Глава 2. Зрительная сенсорная система (24)

Физиология сенсорных систем

Учебно-методическое пособие

Допущено Учебно-методическим объединением

по направлениям педагогического образования

Министерства образования Российской Федерации

в качестве учебно-методического пособия для

преподавателей и студентов высших учебных заведений

Санкт-Петербург

УДК 796/7999:316./4(075.8)

Реброва Н.П. Физиология сенсорных систем:Учебно-методическое пособие. СПб.,НП «Стратегия будущего», 2007.

Учебно-методическое пособие разработано в соответствии с программами курсов «Анатомия и физиология человека», «Физиология высшей нервной деятельности и сенсорных систем», которые включены в подготовку будущих психологов и педагогов. Наряду с общетеоретическими представлениями о сенсорных системах человека – структурной организации, свойствах и формирующихся на основе их функционирования ощущениях, в пособии представлены тестовые задания для контроля усвоения знаний. Пособие предназначено для студентов, преподавателей, психологов, психофизиологов. Пособие может быть использовано преподавателями и студентами не только педагогических, но и биологических и медицинских вузов.

Рецензенты: доктор психологических наук профессор Посохова С.Т.

(Санкт-Петербургский государственный университет), кандидат биологических наук, доцент Коваленко Р.И. (Санкт-Петербургский государственный университет)

Оглавление

Предисловие (4)

Глава 1.Общая физиология сенсорных процессов (5)

1.1.Структурно-функциональная организация сенсорных систем (5)

1.2.Восприятие, ощущение, законы психофизики (9)

1.3.Переработка информации в сенсорных системах (13)

1.4.Тестовые задания для проверки усвоения материала (20)

Глава 2. Зрительная сенсорная система (24)

Свет и его восприятие (24)

Периферический отдел зрительной системы (25)

2.3.Физиология путей и центров зрительной системы (32)

2.4.Зрительные функции и ощущения (35)

2.5.Цветовое зрение (43)

2.6.Тестовые задания для проверки усвоения материала (51)

Глава 3.Слуховая сенсорная система (54)

3.1.Звук как физический стимул (54)

3.2.Периферический отдел слуховой системы (55)

3.3.Центральные отделы слуховой системы (59)

3.4.Характеристики слуховых ощущений (63)

3.5.Тестовые задания для проверки усвоения материала (66)

Глава 4.Вестибулярная сенсорная система (68)

4.1.Периферический отдел вестибулярной системы (68)

4.2.Центральные механизмы вестибулярной системы (70)

4.3.Тестовые задания для проверки усвоения материала (72)

Глава 5.Соматосенсорная система (74)

5.1.Тактильная и температурная чувствительность (74)

5.2.Скелетно-мышечная (проприоцептивная) чувствительность (78)

5.3.Переработка тактильной и проприоцептивной

информации в ЦНС (80)

5.4.Болевая чувствительность (82)

5.5.Тестовые задания для проверки усвоения материала (86)

Глава 6.Вкусовая сенсорная система (89)

6.1.Вкусовые ощущения (89)

6.2.Преобразование вкусовой информации в рецепторах и ЦНС (91)

6.3.Тестовые задания для проверки усвоения материала (93)

Тема 7.Обонятельная сенсорная система (95)

7.1.Виды запахов и обонятельные ощущения (95)

7.2.Переработка обонятельной информации (97)

7.3.Тестовые задания для проверки усвоения материала (101)

Эталоны ответов к тестовым заданиям (102)

Литература (105)

Приложение. Рисунки (106)

Предисловие

В системе психологического и педагогического образования изучение различных разделов физиологии имеет важное значение, так как дает базовые знания, необходимые для освоения общепрофессиональных и специальных дисциплин. Самостоятельным разделом является физиология сенсорных процессов, которая рассматривает как общие закономерности преобразования сенсорной информации, так и особенности организации и функционирования конкретных сенсорных систем. Эта сфера знаний входит составной частью в естественнонаучные дисциплины «Анатомия и физиология человека», «Физиология сенсорных систем и высшей нервной деятельности», а также используется при изучении дисциплины «Психология человека».

