Элементарные зрительные ощущения и восприятие сложных признаков

Описание

Надо отдать должное судье, совершенно справедливо отклонившему иск: в самом начале XIX века, когда это дело слушалось в небольшом германском городе, обосновать несостоятельность утверждений Истца было очень непросто. Учение о зрении в то время сводилось к довольно примитивной теории строения глаза, основанной на некоторых данных анатомии и геометрической оптики.

«Адекватный раздражитель? А что это такое?» — спросил бы даже специалист-физиолог того времени, если бы вы попытались объяснить ему разницу между ощущением вспышки света, возникающей, когда в темноте надавишь на глаз, и подлинным светоощущением. Естественная симпатия, которую я испытываю к судье, вынесшему справедливое решение, заставляет меня допустить, что он обосновал приговор экспериментально, например, убедившись в том, что нажимая на глаз, «видит свет» даже под плотно закрытыми веками, а сквозь веки, как известно, и на ясном солнышке ничего не разглядишь.

Но этот эксперимент, строго говоря, не был бы решающим. Ну, пусть «собственный свет глаза» виден, когда разглядеть ничего нельзя, поскольку глаз закрыт. Это еще не доказывает, что при таком «свете» ничего не увидят раскрытые глаза. Впрочем, и это можно проверить экспериментально. А вот чего не проверишь: пусть у тебя самого и не получается, но, может быть, другие способны видеть при этом свете?.. Ну, хотя бы некоторые. И так далее.

Словом, знаете, как в наше время обстоит дело с так называемым сверхчувственным восприятием? Примерно так же можно было до 1826 года «доказывать» опознавание при свете, возникшем от удара по глазу. Дата эта знаменательна не только для науки о зрении, но и для всей физиологии органов чувств: собственно с этого момента, отмеченного появлением трудов Иоганнеса Мюллера, физиология органов чувств началась как наука.

Всякий воспринимающий орган приспособлен для восприятия определенного естественного физического агента (именно последний мы теперь и называем адекватным раздражителем), но все органы чувств обладают одним общим свойством — раздражимостью. Все, что способно раздражать их нервную ткань, может вызвать ощущение; характер ощущения зависит не от природы раздражителя, а от устройства раздражаемого органа. Такова суть. Глаз приспособлен к восприятию света. Только свет может реализовать заложенную в органе зрения способность видеть. Но глаз (точнее, нервный аппарат органа зрения) способен сообщать мозгу только ощущения света, а не тепла, прикосновения, вкуса, запаха. Глаз «видит свет» при любом раздражении — тепловом, механическом, электрическом, рентгеновском и т. д. Этот «свет» столь же неспособен служить зрению, сколь «кислый вкус» слабого постоянного тока (пробовали вы когда-нибудь прикладывать контакты батарейки к языку?) не может заменить соленый огурец или порцию уксуса к пельменям.

Изучая зрительный аппарат, применяют как адекватные, так и неадекватные раздражители. Изучая естественно протекающий процесс зрения, пользуются только адекватным раздражителем — светом.

Для того чтобы возникло естественное зрительное ощущение, необходимо, чтобы источник света располагался в пределах поля зрения, а излучение оставалось в границах видимого спектра (длина волны от 700 до 420 миллимикрон) и при этом интенсивность излучения была не ниже пороговой.

Понятие порога — одно из важнейших в физиологии органов чувств. Вы познакомились с ним в опыте 16. Подлинный (абсолютный) порог светочувствительности находят, когда наблюдатель достаточно долго был в полной темноте; обычно это время составляет около 60 минут. Определяют наименьшую яркость маленького пятна света, достаточную для возникновения зрительного ощущения. Эта яркость и будет пороговой.

Как только порог пройден, ощущается не только присутствие света, но и направление на свет. Таким образом, простейшее, зрительное ощущение характеризуется двумя элементарными свойствами: ощущается направленный свет.

