Immagine di oggetti sulla retina. L'immagine degli oggetti sulla retina dell'occhio, cos'è la retina. Vie sensoriali del sistema visivo

È importante conoscere la struttura della retina e come riceviamo le informazioni visive, almeno nella forma più generale.

1. Osserva la struttura degli occhi. Dopo che i raggi di luce passano attraverso il cristallino, penetrano nel corpo vitreo e cadono sul guscio interno e molto sottile dell'occhio: la retina. È lei che svolge il ruolo principale nel fissare l'immagine. La retina è il collegamento centrale del nostro analizzatore visivo.

La retina è adiacente alla coroide, ma vagamente in molte aree. Qui tende a esfoliare in varie malattie. Nelle malattie della retina, la coroide è spesso coinvolta nel processo patologico. Non ci sono terminazioni nervose nella coroide, quindi, quando è malata, il dolore non si verifica, di solito segnalando qualche tipo di malfunzionamento.

La retina che percepisce la luce può essere suddivisa funzionalmente in centrale (l'area della macchia gialla) e periferica (il resto della superficie della retina). Di conseguenza, viene fatta una distinzione tra visione centrale, che consente di vedere chiaramente i dettagli fini degli oggetti, e visione periferica, in cui la forma di un oggetto è percepita meno chiaramente, ma con il suo aiuto si verifica l'orientamento nello spazio.

2. Il reticolo ha una complessa struttura multistrato. È costituito da fotorecettori (neuroepitelio specializzato) e cellule nervose. I fotorecettori situati nella retina dell'occhio sono divisi in due tipi, denominati in base alla loro forma: coni e bastoncelli. I bastoncelli (ce ne sono circa 130 milioni nella retina) hanno un'elevata sensibilità alla luce e consentono di vedere in condizioni di scarsa illuminazione, sono anche responsabili della visione periferica. I coni (ce ne sono circa 7 milioni nella retina), al contrario, richiedono più luce per la loro eccitazione, ma sono loro che permettono di vedere i dettagli fini (sono responsabili della visione centrale) e permettono di distinguere colori. La maggiore concentrazione di coni si trova nell'area della retina nota come macula o macula, che occupa circa l'1% dell'area della retina.

Le aste contengono viola visivo, grazie al quale sono eccitate molto rapidamente e con luce debole. La vitamina A è coinvolta nella formazione del viola visivo, con la cui mancanza si sviluppa la cosiddetta cecità notturna. I coni non contengono viola visivo, quindi vengono eccitati lentamente e solo dalla luce intensa, ma sono in grado di percepire il colore: i segmenti esterni dei tre tipi di coni (sensibili al blu, al verde e al rosso) contengono pigmenti visivi di tre tipi, i cui massimi spettri di assorbimento sono nelle regioni blu, verde e rossa dello spettro.

3 . Nei bastoncelli e nei coni situati negli strati esterni della retina, l'energia della luce viene convertita in energia elettrica del tessuto nervoso. Gli impulsi che sorgono negli strati esterni della retina raggiungono i neuroni intermedi situati nei suoi strati interni e quindi le cellule nervose. I processi di queste cellule nervose convergono radialmente verso un'area della retina e formano il disco ottico, che è visibile quando si esamina il fondo.

Il nervo ottico è costituito da processi di cellule nervose nella retina ed emerge dal bulbo oculare vicino al suo polo posteriore. Trasporta segnali dalle terminazioni nervose al cervello.

Quando esce dall'occhio, il nervo ottico si divide in due metà. La metà interna si interseca con la stessa metà dell'altro occhio. Il lato destro della retina di ciascun occhio trasmette attraverso il nervo ottico il lato destro dell'immagine al lato destro del cervello e il lato sinistro della retina, rispettivamente, il lato sinistro dell'immagine al lato sinistro del cervello. Il quadro generale di ciò che vediamo viene ricreato direttamente dal cervello.

Pertanto, la percezione visiva inizia con la proiezione di un'immagine sulla retina e l'eccitazione dei fotorecettori, quindi le informazioni ricevute vengono elaborate in sequenza nei centri visivi subcorticali e corticali. Di conseguenza, nasce un'immagine visiva che, grazie all'interazione dell'analizzatore visivo con altri analizzatori e all'esperienza accumulata (memoria visiva), riflette correttamente la realtà oggettiva. Sulla retina dell'occhio si ottiene un'immagine ridotta e capovolta dell'oggetto, ma si vede l'immagine dritta ea grandezza naturale. Ciò accade anche perché, insieme alle immagini visive, anche gli impulsi nervosi dei muscoli oculomotori entrano nel cervello, ad esempio, quando guardiamo in alto, i muscoli ruotano gli occhi verso l'alto. I muscoli oculari lavorano continuamente, descrivendo i contorni dell'oggetto, e questi movimenti vengono registrati anche dal cervello.

Sin dai tempi antichi, l'occhio è stato un simbolo di onniscienza, conoscenza segreta, saggezza e vigilanza. E questo non è sorprendente. Dopotutto, è grazie alla visione che riceviamo la maggior parte delle informazioni sul mondo che ci circonda. Con l'aiuto degli occhi valutiamo la dimensione, la forma, la distanza e la posizione relativa degli oggetti, godiamo della varietà di colori e osserviamo il movimento.

Come funziona l'occhio curioso?

L'occhio umano è spesso paragonato a una macchina fotografica. La cornea, la parte trasparente e convessa del guscio esterno, è come una lente obiettiva. Il secondo guscio - il vascolare - è rappresentato davanti dall'iride, il cui contenuto di pigmento determina il colore degli occhi. Il foro al centro dell'iride - la pupilla - si restringe in condizioni di luce intensa e si allarga in condizioni di scarsa illuminazione, regola la quantità di luce che entra nell'occhio, come un diaframma. La seconda lente è una lente mobile e flessibile circondata da un muscolo ciliare che cambia il grado della sua curvatura. Dietro l'obiettivo c'è il corpo vitreo, una sostanza gelatinosa trasparente che mantiene l'elasticità e la forma sferica del bulbo oculare. I raggi di luce, passando attraverso le strutture intraoculari, cadono sulla retina, il guscio più sottile di tessuto nervoso che riveste l'interno dell'occhio. I fotorecettori sono cellule sensibili alla luce nella retina che, come la pellicola fotografica, catturano un'immagine.

Perché si dice che "vediamo" con il cervello?

Eppure l'organo della visione è molto più complicato della più moderna attrezzatura fotografica. Dopotutto, non ci limitiamo a sistemare ciò che vediamo, ma valutiamo la situazione e reagiamo con parole, azioni ed emozioni.

Gli occhi destro e sinistro vedono gli oggetti da diverse angolazioni. Il cervello collega entrambe le immagini insieme, grazie alle quali possiamo stimare il volume degli oggetti e la loro posizione relativa.

Pertanto, l'immagine della percezione visiva si forma nel cervello.

Perché, quando proviamo a considerare qualcosa, guardiamo in questa direzione?

L'immagine più nitida si forma quando i raggi luminosi colpiscono la zona centrale della retina, la macula. Pertanto, cercando di considerare qualcosa più da vicino, rivolgiamo lo sguardo nella direzione appropriata. Il libero movimento di ciascun occhio in tutte le direzioni è fornito dal lavoro di sei muscoli.

Palpebre, ciglia e sopracciglia: non solo una bella cornice?

Il bulbo oculare è protetto dalle influenze esterne dalle pareti ossee dell'orbita, dal tessuto adiposo molle che riveste la sua cavità e dalle palpebre.

Strizziamo gli occhi, cercando di proteggere i nostri occhi dalla luce accecante, dal vento e dalla polvere appassiti. Le ciglia folte allo stesso tempo si chiudono, formando una barriera protettiva. E le sopracciglia sono progettate per intrappolare le goccioline di sudore che scorrono dalla fronte.

La congiuntiva è una sottile membrana mucosa che ricopre il bulbo oculare e la superficie interna delle palpebre, contiene centinaia di minuscole ghiandole. Producono una "lubrificazione" che permette alle palpebre di muoversi liberamente quando sono chiuse e protegge la cornea dalla disidratazione.

Sistemazione oculare

Come si forma un'immagine sulla retina?

