Затем краудинг-эффект был измерен у детей, начиная с трехлетнего возраста. Эти исследования были проведены совместно с сотрудниками лаборатории зрения Н.Д. Черновой и Л.А. Семеновым. Трудность работы заключалась в том, что дети малого возраста плохо владеют речью и не оперируют понятиями «право», «лево», «верх», «низ». Поэтому при определении ориентации кольца Ландольта маленький ребенок или показывал рукой на рисунке, где находится разрыв, или ему в руки давали объемное эталонное изображение кольца (типа бублика или руля с вырезанной одной стороной). Он поворачивал этот эталон, совмещая разрыв с видимым разрывом в кольце.
При определении ориентации решетки, как правило, показывали две картинки. Ребенок показывал на приведенной картинке, лежит кот или стоит (рис. 2). Большие дети давали словесный ответ. Чтобы ребенок в ходе эксперимента не уставал, исследование проводилось в игровой форме.
Рис. 2. Пример ответных карт для маленьких детей. Слева находится изображение бублика с вырезанным фрагментом в четырех ориентациях, который использовали для ответа при предъявлении кольца Ландольта. Справа показаны коты с по-разному ориентированными полосками – прямоугольными решетками
Полученные экспериментальные зависимости от возраста имели одинаковый характер: минимальные размеры тестовых стимулов и критические расстояния до окружения, где наблюдалось ухудшение, сначала уменьшались с возрастом, а затем стабилизировались. Абсолютные значения и моменты стабилизации различались в зависимости от использованных стимулов.
Для тестовых колец Ландольта минимальные размеры стабилизировались примерно к 8 годам, а критические расстояния становятся как у взрослых в 10-11 лет. При этом у детей малого возраста эти расстояния превосходили аналогичные расстояния, определенные у взрослых, примерно в два раза. В возрасте 8-9 лет происходила и стабилизация для минимальных размеров при использовании тестовых решеток. Но критические расстояния до окружения для таких стимулов уменьшались вплоть до 16 лет. Отметим, что средняя острота зрения у большой группы взрослых наблюдателей с нормальным зрением, измеренная знаками Снеллена и решетками, составляла около 1,4 ед., а кольцами Ландольта была еще выше.
Совокупность результатов по изучению механизмов остроты зрения, краудинг-эффекта и других зрительных функций у взрослых и в онтогенезе у детей и подростков в возрасте от 3 месяцев до 18 лет, а также по моделированию механизмов зрительного восприятия вошла в докторскую диссертацию, которая была защищена в 2001 году. Консультантом диссертации являлся профессор Ю.Е. Шелепин.
После защиты докторской диссертации Вы продолжили эти исследования?
В совместной работе с Ю.Е. Шелепиным, выполненной в 2002—2003 годах, нам удалось показать, что весовая функция самого высокочастотного канала, ответственного за остроту зрения, естественным образом ограничена физическими и физиологическими характеристиками зрительной системы: согласована с гексагональным расположением фоторецепторов на сетчатке и с оптической функцией рассеяния. Оптическая функция охватывает совокупность из 7 фоторецепторов. То есть острота зрения не определяется расстоянием между фоторецепторами и их размером, а связана в большей степени с оптикой глаза.
Но для нормальной остроты нужна согласованная организация всех промежуточных уровней: функционирование оптики, рецепторного и нервного отделов, включая зрительную кору. Несмотря на кажущуюся очевидность такого вывода, ранее такая работа не была проделана.
Также мною была закончена работа по описанию развития высокочастотных ориентационных каналов в онтогенезе. Для этого были получены экспериментальные данные по определению ориентационной настройки каналов. Показано, что формирование этих каналов заканчивается примерно к 18-20 годам, то есть к моменту созревания всей зрительной системы. С этим, видимо, и связан срок стабилизации краудинг-эффекта, выявленного при использовании в качестве стимулов прямоугольных решеток.
Нельзя не отметить, что Ваши исследования остроты зрения у детей и подростков имели и большое прикладное значение. Они наглядно показали, как ухудшается острота зрения под влиянием электронных гаджетов, образа жизни подрастающего поколения.
Интересно отметить такое наблюдение. Мы сравнивали остроту зрения у школьников поселка Колтуши, где располагается большая часть Института физиологии им. акад. И.П. Павлова РАН, и Санкт-Петербурга. До 2005 года были получены различия в этих выборках: в сельской школе процент детей со сниженной остротой не зависел от возраста (был около 3% от всей популяции), в то время как в городе процент школьников с ухудшенным зрением увеличивался к старшим классам (доходил до 33%).
По данным 2010—2012 годов острота зрения у школьников Колтушей стала такой же, как в городе. Видимо, сказалось изменение образа жизни: наличие гаджетов и компьютеров, направленность проведения свободного времени. К сожалению, мы не смогли далее продолжить наши исследования по становлению различных зрительных функций в онтогенезе по организационно-административным причинам, хотя получили некоторые сведения по различению размера, оценке Верньерной остроты, развитию бинокулярного зрения.
