Когда появились глаза

Если мы посмотрим вокруг, то увидим, что глаза есть и у крошечной мошки, и у парящей в небесах птицы, и у плывущей в морской пучине рыбы. Все это наводит на мысль, что у живых существ на Земле должен быть общий предок, у которого первым возникло нечто, похожее на светочувствительные клетки, позже эволюционировавшее в глаза. Когда же это могло произойти?

 

Археологи, изучая древние окаменелости, давно заметили, что в отложениях можно провести резкую границу, находящуюся на рубеже около 541 млн. лет назад. И если до этого момента древние отложения были крайне бедны, даже плохо сохранившимися биологическими останками, то после этой временной границы, биологическое разнообразие многократно возрастает. Именно тогда Землю населили животные, которые отдаленно напоминали современные виды. У животных появляется скелет, возникает большое количество организмов с минералезированными тканями, окаменелости которых доходят до наших дней практически в идеальном состоянии. Это важнейшее для планеты событие получило название Кембрийский взрыв.

Дошедшие до нас окаменелости сохранились настолько хорошо, что, используя новейшие технологии, ученые могут делать выводы не только о внешнем строение существ, живших 540 млн. лет назад, но и о внутреннем строении и их органах чувств. Интересно, что все ископаемые органы зрения, которые они сумели обнаружить, обладают довольно сложным строением. Они не могли появиться из ничего, не пройдя долгую эволюцию. Вероятно, животных, которые первыми обзавелись аналогами глаз, следует искать до Кембрийского Взрыва – в период под названием Эдиакарий, который начался около 635 млн. лет назад.

 

К сожалению, было обнаружено крайне мало ископаемых останков живых существ периода Эдиакария. Объяснить это можно тем, что тогда на планете существовали лишь мягкотелые организмы, поэтому у их органов зрения не было никаких шансов дойти до нас хотя бы в виде окаменелостей. Рискнем назвать время, когда у животных появились глаза, в 600-580 млн. лет назад.

Как же выглядели эти первые на планете глаза? Они очень сильно отличались от нынешних. Скорее всего, это было просто скопление светочувствительных клеток, которые могли сообщать своему обладателю интенсивность освещения для определения времени суток или оценки местной глубины (вся жизнь в те времена существовала в морях и океанах). Те первые животные, получившие зачатки зрения, показывали лучшую приспособленность по сравнению с другими видами, что выливалось в их преимущество, размножение и стремительную эволюцию органов зрения. Постепенно слой фоточувствительных клеток становился толще, мог улавливать больше света и даже стал реагировать на движение, что помогало животным находить еду.

За короткое по меркам эволюции время орган зрения приобрел сложную структуру, которую мы и видим у представителей кембрийской фауны.

  

Как появился глаз

В процессе биологической эволюции первыми возникли, по-видимому, чувства, обеспечивающие реакцию именно на такие физические условия, которые непосредственно необходимы для сохранения жизни.

Осязание, вкус и восприятие изменения температуры должны были возникнуть раньше зрения, так как, чтобы воспринять зрительные образы, их нужно истолковать - только так они могут быть связаны с миром предметов.

Возникает вопрос (похожий на знаменитую задачу: "Что было раньше - яйцо или курица?"): предшествовало ли появление глаза развитию мозга или наоборот? В самом деле - зачем нужен глаз, если нет мозга, способного интерпретировать зрительную информацию? Но, с другой стороны, зачем нужен мозг, умеющий это делать, если нет глаз, способных питать мозг соответствующей информацией?

Не исключено, что развитие шло по пути преобразования примитивной нервной системы, реагирующей на прикосновение, в зрительную систему, обслуживающую примитивные глаза, поскольку кожный покров был чувствителен не только к прикосновению, но и к свету.

Зрение развилось, вероятно, из реакции на движущиеся по поверхности кожи тени - сигнал близкой опасности. Лишь позднее, с возникновением оптической системы, способной формировать изображение в глазу, появилось опознание объектов.