Per capire come si forma un'immagine sulla retina, è necessario ricordare che quando si passa da un mezzo trasparente a un altro, i raggi luminosi vengono rifratti (cioè deviano dalla propagazione rettilinea).

I mezzi trasparenti nell'occhio sono la cornea con un film lacrimale che la ricopre, l'umor acqueo, il cristallino e il corpo vitreo. La cornea ha il maggior potere di rifrazione, la seconda lente più potente è la lente. Il film lacrimale, l'umor acqueo e il corpo vitreo hanno un potere refrattivo trascurabile.

Passando attraverso il mezzo intraoculare, i raggi luminosi si rifrangono e convergono sulla retina, formando un'immagine nitida.

Cos'è l'alloggio?

Qualsiasi tentativo di spostare lo sguardo porta alla sfocatura dell'immagine e richiede un'ulteriore regolazione del sistema ottico dell'occhio. Viene eseguito a causa dell'accomodazione: un cambiamento nel potere di rifrazione dell'obiettivo.

La lente mobile e flessibile è attaccata al muscolo ciliare con l'aiuto delle fibre del legamento zinn. Nella visione a distanza, il muscolo è rilassato, le fibre del legamento zinn sono in uno stato teso, impedendo al cristallino di assumere una forma convessa. Quando provi a esaminare oggetti vicini, il muscolo ciliare si contrae, il circolo muscolare si restringe, il legamento zinn si rilassa e il cristallino diventa convesso. Pertanto, il suo potere di rifrazione aumenta e gli oggetti situati a distanza ravvicinata vengono focalizzati sulla retina. Questo processo è chiamato sistemazione.

Perché pensiamo che "le mani si accorciano con l'età"?

Con l'età, la lente perde le sue proprietà elastiche, diventa densa e difficilmente cambia il suo potere di rifrazione. Di conseguenza, perdiamo gradualmente la capacità di accomodarci, il che rende difficile lavorare a distanza ravvicinata. Durante la lettura, cerchiamo di allontanare il giornale o il libro dagli occhi, ma presto le braccia non sono abbastanza lunghe per fornire una visione chiara.

Le lenti convergenti vengono utilizzate per correggere la presbiopia, la cui forza aumenta con l'età.

deficit visivo

Il 38% degli abitanti del nostro Paese ha disabilità visive che richiedono la correzione degli occhiali.

Normalmente, il sistema ottico dell'occhio è in grado di rifrangere i raggi luminosi in modo tale che convergano esattamente sulla retina, fornendo una visione nitida. Per mettere a fuoco l'immagine sulla retina, l'occhio refrattivo richiede una lente aggiuntiva.

Cosa sono le disabilità visive?

Il potere refrattivo dell'occhio è determinato da due principali fattori anatomici: la lunghezza dell'asse anteroposteriore dell'occhio e la curvatura della cornea.

Miopia o miopia. Se la lunghezza dell'asse dell'occhio è aumentata o la cornea ha un grande potere di rifrazione, l'immagine si forma davanti alla retina. Questa menomazione visiva è chiamata miopia o miopia. Le persone miopi vedono bene da vicino e male da lontano. La correzione si ottiene indossando occhiali con lenti divergenti (meno).

Ipermetropia o ipermetropia. Se la lunghezza dell'asse dell'occhio è ridotta o il potere di rifrazione della cornea è basso, l'immagine si forma in un punto immaginario dietro la retina. Questa menomazione visiva è chiamata ipermetropia o ipermetropia. C'è un'idea sbagliata che le persone lungimiranti possano vedere bene in lontananza. Hanno difficoltà a lavorare a distanza ravvicinata e spesso hanno una scarsa visione a distanza. La correzione si ottiene indossando occhiali con lenti convergenti (più).

Astigmatismo. In violazione della sfericità della cornea, c'è una differenza nel potere di rifrazione lungo i due meridiani principali. L'immagine degli oggetti sulla retina è distorta: alcune linee sono chiare, altre sfocate. Questa menomazione visiva si chiama astigmatismo e richiede occhiali con lenti cilindriche.

Le figure impossibili e le immagini ambigue non sono qualcosa che non si può prendere alla lettera: nascono nel nostro cervello. Poiché il processo di percezione di tali figure segue uno strano percorso non standard, l'osservatore arriva a capire che qualcosa di insolito sta accadendo nella sua testa. Per comprendere meglio il processo che chiamiamo "visione", è utile avere un'idea di come i nostri organi di senso (occhi e cervello) convertono gli stimoli luminosi in informazioni utili.

L'occhio come dispositivo ottico

Figura 1. Anatomia del bulbo oculare.

L'occhio (vedi Fig. 1) funziona come una macchina fotografica. L'obiettivo (lente) proietta un'immagine ridotta invertita dal mondo esterno sulla retina (retina) - una rete di cellule fotosensibili situate di fronte alla pupilla (pupilla) e che occupano più della metà dell'area della superficie interna di il bulbo oculare. Come strumento ottico, l'occhio è stato a lungo un piccolo mistero. Mentre la fotocamera mette a fuoco avvicinando o allontanando l'obiettivo dallo strato fotosensibile, la sua capacità di rifrangere la luce viene regolata durante l'accomodazione (adattamento dell'occhio a una certa distanza). La forma del cristallino viene modificata dal muscolo ciliare. Quando il muscolo si contrae, il cristallino diventa più rotondo, portando alla retina un'immagine focalizzata degli oggetti più vicini. L'apertura dell'occhio umano viene regolata allo stesso modo di una fotocamera. La pupilla controlla la dimensione dell'apertura del cristallino, espandendosi o contraendosi con l'ausilio dei muscoli radiali, colorando l'iride dell'occhio (iride) con il suo caratteristico colore. Quando il nostro occhio si sposta sull'area che desidera mettere a fuoco, la lunghezza focale e le dimensioni della pupilla si adattano istantaneamente alle condizioni richieste "automaticamente".

Figura 2. Sezione trasversale della retina
Figura 3. Occhio con macchia gialla

La struttura della retina (Fig. 2), lo strato fotosensibile all'interno dell'occhio, è molto complessa. Il nervo ottico (insieme ai vasi sanguigni) parte dalla parete posteriore dell'occhio. Quest'area è priva di cellule fotosensibili ed è nota come punto cieco. Le fibre nervose si ramificano e terminano in tre diversi tipi di cellule che catturano la luce che vi entra. I processi provenienti dal terzo strato più interno di cellule contengono molecole che cambiano temporaneamente la loro struttura durante l'elaborazione della luce in arrivo, e quindi emettono un impulso elettrico. Le cellule fotosensibili sono chiamate bastoncelli (bastoncini) e coni (coni) nella forma dei loro processi. I coni sono sensibili al colore, mentre i bastoncelli no. D'altra parte, la fotosensibilità dei bastoncelli è molto più alta di quella dei coni. Un occhio contiene circa cento milioni di bastoncelli e sei milioni di coni, distribuiti in modo non uniforme in tutta la retina. Esattamente di fronte alla pupilla si trova la cosiddetta macula lutea (Fig. 3), che consiste solo di coni in una concentrazione relativamente densa. Quando vogliamo vedere qualcosa a fuoco, posizioniamo gli occhi in modo che l'immagine cada sulla macula. Esistono molte interconnessioni tra le cellule della retina e gli impulsi elettrici di cento milioni di cellule fotosensibili vengono inviati al cervello lungo solo un milione di fibre nervose. Pertanto, l'occhio può essere descritto superficialmente come una macchina fotografica o televisiva caricata con pellicola fotosensibile.

Figura 4. Figura di Kanizsa

Dall'impulso luminoso all'informazione

Figura 5. Illustrazione dal libro di Descartes "Le traité de l" homme, 1664

Ma come vediamo davvero? Fino a poco tempo fa, questo problema era difficilmente risolvibile. La migliore risposta a questa domanda è stata la seguente: esiste un'area del cervello specializzata nella visione, in cui l'immagine ricevuta dalla retina si forma sotto forma di cellule cerebrali. Più luce cade su una cellula della retina, più intensamente lavora la cellula cerebrale corrispondente, cioè l'attività delle cellule cerebrali nel nostro centro visivo dipende dalla distribuzione della luce che cade sulla retina. In breve, il processo inizia con un'immagine sulla retina e termina con un'immagine corrispondente su un piccolo "schermo" di cellule cerebrali. Naturalmente, questo non spiega la visione, ma sposta semplicemente il problema a un livello più profondo. Chi è destinato a vedere questa immagine interiore? Questa situazione è ben illustrata nella Figura 5, tratta dall'opera di Cartesio "Le traité de l" homme". In questo caso, tutte le fibre nervose terminano in una certa ghiandola, che Descartes immaginava come il luogo dell'anima, ed è lei chi vede l'immagine interna.Ma la domanda rimane: come funziona effettivamente la "visione"?

