Почему изображение попадает на сетчатку глаза перевернутым?

Зрение человека — сложная оптическая система, способная преобразовывать электромагнитные излучения светового диапазона в видимую картинку. Однако световые лучи, попадающие на сетчатку, изначально формируют перевернутое и уменьшенное изображение, и лишь после обработки мозгом мы наблюдаем мир в привычном виде. Почему же так происходит?

Как устроены и работают наши глаза?

Зрительные органы человека имеют сложное строение. Именно благодаря способности видеть мы воспринимаем до 90% информации об окружающем мире. Человек может различать миллионы оттенков, а также наделен бинокулярным зрением и способен определить величину предмета, расстояние до него, соотнести по размеру окружающие объекты. Кроме того, наш глаз умеет менять фокус для зрения на дальние и ближние расстояния — это называется аккомодацией, регулировать объем поступающего в него света, корректировать хроматические и сферические аберрации и т.д.

Как же происходит процесс восприятия изображения? Световой луч, отраженный от окружающих предметов, проходит через прозрачную выпуклую полусферу переднего отдела глаза — роговицу. Затем он попадает в зрачок — отверстие, расположенное в центре радужной оболочки. Именно благодаря способности зрачка сужаться или расширяться человеческий глаз может приспосабливаться к освещению различной интенсивности.

Далее луч проходит через хрусталик, функция которого — преломление и фокусировка изображения на сетчатке. Он также играет важнейшую роль в аккомодации — изменяет свою кривизну для обеспечения остроты зрения на дальних и ближних расстояниях. Благодаря такому уникальному органу человек при нормальном зрении может без особого труда разглядеть и звезды на ночном небе, и мелкий шрифт в книге. А затем световой луч, преломляясь о хрусталик и фокусируясь, достигает сетчатой оболочки. Это сложнейшая глазная структура, патологии которой приводят к необратимой потере зрения. В сетчатке содержится примерно 137 миллионов различных фоторецепторов, способных обрабатывать до 10 миллиардов фотонов. Именно на сетчатой оболочке формируется изображение, но оно меньше истинного размера и к тому же перевернуто вверх ногами. Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в электрические импульсы, преодолевают нервные волокна и через зрительный нерв передаются в определенные отделы головного мозга. При этом каждый глаз воспринимает видимое изображение по отдельности, но мозг объединяет их в единое целое, формируя привычную картинку.

Почему изображение попадает на сетчатку в перевернутом виде?

Рассмотрим данное явление подробнее. Почему же зримое нами нормальное изображение попадает на сетчатку вверх ногами? Из курса физики известно, что световые лучи в процессе прохождения через криволинейную поверхность преломляются, при этом изображение с обратной стороны становится перевернутым. Зрительные органы содержат две естественные преломляющие линзы — роговицу и хрусталик, через которые проходят световые лучи, прежде чем попасть на сетчатку. А вот преломляются они при этом целых три раза.

Первое преломление происходит, когда свет пересекает роговицу — видимая картинка переворачивается. Затем луч достигает хрусталика, представляющего собой двояковыпуклую линзу. При прохождении через его первую поверхность изображение опять переворачивается в привычный вид, а при следующем преломлении о заднюю выпуклую часть естественной линзы снова инвертируется и в таком перевернутом виде поступает на сетчатую оболочку.

После тройного переворачивания происходит сложнейший процесс преобразования клетками сетчатки полученной информации в электрические импульсы, которые по зрительному нерву передаются в специальные отделы-анализаторы головного мозга. Они формируют привычное нам изображение: небо находится вверху, а земля внизу. Происходит этот процесс мгновенно. Проведенный нейробиологами из Массачусетского университета эксперимент показал, что человеческий мозг способен обработать изображение минимум за 13 миллисекунд. Участникам нужно было подать сигнал, когда среди меняющихся со скоростью 13-80 миллисекунд картинок они видели определенные сюжеты, например, автомобиль или натюрморт. Ученые считают, что такая способность к оперативной обработке информации помогает выбирать нам объекты для рассмотрения. Глазные яблоки способны перемещать свое положение со скоростью до 3 движений в секунду, за это время мозг должен идентифицировать всю информацию в поле зрения, осознать увиденное и принять решение, куда смотреть дальше.

Как на самом деле видит предметы новорожденный?

Распространено мнение, что младенцы видят окружающий мир перевернутым. Это верно лишь отчасти. На самом деле в первые 30-50 дней зрение ребенка очень несовершенно. Его глазное яблоко имеет слегка приплюснутую форму, сетчатка продолжает формироваться, а желтое пятно (макула), отвечающее за остроту центрального зрения, еще отсутствует. Малыш способен различать только светлые и темные пятна. Например, если в темной комнате зажечь лампу, то новорожденный сможет распознать лишь световой ореол, но не более. Все остальное представляется для него в размытом виде.

Способность мозга к исправлению картинки, передаваемой глазом, требует опыта. Но поскольку малыш еще не способен фокусировать взгляд и четко видеть предметы, то и переворачивать ему, по сути, нечего. К двум месяцам жизни световая чувствительность сетчатки возрастает почти в пять раз, укрепляются глазодвигательные мышцы, объекты обретают свои контуры, хотя видны пока только в двух измерениях — в длину и ширину. Ребенок уже проявляет к ним интерес, тянется ручкой, соответственно, учится различать верх и низ.

Может ли человек научиться видеть мир вверх ногами?

Этот вопрос интересует многих людей. Первый подобный опыт на данную тему был проведен американским психологом Д.М. Стрэттоном. В 1896 году он создал инвертоскоп — оптический прибор, который выпрямляет перевернутое на сетчатке глаза изображение. Использование инвертоскопа позволяет видеть окружающий мир вверх ногами. Первые опыты показали, что человек приспосабливается к такому восприятию через несколько суток. Примерно после трех дней дезориентация уменьшилась, а на восьмой день эксперимента образовались новые зрительно-моторные координации. После того как инвертоскоп сняли с глаз, непривычным казался уже нормальный мир, и вновь требовалось некоторое время для адаптации. При этом подобная способность зафиксирована только у человека — аналогичный эксперимент с обезьяной привел ее в полную апатию, и только через неделю она начала понемногу реагировать на сильные раздражители, при этом оставаясь почти неподвижной.

В современной практике инвертоскоп используется для проведения различных экспериментов в области психологии. Иногда его применяют для космонавтов и моряков с целью тренировки вестибулярного аппарата и профилактики морской болезни.