Бинокулярное зрение - Binocular vision

Принцип бинокулярного зрения с гороптер показано

В биология, бинокулярное зрение это тип зрение в котором у животного два глаза способны смотреть в одном направлении, чтобы воспринимать один трехмерное изображение его окрестностей. Исследователь-невролог Манфред Фале (Manfred Fahle) назвал шесть особых преимуществ наличия двух глаз вместо одного:[1]

  1. Он дает существу «запасной глаз» на случай повреждения.
  2. Это дает более широкий поле зрения. Например, у людей максимальное горизонтальное поле зрения составляет приблизительно 190 градусов двумя глазами, из которых примерно 120 градусов составляют бинокулярное поле зрения (видимое обоими глазами), окруженное двумя униокулярными полями (видимыми только одним глазом). примерно 40 градусов.[2]
  3. Это может дать стереопсис в котором бинокулярное неравенство (или же параллакс ) обеспечивается разным положением двух глаз на голове, что дает точное восприятие глубины. Это также позволяет существу сломать камуфляж другого существа.
  4. Это позволяет углы обзора глаз относительно друг друга (вершина ), и эти линии относительно конкретного объекта (угол взгляда ) для определения по изображениям в двух глазах.[3] Эти свойства необходимы для третьего преимущества.
  5. Это позволяет существу видеть больше или весь объект за препятствием. На это преимущество указали Леонардо да Винчи, который заметил, что вертикальный столбец ближе к глазам, чем объект, на который смотрит существо, может блокировать часть объекта для левого глаза, но эта часть объекта может быть видна правым глазом.
  6. Это дает бинокулярное суммирование в котором улучшена способность обнаруживать слабые объекты.[4]

Другие явления бинокулярного зрения включают: всесторонняя дискриминация (способность определить, какой из двух глаз стимулировался светом),[5] доминирование глаз (привычка использовать один глаз при прицеливании, даже если оба глаза открыты),[6] аллелотропия (усреднение визуального направления объектов, просматриваемых каждым глазом, когда оба глаза открыты),[7] бинокулярный синтез или единство видения (видеть один объект обоими глазами, несмотря на то, что каждый глаз имеет собственное изображение объекта),[8] и бинокулярное соперничество (видеть, как изображение одного глаза случайным образом чередуется с изображением другого, когда каждый глаз просматривает изображения, которые настолько разные, что их невозможно объединить).[9]

Бинокулярное зрение помогает развивать такие исполнительные навыки, как ловля, хватание и передвижение.[10] Это также позволяет людям обходить препятствия и обходить их с большей скоростью и с большей уверенностью.[11] Оптометристы и / или ортоптики являются офтальмологами, которые решают проблемы с бинокулярным зрением.

Этимология

Период, термин бинокль происходит из двух латинский корни, бини для двойного, и окулус для глаз.[12]

Поле зрения и движения глаз

Поле зрения голубя по сравнению с полем зрения совы.

Некоторые животные - обычно, но не всегда, добыча животные - расположите два глаза по разные стороны головы, чтобы получить как можно более широкий поле зрения. Примеры включают кролики, буйволы, и антилопы. У таких животных глаза часто двигаются независимо, чтобы увеличить поле зрения. Даже не двигая глазами, некоторые птицы имеют поле зрения на 360 градусов.

Некоторые другие животные - обычно, но не всегда, хищный животные - у них два глаза расположены на передней части головы, что обеспечивает бинокулярное зрение и уменьшает их поле зрения в пользу стереопсис. Однако передние глаза - это высокоразвитая черта позвоночных, и есть только три группы позвоночных с действительно обращенными вперед глазами: приматы, хищные млекопитающие, и хищные птицы.

Некоторые хищные животные, особенно крупные, такие как кашалоты и косатки, имеют два глаза по разные стороны головы, хотя возможно, что у них есть бинокулярное поле зрения.[13]Другие животные, которые не обязательно являются хищниками, например фруктовые летучие мыши и ряд приматы также имеют глаза, обращенные вперед. Обычно это животные, которым требуется тонкое различение / восприятие глубины; например, бинокулярное зрение улучшает способность собирать выбранный фрукт или находить и хватать конкретную ветку.

Направление точки относительно головы (угол между положением прямо перед собой и видимым положением точки от эгоцентра) называется визуальным направлением, или версия. Угол между лучом зрения двух глаз при фиксации точки называется абсолютным несоответствием, бинокулярным параллаксом или вершина спрос (обычно просто вергенция). Связь между положением двух глаз, версией и вергентностью описывается следующим образом: Закон визуального направления Геринга.

