Роль движений глаз в процессе зрения

В последние годы выяснилось, что наши прежние представления о роли движений глаз во многом упрощали ее. Все оказалось значительно сложнее, о чем говорят, например, следующие факты.

У человека в естественных условиях сетчаточное изображение никогда не остается неподвижным относительно сетчатки, а при строгой неподвижности и неизменности сетчаточного изображения, создаваемых искусственно, глаз перестает видеть. Иными словами, внутри любого объекта восприятия, ставшего строго неподвижным относительно сетчатки и неизменным во времени, уже через 1—3 сек. исчезают все видимые различия (разрешающая способность глаза быстро убывает до нуля).

Давно известно, что наблюдатель начинает видеть кровеносные сосуды собственного глаза, лежащие на сетчатке, если создать условия, при которых теня сосудов приобретают некоторую подвижность.

Опыты показали, что для оптимальных условий восприятия необходимо некоторое не слишком большое непрерывное или прерывистое движение сетчаточного изображения по сетчатке, в результате которого происходит постоянное изменение света, действующего на рецепторы.

Электрофизиологическими работами установлено, что импульсы в зрительном нерве многих животных появляются в основном лишь в ответ на изменение света, действующего на сетчатку.

Все это заставило по-новому оценить роль движений глаз и показало, что без понимания этой роли нам не удастся разгадать механизмы зрительного процесса. В связи с этим стало актуальным, с одной стороны, подробное изучение восприятия изображений, строго неподвижных относительно сетчатки и изменяющихся по яркости или цвету, с другой — изучение разнообразных движений глаз. «

Прежде считали, что основная функция движений глаз сводится к тому, чтобы удерживать объект восприятия в поле зрения (удерживать в fovea важный для восприятия элемент объекта) и менять точки фиксации, расширяя этим общий угол обзора. В настоящее время не менее существенными представляются движения глаз, препятствующие исчезновению видимых различий неподвижного объекта в процессе фиксации взора.

Наиболее существенна вторая глава, посвященная изучению восприятия объектов, неподвижных относительно сетчатки. Материалы этой главы позволяют по-новому взглянуть на некоторые разделы физиологической оптики, а также установить некоторые связи и аналогии между электрофизиологическими работами на сетчатке животных и работами, изучающими зрение человека.

Третья глава посвящена изучению микродвижений глаз, которыми сопровождается процесс фиксации взора, направленного на неподвижный объект. В ней выясняется, какие микродвижения глаз в обычных условиях восприятия препятствуют исчезновению различий объекта во время фиксации взора.

Смена точек фиксации, конвергенция и дивергенция зрительных осей, прослеживание за движущимися объектами и некоторые оценки пространственных соотношений сопровождаются макродвижениями глаз.

В главах четвертой — седьмой выясняются роль и закономерности макродвижений глаз, знание которых оказывается полезным во многих случаях. Например, без понимания роли и знания закономерностей не только микро-, но и макродвижений глаз нельзя до конца понять работу сетчатки. Мы обращаемся к движениям глаз и когда говорим о строении глаза, и когда рассматриваем особенности нашего восприятия. Например, можно думать, что в филогенезе подвижность головы и глаз некоторых животных сделала возможным появление fovea. Последний факт представляется очень важным, поскольку он вносит в зрительный процесс значительное усовершенствование. Это усовершенствование важно потому, что объекты, представляющие собой источник нужных сведений, распределены далеко не равномерно. Обычно они локализованы в небольших участках поля зрения. При этом в основном периферическая часть сетчатки обнаруживает объект или элемент объекта, который содержит или может содержать нужные сведения, и, следовательно, как бы ведется разведка, а при помощи фовеальной части сетчатки, направленной на объект, эти сведения воспринимаются и анализируются более детально.

В первой главе дано описание разнообразных методик, при помощи которых ведется изучение и регистрация движений глаз и создаются стабилизированные сетчаточные изображения.

Понимание роли движений глаз и знание закономерностей этих движений может быть использовано при решении многих чисто практических задач. Укажем несколько примеров.

Нарушения в работе центральной нервной системы часто сопровождаются нарушениями различных движений глаз. Центры, управляющие движениями глаз, и пути, соединяющие эти центры с мышцами глаз, локализованы в различных частях мозга и часто задеваются патологическими очагами, расположенными вблизи этих центров. То же самое можно сказать о нарушениях в работе различных вспомогательных систем, тесно связанных с движениями глаз.

Любые нарушения в работе зрительного анализатора, которые удается обнаружить при заболевании центральной нервной системы, могут помочь установить и характер заболевания, и локализацию патологического очага. Однако не всегда легко обнаружить то или иное отступление от нормы в работе такого сложного органа, каким является зрительный анализатор. Прежде всего для этого нужно знать, что такое норма. Если говорить о движениях глаз, то здесь дело обстоит не вполне благополучно. Существенные результаты получены в этой области только в последние годы, и с ними еще не ознакомился широкий круг заинтересованных читателей. Здесь хочется подчеркнуть, что различные нарушения в движениях глаз больного могут быть объективно зарегистрированы, и это представляется особенно удобным для диагностических целей.

Знание закономерностей движений глаз в норме может оказаться полезным в ряде случаев и для офтальмологии. К сожалению, до сих пор еще нет систематических записей движений глаз при различных видах косоглазия, параличах и парезах глазодвигательных мышц. Не исключено, например, что такие записи позволили бы устанавливать и однозначно определять излечимые и неизлечимые формы косоглазия.

Для невропатологов и офтальмологов безусловно полезно знакомство с восприятием объектов, неподвижных относительно сетчатки и изменяющихся по цвету или яркости Быть может, различные нарушения свойств этого восприятия у больных также могут дать полезные указания о характере заболевания центральной нервной системы или зрительного анализатора.

Во многих случаях, когда исследователя интересуют проблемы восприятия сложных объектов (в норме или патологии), имеет смысл прибегать к записям движений глаз. При этом, используя записи, легко устанавливать, в каком порядке рассматривался объект, какие элементы фиксировались испытуемым, сколько раз и сколько времени фиксировался тог или иной элемент и т. д. Запись движений глаз иллюстрирует ход про цесса восприятия.

Знание закономерностей движений глаз и свойств восприятия изображений, неподвижных относительно сетчатки, может быть использовано (и иногда используется) в кино, телевидении, приборостроении, для рационального размещения приборов на приборных досках, для оценки возможностей восприятия в сложных условиях и т. д.

Элементарные сведения о строении органа зрения человека¹

Наружный слой глазного яблока (рис. 1) представляет собой твердую (состоящую из прочной соединительной ткани) оболочку — склеру, переходящую в передней части в прозрачную оболочку — роговицу. Склера обеспечивает глазу сохранение неизменной формы и защищает его содержимое. Ту же роль выполняет и роговица, являясь одновременно частью диоптрического аппарата глаза.

Оболочки глазного яблока находятся под некоторым внутриглазным давлением. Нормальное внутриглазное давление лежит в пределах 15— 30 мм ртутного столба.