По-видимому, развитие зрения прошло несколько стадий: сначала концентрировались светочувствительные клетки, рассеянные до этого по поверхности кожи, затем образовались "глазные бокалы", дно которых было устлано светочувствительными клетками.

Бокалы постепенно углублялись, вследствие чего возрастала контрастность теней, падающих на дно бокала, стенки которого все лучше защищали светочувствительное дно от косых лучей света. Хрусталик же, по-видимому, поначалу представлял собой просто прозрачное окно, которое защищало глазной бокал от засорения частицами, плавающими в морской воде - тогдашней постоянной среде обитания живых существ.

Эти защитные окна постепенно утолщались в центре, поскольку это давало количественный положительный эффект - увеличивало интенсивность освещения светочувствительных клеток, а затем произошел качественный скачок - центральное утолщение окна привело к возникновению изображения; так появился настоящий "образотворческий" глаз.

 

Древняя нервная система - анализатор прикосновений - получила в свое распоряжение упорядоченный узор световых пятен.

Восприятие тактильных ощущений не опосредовано - это прямой способ исследования, и радиус его применения ограничен необходимостью тесного контакта. Но это значит, что, если прикосновение опознает врага - выбирать тактику поведения некогда. Необходимо немедленное действие, которое именно поэтому не может быть ни утонченным, ни даже просто спланированным.

Глаза же проникают в будущее, потому что сигнализируют об удаленных предметах. Очень вероятно, что мозг - каким мы его знаем - не мог бы развиться без притока информации об отдаленных объектах, информации, поставляемой другими органами чувств, особенно зрением.

Можно без преувеличения сказать, что глаза освободили нервную систему от тирании рефлексов, позволив перейти от реактивного к тактическому, планируемому поведению, а в конечном счете и к абстрактному мышлению. Зрительные представления и теперь еще властвуют над нами и влекут нас.

Эволюция лучше случайности

Когда и как появился глаз? Вот уже второе столетие биологи спорят о происхождении зрения. Одни – вслед за Чарлзом Дарвином – полагают, что все разнообразные органы зрения, встречаемые нами у животных, можно свести к одному-единственному прототипу: своего рода «первоглазу». Их оппоненты считают, что все эти органы возникали независимо друг от друга. Кто же прав? Лишь в последние годы тайна понемногу раскрывается – благодаря новым математическим моделям и открытиям генетиков.

В принципе, все органы зрения предназначены для того, чтобы захватывать отдельные частицы света – фотоны. Вполне возможно, что ещё в докембрийский период жили организмы, способные воспринимать свет. Это могли быть и многоклеточные существа, и одноклеточные. Однако первое известное нам животное, наделённое зрением, появилось около 540 миллионов лет назад. А всего через сто миллионов лет, в ордовикском периоде, уже существовали все известные нам сегодня типы органов зрения. Нам остаётся лишь правильно расставить их, чтобы понять их эволюцию.

У одноклеточных животных – например, эвглены зелёной – имеется лишь светочувствительное пятно: «глазок». Оно различает свет, что жизненно важно для той же эвглены, ведь без энергии света в её организме не может протекать фотосинтез, а значит, не образуются органические вещества. До появления этой органеллы – глазка – одноклеточные животные хаотично сновали в толще воды, пока случайно не попадали на свет. Эвглена же всегда плывёт только на свет.

У первых многоклеточных животных органы зрения были крайне примитивны. Так, у многих морских звёзд по всей поверхности тела разбросаны отдельные светочувствительные клетки. Эти животные способны лишь различать светлое и тёмное. Заметив проплывающую тень – хищник? – они спешат зарыться в песок.

 

У некоторых животных светочувствительные клетки группировались в виде «глазного пятна». Теперь можно было, пусть и очень приблизительно, оценить, с какой стороны двигался хищник. Более пятисот миллионов лет назад глазные пятна появляются у медуз. Этот орган зрения позволял им ориентироваться в пространстве, и медузы заселяют открытое море. Дождевым червям подобные пятна помогают скрываться от света в земле.