Роль специализированных образований, называемых сенсорными системами, в жизнедеятельности человека трудно переоценить. Для того, чтобы осуществлять приспособительные реакции, организм должен получать информацию о характере изменений, происходящих в нем самом и в окружающем мире. Именно эту функцию осуществляют сенсорные системы. Их работа лежит в основе формирования разнообразных ощущений, восприятия окружающего мира и собственного состояния индивида, регуляции деятельности отдельных систем организма и целостных поведенческих реакций. Человеку присуще разнообразие сенсорных систем и относительно широкий диапазон их чувствительности, что позволяет анализировать различные виды информации. Сведения о функционировании сенсорных систем служат естественнонаучной основой для психологии чувственного познания, имеют непосредственно отношение к философской проблеме взаимосвязи объективного и субъективного.

Учебно-методическое пособие содержит современные представления о сенсорных системах человека. Здесь рассматривается широкий круг вопросов, начиная от структурно-функциональной организации сенсорных систем, до характеристик ощущений, возникающих на основе их деятельности. Наибольшее внимание уделено зрительной системе в связи с ее значимостью в восприятии человеком окружающего мира. Многие свойства зрительной системы иллюстрируют общие закономерности поэтапной переработки информации, применимые ко всем сенсорным системам. Объем и форма изложения материала в пособии рассчитаны на студентов, владеющих основами знаний по анатомии и физиологии нервной системы. Однако латинские термины даются в ограниченном объеме, в основном, для тех процессов, в наименовании которых в психологической литературе обычно используются латинские корни.

В конце каждой главы приводится комплекс тестовых заданий для проверки усвоения материала. В каждой теме тестовые задания расположены в соответствии с логической последовательностью изучения материала. Основная функция тестовых заданий - обучающая и контролирующая. Преподаватели могут их использовать для проверки знаний студентов. Студенты - с целью усвоения и закрепления нового материала, используя методы самоконтроля и самопроверки.

Учебно-методическое пособие составлено на основе курса лекций, прочитанных на психолого-педагогическом факультете РГПУ им. А.И. Герцена. Предложенные тестовые задания апробированы при проведении занятий со студентами дневного и заочного отделений этого факультета.

Принцип двусторонней симметрии. Любая СС построена по принципу билатеральной симметрии. Рецепторные аппараты, центральные проводники и мозговые структуры – парные, одна половина зеркально повторяет другую. У человека две сетчатки глаза, два органа слуха, два вестибулярных аппарата, две области обонятельного эпителия и т.д. Даже такой непарный орган как язык иннервируется парами веточек мозговых нервов и посылает информацию в правую и левую половины мозга.

Однако данный принцип проявляется лишь в относительной степени, ибо даже первичный сенсорный путь может быть связан с обеими симметричными половинами мозга. Для большинства СС характерно, что рецепторы, расположенные на одной стороне тела, связаны преимущественно с противоположной (контрлатеральной) стороной коркового отдела анализатора. Эта связь выражена сильнее благодаря большему числу направляющихся туда сенсорных волокон, большая часть афферентных путей переходит на противоположную сторону. Кроме того между симметричными отделами СС существуют горизонтальные связи, обеспечивающие их взаимодействие и объединение для выполнения целостной функции на основе обмена сенсорной информацией.

Методы исследования. В связи со сложностью структурно-функциональной организации СС при изучении их используются различные методы. Морфологические методы позволяют изучать строение сенсорных образований, связи между сенсорными центрами и т.п. Для анализа особенностей функционирования СС широко используются психофизические и электрофизиологические методы. Первые из них дают представление о работе СС в целом, вторые позволяют получать сведения о работе отдельных структурных элементов СС. Объединение их имеет место при психофизиологическом подходе, включающем наряду с регистрацией электрических процессов, анализ характеристик субъективных процессов ощущений и восприятия.

