картины И. Е. Репина «Не ждали» и семь записей движений глаза одного и того же испытуемого при свободном (без инструкции) рассматривании репродукций двумя глазами
Каждая запись продолжалась три минуты. Отрезок времени между отдельными записями равнялся одному или двум дням. Записи расположены в хронологическом порядке
Рис. 109. Репродукция с картины И. Е. Репина «Не ждали» и семь записей движении глаза одного и того же испытуемого
Продолжительность каждой записи — три минуты. Испытуемый рассматривал репродукцию двумя глазами.
Рис. 110. Репродукция с картины И. Е. Репина «Не ждали» и трехминутная регистрация движений глаза при свободном рассматривании репродукции испытуемым
Регистрация движений глаза разбита на семь записей, непрерывно следующих одна за другой. Продолжительность каждой из записей около 25 сек.
Рис. 111. Репродукция с картины И. Е. Репина «Не ждали» и тридцати пятисекундная регистрация движений глаза при свободном рассматривании репродукции испытуемым
Регистрация движений глаза разбита на семь записей, непрерывно следующих одна за другой. Продолжительность каждой записи 5 сек. Число фиксаций в записях:
Рис. 112. Репродукция с картины И. Е. Репина «Не ждали» и регистрация движений глаза, уже изображенная на предыдущем рисунке
В данном случае все точки фиксации прикрыты черными кругами. Величина кругов соответствует величине центральной ямки глаза испытуемого (1,3°). Рисунок показывает, на какие элементы репродукции и в какой последовательности накладывалась центральная ямка в процессе рассматривания, длящегося 35 сек.
Рис. 113. Репродукция с картины И. И. Шишкина «Утро в сосновом лесу»
Записи двишений'глаза при свободном'рассматривании репродукции двумя глазами в течение двух и десяти минут
элементов картины. Фигуры мишек рис. 113 содержат меньше деталей, чем ветви сосен, однако именно они больше всего привлекают внимание. На записи рис. 117 видно, что глаз останавливался в основном вдоль линии горизонта и на стволах берез, хотя в этой картине особенно много деталей, из которых складывается изображение травы и листвы. Любая запись движений глаз показывает, что само по себе количество деталей, содержащихся в элементе картины, не обусловливает привлечения внимания к этому элементу. Это легко понять, если учесть, что всегда имеются детали, глядя на которые, наблюдатель может получить нужные и полезные сведения, и есть детали, которые ничего нового или полезного сказать не могут.
Точно так же нельзя считать привлекательными для глаз наиболее яркие или наиболее темные элементы изображения (если принимать во внимание лишь одну яркость этих элементов). Все записи движений глаз показывают, что яркие и в равной мере темные элементы картины привлекают внимание наблюдателя лишь в том случае, если они несут нужные и полезные сведения. Так, например, в картине рис. 113 глаз больше всего останавливается на темно-бурых фигурах мишек, в картине рис. 117 внимание наблюдателя привлекают белые стволы берез, а на рис. 118 — почти сливающаяся с фоном фигура охотника и т. д.
Для многих наблюдателей одни цвета более приятны, другие — менее, они даже иногда употребляют выражение — «мой любимый цвет». Большинство репродукций, которые мы использовали в своих опытах, предлагая их наблюдателям для свободного рассматривания, являлись цветными. Иногда предлагались
Рис. 114. Фотография лица девушки
Запись движений глаза при свободном рассматривании фотографии двумя глазами в течение одной минуты
Рис. 115. Первая страница журнала «Огонек» № 23 за 1959 г. «Волжаночка» (фото С Фридлянда)
Запись движений глаза при свободном рассматривании фотографии двумя глазами в течение трех минут
цветные и черно-белые репродукции одного и того же размера с одной и той же картины. Однако соответствующие записи ни в одном случае не обнаружили сколько-нибудь заметного влияния цвета на распределение точек фиксации. Нужно полагать, что если цвет элемента не имеет какого-то специального значения и безразличен для содержания воспринимаемой картины, он не оказывает никакого влияния на характер движений г лаз.
Результаты второй главы показывают, что в зрительном процессе большую роль играют контуры и границы воспринимаемых изображений. Возникает вопрос: в какой мере это значение контура и границы сказывается на движениях глаз и на распределении точек фиксации?
Анализ рис. 107 —124 выявляет, что сами но себе границы и контуры никакого влияния на характер движений глаз не оказывают. В движениях глаза мы не можем обнаружить аналогий с движением руки слепого, скользящей вдоль границ и контуров. Граница и контур важны для появления зрительного образа, однако когда образ возник и видится непрерывно, у наблюдателя нет необходимости специально интересоваться границами и контурами. Граница и контур всего лишь элементы, из которых, наряду с другими, не менее важными элементами, складывается наше восприятие и узнавание предмета. Совершенно очевидно, что контур предмета будет привлекать внимание наблюдателя, если в самой форме контура заключены важные и нужные сведения. Так, например, рассматривая скульптурный портрет Нефертити (рис. 11G), наблюдатель почти все внимание фиксирует на профиле портрета, на контуре скульптуры. Нетрудно видеть, что именно в этих местах сосредоточены основные черты портрета, которые и позволяют наблюдателю составить о нем полное представление. С другой стороны, запись на рис. 119, в которой зафиксированы движения глаз при свободном рассматривании чисто контурного изображения, ничем не отличается от записей обычных неконтурных изображений.
Все записи, которые приводятся в настоящей главе, и записи, о которых мы не упоминаем, позволяют нам утверждать, что характер движений глаз или совсем не зависит, или зависит очень мало от того, в каком материале, каким способом и в какой манере выполнено воспринимаемое изображение, если это изображение является плоским или почти плоским.
Рассматривание предметов, расположенных в комнате, или рассматривание скульптурного изображения, в котором смена точек фиксации, по-разному удаленных от наблюдателя, сопровождается сведением и разведением зрительных осей, отличается от восприятия плоских объектов только новым видом движений (т. е. конвергенции и дивергенции глаз).
Записи движений глаз показывают, что в процессе рассматривания взор наблюдателя
Рис. 116. Скульптурный портрет египетской царицы Нефертити (XVI век до нашей эры)
Запись движений глаза при свободном рассматривании фотографии скульптурного портрета двумя глазами в течение двух минут
Рис. 118. Репродукция с картины И. И. Шишкина «В лесу»
Запись движений одного глаза при свободном рассматривании картины двумя глазами в течение десяти минут
кают внимание в различной мере в зависимости от того, какое место они занимают в сюжете картины.
При рассматривании человеческого лица наблюдатель обычно больше всего внимания уделяет глазам, губам и носу. Остальные части лица он рассматривает довольно бегло. Если смотреть на запись рис. 114. то можно видеть, что почти все внимание в этом портрете привлекают красивые, выразительные глаза девушки. Значительно меньше внимание наблюдателя останавливается на губах и носе. На фотографии улыбающейся девочки (рис. 115) губы привлекают значительно больше внимания, и это читатель может сам легко объяснить, взглянув на фотографию. Любопытно, что и при рассматривании рисунка головы льва (рис. 120) и скульптур-
Рис. 117. Репродукция с картины И. И. Левитана «Березовая роща»
Запись движений глаза при свободном рассматривании репродукции двумя глазами в течение десяти минут
обычно задерживается лишь на некоторых элементах изображения. Как уже упоминалось, при изучении таких элементов обнаруживается, что именно они несут сведения, позволяющие раскрыть содержание изображения. Движения глаз отражают процессы человеческого мышления, и поэтому записи их позволяют в какой-то мере судить о мышлении наблюдателя, о мышлении, которым сопровождается рассматривание того или иного объекта. Изучая записи, легко судить о том, к каким элементам, в какой последовательности и как часто обращается глаз (а следовательно, и мысль) наблюдателя.
Глядя на записи рис. 107 и 108, сделанные во время свободного рассматривания картины Репина «Не ждали», мы видим, что во всех четырнадцати записях лица людей, изображенных на картине, привлекают внимание наблюдателей гораздо больше, чем фигуры, фигуры больше, чем предметы обстановки, и т. д. Более того, даже лица разных людей привле-кого изображения гориллы (рис. 121) больше всего точек фиксации взора приходится на глаза, нос и пасть животных.
Глаза и губы человека (или глаза и пасть животного) — наиболее подвижные и выразительные элементы лица. Глаза и губы могут сказать наблюдателю о настроении человека и его отношении к наблюдателю, о том, какие шаги он может предпринять в последующий момент и т. д. Поэтому совершенно естественно и понятно, что именно глаза и губы больше всего привлекают внимание в лице человека.
При рассматривании фотографии скульптурного изображения (рис. 122) основное внимание наблюдатель уделяет лицу спящего ребенка (закрытые глаза, губы, нос), улыбающемуся лицу матери (особенное внимание привлекают губы) и руке матери, поддерживающей голову ребенка. Легко видеть, что лицо ребенка отражает безмятежный сон; лицо и особенно нежная улыбка матери — радость материнства; рука матери — заботу и ласку. Можно сказать, что и в данном случае наблюдатель фиксировал элементы, которые позволяют ему раскрыть основное содержание данного изображения.