У животных с обращенными вперед глазами глаза обычно движутся вместе.

В венценосный журавль, животное с боковыми глазами, которые также могут смотреть вперед.

Движения глаз являются либо соединительными (в одном направлении), либо версиями движений глаз, обычно описываемых по их типу: саккады или плавное преследование (также нистагм и вестибулоокулярный рефлекс ). Или они дизъюнктивные (в противоположном направлении), вергентные движения глаз. Связь между версией и вергентностью движений глаз у людей (и большинства животных) описывается следующим образом: Закон равной иннервации Геринга.

Некоторые животные используют обе вышеуказанные стратегии. А скворец, например, имеет глаза, расположенные сбоку, чтобы охватить широкое поле зрения, но также может перемещать их вместе, чтобы указывать вперед, так что их поля перекрываются, давая стереопсис. Замечательный пример - хамелеон, чьи глаза выглядят так, как будто они сидят на турели, каждый из которых движется независимо от другого, вверх или вниз, влево или вправо. Тем не менее, во время охоты хамелеон может направить оба глаза на один объект, демонстрируя вергентность и стереопсис.

Бинокулярное суммирование

Бинокулярное суммирование - это процесс, при котором порог обнаружения стимул с двумя глазами ниже, чем с одним.[14] При сравнении характеристик бинокля и монокуляра существуют различные возможности.[14] Суммирование нейронного бинокля происходит, когда бинокулярный ответ превышает сумму вероятности. Суммирование вероятностей предполагает полную независимость между глазами и предсказывает соотношение в пределах 9-25%. Бинокулярное торможение происходит, когда бинокулярные характеристики ниже, чем у монокуляров. Это говорит о том, что слабый глаз влияет на хороший глаз и вызывает общее комбинированное зрение.[14] Максимальное суммирование бинокля происходит при одинаковой чувствительности монокуляров. Неравная чувствительность монокуляра снижает суммирование бинокля. Чувствительность к расстройствам зрения, таким как односторонняя катаракта и амблиопия, неодинакова.[14] Другие факторы, которые могут влиять на суммирование бинокля, включают пространственную частоту, стимулирование точек сетчатки и временное разделение.[14]

Бинокулярное взаимодействие

Помимо бинокулярного суммирования, два глаза могут влиять друг на друга как минимум тремя способами.

  • Диаметр зрачка. Свет, падающий в один глаз, влияет на диаметр глаза. зрачки в оба глаза. Это легко увидеть, посмотрев в глаз друга, когда он закрывает другой: когда другой глаз открыт, зрачок первого глаза маленький; когда другой глаз закрыт, зрачок первого глаза большой.
  • Проживание и вершина. Аккомодация - это состояние фокусировки глаза. Если один глаз открыт, а другой закрыт, и один фокусируется на чем-то близком, аккомодация закрытого глаза станет такой же, как у открытого глаза. Более того, закрытый глаз будет стремиться указывать на объект. Аккомодация и конвергенция связаны рефлексом, так что одно вызывает другое.
  • Межглазный перенос. Штат приспособление одного глаза может незначительно повлиять на состояние световой адаптации другого. Последствия индуцированное через один глаз можно измерить через другой.

Единство видения

Когда поля зрения перекрываются, возникает возможность путаницы между левым и правым глазом изображения одного и того же объекта. С этим можно справиться двумя способами: одно изображение может быть подавлен, так что будет виден только другой, или два изображения могут быть объединены. Если видны два изображения одного объекта, это называется двойное зрение или диплопия.

Слияние изображений (обычно называемое «бинокулярным слиянием») происходит только в небольшом объеме визуального пространства вокруг, где глаза фиксируются. Через точку фиксации в горизонтальной плоскости проходит изогнутая линия, по которой предметы попадают в соответствующие точки сетчатки обоих глаз. Эта линия называется эмпирической горизонталью. гороптер. Существует также эмпирический вертикальный гороптер, который эффективно отклоняется от глаз выше точки фиксации и к глазам ниже точки фиксации. Горизонтальные и вертикальные хороптеры отмечают центр объема единства видения. В этом тонком изогнутом объеме объекты ближе и дальше, чем хороптеры, рассматриваются как одиночные. Объем известен как Площадь слияния Панума (это предположительно называется площадью, потому что Панум измерял ее только в горизонтальной плоскости). За пределами области слияния Панума (объема) возникает двоение в глазах.