Самостоятельное значение имеют нейропсихологические методы, которые направлены на изучение сенсорных функций у людей, с теми или иными патологическими изменениями в мозге (травма, опухоль, кровоизлияние). Эти методы позволяет судить о роли того или иного центрального мозгового отдела в реализации различных сенсорных задач. При обобщении результатов нейропсихологических исследований учитывают, что нарушение сенсорной функции после разрушения нервного центра не означает, что именно в этом центре локализована функция. Речь может идти лишь о том, что данный центр участвует в формировании нарушенной в результате его повреждения функции у целостного организма.

Каждый из перечисленных методов имеет свои возможности и ограничения. Наиболее полную информацию о работе СС можно получить лишь при использовании комплексного подхода с применением различных методов в их разумном сочетании.

Центральные отделы сенсорных систем. В пределах любой СС можно выделить несколько отделов мозга, включающих сенсорные центры. От рецепторов нервные импульсы передаются к сенсорному нейрону, тело которого расположено в периферическом нервном узле. Первый центральный сенсорный нейрон расположен либо в задних рогах спинного мозга, либо в ядрах черепно-мозговых нервов (в продолговатом мозге, мосту, среднем мозге). От этих центров сенсорная информация поступает в таламус.

Таламус является важнейшей афферентной структурой, входящей в состав промежуточного мозга, своего рода коллектором всех афферентных путей, за исключением волокон, несущих информацию от обонятельных рецепторов. По функциональным особенностям ядра таламуса разделяют на: специфические (проекционные, релейные), ассоциативные и неспецифические. Специфическими называются ядра, которые принимают информацию непосредственно от периферических сенсорных структур и участвуют в первичной ее переработке. Каждое из этих ядер, как правило, ответственно за переработку информации только одной модальности и посылает проекции в специфические (проекционные) сенсорные зоны коры больших полушарий. Важнейшими проекционными ядрами являются: латеральные (зрительные центры) и медиальные (слуховые центры) коленчатые тела, вентральные задние ядра (вентробазальный комплекс), являющееся центрами соматической и висцеральной чувствительности.

Наряду с проекционными ядрами в переработке сенсорной информации участвуют ассоциативные таламические ядра. Эти ядра не могут быть отнесены к какой-либо одной СС и получают афферентные импульсы от нескольких специфических ядер. Три ядра этой группы имеют связи с главными ассоциативными областями коры: ядро подушки связано с ассоциативной зоной теменной и височной коры, заднее латеральное ядро – с теменной корой, дорсальное медиальное ядро – с лобной долей. Четвертое ядро –переднее - имеет связи с лимбической корой обоих полушарий.

Неспецифические ядра таламуса связаны с ретикулярной формацией (РФ). К их числу относится медианная и внутрипластинчатая группа ядер, которые получают афферентные входы от РФ и имеют двухсторонние связи со специфическими ядрами таламуса. Эти ядра включены в восходящую активирующую систему и участвуют в поддержании оптимального тонуса коры. Моторные ядра таламуса включены в систему регуляции движений.

Таламокортикальные отношения не являются односторонними, так как между корой и таламусом существуют двусторонние циклические связи. Кора может оказывать тормозные и облегчающие влияния на таламические ядра.

Из таламуса сенсорная информация поступает в кору больших полушарий, где происходит ее окончательная переработка и в конечном итоге формирование целостных образов. В коре полушарийвыделяют первичные и вторичные области, которые являются проекционными, и третичные – ассоциативные. Первичные и вторичные зоны коры имеют четкую локализацию и связаны с определенными сенсорными модальностями. Например, первичная зона для слуха находится в височной доле, для зрения – в затылочной доле, для соматосенсорной чувствительности – в теменной, для обонятельной – на нижней поверхности лобной доли. Первичные корковые проекции возникают в процессе онтогенеза сравнительно рано, здесь заканчиваются сенсорные пути, проводящие сигналы от рецепторов одной сенсорной системы. Эти корковые зоны окружены вторичными зонами той же сенсорной системы, информация к которым поступает несколько позднее, и в интегрированной форме. Вторичные поля считаются высшим отделом конкретной сенсорной системы.