Следующую ступень эволюции глаза демонстрируют ресничные черви. В передней части их тела имеются два симметричных пятна: в каждом из них до тысячи светочувствительных клеток. Эти пятна наполовину погружены в пигментную чашку. Свет падает лишь на верхнюю половину пятен, не прикрытую пигментом, и это позволяет животному определить, где находится источник света. При желании можно назвать ресничного червя «животным с двумя глазами».

Постепенно глазное пятно ещё глубже вдавливалось в эпителий. Образовался желобок – «глазной бокал». Подобным органом зрения обладают, например, речные улитки. Его чувствительность заметно зависит от направления взгляда. Однако улитка видит всё вокруг себя расплывчатым, словно глядит сквозь матовое стекло.

Острота зрения повышалась по мере того, как сужалось наружное отверстие глаза. Так появился глаз с точечным зрачком, напоминавший камеру-обскуру. Им смотрит на мир моллюск наутилус, родич давно вымерших аммонитов. Толщина глаза у наутилуса – около сантиметра. На его сетчатке имеется до четырёх миллионов светочувствительных клеток. Однако этот орган зрения улавливает слишком мало света. Поэтому мир для наутилуса выглядит мрачно.

Итак, на каком-то этапе эволюция привела к появлению двух различных органов зрения. Один – назовём его «глаз оптимиста» – позволял видеть всё в светлых красках, но очертания предметов были смутными, неясными, расплывчатыми. Другой – «глаз пессимиста» – видел всё в чёрных тонах; мир казался грубым, изломанным, резко очерченным. Именно от него и происходит наш человеческий глаз.

Позднее над зрачком нарастает прозрачная плёнка; она защищает его от попадания грязи и в то же время меняет его преломляющую способность. Теперь всё больше частиц света попадает внутрь глаза, к его светочувствительным клеткам. Так возникает первый примитивный хрусталик. Он фокусирует свет. Чем больше хрусталик, тем острее зрение. Для обладателя такого органа зрения – а именно он и называется «глазом» – окружающий мир становится ярким и отчётливым.

 

Глаз оказался таким совершенным органом зрения, что природа «изобрела» его дважды: он появился у головоногих моллюсков, а позднее у нас, позвоночных, причём у обеих групп животных выглядит он по-разному, да и развивается из различных тканей: у моллюсков – из эпителия, а у человека сетчатка и стекловидное тело возникают из нервной ткани, а хрусталик и роговица – из эпителия.

Добавим, что у насекомых, трилобитов, ракообразных и некоторых других беспозвоночных животных сформировался сложный – фасеточный – глаз. Он состоял из множества отдельных глазков – омматидиев. Глаз стрекозы содержит, например, до тридцати тысяч таких глазков.

Тут впору сделать заметку на полях. В своей книге «Происхождение видов путем естественного отбора» Чарлз Дарвин назвал глаз «органом необычайного совершенства и сложности», и именно это привело его в замешательство. Неужели «зеркало мира», которое мы неизменно носим с собой, возникло из клочка кожи с вкраплёнными в него светочувствительными клетками – вроде тех, которыми наделён дождевой червь? Дарвин признавался, что эта гипотеза казалась ему «в высшей степени абсурдной». А противники эволюционной теории по сей день приводят в пример именно глаз – несообразность его законам эволюции. Разве может – по чистой случайности – кожица превратиться в сложнейший орган чувств?

Однако они не правы. Так, глянув на несколько палочек, начерченных для счёта дикарём, и, переведя взгляд на самые сложные уравнения высшей математики, с трудом представляешь, что «одно произошло из другого путем долгой эволюции». Но это именно так. Вот и в природе, оглядев её владения, мы отыскали обладателей самых разных органов зрения. Они помогли нам, пусть очень схематично, понять, как развивалось зрение, как рождались всё новые его органы. Что же добавляют в эту схему недавние исследования?