Функция светочувствительности сама по себе еще не обеспечивает возможности зрения. Необходима еще контрастная чувствительность — ощущение различий (перепадов) яркости. Контрастная чувствительность у человека очень хорошо развита, например, наблюдатель замечает разницу яркости освещения двух площадок, одна из которых освещена лампой 100 свечей, а другая—102 свечи; на ровно освещенном фане человек различает черную нить, поперечный диаметр которой всего 4—6 угловых секунд. Различение границ перепада яркости, выделение контуров, есть уже переход от элементарных ощущений к восприятию сложных признаков, в частности к восприятию формы. Простейший вид этой функции, наиболее близкий к контрастной чувствительности, есть различение яркостных промежутков между мелкими, тесно расположенными предметами; речь идет об остроте зрения. Исследуя эту функцию в опыте 15, вы применяли черные объекты на белом фоне (контраст составлял около 80%). Рассмотрите те же буквы на светло-сером, затем—на темно-сером фоне: чем темнее фон, тем ниже окажется острота зрения. Попробуйте на белом фоне показывать не черные, а серые буквы — получится то же: чем меньше контраст, тем хуже различение.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

В естественных условиях человек видит мир, потому что это мир контрастов. Когда в окружающем пространстве мало объектов, резко контрастирующих с фоном, зрительная ориентация невозможна. Равномерно освещенное поле зрения — физически вполне определенное, конечно,— представляется наблюдателю- «пустым», бесформенным, неопределенным. Рассеянный свет для зрения — та же темнота. Единственное, что удается «рассмотреть» в таком поле — шарики, капельки, нити, пузырьки, — это частички, нарушающие оптическую однородность тканей вашего собственного глаза (опыты 11 и 12). Если вам и раньше случалось заметить эти «мушки», вы, верно, обратили внимание на то, что особенно отчетливо они видны на равномерном ярком фоне (небо, снег, белая бумага). Дело здесь не только в освещении, но и в том, что, не получая нормальных, резко контрастных изображений, глаз как бы вылавливает в пустом поле все, что хоть сколько-нибудь отличается от пустоты, бесформенности. Если по небу, на которое вы смотрите сквозь булавочное отверстие, наблюдая частицы, нарушающие оптическую однородность прозрачных сред вашего глаза, пролетит большая черная птица или красный самолет, шарики, нити и прочее тотчас же потускнеют либо совсем пропадут. Здесь проявляется еще одно очень важное свойство органа зрения (будем говорить попросту «глаза») — глаз не только реагирует на контраст, но и «охотится» за ним, выделяет наиболее контрастные участки поля зрения, подчеркивает границы перепада яркостей. Это свойство настолько существенно для процесса зрения, что в определенных условиях (вспомните опыты 20, 21, 36, 37) зрение даже «создает» контрасты, отсутствующие в физической характеристике раздражителей.

Зрительный процесс развертывается во времени, и характер ощущений также меняется во времени. Появление, изменение, исчезновение раздражителя — главные источники зрительного ощущения. К постоянно действующим и неизменным раздражителям глаз привыкает; эти раздражители очень быстро перестают вызывать ощущение, например кровеносные сосуды сетчатки, отбрасывающие тени всегда на одни и те же участки сетчатки, в обычных условиях не воспринимаются (опыт 12).

Физический раздражитель может появиться и исчезнуть практически мгновенно: в течение одной четырехсотой доли секунды яркость прыгнет от нуля до максимума и вновь опустится до нуля. Зрительное ощущение при этом возникнет, когда раздражителя уже не будет в поле зрения. В зависимости от силы раздражения и последующих условий оно будет длиться от нескольких секунд до десятков минут, причем и яркость и цвет воспринимаемого следа раздражения сетчатки будут периодически меняться.