Довольно часто внимание наблюдателя останавливается на элементах, которые не несут никаких существенных сведений, но, по его мнению, могут их нести. Часто наблюдатель останавливает свой взор и на элементах, необычных в данной обстановке, незнакомых, непонятных и т. д. Так, например, много точек фиксации на записях рис. 117 и 118 соответствует линии горизонта. По-видимому, наблюдатель просматривал горизонт в надежде обнаружить что-то существенное. На рис. 118 его заинтересовал просвет среди деревьев. На рис. 124 он довольно подробно рассматривал забавную кисточку волос на голове ребенка и т. д.
Если внимательно рассмотреть две серии записей рис. 107 и 108, то можно прийти к выводу, что, несмотря на большое сходство всех четырнадцати записей, в семи записях рис. 108, отражающих процесс восприятия и мышления одного и того же наблюдателя, больше сходства, чем в семи записях рис 107, полученных от семи различных наблюдателей. Можно сказать, что различные наблюдатели по-разному мыслят и поэтому в какой-то мере по-разному смотрят.
Нужно сказать, что все наблюдатели, движения глаз которых изображены на рис. 107 и 108, были достаточно культурными людьми, всем им картина Репина была давно знакома и понятна. Этим, по-видимому, и объясняется в общем большое сходство
Рис. 119. Рисунок В. Сурикова
всех записей. Легко допустить, что указанное сходство записей было бы значительно меньшим, если бы наблюдатели больше различались по своему культурному уровню и образованию. Несомненно, что наблюдатели, которым знакома и картина и эпоха, изображенная на ней, рассматривали бы картину иначе. чем люди, впервые увидевшие эту картину и незнакомые с соответствующей эпохой.
Рис. 120. Рисунок В. А. Ватагина
Точно так же естественно допустить, что какой-нибудь сложный объект восприятия, попятный физику и незнакомый биологу (или наоборот), будет совершенно по-разному рассматриваться физиком и биологом.
В зависимости от задач, которые стоят перед человеком, т. е. в зависимости от характера сведений, которые он должен получить, будет соответственно изменяться и распределение точек фиксации на объекте, поскольку различные сведения обычно локализованы в различных частях объекта. Подтверждением сказанного может служить рис. 109. На рисунке видно, как в зависимости от задач, поставленных перед испытуемым, изменялись движения глаз. Так, например, при инструкции «Оцените материальное положение семьи, изображенной на картине» наблюдатель особенно много внимания уделил рассматриванию одежды женщины, обстановки (кресло, стул, скатерть и т. д.). При инструкции «Определите возраст изображенных лиц» все внимание сосредоточивалось на лицах. В ответ на инструкцию «Постарайтесь выяснить, чем занималась семья до прихода того, кого не ждали» особенное внимание наблюдателя уже привлекают предметы, расположенные на столе, руки девушки и женщины, ноты. При инструкции «Запомните одежду изображенных лиц» рассматривалась одежда. Инструкция «Запомните расположение людей и предметов в комнате» привела к тому, что наблюдатель осмотрел всю комнату и все предметы. Его внимание привлекла даже ножка стула, показанная в левой части картины, которую до этого он не замечал. Наконец, инструкция «Определите, сколько времени отсутствовал в семье тот, кого не ждали» вызвала у наблюдателя особенно интенсивные движения глаз между лицами детей и лицом вошедшего. Несомненно, что в данном случае он пытался найти ответ на вопрос, вглядываясь в выражение лиц, пытался выяснить, узнали ли дети вошедшего или нет.
Рис. 121. Скульптура В. А. Ватагина «Горилла»
Запись движений одного глааа при свободном рассматривании фотографии скульптуры двумя глазами в течение одной минуты
Записи движений глаз после какой-либо инструкции интересны тем, что они позволяют разбирать смысл движений глаз при свободном рассматривании изображения; они наглядно показывают, что значение элементов, несущих те или иные сведения, определяется задачей, стоящей перед наблюдателем, и это значение может меняться в самых широких пределах.
На рис. 107 и 108 показано, что взор наблюдателя задерживается на лицах и фигурах в соответствии с их значимостью для всей картины. При этом следует заметить, что масштаб фигур и предметов, их положение на картине, или, иными словами, все, что называется композицией картины, также имеет определенное значение. Из всех людей, изображенных на картине, фигура женщины, наиболее крупная и расположенная центрально, привлекает внимания больше, чем остальные фигуры.
Такова в данном случае композиция — средство, при помощи которого художник может в какой-то мере навязывать зрителю свое восприятие изображаемого.
Если при восприятии какого-либо объекта запись движений глаз продолжается несколько минут, то на такой записи легко заметить, что глаз наблюдателя, меняя точки фиксации, многократно возвращается к одним и тем же элементам изображения. Дополнительное время, которое оказывается у наблюдателя при восприятии, затрачивается им не на рассматривание второстепенных элементов, а на повторное рассматривание наиболее важных. Создается впечатление, что восприятие изображения обычно складывается из ряда «циклов», в каждом из которых есть много общего. Например, взглянув на рис. 114, мы можем убедиться, что рассматривание портрета фактически сводилось к поочередной и многократной фиксации то одного, то другого глаза девушки То же самое мы можем увидеть на рис. 115. Если рассматривать записи рис. 113, одна из которых продолжалась две минуты, а другая — десять минут, то легко заметить, что в общем они мало чем отличаются. Распределение точек фиксаций и характер движений глаз почти совпадают Здесь следует заметить, что, хотя записи получены от одного и того же наблюдателя, интервал между опытами был равен целому месяцу Особенно хорошо повторные движения глаз видны на рис. 116 В течение двух минут наблюдатель несколько раз обегал глазами профиль скульптурного портрета.
Рис. 122. Скульптура Г Л Петрашевич «Дитя мое»
Запись движений одного глаза при свободном рассматри вании фотографии скульптуры двумя пазами в течение двух минут
Анализ разнообразных записей движений глаз показывает, что продолжительность цикла, в течение которого глаз наблюдателя успевает обежать все изображение, иногда равняется нескольким секундам, иногда нескольким десяткам секунд Чем сложнее и содержательней объект, тем дольше длится указанный цикл
На рис. 110 показана репро-дукция с картины Репина «Не ждали» и трехминутная регистрация движении глаз при свободном рассматривании наблюдателем репродукции. Самая регистрация движений глаз разбита на семь записей, непрерывно следующих одна за другой, так что продолжительность каждой записи была равна 25 сек. (во время опыта каждые 25 сек. очень быстро заменялись листы светочувствительной бумаги, на которых велась запись). Если проанализировать все отдельные записи, то можно убедиться, что каждая из них, грубо говоря, соответствует циклу, в течение которого глаз успевает остановиться и рассмотреть самые существенные элементы картины. Во всяком случае каждая из семи записей показывает, что хлаз наблюдателя успевал рассмотреть лица всех людей, изображенных на картине. Иными словами, в течение трех минутного рассматривания картины наблюдатель по крайней мере семь раз обращал внимание на каждое из лиц.
Рис. 123. Фотография фриза Пергамского алтаря. Голова Клития
Запись движений одного глаза при свободном рассматривании фотографии двумя глазами в течение одной минуты
Записи рис. 109 показывают, что отмеченная цикличность в рассматривании изображений зависит не только от того, что изображено на картине, но и от того, какие задачи стоят перед наблюдателем, какие сведения он собирается получить, глядя па картину. Так, например, при инструкции «Определите возраст изображенных лиц» на соответствующей записи мы видим относительно мало повторных движений. При инструкции «Определите, сколько времени отсутствовал в семье тот, кого не ждали» повторных движений в несколько раз больше.
По-видимому, отмеченная цикличность в рассматривании объектов отражает какие-то особенности нашего восприятия и мышления. В связи с этим можно лишь высказать ряд без-
касаться.
Чтобы понаблюдать особенности движении глаз в начальной стадии рассматривания знакомой нам картины Репина «Не ждали», была произведена непрерывная 35-секундная регистрация движений глаз наблюдателя при свободном рассматривании картины. Регистрация движений глаз была разбита на семь пятисекундных записей, непрерывно следующие одна за другой (во время опыта каждые 5 сек. очень быстро заменялись листы светочувствительной бумаги, на которых велась запись). Результаты опыта показаны на рис. 111 и 112. На рис. 112 все точки фиксации взора наблюдателя совмещены с картиной и прикрыты черными кругами. Величина кругов выбрана так, чтобы она соответствовала угловому размеру центральной ямки глаза наблюдателя (1,3°). Или, иными словами, круги можно рассматривать как проекцию центральной ямки глаза наблюдателя на картину в условиях данного опыта.
