Острота зрения ( VA ) обычно относится к ясности зрения , но технически оценивает способность животного точно распознавать мелкие детали. Острота зрения зависит от оптических и нейронных факторов. Оптические факторы глаза влияют на резкость изображения на его сетчатке . Нейронные факторы включают здоровье и функционирование сетчатки, нейронных путей к мозгу и интерпретативную способность мозга. [1]
Наиболее часто упоминаемая острота зрения — это острота зрения вдаль или дальнозоркость (например, «зрение 20/20»), которая описывает способность человека распознавать мелкие детали на большом расстоянии. Эта способность нарушена у людей с миопией , также известной как близорукость или близорукость. Другая острота зрения — это острота зрения вблизи , которая описывает способность человека распознавать мелкие детали на близком расстоянии. Эта способность нарушена у людей с гиперметропией , также известной как дальнозоркость или гиперметропия.
Распространенной оптической причиной низкой остроты зрения является рефракционная ошибка (аметропия): ошибки в том, как свет преломляется в глазу. Причинами рефракционных ошибок являются аберрации в форме глаза или роговицы и сниженная способность хрусталика фокусировать свет. Когда объединенная преломляющая способность роговицы и хрусталика слишком высока для длины глаза, ретинальное изображение будет в фокусе перед сетчаткой и не в фокусе на сетчатке, что приводит к миопии. Подобное плохо сфокусированное ретинальное изображение происходит, когда объединенная преломляющая способность роговицы и хрусталика слишком низка для длины глаза, за исключением того, что сфокусированное изображение находится позади сетчатки, что приводит к гиперметропии. Нормальная рефракционная способность называется эмметропией . Другие оптические причины низкой остроты зрения включают астигматизм , при котором контуры определенной ориентации размыты, и более сложные неровности роговицы.
Рефракционные ошибки в основном можно исправить оптическими средствами (такими как очки , контактные линзы и рефракционная хирургия ). Например, в случае миопии коррекция заключается в уменьшении силы рефракции глаза с помощью так называемой минусовой линзы.
Нейронные факторы, ограничивающие остроту зрения, находятся в сетчатке, в путях к мозгу или в самом мозге. Примерами состояний, влияющих на сетчатку, являются отслоение сетчатки и дегенерация желтого пятна . Примерами состояний, влияющих на мозг, являются амблиопия (вызванная тем, что зрительный мозг не развился должным образом в раннем детстве) и повреждение мозга, например, в результате черепно-мозговой травмы или инсульта. Когда оптические факторы скорректированы, остроту зрения можно считать мерой нейронного функционирования.
Острота зрения обычно измеряется во время фиксации, т. е. как мера центрального (или фовеолярного ) зрения, по той причине, что она самая высокая в самом центре. [2] [3] Однако острота периферического зрения может иметь такое же значение в повседневной жизни. Острота снижается к периферии сначала круто, а затем более постепенно, обратно-линейным образом (т. е. снижение следует примерно по гиперболе ) . [4] [5] Снижение происходит согласно E 2 /( E 2 + E ), где E — эксцентриситет в градусах угла зрения , а E 2 — константа, равная примерно 2 градусам. [4] [6] [7] Например, при эксцентриситете в 2 градуса острота составляет половину фовеолярного значения.
Острота зрения является мерой того, насколько хорошо мелкие детали разрешаются в самом центре поля зрения; поэтому она не указывает на то, как распознаются более крупные узоры. Таким образом, острота зрения сама по себе не может определять общее качество зрительной функции. [8]
Острота зрения является мерой пространственного разрешения системы обработки зрительных данных. Острота зрения, как ее иногда называют специалисты по оптике, проверяется путем требования к человеку, чье зрение проверяется, идентифицировать так называемые оптотипы — стилизованные буквы, кольца Ландольта , детские символы , символы для неграмотных , стандартизированные кириллические буквы в таблице Головина–Сивцева или другие шаблоны — на печатной таблице (или каким-либо другим способом) с заданного расстояния просмотра. Оптотипы представлены в виде черных символов на белом фоне (т. е. с максимальным контрастом ). Расстояние между глазами человека и тестовой таблицей устанавливается таким образом, чтобы приблизиться к « оптической бесконечности » в том, как линза пытается сфокусироваться (дальняя острота), или на определенном расстоянии чтения (ближняя острота).
Референтное значение, выше которого острота зрения считается нормальной, называется зрением 6/6, эквивалентом USC которого является зрение 20/20: на расстоянии 6 метров или 20 футов человеческий глаз с такой производительностью способен разделять контуры, которые находятся на расстоянии примерно 1,75 мм друг от друга. [9] Зрение 6/12 соответствует более низкой производительности, тогда как зрение 6/3 — более высокой производительности. Нормальные люди имеют остроту 6/4 или выше (в зависимости от возраста и других факторов).
