Движения глаз человека

Также, явление нистагма может наблюдаться у здоровых людей – например, вращательный нистагм (вращательная проба Барани), оптокинетический нистагм (при фиксации взора на непрерывно мелькающих предметах), калорический нистагм (калорическая лабиринтная проба, калорическая проба Барани) [12, 19].

Известен и  профессиональный нистагм, возникающий  у горнорабочих при работе кайлом в шахтах с плохим освещением и вентиляцией; у этих рабочих перенапрягаются некоторые мышцы глаз в связи с тем, что они постоянно направляют глаза вверх и в сторону [22].

1.6 Саккады

Их основное назначение – смена точек фиксации, направление области сетчатки с наибольшей плотностью рецепторов на тот или иной элемент воспринимаемого объекта. Скачки глаз, при помощи которых мы меняем направление взора, могут быть как произвольными, так и непроизвольными. Обычно амплитуда саккад не превышает  20 градусов, хотя, зачастую, повороты глаз, превышающие 15 градусов, уже складываются из двух или трех скачков, или сопровождаются соответствующим поворотом головы. По утверждению В. Ланкрастера,  почти 99% всех движений глаз – это скачки менее 15 градусов. Продолжительность скачка определяется его величиной, хотя в некоторых случаях для одинаковых по величине саккад она может различаться  на 0,01-0,015 секунд. Для скачков менее 1 градуса, продолжительность, как правило, составляет 0,01-0,02 секунды, тогда как для скачков в 15-20 градусов она может превышать 0,07 секунд. Как правило, величина саккад не равна точному расстоянию между точками фиксации. Так, если расстояние между объектами восприятия равно 7 градусам,  величина может быть равной 6-8 градусам [1].

Несмотря на разнообразие саккадических движений (они различаются по величине, длительности, форме траектории), они постоянны по своим основным параметрам. Человек не может усилием воли ни ускорить, ни замедлить такие движения. Субъективно, испытуемые могут принять за ускорение скачка уменьшение продолжительности фиксации точек, между которыми он совершается. Субъективное замедление скачка обуславливается незаметными промежуточными остановками, продолжительность не более 0,1-0,2 секунд.

Изменение скорости саккад, как и её максимальные значения, зависит от их величины. Как правило, скорость скачка плавно нарастает, достигает какого-то максимума и затем плавно убывает до нуля. Для саккад, по величине не достигающих 15 угловых градусов, время нарастания и падения скорости приблизительно равно.  Но для скачков, превышающих 20 угловых градусов, нарастание скорости занимает меньше времени, чем падение.  По результатам, полученным А.Л. Ярбусом, при пятиградусном скачке глаз достигает максимальной скорости 200 угловых градусов/секунду, при двадцатиградусном скачке – около 450 угловых градусов/секунду.  Ускорение при саккадах достигает своего максимума в начале и в конце скачка (в конце значение ускорения отрицательное) и тоже зависит от его величины. Для маленьких скачков абсолютные значения как положительного, так и отрицательного ускорения равны, и для 5 градусов равняются 15000 угловых градусов/секунду², в то время как для саккад больше 20 угловых градусов ускорения начала и конца скачка сильно отличаются, но в среднем достигают 20000 угловых градусов/секунду² [24].

А.Л. Ярбусом  были зарегистрированы некоторые особенности  начала и конца скачка, при переходе из состояния фиксации к состоянию  смены точек фиксации и обратно (исключая случаи при прослеживании  и конвергенции или дивергенции  глаз). Оказалось, что те скачки, которые не аппроксимируются синусоидой, в конце как бы запаздывают с торможением скачка и  «проскакивают» точку фиксации, но затем возвращается к ней. Размеры таких «проскоков» не зависят от общей величины скачка и индивидуальны у разных испытуемых. Позже такие скачки получили название глиссад. A.T. Bahill, M.L. Clark и L. Stark выделили два типа глиссад. Первый тип - это небольшой плавный скачок глаза, при «проскакивании» точки фиксации, что совпадает с результатами полученными Ярбусом. Второй тип глиссад – это движение глаза, которое осуществляется, когда при саккаде глаз не достигает точки фиксации [1].