 

Сколько лет нужно для появления глаз

Шведские биологи Дан-Эрик Нильсон и Сюзанна Пелгер из Лундского университета смоделировали на компьютере историю эволюции глаза. В этой модели всё началось с появления тонкого слоя клеток, чувствительных к свету. Над ним лежала прозрачная ткань, сквозь которую проникал свет; под ним – непрозрачный слой ткани.

Отдельные, незначительные мутации могли менять, например, толщину прозрачного слоя или кривизну светочувствительного слоя. Они происходили случайно. Ученые лишь внесли в свою математическую модель правило: если мутация улучшала качество изображения хотя бы на один процент, то она закреплялась в последующих поколениях.

В конце концов, «зрительная плёнка» превратилась в «пузырёк», заполненный прозрачным студнем, а затем и в «рыбий глаз», снабжённый настоящим хрусталиком. Нильсон и Пелгер попробовали оценить, сколько времени могла длиться подобная эволюция, причём они выбрали худший, самый медленный вариант развития. Всё равно результат оказался сенсационным. Краткая история глаза насчитывала всего… чуть более полумиллиона лет – сущий миг для планеты. За это время сменилось 364 тысячи поколений животных, наделённых различными промежуточными типами органов зрения. Путём естественного отбора природа «проверила» все эти формы и выбрала лучшую – глаз с хрусталиком.

Подобная модель наглядно доказывает, что как только первые примитивные организмы открыли саму возможность «запечатлевать» мир – моментально копировать одним из своих органов расположение окружающих предметов и их форму, – тут же этот орган начал совершенствоваться, пока не достиг высшей формы развития. История глаза, в самом деле, оказалась краткой; она была «молниеносной войной» за возможность «видеть всё в истинном свете». В победителях числятся все – и человек, и рыбы, и насекомые, и улитки, и даже эвглена, порой получше нас, «амбивалентных», различающая, где чёрное, а где белое.

Модель шведских учёных вполне вписывается в «ревизию биологических вех», происходящую в последнее время в науке (см. «Знание – сила», 2002, № 1). Известные нам ископаемые находки свидетельствуют – и мы уже упоминали об этом, – что эволюция органов зрения длилась сто миллионов лет. По всей вероятности, всё произошло значительно быстрее, и в той Книге жизни, что прочитали биологи, недостаёт пока многих страниц.

 

Эта математическая модель, а также генетические открытия убеждают нас в том, что различия между известными типами органов зрения не так велики, как казалось прежде. «Мы убедились, – отмечает немецкий биолог Кристоф Кампенхаузен, – что разные типы органов зрения возникают из-за незначительных изменений в геноме: одни гены активизируются, другие отключаются».

Так, немецкий биолог Вальтер Геринг выяснил, что ген под названием Pax-6 формирует органы зрения у человека, мышей и плодовых мушек дрозофил. Если он имеет дефект, глаз не развивается вовсе или остаётся в зачаточном виде. В свою очередь, при встраивании гена Pax-6 в определённые участки генома у животного появлялись дополнительные глаза.

Опыты показали, что ген Pax-6 отвечает лишь за развитие органов зрения, а не за их тип. Так, с помощью гена, принадлежавшего мыши, учёный запускал механизм развития глаз у дрозофил, причём у них появлялись дополнительные органы зрения – тоже фасеточные – на ногах, крыльях и усиках. «С их помощью насекомые также могли воспринимать свет, – отмечает Вальтер Геринг, – ведь нервные окончания тянулись от дополнительных органов зрения к соответствующему участку головного мозга».

Позднее тот же генетик сумел вырастить на голове лягушки дополнительные глаза, манипулируя геном Pax-6, взятым у дрозофилы. Его коллеги обнаружили тот же самый ген у лягушек, крыс, перепелов, кур и морских ежей. Исследование гена Pax-6 показывает, что все известные нам типы органов зрения могли возникнуть благодаря генетическим мутациям одного и того же «первоглаза».

