Почему у людей два глаза?
Очевидно, что два глаза есть не только у человека, а также и у других позвоночных животных, например, млекопитающих, амфибий, рептилий, птиц и рыб. Наличие пары глаз давало преимущества и поощрялось эволюцией. В некоторой степени люди имеют два глаза из-за того, что у наших далеких-далеких предков тоже была пара глаз и с тех пор не произошла мутация, способная выдержать конкуренцию. Как показывает опыт, человек с парой глаз лучше снаряжен, чтобы бросить вызов этому миру. Не говоря уже о том, что много других частей тела являются парными и симметричными: левая часть тела соответствует правой; только некоторые жизненно важные органы, к которым относятся сердце и печень, есть лишь в единственном экземпляре. Следовательно, на данный вопрос можно ответить и другим образом: человек имеет два глаза по той же причине, по которой у него также есть два уха и две коленки.
У человеческих глаз есть что-то особенное, что отличает нас от большинства других двуглазых животных. Почти у всех позвоночных, будь то рыба или мышь-полевка, глаза расположены латерально, т.е. по сторонам (справа и слева). Потому глаза смотрят не прямо, в большинстве случаев они также могут двигаться независимо друг от друга, и животные, таким образом, могут наслаждаться почти неограниченным круговым обзором. У человека, напротив, глаза направлены вперед и двигаются сообща. Кроме людей устремленным вперед полем зрения обладают также приматы и небольшое количество хищников, например совы и древние хищные птицы, волки, змеи и акулы. Если бы люди в процессе эволюции «добровольно не отказались» от преимуществ, которые дарует пара глаз, расположенных латерально и не зависимых друг от друга, произошла бы переориентация, у которой были бы свои плюсы.
Преимущества кругового обзора
Для травоядных животных, часто служащих добычей другим, круговой обзор - это большое преимущество, так как он позволяет им мгновенно замечать возможную опасность независимо от того, с какой стороны она приближается, то есть удерживать в поле зрения сочную траву и следить за тем, чтобы сзади не подкрался голодный хищник.
У многих хищников поле зрения не такое большое. Зато они используют его, чтобы точно обнаруживать жертву и следить за ее перемещениями. Приматы также не нуждаются в панорамном зрении, потому что под кронами деревьев - их естественном месте обитания - ограничены направления, с которых на них может напасть хищник. Для них важнее правильно измерять расстояние, чтобы схватить плод или прыгнуть с дерева на дерево, так как, если они неправильно рассчитают дальность прыжка, эволюция продолжится без использования их генов…
Данные исследований указывают на то, что по всей вероятности, различные виды хищников и приматов развили фронтальное зрение независимо друг от друга. В процессе естественного отбора наличие направленного вперед зрения было решающим преимуществом и даром, от которого они стали зависимыми, и этот дар помог им точно оценивать расстояние впереди себя. Направленные вперед глаза наделяют нас и других животных так называемым бинокулярным зрением. Оба глаза видят примерно одно и то же, однако получаемое изображение все же отличается в силу того, что глаза несколько удалены друг от друга. Именно это небольшое отличие и делает большую разницу!
Бо́льшую часть времени мы вообще не замечаем, что обладаем двумя отдельными глазами, потому что поле их зрения практически совпадает. Нужно только поднять свои указательные пальцы, расположить их один за другим и рассмотреть тот, что находится впереди. Затем, если попеременно закрывать то один, то другой глаз, можно увидеть, что находящийся сзади палец прыгает из стороны в сторону. Похожий результат получится, если друг рядом с другом расположить два пальца так, чтобы они касались кончика носа, тогда, если Вы сфокусируетесь на удаленном объекте, количество пальцев удвоится. Вам покажется, что Вы видите четыре пальца, так как каждый глаз посылает сигнал в мозг: «В поле зрения два пальца!».
Стоит отметить, что мозг с легкостью комбинирует два разных изображения, которые ему посылают глаза, в единую картинку, создающую видимость глубины. В физиологии восприятия такое расхождение принято называть диспаратностью. Это также называют парадоксом Леонардо, так как для великого гения было загадкой, каким образом два глаза воспринимают различные изображения, а в итоге получается только одна картинка. Леонардо выяснил, что эта конечная, определяющая глубину картинка дает нам возможность воспринимать мир как пространство, т.е. мир трехмерных объектов, а не двумерные плоские изображения. Всю свою художественную карьеру он работал над тем, чтобы пленить этот трехмерный мир на двумерной плоскости полотна.
Стереоскопическое зрение
Что Леонардо так и не смог понять, так это то, что именно объединение этих отличающихся изображений у нас в мозге создает стереоскопическое, или пространственное, зрение. К этому выводу впервые пришел британский физик Чарльз Уитстон, который еще в 1838г. провел простой эксперимент. Так, он выполнил рисунки, слегка отличающиеся друг от друга (как они бы воспринимались каждым глазом), и использовал зеркальный стереоскоп, который сам изобрел. Стереоскоп позволил ему по отдельности показывать каждому глазу нарисованные изображения. При одновременном просмотре обеих картинок возникал - как он сам утверждал - удивительный 3D-эффект.