Диоптрический аппарат глаза, участвующий в построении изображения на его внутренней поверхности, складывается из роговицы, двояковыпуклой прозрачной линзы (хрусталика), прозрачной водянистой жидкости и прозрачного стекловидного тела, заполняющих глазное яблоко. К этому же аппарату относится ресничное (цилиарное) тело, обеспечивающее (при помощи ресничной мышцы) изменение кривизны поверхностей хрусталика (аккомодацию), и радужная оболочка, изменяющая размер зрачка (отверстие диафрагмы).

Благодаря аккомодации происходит настройка изображения на резкость. Изменение величины зрачка ведет к изменению светосилы и глубины резкости оптической системы. Оптическая система дает действительное обратное изображение предметов, находящихся перед глазом.

Размер диаметра глазного яблока по всем направлениям в норме близок к 24 мм.

Под склерой находится сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз. К внутренней стороне сосудистой оболочки прилегает пигментный эпителий, содержащий темный пигмент. За слоем пигментного эпителия находится самый внутренний слой, непосредственно воспринимающий световые раздражения,— сетчатка. Схематически сетчатка может быть разделена на две зоны: светочувствительную, обращенную к сосудистой оболочке, и нервную, обращенную к стекловидному телу. Толщина сетчатки в центральной ее части, в так называемом желтом пятне, около 0,1 мм.

Светочувствительными клетками сетчатки (рецепторами) являются палочки и колбочки (рис. 2). Палочки значительно чувствительнее к свету, чем колбочки. При очень малых освещенностях функционируют только палочки, связанные с аппаратом сумеречного зрения. Палочки заключают в себе светочувствительный приемник с максимумом чувствительности в области спектра с λ = 510 ммк. Колбочки заключают в себе три светочувствительных приемника с максимумами чувствительности в области спектра с λ = 440, 540 и 590 ммк (рис. 3). Колбочки связаны с аппаратом, осуществляющим цветовое зрение.

Место вхождения зрительного нерва в глазное яблоко лишено палочек и колбочек. Этим участком сетчатки мы не видим, и поэтому оно называется слепым пятном. Местом наиболее ясною видения является желтое

Рис 1

Рис. 2

Рис. 1. Схематическое изображение горизонтального разреза правого глаза человека

1 — склера; 2 — роговица, 3 — хрусталик; 4 — передняя камера глаза, 5 — стекловидное тело,

6 — радужная оболочка, 7 — ресничная мышца; 8 — конъюнктива; 9 — место прикрепления внутренней прямой мышцы; 10 — место прикрепления наружной прямой мышцы, и — зрительная ось глаза; 12 — оптическая ось глаза, 13 — сетчатка, 14 ~ сосудистая оболочка, 15 — fovea centralis 16 — зрительный нерв

Рис. 2. Палочки и колбочки сетчатки

Слева — палочка. 1 — наружный членик, 2 — эллипсоид, 3 — внутренний членик, 4 — наружная пограничная мембрана, 5 — палочковое волокно, 6 — ядро, 7 — конечная пуговка. Справа — кол бочка* 1 — наружный членик, 2 — эллипсоид, 3 — внутренний членик, 4 — наружная пограничная мембрана; 5 — ядро; 6 — колбочковое волокно, 7 — колбочковая ножка (Авербах, 1940)

пятно (macula lutea). Оно лежит несколько к виску и вверх от места вхождения зрительного нерва (рис. 1). Желтое пятно окрашено в желтый цвет и заполнено преимущественно колбочками. Угловой размер желтого пятна составляет приблизительно 6—7°. Внутри желтого пятна находится так называемая центральная ямка (fovea centralis) — участок сетчатки с наибольшей разрешающей способностью. Диаметр центральной ямки около 0,4 мм, т. е. около 1,3°. Середина центральной ямки (foveola) пигментирована меньше остальных участков желтого пятна. Центральная ямка несколько смещена относительно оптической оси глаза.

В сетчатке человека около 130 миллионов палочек и около 7 миллионов колбочек. Распределение палочек и колбочек по сетчатке показано на рис. 4 и 5. Диаметр внутреннего членика палочки около 0,002 мм. Диаметр внутреннего членика колбочек меняется в зависимости от места сетчатки приблизительно от 0,002 до 0,007 мм. Колбочки в центральной части сетчатки, где расстояние между центрами колбочек около 0,0025 мм (0,5 угловой минуты), длиннее и тоньше, чем в периферической.

Разрешающая способность глаза, максимальная для fovea centralis, постепенно снижается по мере перехода к периферии. На рис. 6 показана относительная острота зрения в зависимости от положения изображения на сетчатке.

Рис. 3. Кривые чувствительности дневных (колбочковых) приемников человека (Бонгард, Смирнов, 1955)

Сетчатка по своему строению очень сложна (рис. 7). Морфологи (Поляк— Polyak, 1941) различают в сетчатке следующие десять слоев: 1 — пигментный эпителий; 2 — слой наружных и внутренних члеников палочек и колбочек; 3 — наружная пограничная мембрана, которая пересекается палочками и колбочками; 4 — внешний зернистый слой, где расположены ядра и волокна палочек и колбочек; 5 — внешний сетчатый слой, представляющий собой сплетение окончаний фоторецепторов с волокнами нейронов следующего слоя;

6 — внутренний зернистый слой биполярных клеток, горизонтальных и амакриновых; 7 — внутренний сетчатый слой, представляющий собой сплетение окончаний нейронов 6-го слоя с окончаниями ганглиозных клеток; 8 — слой ганглиозных клеток; 9 — слой волокон зрительного нерва; 10 — внутренняя пограничная мембрана. Биполярные клетки бывают нескольких типов. Они различаются по особенностям морфологического строения, и но способам соединения с другими нейронами. То же самое можно сказать и о ганглиозных клетках.

Рис. 4 Рис. 5

Рис. 4. Распределение палочек и колбочек в сетчатке

По оси абсцисс отложено расстояние (в мм) от середины центральной ямки (foveola) вдоль горизонтального сечения правого глаза. По оси ординат указано число сотен палочек и колбочек, приходящихся на 1 мм². Пунктирная линия соответствует палочкам, сплошная — колбочкам (Oesterberg, 1935)

Рис. 5. Относительное распределение палочек и колбочек в сетчатке

1 — мозаика колбочек в центре fovea; 2 — палочки (мелкие точки) и колбочки (крупные точки) на расстоянии 0,8 мм от центра fovea; 3 — палочки и колбочки в 3 мм от центра fovea (Авербах, 1940)

Конечными центрами зрения служат затылочные доли коры головного мозга, места так называемой борозды птичьей шпоры с ее обеими губами.