Исследования механизмов зрительного восприятия были продолжены на взрослых наблюдателях совместно с лабораторией искусственного интеллекта и математического моделирования нашего института, возглавляемой к.б.н. В.Н. Чихманом. Тема была выбрана близкая к предыдущим исследованиям, связанная с процессом выделения объектов из окружения. Особое место здесь занимают многочисленные зрительные или оптические иллюзии. Конечно, такие исследования далеки от офтальмологии, но как в дальнейшем оказалось, они непосредственно связаны с нашей повседневной жизнью. Поэтому я остановлюсь кратко на описании некоторых иллюзий.
Были рассмотрены иллюзии Эббингхауза, Оппель-Кундта, Мюллера-Лайера, иллюзия наклона, Вундта-Геринга, шахматной доски и другие. Нужно отметить, что описаны эти иллюзии были только в конце XIX – начале XX веков. Были получены оценки величин иллюзий в зависимости от разных параметров, сделаны предположения о механизмах их возникновения.
Ваша многогранная научная деятельность соединяет самые разные области знаний и творчества. Даже архитектуру и живопись!
Нам с коллегами удалось установить, что большинство этих оптических иллюзий присутствует в античной архитектуре! Так, например, Парфенон в Афинах включает в себя множество иллюзий.
Рис. 3. Фотография Парфенона и гипотетическая схема его восприятия в случае, если не были бы внесены поправки в его архитектуру
В храме практически отсутствуют прямые линии: двухмерные проекции здания имеют множество выпуклых горизонтальных и вертикальных линий. Пол (стилобат) поднимается к центру, угловые колонны наклонены к середине и имеют бочкообразную форму. Поправки сделаны для того, чтобы храм казался выше. Использованы законы перспективы: колонны сужаются кверху. Но это в свою очередь приводит к возникновению побочного эффекта – иллюзии наклона, когда колонны наверху кажутся расходящимися.
Чтобы этого избежать, колонны храма наклонены внутрь, что вызывает возникновение иллюзии Вундта-Геринга – кажущуюся вогнутость стилобата. Поэтому линия стилобата сделана выпуклой. На рисунке приведена гипотетическая двумерная проекция Парфенона без поправки на кривизну и наклоны: на ней колонны расходятся кверху, а линия стилобата вогнутая. Присутствуют в архитектуре храма и другие иллюзии, например, иллюзия искажения ширины пространственного интервала в присутствии дополнительных изображений. Заметим, что здания классической архитектуры в значительной мере следуют канонам построения Парфенона.
Во многих произведениях живописи неосознанно используются иллюзии и закономерности зрительного восприятия для создания более сильного впечатления. В своих совместных с к.б.н. М.В. Даниловой исследованиях мы опирались на простейшие примеры, например, на супрематические работы Казимира Малевича, где была возможность непосредственно произвести измерения изображений и сопоставить их с нашими стимулами и результатами экспериментов.
Результаты измерений соответствовали нашим данным по сегментации объектов и кажущемуся увеличению их размеров. Оказалось, что и средневековая византийская и древнерусская иконопись не чураются использовать зрительные иллюзии. Рассмотрим для примера «Троицу» Андрея Рублева и схему ее композиции, которую приводят искусствоведы.
Рис. 4. Репродукция «Троицы» Андрея Рублева и предполагаемая схема композиции этой иконы
На иконе диаметр нимба примерно в два раза превосходит диаметр головы святых, что оказалось аналогичным полученным нами оценкам размера в иллюзии Эббингхауза. При таком расстоянии до нимба, во-первых, кажется, что увеличивается размер центрального изображения, а также происходит успешное его выделение из фона. Такие же соотношения между размерами характерны и для других икон. Вся композиция «Троицы» построена на основании концентрических окружностей, соотношение диаметров которых близко к золотому сечению (1,62), что может быть вызвано иерархической организацией нейронных сетей в зрительной системе.
Получается, что окружающий нас мир непосредственно связан с результатами наших исследований. Мне это кажется удивительным. Как художники и архитекторы, в том числе в глубокой древности, смогли предвосхитить наши знания? Это остаётся загадкой!
Валерия Михайловна, беседуя с Вами, ещё и ещё раз можно осознать, насколько интересен мир современной науки, в частности, физиологии зрения. Эта научная область теснейшим образом связана с офтальмологией!
Завершая наш разговор, мне хотелось бы выразить искреннюю благодарность нашему многолетнему руководителю, профессору, д.м.н. Ю.Е. Шелепину за возможность проводить увлекательные, продуктивные исследования в нашей лаборатории. Лаборатория выжила в трудный период времени и продолжает развиваться, во многом благодаря его стараниям и удивительной энергии! Сейчас в лаборатории трудится много молодежи. Будем надеяться, что исследователи ХХI века внесут весомый вклад и в медицину, и в дальнейшее понимание функционирования мозга.
Чем Вы увлекаетесь в свободное время? Как проводите досуг?
Люблю спокойный отдых в семейном кругу. В свободное время увлекаюсь чтением исторической литературы, гуляю по нашему городу, любуюсь его прекрасной архитектурой. Летом на Карельском перешейке вместе с супругом гуляем по лесу. Сосны на сопках на фоне синего неба создают непередаваемо красивое зрелище!
Увлекаюсь сбором грибов и экспериментирую с посадкой различных растений на даче. В городе немного участвую в общественной жизни нашего двора: периодически подкармливаю уличных котов и ухаживаю за цветами в палисаднике.
Беседу вёл Илья Бруштейн
Фотографии из личного архива В.М. Бондарко
Страницы: 1 2