Для анализа результатов опыта удобен рис. 112, поэтому обратимся именно к этому рисунку. Здесь видно, что в течение первых пяти секунд наблюдатель рассматривал вошедшего мужчину. Взор наблюдателя останавливался в основном на лице мужчины и верхней части его фигуры. В конце этого периода наблюдатель успел рассмотреть сапоги вошедшего и лица женщин, стоящих в открытой двери. Всего в первый пятисекундный период наблюдатель сменил 18 точек фиксации. Можно сказать, что 16 фиксаций позволили наблюдателю получить по крайней мере общее впечатление о том, кого «не ждали». Двумя фиксациями ограничилось изучение лиц женщин, стоящих в открытой двери (и играющих роль второстепенных персонажей). Во второй пятисекундный период точки фиксации оказались расположенными в основном вдоль линии взора вошедшего мужчины (взора, направленного на лицо пожилой женщины) и взора женщины (направленною на лицо мужчины). Можно сказать, что в этот период наблюдатель выяснял взаимоотношения между двумя основными персонажами картины. Не исключено, что именно в этот период наблюдателю в какой-то мере становится ясным основное содержание картины. В течение второго пятисекундного периода наблюдатель сменил 16 точек фиксации. Третий пятисекундный период посвящен в основном изучению пожилой женщины (ее лица и фигуры) и
Рис. 124. Девочка Фото С. Орлиной. «Огонек», № 21 за 1959 г. Запись движении одного глаза при свободном рассматривании фотографии двумя глазами в течение одной минуты
женщины, сидящей у рояля. Характерно, что это изучение, как и в предыдущие периоды, сопровождалось фиксацией лица вошедшего мужчины. Третьему периоду соответствует 18 фиксаций. В течение четвертого пятисекундного периода наблюдатель, продолжая изучение основных персонажей, начал рассматривать лица детей, сидящих за столом. Четвертому периоду соответствует 14 фиксаций. Пятый пятисекундный период посвящен изучению всех действующих лиц и при этом основное внимание уделяется детям, сидящим за столом. Пятому периоду соответствует 17 фиксаций. Можно считать, что пятым периодом заканчивается весь первый цикл рассматривания картины, поскольку шестой и седьмой периоды содержат движения глаз, в какой-то мере повторяющие движения, проделанные в предыдущие периоды.
Результаты опыта, изображенного на рис. 111 и 112, говорят о том, что уже в первые 25 сек. глаз наблюдателя успел рассмотреть все важнейшие элементы изображения и сам наблюдатель, по-видимому, получил общее представление о содержании картины. Характерно, что в течение каждого пятисекундного периода наблюдатель хотя бы однажды обращал свой взор на вошедшего мужчину. При восприятии картины мысль наблюдателя постоянно обращалась к тому, кого не ждали, как к центру, с которым связывались и сопоставлялись все остальные элементы изображения.
На рис. 111 и 112 показано, что в течение 25 сек. наблюдатель сменил 83 точки фиксации (в среднем более трех точек фиксаций в секунду). Количество точек фиксации, их распределение в пространстве и во времени дает читателю некоторое представление о восприятии такого сложного объекта, как картина «Не ждали».
В заключение еще раз подчеркнем, что распределение точек фиксации на объекте, последовательность, в какой взор наблюдателя переходит от одной точки фиксации к другой, продолжительность фиксаций, своеобразная цикличность в рассматривании и т. д. определяются содержанием объекта и задачами, которые стоят в момент восприятия перед наблюдателем.
По-видимому, все сказанное в настоящем разделе можно считать лишь началом в изучении восприятия сложных объектов методом регистрации движений глаз.
Целый ряд рисунков, которые приводятся в настоящем разделе, следует рассматривать не только как иллюстрацию к нашему изложению, но и как материал, который может изучаться заинтересованным читателем. Мы надеемся, что некоторые из этих рисунков будут использованы другими авторами. На любой записи наших рисунков мы можем видеть, что в процессе восприятия большое количество элементов изображения не затрагивается фовеальным зрением. Особенно наглядной иллюстрацией сказанного может служить рис. 112. Фовеальным зрением в основном затрагиваются лишь элементы, в которых содержатся существенные сведения, нужные наблюдателю в момент восприятия.
В связи с этим невольно возникает мысль о том, насколько важно и биологически целесообразно неравномерное строение сетчатки, в частности наличие в ней fovea centralis. При помощи fovea centralis человек видит много деталей только в окрестности точки фиксации, т. е. в окрестности точки, которой, как правило, соответствует много существенных сведений. Меньшая разрешающая способность периферии глаза полезна, поскольку она позволяет получать меньше несущественных сведений, способствует выделению полезных сведений из бесполезных.
2. Движения глаз в процессе чтения
Первым, кто начал изучение движений глаз при чтении, был, по-видимому, Жаваль (Javal, 1879). Это изучение он проводил методом визуального наблюдения за глазами испытуемого. Первую фотографическую запись движений глаз при чтении получил Р. Додж в 1899 г.
(см. Taylor, 1957). В дальнейшем движения глаз при чтении изучались рядом авторов (Басуэлл — Buswell, 1937; Гильберт—Gilbert, 1953, Тейлор — Taylor, 1957).
Автор не занимался подробным изучением движений глаз при чтении и поэтому данные раздела 2 представляют собой в основном компиляцию.
В качестве образца, который дает некоторое представление о движении глаз при чтении, предлагаем записи рис. 125, сделанные при помощи присоски
Рассматривая вторую запись, легко обнаружить, что при чтении продолжительность фиксаций обычно лежит в пределах 0,2—0,4 сек. и для данного испытуемого в среднем равна 0,3 сек. При чтении характер движений глаз остается тем же, что и при рассматривании других неподвижных объектов, если не считать совершенно естественную упорядоченность и последовательность движений глаз вдоль строк текста. На той же записи легко заметить, что чтение каждой строки заканчивается продолжительной фиксацией (или двумя фиксациями), в среднем равной почти целой секунде. Такие продолжительные фиксации соответствуют более продолжительному процессу осмысливания прочитанного, в данном случае прочитанной строки. Продолжительные фиксации встречаются при чтении любого текста, и их тем больше, чем сложнее текст, чем больше мыслей, ассоциаций, представлений вызывает прочитанное слово или строка.
Из опытов следует, что должная разрешающая способность печатного текста обеспечивается лишь фовеальной и парафовеальной областью сетчатки.
Подробное изучение движений глаз при чтении, с привлечением в качестве испытуемых большого количества учащихся, позволяет составлять соответствующие таблицы и при их помощи давать оценки методикам обучения чтению учащихся различных классов.
Оценки мастерства чтения (по Тейлору)
| Классы | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Млад | Сред | Кол |
| шая | няя | ледж | |||||||
| школа | школа | ||||||||
| Фиксации на 100 слов | 240 | 200 | 170 | 136 | 118 | 105 | 95 | 83 | 75 |
| Возвращения на 100 слов | 55 | 45 | 37 | 30 | 26 | 23 | 18 | 15 | 11 |
| Средний объем узнавания в момент фиксации слов...... | 0,42 | 0,50 | 0,59 | 0,73 | 0,85 | 0,95 | 1,05 | 1,21 | 1,33 |
| Средняя длительность фиксации, сек. . . . | 0,33 | 0,30 | 0,26 | 0,24 | 0,24 | 0,24 | 0,24 | 0,24 | 0,23 |
| Средняя скорость понимания (число слов в минуту)....... | 75 | 100 | 138 | 180 | 216 | 233 | 255 | 296 | 340 |
В таблице, составленной Э. Тейлором, использованы записи движений глаз 5000 учащихся. Результаты таблицы показывают усредненные значения элементов, из которых складывается искусство чтения и которые могут изучаться в соответствующих экспериментальных работах. Как следует из таблицы, усредненный объем узнавания за одну фиксацию у детей, обучающихся в первых шести классах, меньше одного слова (если считать слово состоящим из десяти печатных знаков). Средний объем узнавания
Рис. 125. Сонет Шекспира и запись движений глаза в процессе чтения Запись на неподвижную светочувствительную бумагу (о) и на движущуюся ленту фотокимографа (б)
за одну фиксацию у учащихся колледжей составляет уже 1,33 слова. Обнаружено, что учащиеся, которых тренировали при помощи специальных тахистоскопов, имеют увеличенный объем узнавания в течение отдельной фиксации. При этом, однако, существенных изменений в скорости чтения не наблюдалось. Далее, из таблицы следует, что по мере развития учащихся в три раза уменьшается число фиксаций (на 100 слов текста), а число возвратов при чтении сокращается в пять раз. Продолжительность фиксаций изменяется мало и в общем остается равной продолжительности фиксации при свободном рассматривании любого неподвижного объекта. Скорость понимания (число знакомых слов в минуту) возрастает в четыре раза.
Установлено, что человек, плохо читающий вслух, произнося слово, обычно смотрит на него и при этом меняет две или более точек фиксации. Такой человек не убегает вперед глазами от произносимого слова. Человек, бегло, хорошо читающий вслух, способен отрываться от произносимого слова, иногда убегая глазами вдоль строчки на несколько слов вперед.
Некоторые люди могут выучиться читать со скоростью до 1000 и более слов в минуту. Однако средний читатель не может путем тренировки достигнуть такого результата. Обычно люди, способные научиться очень быстрому чтению, читают очень быстро и до тренировки. Для скорости чтения характерен большой индивидуальный разброс. Записи чтения многих профессоров показали, что они обычно читают со скоростью 350— 500 слов в минуту, и большинство из них читает не лучше учеников девятых классов Большинство взрослых читает со скоростью, меньшей 300 слов в минуту. Многие студенты читают со скоростью учащихся младших классов.