В выражении зрение 6/x числитель (6) — это расстояние в метрах между субъектом и таблицей, а знаменатель (x) — расстояние, на котором человек с остротой зрения 6/6 различит тот же оптотип. Таким образом, 6/12 означает, что человек со зрением 6/6 различит тот же оптотип с расстояния 12 метров (т. е. на вдвое большем расстоянии). Это эквивалентно утверждению, что при зрении 6/12 человек обладает вдвое меньшим пространственным разрешением и ему требуется вдвое больший размер, чтобы различить оптотип.
Простой и эффективный способ указать остроту зрения — преобразовать дробь в десятичную дробь: 6/6 соответствует остроте зрения (или Visus) 1,0 (см. выражение ниже), а 6/3 соответствует 2,0, что часто достигается хорошо скорректированными здоровыми молодыми людьми с бинокулярным зрением . Указание остроты зрения в виде десятичного числа является стандартом в европейских странах, как того требует европейский стандарт (EN ISO 8596, ранее DIN 58220).
Точное расстояние, на котором измеряется острота зрения, не имеет значения, если оно достаточно далеко и размер оптотипа на сетчатке такой же. Этот размер указывается как угол зрения , который является углом, на глазу, под которым появляется оптотип. Для остроты зрения 6/6 = 1,0 размер буквы на таблице Снеллена или таблице Ландольта C составляет угол зрения 5 угловых минут (1 угловая минута = 1/60 градуса), что соответствует шрифту 43 пункта на расстоянии 20 футов. [10] Согласно конструкции типичного оптотипа (например, Snellen E или Landolt C), критический зазор, который необходимо устранить, составляет 1/5 этого значения, т. е. 1 угловая минута. Последнее значение используется в международном определении остроты зрения:
острота = 1/размер зазора [мин дуги] .
Острота зрения является мерой зрительной производительности и не связана с рецептом на очки, необходимым для коррекции зрения. Вместо этого, проверка зрения направлена на поиск рецепта, который обеспечит наилучшую достижимую скорректированную зрительную производительность. Результирующая острота может быть больше или меньше 6/6 = 1,0. Действительно, у субъекта, у которого диагностировано зрение 6/6, на самом деле часто будет более высокая острота зрения, потому что после достижения этого стандарта субъект считается имеющим нормальное (в смысле ненарушенного) зрение, и меньшие оптотипы не тестируются. Субъекты со зрением 6/6 или «лучше» (20/15, 20/10 и т. д.) могут по-прежнему получать пользу от коррекции зрения с помощью очков при других проблемах, связанных со зрительной системой, таких как дальнозоркость , травмы глаз или пресбиопия .
Острота зрения измеряется психофизической процедурой и как таковая связывает физические характеристики стимула с восприятием субъекта и его результирующими реакциями. Измерение может быть проведено с использованием таблицы для проверки зрения, изобретенной Фердинандом Монойером , с помощью оптических инструментов или с помощью компьютерных тестов [11], таких как FrACT. [12]
Необходимо следить за тем, чтобы условия просмотра соответствовали стандарту [13] , например, правильное освещение комнаты и оптометрической таблицы, правильное расстояние просмотра, достаточное время для ответа, допуск на ошибку и т. д. В европейских странах эти условия стандартизированы европейским стандартом (EN ISO 8596, ранее DIN 58220).
Дневное зрение (т. е. фотопическое зрение ) поддерживается колбочковыми рецепторными клетками, которые имеют высокую пространственную плотность (в центральной ямке ) и обеспечивают высокую остроту зрения 6/6 или лучше. При слабом освещении (т. е. скотопическое зрение ) колбочки не обладают достаточной чувствительностью, и зрение поддерживается палочками . Пространственное разрешение тогда намного ниже. Это происходит из-за пространственной суммации палочек , т. е. несколько палочек сливаются в биполярную клетку , в свою очередь соединяясь с ганглиозной клеткой , и результирующая единица разрешения большая, а острота маленькая. В самом центре поля зрения ( фовеоле ) палочки отсутствуют , и самая высокая производительность при слабом освещении достигается в ближнем периферическом зрении . [4]
Максимальное угловое разрешение человеческого глаза составляет 28 угловых секунд или 0,47 угловых минут; [23] это дает угловое разрешение 0,008 градуса, а на расстоянии 1 км соответствует 136 мм. Это равно 0,94 угловых минут на пару линий (одна белая и одна черная линия), или 0,016 градуса. Для пары пикселей (один белый и один черный пиксель) это дает плотность пикселей 128 пикселей на градус (PPD).