Часть зрительного пути от глазного яблока до хиазмы (места частичного перекреста зрительных нервов) называется зрительным нервом. Зрительный нерв, имеющий длину около 5 см и в сечении около 4 мм², состоит приблизительно из миллиона нервных волокон. На одно волокно приходится в среднем около 150 палочек и колбочек. В хиазме зрительный нерв разделяется на две части (рис. 8). Волокна, исходящие из половины сетчатки, обращенной к носу, направляются к противоположному полушарию головного мозга; волокна, исходящие из половины сетчатки, обращенной к виску, остаются в одностороннем полушарии. Таким образом, в хиазме имеет место неполный перекрест зрительных нервов. Затем зрительные

Рис. 6. Относительная острота зрения в зависимости от положения сетчаточного изображения на сетчатке (Jones a. Higgins, 1947)

нервные волокна в виде так называемого зрительного тракта заходят в подкорковые зрительные центры (подушка зрительного бугра, передние бугры четверохолмия, наружное коленчатое тело). Из промежуточных цен-

Рис. 7 Рис. 8

Рис. 7. Схематическое изображение строения сетчатки

I, II, III — первый, второй, третий нейроны. Справа изображено опорное волокно Мюллера (Кравков, 1950)

Рис. 8. Схема зрительных путей и центров

1 — поле зрения; 2 — роговица; 3 — сетчатка; 4 — хиазма; 5 — подкорковые зрительные центры 6 —волокна Грациоле; 7 —зрительная область коры. Справа показаны выпадения в зрительном поле наступающие при повреждениях зрительных путей. Слепое место в поле зрения заштриховано.

Место повреждения обозначено чертой и буквой на рисунке слева (Кравков, 1950) гров нервные волокна в качестве так называемых волокон Грациоле идут к конечным зрительным центрам. Часть волокон после коленчатого тела заходит в височную область мозга. Повреждения мозга и соответствующие нарушения в поле зрения глаза позволили установить связь между

Рис. 9. Проекция ноля зрения на мозговую кору

Цифрами указаны градусы (Holmes 1918).

отдельными местами сетчатки и различными участками мозговой коры. Такая проекция сетчатки на кору показана на рис. 9.

Положение глаза в орбитах схематически изображено на рис. 10. В норме во время движений глаза смещение центра глазного яблока относи-

Рис. 10. Схематическое изображение положения глаз в орбитах (Duke-Elder, 1932)

тельно глазницы практически отсутствует. Все движения глаза сводятся к его вращению вокруг некоторого центра, расположенного внутри глаза на зрительной оси. Расстояние между вершиной роговицы и центром вращения глаза равно приблизительно 13,5 мм. Вращение глаза вокруг этого

центра осуществляется тремя парами мышц (рис. 11). Мышцы имеют названия в соответствии с их положением — наружная и внутренняя прямая, верхняя и нижняя прямая, верхняя и нижняя косая. Четыре прямые мышцы начинаются сухожилиями в глубине глазницы. Все они прикреплены к глазному яблоку на расстоянии в несколько миллиметров от края роговицы. Нижняя косая мышца от передней части глазницы идет кнаружи и огибает глазное яблоко, к которому прикреплена сзади. Верхняя косая мышца начинается в глубине глазницы, идет вперед, проходя через

Рис. 11 Рис. 12

Рис. 11. Схематическое изображение мышц глазного яблока

1 — верхняя прямая мышца; 2 — нижняя прямая мышца; 3 — наружная прямая мышца (симметрично ей расположена внутренняя прямая, которая на чертеже не видна), 4 — верхняя косая мышца; 5 — нижняя косая мышца

Рис. 12. Направление действия отдельных мышц глазного яблока

Пунктир — вертикальный меридиан глаза; черный кружок — зрачок; r. ext.— наружная прямая мышца; r. int—внутренняя прямая мышца; r. sup.—верхняя прямая мышца; r. inf.— нижняя прямая мышца; о. sup.— верхняя косая мышца; о. mf.— нижняя косая мышца (Кравков, 1950) специальный блок, поворачивает назад и кнаружи; она прикреплена к задней верхней части глазного яблока. Промежуточное пространство между глазом и его орбитой занято орбитальным жиром, на котором покоится глазное яблоко. Кроме того, положение глазного яблока поддерживается специальными связками.

Работа мышц при поворотах глаза довольно сложна. На рис. 12 показана схема действия отдельных мышц глазного яблока. Из всех произвольных мышц тела волокна глазных мышц самые тонкие. Для глазных мышц характерна очень большая насыщенность двигательными и чувствительными нервными волокнами (Дьюк-Элдер — Duke-Elder, 1932; Фултон— Fulton, 1943). Глазные мышцы иннервируются глазодвигательным, боковым и отводящим нервами. Боковой нерв иннервирует верхнюю косую мышцу, а отводящий — наружную прямую. Глазодвигательный нерв связан со всеми остальными мышцами глаза, включая ресничную (цилиарную) и мышцы, ведающие изменением величины зрачка. Все эти нервы начинаются в нижней части головного мозга у основания четвертого мозгового желудочка, в области четверохолмия, варолиева моста и продолговатого мозга.

2. Изучение движений глаз

при помощи последовательных образов

Современные методики записей движений глаз и методики создания стабилизированного сетчаточного изображения далеко не совершенны. Довольно часто при разработке новых методик используются давно устаревшие приемы. В некоторых случаях при помощи «забытых» приемов удается решать даже сложные вопросы. Все это говорит о целесообразности хотя бы краткого исторического обзора методик, имеющих отношение к настоящей теме.

Некоторые экспериментаторы (Додж — Dodge, 1907; Гельмгольц — Helmholtz, 1925; Дьюк-Элдер — Duke-Elder, 1932; Барлоу — Barlow, 1952; и др.) изучали характер движений глаз, пользуясь последовательными образами. В частности, изучались движения глаз в процессе фиксации, в процессе смены точек фиксации и при рассматривании сложных объектов. Следует заметить, что с появлением современных ламп-вспышек для многих задач самая методика получения последовательных образов стала намного совершеннее. Слепящая яркость и малая продолжительность вспышки света (меньше 0,001 сек.) позволяют создавать продолжительные последовательные образы большой резкости.

Приводим один из широко известных способов наблюдения за движением собственного глаза в процессе фиксации. Экспериментатор добивается появления четкого последовательного образа (метки), проектирующегося на fovea и имеющего форму крестика, черточки или маленького треугольника. Затем наблюдатель фиксирует точку на экране, который представляет собой или лист миллиметровки, или бумагу с нанесенной на ней сеткой. Во время фиксации он одновременно ведет наблюдение за движением метки относительно точки фиксации и сетки экрана, запоминает траекторию, по которой прошла метка в течение какого-то определенного отрезка времени.

Поскольку последовательный образ строго неподвижен относительно сетчатки, видимое движение по экрану этого образа полностью соответствует движениям глаза. Зная расстояние между глазом и экраном, легко подсчитать цену деления сетки экрана в угловых величинах и с некоторой небольшой точностью определить движения глаза, совершаемые им в процессе фиксации. В данном случае очень важна резкость изображения последовательного образа. Чем меньше метка и чем резче она видна глазу, тем, следовательно, с большей точностью можно определить ее движение по экрану.

Другой способ изучения движений глаз в процессе фиксации состоит в следующем. Наблюдатель фиксирует точку, расположенную в центре узкой щели. Позади каждой из половинок щели находится лампа-вспышка.