О функциональном значении рассмотренных областей коры можно судить на основе изучения нарушений сенсорных функции при повреждении соответствующих областей мозга. Например, в зрительной системе повреждение первичной проекционной зоны приводит к возникновению «физиологической слепоты» - исчезает восприятие противоположной половины поля зрения. Повреждение вторичных областей проекционных зон коры приводит к «психической слепоте» (зрительной агнозии), при которой теряется способность узнавать предметы.

В пределах каждой доли коры больших полушарий рядом с первичными и вторичными проекционными зонами расположены поля, не связанные с выполнением какой-либо специфической сенсорной или моторной функции, Такие поля составляют ассоциативную кору, нейроны которой отвечают на раздражители различных модальностей, участвуют в интеграции сенсорной информации и обеспечении связей между чувствительными и двигательными зонами коры. Этот механизм является основой высших психических функций, в том числе функции восприятия.

Применение микроэлектродных методов для изучения функций корковых нейронов показало колончатую организацию зон коры. Впервые колончатую организацию сенсомоторной коры установил американский физиолог В. Маунткасл в 1957 г. Было показано, что сенсомоторная кора организована в функциональные единицы – колонки, ориентированные перпендикулярно поверхности. Каждая колонка является элементарным функциональным блоком, где осуществляется переработка информации от рецепторов одной модальности. Иными словами, сенсорные сигналы, идущие от одного и того же участка, возбуждают в коре группу нейронов, расположенных по вертикали. В настоящее время принцип колончатой организации подтвержден при изучении других зон, например, зрительной и слуховой коры. Результаты деятельности одной корковой колонки с помощью внутрикортикальных связей передаются другой колонке для дальнейшей обработки данных. Между отельными колонками имеются кортикальные связи, которые могут иметь возбуждающий или тормозной характер. Баланс возбуждающих и тормозных процессов определяет формирование сложных систем модулей, расположенных в разных отделах коры. Такая система расположенных в разных отделах мозга и связанных единством функций модулей носит название распределенной и лежит в основе реализации различных сложных функций, в том числе психических.

Необходимо отметить, что взаимодействие между отдельными СС осуществляется не только на уровне таламуса и коры, но на других уровнях, например, в РФ. В коре происходит интеграция сигналов высшего порядка, т.е. корковые нейроны способны отвечать на сложные комбинации сигналов. Особенно это присуще нейронам ассоциативной коры, которые обладают высокой пластичностью, обеспечивающей перестройку свойств в процессе обучения опознанию новых сигналов. В любой СС множество операций организуется за счет кортикального управления афферентным потоком в специфическом канале. Направленность этого управления обеспечивается процессом избирательно внимания к значимым признакам.

1.5.Тестовые задания для проверки усвоения материала

1.Термин анализатор широко стал использоваться в физиологии после работ

1.Ч.Шеррингтона

2.И.Павлова

3.А.Ухтомского

4.П.Анохина

5.В.Бехтерева

2.Сенсорные системы передают в мозг информацию из

1.внешней среды

2.внутренней среды

3.внешней и внутренней среды

3.Деятельность любой сенсорной системы начинается с

1.возникновения нервного импульса в афферентных нервных волокнах

2.передачи нервного возбуждения от рецепторов в ЦНС

3.преобразования информации в коре больших полушарий

4.восприятия сигналов рецепторами

4.При раздражении любого рецептора возникают нервные импульсы, которые сразу же направляются в

1.кору больших полушарий

2.подкорковые нервные центры

5.В каждой сенсорной системе есть

1.восходящие, афферентные пути

2.нисходящие, эфферентные пути

3.афферентные и эфферентные пути

6.По своим физиологическим механизмам адаптация -это процесс, включающий изменения в

1.периферических рецепторных структурах

2.центральных нервных структурах

3.периферических и центральных структурах

7.Для разных анализаторов длительность сенсорной адаптации является величиной одинаковой

1.да

2.нет

8.Минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется _______ или ______ порогом