Зрение 6/6 определяется как способность различать две точки света, разделенные углом зрения в одну угловую минуту, что соответствует 60 PPD или около 290–350 пикселей на дюйм для дисплея на устройстве, находящемся на расстоянии 250–300 мм от глаза. [24]
Таким образом, острота зрения, или разрешающая способность (при дневном свете, центральное зрение), является свойством колбочек. [25] Для разрешения деталей оптическая система глаза должна проецировать сфокусированное изображение на фовеа , область внутри макулы , имеющую самую высокую плотность колбочковых фоторецепторных клеток (единственный вид фоторецепторов, существующих в самом центре фовеа диаметром 300 мкм), таким образом, имея самое высокое разрешение и наилучшее цветовое зрение. Острота и цветовое зрение, несмотря на то, что опосредуются одними и теми же клетками, являются разными физиологическими функциями, которые не взаимосвязаны, за исключением положения. Острота и цветовое зрение могут быть затронуты независимо.
Зерно фотографической мозаики имеет такую же ограниченную разрешающую способность, как и «зерно» мозаики сетчатки . Чтобы увидеть детали, два набора рецепторов должны быть перекрыты средним набором. Максимальное разрешение составляет 30 угловых секунд, что соответствует диаметру фовеолярного конуса или углу, образуемому в узловой точке глаза. Чтобы получить прием от каждой колбочки, как это было бы, если бы зрение было на основе мозаики, «локальный знак» должен быть получен от одной колбочки через цепочку из одной биполярной, ганглиозной и латеральной коленчатой клетки каждая. Однако ключевым фактором получения детального зрения является торможение. Это опосредуется такими нейронами, как амакриновые и горизонтальные клетки, которые функционально делают распространение или конвергенцию сигналов неактивными. Эта тенденция к одно-однозначному челноку сигналов подпитывается яркостью центра и его окрестностей, что запускает торможение, приводящее к одно-однозначному соединению. Однако этот сценарий встречается редко, поскольку колбочки могут соединяться как с карликовыми, так и с плоскими (диффузными) биполярами, а амакриновые и горизонтальные клетки могут так же легко объединять сообщения, как и ингибировать их. [9]
Свет проходит от объекта фиксации к фовеа через воображаемый путь, называемый зрительной осью. Ткани и структуры глаза, которые находятся на зрительной оси (а также ткани, прилегающие к ней), влияют на качество изображения. Этими структурами являются: слезная пленка, роговица, передняя камера, зрачок, хрусталик, стекловидное тело и, наконец, сетчатка. Задняя часть сетчатки, называемая ретинальным пигментным эпителием (РПЭ), отвечает, среди прочего, за поглощение света, который пересекает сетчатку, чтобы он не мог отразиться в другие части сетчатки. У многих позвоночных, таких как кошки, для которых высокая острота зрения не является приоритетом, есть отражающий слой тапетума , который дает фоторецепторам «второй шанс» поглотить свет, тем самым улучшая способность видеть в темноте. Именно это заставляет глаза животных как будто светиться в темноте, когда на них падает свет. РПЭ также выполняет жизненно важную функцию переработки химических веществ, используемых палочками и колбочками при обнаружении фотонов. Если РПЭ поврежден и не очищается, может возникнуть «лишняя» слепота.
Как и в фотографическом объективе , острота зрения зависит от размера зрачка. Оптические аберрации глаза, которые снижают остроту зрения, максимальны, когда зрачок самый большой (около 8 мм), что происходит в условиях слабого освещения. Когда зрачок маленький (1–2 мм), резкость изображения может быть ограничена дифракцией света на зрачке (см. дифракционный предел ). Между этими крайностями находится диаметр зрачка, который обычно является наилучшим для остроты зрения в нормальных, здоровых глазах; он, как правило, составляет около 3 или 4 мм.
Если бы оптика глаза была в остальном идеальной, теоретически острота была бы ограничена дифракцией зрачка, что было бы дифракционно-ограниченной остротой в 0,4 минуты дуги (минарк) или остротой 6/2,6. Самые маленькие колбочки в фовеа имеют размеры, соответствующие 0,4 минуты дуги поля зрения, что также накладывает нижний предел на остроту. Оптимальную остроту в 0,4 минуты дуги или 6/2,6 можно продемонстрировать с помощью лазерного интерферометра , который обходит любые дефекты в оптике глаза и проецирует рисунок темных и светлых полос непосредственно на сетчатку. Лазерные интерферометры в настоящее время регулярно используются у пациентов с оптическими проблемами, такими как катаракта , для оценки здоровья сетчатки перед проведением операции.
Зрительная кора — это часть коры головного мозга в задней части мозга, ответственная за обработку зрительных стимулов, называемая затылочной долей . Центральные 10° поля (приблизительно расширение макулы ) представлены по меньшей мере 60% зрительной коры. Считается, что многие из этих нейронов напрямую участвуют в обработке остроты зрения.