Figura 6

L'idea di un mini-osservatore nel cervello non solo non è sufficiente per spiegare la visione, ma ignora anche tre attività che apparentemente vengono svolte direttamente dal sistema visivo stesso. Ad esempio, diamo un'occhiata alla figura in figura 4 (di Kanizsa). Vediamo un triangolo in tre segmenti circolari dai loro ritagli. Questo triangolo non è stato presentato alla retina, ma è il risultato delle congetture del nostro sistema visivo! Inoltre, è quasi impossibile guardare la Figura 6 senza vedere sequenze continue di schemi circolari che si contendono la nostra attenzione, come se stessimo sperimentando direttamente l'attività visiva interna. Molti scoprono che il loro sistema visivo è completamente confuso dalla figura di Dallenbach (Figura 8), mentre cercano modi per interpretare questi punti bianchi e neri in una forma che comprendono. Per risparmiarti il ​​dolore, la Figura 10 offre un'interpretazione che il tuo sistema visivo accetterà una volta per tutte. Contrariamente al disegno precedente, non sarà difficile ricostruire alcuni tratti di inchiostro nella figura 7 in un'immagine di due persone che parlano.

Figura 7. Disegno da "Manuale di pittura del giardino dei semi di senape", 1679-1701

Ad esempio, un metodo di visione completamente diverso è illustrato dalla ricerca di Werner Reichardt di Tubinga, che ha trascorso 14 anni a studiare la visione e il sistema di controllo del volo della mosca domestica. Per questi studi è stato insignito del Premio Heineken nel 1985. Come molti altri insetti, la mosca ha occhi composti costituiti da molte centinaia di singoli bastoncini, ognuno dei quali è un elemento fotosensibile separato. Il sistema di controllo del volo della mosca è costituito da cinque sottosistemi indipendenti che operano in modo estremamente rapido (velocità di reazione circa 10 volte più veloce di quella di un essere umano) ed efficiente. Ad esempio, il sottosistema di atterraggio funziona come segue. Quando il campo visivo della mosca "esplode" (perché la superficie è vicina), la mosca si dirige verso il centro dell'"esplosione". Se il centro è al di sopra del volo, si capovolgerà automaticamente sottosopra. Non appena i piedi della mosca toccano la superficie, il "sottosistema" di atterraggio viene disattivato. Quando vola, una mosca estrae dal suo campo visivo solo due tipi di informazioni: il punto in cui si trova un punto in movimento di una certa dimensione (che deve corrispondere alla dimensione di una mosca a una distanza di 10 centimetri), e la direzione e la velocità di questo punto che si muove attraverso il campo visivo. L'elaborazione di questi dati aiuta a correggere automaticamente la traiettoria di volo. È altamente improbabile che una mosca abbia un quadro completo del mondo che la circonda. Non vede né superfici né oggetti. I dati visivi di input elaborati in un certo modo vengono trasmessi direttamente al sottosistema motorio. Pertanto, i dati visivi di input non vengono convertiti in un'immagine interna, ma in una forma che consente alla mosca di rispondere adeguatamente al suo ambiente. Lo stesso si può dire di un sistema infinitamente più complesso come l'uomo.

Figura 8. Figura Dallenbach

Ci sono molte ragioni per cui gli scienziati si sono astenuti dal risolvere la questione fondamentale per così tanto tempo, come la vede l'uomo. Si è scoperto che molti altri aspetti della visione dovevano essere spiegati prima: la complessa struttura della retina, la visione dei colori, il contrasto, le immagini residue e così via. Tuttavia, contrariamente alle aspettative, le scoperte in queste aree non sono in grado di far luce sulla soluzione del problema principale. Un problema ancora più significativo era la mancanza di qualsiasi concetto o schema generale in cui elencare tutti i fenomeni visivi. I limiti relativi delle aree convenzionali di ricerca possono essere ricavati dall'eccellente T.N. Comsweet sul tema della percezione visiva, basato sulle sue lezioni per gli studenti del primo e del secondo semestre. Nella prefazione l'autore scrive: "Cerco di descrivere gli aspetti fondamentali sottesi al vasto campo che casualmente chiamiamo percezione visiva". Tuttavia, mentre studiamo i contenuti di questo libro, questi "argomenti fondamentali" risultano essere l'assorbimento della luce da parte dei bastoncelli e dei coni della retina, la visione dei colori, i modi in cui le cellule sensoriali possono aumentare o diminuire i limiti della reciproca influenza reciproca, la frequenza dei segnali elettrici trasmessi attraverso le cellule sensoriali, ecc. Oggi, la ricerca in quest'area sta seguendo percorsi completamente nuovi, che si traducono in una sconcertante diversità nella stampa professionale. E solo uno specialista può farsi un quadro generale della nuova scienza della visione in via di sviluppo ". C'è stato solo un tentativo di combinare diverse nuove idee e risultati di ricerca in un modo accessibile ai profani. E anche qui le domande "Cos'è la visione?" e "Come vediamo?" non sono diventate le principali domande di discussione.

Dall'immagine all'elaborazione dei dati

David Marr dell'Artificial Intelligence Laboratory del Massachusetts Institute of Technology è stato il primo a provare ad affrontare l'argomento da una prospettiva completamente diversa nel suo libro "Vision" (Vision), pubblicato dopo la sua morte. In esso, ha cercato di considerare il problema principale e suggerire possibili modi per risolverlo. I risultati di Marr, ovviamente, non sono definitivi e sono aperti a ricerche da diverse direzioni fino ad oggi, ma tuttavia il vantaggio principale del suo libro è la sua logica e coerenza delle conclusioni. In ogni caso, l'approccio di Marr fornisce un quadro molto utile su cui costruire studi di oggetti impossibili e figure duali. Nelle pagine seguenti cercheremo di seguire il filo del pensiero di Marr.

Marr ha descritto così le carenze della teoria tradizionale della percezione visiva:

"Cercare di capire la percezione visiva studiando solo i neuroni è come cercare di capire il volo di un uccello studiando solo le sue piume. È semplicemente impossibile. Per capire il volo di un uccello dobbiamo capire l'aerodinamica, e solo allora la struttura delle piume e le varie forme delle ali degli uccelli hanno un significato per noi. "In questo contesto, Marr attribuisce a J. J. Gobson il merito di essere stato il primo a toccare questioni importanti in questo campo visivo. L'opinione di Marr è che il contributo più importante di Gibson sia stato quello "la cosa più importante dei sensi è che sono condotti di informazioni dal mondo esterno alle nostre percezioni (...) Ha posto la domanda critica: come ognuno di noi ottiene gli stessi risultati quando percepisce nella vita di tutti i giorni in un sempre -ambiente che cambia? Questa è una domanda molto importante, a dimostrazione che Gibson ha correttamente considerato il problema della percezione visiva come recuperare, dalle informazioni ricevute dai sensori, le proprietà "corrette" degli oggetti nel mondo esterno. "E così siamo arrivati ​​al campo dell'elaborazione delle informazioni.

Non ci dovrebbero essere dubbi sul fatto che Marr volesse ignorare altre spiegazioni per il fenomeno della visione. Al contrario, sottolinea specificamente che la visione non può essere spiegata in modo soddisfacente da un solo punto di vista. Si devono trovare spiegazioni per gli eventi quotidiani che siano coerenti con i risultati della psicologia sperimentale e con tutte le scoperte in questo campo fatte da psicologi e neurologi nel campo dell'anatomia del sistema nervoso. In termini di elaborazione delle informazioni, gli informatici vorrebbero sapere come programmare il sistema visivo, quali algoritmi sono più adatti per un determinato compito. In breve, come si può programmare la visione. Solo una teoria comprensiva può essere accettata come spiegazione soddisfacente per il processo del vedere.

