О физической природе кожно-оптического чувства

Описание

Способность человеческого организма различать цвета и контуры фигур без участия глазного зрения известно давно. В литературе описан целый ряд случаев, когда отдельные люди могли различать цвета окрашенных поверхностей, прикасаясь к ним пальцами, а также определять очертания геометрических фигур и даже читать обычный плоскопечатный текст кончиками пальцев. Однако, сколько-нибудь серьезных попыток исследовать физическую природу этого явления не предпринимались вплоть до 1960-х годов, когда необычно обостренная способность Розы Кулешовой к такого рода ощущениям вызвала повышенный интерес ряда исследователей к этому вопросу. Судя по опубликованным в печати данным, различными специалистами (психологами, биологами, физиками) были проведены несколько серий экспериментов в этом направлении с участием Р.Кулешовой. В результате этих экспериментов были выдвинуты гипотезы, в ка кой-то мере объясняющие природу этого явления.

Сотрудниками Нижне-Тагильского педагогического института Н.Н.Колесниковым, Ю.М.Филимоновым В.Н.Белоусовым для объяснения физической природы кожно-оптического чувства была выдвинута в 60-х годах следующая гипотеза [12]. Поскольку способность ощущения света кожей присуща не только человеку, но и многим животным (ряду червей, змей и т.д.), естественно предположить, что зарождение и развитие этой способности происходило одновременно с возникновением и развитием сложных форм на Земле. Развитие живого тесно связано с основным источником энергии - солнечным излучением. Прозрачность атмосферы, окружающей Землю, для видимого света и некоторых полос инфракрасного спектра является важнейшим фактором, обусловившим существование жизни на Земле.

Излучение солнца, имеющего кажущуюся температуру 6500 градусов (по Кельвину), сконцентрировано в области длин волн около 0,5 мкм, и этот участок спектра, известный как «видимый спектр», получил свое название вследствие того, что глаз развивался таким образом, что его максимальная чувствительность приходится как раз на эту длину волны.

Как показали исследования Аделя, Слайфера, Баркера, Эллиота, Мак-Нейса и других, существуют отдельные полосы (окна), почти 100% пропускания в инфракрасной части спектра. Естественно предположить, что именно те участки спектра, для которых земная атмосфера обладает наибольшей прозрачностью, играли решающую роль в процессе возникновения и развития жизни на Земле. В этом смысле обращает на себя внимание участок в инфракрасной области от 3,4 до 4,2 мкм, который наименее удален от видимой части спектра и интенсивность которого поэтому еще сравнительно высока.

Одним из возможных способов ориентации первичных живых существ в окружающей среде может быть изменение поляризации их поверхностного покрова под действием различных факторов, в частности, под действием электромагнитных колебаний. Исходя из предположения, что это свойство первичных носителей жизни при эволюции не только сохранилось, но и Развилось, механизм кожно-оптического чувства можно представить следующим образом. По мнению исследователей, под действием излучающего объекта (рисунка, цвета окрашенной поверхности) на кожу, соответствующий ее участок изменяет свою поляризацию.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Так как кожный покров представляет собой сложную клеточную структуру, причем в состав клеток входят различные белковые молекулы, реагирующие на различные излучения спектра, то, по-видимому, поляризация участка кожи также образует мозаичную картину, которая изменяется под действием излучениям Возможно, что эта мозаичная картина в какой-то мере напоминает доменную структуру сегнетоэлектриков [8], хотя природа ее образования может быть и иной. При этом вид и степень изменения поляризации в результате соответствующей тренировки могут преломляться в сознании как восприятие цвета и формы предмета. Это изменение поляризации может быть связано с явлением внутреннего фотоэффекта (фотопроводимостью).

В порядке подтверждения выдвинутой учеными гипотезы представляло бы интерес проверить действие различных факторов, способных изменять поляризацию, а также влияние спек трального состава излучения, исходящего от объекта, на остроту кожно-оптического восприятия. Ниже приводятся результаты опытов, в которых, в частности, исследовалось влияние наложенного на руку испытуемого электростатического поля, как наиболее сильного фактора, изменяющего поляризацию, и проверялась возможность восприятия испытуемым инфракрасного участка спектра.

↑ Условия опыта и измерения

Для распознавания использовался комплект из 10 карточек с изображением следующих букв и знаков: Н, О, Р, S, +, Ш, С, И, квадрат, треугольник. Элементы комплекта имели размер 5x8 см и были написаны черной тушью на белой ватманской бумаге. Перед каждым испытанием комплект тщательно перетасовывался, так что порядок следования элементов был случайным, допускались повторения. Исходя из предположения о том. Что наибольшая чувствительность кожного покрова приходится на те участки спектра, для которых земная атмосфера наиболее прозрачна, был поставлен эксперимент, позволяющий в какой-то мере оценить влияние одного из таких участков спектра в инфракрасной области от 3,4 до 4,2 мкм.