Таким образом, элементарными зрительными ощущениями являются ощущение присутствия и направления света и ощущение контраста. Этим ощущениям свойственны некоторая интенсивность (сила), зависящая определенным образом от интенсивности физического раздражителя, и длительность, зависящая как от времени действия раздражителя, так и от следовых процессов, развертывающихся во времени в самом аппарате зрения (опыты 15—20 и др.).

Мы ничего не сказали здесь о цветоощущении, в частности об ощущениях, возникающих при действии хроматического, а не белого света. Порог ощущения цвета существенно выше, чем порог светочувствительности, но при достаточной интенсивности окрашенного света зрение функционирует, по-видимому, так же хорошо, как и при белом свете. При малых интенсивностях цвет вообще не ощущается («ночью все кошки серы»). Если медленно повышать яркость, то сначала воспринимается голубой цвет, затем зеленый, последним красный. Проделайте опыт Пуркинье: держа перед собой табличку с красным, голубым и зеленым секторами, погрузите комнату в густой полумрак. Постепенно, по мере адаптации к темноте вы сначала сможете различить один сектор — самый светлый (позже окажется, что это зеленый), затем другой — потемнее (но вы, верно, раньше всего поймете его цвет—голубой); красный будет выглядеть черным и станет виден позже всех. Это вы можете наблюдать и в поле: в сумерках, когда маки кажутся совсем черным, васильки еще ярко голубеют во ржи.

Вопросы цветового зрения сложны и мало разработаны. Поэтому здесь мы будем касаться их не более, чем это необходимо для основной темы. Важно, например, то, что не только яркостный, но и цветовой контраст (при условии, что он воспринимается зрением данного наблюдателя) достаточен для зрительного восприятия формы. Поэтому ощущение цвета будем тоже считать «элементарным».

Переход от элементарных ощущений к сложным признакам не является резким, поскольку само понятие «сложный признак» не может быть достаточно точно определено. Мы ограничимся условным делением: отнесем к элементарным ощущениям субъективное восприятие света, излучаемого или отражаемого внешними предметами (таким образом, сюда войдут ощущения яркости, направления, контраста и спектрального состава света), к сложным воспринимаемым признакам отнесем субъективное восприятие самих объектов — их формы, рельефа, удаленности, движения и так далее.

Необходимость такого деления возникает потому, что механизмы восприятия сложных признаков не могут быть сведены к сумме элементарных ощущений, Убедиться в этом нетрудно.

Книга, лежащая перед вами, имеет форму прямоугольника,— это, в буквальном смысле слова, очевидно. Но почему вы видите ее как прямоугольник — неясно: ведь на сетчатке глаза изображение книги имеет форму трапеции основанием книзу (угол между зрительной осью и плоскостью стола, на котором лежит книга, составляет не 90 градусов, а всего лишь примерно 60). Посмотрите на книгу сбоку, издали, снизу, вы всегда воспримете ее как прямоугольник. В этом проявляется одно из основных свойств зрительного восприятия — постоянство (константантность, инвариантность) сложного признака, в данном случае видимой формы знакомого предмета.

В опыте 33 вы убедились, что размер предмета воспринимается достаточно стабильно, хотя с увеличением расстояния изображение на сетчатке неуклонно уменьшается. Неожиданное доказательство независимости видимого размера от величины изображения на сетчатке было получено и в опыте 18, когда вы «проецировали» последовательный образ то на ладонь, то на стенку или на потолок; на ладони птица была маленькая, на стене — большая, а ведь источник обоих образов был постоянным, так как площадь раздражения на сетчатке не менялась; менялось только расстояние до плоскости, на которую проецировался образ.

В этих опытах отчетливо проявилась важная закономерность зрительного восприятия сложных признаков — синтез ощущений, приводящий к формированию целостной картины видимого мира.

Инвариантен на самом деле не видимый размер предмета, а отношение размера к воспринимаемому расстоянию до предмета. Стоит неверно оценить расстояние — возникнет неправильное представление о размере предмета, и наоборот. Прекрасный пример приводит С. И. Вавилов: «...в течение короткого мгновения кошка была видна величиной с корову; показалось, будто эта кошка идет по удаленному забору; на самом деле она шествовала по крыше, около окна, через которое ее было видно. Получилась приблизительно двадцатикратная ошибка в оценке расстояния».