Правильное развитие нормальной остроты зрения зависит от того, имеет ли человек или животное нормальный визуальный вход в очень молодом возрасте. Любая зрительная депривация, то есть что-либо, что мешает такому входу в течение длительного периода времени, например, катаракта , сильный поворот глаз или косоглазие , анизометропия (неравная рефракционная ошибка между двумя глазами) или закрытие или наложение повязки на глаз во время медицинского лечения, обычно приводит к серьезному и постоянному снижению остроты зрения и распознавания образов в пораженном глазу, если не лечить его в раннем возрасте, состояние, известное как амблиопия . Снижение остроты отражается в различных аномалиях свойств клеток в зрительной коре. Эти изменения включают в себя заметное уменьшение количества клеток, связанных с пораженным глазом, а также клеток, связанных с обоими глазами в корковой области V1 , что приводит к потере стереопсиса , т. е. восприятия глубины бинокулярным зрением (в просторечии: «3D-зрение»). Период времени, в течение которого животное очень чувствительно к такой зрительной депривации, называется критическим периодом .
Глаз соединен со зрительной корой зрительным нервом , выходящим из задней части глаза. Два зрительных нерва сходятся позади глаз в зрительном перекресте , где около половины волокон от каждого глаза переходят на противоположную сторону и соединяются с волокнами от другого глаза, представляющими соответствующее поле зрения, объединенные нервные волокна от обоих глаз образуют зрительный тракт . Это в конечном итоге формирует физиологическую основу бинокулярного зрения . Тракты проецируются на релейную станцию в среднем мозге, называемую латеральным коленчатым ядром , частью таламуса , а затем в зрительную кору вдоль набора нервных волокон, называемых зрительной лучистостью .
Любой патологический процесс в зрительной системе, даже у пожилых людей после критического периода, часто приводит к снижению остроты зрения. Таким образом, измерение остроты зрения является простым тестом для оценки здоровья глаз, зрительного мозга или пути к мозгу. Любое относительно внезапное снижение остроты зрения всегда является причиной для беспокойства. Распространенными причинами снижения остроты зрения являются катаракта и рубцовая роговица , которые влияют на оптический путь, заболевания, которые влияют на сетчатку, такие как дегенерация желтого пятна и диабет , заболевания, влияющие на оптический путь к мозгу, такие как опухоли и рассеянный склероз , и заболевания, влияющие на зрительную кору, такие как опухоли и инсульты.
Хотя разрешающая способность зависит от размера и плотности упаковки фоторецепторов, нейронная система должна интерпретировать информацию рецепторов. Как было установлено в экспериментах с отдельными клетками на кошках и приматах, различные ганглиозные клетки в сетчатке настроены на разные пространственные частоты , поэтому некоторые ганглиозные клетки в каждом месте имеют лучшую остроту, чем другие. В конечном счете, однако, оказывается, что размер участка корковой ткани в зрительной области V1 , который обрабатывает заданное место в поле зрения (концепция, известная как корковое увеличение ), одинаково важен для определения остроты зрения. В частности, этот размер является наибольшим в центре фовеа и уменьшается с увеличением расстояния оттуда. [4]
Помимо нейронных связей рецепторов, оптическая система играет не менее важную роль в разрешении сетчатки. В идеальном глазу изображение дифракционной решетки может занимать 0,5 микрометра на сетчатке. Однако это, конечно, не так, и, кроме того, зрачок может вызывать дифракцию света. Таким образом, черные линии на решетке будут смешиваться с промежуточными белыми линиями, создавая серый вид. Дефектные оптические проблемы (например, неисправленная миопия) могут ухудшить ситуацию, но подходящие линзы могут помочь. Изображения (например, решетки) могут быть улучшены с помощью латерального торможения, т. е. более возбужденные клетки подавляют менее возбужденные клетки. Похожая реакция имеет место в случае хроматических аберраций, при которых цветные полосы вокруг черно-белых объектов подавляются аналогичным образом. [9]
Острота зрения часто измеряется по размеру букв, рассматриваемых на таблице Снеллена , или по размеру других символов, таких как таблица Ландольта C или таблица E.
В некоторых странах острота зрения выражается в виде вульгарной дроби , а в некоторых — в виде десятичного числа. Используя метр в качестве единицы измерения, (дробная) острота зрения выражается относительно 6/6. В противном случае, используя фут, острота зрения выражается относительно 20/20. Для всех практических целей зрение 20/20 эквивалентно 6/6. В десятичной системе острота зрения определяется как обратное значение размера зазора (измеряемого в угловых минутах) наименьшего Ландольта C , ориентация которого может быть надежно определена. Значение 1,0 равно 6/6.