Оценка успехов испытуемого в распознавании букв и геометрических фигур в различных условиях проводилась следующим образом: измерялся с помощью секундомера промежуток времени между началом распознавания фигуры и ответом испытуемого. При этом, естественно, считалось, что условия восприятия тем лучше, чем меньше среднее время распознавания элементов упомянутого комплекта. Под средним временем распознавания элемента в данном опыте понимается среднее арифметическое времени распознавания в десяти испытаниях. Кроме среднего времени для сравнения результатов различных опытов была введена относительная скорость распознавания. Под относительной скоростью распознавания в данном опыте понимается отношение среднего времени распознавания при освещенности воспринимаемого объекта 100 лк и отключенных электродах на работающей руке к среднему времени распознавания в Данном опыте.

На руку испытуемому прикреплялись тонкие гибкие провода с электродами, с помощью которых можно было подавать потенциал любой полярности в различных комбинациях. Электроды прикреплялись на тыльной части ладони и были расположены в вершинах равнобедренного треугольника, обращенного основанием в сторону пальцев и вершиной в сторону запястья. Надо отметить, что прикрепление различного рода датчиков к руке испытуемого требует известной осторожности. Введением электродов и способов их прикрепления к руке создавались посторонние напряжения. Распознавание фигур резко затруднялось. Испытуемый говорил, что прикрепленные к руке электроды ему мешали. Изменением электродов и способов их прикрепления к руке было достигнуто то, что испытуемый показывал одинаковые в среднем результаты при распознавании свободном и нагруженной электродами рукой.

Было замечено, что среднее время распознавания фигур комплекта при повторных испытаниях в одинаковых условиям уменьшалось, приближаясь к некоторому относительно стабильному значению, отклонения от которого настолько малы, что не могли менять качественных результатов последующим испытаний. В связи с этим каждому опыту предшествовала предварительная тренировка испытуемого в условиях каждого конкретного опыта. Указанные меры предпринимались с целые исключения влияния фактора «обучаемости» на среднее время распознавания элементов комплекта в различных условиях.

Испытуемый с тщательно наложенной на глаза повязкой определял элементы комплекта при различном освещении и рам личных потенциалах, подававшихся на работающую руку. Измерение освещенности осуществлялось люксметром ЛН-3 в непосредственной близости от воспринимаемого объекта. Кроме того, в некоторых опытах применялся дополнительный источник направленного инфракрасного излучения, представляющий собой одну из моделей абсолютного черного тела, нагретого до температуры 500 градусов. В этом случае предусматривалась экранировка работающей руки испытуемого так, что поток инфракрасного излучения падал только на распознаваемый объект под углом скольжения 25-30 градусов. Различный потенциал снимался с выпрямителя ВСА-5. Испытуемый становился на изолирующую скамью.

↑ Результаты опытов, проведенных с участием А.Авдеева

Совокупность всех результатов свидетельствует о том, что наложение электростатического поля различных конфигураций на воспринимающую руку испытуемого:

1. Изменяло среднее время распознавания в пределах 10-97 сек и относительную скорость распознавания в довольно широких пределах (0,28- 2,7).
   
2. Уменьшение освещенности при прочих равных условиях уменьшает относительную скорость распознавания.
   
3. Дополнительный инфракрасный подсвет, максимум интенсивности которого лежит в интервале 3,4- 4,2 мкм, резко увеличивает относительную скорость распознавания.
   
4. Обращает на себя внимание следующее обстоятельство: при освещенности как 100 лк, так и 10 лк (при отсутствии инфракрасного подсвета) присоединение всех электродов к положительной клемме выпрямителя увеличивало относительную скорость распознавания, а присоединение всех электродов к отрицательной клемме выпрямителя - уменьшало ее. При освещенности 10 лк (с дополнительным инфракрасным подсветом) влияние соответствующих потенциалов на относительную скорость распознавания было противоположным, т.е. положительная клемма уменьшала, а отрицательная - увеличивала.
   
5. Наименьшее время распознавания получилось при освещенности 10 лк с применением инфракрасного подсвета, максимум интенсивности которого лежит в области от 3.4 до 4.2 мкм и при соединении всех электродов к отрицательной клемме выпрямителя. Таким образом, инфракрасный подсвет может компенсировать недостаточность освещенности.
   

