Бинокулярное зрение: преимущества и особенности восприятия мира двумя глазами.

Введение

Тип зрения с двумя глазами, направленными в одном направлении.

В биологии бинокулярное зрение – это тип зрения, при котором у животного есть два глаза, способных смотреть в одном направлении, чтобы воспринимать единое трехмерное изображение окружающей среды. Бинокулярное зрение обычно не относится к зрению, когда у животного глаза расположены по разные стороны головы и не имеют общего поля зрения, как у некоторых животных. Невролог Манфред Фале выделил шесть конкретных преимуществ наличия двух глаз вместо одного:

Оно дает существу «запасной глаз» на случай повреждения одного из них. Оно обеспечивает более широкое поле зрения. Например, у человека максимальное горизонтальное поле зрения составляет примерно 190 градусов при использовании двух глаз, из которых около 120 градусов приходится на бинокулярное поле зрения (видимое обоими глазами), окруженное двумя монокулярными полями (видимое только одним глазом) примерно по 40 градусов. Оно может обеспечивать стереопсис, при котором бинокулярная диспаратность (или параллакс), обусловленная различным положением двух глаз на голове, дает точное восприятие глубины. Это также позволяет существу разрушить маскировку другого существа. Оно позволяет определять углы направления взгляда глаз относительно друг друга (вергенция) и этих линий относительно конкретного объекта (угол зрения) по изображениям, получаемым двумя глазами. Эти свойства необходимы для третьего преимущества. Оно позволяет существу видеть большую часть или весь объект, находящийся за препятствием. Это преимущество было отмечено Леонардо да Винчи, который заметил, что вертикальный столб, расположенный ближе к глазам, чем рассматриваемый объект, может заслонять часть объекта от одного глаза, но эта часть объекта может быть видна другому глазу. Оно обеспечивает бинокулярную суммацию, при которой повышается способность обнаруживать слабовидимые объекты. Другие явления бинокулярного зрения включают утрокулярную дискриминацию (способность определить, какой из двух глаз был стимулирован светом), доминирование глаза (привычка использовать один глаз при прицеливании, даже если оба глаза открыты), аллелотропию (усреднение направления взгляда на объекты, рассматриваемые каждым глазом при открытых обоих глазах), бинокулярное слияние или единственность зрения (видение одного объекта обоими глазами, несмотря на то, что каждый глаз имеет свой собственный образ объекта) и бинокулярное соперничество (видение изображения одного глаза, чередующегося случайным образом с изображением другого глаза, когда каждый глаз видит настолько разные изображения, что их невозможно объединить). Бинокулярное зрение помогает в выполнении таких навыков, как ловля, захват и локомоция. Оно также позволяет людям обходить препятствия с большей скоростью и уверенностью. Оптометристы и ортоптисты – специалисты по уходу за глазами, которые корректируют проблемы бинокулярного зрения.

It gives a creature a "spare eye" in case one is damaged. It gives a wider field of view. For example, humans have a maximum horizontal field of view of approximately 190 degrees with two eyes, approximately 120 degrees of which makes up the binocular field of view (seen by both eyes) flanked by two uniocular fields (seen by only one eye) of approximately 40 degrees. It can give stereopsis in which binocular disparity (or parallax) provided by the two eyes' different positions on the head gives precise depth perception. This also allows a creature to break the camouflage of another creature. It allows the angles of the eyes' lines of sight, relative to each other (vergence), and those lines relative to a particular object (gaze angle) to be determined from the images in the two eyes. These properties are necessary for the third advantage. It allows a creature to see more of, or all of, an object behind an obstacle. This advantage was pointed out by Leonardo da Vinci, who noted that a vertical column closer to the eyes than an object at which a creature is looking might block some of the object from the left eye but that part of the object might be visible to the right eye. It gives binocular summation in which the ability to detect faint objects is enhanced. Other phenomena of binocular vision include utrocular discrimination (the ability to tell which of two eyes has been stimulated by light), eye dominance (the habit of using one eye when aiming something, even if both eyes are open), allelotropia (the averaging of the visual direction of objects viewed by each eye when both eyes are open), binocular fusion or singleness of vision (seeing one object with both eyes despite each eye having its own image of the object), and binocular rivalry (seeing one eye's image alternating randomly with the other when each eye views images that are so different they cannot be fused). Binocular vision helps with performance skills such as catching, grasping, and locomotion. It also allows humans to walk over and around obstacles at greater speed and with more assurance. Optometrists and orthoptists are eyecare professionals who fix binocular vision problems.

Этимология

Термин "бинокулярный" происходит от двух латинских корней: *bini* – "двойной", и *oculus* – "глаз".