9.Максимальная величина раздражителя, вызывающая соответствующее данному органу чувств ощущение, называется _______или ____ порогом

10.Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется ___________ порогом

11.Пороги ощущений являются величинами строго постоянными, не зависят от индивидуальных особенностей и функционального состояния человека

1.да

2.нет

12.Диапазон чувствительности анализатора - это диапазон между

1.верхним и нижним абсолютными порогами

2.дифференциальными порогами

13.Логарифмическую зависимость между интенсивностью стимула и величиной вызываемого им ощущения устанавливает закон _____ - ______, а степенную зависимость – закон _________

14.Установите соответствие

Название психофизического закона Время формулирования

1.закон Вебера-Фехнера А.18 век

2.закон Стивенса Б.19 век

В.20 век

15.Адекватные раздражители – это те раздражители, к энергии которых рецепторы

1.наиболее чувствительны

2.наименее чувствительны

3.нечувствительны

16.Рецепторы, воспринимающие раздражители из внешней среды, называются ________, из внутренней среды - ____________

17.Рецепторы, соединяющиеся непосредственно с дендритом биполярного чувствительного нейрона (без синапса), называются

1.первично чувствительные

2.вторично чувствительные

18.Рецепторы могут генерировать нервные импульсы

1.при действии адекватного раздражителя

3.при отсутствии действия раздражителя

4.все ответы верны

19.Потенциал, который возникает в рецепторе при действии не него раздражителя, называется

1.потенциал покоя

2.потенциал действия

3.рецепторный потенциал

20.К интерорецепторам относятся рецепторы, которые находятся в

1.улитке внутреннего уха

2.сетчатке глаза

3.во внутренних органах

21.К проприоцепторам не относятся

1.мышечные веретена

2.суставные рецепторы

3.сухожильные рецепторы

4.температурные рецепторы

22.Амплитуда рецепторного потенциала является величиной постоянной и не зависит от интенсивности и длительности раздражителя

1.да

2.нет

23.Кодирование качественных и количественных характеристик стимула начинается на уровне

1.рецепторов

2.афферентных нервных волокон

3.низших сенсорных центров

4.высших сенсорных центров

24.Участок рецепторной поверхности, с которым связан данный нейрон называется______ ________

25.Размеры различных рецептивных полей одинаковы

1.да

2.нет

26.Близко расположенные рецептивные поля обычно

1.перекрываются

2.не перекрываются

27.Установите соответствие

Вид рецептивного поля Область рецептивного поля,

реагирующая на стимул

1.c on-центром А. центр

2.с off-центром Б. периферия

В. граница центра и периферии

28.Поток нервных импульсов, возникающих при действии на рецепторы раздражителя, зависит от интенсивности раздражителя следующим образом

1.чем больше интенсивность, тем больше частота нервных импульсов

2.чем больше интенсивность, тем большее количество рецепторов активируется

3.оба утверждения верны

29.Кодирование длительности действующего на рецепторы раздражителя, как правило, осуществляется изменением

1.амплитуды нервных импульсов

2.длительности потока нервных импульсов

3.частоты нервных импульсов

30.В коре элементарным функциональным блоком переработки сенсорной информации является

1.первичная проекционная зона

2.вторичная проекционная зона

3.корковая колонка

Свет и его восприятие

Свет – это электромагнитное излучение с разными длинами волн. Цветовое зрение - это способность человека различать электромагнитные излучения разных длин волн в пределах так называемого видимого спектра т.е. приблизительно 370-760 нм. В физическом смысле свет – это электромагнитное излучение с различными длинами волн. Вместе с тем свет представляет собой поток дискретных частиц – фотонов или квантов. Человек воспринимает относительно узкий диапазон электромагнитных излучения, называемую видимым светом: от коротких около 370 нм (синяя часть спектра) до длинных около 750 нм (красная область спектра). Электромагнитные излучения с волнами менее 300нм называют ультрафиолетовыми, а длинноволновые излучения (более 800нм) называют инфракрасными. Ультрафиолетовые и инфракрасные лучи не воспринимаются глазом, который чувствителен только к полосе видимого света. Главные характеристики светового стимула – длина волны и интенсивность. Длина волны определяет окраску света, интенсивность – его яркость. Диапазон интенсивностей, воспринимаемых глазом человека, находится в пределах от 10^-6 до 10 ⁶ НИТ ( от порога восприятия до болевого порога).