↑ Опыты, проведенные с участием Розы Кулешовой

Опыт 1. На латунной пластинке толщиной 1 мм, сверху, были наклеены полоски бумаги, содержащие каждая по одной) строке обычного плоскопечатного типографского текста. Полоски имели размеры 160x4 мм и отстояли друг от друга на расстоянии 3 мм. Эти полоски объединялись в восемь групп, представляющих собой небольшие отрывки из нескольких детский рассказов, никак не связанных между собой. На пластинку подавались различные потенциалы, снимаемые с батареи последовательно соединенных аккумуляторов, средняя точка которой была заземлена. Предусматривалось заземление пластины и ее полное отключение. Испытуемая и пластина были тщательно изолированы от земли.

По просьбе экспериментаторов Роза Кулешова читала разреженные тексты так, что ее глаза были завязаны плотной повязкой, а пальцы все время находились в контакте с металлом, при этом измерялся с помощью секундомера промежуток времени чтения отрывка. По известному числу знаков в данной группе определялась скорость чтения. Сравнение результатов при чтении разреженного и сплошного текстов на отключенной пластине показало, что разряжение строк почти не влияло на скорость чтения. Каждое испытание при различных электростатических состояниях пластины было повторено дважды.

↑ Выводы

1. Результаты испытаний показывают, что изменение электростатического состояния пластины влияло на относительную скорость чтения (от 0,76 до 1,2).
   
2. Положительный потенциал ухудшал восприятие, отрицательный - улучшал. Получили противоположный результат по сравнению с результатами опыта А.Авдеева. Это различие обусловлено тем, что в опытах с Авдеевым потенциал подавался с тыльной стороны ладони, а в опытах с Кулешовой - с внутренней стороны. Усилению же или ослаблению восприятия, несмотря на различие в знаке подаваемого потенциала, соответствовали в этих опытах электростатические поля одинаковой ориентации, что было в согласии с предположением о роли поляризации кожного покрова в явлении кожно-оптического чувства. Тот факт, что на изменение условий восприятия решающее влияние оказывает направление электростатического поля вблизи ощущающего участка кожи, а не знак подаваемого потенциала, свидетельствует о том, что если знак потенциала и влияет на процесс передачи раздражения. То это влияние в данном случае не является определяющим.
   

Опыт 2. Роза Кулешова демонстрировала свою способность (с завязанными глазами) определять цвета окрашенных поверхностей через латунную пластину толщиной 1 мм, прикасаясь к ней пальцами. Более чем в двадцати испытаниях она ни разу не ошиблась в определении различных цветов в этих условиях. По Условиям опыта пластина плотно прилегала к окрашенной поверхности. Если эти условия изменяли так, что между латунной пластинкой и окрашенной поверхностью оставался воздушный зазор (даже при нажимании пальцами на пластинку), то она не могла определить цвета. Это ей не удавалось сделать и после некоторой тренировки.

Опыт 3. Розе Кулешовой завязывали глаза и предлагали для чтения нескольких текстов, написанных раствором сахара (соли, молока) на плотной белой бумаге. Тексты были написаны таким; образом, что обычный глаз не воспринимал их в рассеянном свете. Испытуемая читала отрывки, не касаясь их, на расстоянии 1,5-2 см.
Отрывок текста, написанного молоком. Она воспринимала плохо: могла прочесть только отдельные буквы. Тексты, написанные растворами сахара, соли были прочтены точно.

Опыт 4. Роза Кулешова с плотно завязанными глазами распознавала буквы алфавита, написанные черной тушью на плот ной белой бумаге. Размер букв 5x8 см. Бумага с буквами размещалась на латунную пластину изображением вниз. Распознавание букв в таких условиях при любом освещении глазом было невозможно. Испытуемая же, прикасаясь пальцами к листу бумаги, безошибочно определяла буквы. В рамках проведенных опытов Н.Н.Колесников, Ю.М.Филимонов, В.Н.Белоусов высказали мнение, что ощущение могут вызвать все физические факторы, ведущие к изменению поляризации: электромагнитное из-лучение, в частности, люминесцентное, электрическое поле, возникшее в результате внешнего фотоэффекта или контактно» разности потенциала на поверхности воспринимаемого объекта, и др. Возможно, что эти факторы, ведущие к изменению поляризации, взаимно дополняют друг друга, но один из них может заметно превалировать над другими. Так, например, явлением люминесцентного излучения можно объяснить чтение текстов, написанных растворами соли и сахара.

Предложенная этими исследователями гипотеза о механизме кожно-оптического чувства получит непосредственное подтверждение, если будет обнаружено электрическое поле, изменяющееся под действием электромагнитного излучения и других факторов в непосредственной близости от ощущающего участка кожи. Само собой разумеется, что при постановке такого эксперимента необходимо учесть возможность возникновения полей под влиянием побочных факторов, например, внешнего фотоэффекта.

---

Статья из книги: Зрение вне глаз | Исхаков Р.Л.