Marr ha lavorato su questo problema dal 1973 al 1980. Sfortunatamente, non è stato in grado di completare il suo lavoro, ma è stato in grado di gettare solide basi per ulteriori ricerche.

Dalla neurologia al meccanismo visivo

La convinzione che molte funzioni umane siano controllate dal cervello è stata condivisa dai neurologi sin dall'inizio del XIX secolo. Le opinioni differivano sulla questione se determinate parti della corteccia cerebrale fossero utilizzate per eseguire singole operazioni o l'intero cervello fosse coinvolto in ciascuna operazione. Oggi, il famoso esperimento del neurologo francese Pierre Paul Broca ha portato all'accettazione generale della teoria della localizzazione specifica. Broca ha curato un paziente che non poteva parlare per 10 anni, sebbene le sue corde vocali fossero a posto. Quando l'uomo morì nel 1861, un'autopsia mostrò che il lato sinistro del suo cervello era deformato. Broca ha suggerito che la parola è controllata da questa parte della corteccia cerebrale. La sua teoria è stata confermata da successivi esami di pazienti con lesioni cerebrali, che alla fine hanno permesso di contrassegnare i centri delle funzioni vitali del cervello umano.

Figura 9. Risposta di due diverse cellule cerebrali a stimoli ottici provenienti da direzioni diverse

Un secolo dopo, negli anni '50, gli scienziati D.Kh. Hubel (DH Hubel) e T.N. Wiesel (T.N. Wiesel) ha condotto esperimenti nel cervello di scimmie e gatti viventi. Nel centro visivo della corteccia cerebrale, hanno trovato cellule nervose particolarmente sensibili alle linee orizzontali, verticali e diagonali nel campo visivo (Fig. 9). La loro sofisticata tecnica di microchirurgia è stata successivamente adottata da altri scienziati.

Pertanto, la corteccia cerebrale non solo contiene centri per svolgere varie funzioni, ma all'interno di ciascun centro, come, ad esempio, nel centro visivo, le singole cellule nervose vengono attivate solo quando vengono ricevuti segnali molto specifici. Questi segnali provenienti dalla retina dell'occhio sono correlati a situazioni ben definite nel mondo esterno. Oggi si presume che le informazioni sulle varie forme e la disposizione spaziale degli oggetti siano contenute nella memoria visiva e le informazioni provenienti dalle cellule nervose attivate vengono confrontate con queste informazioni memorizzate.

Questa teoria dei rilevatori ha influenzato una tendenza nella ricerca sulla percezione visiva a metà degli anni '60. Gli scienziati associati all '"intelligenza artificiale" hanno seguito lo stesso percorso. La simulazione al computer del processo della visione umana, chiamata anche "visione artificiale", era considerata uno degli obiettivi più facilmente raggiungibili in questi studi. Ma le cose sono andate un po' diversamente. Divenne presto chiaro che era virtualmente impossibile scrivere programmi in grado di riconoscere i cambiamenti nell'intensità della luce, nelle ombre, nella consistenza della superficie e nelle raccolte casuali di oggetti complessi in modelli significativi. Inoltre, tale riconoscimento di modelli richiedeva quantità illimitate di memoria, poiché le immagini di un numero incalcolabile di oggetti devono essere immagazzinate in memoria in un numero incalcolabile di variazioni di posizione e situazioni di illuminazione.

Ulteriori progressi nel campo del riconoscimento di modelli nel mondo reale non erano possibili. È dubbio che un computer sarà mai in grado di simulare il cervello umano. Rispetto al cervello umano, dove ogni cellula nervosa ha circa 10.000 connessioni con altre cellule nervose, un rapporto equivalente al computer di 1:1 è appena adeguato!

Figura 10. La chiave per la figura di Dellenbach

Conferenza di Elizabeth Warrington

Nel 1973, Marr partecipò a una conferenza della neurologa britannica Elizabeth Warrington. Ha notato che un gran numero di pazienti con danni parietali al lato destro del cervello, che ha esaminato, potevano riconoscere e descrivere perfettamente molti oggetti, a condizione che questi oggetti fossero osservati da loro nella loro forma abituale. Ad esempio, tali pazienti identificavano facilmente un secchio se visti di lato, ma non erano in grado di riconoscere lo stesso secchio se visti dall'alto. Infatti, anche quando gli è stato detto che stavano guardando il secchio dall'alto, si sono fermamente rifiutati di crederci! Ancora più sorprendente è stato il comportamento dei pazienti con danni alla parte sinistra del cervello. Tali pazienti di solito non sono in grado di parlare e quindi non possono nominare verbalmente l'oggetto che stanno guardando o descriverne lo scopo. Tuttavia, possono dimostrare di percepire correttamente la geometria di un oggetto indipendentemente dall'angolo di visione. Ciò ha spinto Marr a scrivere quanto segue: "La lezione di Warrington mi ha portato alle seguenti conclusioni. In primo luogo, l'idea della forma di un oggetto è immagazzinata in qualche altro punto del cervello, motivo per cui le idee sulla forma di un oggetto e il suo scopo differisce così tanto.In secondo luogo, la visione stessa può fornire una descrizione interna della forma di un oggetto osservato, anche se quell'oggetto non è normalmente riconosciuto ... Elizabeth Warrington ha sottolineato il fatto più essenziale della visione umana: parla della forma, dello spazio e della posizione relativa degli oggetti". Se questo è vero, allora gli scienziati che lavorano nel campo della percezione visiva e dell'intelligenza artificiale (compresi quelli che lavorano nel campo della visione artificiale) dovranno cambiare la teoria dei rivelatori dagli esperimenti di Hubel per una serie completamente nuova di tattiche.

Teoria dei moduli

Figura 11. Stereogrammi con punti Bela Jules casuali, quadrato mobile

Il secondo punto di partenza nella ricerca di Marr (dopo il lavoro di Warrington) è l'assunto che il nostro sistema visivo abbia una struttura modulare. In termini informatici, il nostro programma principale "Vision" copre un'ampia gamma di subroutine, ognuna delle quali è completamente indipendente dalle altre e può funzionare indipendentemente da altre subroutine. Un ottimo esempio di tale subroutine (o modulo) è la visione stereoscopica, che percepisce la profondità come risultato dell'elaborazione di immagini da entrambi gli occhi, che sono immagini leggermente diverse l'una dall'altra. In passato, per vedere in tre dimensioni, prima riconosciamo l'intera immagine, quindi decidiamo quali oggetti sono più vicini e quali sono più lontani. Nel 1960, Bela Julesz, insignita del Premio Heineken nel 1985, è stata in grado di dimostrare che la percezione spaziale dei due occhi avviene esclusivamente confrontando piccole differenze tra due immagini prese dalle retine di entrambi gli occhi. Pertanto, si può sentire la profondità anche dove non ci sono oggetti e non dovrebbero esserci oggetti. Per i suoi esperimenti, Jules ha inventato stereogrammi costituiti da punti posizionati in modo casuale (vedi Fig. 11). L'immagine vista dall'occhio destro è identica all'immagine vista dall'occhio sinistro in tutto tranne che nell'area centrale quadrata, che è tagliata e spostata leggermente verso un bordo e nuovamente allineata con lo sfondo. Lo spazio vuoto rimanente è stato quindi riempito con punti casuali. Quando le due immagini (in cui non viene riconosciuto alcun oggetto) vengono visualizzate attraverso uno stereoscopio, il quadrato precedentemente ritagliato sembrerà sospeso sopra lo sfondo. Tali stereogrammi contengono dati spaziali che vengono elaborati automaticamente dal nostro sistema visivo. Pertanto, la stereoscopia è un modulo autonomo del sistema visivo. La teoria dei moduli si è rivelata piuttosto efficace.