LogMAR — еще одна часто используемая шкала, выраженная как ( десятичный ) логарифм минимального угла разрешения (MAR), который является обратной величиной числа остроты зрения. Шкала LogMAR преобразует геометрическую последовательность традиционной таблицы в линейную шкалу. Она измеряет потерю остроты зрения: положительные значения указывают на потерю зрения, а отрицательные значения обозначают нормальную или лучшую остроту зрения. Эта шкала обычно используется в клинике и в исследованиях, поскольку линии имеют одинаковую длину и поэтому она образует непрерывную шкалу с равноотстоящими интервалами между точками, в отличие от таблиц Снеллена, которые имеют разное количество букв на каждой строке.
Острота зрения 6/6 часто описывается как то, что человек может видеть детали на расстоянии 6 метров (20 футов) так же, как человек с «нормальным» зрением видел бы их на расстоянии 6 метров. Если у человека острота зрения 6/12, говорят, что он видит детали на расстоянии 6 метров (20 футов) так же, как человек с «нормальным» зрением видел бы их на расстоянии 12 метров (39 футов).
Определение 6/6 несколько произвольно, поскольку человеческие глаза обычно имеют более высокую остроту, как пишет Чернинг: «Мы также обнаружили, что лучшие глаза имеют остроту зрения, приближающуюся к 2, и мы можем быть почти уверены, что если при хорошем освещении острота равна только 1, глаз демонстрирует дефекты, достаточно выраженные, чтобы их можно было легко установить». [31] Большинство наблюдателей могут иметь бинокулярную остроту зрения, превышающую 6/6; предел остроты невооруженного человеческого глаза составляет около 6/3–6/2.4 (20/10–20/8), хотя 6/3 был наивысшим показателем, зафиксированным в исследовании некоторых профессиональных спортсменов США. [32] Считается, что некоторые хищные птицы , такие как ястребы , имеют остроту зрения около 20/2; [33] в этом отношении их зрение намного лучше человеческого.
Если острота зрения ниже самого большого оптотипа на таблице, расстояние чтения уменьшается до тех пор, пока пациент не сможет его прочитать. Как только пациент сможет прочитать таблицу, отмечаются размер букв и тестовое расстояние. Если пациент не может прочитать таблицу ни на каком расстоянии, его проверяют следующим образом:
В разных странах установлены законодательные ограничения для низкой остроты зрения, которая квалифицируется как инвалидность. Например, в Австралии Закон о социальном обеспечении определяет слепоту как:
Человек соответствует критериям постоянной слепоты в соответствии с разделом 95 Закона о социальном обеспечении, если скорректированная острота зрения составляет менее 6/60 по шкале Снеллена на обоих глазах или имеется сочетание дефектов зрения, приводящих к одинаковой степени постоянной потери зрения. [34]
В США соответствующий федеральный закон определяет слепоту следующим образом: [35]
[Т]ермин «слепота» означает центральную остроту зрения 20/200 или менее в лучшем глазу с использованием корректирующей линзы. Глаз, который сопровождается ограничением полей зрения таким образом, что самый широкий диаметр поля зрения охватывает угол не более 20 градусов, должен рассматриваться для целей настоящего пункта как имеющий центральную остроту зрения 20/200 или менее.
Острота зрения человека регистрируется с указанием следующих данных: проводилось ли обследование для проверки зрения вдаль или вблизи, оценивались ли глаза и использовались ли корректирующие линзы (например, очки или контактные линзы ):
Итак, острота зрения вдаль 6/10 и 6/8 с отверстием в правом глазу составит: DscOD 6/10 PH 6/8. Острота зрения вдаль на счет пальцев и 6/17 с отверстием в левом глазу составит: DscOS CF PH 6/17. Острота зрения вблизи 6/8 с отверстием, остающимся на уровне 6/8 в обоих глазах с очками составит: NccOU 6/8 PH 6/8.
«Динамическая острота зрения» определяет способность глаза визуально различать мелкие детали движущегося объекта.
Измерение остроты зрения включает в себя больше, чем просто способность видеть оптотипы. Пациент должен быть готов к сотрудничеству, понимать оптотипы, уметь общаться с врачом и учитывать множество других факторов. Если какой-либо из этих факторов отсутствует, то измерение не будет отражать реальную остроту зрения пациента.
Острота зрения — это субъективный тест, означающий, что если пациент не желает или не может сотрудничать, тест не может быть проведен. Пациент, который сонный, пьяный или имеет любое заболевание, которое может изменить его сознание или психическое состояние, может не достичь максимально возможной остроты зрения.
Пациенты, не владеющие языком, буквы и/или цифры которого указаны в таблице, будут зарегистрированы как имеющие очень низкую остроту зрения, если это неизвестно. Некоторые пациенты не скажут экзаменатору, что они не знают оптотипы, если их об этом не спросят напрямую. Повреждение мозга может привести к тому, что пациент не сможет распознавать печатные буквы или не сможет их написать.
