Бинокулярное соперничество

Слияние ретинальных изображений левого и правого глаз происходит только тогда, когда эти образы практически идентичны. В тех же случаях, когда эти изображения весьма значительно отличаются друг от друга, наблюдается необычное явление, называемое бинокулярным соперничеством. Перцептивные последствия бинокулярного соперничества, созданные определенными условиями видения, различны. Значительно отличающиеся друг от друга правое и левое ретинальные изображения могут либо слиться, образовав некий хрупких и неустойчивый композитный образ, либо один образ может подавлять другой. Доминирующий и подавленный образ могут спонтанно меняться местами, т.е. возможна флуктуация доминирования от одного глаза к другому. Одним из дискуссионных вопросов бинокулярного соперничества является вопрос о том, какой отдел зрительной системы участвует в его возникновении и разрушении. Существуют доказательства изменений нейронной активности определенных участков коры головного мозга, которые точно соответствуют перцептивным изменениям, типичным для бинокулярного соперничества. Согласно исследованиям, проведенным в 1998 г. с помощью ФМРТ, нейронная активность определенных участков коры головного мозга зависит от содержания стимулов, благодаря которым возникает бинокулярное соперничество. В каждой воспринятой наблюдателем смене доминанты участвует специфический участок коры. Эти данные свидетельствуют в пользу представлений о центральном происхождении механизма, лежащего в основе бинокулярного соперничества. Очевидно, что этот механизм более сложен, нежели простое подавление монокулярных образов. С этим процессом тесно связаны такие расстройства зрения, как амблиопия и страбизм (косоглазие).

Эксперименты Белы Юлеша (биофизик, сотрудник компании «Белл Лэбретриз»)

Термин циклопическое восприятие был предложен Б. Юлешем для обозначения стереоэффекта, возникающего при просмотре созданных им стереограмм совершенно нового типа, образованных кажущимся случайным набором чёрных и белых элементов Стереограммы – это парные картинки, на одной из которых изображено то, что видит левый глаз, а на другой то, что видит правый.

Воспользовавшись компьютерной программой, Юлеш создал два практически одинаковых рисунка, представлявших собой случайные конфигурации точек (обычно такие стереограммы называют случайно-точечными стереограммами):

Рис.1

Оба изображения имеют идентичную текстуру, образованную случайными конфигурациями точек, исключение составляют лишь небольшие центральные участки, которые тоже идентичны в обоих случаях, но смещены латерально (в сторону) в противоположных направлениях.

При взгляде на любой из этих рисунков, образующих стереопару, невозможно увидеть каких-либо признаков глубины или формы, ибо в них нет никаких монокулярных признаков. Однако при стереоскопическом слиянии этих двух рисунков в центре отчётливо виден небольшой квадрат, соответствующий латерально смещённому участку и «парящий» над окружающей его структурой.

Как схематически показано ниже, смещённые участки правого и левого квадратов случайно-точечной стереопары отличаются друг от друга. Центральный участок левого квадрата смещён вправо, а правого – влево. Благодаря этому латеральному сдвигу центрального участка на правую и левую сетчатку проецировались разные изображения, как было бы, если бы маленький центральный квадрат действительно лежал отдельно, впереди текстуры, образованной случайной конфигурацией точек. В итоге для этого маленького центрального участка возникает бинокулярная диспарантность (т.е. левый и правый глаз видят его не совсем одинаково), и при стереоскопическом просмотре стереопары создаётся впечатление, что центральный участок лежит над фоном – текстурой, образованной случайной конфигурацией точек. Если центральный участок левого квадрата сместить влево, а правого – вправо (т.е. если создать обратную диспарантность между левым и правым квадратом), то при стереоскопическом просмотре этой стереопары будет казаться, что центральный квадрат лежит на поверхности позади текстуры, образованной случайной конфигурацией точек.

