Почему у людей два глаза?
В отличие от многих других позвоночных, у людей есть два глаза, но нет кругового зрения. Тем не менее, они дают нам неоценимое преимущество.
Романтики среди нас могут сказать, что нет ничего лучше пары прекрасных карих глаз, но я думаю, что мы должны искать более научный ответ на этот важный вопрос.
Конечно, не только у людей есть два глаза: это касается всех позвоночных, будь то млекопитающие, амфибии, рептилии, птицы или рыбы. Двоякость пустила глубокие корни в ходе эволюции. Так что, в некотором смысле, у нас, людей, есть два глаза, потому что у наших далеких предков было два глаза давным-давно, и с тех пор ни одна мутация, отличающаяся от этой модели, не оказалась лучше. Как кажется, как позвоночное с двумя глазами, вы оптимально подготовлены к вызовам этого мира. Кроме того, другие части тела также присутствуют попарно или зеркально симметричны: левая половина нашего тела почти соответствует правой; только очень немногие важные органы, включая сердце и печень, представляют собой «цельные части». Таким образом, другим ответом на вопрос может быть: у нас есть два глаза по той же причине, по которой у нас есть два уха и два колена.
И все же есть что-то особенное в наших человеческих глазах, что-то, что отличает нас от большинства других двуглазых животных: почти все другие позвоночные - будь то рыбы или полевые мыши - держат глаза по обе стороны головы, слева и справа. Правильно. Таким образом, они не смотрят прямо перед собой, они в основном могут двигать глазами независимо друг от друга и таким образом наслаждаться почти неограниченным круговым обзором. С другой стороны, у людей дело обстоит так - я думаю, я могу предположить, что это знакомо - что оба глаза направлены вперед и также движутся только вместе, что - с прагматической точки зрения - делает их одним глазом. Помимо людей, только другие приматы и горстка хищников, таких как совы и хищные птицы, волки, змеи и акулы, имеют такие (в основном) обращенные вперед поля зрения. Так что если в ходе эволюции мы «добровольно отказались» от преимуществ зрения двумя независимыми глазами, расположенными по бокам головы, то эта переориентация должна была принести с собой новые, более значительные преимущества. Так и случилось.
Преимущества кругового обзора
Для травоядных и другой добычи такой 360-градусный обзор является большим преимуществом, позволяя им быстро замечать любую опасность, независимо от того, в каком направлении они приближаются. Таким образом, вы можете следить за травой одним глазом - ммм, ням! - а другой ловко передвигается, чтобы голодный хищник не подкрался сзади.
Но многим хищникам такое большое поле зрения вообще не нужно. С другой стороны, им нужен еще какой-то видоискатель, чтобы внимательно следить за своей добычей. Приматам также не нужен панорамный вид, потому что в кронах деревьев их изначальной среды обитания есть всего несколько направлений, с которых хищники вообще могут атаковать. Для них гораздо важнее оценить расстояние, когда тянешься за фруктом или перепрыгиваешь с дерева на дерево: один неуместный прыжок, и дальнейшая эволюция будет происходить без твоих генов…
На самом деле, возможно, романтическая точка зрения не так уж и неверна: обращенные вперед глаза играют решающую роль в развитии человеческих отношений, области, которая делает нас вполне человечными - и наш вид в целом, возможно, помогли добиться успеха в первую очередь. Именно потому, что наши глаза так четко сфокусированы на чем-то конкретном, легко увидеть, на кого или на что мы обращаем внимание. Это, в свою очередь, помогает создавать связи. Это также объясняет, почему мы, люди - почти единственный вид в животном мире - смотрим друг другу в глаза во время секса. Кроме того, это помогает нам сблизиться с другими животными, чьи глаза, например, у собак или кошек, также обращены вперед. Кстати, это особенно заметно у детенышей животных, чьи глаза смотрят вперед даже яснее, чем глаза их родителей - может быть, поэтому мы находим их такими милыми.