Иллюзия длилась очень недолго: точно известные наблюдателю размеры животного — настолько мощный фактор восприятия правильного соотношения вещей в пространстве, что зрительная система тотчас произвела переоценку расстояния.

Но и соотношение размер/расстояние — далеко не изолированный фактор восприятия реальных предметов внешнего мира. Ведь оценка расстояния имеет свои независимые от видимого размера «инструменты» восприятия моно- и бинокулярной природы. В нормальных условиях главным инструментом оценки расположения предметов в трехмерном мире является бинокулярное стереоскопическое зрение (опыты 25—31), о котором мы уже упоминали в разделе «Глаз и лучевая оптика». Напомним только, что физиологическим механизмом стереозрения является диспаратность — определенная асимметрия формы и положения двух изображений, принадлежащих одному и тому же предмету, на сетчатке обоих глаз. Это очень тонкий и точный механизм. Достаточно сказать, что разница в удаленности двух предметов (или двух деталей одного предмета — рельеф) воспринимается бинокулярным зрением, начиная с асимметрии изображений, составляющей всего 10—12 угловых секунд. Механизм действует в одно и то же время по всему полю зрения, общему для обоих глаз, но наиболее точно — в отношении предметов, расположенных близко к наблюдаемому объекту. Одновременно ощущается положение всех видимых предметов в пространстве относительно фиксируемого объекта. Человеку не нужно переводить взгляд, с одного предмета на другой, чтобы воспринять их удаленность относительно друг друга. Она ощущается по диспаратности изображений этих предметов, по их физиологическому двоению (опыт 26). Даже при неподвижном взгляде весь видимый мир представляет собой трехмерное поле-пространство.

Целостность поля зрения, взаимосвязь всех объектов, расположенных в нем, — закономерность, столь важная для работы зрения, что все помехи целостному восприятию искусственно подавляются в аппарате зрения. Один пример вы знаете: слепое пятно (опыт 14) нельзя наблюдать в естественных условиях, никакой «дыры» в поле зрения нет, мозг как бы заполняет часть поля зрения, соответствующую положению слепого пятна.

Есть еще более яркий способ демонстрации этой фундаментальной особенности работы зрения. Сверните узкую трубку (хотя бы из газеты) и приставьте ее к одному глазу; у конца трубки перед другим глазом поставьте собственную ладонь, чтобы она заслонила центр поля зрения этого глаза. Тем самым вы «выключите» всю периферию поля зрения для глаза, которым смотрите через трубку, и весь центр поля зрения — для другого глаза. Смотрите вдаль прямо перед собой. Этот опыт называется «дыра в ладони». Образуется довольно странное поле зрения: его периферия — предметы в комнате и ладонь, а центр — «дыра» в ладони, сквозь которую видны далекие предметы, — и все это составляет единую картину. В зрительном аппарате часть изображения ладони, закрывающая центр поля зрения одного глаза, полностью подавляется.



Подавление деталей образа, мешающих формированию взаимосвязанной зрительной картины, — столь же естественный и необходимый для зрительного восприятия процесс, как и возбуждение нервных клеток, с которого начинается формирование образа. Оба процесса протекают автоматически, без участия сознания.