Поле зрения и движения глаз

Некоторые животные, как правило, но не всегда, являются животными-жертвами, и их глаза расположены на противоположных сторонах головы, чтобы обеспечить максимально широкое поле зрения. К ним относятся кролики, буйволы и антилопы. У таких животных глаза часто двигаются независимо друг от друга, чтобы увеличить поле зрения. Даже не двигая глазами, некоторые птицы имеют поле зрения в 360 градусов. Другие животные, обычно, но не всегда, хищники, имеют глаза, расположенные спереди головы, что обеспечивает бинокулярное зрение и уменьшает поле зрения в пользу стереопсии. Однако глаза, направленные вперед, – это высокоэволюционировавший признак у позвоночных, и существует лишь три современных группы позвоночных с действительно направленными вперед глазами: приматы, плотоядные млекопитающие и хищные птицы. Некоторые хищные животные, особенно крупные, такие как кашалоты и косатки, имеют глаза, расположенные на противоположных сторонах головы, хотя возможно, что у них есть некоторое бинокулярное поле зрения. Другие животные, которые не обязательно являются хищниками, такие как плодовые летучие мыши и некоторые приматы, также имеют глаза, направленные вперед. Обычно это животные, которым требуется точное различение/восприятие глубины; например, бинокулярное зрение улучшает способность выбирать определенный фрукт или находить и хватать конкретную ветвь. Направление точки относительно головы (угол между положением прямо перед собой и кажущимся положением точки, от эгоцентра) называется визуальным направлением или версией. Угол между линиями зрения двух глаз при фиксации точки называется абсолютной диспаратностью, бинокулярным параллаксом или требованием к вергенции (обычно просто вергенцией). Взаимосвязь между положением двух глаз, версией и вергенцией описывается законом визуального направления Геринга. У животных с глазами, направленными вперед, глаза обычно двигаются согласованно. Движения глаз бывают либо конъюнктивными (в одном направлении) – версионными движениями глаз, обычно описываемыми по типу: саккадами или плавным слежением (также нистагмом и вестибулоокулярным рефлексом), либо дизъюнктивными (в противоположных направлениях) – движениями вергенции. Связь между версионными и вергентными движениями глаз у человека (и большинства животных) описывается законом равной иннервации Геринга. Некоторые животные используют обе эти стратегии. Например, у скворца глаза расположены по бокам, чтобы охватить широкое поле зрения, но он также может двигать ими согласованно, направляя вперед, чтобы их поля зрения перекрывались, обеспечивая стереопсию. Замечательный пример – хамелеон, чьи глаза кажутся установленными на башнях, каждая из которых движется независимо от другой, вверх или вниз, влево или вправо. Тем не менее, хамелеон может навести оба глаза на один объект во время охоты, демонстрируя вергенцию и стереопсию.

Some animalsusually, but not always, prey animalshave their two eyes positioned on opposite sides of their heads to give the widest possible field of view. Examples include rabbits, buffalo, and antelopes. In such animals, the eyes often move independently to increase the field of view. Even without moving their eyes, some birds have a 360 degree field of view. Some other animalsusually, but not always, predatory animalshave their two eyes positioned on the front of their heads, thereby allowing for binocular vision and reducing their field of view in favor of stereopsis. However, front facing eyes are a highly evolved trait in vertebrates, and there are only three extant groups of vertebrates with truly forward facing eyes: primates, carnivorous mammals, and birds of prey. Some predatory animals, particularly large ones such as sperm whales and killer whales, have their two eyes positioned on opposite sides of their heads, although it is possible they have some binocular visual field. Other animals that are not necessarily predators, such as fruit bats and a number of primates, also have forward facing eyes. These are usually animals that need fine depth discrimination/perception; for instance, binocular vision improves the ability to pick a chosen fruit or to find and grasp a particular branch. The direction of a point relative to the head (the angle between the straight ahead position and the apparent position of the point, from the egocenter) is called visual direction, or version. The angle between the line of sight of the two eyes when fixating a point is called the absolute disparity, binocular parallax, or vergence demand (usually just vergence). The relation between the position of the two eyes, version and vergence is described by Hering's law of visual direction. In animals with forward facing eyes, the eyes usually move together. Eye movements are either conjunctive (in the same direction), version eye movements, usually described by their type: saccades or smooth pursuit (also nystagmus and vestibulo–ocular reflex). Or they are disjunctive (in opposite direction), vergence eye movements. The relation between version and vergence eye movements in humans (and most animals) is described by Hering's law of equal innervation. Some animals use both of the above strategies. A starling, for example, has laterally placed eyes to cover a wide field of view, but can also move them together to point to the front so their fields overlap giving stereopsis. A remarkable example is the chameleon, whose eyes appear as if mounted on turrets, each moving independently of the other, up or down, left or right. Nevertheless, the chameleon can bring both of its eyes to bear on a single object when it is hunting, showing vergence and stereopsis.