В 1935 г. Э. Тейлор обследовал одного ученика, способного к очень быстрому чтению. Мальчик мог читать со скоростью от 600 до 2200 слов в минуту. При скорости чтения от 1000 до 1500 слов в минуту он мог дословно цитировать отрывки из учебников средней школы. При скорости свыше 2000 слов в минуту мальчик большую часть текста угадывал примерно так, как это делает средний читатель, читая со скоростью 500—600 слов в минуту. Записи движений глаз при чтении этого мальчика были самыми необычными из всех, которые когда-либо наблюдал Э. Тейлор, обследовавший около 10 000 испытуемых. В течение одной фиксации мальчик воспринимал несколько слов или целую фразу. Э. Тейлор подчеркивает, что юный чтец обладал большими способностями. К 20 годам он получил степень доктора и спустя некоторое время стал преподавателем одного из крупнейших университетов.
В заключение следует заметить, что скорость чтения определяется не особенностями мышечного аппарата глаз того или иного человека, а возможностями и особенностями его высшей нервной деятельности. Поэтому при обучении чтению главное внимание следует обращать на точность и аккуратность, с какой читает учащийся, а не на увеличение скорости чтения. Нужная скорость появляется без специальной тренировки и обычно к концу учебы оказывается в соответствии с возможностью учащегося усваивать материал.
Рассмотрим ряд опытов, которые показывают, какую роль играют движения глаз, когда перед наблюдателем возникает необходимость оценивать пропорции, сравнивать длины отрезков, площадей, углов.
В одном из опытов у испытуемого при помощи лампы-вспышки создавали яркий последовательный образ, имеющий форму прямоугольника.
В полностью затемненной комнате ему предлагали найти отношение сторон этого прямоугольника Такая простая, на первый взгляд, задача оказалась довольно сложной, и вся ее сложность обусловливалась тем, что испытуемый не мог пользоваться движениями глаз, чтобы при их помощи сравнивать стороны прямоугольника. Из отчета испытуемого следует, что попытка найти отношение сторон сопровождалась поворотом глаз, головы и даже поворотом туловища (иногда, поворачивая туловище, испытуемый
Рис. 126. Рисунки для решения некоторых зрительных задач, указанных в тексте
поворачивал стул, на котором сидел). После того как эти попытки оказывались безрезультатными, испытуемый решал поставленную задачу уже путем довольно сложных умозаключений. Этот второй путь решения казался ему значительно сложнее пути, в котором можно пользоваться движениями глаз.
Чтобы читатель имел некоторое представление о двух путях решения задач, аналогичных только что упомянутой, предлагаем его вниманию рис. 126. На одном чертеже этого рисунка изображены спираль и отрезок горизонтальной прямой. Задача состоит в том, чтобы определить длину спирали, используя прямую в качестве единицы масштаба. Читатель может убедиться, что при использовании движений глаз (откладывая единицу масштаба вдоль спирали) эта задача решается относительно просто. Если же непрерывно фиксировать центр спирали и в этих условиях пытаться визуально определить ее длину, задача кажется очень сложной, хотя во время фиксации вся спираль и горизонтальный отрезок одновременно и хорошо видны наблюдателю На втором чертеже рис. 126 изображены прямоугольник и единичная площадка, при помощи которой читателю предлагается измерить площадь прямоугольника. Здесь также читатель может убедиться, что если решать поставленную задачу в условиях непрерывной фиксации, задача оказывается очень сложной; если пользоваться движениями глаз, то она решается относительно просто. Подобных задач (задач на плоскости и в пространстве) можно указать очень много.
Любопытен опыт, проделанный при помощи присоски (см. описание присоски). Присоску прикрепляли к одному глазу, а второй глаз завязывали повязкой. Как помнит читатель, восприятие окружающих объектов через такую присоску ставило наблюдателя в условия, в которых он совершенно четко видел объекты, но не мог произвольно пользоваться движениями глаз. Например, смена испытуемым видимой точки фиксации
Когда мы говорим, что в условиях опыта с присоской испытуемый четко узнавал предметы, то это значит, что он видел и узнавал без иска-жении лица людей, сложные рисунки и даже сохранял восприятие оптических иллюзий.
В заключение настоящего раздела можно констатировать следующее. Для сохранения высокой разрешающей способности глаза необходимы микродвижения глаз (дрейфы, маленькие скачки). При этом безразлично, согласованы ли микродвижения глаз и сетчаточного изображения или (как в случае рассматривания через присоску
Для оптимальных условий решения некоторых задач (визуальная оценка пропорций, длин отрезков, сравнение площадей, углов и т. д.) необходимы макродвижения глаз (большие скачки). Многие визуальные оценки всегда сопровождаются макродвижеииями. При этом решению определенных задач всегда соответствуют определенные движения. Такая связь оказывается настолько прочной, а ее роль настолько существенной, что, как уже отмечалось, без макродвижений глаз многие визуальные оценки становятся почти невозможными. Когда подобная задача все же решается испытуемым без макродвижений глаз, время, затраченное в этом случае, возрастает в несколько раз, а точность всегда оказывается меньшей.
Некоторые авторы пытаются объяснить появление широко известных оптических иллюзий движениями глаз. Было любопытно проверить, сохраняются ли иллюзии в условиях, когда в процессе восприятия испытуемый не может пользоваться движениями глаз (т. е. когда испытуемый смотрит на рисунки, вызывающие иллюзии, через присоску П4). Испытуемым предлагались рисунки, вызывающие обычно появление иллюзий в оценке расстояний между краями предметов, иллюзий смещения отрезка прямой, иллюзий деформации прямых и т. д. Оказалось, что в указанных условиях все иллюзии сохраняются и, следовательно, их появление нельзя объяснить движением глаз.
В последующих опытах было обнаружено, что оптические иллюзии сохраняются и в условиях строгой неподвижности сетчаточного изображения относительно сетчатки. Этот факт удалось выяснить при помощи лампы-вспышки, которой освещали соответствующие рисунки в затемненной комнате. Вспышка лампы продолжалась около 0,001 сек. и поэтому сетчаточное изображение мы могли считать практически неподвижным. В то же время яркость вспышки была настолько большой, что возникал достаточно четкий и продолжительный последовательный образ рисунка. Воспринимая рисунок, испытуемый мог судить о наличии или отсутствии соответствующей иллюзии.
Ранее мы отмечали, что даже большие скачки глаз часто непроизвольны. Во многих случаях, заведомо произвольные, казалось бы, скачки, иногда даже группа скачков или их последовательность не во всем подчиняются наблюдателю. Такое непослушание особенно хорошо заметно на записях движения глаз, которыми сопровождается восприятие оптических иллюзий. Так, например, на рис. 127 показана одна из широко известных иллюзий, возникающих при оценке расстояний между краями предметов, и запись движений глаза, которыми сопровождалась оценка расстояний. На рисунке видно, что объективно одинаковым отрезкам соответствуют скачки различной величины. При этом визуальная оценка длины и величины скачков находится во взаимно однозначном соответствии.
Многочисленные опыты, подобные изображенному на рис. 127, показывают, что но записям движений глаз, сделанным во время сравнения расстояний, всегда можно судить о результатах субъективной оценки испытуемого. Оказалось, что субъективная оценка расстояний во многих случаях зависит от формы предметов, между которыми ведется оценка, и от их положения. На первый взгляд это может показаться странным, но,
Рис. 127. Чертеж, иллюстрирующий иллюзию, возникающую в оценке равных отрезков прямой
Записи движений глаза, которыми сопровождалось сравнение отрезков
например, объективно одинаковые расстояния между двумя вертикальными линиями и двумя концами горизонтального отрезка оцениваются нами по-разному. Расстояние между концами горизонтального отрезка некоторым наблюдателям кажется несколько меньшим расстояния между вертикальными линиями, и это различие заметно на соответствующих записях движений глаз.
Поскольку иллюзии, подобные изображенным на рис. 127, сохраняются и в условиях опыта с присоской
Рассмотрим еще один пример. На рис. 128 показана знакомая многим читателям иллюзия смещения отрезков прямой. Иллюзия состоит в том, что два отрезка одной и той же прямой (разделенные двумя параллельными прямыми) кажутся нам смещенными относительно друг друга. На рис. 129 изображена запись, которая является иллюстрацией того, что при визуальном продолжении прямой наблюдатель несколько изменяет направление, увеличивая угол между продолжаемой прямой и пересекаемой
Рис. 128. Иллюзия смещения отрезков прямой
Рис. 129. Чертеж и запись движений глаза испытуемого, которому была дана инструкция. «Обведите взглядом горизонтальный отрезок затем наклонный и продолжите направление наклонного отрезка за пределы горизонтального»
линией. Как и в предыдущем случае, удалось установить, что иллюзии смещения отрезков прямой (и им подобные) не обусловлены движениями глаз, а сами обусловливают изменение визуально прослеживаемого направления.