Зрительная система обеспечивает возможность видеть, т.е. трансформировать световую энергию в отдельные зрительные ощущения и целостные образы. У человека зрение обеспечивает поступление свыше 80% всей информации об окружающем мире. Зрительные впечатления разнообразны - это цвет, яркость, размер, расположение объектов в пространстве, их форма, объем, движение.

Анализ функционирования зрительной системы включает изучение целого ряда вопросов: строение основных зрительных структур, нейрофизиологические механизмы и этапы переработки зрительной информации, зрительные функции и явления. Зрительная система человека состоит из периферического отдела – глаза и его вспомогательных органов, промежуточного –подкорковых зрительных центров и центрального - зрительной области в коре больших полушарий. Все уровни зрительной системы соединены между собой проводящими путями.

Зрительные функции и ощущения

Предыдущий раздел был посвящен рассмотрению структур и механизмов , с помощью которых зрительная система преобразует свет в нейронную информацию. В данном разделе обратим основное внимание на психофизические и психофизиологические характеристики зрительной функции. Зрение, основную роль в котором играют палочки, называют скотопическим зрением, а колбочковое – фотопическим. Первое преобладает при сумеречном освещении, второе – при дневном свете. Для скотопического зрения характерна наибольшая чувствительность не в центральной ямке, а по периферии сетчатки, где максимальна концентрация палочек. Ночью предмет будет лучше виден, если взгляд направлен не прямо на него. Используя «боковое зрение» мы создаем условия, при которых изображение преимущественно попадает на периферию сетчатки, где находятся палочки, обладающие большей чувствительность. Поскольку палочки не обладают возможностью анализа цвета, то для сумеречного зрения характерна цветовая слепота.

Световая и темновая адаптация. Палочки и колбочки обладают способностью к адаптации, что обеспечивает приспособление зрения к различным режимам освещения. Благодаря свойству адаптации зрительная система работает в широком диапазоне интенсивности света : от 10 ^–6

до 10⁶ кд / м ² . Если уровень освещенности длительное время не изменяется, состояние адаптации приходит в соответствие с этим уровнем. При изменении интенсивности света автоматически включается целый ряд механизмов, которые обеспечивают адаптационную перестройку зрения. Различают две разновидности адаптации – темновую и световую. Темновая адаптация развивается при снижении интенсивности света и сопровождается повышением световой чувствительности. Длительность полной темновой адаптации составляет около 1 часа, но за первые 15-20 минут она происходит на 80 %. Обратный процесс происходит при увеличении интенсивности света и называется световой адаптацией. Он протекает значительно быстрее. Для полной световой адаптации требуется 20-30 мин, за первые 5-8 мин она происходит на 80%.

Итак, при изменении уровня освещенности поля зрения автоматически включаются механизмы, обеспечивающие адаптационную перестройку зрения. Уменьшение пороговой яркости при темновой адаптации включает механизм перехода от колбочкового зрения к палочковому. При этом происходит компенсаторное расширение зрачка, увеличение рецептивных полей нейронов сетчатки и концентрация светочувствительного пигмента в рецепторах.

Световая чувствительность. Порог абсолютной световой чувствительности – это наименьшая интенсивность света, который человек способен увидеть в условиях темновой адаптации. Абсолютный световой порог в условиях полной темновой адаптации и при достаточно большом размере светового пятна составляет 10 ^–6 кд / м ² . Величина, обратная абсолютному световому порогу, называется абсолютной световой чувствительностью. Световая чувствительность зависит от размера светового пятна и от длительности его предъявления. Пороги световой чувствительности даже для здоровых людей различаются в широких пределах. Световая чувствительность максимальна в возрасте около 20 лет и постепенно снижается почти до половины с 50 годам, в 60 лет она составляет одну треть от максимальной.

