CC BY
68
UNIVERSUM:
ПСИХОЛОГИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ
• 7universum.com
НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МЕЗОПИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
Колбанов Владимир Васильевич
д-р мед. наук, профессор, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова,
АННОТАЦИЯ
Абсолютные пороги идентификации цвета измерены у здоровых людей в условиях темновой адаптации. Результаты показали целесообразность исследования цветового зрения для отбора кандидатов на обучение специальностям, требующим различения цвета при низкой освещённости, а также стали основанием для дискуссии о сущности и границах мезопического диапазона.
Absolute thresholds of color identification were measured in healthy persons in conditions of dark adaptation. Results showed expediency of color vision examination for a selection of candidates on professional training, requiring the color
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: valiolJ4@mail.ru
NEW RESULTS OF EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HUMAN MESOPIC VISION
Vladimir Kolbanov
Doctor of medical sciences, professor, Pavlov First Medical University, Russia, Saint-Petersburg
ABSTRACT
discrimination in low illumination. Also these results become the basis for discussion about essence and boundaries of mesopic range.
Колбанов В.В. Новые результаты экспериментального исследования мезопического зрения человека // Universum: Психология и образование : электрон. научн. журн. 2015. № 7 (17) . URL: http://7universum.com/ru/psy/archive/item/2371
Ключевые слова: сумерки, мезопическое зрение человека,
цветоощущение, абсолютные пороги, поле зрения.
Keywords: twilight, human mesopic vision, color sensation, absolute thresholds, visual field.
Введение
Одним из аспектов психологического профессионального отбора является оценка сенсорных способностей человека применительно к профессиональным требованиям и пригодности к профессиональному обучению. Среди прочих характеристик сенсорной сферы кандидата на обучение нередко востребована способность к зрительной работе в условиях низкой освещённости рабочего места.
В настоящее время не подлежит сомнению, что зрение в ночных условиях обусловлено абсолютным преобладанием возбуждения палочек сетчатки, а при высоких уровнях освещённости (дневное зрение) — преобладанием колбочек. В первом случае принято говорить о скотопическом зрении, во втором — о фотопическом. Когда не доминирует ни та, ни другая рецепторная система, речь идёт о мезопическом зрении, сущность которого до сих пор чётко не определена. Чаще всего подразумевается, что нижняя граница мезопического диапазона — это яркость менее 10-3 кд/м2 , при которой колбочки сетчатки глаза перестают функционировать и зрение становится бесцветным [7]. Сложнее решается вопрос о верхней границе этого диапазона. В зависимости от метода исследования она, в представлениях некоторых исследователей, имеет огромные различия. Максимальное значение этой границы получено методом двухцветного порога в психофизиологических экспериментах и составило 300 кд/м2 [3]. Выше этой яркости стимула чувствительность палочкового аппарата якобы падает настолько низко, что дальнейшие его ответы становятся невозможными. Помимо этого значения, в отдельных работах граница с фотопическим диапазоном указывается на четыре порядка ниже (0,3 кд/м2) [10]. В литературе по светотехнике яркость
1...3 кд/м2 оценивается как фотопическая [4; 6]. Значение 3 кд/м2 упоминается и в некоторых обзорах по физиологии зрения [2, 11].
Противоречивость суждений разных авторов о границах мезопического диапазона представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Яркостные границы мезопического зрения по данным специальной
литературы
Яркость, кд/м2 Авторы
3-10-3...30 А. Kohlraucsh, 1931
>69 M. Aguilar, W.S. Stiles, 1954
о о Y. Le Grand, 1956 [8]
10"3...5 Y. Le Grand, 1972 [9]
3Д0'3 .3 Р.Л. Фольб, 1964
10-3...1 D.H. Brennan, 1978
10-3...1 F.C. Grum, R. Becherer, 1979
8-10"4.. .0,3 I. Lie, 1980
3Д0-3...3 D.A. Tipton, 1984
Частичное разъяснение причины противоречивости этой сводки дано в одном из последних руководств по сенсорной физиологии [9]. Дело в том, что верхняя граница мезопического диапазона меняется с изменением размеров предъявляемого тестирующего поля (например, 5 кд/м2 при диаметре поля 3°и 15 кд/м2 при диаметре 25°).
Принято считать, что мезопическому зрению свойственны минимальные значения цветового зрения, контрастной чувствительности, глубинного глазомера и остроты зрения, однако какие-либо нормативы по этим зрительным функциям отсутствуют.