Dall'immagine retinica 2D al modello 3D

Figura 12. Durante il processo visivo, l'immagine dalla retina (a sinistra) viene convertita in uno schizzo primario in cui i cambiamenti di intensità diventano evidenti (a destra)

La visione è un processo a più fasi che trasforma le rappresentazioni bidimensionali del mondo esterno (immagini retiniche) in informazioni utili per l'osservatore. Inizia con un'immagine retinica bidimensionale che, pur ignorando per il momento la visione dei colori, conserva solo i livelli di intensità della luce. Nella prima fase, con un solo modulo, questi livelli di intensità vengono convertiti in variazioni di intensità o, in altre parole, in contorni che mostrano bruschi cambiamenti di intensità luminosa. Marr ha stabilito esattamente quale algoritmo è coinvolto in questo caso (descritto matematicamente e, tra l'altro, molto complesso) e come la nostra percezione e le nostre cellule nervose eseguono questo algoritmo. Il risultato della prima fase Marr ha chiamato "schizzo primario", che offre un riepilogo dei cambiamenti nell'intensità della luce, le loro relazioni e la distribuzione attraverso il campo visivo (Fig. 12). Questo è un passo importante, perché nel mondo che vediamo, il cambiamento di intensità è spesso associato ai contorni naturali degli oggetti. Il secondo passo ci porta a quello che Marr ha definito lo "schizzo dimensionale 2.5". Uno schizzo a 2,5 dimensioni riflette l'orientamento e la profondità delle superfici visibili di fronte all'osservatore. Questa immagine è costruita sulla base dei dati non di uno, ma di diversi moduli. Marr ha coniato il concetto molto ampio di "2.5-dimensionalità" per sottolineare che stiamo lavorando con informazioni spaziali che sono visibili dal punto di vista dell'osservatore. Per uno schizzo a 2,5 dimensioni, le distorsioni prospettiche sono caratteristiche e in questa fase l'effettiva disposizione spaziale degli oggetti non può ancora essere determinata in modo univoco. L'immagine dello schizzo 2.5D mostrata qui (Figura 13) illustra diverse aree informative nell'elaborazione di tale schizzo. Tuttavia, immagini di questo tipo non si formano nel nostro cervello.

Figura 13. Schizzo 2.5D - "Rappresentazione centrata della profondità e dell'orientamento delle superfici visibili"

Fino ad ora, il sistema visivo ha operato in modo autonomo, automatico e indipendente dai dati sul mondo esterno immagazzinati nel cervello, utilizzando diversi moduli. Tuttavia, durante la fase finale del processo, è possibile fare riferimento a informazioni già disponibili. Quest'ultima fase di elaborazione fornisce un modello tridimensionale, una chiara descrizione indipendente dall'angolo di visuale dell'osservatore e adatta al confronto diretto con le informazioni visive immagazzinate nel cervello.

Secondo Marr, il ruolo principale nella costruzione di un modello tridimensionale è svolto dalle componenti degli assi direttivi delle forme degli oggetti. Coloro che non hanno familiarità con questa idea potrebbero trovarla non plausibile, ma in realtà ci sono prove a sostegno di questa ipotesi. In primo luogo, molti oggetti del mondo circostante (in particolare animali e piante) possono essere rappresentati abbastanza chiaramente sotto forma di modelli di tubi (o fili). Si riconosce infatti facilmente quanto rappresentato nella riproduzione sotto forma di componenti degli assi di guida (Fig. 14).

Figura 14. Semplici modelli animali possono essere identificati dai loro componenti dell'asse di sterzo

In secondo luogo, questa teoria offre una spiegazione plausibile per il fatto che siamo in grado di smontare visivamente un oggetto nelle sue parti componenti. Ciò si riflette nel nostro linguaggio, che dà nomi diversi a ciascuna parte di un oggetto. Pertanto, quando si descrive il corpo umano, designazioni come "corpo", "mano" e "dito" indicano diverse parti del corpo in base alle loro componenti degli assi (Fig. 15).

Figura 16. Modello ad asse singolo (a sinistra) suddiviso in singoli componenti dell'asse (a destra)

In terzo luogo, questa teoria è coerente con la nostra capacità di generalizzare e allo stesso tempo differenziare le forme. Generalizziamo raggruppando insieme oggetti con gli stessi assi principali e distinguiamo analizzando gli assi figli come rami di un albero. Marr ha proposto algoritmi mediante i quali un modello a 2,5 dimensioni viene convertito in uno tridimensionale. Anche questo processo è per lo più autonomo. Marr ha notato che gli algoritmi che ha sviluppato funzionano solo quando vengono utilizzati assi puri. Ad esempio, se applicato a un pezzo di carta accartocciato, i possibili assi sarebbero molto difficili da identificare e l'algoritmo sarebbe inapplicabile.

La connessione tra il modello 3D e le immagini visive immagazzinate nel cervello viene attivata nel processo di riconoscimento degli oggetti.

C'è una grande lacuna nella nostra conoscenza qui. Come vengono immagazzinate queste immagini visive nel cervello? Come sta andando il processo di riconoscimento? Come viene effettuato un confronto tra immagini conosciute e un'immagine 3D appena composta? Questo è l'ultimo punto che Marr è riuscito a toccare (Fig. 16), ma è necessaria una mole enorme di dati scientifici per portare certezze su questa questione.

Figura 16. Le nuove descrizioni dei moduli sono correlate ai moduli salvati mediante un confronto che si sposta dal modulo generalizzato (in alto) al modulo specifico (in basso)

Sebbene noi stessi non siamo a conoscenza delle varie fasi dell'elaborazione delle informazioni visive, ci sono molti chiari parallelismi tra le fasi e i vari modi in cui abbiamo trasmesso nel tempo un'impressione di spazio su una superficie bidimensionale.

Quindi i puntinisti sottolineano l'immagine non di contorno della retina, mentre le immagini lineari corrispondono allo stadio dello schizzo iniziale. I quadri cubisti possono essere paragonati all'elaborazione di dati visivi propedeutica alla costruzione del modello tridimensionale finale, anche se non era certo questa l'intenzione dell'artista.

L'uomo e il computer

Nel suo complesso approccio all'argomento, Marr ha cercato di dimostrare che possiamo comprendere il processo del vedere senza dover attingere alla conoscenza che è già disponibile per il cervello.

Così, ha aperto una nuova strada per i ricercatori nel campo della percezione visiva. Le sue idee possono essere utilizzate per aprire la strada a un modo più efficiente di implementare il motore visivo. Quando Marr ha scritto il suo libro, doveva essere consapevole dello sforzo che i suoi lettori avrebbero dovuto fare per seguire le sue idee e conclusioni. Questo può essere rintracciato in tutto il suo lavoro ed è visto più chiaramente nel capitolo finale, "In difesa dell'approccio". Si tratta di una "giustificazione" polemica di 25 pagine stampate, in cui usa un momento propizio per giustificare i suoi obiettivi. In questo capitolo, sta parlando con un avversario immaginario che attacca Marr con argomenti come i seguenti:

"Sono ancora insoddisfatto della descrizione di questo processo interconnesso e dell'idea che tutta la restante ricchezza di dettagli sia solo una descrizione. Suona un po' troppo primitivo... Man mano che ci avviciniamo a dire che il cervello è un computer, Devo dire tutto ciò che temo sempre di più per la conservazione del significato dei valori umani.

Marr offre una risposta intrigante: "L'affermazione che il cervello è un computer è corretta, ma fuorviante. Il cervello è davvero un dispositivo di elaborazione delle informazioni altamente specializzato, o meglio il più grande di essi. Considerare il nostro cervello come un dispositivo di elaborazione dei dati non sminuisce o negare i valori umani.In ogni caso, li sostiene solo e può, alla fine, aiutarci a capire cosa sono i valori umani da un punto di vista così informativo, perché hanno un significato selettivo e come sono collegati a le norme sociali e sociali che i nostri geni ci hanno fornito".

La struttura dell'occhio è molto complessa. Appartiene agli organi di senso ed è responsabile della percezione della luce. I fotorecettori possono percepire i raggi luminosi solo in un certo intervallo di lunghezze d'onda. Fondamentalmente, l'effetto irritante sull'occhio è esercitato dalla luce con una lunghezza d'onda di 400-800 nm. Successivamente si formano impulsi afferenti, che vanno oltre i centri del cervello. È così che si formano le immagini visive. L'occhio svolge varie funzioni, ad esempio può determinare la forma, le dimensioni degli oggetti, la distanza dall'occhio all'oggetto, la direzione del movimento, l'illuminazione, il colore e una serie di altri parametri.

Mezzi di rifrazione

Nella struttura del bulbo oculare si distinguono due sistemi. Il primo include supporti ottici che hanno una capacità di rifrazione della luce. Il secondo sistema comprende l'apparato recettore della retina.