Проделайте еще один простой опыт; назовем его «прозрачная рука». Согните руку в локте, подымите ее и держите вертикально так, чтобы запястье было в 25—30 сантиметрах от ваших глаз. Смотрите на свою руку. Предмет вполне материальный, не правда ли? Теперь просто посмотрите вдаль, не меняя положения руки и головы. Плоть руки как бы «растворилась», рука стала «прозрачной». На самом деле произошло попросту почти полное подавление той части образа внешнего мира, которая мешает формированию целостной картины. В результате хорошо видны только те объекты, на которые направлено ваше внимание. Это работает бинокулярное зрение. Проверьте: по-прежнему, не меняя положения руки и головы и глядя вдаль, закройте один глаз — вы увидите и руку» и далекий объект; то же будет, если прикрыть не правый, а левый глаз. Можно, конечно, наблюдать не руку, а, скажем, непрозрачную полоску картона. При некоторой ширине полосы (большей чем поперечник вашего запястья) она не станет вполне «прозрачной», хотя кажущаяся ширина ее уменьшится. Дело в том, что полное или почти полное подавление образа объекта, закрывающего часть бинокулярного поля зрения, происходит только в тех случаях, когда объект не закрывает центральных участков поля зрения обоих или по крайней мере одного глаза. Заметьте, что рука кажется прозрачной и в тех случаях, когда вы ставите ее точно против одного глаза (глядя, конечно, обоими).

Центральное зрение играет роль главной оси, вокруг которой формируется картина видимого пространства. Вы знаете о том, что именно центральное зрение обладает наибольшей остротой (опыт 15). При бинокулярном зрении зрительные оси обоих глаз направлены в один и тот же участок наблюдаемого объекта. Помня о слиянии «идентичных» изображений в единый образ (опыты 25—29) и о закономерном снижении остроты зрения от центра к периферии, вы легко представите себе зрительное пространство, отражающее трехмерный мир реальных объектов, как некую функциональную пирамиду. На ее вершине находится объект, изображения которого проецируются на центральные ямки сетчатки обоих глаз; эти изображения наиболее подробны. На «уступы» пирамиды проецируются изображения других, нефиксируемых объектов, чем дальше данный уступ от вершины пирамиды, тем менее подробно лежащее на нем изображение.

Внимание наблюдателя обычно направлено именно на объект, рассматриваемый центральным зрением. Но центральное зрение и внимание — вещи разные. Вы знаете, что, глядя на учителя, вам случалось в то же время сосредоточивать все внимание на каком-нибудь ином человеке или предмете, который вы в это время видели лишь краем глаза. Задача это нелегкая, но выполнимая: выполнимая, поскольку, повторяю, центральное зрение и внимание — вещи разные; нелегкая, поскольку именно центральное зрение Приносит сознанию максимум сведений о предмете наблюдения, и потому в естественных условиях «оси» зрения и внимания совпадают.

Неподвижно глядя перед собой, вы видите бинокулярно трехмерное пространство в телесном угле с угловым диаметром примерно 120 градусов. Но, желая подробно рассмотреть все предметы, находящиеся в этом пространстве, вы переводите взгляд с одного предмета на другой, так как точное восприятие формы, цвета, рельефа, удаленности требует работы центрального зрения.

Периферия поля зрения дает приближенное представление о пространстве и предметах, а центр проверяет и уточняет его. Периферия позволяет мозгу сформировать предсказание, сделать прогноз о сложных признаках предметов, расположенных в пространстве, а центральное зрение служит для контроля этого прогноза. Поэтому хорошая зрительная ориентация в пространстве требует не только высокой остроты, но и нормального поля зрения (опыт 13).

Для того чтобы точное представление о рассматриваемых в реальном пространстве объемных предметах сформировалось в сознании наблюдателя, его зрительная система должна проделать огромное количество самых разнообразных операций, скоординировать оценки различных признаков этих предметов в единую связную картину. Перечислим основные операции и оценки, участвующие в синтезе.