Некоторые авторы наличие цветового зрения связывают только с фотопическим диапазоном. По их данным, последний простирается от 1 до 106 кд/м2 [4; 6]. До сих пор считалось, что при т. н. скотопических яркостях колбочки перестают функционировать и зрение становится бесцветным. Наши исследования показали, что в этой концепции не всё безупречно.
Методика исследования
Пороги цветоощущения определяли после 40-минутной адаптации в темном помещении с использованием адаптометра АДМ. Вместо шара в адаптометре был использован кампиметр с красными фиксационными точками (светодиодами АЛ 102 А), расположенными через каждые 3° от центра круглого тестового пятна до 30° вдоль восьми меридианов. При исследовании абсолютной цветовой чувствительности в разных координатах поля зрения точки включались по одной. Для центральной фиксации включались два светодиода, расположенные с обеих сторон на угловом расстоянии 3° от центра тест-объекта. Расстояние наблюдения было постоянным (0,5 м). Яркость фиксационных точек с помощью потенциометра и нейтральных светофильтров подбиралась на 0,1 лог. ед. выше порога обнаружения белых объектов. В отличие от большинства исследований в области цветового зрения, наблюдения проводились бинокулярно, что создавало более адекватное восприятие цвета.
Исследования бинокулярной цветочувствительности нами выполнены с использованием светофильтров КС-11, ЗС-1 и СС-5 (ГОСТ 9411-81). Угловые размеры тест-объектов варьировали от 14 до 96 угловых минут.
Группа испытуемых состояла из шести женщин в возрасте 22—30 лет и девяти мужчин 26—40 лет.
Результаты исследования и их обсуждение
Оказалось, что способность к идентификации цвета подвержена значительным индивидуальным вариациям. Например, при предъявлении максимальных по размеру объектов один испытуемый вообще не смог различать цвета при эксцентриситете далее 15°, один не различал синий и зеленый цвета за пределами 24°, а одна испытуемая не различала красный цвет далее 21° от центра поля зрения. У этих же лиц при предъявлении малых объектов границы цветоразличения еще более сужались, а еще у четырех человек цветоразличение исчезало за пределами 24°. Возможно, при значительном увеличении яркости объекта этим людям удалось
бы избежать нарушения периферической цветовой чувствительности, но это оказалось методически невыполнимым при работе с адаптометром АДМ, так как в этом приборе максимально возможная яркость (7 кд/м2) соответствует нулевому делению шкалы (максимальной яркости).
Поскольку при максимальном размере объекта (более 1,5°) с удалением от центра поля зрения различение цвета оказалось невозможным только в двух случаях, сравнение хроматических порогов выполнено по средним значениям из тринадцати индивидуальных измерений в каждой точке эксцентриситета. Результаты измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Абсолютная бинокулярная цветовая чувствительность в центре и ближней периферии поля зрения
Эксцентриситет, град. Абсолютные цветовые пороги, кд/м2
Красный зеленый синий
0 0,0000143 0,0000032 0,0000057
6 0,0000159 0,0000027 0,0000040
12 0,0000223 0,0000031 0,0000045
18 0,0000496 0,0000047 0,0000084
24 0,000118 0,0000280 0,0000226
30 0,000273 0,0000684 0,0000461
Пороги цветовой чувствительности, измеренные с помощью модифицированного адаптометра АДМ с дополнительным цветным светофильтром, оказались ниже ожидаемых 10-3 кд/м2 для всех цветов. С учетом поправок на интегральную оптическую плотность каждого из использованных светофильтров пороги цветоощущения для больших (1,5°) зеленых объектов при эксцентриситете 15° у половины испытуемых не превышали 3-10"6 кд/м2, а для синих составляли не более 4-10-6 кд/м2.
В центре поля зрения цветовые пороги для большого синего объекта в среднем были равны 6-10"6 кд/м2. Получается, что по крайней мере одно из двух условий мезопического зрения несостоятельно: либо цветовое зрение возможно без участия колбочек, либо колбочки могут реагировать на более низкие уровни яркости, чем считалось до сих пор. Любой из этих вариантов вынуждает задуматься над смыслом, который мы вкладываем в рассуждения
о двойственной природе зрения. Вопреки рассуждениям о слепоте к синему цвету в центре поля зрения [5], даже при минимальном размере тест-объекта порог различения цвета не превышал 1 •lO-4 кд/м2 .