Наиболее часто встречающимся расстройством светоощущения является гемеролопия ( «куриная слепота») - понижение различительной чувствительности в сумерках и ночью. При гемеролопии темновая адаптация ослаблена или вовсе отсутствует Это обусловлено расстройством палочкого аппарата зрения, недостаточной выработкой пигмента палочек родопсина. Для лечения гемеролопии необходимо полноценное питание ( особенно достаточное количество витамина А), защита от больших яркостей, соблюдением режима труда и отдыха.

Контрастная чувствительность.С интенсивностью света, попадающего в глаз, связано субъективное ощущение яркости. Величина, характеризующая уровень (интенсивность) светового ощущения, называется яркостью. В общем виде – чем больше интенсивность света, тем он воспринимается как более яркий. Человек может различать около 100 градаций яркости - от совсем тусклого до очень яркого света.

Однако субъективное ощущения яркости объекта зависит не только от интенсивности света им излучаемого или отраженного, но и от его окружения (яркости фона), так как происходит их взаимодействие.

Например, на белом фоне серый квадрат воспринимается как более темный, чем тот же квадрат на черном фоне. Чем светлее фон, тем более темным воспринимается серый квадрат. Вдоль границ между темной и светлой частью наблюдается усиление краевого контраста – светлая часть выглядит более яркой, а темная – более темной, чем на некотором расстоянии от границы. Такие участки измененного восприятия называют полосами Маха ( по имени описавшего это явление ученого).

Для характеристик такого взаимодействия введено понятие одновременного яркостного контраста, который определяется отношением яркости объекта к яркости фона. Оптимальным для зрительного восприятия является яркостный контраст 60-80%. При низком яркостном контрасте (20%) восприятие объектов затруднено, так как объекты сливаются с фоном. При очень высоком контрасте (более 90%) объекты видны четко, но быстро наступает зрительное утомление.

Различают прямой (темный объект на светлом фоне) и обратный (светлый объект на темном фоне) контраст. Показано, что объекты темнее фона видны лучше, чем объекты светлее фона. Соответственно, работа при прямом контрасте более благоприятная, менее утомительна, чем при обратном контрасте. Однако при работе в темноте, при низком уровне общей освещенности, обратный контраст предпочтителен, так как при этом уровни яркости фона и общего окружения близки и глаз легко адаптируется.

Временные характеристики зрения. Зрительная система обладает инерционностью – после включения светового стимула необходимо время для появления зрительного ощущения. Существует определенное соотношение длительности и интенсивности действия света на глаз: чем короче зрительный стимул, тем большую интенсивность он должен иметь, чтобы вызвать зрительное ощущение. Такая связь между длительностью и интенсивностью наблюдается при коротких стимулах длительностью до 20мс. Для более длительных сигналов (до 250мс) полная компенсация пороговой яркости за счет длительности не наблюдается. Зависимость между способностью к обнаружению света и длительностью исчезает для стимулов продолжительностью более 250мс. При таких световых стимулах решающим фактором для возникновения зрительного ощущения является их интенсивность. Зависимость пороговой интенсивности света от длительности его воздействия называется временной суммацией.

После выключения зрительного стимула зрительное ощущение также исчезает не сразу, а лишь через некоторое время. Это явление называется инерцией зрения. Инерция зрения - способность некоторое время сохранять результат светового воздействия на глаз и таким образом накапливать результат воздействий за некоторое время. Инерция способствует устойчивости зрительных ощущений, и в сущности, обеспечивает возможность осмысления зрительных впечатлений. В явном виде инерция зрения проявляется во всех случаях наблюдения нестационарных световых процессов. Например, быстро движущийся раскаленный объект - искра (частица стали или абразива), вырывающуюся при заточке инструмента, воспринимается в виде яркой полосы.