Все указывает на то, что у разных видов плотоядных и приматов лобные поля зрения развивались независимо. Тем не менее, оба они обязаны своим дальновидным глазам одним явным преимуществом, способностью, от которой они оба зависят, а именно способностью точно определять расстояние, о которой уже упоминалось. Наши два глаза, обращенные вперед, дают нам, людям и другим животным, обладающим сопоставимым «оборудованием», способность видеть так называемое бинокулярное зрение. То, что мы видим нашими двумя глазами, почти одинаково для каждого из них; но только почти, потому что они все-таки не одно целое, а немного врозь. И эта маленькая разница имеет большие последствия!
Большую часть времени мы почти не замечаем, что у нас даже два отдельных глаза - ведь мы видим мир только одним полем зрения. Но все, что вам нужно сделать, это поднять два указательных пальца, один перед другим, и посмотреть на переднюю часть двух. Теперь поочередно закрываем глаза, то один, то другой. Видите, как дальний палец прыгает туда-сюда? Точно так же, если вы держите два пальца рядом с носом, а затем фокусируетесь на удаленном объекте, их количество удваивается: внезапно у вас появляется четыре указательных пальца, так как каждый глаз теперь сообщает вашему мозгу: «Два указательных пальца в взгляд!"
Но что действительно примечательно, так это то, что мозг составляет однородное изображение, которое дает видимость глубины резкости из двух всегда немного разных изображений, которые выдают наши глаза, и отклонение которых упоминается в физиологии зрения. восприятие как неравенство. Это явление также было названо парадоксом Леонардо, потому что великий эрудит был озадачен, размышляя о том, как два глаза с разными полями зрения могут давать одно и то же визуальное впечатление. Однако Леонардо признал, что это единственное визуальное впечатление глубины резкости позволяет нам воспринимать мир как пространство; как мир трехмерных объектов, а не только двухмерных жестких картинных плоскостей. Задача запечатлеть этот трехмерный мир на двухмерном холсте будет занимать его на протяжении всей его творческой жизни.
Стереовидение
Чего, однако, не понимал Леонардо, так это того, что именно сочетание двух разных полей зрения в мозгу позволяет нам видеть «стерео» - то есть трехмерное зрение - в первое место. Именно английский физик Чарльз Уитстон впервые пришел к этому фундаментальному выводу, когда в 1838 году провел очень простой эксперимент: он зарисовал несколько отличающиеся изображения отпечатков своих двух глаз, для чего использовал «зеркальный стереоскоп», устройство, которое он разработал сам, будет иметь. Стереоскоп позволял ему предъявлять отпечатки нарисованного изображения соответствующему глазу по отдельности - и обоим вместе обоим глазам вместе. Глядя на обе картинки одновременно, создавался чудесный трехмерный эффект, от которого он был в восторге.
В 1960-х годах новаторские эксперименты двух нейробиологов, а позднее лауреатов Нобелевской премии Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля показали, что изображения на сетчатке обоих глаз обрабатываются в одном и том же месте мозга - и они перекрываются таким образом. таким образом, когда мы открываем оба глаза, возникает единая картина. Австралийцы Джек Петтигрю, Гораций Барлоу, Колин Блейкмор и Питер Бишоп позже обнаружили, что тонкие различия между двумя визуальными впечатлениями также воспринимаются и обрабатываются в мозгу; это то, что создает пространственное впечатление от нашего повседневного видения.
Лабораторные эксперименты показывают, что трехмерное зрение работает на расстоянии до 2,7 км, но на самом деле оно, кажется, прекращается примерно через 200 метров.
Этот трехмерный эффект наиболее заметен, когда объекты восприятия находятся прямо перед нашим носом. Это связано с тем, что в этом случае несоответствие между двумя впечатлениями от изображения является наибольшим. Если смотреть дальше вдаль, эффект становится слабее. Как показывают лабораторные эксперименты, пространственное зрение работает на расстоянии до 2,7 километров, но в действительности оно, похоже, заканчивается примерно через 200 метров.