I mezzi di rifrazione del bulbo oculare uniscono la cornea, il contenuto liquido della camera anteriore dell'occhio, il cristallino e il corpo vitreo. A seconda del tipo di mezzo, l'indice di rifrazione varia. In particolare, questo indicatore è 1,37 per la cornea, 1,33 per il corpo steleide e il liquido della camera anteriore, 1,38 per il cristallino e 1,4 per il suo nucleo denso. La condizione principale per una visione normale è la trasparenza dei mezzi di rifrazione della luce.

La lunghezza focale determina il grado di rifrazione del sistema ottico, espresso in diottrie. La relazione in questo caso è inversamente proporzionale. La diottria si riferisce alla potenza di un obiettivo la cui lunghezza focale è di 1 metro. Se misuriamo il potere ottico in diottrie, allora per il mezzo trasparente dell'occhio sarà 43 per la cornea e per l'obiettivo varierà a seconda della distanza dell'oggetto. Se il paziente guarda in lontananza, allora sarà 19 (e per l'intero sistema ottico -58), e alla massima approssimazione dell'oggetto - 33 (per l'intero sistema ottico - 70).

Rifrazione statica e dinamica dell'occhio

La rifrazione è l'impostazione ottica del bulbo oculare quando si mette a fuoco oggetti distanti.

Se l'occhio è normale, un raggio di raggi paralleli proveniente da un oggetto infinitamente distante viene rifratto in modo tale che il loro fuoco coincida con la fovea centrale della retina. Un tale bulbo oculare è chiamato emmetrope. Tuttavia, non sempre una persona può vantarsi di tali occhi.
Ad esempio, la miopia è accompagnata da un aumento della lunghezza del bulbo oculare (supera i 22,5-23 mm) o da un aumento del potere di rifrazione dell'occhio dovuto a un cambiamento nella curvatura del cristallino. In questo caso, un raggio di luce parallelo non cade sulla zona della macula, ma viene proiettato davanti ad essa. Di conseguenza, i raggi già divergenti cadono sul piano della retina. In questo caso, l'immagine è sfocata. L'occhio è chiamato miope. Per rendere chiara l'immagine, è necessario spostare la messa a fuoco sul piano della retina. Ciò può essere ottenuto se il raggio di luce non ha raggi paralleli, ma divergenti. Questo può spiegare il fatto che un paziente miope vede bene da vicino.

Per la correzione da contatto della miopia vengono utilizzate lenti biconcave che possono spostare l'attenzione sull'area della macula. Ciò può compensare l'aumentato potere di rifrazione della sostanza della lente. Abbastanza spesso, la miopia è ereditaria. Allo stesso tempo, il picco di incidenza si verifica in età scolare ed è associato a una violazione delle norme igieniche. Nei casi più gravi, la miopia può causare cambiamenti secondari nella retina, che possono essere accompagnati da una significativa diminuzione della vista e persino dalla cecità. A questo proposito, è molto importante attuare tempestivamente misure preventive e terapeutiche, compresa una corretta alimentazione, esercizio fisico e rispetto delle raccomandazioni igieniche.

L'ipermetropia è accompagnata da una diminuzione della lunghezza dell'occhio o da una diminuzione dell'indice di rifrazione dei supporti ottici. In questo caso, un raggio di raggi paralleli proveniente da un oggetto distante cade oltre il piano della retina. Nella macula viene proiettata una sezione di raggi convergenti, cioè l'immagine è sfocata. L'occhio è chiamato ipermetrope, cioè ipermetrope. A differenza dell'occhio normale, in questo caso il punto di visione chiara più vicino è a una certa distanza. Per correggere l'ipermetropia si possono utilizzare lenti doppiamente convesse per aumentare il potere refrattivo dell'occhio. È importante capire che la vera ipermetropia congenita o acquisita è diversa dalla presbiopia (ipermetropia senile).

Con l'astigmatismo, la capacità di concentrare i raggi luminosi in un punto è compromessa, ovvero la messa a fuoco è rappresentata da un punto. Ciò è dovuto al fatto che la curvatura del cristallino varia nei diversi meridiani. Con un maggiore potere di rifrazione verticale, l'astigmatismo viene solitamente chiamato diretto, con un aumento della componente orizzontale - inversa. Anche nel caso di un bulbo oculare normale, è in qualche modo astigmatico, poiché non c'è una cornea perfettamente uniforme. Se consideriamo un disco con cerchi concentrici, si verifica il loro leggero appiattimento. Se l'astigmatismo porta a una funzione visiva compromessa, viene corretto utilizzando lenti cilindriche, che si trovano nei meridiani corrispondenti.

La sistemazione dell'occhio fornisce un'immagine chiara anche a diverse distanze degli oggetti. Questa funzione diventa possibile grazie alle proprietà elastiche della lente, che cambia liberamente la curvatura e, di conseguenza, il potere di rifrazione. A questo proposito, anche quando l'oggetto si muove, i raggi riflessi da esso sono focalizzati sul piano della retina. Quando una persona guarda oggetti infinitamente distanti, il muscolo ciliare è in uno stato rilassato, il legamento di zon, che è attaccato alla capsula del cristallino anteriore e posteriore, è allungato. Quando le fibre del legamento zinn vengono allungate, il cristallino viene allungato, cioè la sua curvatura diminuisce. Quando si guarda in lontananza a causa della più piccola curvatura dell'obiettivo, anche il suo potere di rifrazione è il più piccolo. Quando un oggetto si avvicina all'occhio, il muscolo ciliare si contrae. Di conseguenza, il legamento di zinn si rilassa, cioè la lente smette di allungarsi. In caso di completo rilassamento delle fibre del legamento di Zinn, la lente sotto l'azione della gravità cade di circa 0,3 mm. A causa delle proprietà elastiche, il cristallino in assenza di tensione diventa più convesso e il suo potere di rifrazione aumenta.

Per la contrazione delle fibre del muscolo ciliare, è responsabile l'eccitazione delle fibre parasimpatiche del nervo oculomotore, che rispondono all'afflusso di impulsi afferenti nella zona del mesencefalo.

Se l'accomodazione non funziona, cioè una persona guarda in lontananza, il raggio anteriore della curvatura dell'obiettivo è di 10 mm, con la massima contrazione del muscolo ciliare, il raggio anteriore della curvatura dell'obiettivo cambia a 5,3 mm. Meno significative le variazioni del raggio posteriore: da 6 mm si scende a 5,5 mm.

La sistemazione inizia a funzionare nel momento in cui l'oggetto si avvicina a una distanza di circa 65 metri. In questo caso, il muscolo ciliare passa da uno stato rilassato a uno teso. Tuttavia, con una tale lontananza degli oggetti, la tensione delle fibre non è eccezionale. Una contrazione muscolare più significativa si verifica quando un oggetto si avvicina fino a 5-10 metri. In futuro, il grado di accomodamento aumenta progressivamente fino a quando l'oggetto lascia la zona di chiara visibilità. La minima distanza alla quale un oggetto può ancora essere visto chiaramente è chiamata il punto di visione nitida più vicina. Normalmente, il punto lontano della visione chiara è infinitamente lontano. È interessante notare che negli uccelli e nei mammiferi il meccanismo di accomodamento è simile a quello degli esseri umani.

Con l'età, c'è una diminuzione dell'elasticità della lente dell'obiettivo, mentre l'ampiezza dell'accomodazione diminuisce. In questo caso, il punto distante di visione chiara di solito rimane nello stesso punto e quello più vicino si allontana gradualmente.

È importante notare che quando si pratica a distanza ravvicinata, circa un terzo dell'alloggio rimane di riserva, quindi l'occhio non si stanca.

Con l'ipermetropia senile, il punto più vicino di visione chiara viene rimosso a causa di una diminuzione dell'elasticità del cristallino. Con la presbiopia, il potere rifrattivo della lente dell'obiettivo diminuisce anche con il massimo sforzo di accomodamento. All'età di dieci anni, il punto più vicino si trova a 7 cm dall'occhio, a 20 anni si sposta di 8,3 cm, a 30 anni - fino a 11 cm, a sessant'anni si sposta già a 80-100 cm.
Costruire un'immagine sulla retina

L'occhio è un sistema ottico molto complesso. Per studiarne le proprietà viene utilizzato un modello semplificato, chiamato occhio ridotto. L'asse visivo di questo modello coincide con l'asse di un normale bulbo oculare e passa attraverso i centri dei mezzi di rifrazione, entrando nella fovea centrale.