1.7 Вергентные движения глаз

К вергентным движениям  глаз относятся конвергентные и  дивергентные, то есть сведение и разведение зрительных осей. Конвергенция требуется при переводе взгляда с далекого объекта на близкий, а дивергенция – наоборот, с близкого на дальний. Наименьшая удаленность объекта, при которой зрительные оси являются параллельными - 6 м. В любом другом случае конвергенция и дивергенция совершается автоматически и непроизвольно, независимо от желаний человека. Конвергенция или дивергенция глаз занимает примерно в 10 раз больше времени, чем саккады, и часто является равным продолжительности фиксации. В одних и тех же условия продолжительность конвергенции и дивергенции может различаться, иногда больше чем в 2 раза. В среднем продолжительность конвергенции кажется в несколько раз меньше продолжительности дивергенции. Продолжительность этих видов движений здоровых глаз у разных людей приблизительно одинакова.

Смена неподвижных  точек в пространстве, как правило, сопровождается скачком и одним из двух видов движений – конвергенцией или дивергенцией. При этом, скачку всегда предшествует начальная стадия конвергенции и дивергенции. Если точки фиксации расположены слишком далеко друг от друга и скачок глаз не достаточно точен, то основная фаза дивергенции или конвергенции сопровождается дополнительными корригирующими скачками. Но бывают смены точек фиксации в пространстве, когда не требуется поворачивать глаза, и процесс смены сводится к одной конвергенции или дивергенции [24].

Конвергенция  и дивергенция начинаются и завершаются  плавно,  в связи с чем в  эти отрезки времени возможен нормальный процесс восприятия. Однако, в большинстве случаев при конвергенции и дивергенции движения глаз оказываются различными.

При любой смене  неподвижных точек фиксации в  пространстве продолжительность процесса конвергенции или дивергенции, предшествующей скачку, лежит в пределах от 0,07 до 0,02 секунд. Подготовка к скачку на внезапно появившийся в поле зрения объект занимает около 0,15-0,17 секунды, так что можно считать, что конвергенция или дивергенция, предшествующая скачку, совпадает с началом подготовки к нему. Можно сказать, что смена точки фиксации начинается не только конвергенцией или дивергенцией, но и разработкой программы скачка, это значительно снижает время, которое тратится на сведение или разведение зрительных осей [24].

При любой смене точек фиксации в пространстве процесс конвергенции или дивергенции является непрерывным, вне зависимости от того, сопровождается он скачками или нет. Таким образом, процесс сведения или разведения зрительных осей до, во время и после скачка является одним и тем же процессом непрерывного изменения глубины точки фиксации. Зачастую, в конце процесса смены точек фиксации имеет место незначительная корригирующая конвергенция или дивергенция, которая принципиально не меняет схемы движений глаз, но создает существенный разброс продолжительности.

Механизм сведения и разведения зрительных осей играет важную роль в правильной оценке расстояний и размеров воспринимаемых объектов. Так, одно и то же сетчаточное изображение, при различной конвергенции, субъективно будет восприниматься, как объект разной величины. Были установлены возникающие искажения при дополнительной нагрузке на глазные мышцы, например при сильном отклонении глаз вверх или вниз от центрального положения. Тем не менее, в обычных условиях при относительно небольших поворотах глаз такими искажениями мы можем пренебречь, более того, субъективно они не воспринимаются.

1.8 Прослеживающие движения глаз

Прослеживающие движения глаз возникают при восприятии движущихся объектов. Задача таких движений сводится к тому, чтобы сделать изображение по отношению к сетчатке достаточно неподвижным для восприятия. То есть, смещение сетчаточного изображения должно иметь такую скорость, при которой глаза сохраняют хорошую разрешающую способность. Если объект восприятия имеет сложный характер движения, то и движения глаз оказываются сложными. В таких случаях они могут складываться из прослеживающих движений, саккад, меняющих точки фиксации на движущемся объекте, корригирующих микросаккад, появляющихся в особенно сложных условиях восприятия, и, наконец, движений конвергенции и дивергенции зрительных осей, которые по мере необходимости могут происходить непрерывно и слитно с движением прослеживания [24].

По сути дела, имеются два вида прослеживающих движений: когда прослеживающий объект, движущийся параллельно фронтальной плоскости наблюдателя и когда прослеживается объект, изменяющий свое расстояние относительно наблюдателя. Первый тип движений изучен лучше [18].

Системой прослеживания  называют систему, ответственную за управление прослеживающими движениями глаз. Как было показано в опытах А.Л. Ярбуса, прослеживающие движения могут быть произвольными и непроизвольными, но возможны только в условиях нахождения в зрительном поле движущегося объекта восприятия. Даже при субъективно воспринимаемом, как плавное, обведении взором контура неподвижной фигуры движения глаз состоят из фиксации и саккад. Обычно, мы можем произвольно включиться или не включиться в прослеживание за предметом, находящимся в поле нашего зрения (при этом, не вмешиваясь в сам процесс прослеживания). Однако, если предмет достаточно велик, система слежения может включаться непроизвольно. А в некоторых случаях, при непроизвольном включении, такие движения глаз невозможно выключить, пока не остановиться объект или человек не закроет глаза. Это происходит, если движущийся объект занимает все поле зрения или большую его часть. Человек не может произвольно изменять скорость прослеживающих движений, увеличивать ее или уменьшать относительно скорости движущегося объекта.