Включение ламп-вспышек производится последовательно с заранее заданным интервалом, равным какой-то части секунды. При этом возникают последовательные образы от каждой половинки щели. Вследствие движений глаза в промежутке между двумя вспышками две половинки последовательного образа обычно оказываются сдвинутыми относительно друг друга. По величине этого сдвига экспериментатор может судить о величине и характере движений глаз в процессе фиксации взора.

Наблюдения за большими движениями глаз при рассматривании какого-нибудь объекта удобно вести при помощи последовательного образа, имеющего форму окружности или круга, проектирующегося на fovea. Зная угловой размер круга, запоминая его положение на объекте во время восприятия, наблюдатель может приблизительно судить о том, как и какими частями сетчатки он смотрит на тот или иной элемент объекта и какую получает при этом информацию.

Общий характер движений глаз при рассматривании неподвижных объектов, в частности скачкообразность этих движений, изучался в прошлом (Ландодьт — Landolt, 1891) следующим образом. В затемненной комнате в поле зрения наблюдателя находился слабо освещенный объект восприятия и расположенный на его фоне или рядом с ним небольшой, но очень яркий источник света. Какой-то отрезок времени наблюдатель рассматривал объект или плавно обводил взором контур объекта и затем полностью выключал свет. Ряд последовательных образов, вызванных ярким источником света, позволял в этом случае наблюдателю судить о характере движений глаз. Каждый отдельный последовательный образ соответствовал процессу фиксации; каждый промежуток между смежными точками фиксации соответствовал смене точек фиксации.

Движения глаз при смене точек фиксации изучались некоторыми авторами (Ламанский — Lamansky, 1869; Кооб и Мосс — Cobb, Moss, 1925) при помощи яркого мелькающего источника света. Источник света, мелькающий с частотой в несколько сот герц, помещался между двумя точками фиксации. Во время смены точек фиксации, вследствие мельканий источника света и движений глаза, на сетчатке получался ряд изображений источника света, которые в последующий момент, после полного выключения света, воспринимались наблюдателем как цепочка последовательных образов.

Поскольку наблюдатель всегда знал частоту мельканий источника света, число последовательных образов и угол между точками фиксации, он мог определить время смены точек фиксации.

Чтобы обнаружить вращательное движение глаза вокруг зрительной оси, некоторые авторы (Лоринг — Loring, 1915) также пользовались последовательными образами. В этом случае последовательный образ в виде креста проектировался наблюдателем на экран с сеткой из горизонтальных и вертикальных линий. Наблюдатель выбирал точку фиксации и придавал голове положение, в котором линии креста были параллельны линиям сетки. Затем он совершал то или иное движение глазом и запоминал, в каких случаях и приблизительно на какой угол линии креста меняют свое направление относительно сетки экрана. Видимое вращение креста относительно своего центра соответствовало вращению глаза относительно оси зрения.

Если наблюдатель смотрит на очень яркое белое поле через красный фильтр, а затем красный фильтр меняет на фиолетовый (или все то же делается им в обратном порядке), то каждый раз небольшой отрезок времени после смены фильтра он видит fovea собственного глаза в виде маленькой звездочки. Фиксируя какую-нибудь точку, расположенную на ярком поле, и запоминая при этом движение fovea, наблюдатель может получить некоторое представление о движениях глаз в процессе фиксации.

Продолжительная фиксация какого-нибудь объекта, состоящего из контрастных элементов, разделенных резкими границами, вследствие адаптации приводит к тому, что видимые цветовые различия между элементами заметно уменьшаются. Однако при этом в результате небольших движений глаз появляются резкие полосы на границе элементов объекта. По тому, как появляются эти полосы и какова их ширина, также можно составить себе некоторое представление о движениях глаз во время фиксации.

В настоящее время изучение движений глаз при помощи последовательных образов проводится очень редко, так как выработаны более совершенные методики. Однако это не значит, что последовательные образы как метод уже сослужили свою службу и больше не найдут себе применения в лабораторной практике. Приведем несколько примеров.

Прежде всего, последовательные образы могут быть использованы в тех случаях, когда экспериментатора интересует восприятие объектов, неподвижных относительно сетчатки (последовательные образы всегда неподвижны относительно сетчатки). Например, восприятие формы или пропорций объекта в условиях, когда испытуемый не может воспользоваться движениями глаз, или восприятие оптических иллюзий в тех же условиях и т. д.

Если у больного вследствие внутричерепной опухоли остается только половина поля зрения (гемианопсия), то внутри функционирующей части сетчатки каждого глаза, как предполагают некоторые авторы, может возникнуть так называемая псевдо-fovea. Чтобы обнаружить место ее локализации и следить за ее эволюцией, целесообразно пользоваться последовательными образами. Опыт в этом случае мыслится таким: больному предлагают фиксировать центр некоторой геометрической фигуры (например, несколько концентрических кругов). Затем при помощи лампы-вспышки добиваются возникновения последовательного образа этой фигуры у больного. При этом, естественно, в виде последовательного образа больной увидит лишь часть фигуры — именно ту, которая окажется на функционирующей половине сетчатки в момент фиксация центра фигуры. Если больной фиксировал при помощи псевдо-fovea, то указанная часть будет больше половины и соответствующая разность (разность между видимой частью и половиной фигуры, подсчитанная в угловых величинах) покажет, на сколько смещена псевдо-fovea относительно центра сетчатки.

Видимая величина последовательного образа, так же как и видимая величина реального предмета, определяется рядом факторов, и прежде всего величиной сетчаточного изображения. Она заметно изменяется с изменением конвергенции, аккомодации и при значительном отклонении взора вверх или вниз. Поскольку сетчаточное изображение, соответствующее последовательному образу, остается все время строго неизменным, последовательный образ оказывается удобным тестом для изучения влияний некоторых факторов, сопутствующих восприятию и изменяющих видимую величину.

3. Определение величины непроизвольных движений глаз в процессе восприятия мелких объектов

Рассматривая тот или иной объект, определяя его пропорции, считая элементы объекта и т. д., мы обычно пользуемся движениями глаз, произвольно меняя точки фиксации. Было обнаружено, что если наблюдатель не имеет возможности пользоваться произвольными движениями глаз, то решение некоторых задач восприятия (определение пропорций, сравнение площадей, подсчет большого количества мелких элементов и т. д) становится затруднительным, даже когда соответствующее сетчаточное изображение оказывается полностью внутри fovea и, следовательно, все элементы объекта хорошо видны. Известно несколько способов, при помощи которых искусственно удается исключить движения глаз во время процесса восприятия. Кроме того, при определенных условиях аналогичная ситуация может возникнуть и в норме. Во время фиксации взора, направленного на неподвижный объект, глаза человека непроизвольно совершают небольшие скачкообразные движения. Если угловые размеры объекта меньше этих движений, то отдельные его элементы наблюдатель уже не может рассматривать порознь, пользуясь произвольными движениями глаз. Решая в этих условиях какую-либо из упомянутых задач, наблюдатель встречается со значительными трудностями. Факт появления таких трудностей использован некоторыми авторами для определения величины непроизвольных движений глаз, возникающих при фиксации взора. Ландольт (Landolt, 1891), пытаясь определить наименьший угол произвольных движений глаз, предлагал испытуемому считать вертикальные черточки, расположенные в виде равномерного ряда. Черточки удаляли от глаз испытуемого до расстояния, при котором он не мог их сосчитать, хотя хорошо различал. Затруднения с подсчетом черточек соответствовали, по мнению автора, ситуации, в которой произвольные движения глаз оказывались невозможными.