Двигательная неспособность может привести к тому, что человек неправильно отреагирует на показанный оптотип и отрицательно скажется на измерении остроты зрения.
Такие переменные, как размер зрачка, яркость фоновой адаптации, продолжительность предъявления, тип используемого оптотипа, эффекты взаимодействия со смежными зрительными контурами (или «скученность»), могут влиять на измерение остроты зрения.
Согласно исследованию , опубликованному в 2009 году, острота зрения новорожденного составляет приблизительно 6/133, развиваясь до 6/6 после шестимесячного возраста у большинства детей. [36]
Измерение остроты зрения у младенцев, детей, не умеющих говорить, и особых групп населения (например, лиц с ограниченными возможностями) не всегда возможно с помощью таблицы с буквами. Для этих групп населения необходимо специализированное тестирование. В качестве базового этапа обследования необходимо проверить, можно ли фиксировать, центрировать и отслеживать зрительные стимулы.
Более формальное тестирование с использованием методов предпочтительного просмотра использует карточки Теллера (предъявляемые техническим специалистом из-за окна в стене) для проверки того, более ли ребенок визуально внимателен к случайному представлению вертикальных или горизонтальных решеток на одной стороне по сравнению с пустой страницей на другой стороне — полосы постепенно становятся тоньше или ближе друг к другу, а конечная точка отмечается, когда ребенок, сидящий на коленях у взрослого опекуна, одинаково предпочитает обе стороны.
Другим популярным методом является электрофизиологическое тестирование с использованием вызванных зрительных (корковых) потенциалов (ЗВП или ЗВКП), которое можно использовать для оценки остроты зрения в сомнительных случаях и при ожидаемой тяжелой потере зрения, например при врожденном амаврозе Лебера .
Тестирование остроты зрения с помощью ЗВП несколько похоже на преимущественное смотрение, используя ряд черных и белых полос ( решетки синусоидальных волн ) или шахматных узоров (которые вызывают более крупные ответы, чем полосы). Поведенческие реакции не требуются, и вместо этого регистрируются мозговые волны, созданные представлением узоров. Узоры становятся все тоньше и тоньше, пока вызванная мозговая волна просто не исчезнет, что считается конечной точкой измерения остроты зрения. У взрослых и детей старшего возраста, способных концентрировать внимание и следовать инструкциям, конечная точка, предоставляемая ЗВП, очень хорошо соответствует психофизическому измерению в стандартном измерении (т. е. перцептивной конечной точке, определяемой путем опроса субъекта, когда он больше не может видеть узор). Существует предположение, что это соответствие также применимо к гораздо более младшим детям и младенцам, хотя это не обязательно должно быть так. Исследования показывают, что вызванные мозговые волны, а также производные остроты зрения, очень похожи на взрослые к возрасту одного года.
По причинам, которые не полностью понятны, пока ребенку не исполнится несколько лет, острота зрения, полученная с помощью поведенческих предпочтительных методов смотрения, как правило, отстает от той, которая определяется с помощью ЗВП, прямого физиологического измерения ранней визуальной обработки в мозге. Возможно, для созревания более сложных поведенческих и внимающих реакций, включающих области мозга, не участвующие напрямую в обработке зрения, требуется больше времени. Таким образом, зрительный мозг может обнаружить наличие более тонкого рисунка (отраженного в вызванной мозговой волне), но «поведенческий мозг» маленького ребенка может не счесть его достаточно заметным, чтобы обратить на него особое внимание.
Простая, но менее используемая техника — это проверка глазодвигательных реакций с помощью оптокинетического нистагмического барабана, где субъект помещается внутрь барабана и окружается вращающимися черными и белыми полосами. Это создает непроизвольные резкие движения глаз ( нистагм ), когда мозг пытается отслеживать движущиеся полосы. Существует хорошее соответствие между оптокинетической и обычной остротой зрения по таблице у взрослых. Потенциально серьезной проблемой этой техники является то, что процесс является рефлекторным и опосредован в низкоуровневом стволе мозга , а не в зрительной коре. Таким образом, кто-то может иметь нормальную оптокинетическю реакцию и при этом быть кортикально слепым без осознанного зрительного ощущения.
