Бинокулярно зрение: как мозъкът създава дълбочина и стереопсия

Бинокулярно зрение и стереопсия: как мозъкът комбинира изображения от двете очи, за да възприемаме дълбочина — наука, примери и практични приложения.

Бинокулярното зрение е зрение, при което двете очи се използват заедно. То може да означава наличие на две очи вместо едно, но по-често означава наличие на зрително поле, което се съставя от мозъка с помощта на данни от двете очи. Това е стандартното оборудване за гръбначните животни и много други видове животни.

Зрително поле и бинокулярна зона

Хората имат максимално хоризонтално зрително поле от около 200 градуса с двете си очи. Около 120 градуса съставляват бинокулярното зрително поле (вижда се от двете очи), а две странични полета от около 40 градуса се виждат само от едното око. Бинокулярната зона е тази част от визуалното поле, където информацията от двете ретини припокрива една друга и може да бъде използвана за изчисляване на дълбочина.

Как мозъкът създава дълбочина: стереопсия и паралакс

Нашата зрителна система използва паралакса, за да даде точна информация за дълбочината, наречена стереопсия. Тя възниква поради факта, че двете очи са разположени на различни места върху главата и виждат леко различни образи на една и съща сцена. Мозъкът сравнява тези разлики — известни като бинокулярни диспаратности — и ги използва за оценка на разстоянието до обектите.

Стереопсията често се използва като съкращение за "бинокулярно зрение" или "бинокулярно възприемане на дълбочината", но впечатлението за дълбочина може да се получи и чрез други източници:

• Монокулярни (едноочни) сигнали — перспектива, относителен размер, затъмняване, текстурен градиент и познаване на обектите.
• Паралакс на движението — когато наблюдателят се движи, близките обекти се преместват по-бързо спрямо фона, което създава информация за дълбочината. Това явление е споменато в текста като паралакс на движението и е резултат от промяна на образа върху ретината с течение на времето (ретината с).
• Кинематични и кинестетични сигнали — акомодация и вергенция (насочване на очите), които дават допълнителни сигнали за разстоянието.

Невронни механизми и кортикални области

В мозъка има специализирани неврони, чувствителни към бинокулярни диспаратности. Първите стъпки от обработката се случват в първичната зрителна кора (V1), където някои клетки реагират на съвпадение или несъвпадение между образите от двете очи. По-висши зони (V2, V3 и по-специално места в параетипалния и темпоралния кортекс) обработват по-сложни аспекти на стереоскопичното възприемане и интегриране с монокулярни сигнали.

Един от важните аспекти в процеса е т.нар. "correspondence problem" — как мозъкът правилно съпоставя части от изображението в едното око с части от изображението в другото око. Друг релевантен феномен е Панумовата фузионна зона (Panum's fusional area) — интервалът от диспаратности, при които мозъкът може да слива двата образа в единен перцептивен образ; извън тази зона се наблюдава двоене (диплопия).

Качество на стереопсията: стерео острота и тестове

Стереоостротaта (stereoacuity) измерва най-малката диспаратност, която човек може да открие, и обикновено се изразява в секунди от ъгъл. При здрави възрастни тя може да стигне до около 20–40 секунди от ъгъл при добри условия. За оценка в клинични условия се използват тестове като Titmus, Randot и TNO, както и случайни точкови (random-dot) стереограми, които демонстрират възможността за "циклопично" възприятие — образи, които стават видими единствено чрез бинокулярна диспаратност.

Клинични аспекти и развитие

За нормалното развитие на бинокулярното зрение е важно правилно съвместно фокусиране на очите в ранното детство. Нарушения като страбизъм (косоглед) и амблиопия (лениво око) могат да попречат на развитието на стереопсията. Ако децата не получат корекция или терапия рано, способността за бинокулярно сливване и стереопсия може да бъде трайно нарушена.

Лечението може да включва очила, упражнения за вергенция/фиксация, покриване на доминиращото око (occlusion therapy) или хирургична корекция на мускулите на окото. Възрастните с дългогодишна изолация на едно око често имат намалена или липсваща стереопсия.

Приложения и еволюционно значение

Бинокулярното зрение дава еволюционно предимство при задачи, изискващи прецизно преценяване на разстояния — лов, достигане до предмети (хвата), движение през среда и ориентация в триизмерно пространство. Днес принципите на стереопсията се използват в 3D кино, виртуална и увеличена реалност, както и в роботика и машинно зрение за реконструкция на 3D сцени.

Кога стереопсията не е единственият източник на дълбочина

Важно е да се отбележи, че усещането за дълбочина не зависи единствено от бинокулярни сигнали. Често комбинация от монокулярни и кинематични индикатори осигурява ефективно и стабилно възприемане на триизмерния свят, особено когато стереопсията е слаба или отсъстваща.

В обобщение, бинокулярното зрение и стереопсията представляват мощни механизми, чрез които мозъкът изгражда триизмерна представа за света. Те са резултат от прецизно сътрудничество между очите, очните мускули и сложни кортикални процеси, а нарушенията в тази система имат значими последици за всекидневното функциониране.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява бинокулярното зрение?

В: Каква част от хоризонталното зрително поле могат да видят хората с двете си очи?

В: Какво осигурява паралаксът по отношение на информацията за дълбочината?

В: Какво представлява бинокулярното сливане?

В: Какво представлява стереопсията?

В: Как работи паралаксът при движение?

Търсене по буква