Впрочем, есть и другие мнения. Ведь, например, у медуз нет гена Pax-6, хотя органы зрения есть. Возможно, этот ген лишь на каком-то этапе эволюции стал управлять развитием зрительного аппарата. Вот что говорит по этому поводу Д.-Э. Нильсон: «У простейших организмов ген Pax-6 отвечает за формирование передней части тела, а поскольку она лучше всего приспособлена для размещения здесь органов чувств, этот ген позднее стал отвечать и за развитие органов зрения».

Дальнейшее известно. Прошло сто миллионов лет, а, может быть, пятьдесят, а, может, ещё меньше… Или даже всего полмиллиона лет! Ну, об этом мы говорили, и наши глаза – дар древних одноклеточных?

 

Почему глаза у нас спереди

Почему глаза у нас расположены не по бокам головы, а смотрят вперед? Отчасти это связано с необходимостью воспринимать трехмерные изображения, но есть и другие причины.

Вы когда-нибудь обращали внимание, что большинство животных в зоопарке можно отнести к одной из двух групп? У одних глаза находятся по бокам головы (это куры, коровы, лошади, зебры), а у других они посажены ближе и расположены спереди (в эту группу входят обезьяны, тигры, совы и волки). Сами посетители зоопарка - люди - очевидно, относятся ко второй группе. С чем же связано это различие?

Расположение глаз - это всегда некий компромисс. Когда глаза находятся спереди, каждый из них посылает в мозг изображение со своего угла зрения, и за счет наложения этих изображений друг на друга человек воспринимает глубину. Животные, глаза у которых расположены по бокам, не способны видеть третье измерение, зато обзор у них гораздо шире.

Интересный факт. У некоторых черепах глаза находятся по бокам, но мозг обрабатывает зрительную информацию так, как если бы глаза у них смотрели вперед.

Вероятно, расположение глаз формировалось у разных животных по-разному. К примеру, у некоторых черепах глаза находятся по бокам, но мозг обрабатывает зрительную информацию так, как если бы глаза у них смотрели вперед, - возможно, это связано с тем, что, когда черепахи втягивают голову под панцирь, их глаза воспринимают свет только спереди, как будто они расположены в передней части головы. Но почему у нашей ветви эволюционного древа - у приматов - глаза оказались спереди? Тому есть множество объяснений.

В 1922 году британский офтальмолог Эдвард Тричер Коллинз писал о том, что ранним приматам требовалось такое зрение, которое “позволяло бы им раскачиваться и точно перепрыгивать с ветки на ветку… хватать пищу руками и подносить ее ко рту”. Поэтому, решил ученый, в процессе эволюции у них развилась способность оценивать расстояние.

В последующие десятилетия гипотеза Коллинза неоднократно пересматривалась и уточнялась, но суть ее в течение долгого времени оставалась неизменной: в процессе эволюции глаза у наших предков переместились вперед, чтобы точно оценивать дистанцию при перепрыгивании с дерева на дерево. Цена ошибки при определении расстояния между деревьями действительно была немалой. “Расплатой за просчет было падение с высоты в несколько метров на землю, кишащую плотоядными зверями”, - написал в 1991 году специалист по визуальной психотерапии Кристофер Тайлер.

 

Слабое место гипотезы Коллинза состоит в том, что у многих животных, которые селятся на деревьях, - например, у белок, - глаза расположены по бокам. Поэтому в 2005 году американский биолог и антрополог Мэтт Картмилл предложил другую гипотезу, исходя из особенностей зрения хищников, способных очень хорошо оценивать расстояние. По мнению Картмилла, это позволяет им выслеживать и ловить добычу, будь то леопард, крадущийся за газелью, ястреб, цепляющий когтями зайца, или один из приматов, хватающий с ветки какое-нибудь насекомое. Ученый счел это объяснение весьма изящным, поскольку оно позволяло понять и другие эволюционные изменения, характерные для приматов. К примеру, ранние приматы в охоте полагались на зрение, а не на обоняние. Картмилл решил, что ухудшение обоняния было побочным эффектом сближения глаз: просто для носа и для нервов, связывающих его с мозгом, осталось не так много места - все пространство было занято глазами.