Мы привели только два случая, показывающие, как оптические иллюзии могут влиять на движения глаз. В настоящее время известно много типов оптических иллюзий. Некоторые из них легко объяснимы. Например, иллюзии изменения видимой величины предметов в зависимости от
Рис. 130. Иллюзия перспективы
Рис. 131. Обманчивая спираль
их яркости (яркие предметы мы видим большими по сравнению с равными им темными). Возникновение таких иллюзий обусловлено эффектом иррадиации (Кравков, 1950). Некоторые иллюзии имеют явно центральное происхождение и также легко объяснимы. Наряду с этим происхождение многих иллюзий еще не понятно, а имеющиеся объяснения этих иллюзий нельзя признать убедительными. В заключение отметим, что различные иллюзии по-разному и в разной степени влияют на движение глаз. При этом некоторые оптические иллюзии никакого влияния на движения глаз не оказывают.
В качестве примера, подтверждающего сказанное, предлагаем вниманию читателя две довольно «сильные» иллюзии, изображенные на рис. 130 и 131. Так, иллюзия рис. 130 никакого влияния на движения глаз не оказывает. Если же наблюдатель пытается обводить взглядом окружности обманчивой спирали рис. 131, то часто его глаза непроизвольно перескакивают с одной окружности на другую.
5. Движения глаз и восприятие движения
Когда мы смотрим на окружающие нас неподвижные предметы, то каждая смена точек фиксации сопровождается смещением сетчаточного изображения по сетчатке. И хотя восприятие окружающих предметов постоянно сопровождается такими перемещениями сетчаточного изображения, все неподвижные предметы мы видим неподвижными. С другой стороны, когда в поле зрения наших глаз появляется движущийся предмет, движение его изображения по сетчатке приводит к тому, что мы, в соответствии с действительностью, видим предмет движущимся и продолжаем видеть его движущимся и в условиях прослеживания (в условиях малой подвижности сетчаточного изображения относительно сетчатки) .
Сопоставление этих двух фактов показывает, что есть виды движений сетчаточного изображения и движений глаз, при которых, в соответствии с объективной действительностью, воспринимаемые предметы кажутся пам движущимися, и есть виды движений сетчаточного изображения и движений глаз, при которых воспринимаемые предметы кажутся нам неподвижными. Постараемся выяснить, при каких сочетаниях движения (или неподвижности) глаз и движения (или неподвижности) сетчаточного изображения мы видим предметы движущимися и при каких — неподвижными.
В результате скачка и синхронно с ним сетчаточное изображение неподвижного объекта перемещается по сетчатке на угол, равный углу поворота глаз, и в направлении, прямо противоположном направлению движения сетчатки. В этом случае воспринимаемый объект видится нами неподвижным, а достаточно большой скачок всегда воспринимается как смена точек фиксации (перенос внимания) на неподвижном объекте. В ряде опытов, в которых применялась присоска П4, синхронно со скачками заданного направления перемещалось сетчаточное изображение объекта таким образом, что угол поворота глаза и угол сдвига сетчаточного изображения всегда различались по величине, а направление сдвига сетчаточного изображения оставалось прямо противоположным направлению движения сетчатки, т. е. было таким же, как в норме. В этих условиях объект восприятия всегда казался испытуемому скачкообразно перемещающимся. При этом, естественно, чем меньше было указанное различие, тем меньшим казалось движение объекта, и когда оно (различие) во время фиксации становилось порядка непроизвольных скачков (5—15 угловых минут), то объект казался испытуемому неподвижным.
Если каждый раз синхронно со скачком направление сдвига сетчаточного изображения оказывалось отличным от направления, прямо противоположного движению сетчатки, воспринимаемый объект также казался испытуемому скачкообразно перемещающимся.
Особенно любопытны опыты, в которых объект восприятия, занимающий сравнительно небольшую часть поля зрения, в момент скачка (или любого другого движения глаза) и в момент покоя оставался неподвижным относительно сетчатки. Такие условия можно рассматривать как идеал, к которому стремится система прослеживания и который, однако, никогда не достигается. Подобные опыты проводились при помощи присосок
Если глаз находится в покое, то не слишком быстрое и не слишком медленное движение сетчаточного изображения по сетчатке всегда воспринимается испытуемым как движение объекта. Мы видим движущиеся предметы движущимися не только в моменты, когда прослеживаем их, по и в моменты, когда наш взор неподвижен. Это утверждение справедливо даже в условиях движения сетчаточного изображения объекта но фону пустого поля, занимающего все поле зрения (вспомним, например, опыты с «кометами» и некоторые другие опыты из второй главы).
В ряде опытов с применением присоски
Опыты показали, что при определенном соотношении нолей, когда внешнее поле было достаточно большим, а внутреннее — достаточно малым, некоторое влияние окружения наблюдалось. Объекты внутреннего поля казались смещающимися в сторону, противоположную видимому движению объектов внешнего поля.
Этот факт говорит о том, что в оценке подвижности или неподвижности окружающих нас предметов какую-то роль играет и оценка всей обстановки, в которой оказывается человек в каждом конкретном случае. Следует заметить, что ошибки в оценке подвижности и неподвижности окружающих предметов наблюдаются во многих патологических случаях. В частности, эти нарушения могут быть вызваны несоответствием между мышечными усилиями и реальными движениями глаз. Мешая свободному движению глазного яблока или надавливая на него, мы наблюдаем кажущееся смещение видимых объектов.
В заключение повторим еще раз следующее: в норме при неподвижной голове и в обычных условиях восприятия объект видится нами неподвижным, во-первых, если глаз и сетчаточное изображение объекта одновременно неподвижны (процесс фиксации неподвижного объекта); во-вторых, если синхронно с движением глаза в момент скачка сетчаточное изображение объекта перемещается относительно сетчатки на угол поворота глаза с угловой скоростью глаза в направлении, прямо противоположном движению сетчатки. Во всех остальных случаях наблюдатель видит объект перемещающимся в поле зрения. В частности, объект видится движущимся и в том случае, когда глаз неподвижен, а по сетчатке перемещается сетчаточное изображение, а также в условиях, когда сетчаточное изображение неподвижно (и видится наблюдателем на фоне неподвижных предметов) , но движется глаз.
6. О роли узнавания в оценке пространственных соотношений
Известно, что восприятие окружающих предметов, оценка расстоянии и определение взаимного расположения предметов сопровождаются не только движениями глаз, но и поворотами головы, работой вестибулярного аппарата, использованием всего нашего онтогенетического опыта — константности восприятия и узнавания.
Очевидно, что во время рассматривания объектов повороты головы играют ту же роль, что и движения глаз. Неподвижность окружающих предметов, видимых наблюдателем при поворотах головы, сохраняется в восприятии благодаря работе вестибулярного аппарата. В настоящем разделе мы хотим подчеркнуть, что в нашей оценке пространственного расположения окружающих предметов существенную роль играет и узнавание. В качестве иллюстрации к сказанному предлагаем вниманию читателя описание следующего любопытного случая.
Вблизи небольшой деревни, на берегу одного из волжских водохранилищ, в качестве пристани у самого берега стояла на причале старая деревянная баржа. На барже была сделана постройка — маленький двухкомнатный домик, в котором в летний период постоянно жили пожилые супруги (по должности матросы речного пароходства), следившие за работой пристани. Пристань была довольно бойким местом. Для многочисленных посетителей вся обстановка домика была хорошо знакома. Однажды уровень воды в водохранилище упал почти на полтора метра ниже нормального уровня. Баржа, которая одним боком касалась берега и фактически на нем сидела, после падения уровня воды сильно наклонилась — приблизительно на 15°. Естественно, что и дом хозяев пристани со всем ею содержимым получил такой же наклон. При этом очень интересным было восприятие всякого, кто, пройдя по наклонной поверхности баржи, заглядывал или входил в открытую дверь дома. Мебель и другие предметы внутри обеих комнат дома были закреплены на своих старых люстах, поэтому все в них казалось обычным. Каждый посетитель, заглядывавший в комнату, непроизвольно придавал своему телу положение, перпендикулярное к полу домика (т. е. наклон, составлявший между горизонтом и осью тела угол, равный приблизительно 75°), и при этом падал или «сходу» налетал на перегородку дома, к которой какое-то время прижимался, но затем, овладев телом и придерживаясь за стенки и мебель, неуверенно передвигался по комнате.
Совершенно невероятную и в то же время четкую картину видели все посетители, глядя из домика через окно (смотреть нужно было так, чтобы часть комнаты, во всяком случае рама окна, оставалась в поле зрения). Вместо обычной картины горизонт, поверхность воды и окружающая местность виделись наклонными. Казалось особенно удивительным, как по такой наклонной поверхности воды плавают большие волжские пароходы Удивительным казалось и самое положение пароходов.
В одной из комнат находился телефон. Разговаривая по телефону, посетители обычно справлялись со своей неустойчивостью и придавали телу вертикальное положение. Однако всем остальным посетителям, сидящим за столом, положение разговаривающего по телефону казалось совершенно неестественным. Глядя на позу такого человека, трудно было удержаться от смеха. Было непонятно, как он держится на ногах, если его тело имеет такой большой наклон. Вообще передвижение людей, овладевших своим телом, в этих условиях выглядело каким-то трюкачеством. Точно так же неестественным казался целый ряд других деталей. Так, например, нельзя было сдержать улыбку, глядя на положение поверхности чая в стакане или гири часов, которая «почему-то» отклонилась от стенки и удерживается в воздухе непонятными силами.