Nel modello ridotto dell'occhio, solo la sostanza del corpo vitreo, in cui non ci sono punti principali che giacciono nell'area di intersezione dei piani di rifrazione, viene definita mezzo di rifrazione. Nel vero bulbo oculare, due punti nodali si trovano a una distanza di 0,3 mm l'uno dall'altro, sono sostituiti da un punto. Il raggio che passa per il punto nodale deve necessariamente passare attraverso il coniugato ad esso, lasciandolo in direzione parallela. Cioè, nel modello ridotto, due punti sono sostituiti da uno, che si trova a una distanza di 7,5 mm dalla superficie della cornea, cioè nel terzo posteriore della lente. Il punto nodale è a 15 mm dalla retina. Nel caso dell'imaging, tutti i punti della retina sono considerati luminosi. Da ciascuno di essi viene tracciata una linea retta attraverso il punto nodale.

L'immagine che si forma sulla retina è ridotta, rovesciata e reale. Per determinare la dimensione sulla retina, è necessario correggere una parola lunga stampata in caratteri piccoli. Allo stesso tempo, viene determinato quante lettere il paziente può distinguere con completa immobilità del bulbo oculare. Successivamente, la lunghezza delle lettere in millimetri viene misurata con un righello. Inoltre, mediante calcoli geometrici, è possibile determinare la lunghezza dell'immagine sulla retina. Questa dimensione dà un'idea del diametro della macula, che è responsabile della visione nitida centrale.

L'immagine sulla retina è invertita, ma noi vediamo gli oggetti diritti. Ciò è dovuto all'allenamento quotidiano del cervello, in particolare dell'analizzatore visivo. Per determinare la posizione nello spazio, oltre agli stimoli della retina, una persona utilizza l'eccitazione dei propriorecettori dell'apparato muscolare dell'occhio, nonché le letture di altri analizzatori.

Possiamo dire che la formazione di idee sulla posizione del corpo nello spazio si basa su riflessi condizionati.

Trasmissione di informazioni visive

In recenti studi scientifici, è stato scoperto che nel processo di sviluppo evolutivo, il numero di elementi che trasmettono informazioni dai fotorecettori aumenta insieme al numero di catene parallele di neuroni afferenti. Questo può essere visto sull'analizzatore uditivo, ma in misura maggiore sull'analizzatore visivo.

Ci sono circa un milione di fibre nervose nel nervo ottico. Ogni fibra è divisa in 5-6 parti nel diencefalo e termina con sinapsi nella zona del corpo genicolato esterno. Allo stesso tempo, ogni fibra nel percorso dal corpo genicolato agli emisferi cerebrali entra in contatto con 5000 neuroni collegati all'analizzatore visivo. Ogni neurone dell'analizzatore visivo riceve informazioni da altri 4000 neuroni. Di conseguenza, c'è una significativa espansione del contatto visivo verso i grandi emisferi del cervello.

I fotorecettori nella retina possono trasmettere informazioni una volta nel momento in cui appare un nuovo oggetto. Se l'immagine non cambia, a seguito dell'adattamento i recettori cessano di essere eccitati, ciò è dovuto al fatto che le informazioni sulle immagini statiche non vengono trasmesse al cervello. Anche nella retina ci sono recettori che trasmettono solo immagini di oggetti, mentre altri reagiscono al movimento, alla comparsa, alla scomparsa di un segnale luminoso.

Durante la veglia, i segnali afferenti dai fotorecettori vengono costantemente trasmessi lungo i nervi ottici. In diverse condizioni di illuminazione, questi impulsi possono essere eccitati o inibiti. Ci sono tre tipi di fibre nel nervo ottico. Il primo tipo comprende fibre che rispondono solo all'inclusione della luce. Il secondo tipo di fibre porta all'inibizione degli impulsi afferenti e reagisce alla cessazione dell'illuminazione. Se l'illuminazione viene riaccesa, la scarica di impulsi in questo tipo di fibra sarà inibita. Il terzo tipo include il maggior numero di fibre. Rispondono sia all'accensione che allo spegnimento dell'illuminazione.

L'analisi matematica dei risultati degli studi elettrofisiologici ha rivelato che l'immagine viene ingrandita lungo il percorso dalla retina all'analizzatore visivo.

Gli elementi della percezione visiva sono le linee. Innanzitutto, il sistema visivo evidenzia i contorni degli oggetti. Bastano meccanismi innati per evidenziare i contorni degli oggetti.

Nella retina c'è una sommatoria temporale e spaziale di tutti gli stimoli visivi relativi ai campi recettivi. Il loro numero in condizioni di illuminazione normale può raggiungere gli 800mila, che corrisponde approssimativamente al numero di fibre nel nervo ottico.

Per la regolazione del metabolismo nei recettori della retina esiste una formazione reticolare. Se lo irriti con una corrente elettrica usando elettrodi ad ago, allora la frequenza degli impulsi afferenti che sorgono nei fotorecettori in risposta a un lampo di luce cambia. La formazione reticolare agisce sui fotorecettori attraverso sottili fibre gamma efferenti che penetrano nella retina, nonché attraverso l'apparato propriocettore. Di solito, qualche tempo dopo l'inizio dell'irritazione retinica, gli impulsi afferenti aumentano improvvisamente. Questo effetto può persistere a lungo anche dopo la cessazione dell'irritazione. Possiamo dire che l'eccitabilità della retina è significativamente aumentata dai neuroni simpatici adrenergici, che appartengono alla formazione reticolare. Sono caratterizzati da un lungo periodo di latenza e da un lungo effetto collaterale.

Ci sono due tipi di campi recettivi nella retina. Il primo include elementi che codificano le configurazioni dell'immagine più semplici, tenendo conto delle singole strutture. Il secondo tipo è responsabile della codifica della configurazione nel suo insieme, a causa del loro lavoro, le immagini visive vengono ingrandite. In altre parole, la codifica statica inizia a livello della retina. Dopo aver lasciato la retina, gli impulsi entrano nella zona dei corpi genicolati esterni, dove avviene la codifica principale dell'immagine visiva mediante grandi blocchi. Anche in questa zona vengono trasmessi singoli frammenti della configurazione dell'immagine, la velocità e la direzione del suo movimento.

Per tutta la vita, c'è una memorizzazione riflessa condizionata di immagini visive che hanno un significato biologico. Di conseguenza, i recettori retinici possono trasmettere segnali visivi individuali, ma i metodi di decodifica non sono ancora noti.

Dalla fovea escono circa 30mila fibre nervose, con l'aiuto delle quali vengono trasmessi 900mila bit di informazioni in 0,1 secondi. Allo stesso tempo, non possono essere elaborati più di 4 bit di informazioni nella zona visiva degli emisferi cerebrali. Cioè, la quantità di informazioni visive è limitata non dalla retina, ma dalla decodifica nei centri visivi superiori.

L'occhio, il bulbo oculare ha una forma quasi sferica, di circa 2,5 cm di diametro. Si compone di diversi gusci, di cui tre sono i principali:

• sclera è lo strato esterno
• coroide - medio,
• la retina è interna.

Riso. 1. Rappresentazione schematica del meccanismo di accomodamento a sinistra - messa a fuoco in lontananza; a destra - concentrandosi su oggetti vicini.

La sclera è bianca con riflessi lattiginosi, ad eccezione della sua parte anteriore, che è trasparente e si chiama cornea. La luce entra nell'occhio attraverso la cornea. La coroide, lo strato intermedio, contiene i vasi sanguigni che portano il sangue per nutrire l'occhio. Appena sotto la cornea, la coroide passa nell'iride, che determina il colore degli occhi. Al centro c'è la pupilla. La funzione di questo guscio è limitare l'ingresso di luce nell'occhio ad alta luminosità. Ciò si ottiene restringendo la pupilla in condizioni di luce intensa e dilatandola in condizioni di scarsa illuminazione. Dietro l'iride c'è una lente biconvessa simile a una lente che cattura la luce mentre passa attraverso la pupilla e la focalizza sulla retina. Intorno al cristallino, la coroide forma un corpo ciliare, che contiene un muscolo che regola la curvatura del cristallino, che fornisce una visione chiara e distinta degli oggetti a diverse distanze. Ciò si ottiene come segue (Fig. 1).