Бинокулярная сумма

Бинокулярная суммация – это процесс, при котором порог обнаружения стимула ниже при использовании двух глаз, чем при использовании одного. Существует множество возможностей при сравнении бинокулярной и монокулярной функции зрения. Это проявляется, например, когда нужно указать пальцем на удалённый объект. Когда человек смотрит на кончик своего пальца, он воспринимается как один объект, но в поле зрения попадают два изображения удалённого объекта. Когда же человек смотрит на удалённый объект, он воспринимается как один, а кончик пальца – как два отдельных изображения. Для успешного указания одно из двойных изображений должно доминировать, а другое игнорироваться или подавляться (это явление называется "доминированием глаза"). Глаз, который способен быстрее двигаться к объекту и удерживать на нём фиксацию, с большей вероятностью будет определяться как доминирующий. Стереопсис (от "стерео" – "твёрдый" или "трёхмерный", и "опсис" – "восприятие" или "зрение") – это ощущение глубины, возникающее при рассматривании сцены обоими глазами у человека с нормальным бинокулярным зрением. Человеческая способность к одновременной полной обработке изображения ограничена, поэтому и возникает бинокулярное соперничество. На продолжительность фиксации взгляда на одном из двух изображений могут влиять различные факторы, такие как контекст, увеличение контрастности, движение, пространственная частота и инвертированные изображения. Тест "закрытие-открытие" также может использоваться для диагностики более сложных нарушений бинокулярного зрения – тропий. В части теста, связанной с закрытием, врач наблюдает за первым глазом, закрывая второй. Если глаз смещается изнутри наружу, у пациента экзотропия. Если смещение происходит извне внутрь, у пациента эзотропия. Люди с экзотропией или эзотропией имеют расходящееся или сходящееся косоглазие соответственно. Это формы косоглазия, которые могут сопровождаться амблиопией. Существует множество определений амблиопии. Примерно у 20% пациентов, обращающихся в оптометрические клиники, выявляются бинокулярные аномалии зрения. Наиболее эффективным методом диагностики аномалий зрения является тест на ближайшую точку конвергенции (НПК). Во время теста НПК объект, например палец, приближается к лицу пациента до тех пор, пока врач не заметит, что один глаз отклонился наружу и/или у пациента возникла диплопия (двоение в глазах). В определённой степени бинокулярные расхождения могут компенсироваться адаптацией зрительной системы. Однако, если дефекты бинокулярного зрения слишком велики – например, если для адаптации зрительной системе потребовалось бы компенсировать чрезмерно большие горизонтальные, вертикальные, торсионные или анизейконические отклонения – глаза стремятся избегать бинокулярного зрения, что может привести к развитию или усугублению косоглазия.

Binocular summation is the process by which the detection threshold for a stimulus is lower with two eyes than with one. There are various types of possibilities when comparing binocular performance to monocular. This happens when one has to point to a distant object with one's finger. When one looks at one's fingertip, it is single but there are two images of the distant object. When one looks at the distant object it is single but there are two images of one's fingertip. To point successfully, one of the double images has to take precedence and one be ignored or suppressed (termed "eye dominance"). The eye that can both move faster to the object and stay fixated on it is more likely to be termed as the dominant eye. Stereopsis (from stereo meaning "solid" or "three dimensional", and opsis meaning "appearance" or "sight") is the impression of depth that is perceived when a scene is viewed with both eyes by someone with normal binocular vision. Humans have limited capacity to process an image fully at one time. That is why the binocular rivalry occurs. Several factors can influence the duration of gaze on one of the two images. These factors include context, increasing of contrast, motion, spatial frequency, and inverted images. The cover uncover test can also be used for more problematic disorders of binocular vision, the tropias. In the cover part of the test, the examiner looks at the first eye as he or she covers the second. If the eye moves from in to out, the person has exotropia. If it moved from out to in, the person has esotropia. People with exotropia or esotropia are wall eyed or cross eyed respectively. These are forms of strabismus that can be accompanied by amblyopia. There are numerous definitions of amblyopia. About 20% of patients who come to optometry clinics will have binocular vision anomalies. The most effective way to diagnosis vision anomalies is with the near point of convergence test. During the NPC test, a target, such as a finger, is brought towards the face until the examiner notices that one eye has turned outward and/or the person has experienced diplopia or doubled vision. Up to a certain extent, binocular disparities can be compensated for by adjustments of the visual system. If, however, defects of binocular vision are too great – for example if they would require the visual system to adapt to overly large horizontal, vertical, torsional or aniseikonic deviations – the eyes tend to avoid binocular vision, ultimately causing or worsening a condition of strabismus.