В настоящее время данная методика совершенно не может конкурировать с методиками, позволяющими вести объективную регистрацию движений глаз.

4. О ранних методах изучения восприятия объектов, неподвижных относительно сетчатки

В 1804 г. Д. Трокслер (Troxler) обнаружил, что предметы, видимые периферией глаза, исчезают во время тщательной фиксации какой-нибудь точки. Явление получило название эффекта Трокслера (Кларке — Clarke, 1960). По-видимому, впервые правильное истолкование этому эффекту дал Э. Эдриан (Adrian, 1928). Пользуясь данными электрофизиологии (у большинства животных импульсы в зрительном нерве появляются лишь в ответ на изменение света, действующего на сетчатку), Эдриан предположил, что и глаз человека перестает работать в условиях строгой неизменности и неподвижности сетчаточного изображения. Сам Эдриан пытался путем очень тщательной фиксации добиться исчезновения видимых различий внутри объекта, одну из точек которого он фиксировал. При определенных условиях это ему удавалось на небольшой отрезок времени, хотя подобные опыты были мало убедительными. Однако уже давно известно несколько способов, при помощи которых удается проиллюстрировать отмеченное выше свойство нашего зрения.

Мы знаем, что по внутренней поверхности сетчатки проходят довольно крупные кровеносные сосуды. Обычно они не видны, но легко создать условия, в которых становятся видимыми тени от таких сосудов на сетчатке. Если эти тени непрерывно меняют свои размеры или положение, они непрерывно и ясно видны наблюдателю. Из этой серии опытов наиболее эффектен следующий.

В затемненной комнате наблюдатель берет, допустим, в правую руку яркий точечный источник света и держит его перед собой ниже уровня глаз. Левой рукой прикрывает левый глаз, а правым глазом смотрит на большой темный экран или стену. Затем наблюдатель придает правой руке непрерывное колебательное движение, во время которого движущийся источник света все время виден глазу крайней периферией сетчатки. В этих условиях появляются резкие очертания сосудов глаза, которые кажутся наблюдателю спроектированными на экран. Стоит наблюдателю прекратить движение источника света (т. е. движение теней сосудов), как сосуды исчезают в течение 1—2 сек. При возобновлении движения они вновь появляются.

Укажем еще один способ, при котором наблюдателю удается видеть сосуды глаза. Перед глазом, вблизи роговицы, помещают непрозрачную диафрагму с очень маленьким отверстием (например, проколотый тонкой иглой кусок черной бумаги). Наблюдатель смотрит через отверстие на яркий экран и одновременно придает диафрагме небольшое по амплитуде колебательное движение. Движение отверстия перед зрачком приводит к перемещению пучка света по сетчатке, а это в свою очередь вызывает движение теней сосудов и их появление в поле зрения. Сосуды видны значительно лучше, если перед опытом искусственно расширить зрачок.

Известно, что при самой тщательной фиксации точки не удается добиться полного исчезновения различий, видимых в поле зрения. Обычно этому мешают непроизвольные движения глаз и головы. Однако можно указать на один очень простой опыт, который дает наблюдателю некоторое представление об этом явлении. Опыт состоит в следующем.

Наблюдатель садится за стол вблизи лампы и приклеивает несколько маленьких разноцветных бумажек к правой половине своего носа на участке, который хорошо просматривается правым глазом. После этого упирается локтями в стол и левой рукой закрывает левый глаз, а правую использует как подбородник. Затем он выбирает на столе точку фиксации так, чтобы рядом с ней в поле зрения оказались и разноцветные бу

мажки, приклеенные к носу. В какой-то момент, после непродолжительной фиксации, видимая часть носа и ярко освещенные бумажки полностью теряют свой цвет и кажутся однообразным темно-серым полем. Небольшое движение глаза мгновенно восстанавливает исчезнувшие различия. Относительная легкость, с какой в данном случае удается достигнуть успеха, объясняется тем, что из-за близкого расстояния бумажек к глазу их сетчаточное изображение оказывается дефокусированным, лишенным резких границ. В таких условиях небольшие движения глаз менее существенны. Описанные приемы с успехом могут быть использованы в качестве иллюстраций и пояснении при ознакомлении с работой глаза.

5. Изучение движений глаз путем визуального наблюдения

Общее представление о характере движений глаз можно получить при прямом визуальном наблюдении за глазом. Некоторые авторы (Жаваль — Javal, 1879) использовали при этом зеркало. Наблюдения велись за изображением глаза в зеркале. Экспериментатор находился сзади испытуемого и не отвлекал его во время опыта. Однако невооруженным глазом экспериментатору удавалось заметить лишь крупные движения. Поворот глаза на 1°, соответствующий смещению роговицы на 0,2 мм, экспериментатор уже не замечал. Поэтому в дальнейшем были использованы оптические инструменты, которые давали увеличенное изображение глаза или его части, что повышало точность методики. При изучении относительно крупных движений глаз применялись линзы с нужным увеличением (Ньюхолл—Newhall, 1928), при изучении мелких движений глаз, движений во время фиксации — микроскоп (Гассовский, Никольская, 1941). Во втором случае экспериментатор при помощи микроскопа вел наблюдения за движением развилки кровеносных сосудов.

Но экспериментатора не всегда устраивали готовые оптические инструменты. Приходилось создавать новые приборы специального назначения.

Некоторые авторы (Джордж, Торен, Лёвел — George, Toren, Lowell, 1923; Парк Г., Парк Р.— Park G., Park R., 1933) изучали положения центра вращения глаза в зависимости от направления взора. В этой работе проводились наблюдения за вершиной роговицы при помощи специальных оптических приборов. Центр вращения глаза не остается строго неподвижным относительно глазного яблока, поэтому при повороте глаза вершина роговицы движется по поверхности, несколько отличной от сферы. Зная это отличие для многих направлений взора, относительно просто указать локализацию геометрического места точек, по которому будут располагаться соответствующие центры вращения.

Г. Парк и Р. Парк (Park G., 1936а, 19366; Park G., Park R., 1940) изучали движения глаз во время фиксации при помощи специального угломера. При этом движения глаза изучались в связи с движениями хрусталика. По мнению авторов, фиксация точки сопровождается непрерывными движениями глаза и хрусталика.

При помощи стереоскопа и телескопов Р. Пекхам (Peckham, 1934), К. Огл, Э. Масси, А. Пранджен (Ogle, Massey, Prangen, 1949) изучали изменения конвергенции в процессе фиксации объекта.

Создание оптических приборов специального назначения делает методику визуальных наблюдений пригодной для изучения некоторых видов движений глаз и в настоящее время.

Однако каждый раз, когда параллельно появляется новая методика, позволяющая вести объективную регистрацию, она оказывается точнее и поэтому предпочтительнее.