Allievoè un foro al centro dell'iride attraverso il quale i raggi luminosi passano nell'occhio. In un adulto a riposo, il diametro della pupilla alla luce del giorno è di 1,5-2 mm e al buio aumenta a 7,5 mm. Il principale ruolo fisiologico della pupilla è quello di regolare la quantità di luce che entra nella retina.

La costrizione della pupilla (miosi) si verifica con un aumento dell'illuminazione (questo limita il flusso luminoso che entra nella retina e, quindi, funge da meccanismo protettivo), quando si osservano oggetti ravvicinati, quando si verificano accomodazione e convergenza degli assi visivi (convergenza), così come durante.

La dilatazione della pupilla (midriasi) si verifica in condizioni di scarsa illuminazione (che aumenta l'illuminazione della retina e quindi aumenta la sensibilità dell'occhio), così come quando eccitato, eventuali nervi afferenti, con reazioni di stress emotivo associate ad un aumento del tono simpatico, con eccitazioni mentali, soffocamento,.

La dimensione della pupilla è regolata dai muscoli anulari e radiali dell'iride. Il muscolo radiale, che dilata la pupilla, è innervato da un nervo simpatico proveniente dal ganglio cervicale superiore. Il muscolo anulare, che restringe la pupilla, è innervato dalle fibre parasimpatiche del nervo oculomotore.

Fig 2. Schema della struttura dell'analizzatore visivo

1 - retina, 2 - fibre nervose ottiche non incrociate, 3 - fibre nervose ottiche incrociate, 4 - tratto ottico, 5 - corpo genicolato laterale, 6 - radice laterale, 7 - lobi visivi.
La distanza più piccola da un oggetto all'occhio, alla quale questo oggetto è ancora chiaramente visibile, è chiamata punto vicino di visione chiara, e la distanza maggiore è chiamata punto lontano di visione chiara. Quando un oggetto si trova in un punto vicino, la sistemazione è massima, in un punto lontano non c'è sistemazione. La differenza tra i poteri di rifrazione dell'occhio al massimo accomodamento ea riposo è chiamata potere di accomodamento. L'unità di potenza ottica è la potenza ottica di un obiettivo con una lunghezza focale1 metro. Questa unità è chiamata diottria. Per determinare la potenza ottica dell'obiettivo in diottrie, si dovrebbe dividere per la lunghezza focale in metri. La quantità di alloggio non è la stessa per persone diverse e varia a seconda dell'età da 0 a 14 diottrie.

Per una visione nitida di un oggetto è necessario che i raggi di ciascuno dei suoi punti siano focalizzati sulla retina. Se guardi in lontananza, gli oggetti vicini non sono chiaramente visibili, sfocati, poiché i raggi dei punti vicini sono focalizzati dietro la retina. È impossibile vedere contemporaneamente gli oggetti in modo altrettanto chiaro a distanze diverse dall'occhio.

Rifrazione(rifrazione dei raggi) riflette la capacità del sistema ottico dell'occhio di mettere a fuoco l'immagine di un oggetto sulla retina. Le peculiarità delle proprietà di rifrazione di qualsiasi occhio includono il fenomeno aberrazione sferica . Sta nel fatto che i raggi che passano attraverso le parti periferiche della lente vengono rifratti più fortemente dei raggi che passano attraverso le sue parti centrali (Fig. 65). Pertanto, i raggi centrale e periferico non convergono in un punto. Tuttavia, questa caratteristica della rifrazione non interferisce con una visione chiara dell'oggetto, poiché l'iride non trasmette raggi e quindi elimina quelli che passano attraverso la periferia della lente. Viene chiamata la rifrazione ineguale di raggi di diverse lunghezze d'onda aberrazione cromatica .

Il potere di rifrazione del sistema ottico (rifrazione), ovvero la capacità dell'occhio di rifrangere, viene misurato in unità convenzionali: le diottrie. La diottria è il potere di rifrazione di una lente, in cui i raggi paralleli, dopo la rifrazione, vengono raccolti in un fuoco a una distanza di 1 m.

Riso. 3. Il corso dei raggi in vari tipi di rifrazione clinica dell'occhio a - emetropia (normale); b - miopia (miopia); c - ipermetropia (ipermetropia); d - astigmatismo.

Vediamo chiaramente il mondo che ci circonda quando tutti i reparti “lavorano” armoniosamente e senza interferenze. Affinché l'immagine sia nitida, la retina deve ovviamente trovarsi nel fuoco posteriore del sistema ottico dell'occhio. Vengono chiamate varie violazioni della rifrazione dei raggi luminosi nel sistema ottico dell'occhio, che portano alla sfocatura dell'immagine sulla retina errori di rifrazione (ametropia). Questi includono miopia, ipermetropia, ipermetropia legata all'età e astigmatismo (Fig. 3).

Con una visione normale, che si chiama emmetrope, l'acuità visiva, cioè la massima capacità dell'occhio di distinguere i singoli dettagli degli oggetti di solito raggiunge un'unità convenzionale. Ciò significa che una persona è in grado di vedere due punti separati, visibili con un angolo di 1 minuto.

Con un'anomalia di rifrazione, l'acuità visiva è sempre inferiore a 1. Esistono tre tipi principali di errore di rifrazione: astigmatismo, miopia (miopia) e ipermetropia (ipermetropia).

Gli errori di rifrazione causano miopia o ipermetropia. La rifrazione dell'occhio cambia con l'età: è minore del normale nei neonati, in età avanzata può diminuire nuovamente (la cosiddetta ipermetropia senile o presbiopia).

Schema di correzione della miopia

Astigmatismo a causa del fatto che, a causa di caratteristiche congenite, il sistema ottico dell'occhio (cornea e cristallino) rifrange i raggi in modo diverso in direzioni diverse (lungo il meridiano orizzontale o verticale). In altre parole, il fenomeno dell'aberrazione sferica in queste persone è molto più pronunciato del solito (e non è compensato dalla costrizione della pupilla). Quindi, se la curvatura della superficie della cornea in una sezione verticale è maggiore che in una sezione orizzontale, l'immagine sulla retina non sarà nitida, indipendentemente dalla distanza dall'oggetto.

La cornea avrà, per così dire, due fuochi principali: uno per la sezione verticale, l'altro per quella orizzontale. Pertanto, i raggi di luce che passano attraverso l'occhio astigmatico saranno focalizzati su piani diversi: se le linee orizzontali dell'oggetto sono focalizzate sulla retina, le linee verticali sono davanti ad essa. Indossare lenti cilindriche, abbinate al vero difetto del sistema ottico, compensa in una certa misura questo errore di rifrazione.

Miopia e lungimiranza a causa dei cambiamenti nella lunghezza del bulbo oculare. Con rifrazione normale, la distanza tra la cornea e la fovea centrale (macchia gialla) è di 24,4 mm. Con la miopia (miopia), l'asse longitudinale dell'occhio è più grande di 24,4 mm, quindi i raggi di un oggetto distante non sono focalizzati sulla retina, ma davanti ad essa, nel corpo vitreo. Per vedere chiaramente in lontananza, è necessario posizionare lenti concave davanti agli occhi miopi, che spingeranno l'immagine messa a fuoco sulla retina. In un occhio ipermetrope, l'asse longitudinale dell'occhio è accorciato; inferiore a 24,4 mm. Pertanto, i raggi di un oggetto distante non sono focalizzati sulla retina, ma dietro di essa. Questa mancanza di rifrazione può essere compensata da uno sforzo accomodativo, ad es. un aumento della convessità del cristallino. Pertanto, una persona lungimirante affatica il muscolo accomodativo, considerando non solo oggetti vicini, ma anche distanti. Quando si osservano oggetti vicini, gli sforzi accomodativi delle persone presbiti sono insufficienti. Pertanto, per leggere, le persone ipermetropi dovrebbero indossare occhiali con lenti biconvesse che migliorano la rifrazione della luce.

Gli errori di rifrazione, in particolare la miopia e l'ipermetropia, sono comuni anche tra gli animali, ad esempio nei cavalli; la miopia è molto spesso osservata nelle pecore, in particolare nelle razze coltivate.