Этот пример показывает, какую большую роль в нашем восприятии играет узнавание обстановки в целом. Узнав знакомую обстановку и взяв ее за основу, мы уже в соответствии с этой основой оцениваем все второстепенные элементы видимого. Если мы ошиблись в оценке такой основы, то второстепенные элементы могут видеться нам искаженными и, как показывает наш пример, такие искажения остаются, если они даже противоречат здравому смыслу и показаниям вестибулярного аппарата.
Приведенный пример говорит о том, что в общем очень важная и целесообразная особенность нашего восприятия в каких-то необычных и редко встречающихся условиях может приводить к некоторым искажениям видимого или, иными словами, к оптическим иллюзиям. Одну из иллюзий этого типа мы показали на рис. 130. Здесь мы узнаем и видим уходящую вдаль дорогу и столбы, стоящие у края дороги. В естественных условиях, в соответствии с законами перспективы, величина сетчаточного изображения столбов должна убывать с увеличением удаленности от наблюдателя (если объективно все столбы имеют одну и ту же высоту). Если же в естественных условиях сетчаточные изображения столбов, по-разному удаленных от наблюдателя, одинаковы, то это соответствует различной величине их. Этот случай мы узнали на рис. 130 и поэтому объективно одинаковые столбы рисунка кажутся нам различными.
Выводы
Глаза человека произвольно и непроизвольно фиксируют те элементы объекта, которые несут или могут нести нужные и полезные сведения. Чем больше нужных сведений содержится в элементе, тем дольше на нем останавливаются глаза. В зависимости от задач, которые стоят перед человеком, т. е. в зависимости от характера сведений, которые он должен получить, соответственно изменяется и распределение точек фиксации на объекте, поскольку различные сведения обычно можно получить из различных частей объекта. Последовательность и продолжительность фиксаций элементов объекта определяются процессом мышления, которым сопровождается усвоение получаемых сведений. При этом люди, по-разному мыслящие, в какой-то мере по-разному и смотрят.
В норме скорость чтения определяется не особенностями мышечного аппарата глаз человека, а особенностью его высшей нервной деятельности.
Для оптимальных условий решения некоторых задач (визуальная оценка пропорций, длин отрезков, сравнения площадей, углов и т. д.) необходимы макродвижения глаз (большие скачки). Без макродвижений многие визуальные оценки становятся невозможными или решаются с большим трудом и большой затратой времени.
В обычных условиях восприятия объект видится нами неподвижным, во-первых, если глаз и сетчаточное изображение объекта неподвижны (процесс фиксации неподвижного объекта); во-вторых, если синхронно с движением в момент скачка сетчаточное изображение объекта перемещается относительно сетчатки на угол поворота глаза с угловой скоростью глаза, в направлении прямо противоположном движению сетчатки. Во всех остальных случаях наблюдатель видит объект перемещающимся в иоле зрения. В частности, объект видится движущимся и тогда, когда глаз неподвижен, а по сетчатке перемещается сетчаточное изображение, а также тогда, когда сетчаточное изображение неподвижно (и видится наблюдателем на фоне неподвижных предметов), но движется глаз.
ЛИТЕРАТУРА
Авербах М. И. Офтальмологические очерки. М,— Л., 1940.
Б о н г а р д М. М., Смирнов М. С. Докл. АН СССР, 1955, 102, № 6.
Владимиров А. Д., Хомская Е. Д. Фотоэлектрический метод регистрации движений глаз.— Вопросы психологии, 1961, № 2, 177.
Г а с с о в с к и й Л. Н., Никольская Н. А. Подвижность глаза в процессе фиксации.— Проблемы физиол. оптики, 1941, 1, 173.
Глезер В. Д. Роль конвергенции в стереоскопическом зрении.— Биофизика, 1959. 4, вып. 3.
Глезер В. Д., Цуккерман И. И. Информация и зрение. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1961.
Гранит Р. Электрофизиологическое исследование рецепции. ИЛ, 1957.
Гуревич Б. X. Об установке глаза на основе мышечного чувства и о возможной роли проприорсцепции в зрительной фиксации.— Докл. АН СССР, 1957, 115.
4.
Гуревич Б. X. Универсальные характеристики фиксационных глазных скачков.— Биофизика, 1961, 6, вып. 3.
Зинченко В. П. Движения глаз и формирование образа.— Вопросы психологии, 1958, № 5.
К р а в к о в С. В. Глаз и его работа. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1950.
К р а в к о в С. В. Цветовое зрение. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1951.
Л у р и я А. Р., П р а в д и н а - В и н а р с к а я Е. Н., Я р б у с А. Л. К вопросу о механизмах движений глаз в процессе зрительного восприятия и нх патологии.— Вопросы психологии, 1961, № 5.
Т о н к о в В. Н. Учебник анатомии человека. Л., 1946.
Я р б у с А. Л. О некоторых иллюзиях в оценке видимых расстояний между краями предметов. В сб.: «Исследования по психологии восприятия». М., Изд-во АН СССР, 1948.
Я р б у с А. Л. О некоторых иллюзиях в оценке видимых частей и сумм отрезков расстояний.— «Проблемы физиол. оптики», 1950, 9.
Я р б у с А. Л. Переоценка верхней части фигуры.— Проблемы физиол. оптики, 1952, 10.
Я р б у с А. Л. Исследование закономерностей движений глаз в процессе зрения.— Докл. АН СССР, 1954, 96, № 4.
Я р б у с А. Л. Движения глаз в процессе смены точек фиксации.— Труды Ин-та биол. физики, 1955а, 1.
Яр бус А. Л. Движения глаз ахроматов.— Труды Ин-та биол. физики, 19555, 1.
Я р б у с А. Л. Запись движений глаза в процессе чтения и рассматривания изображений на плоскости.— Сборник, посвященный памяти акад. П. П. Лазарева. М., Изд-во АН СССР, 1956а.
Я р б у с А. Л. К вопросу о зрительной оценке расстояний. Сборник, посвященный памяти акад. П. П. Лазарева. М., Изд-во АН СССР, 19566.
Ярбус А. Л. Движение глаз в процессе смены точек фиксации.— Биофизика, 1956в, 1, вып. 1.
Ярбус А. Л. Плетизмограмма глазного яблока.— Биофизика, 1956г, 1, вып. 3.
Я р б у с А Л. Восприятие неподвижного сетчаточного изображения.— Биофизика, 1956д, 1, вып. 5.
Ярбус А. Л. Скорость движения изображения неподвижной точки на сетчатке в процессе фиксации.— Биофизика, 1956е, 1, вып. 6.
Ярбус А. Л. Новая методика записи движений глаз.— Биофизика, 1956ж, 1, вып. 8.
Ярбус А. Л. Новая методика исследования работы различных участков сетчатки глаза.— Биофизика, Г)57а, 2, вып. 2.
Ярбус А. Л. Движения глаз при смене неподвижных точек фиксации в пространстве.— Биофизика, 19 >76, 2, вып. 6.
Я р б у с А. Л. К вопросу о восприятии изображения, неподвижного относительно сетчатки.— Биофизика, 1957в, 2, вып. 6.
Я р б у с А. Л. О восприятии изображений, перемещающихся по сетчатке с заданной скоростью.— Биофизика, 1959а, 4, вып. 3.
Я р б у с А. Л. К вопросу о роли движений глаз в процессе зрения.— Биофизика, 19596, 4, вып. 6.
Я р б у с А. Л. О восприятии изображений переменной яркости, неподвижных относительно сетчатки глаза.— Биофизика, 1960а, 5, вып. 2.
Я р б у с А. Л. О восприятии изображений большой яркости, неподвижных относительно сетчатки глаза.— Биофизика, 19606, 5, вып. 3.
Я р б у с А. Л. Движения глаз при рассматривании сложных объектов.— Биофизика, 1961, 6, вып. 2.
Я р б у с А. Л. Движения глаз при восприятии движущихся объектов.— Биофизика, 1962а, 7, вып. 1.
Я р б у с А. Л. О некоторых опытах с изображением, неподвижным относительно сетчатки.—Биофизика, 19626, 7, вып. 2.
Я р б у с А. Л. Восприятие изображений, неподвижных относительно сетчатки и изменяющихся по цвету.— Биофизика, 1962в, 7, вып. 3.
Я р б у с А. Л. О восприятии мелькающих изображений, неподвижных относительно сетчатки глаза.— Биофизика, 1962г, 7, вып. 5
Ярбус А. Л., Гольц ман И. Движения глаз при восприятии изображений в стереокино.— Труды Ин-та биол. физики, 1955, 1.
Adamson J. Ocular scanning and depth perception. Nature, 1951, 168, N 4269, 345
Adler F. H.. Fliegelman M. Arch. Ophthal., 1934, 12, 475.
Adrian E. D. The basis of sensations. London, 1928.