Доминирование глаз

Основная статья: Глазное доминирование

Когда каждый глаз имеет собственное изображение объектов, становится невозможно выровнять изображения вне Площадь слияния Панума с изображением внутри области.[15] Это случается, когда нужно указать пальцем на удаленный объект. Когда вы смотрите на кончик пальца, он один, но есть два изображения удаленного объекта. Когда кто-то смотрит на далекий объект, он один, но есть два изображения кончика пальца. Для успешного наведения указателя одно из двойных изображений должно иметь приоритет, а другое игнорироваться или подавляться (так называемое «доминирование глаз»). Глаз, который может двигаться быстрее к объекту и оставаться на нем, с большей вероятностью будет называться доминирующий глаз.[15]

Стереопсис

Основная статья: Стереопсис

Перекрытие зрения происходит из-за положения глаз на голове (глаза располагаются на передней части головы, а не по бокам). Это перекрытие позволяет каждому глазу рассматривать объекты с немного другой точки зрения. В результате такого перекрытия зрения бинокулярное зрение обеспечивает глубину.[16] Стереопсис (от стерео, означающего «твердый» или «трехмерный», и «opsis», означающего «внешний вид» или «вид») - это впечатление глубины, которое воспринимается, когда на сцену смотрит двумя глазами кто-то с нормальным бинокулярным зрением.[16] Бинокулярный просмотр сцены создает два немного разных изображения сцены в двух глазах из-за разного положения глаз на голове. Эти различия, называемые бинокулярным несоответствием, предоставляют информацию, которую мозг может использовать для вычисления глубины визуальной сцены, обеспечивая основное средство восприятия глубины.[16] Есть два аспекта стереопсис: природа информации стимула, определяющей стереопсис, и природа мозговых процессов, ответственных за регистрацию этой информации.[16] Расстояние между двумя глазами у взрослого человека почти всегда составляет 6,5 см, и это такое же расстояние в сдвиге изображения при просмотре только одним глазом.[16] Несоответствие сетчатки - это разделение между объектами, видимыми левым и правым глазом, которое помогает обеспечить восприятие глубины.[16] Несоответствие сетчатки обеспечивает относительную глубину между двумя объектами, но не точную или абсолютную глубину. Чем ближе объекты друг к другу, тем меньше разница в сетчатке. Если объекты находятся дальше друг от друга, диспаратность сетчатки будет больше. Когда объекты находятся на равном расстоянии, два глаза видят объекты как одинаковые, и неравенство отсутствует.[16]

Аллелотропия

Поскольку глаза находятся в разных положениях на голове, любой объект вне фиксации и вне плоскости гороптера имеет другое положение. визуальное направление в каждый глаз. Тем не менее, когда два монокулярных изображения объекта сливаются, создавая Циклопическое изображение, объект имеет новое визуальное направление, по существу среднее из двух направлений зрения монокуляра. Это называется аллелотропией.[7]Источником нового визуального направления является точка примерно между двумя глазами, так называемая циклопический глаз. Положение циклопического глаза обычно не находится точно по центру между глазами, но имеет тенденцию быть ближе к доминирующему глазу.

Бинокль соперничество

Основная статья: Бинокль соперничество

Когда одни и те же области сетчатки двух глаз демонстрируют очень разные изображения, восприятие на несколько мгновений останавливается на одном, затем на другом, затем на первом и так далее, пока кто-то хочет смотреть. Такое чередование восприятия изображений двух глаз называется бинокулярное соперничество.[17] Люди имеют ограниченную способность обрабатывать изображение полностью за один раз. Вот почему происходит бинокулярное соперничество. Несколько факторов могут влиять на продолжительность взгляда на одном из двух изображений. Эти факторы включают контекст, увеличение контраста, движение, пространственную частоту и перевернутые изображения.[17] Недавние исследования даже показали, что выражение лица может вызывать более длительное внимание к определенному изображению.[17] Когда эмоциональное выражение лица представлено одному глазу, а нейтральное - другому, эмоциональное лицо доминирует над нейтральным лицом и даже приводит к тому, что нейтральное лицо не отображается.[17]