Острота зрения зависит от того, насколько точно свет фокусируется на сетчатке, целостности нервных элементов глаза и способности мозга интерпретировать. [37] «Нормальная» острота зрения (в центральном, т. е. фовеальном зрении) часто считается тем, что было определено Германом Снелленом как способность распознавать оптотип , когда он занимает 5 минут дуги , то есть диаграмму Снеллена 6/6 метра, 20/20 футов, 1,00 десятичной или 0,0 logMAR. У молодых людей средняя острота зрения здорового эмметропического глаза (или аметропического глаза с коррекцией) составляет приблизительно от 6/5 до 6/4, поэтому неверно называть остроту зрения 6/6 «идеальным» зрением. Напротив, Чернинг пишет: «Мы также обнаружили, что самые лучшие глаза имеют остроту зрения, приближающуюся к 2, и мы можем быть почти уверены, что если при хорошем освещении острота зрения равна только 1, то глаз имеет дефекты, достаточно выраженные, чтобы их можно было легко установить» [31] .
6/6 — это острота зрения, необходимая для различения двух контуров, разделенных 1 угловой минутой — 1,75 мм на расстоянии 6 метров. Это связано с тем, что буква 6/6, например E, имеет три конечности и два пробела между ними, что дает 5 различных подробных областей. Таким образом, для разрешения этого требуется 1/5 от общего размера буквы, что в данном случае будет 1 угловой минутой (угол зрения). Значимость стандарта 6/6 лучше всего рассматривать как нижний предел нормы или как пороговое значение скрининга. При использовании в качестве скринингового теста субъекты, достигшие этого уровня, не нуждаются в дальнейшем обследовании, хотя средняя острота зрения со здоровой зрительной системой, как правило, лучше.
У некоторых людей могут быть другие проблемы со зрением, такие как серьезные дефекты поля зрения , цветовая слепота , сниженная контрастность , легкая амблиопия , церебральные нарушения зрения, неспособность отслеживать быстро движущиеся объекты или одно из многих других нарушений зрения, и при этом у них может быть «нормальная» острота зрения. Таким образом, «нормальная» острота зрения не подразумевает нормального зрения. Причина, по которой острота зрения так широко используется, заключается в том, что ее легко измерить, ее снижение (после коррекции) часто указывает на некоторое нарушение и что она часто соответствует обычным ежедневным действиям, с которыми человек может справиться, и оценивает его нарушение, чтобы выполнять их (хотя по поводу этой связи ведутся жаркие споры).
Обычно острота зрения относится к способности различать две разделенные точки или линии, но существуют и другие показатели способности зрительной системы различать пространственные различия.
Верньерная острота измеряет способность выравнивать два отрезка линии. Люди могут делать это с удивительной точностью. Этот успех рассматривается как гиперострота . При оптимальных условиях хорошего освещения, высокой контрастности и длинных отрезков линии предел верньерной остроты составляет около 8 угловых секунд или 0,13 угловых минут по сравнению с примерно 0,6 угловыми минутами (6/4) для нормальной остроты зрения или диаметром фовеолярного конуса в 0,4 угловых минут . Поскольку предел верньерной остроты значительно ниже, чем налагаемый на обычную остроту зрения «зернистостью сетчатки» или размером фовеолярных конусов, считается, что это процесс зрительной коры , а не сетчатки. Поддерживая эту идею, верньерная острота, по-видимому, очень близко соответствует (и может иметь тот же основной механизм), позволяя различать очень небольшие различия в ориентациях двух линий, где ориентация, как известно, обрабатывается в зрительной коре.
Наименьший обнаруживаемый угол зрения, создаваемый одной тонкой темной линией на равномерно освещенном фоне, также намного меньше размера фовеолярного конуса или обычной остроты зрения. В этом случае при оптимальных условиях предел составляет около 0,5 угловых секунд или всего около 2% от диаметра фовеолярного конуса. Это создает контраст около 1% с освещенностью окружающих конусов. Механизм обнаружения заключается в способности обнаруживать такие небольшие различия в контрасте или освещении и не зависит от угловой ширины полосы, которую невозможно различить. Таким образом, по мере того, как линия становится тоньше, она кажется слабее, но не тоньше.
Стереоскопическая острота — это способность обнаруживать различия в глубине двумя глазами. Для более сложных целей стереоострота близка к нормальной монокулярной остроте зрения или около 0,6–1,0 угловых минут, но для гораздо более простых целей, таких как вертикальные стержни, может быть всего лишь 2 угловых секунды. Хотя стереоострота обычно очень хорошо соответствует монокулярной остроте, она может быть очень плохой или отсутствовать даже у субъектов с нормальной монокулярной остротой. Такие люди обычно имеют аномальное развитие зрения в очень молодом возрасте, например, чередующееся косоглазие или поворот глаз, когда оба глаза редко или никогда не смотрят в одном направлении и, следовательно, не функционируют вместе.