Американский нейробиолог Джон Оллман подхватил гипотезу Картмилла и доработал ее на основе сведений о ночных хищниках - ведь не у всех хищных животных глаза расположены спереди. У кошек, приматов и сов они действительно находятся в передней части головы, а у мангустов, тупай и мухоловок - по бокам. Вклад Оллмана в развитие этой гипотезы состоит в предположении о том, что такое зрение необходимо тем, кто охотится ночью, - например, кошкам и совам, - потому что впереди глаза воспринимают свет лучше, чем по бокам. Ранние приматы как раз охотились по ночам и, возможно, именно благодаря этому пристрастию к ночной охоте у всех их потомков, в том числе у людей, глаза расположены спереди.

Кстати, у хищников, таких как леопард, глаза расположены спереди, чтобы лучше видеть добычу.

У американского нейробиолога-теоретика Марка Чангизи возникло еще одно объяснение. В 2008 году он опубликовал в “Журнале теоретической биологии” (США) статью о “рентгеновском зрении”, предположив, что расположенные впереди глаза позволяли нашим предкам, жившим в лесу, видеть сквозь плотную листву и тесное переплетение веток. Громкое название “рентгеновское зрение” происходит от любопытного явления, описанного Чангизи: “Если держать палец перед глазами в вертикальном положении, фиксируя взгляд на каком-нибудь предмете, расположенном позади пальца, в мозг поступят два изображения пальца, и оба они будут прозрачными”. Таким образом, получается, что человек может “видеть сквозь” палец, как с помощью рентгеновских лучей.

 

Нагромождение деревьев в лесу мешает видеть только крупным животным, таким как приматы. Более мелкие, например, белки, не испытывают таких затруднений, поскольку их небольшая голова может легко протиснуться между ветвями и листьями. Крупным животным, которые живут не в лесу, тоже вполне достаточно глаз, которые расположены по сторонам.

Расположенные впереди глаза позволяли нашим предкам, жившим в лесу, видеть сквозь плотную листву и тесное переплетение веток.

Таким образом, причина того, что глаза у нас находятся спереди, еще не установлена. У каждой гипотезы есть свои сильные и слабые стороны. Но независимо от того, зачем нам потребовалось такое зрение - чтобы прыгать с ветки на ветку, ловить вкусных жучков или видеть сквозь листву - очевидно, что такое расположение глаз связано с жизнью среди деревьев.

Интересный факт. Некоторые современные обитатели морских глубин, имеют зрительные органы, которые могут быть похожи на самые первые глаза у животных. Например, гидра, которая пользуется расположенными на щупальцах фоторецепторами, реагируя на тени проплывающих мимо животных или определяя наступление ночи.

Какое разрешение у человеческих глаз или сколько мегапикселей у человека

Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению.

Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно. Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.

Начнём с общей структуры зрительной системы

• Сетчатка
• Зрительный нерв.
• Таламус(ЛКТ).
• Зрительная кора.

 

Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).

Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.

• Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
• Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.

Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.

Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.

Для лучшего понимания проясню - fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.

 

Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.

Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?)

Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.

Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)

Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ! Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.

 

Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).

Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них почти напрямую поступает в зрительную кору мозга.

Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля».

Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.

 

На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.

Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.

Итак, промежуточный вывод:

• каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
• колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
• несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.

Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов). Да, всего один миллион!

В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно субъективно круче!

Сейчас и до этого доберёмся)

Значит, 130 Мп превратились в 1 Мп, и мы каждый день смотрим на мир вокруг… хорошая графика, не так ли?)

Есть пара инструментов, помогающих нам видеть мир вокруг почти постоянно почти чётким:

1. Наши глаза совершают микро- и макросаккады — что-то типа постоянных перемещений взгляда.