Расстройства

Чтобы сохранить стереопсис и целостность зрения, глаза нужно направлять точно. Положение каждого глаза в своем орбита контролируется шестью экстраокулярные мышцы. Незначительные различия в длине, положении прикрепления или силе одних и тех же мышц двух глаз могут привести к тенденции смещения одного глаза в другое положение орбиты другого, особенно когда один из них устал. Это известно как фория. Один из способов раскрыть это - испытание прикрытием. Чтобы выполнить этот тест, посмотрите в глаза сотрудника. Закройте один глаз этого человека карточкой. Попросите человека посмотреть на ваш палец. Проведите пальцем по кругу; это нужно для того, чтобы сломать рефлекс, который обычно удерживает закрытый глаз в правильном положении. Крепко держите палец, а затем откройте глаз человека. Посмотрите на непокрытый глаз. Вы можете увидеть, как он быстро переключается с косоглазого взгляда на правильное положение. Если непокрытый глаз сместился изнутри, то у человека эзофория. Если он переместился изнутри в другую, у человека экзофория. Если глаз вообще не двигался, у человека ортофория. У большинства людей есть некоторая экзофория или эзофория; это вполне нормально. Если открытый глаз также перемещался вертикально, человек гиперфория (если глаз двигался снизу вверх) или гипофория (если глаз двигался сверху вниз). Такие вертикальные фории встречаются довольно редко. Прикрытый глаз также может вращаться по своей орбите, такое состояние известно как циклофория. Они реже вертикальных форий. Тест на прикрытие может также использоваться для определения направления отклонения в циклофориях.[18]

Тест «крышка-открытие» может также использоваться при более проблемных нарушениях бинокулярного зрения, тропы. В закрывающей части теста экзаменатор смотрит на первый глаз, когда закрывает второй. Если глаз перемещается изнутри наружу, у человека расходящееся косоглазие. Если он переместился из внешнего во внутрь, человек эзотропия. Люди с экзотропией или эзотропией косоглазые или косоглазые соответственно. Это формы косоглазие что может сопровождаться амблиопия. Существует множество определений амблиопии.[14] Определение, которое включает все это, определяет амблиопию как одностороннее состояние, при котором зрение хуже 20/20 при отсутствии каких-либо явных структурных или патологических аномалий, но с одним или несколькими из следующих состояний, возникающих в возрасте до шести лет: амблиогенный анизометропия, постоянная односторонняя эзотропия или экзотропия, амблиогенная двусторонняя изометропия, амблиогенная односторонняя или двусторонняя астигматизм, деградация изображения.[14] Когда закрытый глаз является неамблиопическим глазом, амблиопический глаз внезапно становится единственным средством зрения человека. Косоглазие выявляется по движению этого глаза, чтобы зафиксировать его на пальце экзаменатора. Есть еще и вертикальные тропы (гипертропия и гипотропия ) и циклотропии.

Аномалии бинокулярного зрения включают: диплопия (двоение в глазах), визуальная путаница (восприятие двух разных изображений, наложенных на одно и то же пространство), подавление (когда мозг игнорирует все или часть поля зрения одного глаза), слияние ужасов (активное предотвращение слияния из-за смещения глаз), и аномальное соответствие сетчатки (где мозг связывает ямка одного глаза с экстрафовеальной областью другого глаза).

Аномалии бинокулярного зрения - одни из самых распространенных нарушений зрения. Обычно они связаны с такими симптомами, как головные боли, астенопия, боль в глазах, помутнение зрения и случайная диплопия.[19] Около 20% пациентов, обращающихся в оптометрические кабинеты, имеют аномалии бинокулярного зрения.[19] Самый эффективный способ диагностики аномалий зрения - это тест на близкую точку конвергенции.[19] Во время теста NPC цель, такая как палец, приближается к лицу до тех пор, пока экзаменатор не заметит, что один глаз повернут наружу и / или у человека наблюдается диплопия или двоение в глазах.[19]