Другой тест, включая остроту зрения (EVTS/OptimEyes), использует цели, которые меняются по размеру, контрастности и времени просмотра. Этот тест был разработан Дэниелом М. Лаби с коллегами и использует теорию ответов на элементы для расчета оценки зрительной производительности (основной балл). Было показано, что этот конкретный тест зрительной функции коррелирует с профессиональными спортивными результатами. [38]
Глаз имеет пределы остроты для обнаружения движения. [39] Движение вперед ограничено порогом обнаружения стягиваемой угловой скорости (SAVT), а острота горизонтального и вертикального движения ограничена порогами бокового движения. Предел бокового движения, как правило, ниже предела надвигающегося движения, и для объекта заданного размера боковое движение становится более проницательным из двух, как только наблюдатель удаляется достаточно далеко от пути движения. Ниже этих порогов субъективное постоянство ощущается в соответствии со степенным законом Стивенса и законом Вебера-Фехнера .
Существует определенный предел остроты зрения при обнаружении приближающегося движения приближающегося объекта. [40] [41] Это рассматривается как предел обнаружения противолежащей угловой скорости (SAVT) остроты зрения. [42] Он имеет практическое значение 0,0275 рад/с. [43] Для человека с пределом SAVT приближающееся движение непосредственно приближающегося объекта размером S , движущегося со скоростью v , не обнаруживается, пока расстояние до него не составит [40]
где член S 2 /4 опускается для малых объектов относительно больших расстояний с помощью малоуглового приближения .
Чтобы превысить SAVT, объект размером S, движущийся со скоростью v , должен быть ближе, чем D ; за пределами этого расстояния ощущается субъективное постоянство . SAVT можно измерить по расстоянию, на котором впервые обнаруживается приближающийся объект:
где член S 2 опускается для малых объектов относительно больших расстояний с помощью малоуглового приближения .
SAVT имеет такое же значение для безопасности вождения и спорта, как и статический предел. Формула выводится путем взятия производной угла зрения по расстоянию, а затем умножения на скорость для получения скорости визуального расширения ( d θ / d t = d θ / d x · d x / d t ).
Существуют также пределы остроты зрения ( ) горизонтального и вертикального движения. [39] Их можно измерить и определить пороговым обнаружением движения объекта, движущегося на расстоянии D и скорости v , ортогональной направлению взгляда, с расстояния отступа B с помощью формулы Поскольку тангенс противолежащего угла является отношением ортогонального расстояния к расстоянию отступа, угловая скорость времени ( рад / с ) бокового движения является просто производной обратного тангенса, умноженного на скорость ( d θ / d t = d θ / d x · d x / d t ). В применении это означает, что ортогонально движущийся объект не будет различим как движущийся, пока он не достигнет расстояния
где для бокового движения обычно ≥ 0,0087 рад/с с вероятной зависимостью от отклонения от фовий и ориентации движения, [39] скорость выражается в единицах расстояния, а нулевое расстояние — прямо вперед. Далекие расстояния до объекта, близкие отступы и низкие скорости обычно снижают заметность бокового движения. Обнаружение с близким или нулевым отступом может быть достигнуто посредством чистых изменений масштаба приближающегося движения. [41]
Предел остроты движения влияет на радиальное движение в соответствии с его определением, поэтому отношение скорости v к радиусу R должно превышать :
Радиальное движение встречается в клинических и исследовательских условиях, в купольных кинотеатрах и в гарнитурах виртуальной реальности .
{{cite web}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Пороги смещения для периферического движения были затронуты пределами остроты зрения для скоростей ниже 0,5 градуса/с. [0,0087 радиан/с]
Когда наблюдатель движется вперед в окружающей среде, изображение на его сетчатке расширяется. Скорость этого расширения передает информацию о скорости наблюдателя и времени до столкновения... эта скорость также может быть оценена по изменениям размера (или масштаба) элементов изображения... мы показываем, ... наблюдатели могут оценивать скорости расширения только на основе информации об изменении масштаба, и что чистые изменения масштаба могут вызывать эффекты последействия движения. Эти два открытия свидетельствуют о том, что зрительная система содержит механизмы, которые явно чувствительны к изменениям масштаба.
Только когда противолежащая угловая скорость ведущего транспортного средства превышала примерно 0,003 рад/с, испытуемые могли масштабировать относительную скорость
Ряд исследователей в лабораториях сообщили, что значения looming threshold находятся в диапазоне 0,003 радиан/сек. Судебные эксперты обычно используют повышенные значения looming threshold, например, 0,005–0,008, чтобы учесть сложность реальных задач вождения. Однако только один источник использовал данные реальных аварий транспортных средств, чтобы получить надвигающийся порог – и это значение, 0,0275 рад/сек, на порядок больше, чем полученное в лабораторных исследованиях. В этом исследовании мы изучаем гораздо более широкий диапазон данных реальных аварий, чтобы получить оценку разумного верхнего предела надвигающегося порога. Результаты показывают диапазон от 0,0397 до 0,0117 рад/сек...