Но бинокулярное зрение - не единственный «инструмент», который мы, люди, можем использовать для определения расстояний. Конкретная перспектива, фокусировка на другой плоскости изображения или даже другие признаки (например, объекты, которые частично скрыты другими объектами и поэтому должны находиться на большем расстоянии, чем они) - все это помогает нам прийти к трехмерному изображению. нашего окружения. Поэтому даже одноглазому человеку не нужно отчаиваться от расстояний. На самом деле, мы настолько привыкли к нашему трехмерному зрению, что можем закрыть один глаз и по-прежнему видеть в трехмерном пространстве! Конечно, это может быть немного сложнее для тех, кто видел только одним глазом.
Идеально подобраны
Также весьма примечательно, как идеально наши два глаза настроены друг на друга, как прекрасно они двигаются друг с другом. Для того чтобы синтез однородного поля зрения увенчался успехом, образы, получаемые двумя глазами, должны быть почти идентичными - за исключением небольшого несоответствия перспективы - и при движении глаз они должны смещаться абсолютно параллельно. Сетчатка крошечная, поэтому малейшая неточность испортит общее впечатление. Когда глаза двигаются из стороны в сторону вместе, это называется версией. На самом деле, мы совершаем эти движения постоянно, даже не осознавая этого. Наши глаза постоянно бегают туда-сюда, всегда идеально синхронизированы, охватывая мир вокруг нас. Эти саккады, или направленные взглядом движения, являются самыми быстрыми движениями, которые может выполнять человеческое тело; В часы пик они поворачивают глаз на 900 градусов в секунду!
Помимо этих боковых движений, наши глаза могут легко сфокусироваться на определенном объекте, даже если мы двигаем головой. Им совсем не сложно двигаться в разные стороны - например, когда мы попеременно сосредотачиваемся на предметах, находящихся близко или далеко. Когда они смотрят на предмет, который находится близко к нашему лицу, наши глаза обращаются друг к другу; это называется конвергенция. Если мы затем направим их на удаленный объект, они снова немного повернутся наружу; это называется дивергенцией. Когда конвергенция слишком выражена, известно, что происходит косоглазие, но это редкое явление.
Очевидно, что для выполнения версии, конвергенции и дивергенции с такой точностью глазные мышцы должны быть идеально скоординированы. Однако одного этого недостаточно - и координация всех этих движений происходит вовсе не в мышцах, а берет свое начало непосредственно из определенных областей в лобных долях нашего мозга, которые в совокупности также именуются глазным полем. Там отслеживаются изменяющиеся изображения на сетчатке, и глазным мышцам подаются соответствующие сигналы, чтобы движения двух глаз продолжали идеально координироваться.
Поскольку теперь хорошо известно, как работает бинокулярное пространственное зрение, был разработан целый ряд методов, с помощью которых можно обмануть глаза, заставив их видеть трехмерное изображение. Все, что вам нужно сделать, это поставить перед каждым глазом один и тот же мотив в несколько ином ракурсе - и, как Чарльз Уитстон в своем знаменитом эксперименте, вы получите иллюзию трехмерности. 3D-фильмы также распространены в наши дни; они сняты двумя камерами с двух немного разных точек зрения. Однако для их просмотра требуются специальные очки, которые позволяют каждому глазу видеть два проецируемых изображения независимо - это далеко не идеальный метод. Кроме того, необходимо очень тщательно рассчитать несоответствие двух снятых перспектив, чтобы обеспечить правильное базовое расстояние между двумя объективами; иначе результат будет выглядеть довольно странно.
В некоторых отношениях бинокулярное зрение является большим эволюционным преимуществом человека. Наши глаза, обращенные вперед, наша способность точно определять расстояние, а также возможность наблюдать с близкого расстояния, что мы делаем руками - продеваем ли мы нить через игольное ушко или швыряем копье в убегающую добычу. -: Все это основано на одном решающем отличии от большинства других животных. Конечно, мы разделяем эту разницу с другими приматами; но можно с уверенностью сказать, что мы, люди, извлекли из этого максимум пользы.