На записях движений глаз прослеживающие движения становятся заметны при достижении объектом скорости, равной одной угловой минуте в секунду, хотя такие записи еще сильно искажены дрейфом. По сути, следящие движения глаз появляются в тот момент, когда дрейф становится упорядоченным. Если скорость цели больше 5-6 угловых минут в секунду, прослеживающие движения выделяются из фиксационного дрейфа. По данным А.Л. Ярбуса, при достижении объектом скорости в 10-15 угловых минут в секунду дрейф становится практически не заметен. Когда скорость следящих движений невелика и достигает единиц угловых минут в секунду, они, так же как и фиксации, сопровождаются микросаккадами [13].

Если объект движется с  большой угловой скоростью, то возможность  прослеживания определяется временем нахождения этого объекта в поле зрения, а также зависит от того, находится ли этот объект в поле зрения непрерывно или появляется неожиданно, скрываясь за его пределами. Если время нахождения предмета в поле нашего зрения менее 0,15 секунд, то возникновение следящих движений глаз невозможно. Если же движущийся объект все время находится в поле зрения, условия для прослеживания становятся благоприятными. У глаз появляется время на подготовку к соответствующим движению объекта прослеживающим движениям и скачкам.

При свободном  рассматривании неподвижных объектов продолжительность наиболее часто  встречающихся фиксаций лежит в пределах от 0,2 до 0,25 секунды, что, по всей видимости, удовлетворяет условиям восприятия. Отсюда можно заключить, что удовлетворительным условием восприятия движущихся объектов является возможность прослеживания с такой же длительностью (0,2-0,25 секунды) [24].

В обычных условиях,  при  прослеживании за движущимся объектом человек поворачивает голову, что существенно облегчает задачу.

При слежении за движущимся объектом в сложных условиях, как говорилось ранее, глаза человека стараются повторить движения предмета, но делают это с задержкой на 0,1-0,2 секунды. При этом, система прослеживания одновременно вносит поправки в программу движения. В тоже время, траектория движения глаз не совпадает точно с движениями прослеживаемого объекта.

Сведения для  построения программы следящих движений глаз может получать в двух состояниях: в состоянии фиксации или непосредственно в момент  прослеживания. В первом случае такие сведения представляют оценку угловой скорости объекта, во втором – результат оценки между угловыми скоростями объекта и движущегося глаза. По анализу этих сведений происходит изменение скорости движений глаз. Плавное изменение скорости всегда происходит при повторении глазами движений объекта. Резкие же изменения скорости всегда приурочены к корригирующему скачку. Существенно, что скачок происходит только по прошествии 0,15-0,17 секунд, когда подготовка к прослеживающему движению уже осуществлена, то есть, когда система уже «знает» с какой скоростью ей необходимо совершать движения.

При неожиданном  исчезновении объекта глаза продолжают двигаться по экстраполируемой траектории в течении 200-300 миллисекунд, затем постепенно останавливаются. Если просить наблюдателя продолжать прослеживание внезапно остановившейся точки, то плавные движения уступают место скачкам [13].

Когда объект восприятия приближается или удаляется, прослеживающие движения сопровождаются конвергенцией  или дивергенцией зрительных осей. Как правило, в условиях прослеживания два этих разных движения практически сливаются воедино, так что их невозможно отделить на записях. Или же один из них сводится к другому. Например, когда конвергенция или дивергенция зрительных осей представляет собой движения, при котором точка фиксации скользит вдоль оси циклопического глаза.

1.9 Заключение

Мы рассмотрели  основные виды движений глаз, такие как фиксации, тремор, дрейф, нистагм, саккады и микросаккады, вергентные и прослеживающие движения глаз. Большинство из них непроизвольны, а значит, мы не замечаем их и не можем ими управлять. К произвольным движениям относят фиксации, некоторые саккады, вергентные и прослеживающие движения. На самом деле,  каждый из перечисленных видов движений может совершаться как произвольно, так и непроизвольно. Существует мнение, что изменение числа микросаккад в секунду тоже может ограниченно контролироваться человеком [18].