6. Механическая запись движений глаз

В прошлом некоторые авторы пользовались методиками, при которых связь между глазом и записывающим устройством осуществлялась механически. Известны три вида таких методик.

В первом случае использовалась выпуклость роговицы, движение которой (подобно кулачку кулачкового валика) передавалось рычажку-коромыслу. Стойку (или опору), в которой вращался рычажок, прикрепляли к голове испытуемого. Один отполированный конец рычажка, слегка прижимаясь, касался анестезированной поверхности глаза. Вторым концом велась запись на движущуюся ленту бумаги. Голова испытуемого обычно фиксировалась в подбороднике. Подобной методикой пользовались Дж. Ом (Ohm, 1914, 1916, 1928) и Корде (Cords, 1927).

Во втором виде методик также использовали выпуклость роговицы, однако ее движение передавалось не рычагу, а эластичному резиновому баллончику, заполненному воздухом. Баллончик закрепляли в таком положении, что он оказывался слегка прижатым к анестезированной поверхности глаза. Движение глаза меняло давление внутри баллончика, и это изменение передавалось по тонкой трубке устройству, на котором велась соответствующая запись.

В третьем виде методик этого типа авторы пользовались чашечками, напоминающими контактные линзы. В центре такой чашечки находилось отверствие или окно, через которое испытуемый смотрел на объект восприятия. Чашечку прикрепляли к анестезированному глазу, подобно контактной линзе. К чашечке прикрепляли рычаг или нить, при помощи которых и осуществлялась передача движений глаза записывающему устройству. Э. Делябарр (Delabarre, 1898), Э. Хьюи (Huey, 1898, 1900) пользовались гипсовыми чашечками, И. Оршанский (Orschansky, 1899) применял чашечки, сделанные из алюминия. В некоторых опытах он приклеивал к чашечке зеркальце и, по-видимому, впервые использовал отраженный и спроектированный на экран пучок света для изучения движений глаз.

Применять в настоящее время механическую запись движений глаз не имеет смысла. Она дает малую точность и сложнее многих современных методик.

7. Запись движений глаза отраженным пучком света

К глазу испытуемого, тем или иным способом, прикрепляется плоское зеркальце. Из осветителя, в диафрагме которого может быть узкая щель или маленькое отверстие, посылается на зеркальце пучок света. Отраженный пучок направляется на светочувствительный материал и фокусируется на нем в виде маленького светового зайчика (если запись ведется на неподвижный светочувствительный материал) или в виде яркой узкой полоски (если запись ведется на движущуюся светочувствительную ленту фотокимографа). Повторяя движения глаза, отраженный пучок света записывает их на светочувствительном материале. Во время опыта голова испытуемого закреплена в подбороднике. Веки анестезированного глаза фиксируются полосками лейкопластыря, или экспериментатор одерживает их руками.

Известно несколько способов прикрепления зеркальца к глазу. Э. Маркс и В. Тренделенбург (Marx, Trendelenburg, 1911) приклеивали зеркальце к алюминиевой чашечке, напоминающей контактную линзу. Чашечка вместе с зеркальцем прикреплялась к глазу подобно контактной линзе. Г. Дольман (Dohlman, 1925) заменил алюминиевую чашечку резиновой.

Ф. Адлер и М. Флигельман (Adler, Fliegelman, 1934) приклеивали зеркальце непосредственно к склере глаза. Л. Риггс и Ф. Ратлифф (Riggs, Ratliff, 1949, 1950, 1951) применяли контактные линзы с укрепленными на них зеркальцами. В этом случае отпадала необходимость в анестезии глаза. В последующие годы контактными линзами пользовались многие авторы: Б. Гинзборг (Ginsborg, 1952), Р. Дитчберн и Б. Гинзборг (Ditchburn, Ginsborg, 1953), Л. Риггс, И. Армингтон, Ф. Ратлифф (Riggs, Armington, Ratliff, 1954), Дж. Нахмане (Nachmias, 1959, 1960), Дж. Краускопф, Т. Корнсуит и Л. Риггс (Krauskopf, Cornsweet, Riggs, 1960), Л. Риггс и Э. Найчл (Riggs, Nichl, 1960) и др. Контактные линзы применялись для монокулярной и бинокулярной записей, а дополнительные несложные приспособления позволяли вести одновременную запись вертикальных и горизонтальных компонентов движений глаза. Кроме того, контактную линзу стали использовать как «фундамент», к которому вместо зеркальца прикрепляли различные устройства, необходимые для решения определенных экспериментальных задач и создания новых методик. Наконец, автор настоящей работы вместо контактных линз применял маленькие резиновые присоски с зеркальцами, которые, обладая очень небольшой массой, создавали жесткую связь между зеркальцем и глазом (Ярбус, 1954). Подробнее эта методика будет описана ниже.

Методика записи движений глаз отраженным пучком, по сравнению с другими известными в настоящее время методиками, наиболее чувствительна. Однако ее нельзя применять в тех случаях, когда противопоказано прикрепление какого-либо устройства к глазу испытуемого, и в этом ее большой недостаток. К недостаткам этой методики следует отнести и определенные искажения в записях (вопрос об искажениях при записи отраженным пучком будет подробно рассматриваться в дальнейшем). Говоря о контактных линзах, следует отметить, что во многих случаях они очень удобны и незаменимы, однако обладают двумя существенными недостатками. Контактная линза имеет довольно большую массу и, будучи укреплена на глазу, существенно меняет его момент инерции. Это сказывается на движениях глаз, протекающих с большими ускорениями (смена точек фиксации, тремор). Вторым существенным недостатком обычной контактной линзы является то, что между нею и глазом отсутствует жесткая связь. В момент ускоренного движения контактная линза слегка смещается, скользя по глазному яблоку.

8. Изучение движений глаз при помощи фото- и киносъемки

Для изучения движений глаз многие авторы применяли киносъемку и фотографирование. В методиках этого типа о движениях глаз судили по последовательному смещению изображений какого-то элемента глаза относительно некоторой метки, жестко связанной с головой испытуемого. В ряде методик, в которых осуществлялась хорошая фиксация головы, за такую метку принималось исходное положение самого глаза.

По-видимому, впервые фотографирование глаза в движении применили Р. Додж и Т. Клайн (Dodge, Cline, 1901). Они фотографировали глаз на неподвижную фотопластинку и получали ряд сдвинутых относительно друг друга изображений глаза, соответствующих состоянию отдельных фиксаций. Анализ такого снимка давал представление о характере движений глаза.

Более совершенный способ применили К. Джадд, К. Мак Аллистер и У. Стил (Judd, McAllister, Steele, 1905). Они вели прерывистую (около 9 кадров в секунду) съемку глаза и части лица. На роговицу глаза китай-сними белилами сажалась маленькая точка. Голова испытуемого фиксировалась, и, кроме того, к ней прикреплялись два маленьких блестящих шарика, которые, попадая в поле зрения объектива, фотографировались в каждом кадре и служили как бы началом координат. Относительно этого начала координат в каждом кадре определялось положение белой точки, а после соответствующей обработки всех кадров создавалась картина движений глаза.