Зрительная инерция проявляется и при восприятии периодически мелькающих источников света. При высокой частоте мелькания глаз воспринимает мелькающий свет как постоянный. Наименьшая частота, при которой глаз перестает различать мелькания, называется критической частотой слияния мельканий (КЧСМ). КЧСМ зависит от нескольких факторов: от размера и интенсивности светового источника, его цвета (например, для голубого КЧСМ больше, чем для красного), индивидуальных особенностей наблюдателя ( при утомлении КЧСМ снижается). При средней интенсивности света КЧСМ составляет около 40 Гц . Например, газоразрядные (люминесцентные ) лампы, которые постоянно «включаются и выключаются» с частотой 50 Гц, человек, как правило, воспринимает светящимися постоянно.

С инерцией зрения связаны зрительные последовательные образы. Последовательные образы возникают после прекращения действия светового раздражителя. Наиболее распространенный способ демонстрации последовательного образа – попросить испытуемого в течение 30-60 с рассматривать какой-либо достаточно яркий объект, а затем закрыть глаза или перевести взгляд на другую поверхность (например, на лист бумаги). В результате возникает зрительный последовательный образ рассматриваемого ранее объекта. Известны положительные и отрицательные последовательные образы. Первые менее распространены, более быстротечны и возникают после непродолжительной и интенсивной стимуляции адаптированного к темноте глаза ( так называемый «эффект вспышки»). Таким образам свойственно то же соотношение яркости и того же цвета, что и исходному световому раздражителю. Чаще возникают отрицательные последовательные образы, в которых черное, белое и цветное предстают как на негативе фотографии. Обычно отрицательные последовательные образы возникают через 0,5 сек после устранения зрительного стимула, сохраняются 1-2 с, исчезают на 1-2 с и вновь возникают с меньшей интенсивностью.

Цветовое зрение

Природа и параметры цвета.Оценивая яркости предметов, глаз отмечает только количественные различия в интенсивности света. Но глаз способен воспринимать и качество света, зависящее от его спектрального состава, т.е. воспринимать цвет. Все многообразие зрительных ощущений можно разделить на две группы. К одной относятся ощущения ахроматических цветов - черного, белого и всех оттенков серого. Другую группу составляют ощущения хроматических цветов , в которую входят все наблюдаемые цвета, кроме черного, белого и серого.

Цветовое зрение повышает ценность зрительного восприятия, дает возможность по-новому рассмотреть предметы, не говоря уже о эстетическом компоненте. Цвет не только признак, присущий всем предметам окружающего мира и определяющий отличия одних поверхностей от других, для людей цвет является источником сильных эмоциональных впечатлений, основанных на ассоциациях и предпочтениях. Большинство людей прежде всего обращают внимание на цвет окружающих предметов. Цвет привлекает внимание, пробуждают эстетические чувства, является дополнительным источником информации. Благодаря цвету легче отличить одну поверхность от другой, что облегчает зрительное обнаружение предметов, их опознавание.

Известно, что солнечный свет, проходя через призму, расщепляется на несколько цветов, каждый из которых имеет свою длину волны. Цветовое зрение - это способность человека различать электромагнитные излучения разных длин волн в пределах так называемого видимого спектра т.е. приблизительно 370-760 нм.Известный из физики непрерывный спектр, получаемый разложением белого солнечного света, состоит из семи основных цветов – красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, фиолетового. Каждой длине волны соответствует ощущение определенного цвета. Примерное соотношение между длинами волн и цветами им соответствующими следующее: красный – 680 нм, оранжевый – 590 нм, желтый – 580 нм, зеленый - 525, голубой – 490 нм, синий – 430 нм, фиолетовый 400 нм. Свет одной длины волны называется монохроматическим. При смешении двух монохроматических лучей образуется новый цвет.

Восприятие цвета определяется доминирующей длиной волны света, стимулирующего зрительную систему. Говоря о синем или красном цвете имеет на самом деле коротко- или длинноволновый свет соответственно, который таким образом воздействует на зрительную систему, что вызывает ощущение синего или красного. Цветоощущение – это субъективный результат воздействия на зрительную систему светового луча, принадлежащего к видимой части спектра. Воспринимаемые цвета зависят от тог