Макросаккады — произвольные движения глаз, когда человек рассматривает что-то. В это время происходит «буферизация» или слияние соседних изображений, поэтому мир вокруг нам кажется чётким.

Микросаккады — непроизвольные, очень быстрые и мелкие (несколько угловых минут) движения.

Они необходимы для того, чтобы рецепторы сетчатки банально успевали насинтезировать новых зрительных пигментов — иначе поле зрения просто будет серым.

2. Ретинальная проекция

Начну с примера — когда мы читаем что-то с монитора и постепенно крутим колёсико мышки для перемещения текста, то текст не смазывается… хотя должен) Это очень занятная фишка — здесь в работу подключается зрительная кора.

Она постоянно держит в буфере картинку и при резком смещении объекта/текста перед зрителем быстро смещает эту картинку и накладывает на реальное изображение.

А как же она знает, куда смещать?

Очень просто — Ваше движение пальцем по колёсику уже изучено моторной корой до  миллиметров… Зрительная и моторная области работают синхронно, поэтому Вы не видите смаза.

А вот когда кто-то другой крутанёт колёсико....:)

Зрительный нерв

С каждого глаза выходит зрительный нерв плотностью ~1 Мп (от 770 тысяч до 1,6 млн пикселей — кому как повезло), дальше нервы с левого и правого глаз пересекаются в оптической хиазме — это видно на первой картинке — происходит смешение аксонов примерно по 53% с каждого глаза.

 

Потом два этих пучка попадают в левую и правую части таламуса - это такой «распределитель» сигналов в самом центре мозга.

В таламусе происходит, можно сказать, первичная «ретушь» картинки — повышается контраст.

Далее сигнал из таламуса поступает в зрительную кору.

И здесь происходит невероятное количество процессов, вот основные:

• слияние картинок с двух глаз в одну — происходит что-то типа наложения (1 Мп так и остаётся),
• определение элементарных форм — палочек, кружочков, треугольников,
• определение сложных шаблонов — лица, дома, машины и т.д.,
• обработка движения,
• покраска картинки. Да, именно покраска, до этого в кору просто поступали аналоговые импульсы разной частоты,
• ретушь слепых зон сетчатки — без этого мы бы видели постоянно перед собой два тёмно-серых пятна размером с яблоко,
• ещё уйма «фотошопа»,
• и наконец, вывод финального изображения — то, что вы и называете зрением — феномен зрения.

Так почему же, спросите вы, мы не видим отдельных пикселей? Картинка должна быть совсем убогая, как на старой приставке!

В этом и заключается суть феноменологии зрения — у вас ОДНА зрительная система. Вы не можете посмотреть на свою же картинку со стороны.

Если бы человек обладал двумя зрительными системами и по желанию мог переключиться с системы 1 на систему 2 и оценить как работает первая система — тогда да, ситуация была бы печальная :)

Но имея одну зрительную систему ВЫ сами и являетесь этой картинкой, которую видите!

Зрительная кора сама осознаёт процесс зрения. Перечитайте это несколько раз.

При травме первичной зрительной коры человек не понимает, что он слеп — это называется анозогнозия, т.е. картинку он совершенно не видит, но при этом может нормально ходить по коридору с препятствиями

Краткое пояснение, почему же свет, проходя через роговицу, хрусталик, стекловидное тело и все слои нейронов сетчатки не искажается так сильно, как мы предполагаем. Если сравнивать чистоту и степень аберраций, то нашему глазу далеко до хорошей оптики в современной фото-видео технике.

Всё дело в рецептивных полях — РП (имеются ввиду поля в сетчатке, ЛКТ и отделе коры V1). Одна из задач РП — увеличение микро-контраста изображения. Сетчатка получает слегка размытую картинку, а после этого в процессе нескольких этапов повышения контраста мы видим вполне детализированное изображение. Сама суть увеличения контраста состоит в сужении градиентов, как на примере ниже:

 

Источники: