хромостереопсис при оптической коррекции аномалий

ХРОМОСТЕРЕОПСИС ПРИ ОПТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ
АНОМАЛИЙ РЕФРАКЦИИ И КОСОГЛАЗИЯ
Г.И.Рожкова1,3, С.Н.Рожков2, С.И.Рычкова3
1
ФГБУН Институт проблем передачи информации им. А.А.Харкевича РАН, Москва,
+7 (495) 694 1477; E-mail: [email protected];
2
ОАО «Научно-исследовательский кинофотоинститут», Москва, +7 (499) 157 5844;
E-mail: [email protected]; 3
Московский городской психолого-педагогический университет, Москва, +7 (903) 117
3446, E-mail: [email protected]
Естественный хромостереопсис – это иллюзия, обычно выражающаяся в небольших различиях воспринимаемого расстояния до равноудаленных красных и синих
объектов. При очковой коррекции аномалий рефракции и косоглазия могут создаваться условия для более сильного оптического хромостереопсиса, что следует учитывать.
Хромостереопсис (ХС) – известный еще с середины XIX века эффект кажущегося
смещения по глубине объектов разного цвета, объективно находящихся на одном расстоянии от наблюдателя. Общепризнано, что основными причинами ХС является поперечная хроматическая аберрация и смещение фовеа по отношению к заднему полюсу глаза (Einthoven, 1885; Ye et al., 1989, 1991, 1992; Nakayama, Shimojo,1991). Если
цветные объекты предъявляются на темном фоне, красные объекты обычно кажутся
ближе, чем синие или зеленые, – это так называемый нормальный ХС, характерный для
большинства людей и называемый положительным. Однако у части наблюдателей
(около 20%) ХС имеет обратный знак или отсутствует. Данные многочисленных исследований свидетельствуют, что ХС является многокомпонентным эффектом. Результирующая величина и знак ХС зависят как от особенностей структуры глаз конкретного
человека – величины смещения фовеа от заднего полюса в темпоральную или назальную сторону, характера асимметрии зрачков (Allen, Rubin, 1981), так и от внешних условий – цвета фона (Winn et al., 1995), уровня освещенности (Kishto, 1965; Thompson et
al., 1993). В частности, показано, что при фотопических уровнях освещенности к появлению отрицательного ХС может приводить эффект Стайлса-Кроуфорда (Vos, 1960;
Thompson et al., 1993). В последние годы методом регистрации зрительных вызванных
потенциалов исследовались нейрофизиологические корреляты ХС. Как показал анализ
полученных данных, при возникновении иллюзии смещения объектов по глубине, связанной с их цветовыми различиями, активируются те же области коры мозга, что и при
бинокулярном восприятии глубины на основе геометрической диспаратности (затылочно-теменные, теменные и затем височные зоны).
На рис. 1 схематически показано, каким образом поперечная хроматическая аберрация может приводить к появлению геометрической диспаратности и, как следствие, к различиям в воспринимаемой глубине. Для сравнения на рис. 1, а приведена схема
продольной хроматической аберрации, ответственной за возникновение цветных ореолов, а на рис. 1, б – схема появления бинокулярной сетчаточной диспаратности при наблюдении разноудаленных объектов. Первая схема иллюстрирует известное свойство
более сильного преломления коротковолновых (синих) лучей по сравнению с длинноволновыми (красными), приводящее к фокусировке синих лучей до, а красных – после
сетчатки, на которой оказываются хорошо сфокусированными лишь желтые лучи (считается, что аккомодация определяется преимущественно желтыми излучениями). Вторая схема включена для напоминания, что сетчаточные проекции точек, расположенных ближе точки фиксации F (например – точка В), сдвинуты в обоих глазах в височных направлениях, а проекции точек, расположенных дальше точки фиксации F (на235
пример – точка D), – сдвинуты к носу. Очевидно, что если аналогичное смещение сетчаточных проекций объектов разного цвета возникнет вследствие хроматической аберрации, то такие проекции должны привести к кажущемуся расхождению объектов по
глубине, т.е. как раз и будет иметь место ХС. На рис 1, в, г показано, как возникает положительный ХС при смещении фовеа в височном направлении и отрицательный ХС –
при смещении фовеа к носу. Смещение фовеа относительно заднего полюса приводит к
тому, что оптические оси глаз (обозначенные на схемах точечными линиями) пересекаются дальше или ближе рассматриваемого объекта. Если это отклонение значительно, создается впечатление, что человек страдает косоглазием – расходящимся (в случае,
показанном на рис. 1, в) или сходящимся (в случае, показанном на рис. 1, г). Например,
при часто встречающемся смещении фовеа к вискам на 5º и взгляде на объект, удаленный на 30-40 см, оптические оси глаз почти параллельны, и создается впечатление, что
человек смотрит не на объект, а вдаль. С функциональной точки зрения, такое косоглазие является кажущимся, ложным, поскольку в рассматриваемых случаях взгляд наблюдателя всегда направлен точно на объект.
Рис. 1. Пояснение механизмов
появления хромостереопсиса
(ХС):
а – в отсутствие смещения
фовеа относительно заднего
полюса глаза имеет место продольная хроматическая аберрация, не вызывающая ХС;
б – сетчаточные проекции
объектов, расположенных
ближе/дальше точки фиксации
должны быть смещены к виску/носу;
в – при расположении фовеа в
височной части сетчатки возникает положительный ХС:
красный образ кажется ближе
синего;
г – при расположении фовеа в
носовой части сетчатки возникает отрицательный ХС: синий
образ воспринимается ближе
красного.
В последнее время интерес к ХС возрастает в связи со стереоиллюзиями, возникающими при наблюдении в ночное время уличной световой рекламы и светящихся
декораций, а также сигнальных огней безопасности на высоких зданиях и сигналов светофоров. Эти иллюзии выражаются в кажущемся смещении объектов по глубине от
своего истинного положения на десятки и даже сотни метров. В примере, приведенном
на рис. 2, такое смещение составляет полтора километра. На карте показана часть
обычного автомобильного маршрута одного из авторов. Когда машина, делая левый
поворот, въезжает на улицу Новая Башиловка (место указано значком автомобиля), водитель начинает видеть синие сигнальные огни на высотном доме, расположенном в
236
дальнем конце Беговой улицы (это место отмечено большой синей звездой). Однако
воспринимаются данные огни как расположенные не на своем месте, а в пространственной зоне перед въездом в туннель под Ленинградским проспектом (это место также
отмечено синей звездой, но без контура). В настоящем примере сильный стереоэффект
обусловлен не естественным ХС, а внешней причиной – наличием у водителя специальных очков с отрицательными линзами, включающими в себя призматический компонент, компенсирующий сходящееся косоглазие.
Рис. 2. Иллюстрация проявления хромостереопсиса у
одного из авторов в темное
время суток:
сильное кажущееся приближение удаленных синих светящихся огней.
Расположение наблюдателя,
физических сигнальных огней
и их видимых образов указано
соответствующими синими
метками.
Поскольку в последнее время подобные очки назначают все чаще, имеет смысл
остановиться на этом вопросе подробнее, тем более что призматическим действием
могут обладать и обычные очки со сферическими линзами, если расстояние между
оптическими центрами линз (РОЦ) отличается от заданного центровочного расстояния (РЦТ) в очках. (Этот вопрос подробно рассмотрен в книге Ю.В.Кузнецова
(2009)). Такая ситуация может возникнуть при неудачном выборе готовых очков или
при случайной замене очков для дали/близи очками для близи/дали (в очках для работы на близком расстоянии значение РОЦ должно быть на 4-7 мм меньше, чем в очках
для дали). Кроме того, благодаря своему призматическому действию, децентрированные очки со сферическими линзами могут в некоторых случаях использоваться в
ходе лечения косоглазия, наряду с цельными призматическими линзами и эластичными призмами Френеля, применяемыми как накладки на линзы, корригирующие аномалии рефракции.
Ожидаемый стереоэффект от очков нетрудно предсказать, зная параметры линз,
а также значения РОЦ и РЦТ. На рис. 3 схематически показано, к каким последствиям
должно приводить децентрирование (отклонение значения РОЦ от значения РЦТ) в
237
обычных плюсовых и минусовых очках без цилиндрического и/или призматического
компонента. Пусть, например, наблюдатель носит плюсовые очки. У материала очковых линз (стекло, пластик) коэффициент преломления синих лучей больше, чем красных. При РОЦ>РЦТ бо́льшая часть света от объекта будет проходить в глаза через носовые половины линз, и очки будут работать как пара оптических клиньев, ориентированных основанием к виску (рис. 3, а), что приведет к большему кажущемуся приближению сине-зелёных объектов по сравнению с красными. Если при таких же линзах РОЦ<РЦТ, очки будут работать как пара клиньев основанием к носу (рис. 3, б),
что даст обратный эффект. Аналогичным образом можно предсказать эффект минусовых очков (рис. 3, в, г). Вопрос о том, какие значения РОЦ считать нормальными в очках, предназначенных для работы на различных расстояниях, подробно рассмотрен в
книге Ю.В.Кузнецова (2009).
Рис. 3. Схемы, иллюстрирующие стереоэффекты, возникающие при децентрировании
линз в очках:
а и б – плюсовые очки с завышенным и заниженным расстоянием между оптическими
центрами линз;
в и г – минусовые очки с завышенным и заниженным расстоянием между оптическими
центрами линз.
Очевидно, что очковые стереоэффекты должны быть тем сильнее, чем больше
оптическая сила линз и степень их децентрирования, и чем сильнее разница в коэффициентах преломления синих и красных лучей. При оптической коррекции с использованием призматических компонентов, которую назначают при косоглазии, следует
ожидать значительного усиления эффектов. К примеру, водитель, зрительные ощущения которого отражены на рис. 1, смотрел на сигнальные огни через минусовые очки
(-4,0 D для OD и -5,5 D для OS) с призматическим компонентом в 7 ∆D основанием к
виску. (Следует отметить, что при подборе очков обязательным условием было обеспечение пациенту устойчивого бинокулярного зрения.)
В определенных ситуациях стереоиллюзии, обусловленные хроматической аберрацией очков, могут представлять опасность. В частности, из приведенного выше
238
примера следует, что они могут вводить в заблуждение водителей автотранспорта
при езде в сумеречное и ночное время. В дневное время и при хорошем освещении
автотрасс влияние ХС на пространственное восприятие может практически не чувствоваться, так как в этих случаях при формировании видимой картины зрительные отделы мозга человека могут опираться на множество признаков пространственного
расположения, которые в темноте не видны. Как правило, взрослые имеют достаточный опыт, чтобы адекватно воспринимать пространственную ситуацию, вводя необходимую коррекцию при наличии ошибок, нестыковок и противоречий в функционировании отдельных механизмов зрения. Однако к параметрам детских очков нужно
относиться более критично. В частности, у детей, проходящих лечение по поводу косоглазия с использованием призматической коррекции, очковые стереоиллюзии могут
замедлять развитие нормальных механизмов стереопсиса из-за систематических ошибок в локализации объектов. Чтобы избежать этого, нужно тщательно продумывать
содержание упражнений и задания, даваемые таким пациентам.
Подводя итог, следует подчеркнуть, что теоретически несложно произвести расчет того вклада в ХС, который дают призматические и децентрированные очки, однако предсказать, какую картину будет видеть конкретный человек в конкретной ситуации, намного труднее. Для этого надо учесть не только детали строения глаз, определяющие знак и величину естественного индивидуального ХС, но и степень развития
других механизмов стереовосприятия, и особенности взаимодействия различных механизмов при формировании видимого образа в данных условиях.
Список литературы
Кузнецов Ю.В. Назначение расстояния между оптическими центрами линз в очках. СПб: «ООО РА “Веко”», 2009. 104 с.
Allen R.C., Rubin M.L. Chromostereopsis // Surv. Ophthalmol. 1981. V. 26. P. 22-27.
Einthoven W. Stereoskopie durch Farbendifferenz // Albrecht v. Graefes Arch.
Ophthalm. 1885. V. 31. P. 211-238.
Kishto B.N. The colour stereoscopic effect // Vision Res. 1965. V. 5. P. 313-329.
Nakayama K., Shimojo S. Towards a neural understanding of visual surface
representation // Vision Res. 1991. V. 31. No 10. P. 1787-1796.
Thompson P., May K., Stone R. Chromostereopsis: A multicomponent depth effect? //
Displays. 1993. V. 14. No 4. P. 227-234.
Vos J.J. Some new aspects of color stereoscopy // J. Opt. Soc. Am. 1960. V. 50. P.
785-790.
Winn DB., Bradley A., Strang N.C., McGraw P.V., Thibos L.N. Reversal of colourdepth illusion explained by ocular chromatic aberration // Vision Res. 1995. V. 35. No 19.
P. 2675-2684.
Ye M., Bradley A., Thibos L.N., Zhang X. Interocular differencies in transverse
chromatic aberration determine chromostereopsis for small pupils // Vision Res. 1991. V.
31. P. 1787-1796.
Ye M., Bradley A., Thibos L.N., Zhang X. The effect of pupil size on chromostereopsis
and chromatic diplopia: Interaction between the Stiles-Crawford effect and chromatic
aberrations // Vision Res. 1992. V. 32. P. 2121-2128.
239