По мнению Юлеша, из случайно-точечных стреограмм стереоскопический эффект извлекается зрительной системой автоматически благодаря определённому процессу, протекающему на нейронном уровне. Этот процесс, результатом которого является восприятие глубины, включает сопоставление тех участков рисунков, которые идентичны для обоих глаз, и оценку остающихся участков бинокулярных диспарантностей. Для возникновения эффекта глубины, или стереопсиса, достаточно одной бинокулярной диспарантности, поскольку, как уже отмечалось выше, в расположении случайно-точечных стереограмм нет ничего – ни изобразительных признаков глубины, ни знакомых очертаний, – что могло бы навести на мысль о смещении одного участка относительно другого.

Термин диспарантность говорит, что изображение на сетчатке правого и левого глаза выглядит чуть по-разному. Диспаратность тем больше, чем ближе к глазам находится предмет: оптические оси глазных яблок поворачиваются, сходясь в точке, привлекающей внимание, и все остальные точки оказываются по отношению к оптической оси диспаратными. К каждому нейрону диспаратности приходят сигналы от обоих глаз: с правых сторон каждой сетчатки, как мы помним, информацию снимают нейроны левой затылочной коры, а с левых сторон – нейроны правой коры. То есть у любого такого нейрона существуют два рецептивных поля.

До тех пор, пока данный участок изображения не попал сразу на оба этих поля, нейрон диспаратности молчит. А как только поля сразу увидят одинаковый кусочек, нейрон возбуждается, дает сигнал в высшие отделы зрительной системы. Причем максимальный ответ нейрона будет только тогда, когда изображение очутится точно посередине каждого поля.

Открытие Юлеша заставило нейрофизиологов и психологов совершенно по-новому взглянуть на проблему стереоскопичности зрения. Оказалось, что мозг разыскивает с помощью нейронов коры некоторые одинаковые участки изображений в том и другом глазу, совершенно не интересуясь их осмысленностью и связью с общей картиной.

Как только такие одинаковые участки найдены (тут немедленно на ум приходит гипотеза Глезера о кусочном квазиголографическом представлении образа в высших отделах мозга), им присваиваются метки «Находятся на таком-то расстоянии». Когда же все кусочки сольются в образ, в сознании возникает объемная сцена, зрительная картина, где одни предметы близко, а другие далеко.

В 1960 году Бела Юлеш из фирмы Bell Telephone Laboratories придумал весьма полезную и изящную методику для демонстрации стереоэффекта. Изображение, представленное на рис. 107, на первый взгляд кажется однородной случайной мозаикой из маленьких треугольничков. Так оно и есть, за исключением того, что в центральной части имеется скрытый треугольник большего размера. Если вы будете рассматривать это изображение с помощью двух кусочков цветного целлофана, помещенных перед глазами, — красного перед одним глазом и зеленого перед другим, то вы должны увидеть в центре треугольник, выступающий из плоскости листа вперед, как в предыдущем случае с маленьким кружком на стереопарах. (Быть может, в первый раз вам придется смотреть минуту или около этого, пока не возникнет стереоэффект.) Если поменять куски целлофана местами, произойдет инверсия глубины. Ценность этих стереопар Юлеша заключается в том, что если у вас нарушено стереовосприятие, то вы не увидите треугольника впереди или позади окружающего фона.

Рис. Для того чтобы получить это изображение, называемое анаглифом, Бела Юлеш сначала построил две системы случайно расположенных маленьких треугольников; они различались только тем, что 1) в одной системе были красные треугольники на белом фоне, а в другой — зеленые на белом фоне; 2) в пределах большой треугольной зоны (вблизи центра рисунка) все зеленые треугольники несколько смещены влево по сравнению с красными. После этого две системы совмещаются, но с небольшим сдвигом, так что сами треугольники не накладываются друг на друга. Если на полученное изображение смотреть через зеленый фильтр из целлофана, то будут видны только красные элементы, а если через красный фильтр — только зеленые. Если же перед одним глазом поместить зеленый фильтр, а перед другим — красный, то вы увидите большой треугольник, выступающий примерно на 1 см перед страницей. В случае перемены фильтров местами треугольник будет виден за плоскостью страницы.