В 1960-е гг. два нейробиолога, а затем и лауреата Нобелевской премии - Дэвид Хьюбел и Торстен Визель - провели ряд новаторских экспериментов и установили, что зоны сетчатки глаза связаны с определенными зонами коры головного мозга, обрабатывающими зрительную информацию, где получаемое изображение накладывается друг на друга и соединяется воедино. Позже австралийскими учеными Джеком Петтигрю, Хорасом Барлоу, Колином Блэйкмором и Питером Бишопом было установлено, что мозг замечает даже мельчайшие отличия воспринимаемых изображений и обрабатывает их так, что получается эффект глубины.
Лабораторные испытания устанавливают, что пространственное видение действует на расстоянии до 2,7 км, но в реальности эта цифра значительно ниже - в среднем 200 м.
Сильнее всего 3D-эффект заметен, когда воспринимаемые объекты находятся близко к нашему носу. Дело в том, что в этом случае диспаратность между двумя получаемыми изображениями выражена сильнее всего. Чем дальше расположен объект фокусировки, тем слабее эффект. Лабораторные испытания устанавливают, что пространственное видение действует на расстоянии до 2,7 км, но в реальности эта цифра значительно ниже - в среднем 200 м.
Однако бинокулярное зрение является не единственным инструментом, благодаря которому люди могут воспринимать расстояние и глубину. Тому, что мы воспринимаем окружающую среду трехмерно, способствует также особый ракурс, установление фокуса на плоскости изображения, а также представление объектов, которые частично перекрываются другими объектами и потому на большом расстоянии выглядят как те, что расположены перед ними. Поэтому людям только с одним функционирующим глазом ни в коем случае не стоит терять надежду на восприятие глубины. В действительности мы настолько привыкли к трехмерному видению, что, когда закрываем глаз, все равно распознаем расстояние и глубину. Однако это все же дается сложнее тем, кому постоянно приходится пользоваться только одним глазом.
Идеально согласованы друг с другом
Стоит также отметить то, насколько точно оба глаза согласованы между собой и насколько четко они вместе совершают движения. Чтобы синтез окончательного единого изображения удался, получаемые из каждого глаза картинки должны быть практически идентичными (не считая легкой диспаратности перспектив), а глаза должны двигаться параллельно. Сетчатка глаза невероятно мала, поэтому даже мельчайшая неточность способна разрушить общее впечатление.
На самом деле мы постоянно совершаем движения глаз, даже этого не замечая. Глаза непрерывно устремляются то в одну, то в другую сторону, синхронно воспринимая мир вокруг нас. Так называемые саккады (направленные движения глаз) являются самыми быстрыми движениями, которые может произвести человеческое тело; глаза поворачиваются на 900° за рекордное время - 1 секунду!
Кроме этих боковых движений наши глаза способны без малейших усилий удерживать внимание на одном объекте во время поворотов головы. Нашим глазам также несложно производить движения в разные стороны, особенно когда мы фокусируемся на разных объектах, расположенных вблизи и вдали. Если взгляд устремлен на объект, находящийся в непосредственной близости к лицу, глаза немного сводятся друг к другу, что называется конвергенцией. Если объект фокусировки находится далеко, они слегка разворачиваются наружу, что называется дивергенцией. Если конвергенция слишком сильно выражена, как известно, человек начинает косить, что раньше являлось весьма распространенным дефектом зрения.
Чтобы с точностью совершать движения вбок, конвергенцию и дивергенцию, очевидно, что глазодвигательные мышцы должны идеально подстраиваться друг под друга. В одиночку они ничего не смогут достигнуть, потому что настройка всех этих движений происходит не в мускулатуре, а в соответствующих зонах головного мозга, которые и собирают воедино получаемые изображения. В них осуществляется контроль над изменяющейся картинкой, воспринимаемой сетчаткой, и посылаются соответствующие сигналы глазным мышцам, чтобы те производили идеально согласованные движения.
Между тем широко известно, каким образом функционирует бинокулярное стереоскопическое зрение. За это время был разработан целый ряд способов, благодаря которым человек может воспринимать трехмерное изображение. Для этого необходимо лишь показать каждому глазу картинки, слегка отличающиеся ракурсом, и человек получит иллюзию трехмерности, как в известном эксперименте Чарльза Уитстона. В настоящее время 3D-фильмы являются для нас обычным делом; а снимают их с использованием двух камер, имеющих немного отличающийся ракурс. Для их просмотра необходимы специальные очки, которые позволяют каждому глазу воспринимать проецируемые изображения независимо друг от друга, что на данный момент является наилучшим решением. Диспаратность обоих ракурсов должна быть скрупулезно выверена, чтобы добиться идеального расстояния между обеими линзами, иначе результат будет выглядеть довольно странно.
В различных отношениях, с эволюционной точки зрения, бинокулярное зрение стало огромным преимуществом для человека. Наши направленные вперед глаза и способность точно измерять расстояние и глубину (протягиваем ли мы нитку через игольное ушко или бросаем копье в убегающую добычу) позволили нам эволюционировать такими, какими мы являемся сейчас.