В определенной степени бинокулярные диспропорции можно компенсировать настройками зрительной системы. Однако если дефекты бинокулярного зрения слишком велики - например, если они требуют адаптации зрительной системы к чрезмерно большим горизонтальным, вертикальным, крутильным или анисейконический отклонения - глаза, как правило, избегают бинокулярного зрения, что в конечном итоге вызывает или ухудшает состояние косоглазие.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фахле, М. (1987). «Wozu zwei Augen? [Почему два глаза?]». Naturwissenschaften. 74 (8): 383–385. Bibcode:1987NW ..... 74..383F. Дои:10.1007 / BF00405466. PMID  3657989.
  2. ^ Хенсон, Д. (1993). Визуальные поля. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
  3. ^ Лонге-Хиггинс, Х.С. (1982). «Роль вертикального измерения в стереоскопическом видении». Восприятие. 11 (4): 377–386. Дои:10.1068 / p110377. PMID  7182797.
  4. ^ Блейк, Рэндольф; Фокс, Роберт (август 1973). «Психофизическое исследование бинокулярного суммирования». Восприятие и психофизика. 14 (1): 161–85. Дои:10.3758 / BF03198631.
  5. ^ Blake, R .; Кормак, Р. Х. (1979). «О внеклассной дискриминации». Восприятие и психофизика. 26: 53–68. Дои:10.3758 / BF03199861.
  6. ^ Майлз, У. Р. (1930). «Глазное доминирование у взрослых людей». Журнал общей психологии. 3 (3): 412–430. Дои:10.1080/00221309.1930.9918218.
  7. ^ а б Hariharan-Vilupuru, S .; Беделл, Х. Э. (2009). «Воспринимаемое визуальное направление монокулярных объектов в стереограммах со случайными точками зависит от воспринимаемой глубины и аллелотропии». Исследование зрения. 49 (2): 190–201. Дои:10.1016 / j.visres.2008.10.009. PMID  18992271.
  8. ^ Панум, П. Л. (1858). Über die einheitliche Verschmelzung verschiedenartiger Netzhauteindrucke beim Sehen mit zwei Augen. Киль.
  9. ^ Уитстон, С (1838). «Вклад в физиологию зрения. - Часть первая. О некоторых замечательных и до сих пор не наблюдаемых явлениях бинокулярного зрения». Философские труды Лондонского королевского общества. 128: 371–394. Bibcode:1838РСПТ..128..371Вт. Дои:10.1098 / рстл.1838.0019.
  10. ^ Хайнен, Т., и Винкен, П. М. (2011). Монокулярное и бинокулярное зрение при выполнении сложного навыка. Журнал спортивной науки и медицины 10 (3), 520-527. Полученное из: http://www.jssm.org/
  11. ^ Хейхо М., Гиллам Б., Чайка К., Вечеллио Э (2009). «Роль бинокулярного зрения при ходьбе». Визуальная неврология. 26 (1): 73–80. Дои:10.1017 / S0952523808080838. ЧВК  2857785. PMID  19152718.
  12. ^ Харпер, Д. (2001). Интернет-этимологический словарь. Получено 2 апреля 2008 г. из http://www.etymonline.com/index.php?term=binocular
  13. ^ Fristrup, K. M .; Харбисон, Г. Р. (2002). «Как кашалоты ловят кальмаров?». Наука о морских млекопитающих. 18: 42–54. Дои:10.1111 / j.1748-7692.2002.tb01017.x.
  14. ^ а б c d е ж грамм Pardhan, S .; Уитакер, А. (2000). «Бинокулярное суммирование в фовеа и периферическом поле анизометропикамблиопов». Текущие исследования глаз. 20 (1): 35–44. Дои:10.1076 / 0271-3683 (200001) 20: 1; 1-ч; ft035. PMID  10611713.
  15. ^ а б Bingushi, K .; Юкумацу, С. (2005). «Исчезновение монокулярного изображения в предельном случае Панума». Японские психологические исследования. 47 (3): 223–229. Дои:10.1111 / j.1468-5884.2005.00291.x.
  16. ^ а б c d е ж грамм Блейк, Р. и Секулер, Р. (2006) Восприятие (5-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
  17. ^ а б c d Bannerman, R. L .; Milders, M .; Де Гелдер, Б .; Сахрей, А. (2008). «Влияние эмоциональной мимики на бинокулярное соперничество». Офтальмологическая и физиологическая оптика. 28 (4): 317–326. Дои:10.1111 / j.1475-1313.2008.00568.x. PMID  18565087.
  18. ^ Эванс, Брюс Дж. У. (2007). «Обнаружение аномалий бинокулярного зрения в практике первичной офтальмологической помощи». Аномалии бинокулярного зрения Пиквелла. Пиквелл, Дэвид. (5-е изд.). Эдинбург: Эльзевьер Баттерворт Хайнеманн. ISBN  978-0-7020-3925-6. OCLC  785829294.
  19. ^ а б c d Хамед, М .; Госс, Д. А .; Марзи, Э. (2013). «Связь между симптомами бинокулярного зрения и близкой точкой совпадения. Индийский». Журнал офтальмологии. 61 (7): 325–328. Дои:10.4103/0301-4738.97553. ЧВК  3759101. PMID  23552348.

дальнейшее чтение

  • Блейк, Рэндольф; Уилсон, Хью (2011). «Бинокулярное зрение». Исследование зрения. 51 (7): 754–770. Дои:10.1016 / j.visres.2010.10.009. ЧВК  3050089. PMID  20951722.
  • Steinman, Scott B .; Steinman, Barbara A .; Гарция, Ральф Филип (2000). Основы бинокулярного зрения: клиническая перспектива. McGraw-Hill Medical. ISBN  0-8385-2670-5.
  • Стидуэлл, Дэвид; Флетчер, Роберт (2017). Нормальное бинокулярное зрение: теория, исследования и практические аспекты. Джон Вили и сыновья. ISBN  9781119480334.

внешняя ссылка