Кроме того, неодинаковая способность нормальных трихроматов идентифицировать цвета в парацентральных участках поля зрения и резкое повышение порогов цветовой чувствительности только на один какой-либо цвет при небольших значениях эксцентриситета наряду с незначительными изменениями других цветовых порогов к периферии не объясняется только функциями ретинальных структур. Остается открытым вопрос, насколько велика в этих случаях роль центральной нервной системы. Повод для поиска причины феномена в коре головного мозга дают некоторые экспериментальные исследования, доказывающие наличие специфических зрительных областей, богатых цветокодирующими клетками. Эти клетки не всегда имеют простое топографическое отношение к зрительному полю [12]. Очевидно, наблюдаемые нами случаи огромных индивидуальных различий в топографии цветовой чувствительности обусловлены именно особенностями цветокодирования в центральной нервной системе. Приблизительно к такому же выводу приходили и другие авторы, наблюдавшие обширные дефекты на цвета в поле зрения людей, перенесших болезни зрительного нерва. У некоторых из этих пациентов оставались нормальными границы поля зрения на белый цвет. Если информация о цвете поступает в мозг по разным волокнам зрительного нерва и зрительного пути, то раздельный анализ информации о цвете завершается в цветоспецифических областях коры [1].
В заключение возникает необходимость сопоставить результаты данного исследования с имеющимися в специальной литературе сведениями и отметить основные парадоксы в устоявшихся представлениях о мезопическом зрении человека. Во-первых, в условиях адаптации к темноте, которые можно отнести к скотопическим, сохраняется один из признаков мезопического зрения (способность идентификации цвета) при яркости тест-объекта на три порядка ниже минимальных упоминавшихся ранее значений. Во-вторых, слепота
к синему цвету в центре поля зрения не подтвердилась при достаточно малых размерах тест-объекта (14'...1,5°) в диапазоне яркостей от 640-6 до 7 кд/м2. В третьих, топография цветовой чувствительности, выявленная в данном исследовании, даёт основание для дискуссии о сущности мезопического зрения и позволяет считать недостаточным её цитологическое и нейропсихологическое обоснование.
Список литературы:
1. Кезели А.Р. Нейрофизиологические механизмы цветового зрения / А.Р. Кезели. — Тбилиси: Мецниереба, 1983. — 184 с.
2. Фольб Р.Л. Основы визуальной проблесковой сигнализации / Р.Л. Фольб. — М.: Машиностроение, 1964. — 100 с.
3. Aguilar M. Saturation of the rod mechanism of the retina at high levels of stimulation / M. Aguilar, W.S. Stiles // Optica acta. — 1954. — Vol. 1, No 1. — P. 59—65.
4. Brennan D.H. Vision in flight / D.H. Brennan // Aviation medicine. —Vol. 1. Physiology and human factors. — London: Tri-med Books Ltd., 1978. — P. 504—524.
5. Castano J.A. Sensitivity of the blue-sensitivecones across the central retina / J.A. Castano, H.G. Sperling // Vision Research. — 1982. —Vol. 22, No 6. — P. 661—673.
6. Grum F.C. Optical radiation measurements. Vol. 2. Color measurement /
F. C. Grum, R. Becherer. — New York etc.: Acad Press, 1980. — 372 p.
7. Kohlrausch A. Tagessehen, Dammersehen, Adaptation /A. Kohlrausch // Handbuch der normalen und pathologischen Physiologie /A. Bethe u.
G. Bergmann. — Bd. 12, Halfte 2. — Berlin: Springer, 1931. — S. 1499—1594.
8. Le Grand Y. Optique physiologique. T. 3. L’espace visual / Y. Le Grand. — Paris: Revue d’Optique, 1956. — 391 S.
9. Le Grand Y. Spectral luminosity / Y. Le Grand //Handbook of sensory physiology. Vol. VII/4. Visual psychophysics / Ed. by D. Jameson a. L.M. Hurvich. — Berlin etc.: Springer Verlag, 1972. — P. 413—433.
10. Lie I. Visual detection and resolution as a function of retinal locus / I. Lie // Vision Research. — 1980. — Vol. 20, No 11. — P. 967—974.
11. Woodson W.E. Human engineering guide for equipment designers / W.E. Woodson. — Berkeley; Los Angeles: Univ. of California Press, 1954. — 310 p.
12. Zeki S. The representation of colours in the cerebral cortex / S. Zeki // Nature. — 1980. — Vol. 284, No 5755. — P. 412—418.