Дж. Корслейк (Korslake, 1940) вел киносъемку изображения глаза в полупрозрачном зеркале, через которое испытуемый рассматривал объект восприятия. При этом аппарат находился сзади испытуемого и не отвлекал его во время опыта.

X. Барлоу (Barlow, 1952) применил следующий способ. На роговицу глаза испытуемого помещалась очень маленькая капелька ртути. Вторая капелька помещалась на лоб. При помощи микроскопа изображение двух капелек проецировалось на движущуюся пленку и записывалось на ней. По записи движений капли, укрепленной на роговице, судили о суммарном значении движений глаза и головы. О движениях головы судили по записи движений капли, укрепленной на лбу. Во время опыта голова испытуемого фиксировалась, что ограничивало ее движения.

Г. Хиггинс и К. Штютц (Higgins, Stuetz, 1953), изучая движения глаз во время фиксации, фотографировали на движущуюся пленку увеличенное изображение кровеносного сосуда склеры. Оптическая система прибора давала 26-кратное увеличение сосуда, выбранного таким образом, чтобы его изображение было перпендикулярным щели прибора. Участок склеры, на котором находился фотографируемый сосуд, освещался ультрафиолетовым светом. Для контроля движений головы одновременно велась запись метки, укрепленной на носу испытуемого. Ф. Хаберих и М. Фишер (Haberich, Fischer, 1958) изучали моргательные движения глаза при смене точек фиксации при помощи так называемой лупы времени. В 1 сек. лупа времени давала 64 изображения глаза на пленке. Одновременно на пленке регистрировались повороты головы. А. Р. и В. Р. Шахнович (1961) описали прибор, в котором изображения обоих глаз испытуемого проецируются в плоскости щели фотокимографа. Перед этой щелью вращается призма-компенсатор, которая сдвигает изображения в направлении, перпендикулярном щели. В этих условиях происходит сканирование зрачка и на пленке отпечатывается его диаметр. В плоскости щели оптической системы можно проецировать как вертикальный, так и горизонтальный диаметр каждого зрачка. В этих условиях на пленке регистрируются обе составляющие (вертикальная и горизонтальная) движения каждого глаза. Точность методики невелика, поэтому она удобна для записей больших движений глаз, конвергенции и дивергенции. Во всех случаях получается одновременная регистрация величины зрачка.

Давая оценку методикам записи движений глаз, в основе которых лежит фото- и киносъемка, следует отметить, что эти методики успешно могут применяться во многих случаях, где требуется регистрация крупных движений глаз. Основным недостатком их является относительно большая трудоемкость обработки записей. роговице во время движения глаза, изменяется. Это приводит к тому, что при движениях глаза перемещается и роговичный рефлекс. Ряд авторов использовали роговичный рефлекс для изучения движений глаз. Этот путь казался очень заманчивым — можно было изучать движения глаз, не касаясь самого глаза. С другой стороны, каждый экспериментатор ясно представлял себе и трудности такой методики. Сами по себе незначительные движения рефлекса всегда протекают на фоне движений головы, складываясь с ними, вследствие чего резко снижается точность записей. Почти во всех вариантах методика требовала очень хорошей фиксации головы испытуемого или жесткой связи с нею определенных оптические устройств, которые в какой-то мере снимали артефакты, вызванные движениями головы. Кроме того, некоторые смещения рефлекса иногда вызываются изменениями толщины слоя слезной жидкости, покрывающей роговицу, особенно вблизи век. Довольно сложной оказалась и зависимость между движением глаза и движением рефлекса.

Первыми авторами, фотографировавшими роговичный рефлекс для изучения движений глаз, были Р. Додж, Т. Клайн (Dodge, Cline, 1901) и Г. Страттон (Stratton, 1902, 1906). Р. Додж (1907) записывал движения рефлекса на падающую фотопластинку. Он изучал движения глаз в процессе фиксации, прослеживания и чтения. Г. Страттон записывал движения рефлекса на неподвижную фотопластинку при рассматривании испытуемым сложных геометрических фигур. В дальнейшем методы фотографирования роговичных рефлексов совершенствовались, появилась специализированная аппаратура. Особое внимание уделялось созданию аппаратуры, приспособленной для записи рефлексов двух глаз во время чтения (Тинкер — Tinker, 1931; Тейлор — Taylor, 1937). Кроме того, была создана аппаратура для одновременной записи вертикальных и горизонтальных движений рефлекса (Уивер — Weaver, 1931; Кларк — Clark, 1934). В последние годы два варианта аппаратуры, специально предназначенной для изучения движений глаз в процессе фиксации, создали X. Хартридж и Л. Томсон (Hartridge, Thomson, 1948). Чтобы избежать влияния движений головы на результаты записей, эти авторы сконструировали специальную алебастровую шапочку, к которой был прикреплен источник света, точка фиксации и некоторые оптические устройства. Шапочку надевали на голову испытуемого и закрепляли. Источник света и роговичный рефлекс фотографировали одновременно киносъемочным аппаратом с частотой СО кадров в секунду. В другом, более совершенном варианте методики испытуемый во время опыта держал зубами специальную пластину, прикрепленную к оптической системе. Сама оптическая система свободно вращалась во всех направлениях и не стесняла головы испытуемого.

Кроме фотографической, в дальнейшем М. Лордом н У. Райтом была разработана фотоэлектрическая методика записи движений роговичного рефлекса (Lord, 1948, 1951, 1952; Lord, Wright, 1948, 1949). Методика использовалась в основном для изучения движений глаз в процессе фиксации. Как утверждают авторы, при помощи этой методики удавалось зафиксировать повороты глаза даже в одну угловую минуту. Во время опыта испытуемый лежал на спине, голова его находилась в специальной подставке и была закреплена ремнем. В дополнение к этому испытуемый держал зубами пластинку, жестко связанную с подставкой. На роговицу посылался ультрафиолетовый пучок света с длиной волны 365 ммк, который отражался от роговицы и, падая на полупрозрачное алюминированное зеркало, разделялся на две части. Одна часть пучка посылалась на край вертикальной заслонки, другая — на край горизонтальной. Позади каждой заслонки находился фотоэлемент, частично прикрытый ею. Один фотоэлемент воспринимал изменения горизонтальной, а другой — вертикальной составляющей движений рефлекса. С фотоэлементов ток подавался на усилитель постоянного тока и затем на катодно-лучевой осциллограф.

И. Макуорт и Н. Макуорт (Mackworth Y., Mackworih N., 1958) для регистрации движений глаз воспользовались телевизионной техникой. Изображение объекта восприятия и роговичный рефлекс, увеличенный в сто раз, передавались на экран телевизионной трубки и совмещались на нем так, что положение рефлекса на объекте соответствовало точке фиксации.

Такая методика, по словам авторов, позволяла вести регистрацию движений глаз с точностью до 1—2°.

Все методики, в которых используется запись роговичного рефлекса, могут применяться только для регистрации относительно больших движений глаз.