Barlow H. B. Eye movements during fixation.— J. Physiol (Engl.), 1952, 116, N 3, 209.
BoeckW. Die Physiologie der Augenbewegungen. Deutsche opt. Wochenschr., 1951, 6, 48.
В u s well G. T. How adults read.— Suppl. Educ. Monogr., N 45. Chicago, 193*7.
By ford G. H. Eye movement recording.— Nature, 1959, 184, suppl. N 19, 1493.
Carmichael L., Dearborn W. F. Reading and visual fatigue London, 1948.
Clark В. C. Amor. J. Psychol., 1934, 46, 325.
С 1 a r k e F. J. Optica Acta, 1960, N 7, 219.
Clowes M. B. Some factors in brightness discrimination with constrain of retinal image movement.—Optica Acta, 1961, 8, N 1, 81.
Clowes M. B., Ditch burn R. W. An improved apparatus for producing a stabilized retinal image.— Optica Acta, 1950, 6, N 3, 252.
Cobb P. W., Moss F. K. J. Franklin Inst., 1925, 200, 239.
Cords R. Graefes Arch. Ophthal., 1927, 118, 771.
Corn sweet T. N. New technique for the measurement of small eye movements.— J. Opt. Soc. Amer., 1958, 48, Nv 11, 808.
Crawford W. A. Visual acutv eye movements and head-eye movement integration.— J. Physiol (Engl.), 1959, 145, N 2, 50.
Delabarr E. B. Amer. J. Psychol., 1898, 9, 572.
Ditch burn R. W. Problems of visual discrimination. 20th Thomas Young oration delivered before in Society on 12th November 1959.
Ditchburn R. W. Eye movements in relation to perception of colour.—Visual Problems Colour., 1961, 2, 51.
Ditchburn R. W., G i n s b о r g B. L. Vision with a stabilized retinal image.— Nature, 1952, 170, N 4314, 36.
Ditchburn R. W., G i n s b о r g B. L. Involuntary eye movements during fixation.— J. Physiol. (Engl), 1953, 119, N 1, 1
Ditchburn R. W., Fender D. H. The stabilized retinal image.— Opt. Acta, 1955, 2, N 3, 128.
Ditchburn R. W., Fender D. H., M a у n e S. Vision with controlled movements ol the retinal image.— J. Physiol. (Engl.), 1959, 145, 98.
Ditchburn R. W., Pritchard R. M. Binocular visioon with two stabilized retinal images.— Quart. J. Exptl. Psychol, 1960, 12, N 1, 26.
Dodge R. Psychol. Monogr., 1907, 8, N 4.
DodgeR, ClineT. S. Psychol. Rev., 1901, 8, 145.
D ohlman G. Acta oto-laryng., 1925, suppl. 5, 78.
Dohlman G. Acta oto-laryng., 1935, suppl. 23, 50.
D r i s c h e 1 H. Uber den Frequenzgang der horizontalen Fo^gebewegungen des mensch-lichen Auges.— Pfliiger’s Arch., ges. Physiol., 1956, 262, N 4.
Duke-Elder W. S. Textbook of Ophthalmology, 1, London, 1932.
Fender D. H., N у e P. W. An investigation of the mechanisms of eye movement con-tiol— Kybernetie, 1961, 1, N 2, 81.
Fender D. H., Mayrte S. Visibility of a fine line in intermittent illumination.— Optica acta, 1960, 7, N 2, 129.
Ford A., White С. T., Lichtenstein M. Analysis of
Fulton J. E. Physiology of the nervous system. Oxford, 1943.
Gaarder K. Relating a component of physiological nystagmus to visual display.— Science, 1960. 132, N 3425, 471.
George E. J., Toren J. A., Lowell J. W. Amer. J. Ophthal., 1923, 6, 833.
Gilbert L. C. Functional motor efficiency of the eyes and its relation to reading. Berkeley — Los Angeles, Univ. California press, 1953, 11, 159.
G i n s b о r g B. L. Rotation of the eyes during involuntary blinking.— Nature, 1952, 169, N 4297, 412.
Gregory R. Z. Eye movements and the stability of the visual world.—Nature, 1958, 182, N 4644, 1214.
Haberich F. I., Fischer M. H. Die Bedeutung des Lidschlags fur das Sehen beim umherlicken.— Pfluger’s Arch. ges. Physiol., 1958, 267, N 6, 626.
Hartridge H. The visual perception of fine detail.—Philos. Trans. Roy. Soc. London B. 232, 592.
Hartridge H., Thomson L. G. Methods of investigating eye movements.— Brit. J. Ophthal., 1948, 32, N 9, 581.
Helmholtz H. Physiological. Optics, 3, 1925.
H i g g i n s G. C., S t u e t z K. F. Frequency and amplitude of ocular tremor.— J. Opt. Soc. Amer., 1953, 43, N 12, 1136.
Hodgson F., Lord M. P. Measurement of eye movements accompanying voluntary head movements.— Nature, 174, N 4419, 75.
Holmes G. Brit. J. Ophthal., 1918, 2.
Huey E. B. Amer. J. Psychol., 1898, 9, 575.
II ue у E. B. Amer. J. Psychol., 1900, 11, 283.
Hyde I. D. Some characteristics of voluntary human ocular movements in the hori-sontal plane.—Amer. J. Ophthal., 1959, 48, 85.
Illig H., Pelanz M., Uexkiill T., von. Experimenteile Untersuchungen iiber die kleinste Zeitenheit (Moment) der optisclien Wahrnehmung.— Pfliiger’s Arch. ges. Physiol., 1953, 257, H. 2, 121.
Jacobson E. Amer. J. Physiol., 1930, 91, 567.
Jacobson E. Amer J. Physiol., 1930, 95, 694.
Javal L. E. Ann. Oculist.. 1879, 82, 242.
Jones L. A., H i g g i n s G. C. J. Opt. Soc. Amer., 1947, 37, 217.
Judd С. H., McAllister C. N., Steele W. M. Psychol. Monogr. 1905, 7, N 1.
Kar slake J. S. J. Appl. Psychol., 1940, 24, 417.
Keesev
Knoll H. A. Research tilting haploscope.— J. Opt. Soc. Amer., 1959, 49, N 12, 1176.
Krauskopf J. Effect of retinal image motion on contrast thresholds for maintain vision.— J. Opt. Soc. Amer., 1957, 47, N 8, 740.
Krauskopf J., CornsweetT. N., Riggs L. A. Analysis of eye movements during monocular and binocular fixation.— J. Opt. Soc. Amer., 1960, 50, N 6, 572.
Lamansky S. Pfliiger’s Arch. ges. Physiol., 1869, 2, 418.
Lancaster W. B. Amer. J. Ophthalm., 1941, 24, 485.
Landolt A. Arch. d’Ophlhaim., 1891, 11, 385.
Lion K. S, Pow sner E. R. An ergographic method for testing ocular muscles.— J. Appl. Physiol., 1951, 4, 276.
Lord M. P. Proc. Phys. Soc., 1948, 61, 489.
Lord M. P. Measurement of binocular eye movements of subjects.— Ophthalmologica, 1951, 35, N 1-2, 21.
Lord M. P. Eye rotations with changes of accomodation. Nature, 1952a, 170, N 4329, 670.
Lord M. P. Binocular eye movements when convergence is subjectively changed.— Nature, 19526, 169, N 431L 1011.
Lord M. P., Wright W. D. Eye movements during monocular fixation.— Nature, 1948, 162, N 4105, 25.
Lord M. P., W r i g h t W. D. Nature, 1949, 163, 803.
Lord M. P., Wright W. D. The investigation of eye movements.— Reports on Progress in Physics, 1950, 13, N 1, 23.
Loring M. W. Psychol. Revs, 1915, 22, 354.
Mackworth I. F. a. M а с к w о r t h H. H. Eye fixations recorded on changing visual scenes by the television eye-marker.— J. Opt. Soc. Amer., 1958, 48, N 7, 439.
Marx E., T r e n d e 1 e n b u r g W. Sinnesphysiol., 1911, 45, 87.
Meyers I. L. Arch. Neurol, a. Psychiatry, 1929, 21, 901.
Miles W. R. Science, 1939, 90, 404.
M i 1 e s W'. R. Yale J. Biol. Med., 1939, 12, 161.
Miles W. R. Science, 1940, 91, 456.
Miller J. W., L u d v i g h E. The perception of movement persistence in the gang-fild.— J. Opt. Soc. Amer., 1961, 51, N 1, 57.
Monnier M., Hufshmidt H. J. Helv. Physiol. Pharmacol. Acha, 1950, 8, Fasc. 2, C 30.
Mowrer О. H., Ruch Т. С., Miller N. Е. Amer. J. Physiol., 1936, 114, 423.
Muller J. Zur vergleichenden Physiologie des Gesichtssinnes des Menschen und der Thiere. Nebst einem Versuch iiber die Bewegungen der Augen und iiber den mensch-lichen Blick. Leipzig, Cnobloch, 1826, 251.
Nachmias J. Two-dimensional motion of the retinal image during monocular fixation.— J. Opt. Soc. Amer., 1959, 49, N 9, 901.