Выделение контуров и различение перепадов яркости (основанное на контрастной чувствительности глаза) позволяют — с помощью механизмов, от которых зависит острота зрения, — различить отдельные предметы и детали этих предметов. Синтез характерных признаков формы предмета позволяет опознать их (о физиологическом содержании этой операции известно очень мало). В соответствии с видимым размером опознанного предмета проверяется оценка его удаленности от наблюдателя, подготовленная и другими, не зависящими от опознания оценками. Среди последних: линейная перспектива (то есть постепенное уменьшение размера всех видимых предметов по мере их удаления, схождение параллельных линий, сближение земли и неба у линии горизонта), воздушная перспектива (постепенная утрата предметами видимых деталей рельефа по мере удаления, уменьшение интенсивности теней и цвета на их поверхностях, стремление предметов слиться с фоном), перекрывание дальних предметов близлежащими; это далеко не исчерпывающий список.

Все перечисленные операции и оценки выполняются не только при бинокулярном зрении, но и при наблюдении одним глазом; поэтому их называют монокулярными факторами восприятия. Именно благодаря монокулярным факторам возможны весьма интересные для нас «иллюзии, верно отражающие действительность». Это определение, несмотря на его парадоксальное звучание, буквально выражает суть дела, так как речь идет о графике, живописи, кино, словом, о тех общеизвестных случаях, когда человек воспринимает «глубину», глядя на двумерную плоскость, бумаги, холста или экрана. Внимательно изучив пейзаж, написанный хорошим художником-реалистом, вы обнаружите, что впечатление трехмерности возникает именно на основе перечисленных выше закономерностей восприятия. Это впечатление резко усиливается если ограничить поле зрения «полем» картины (рассматривание картины одним глазом «через кулак», то есть узкую трубку). Голову при этом лучше держать неподвижно.

При наблюдении реального пространства движения головы относительно неподвижных объектов (или наоборот) помогают — даже при монокулярном зрении — точно воспринять относительную удаленность объектов по скорости и направлению перемещения их изображений поперек сетчатки.

Эффект, вызываемый ограничением поля зрения при рассматривании картины, объясняется тем, что при этом исключаются, во-первых, противоречащие восприятию глубины на картине окружающие трехмерные предметы (рама, стена, люди) и, во-вторых, бинокулярные механизмы восприятия удалённости, которые в случае неограниченного поля зрения вступают в конфликт с монокулярными факторами восприятия (при постоянном угле конвергенции к плоскости картины бинокулярный механизм свидетельствует: «Нет разницы в удаленности — нет глубины!», а монокулярные факторы твердят свое: «Есть глубина!»).

Возможность конфликта между разными механизмами восприятия — очень важный момент. В целостном акте зрения бинокулярные и монокулярные факторы зрительного восприятия служат не только для разных, но и для одних и тех же оценок, частично перекрывая друг друга. В результате видимое человеком пространство содержит все элементы, не противоречащие связной, целостной, осмысленной картине.

Во всех случаях движения глаз необходимы для проверки, уточнения, перестройки воспринимаемого, так как благодаря этим движениям на «острие» центральной оси монокулярного конуса или бинокулярной пирамиды попеременно попадают разные участки поля зрения.

Зрение — практически непрерывный анализаторносинтетический процесс. Мы различаем в нем уровни элементарных ощущений и сложных восприятий предметов, выделяем особые признаки и механизмы, перечисляем операции и оценки, выполняемые высшим аппаратом зрения. Это правомерно, иначе нельзя вести исследование. Но перечисленные компоненты, рассматриваемые в отдельности или группами, все же говорят о принципиальной организации зрительного процесса столько же, сколько блоки разноцветных камней, изъятые из мозаичной фрески, рассказывают о ее содержании. Даже для того, чтобы каждый камешек был оценен по достоинству, надо знать всю картину в целом, необходимо понимать ее назначение и ее смысл.

Ведь именно такую цель мы поставили перед собой с самого начала — узнать, как работает зрение человека. Мы рассчитывали получить ответ на вопрос о том, насколько надежно воспринимается действительность посредством зрения.

Суммируем все, что мы узнали, и посмотрим, получены ли ответы на интересующие нас вопросы.

----

Статья из книги: Опыты со зрением в школе и дома | Грегг Дж.