Nachmias J. Meridional variations in visual acuity and eye movements during fixation.— J. Opt. Soc. Amer., 1960, 50, N 6, 569.
N e w h a 11 S. N. Amer. J. Psychol., 1928, 40, 628.
Oesterberg G. Topography of layer of rods and cones in the human retina. Copenhagen, 1935.
Ogle K. N. The role of convergence in stereoscopic vision.— Proc. Phys. Soc. B, 1953, 66, N 402, pt 513.
Ogle K. N., M u s s e у F., P r a n g e n A. Amer. J. Ophthal., 1949, 32, 1069.
Ohm J. Augenheilk., 1914, 32, 4.
Ohm I. Augenheilk., 1916, 36, 198.
О h m I. Graefes Arch. Ophthalm., 1928, 120, 235.
Orschansky I. Z. Physiol., 1899, 12, 785.
Parc G. E. Arch. Ophthalm., 1936a, 15, 703.
Parc G. E. J. Ophthalm., 19366, 19, 967.
ParcG. E, ParcR. Amer. J. Physiol., 1933, 104, 545.
Parc G. E., Parc R. Arch. Ophthalm., 1940, 23, 1216.
Peckham R. H. Arch. Ophthalm., 1934, 12, 562.
Pivotti G., Lucarelli A. Gontributo al moderni metodi di registrazione nistagmo-grafica. Boll. Soc. Itai. Biol. Sperim., 1955, 31, N 3/4, 267.
Polyak S. The retina. Chicago, 1941.
Rashbass C. Barbiturate nystagmus and the mechanism of visual fixation.— Nature, 1959, 183, N 4665, 897.
Rashbass C. The relationship between saccadic and smooth tracking eye movements.—J. Physiol. (Engl.), 1961, 159, N 2, 326.
Rashbass C., Westheimer G. Disjunctive eye movements.— J. Physiol. (France), 1961, 159, 339.
Rashbass C., Westheimer G. Independence of conjugate and disjunctive eye movements.— J. Physiol. (Engl.), 1961, 159, N 2, 361.
Ratliff F. A., R i g g s L. A. Involuntary motions of the eye during monocular fixation.— J. Exptl. Psychol., 1950, 40, N 6, 687.
R i g g s L. A., N i e h 1 E. W. Eye movements recorded during convergence and divergence.— J. Opt. Soc. Amer., 1960, 50, N 9, 913.
R i g g s L. A., Ratliff F. Visual acuty and the normal tremor of the eyes.— Science, 1951, 114, N 2949, 17.
Riggs L. A., A r m i n g t о n J. C., Ratliff F. Motions of the retinal image during fixation.— J. Opt. Soc. Amer., 44, N 4, 315.
Riggs L. A., Ratliff F., С о r n s w e e t J. С., С о r n s w e e t T. N. The disappearance of steadily fixated visual test objects.— J. Opt. Soc. Amer., 1953, 43, N 6, 495.
Schott E. Deutch. Arch. Klin. Med., 1922, 140, 79.
Shackel B. Note on mobile eye viewpoint recording.— J. Opt. Soc. Amer., 1960, 50, 8, 763.
Shortess G. K. Role of involuntary eye movements in stereoscopic acuty.— J. Opt. Soc. Amer., 1961, 51, 555.
Smith W. M., War ter P. J. Photoelectric technique for measuring eye movements.— Science, 1959, 130, N 3384, 1248.
Smith W. M., Warter P. J. Eye movement and stimulus movement; new photoelectric electromechanical system for recording and measuring tracking motions of tho eye.— J. Opt. Soc. Amer., 1960, 50, 3, 245.
Stigler R. Das Kinesimetcr. Ein Apparal zur Bestimmung des optischen Wahr-nehmungsvermogens fur kleinste Bewegungen.— 1951, 104, N 2, 116.
Stratton G. M. Phil. Stud., 1902, 20, 336.
Stratton G. M.— Psychol. Rev., 1906, 13, 8.
Taylor E. A. Controlled Reading. Chicago, 1937.
Taylor E. A. The spans: perception, apprehension and recognition as related to reading and speed reading.— Amer. J. Ophthal., 1957, 44, 4, 501.
Tinker M. A. Amer. J. Psychol., 43, 115.
Weaver H. E. Psychol. Bull., 1931, 28, 211.
Westheimer G. A note on the response characteristics of the extraocular muscle system.— Bull. Math. Biophys., 1958, 20, 149.
Предисловие ...................
Введение....................
Глава I. Методики..................
1. Элементарные сведения о строении органа зрения человека . .
2. Изучение движений глаз при помощи последовательных образов
3. Определение величины непроизвольных движений глаз в процессе восприятия мелких объектов...........
4. О ранних методах изучения восприятия объектов, неподвижных относительно сетчатки............
5. Изучение движений глаз путем визуального наблюдения . .
6. Механическая запись движений глаз...........
7. Запись движений глаз отраженным пучком света.....
8. Изучение движений глаз при помощи фото- и киносъемки . .
9. Запись роговичного блика............
10. Электроокулография.................
11. Некоторые фотоэлектрические методики записи движений глаз
12. Создание стабилизированного сетчаточного изображения при
помощи контактной линзы..............
13. Присоски .....................
14. Аппаратура, используемая при работе с присосками ....
15. Техника эксперимента с присосками.......... .
16. Ход лучей при записи движений глаз отраженным пучком света
17. Изготовление присосок...............
18. Выводы......................
Глава II. О восприятии объектов, неподвижных относительно сетчатки.....................
1. Возникновение пустого поля..............
2. Восприятие объектов больших яркостей, неподвижных относительно сетчатки..................
3. Восприятие объектов переменной яркости, неподвижных относительно сетчатки..................
4. Восприятие мелькающих объектов, неподвижных относительно
сетчатки......................
5. Восприятие объектов, неподвижных относительно сетчатки
и изменяющихся по цвету..............
6. Изменения в состоянии сетчатки после образования пустого поля
7. Восприятие объектов, неподвижных относительно сетчатки
и занимающих часть поля зрения...........
8. Инерция в видении цвета пустого поля.........
9. Пространственная развертка процесса образования пустого поля
10. Восприятие предметов, движущихся по фону пустого поля
И. О роли засветки глаза рассеянным светом........
Выводы........................
Глава III. Движения глаз в процессе фиксации неподвижных
объектов..................... 76
1. Дрейф зрительных осей глаз в процессе фиксации..... 79
2. Тремор глаз..................... 84
3. Маленькие непроизвольные скачки глаз.......... 86
4. Фиксация в сложных условиях............. 88
5. Нистагм глаз.................... 90
6. О некоторых причинах, влияющих на движение и контраст сет
чаточного изображения............... 91
7. О роли движений глаз ................. 92
Выводы........................ 94
Глава IV. Движения глаз в процессе скачка........ 95
1. Продолжительность скачка............... 95
2. Развитие скачка во времени.............. 100
3. Косой скачок.................... 102
4. Центр вращения глаза................ 104
5. Начало и конец скачка................ 104
6 Зрение в момент скачка................ 105
7. Произвольные и непроизвольные скачки.......... 106
Выводы........................ 107
Глава V. Движения глаз при смене неподвижных точек фиксации в пространстве................. 108
1. Смена неподвижных точек фиксации в пространстве ....108
2. Продолжительность конвергенции и дивергенции...... 110
3. Конвергенция и дивергенция, предшествующие скачку . . .111
4. Схема движений глаз при смене неподвижных точек фиксации
в пространстве................... 112
5. Видимая величина предмета и направление взора.....115
Выводы........................ 115
Глава VI. Движения глаз при восприятии движущихся объектов 116
1. Непроизвольность при прослеживании за движущимися объ
2. Минимальные и максимальные скорости прослеживания ... 118
3. Движения глаз при прослеживании в сложных условиях . . . 119
4. Прослеживание, сопровождающееся конвергенцией и диверген
цией зрительных осей................ 122
Выводы................ ....... 124
Глава VII. Движения глаз при восприятии сложных объектов 125
1. Движения глаз при восприятии сложных объектов..... 125
2. Движения глаз в процессе чтения........ ... 148
3. О роли движения глаз при оценке пространственных соотношений 151
4. Оптические иллюзии и движения глаз...... ... 153
5. Движения глаз и восприятие движения......... 156
6. О роли узнавания в оценке пространственных соотношений 158
Роль движений глаз в процессе зрения
Редактор Л.
Сдано в набор 26/ХII 1964 г.
Подписано к печати 20/IV 1965 г.
Формат 70×108 1/16.
Печ. л. 10,5+3 вкл. = 14,58 уcл. печ. л.
Уч.-изд. л. 13,5. Тираж 3700 Т-05192. Изд. № 3704/04. Тип. зак. № 1615 Темплан 1965 г. № 637 Цена
Издательство «Наука» Москва, К-62, Подсосенский пер., 21 2-я типография издательства «Наука» Москва, Г-99, Шубинский пер., 10
Довольно подробные сведения о строении и работе зрительного анализатора можно найти в книгах М. И. Авербаха (1940), С. В. Кравкова (1950), В. Н. Тонкова (1946), С. Л. Поляка (Polyak, 1941). •