10. Электроокулография

Известно, что существует определенная разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами сетчатки или между роговицей и склерой (Моурер, Рач, Миллер — Mowrer, Ruch, Miller, 1936). В результате при поворотах глаза в горизонтальной плоскости происходят изменения разности потенциалов между точками кожи, расположенными справа и слева от глаза. При поворотах глаза в вертикальной плоскости эти изменения происходят между точками кожи, расположенными выше и ниже глаза, и вызываются как в первом, так и во втором случае изменениями условий отведения постоянного потенциала глаза.

Изменения потенциалов могут быть сняты парой электродов, прикрепленных к соответствующим местам кожи, усилены и записаны. Поскольку между поворотом глаза и изменением потенциала существует определенное взаимно однозначное соответствие, полученные записи легко использовать для регистрации движений глаз. В этой методике существенно, что на ре-1истрацию движений глаз не влияет движение головы и запись производится без прикосновения к глазу. Основной недостаток методики — небольшая точность.

У. Майлс (Miles, 1939а, б, в, 1940) исследовал действие различных условий на величину разности роговично-сетчаточного потенциала и обнаружил, что световая адаптация вызывает повышение, а темновая — понижение разности потенциалов. Записываемые изменения потенциалов обычно меньше милливольта.

Э. Шотт (Scliott, 1922); И. Мейерс (Meyers, 1929) и Э. Джекобсон (Jacobson, 1930а, б) одними из первых изучали движения глаз при помощи злектроокулографии. В дальнейшем эта методика получила широкое распространение — ею пользовались Л. Кармайшел, У. Дирборн (Carmichael, Dearborn, 1948), М. Монье, X. Хуфшмидт (Monnier, Hufschmidt, 1950), Ф. Хаджсон, М. Лорд (Hadgson, Lord, 1954) и другие.

В Советском Союзе электроокулография впервые и широко была использована Л. Т. Загорулько, В. Д. Глезером, Б. X. Гуревичем, Л. И. Леушиной в Ленинградском институте физиологии им. И. П. Павлова.

Наиболее совершенной из разновидностей электроокулографических методик, предложенных в последние годы, следует, по-видимому, считать методику, которую описал А. Форд, К. Уайт и М. Лихтенштейн (Ford, White, Lichtenstein, 1959). Методика позволяет вести одновременную регистрацию горизонтальных и вертикальных движений глаза.

В настоящее время электроокулография довольно успешно используется многими авторами в тех случаях, когда не требуется большая точность записи движений глаз (где ошибки в записях могут превышать один градус).

11. Некоторые фотоэлектрические методики записи движений глаз

В последние годы рядом авторов разработаны методики записи движений глаз, которые условимся называть фотоэлектрическими.

Одну из первых методик этого типа разработал Г. Дольман (Dohlman, 1935). Схема ее сводилась к следующему. Источник света и фотоэлемент прикреплялись к голове испытуемого. Затем после фиксации век к анестезированному глазу испытуемого прикреплялась резиновая чашечка. Прикладывая чашечку к глазу, экспериментатор нажимал на нее, и она слегка присасывалась. С резиновой чашечкой была связана заслонка, которая частично перегораживала пучок света, падающий на фотоэлемент.

Край заслонки имел положение, при котором свет модулировался горизонтальными движениями глаз. Усиленный фототок записывался, и по его изменениям судили о движениях глаза.

X. Дришель и К. Ланге (Drischel, Lange, 1956; Drischel, 1958) пользовались следующей методикой. На глаз испытуемого проецировалась узкая полоска инфракрасного света. На глазу световой зайчик имел длину 4 мм и ширину 1 мм. Свет направлялся на височную сторону глаза так, что одна половина полоски оказывалась на склере, а другая на радужке. Радужка поглощает света больше, чем склера. При этом движения глаз вызывали модуляцию отраженного света, который посылался на фотоэлемент. Количество отраженного света находилось в некотором взаимно однозначном соответствии с положением глаза. Ток фотоэлемента передавался усилителю, затем осциллографу, с которого велись фотозаписи.

Для исследования мелких движений глаз при фиксации Т. Корнсуит (Cornsweet, 1958) разработал следующую методику. После фиксации головы испытуемого через зрачок на слепое пятно глаза посылался узкий пучок света. На слепом пятне световой зайчик имел форму маленького прямоугольника. При движениях глаза зайчик пересекал крупные кровеносные сосуды, что вызывало модуляцию отраженного света. Отраженный свет посылался на фотоумножитель и осциллограф, с которого велись фото-записи.

У. Смит и П. Уортер (Smith, Warter, 1959, 1960) предложили более простой вариант изложенных методик. После того как было зафиксировано положение головы испытуемого, на горизонтальную щель при помощи оптической системы проецировалось изображение небольшого участка глаза. Центр этого участка соответствовал границе между роговицей и склерой в том ее месте, где касательная к границе имеет вертикальное положение. В этом случае изображение края роговицы перпендикулярно щели. Позади щели помещали фотокатод трубки фотоумножителя. Повороты глаза вокруг вертикальной оси вызывали модуляцию света, падающего на светочувствительный элемент трубки. При этом изменения фототока находились во взаимно однозначном соответствии с движениями глаз и, следовательно, позволяли вести записи этих движений. Кроме того, авторы дают описания движущегося объекта, скорость, яркость и другие характеристики которого могут произвольно изменяться. Это система связана с системой для записи движений глаз так, что движения глаз и объекта регистрируются одновременно.

К. Гардер (Gaarder, 1960) применял методику с использованием контактной линзы, на которой укреплялось плоское зеркальце. На фотоэлементы посылался пучок света, отраженный от зеркальца. Методика позволяла регистрировать горизонтальные и вертикальные движения глаз.

Б. Шекл (Shackel, 1960) дает описание методики, которая наряду с движениями глаз позволяет вести изучение движений головы. Телевизионная камера, укрепленная на голове испытуемого, обеспечивает регистрацию поля, видимого глазом. Аппаратура, регистрирующая движения глаза, посылает на тот же экран белое пятнышко, в каждый данный момент соответствующее с определенной точностью точке фиксации.

А. Д. Владимиров и Е. Д. Хомская (1961) описали фотоэлектрическую регистрацию движений глаз с непосредственной чернильной записью. При помощи оптической системы изображение глаза испытуемого проецировалось на матовое стекло, разделенное вертикальной перегородкой на две равные части. Позади каждой из половинок матового стекла находилось фотосопротивление, светочувствительный слой которого плотно прилегал к стеклу. Движение глаза в горизонтальной плоскости вызывало перемещение на матовом стекле его изображения и изменение освещенности фотосопротивлений. Фотосопротивления были включены в схему, на выходе которой изменение напряжения находилось во взаимно однозначном соответствии с движением глаза. Это изменение подавалось на вход усилителя или к шлейфу. При помощи этой методики горизонтальные движения глаз записывались с точностью до 1—2°. Как пишут авторы, методика может быть использована лишь для регистрации макродвижений глаза.

Для изучения движения глаз можно применять фотоэлектрические методики, если в работе допустимы ошибки в 1—2°. Почти для всех этих методик увеличение точности требует хорошей фиксации головы испытуемого. Ряд фотоэлектрических методик позволяет вести изучение движений глаз без прикосновения к глазу, и в этом их основное достоинство.

12. Создание стабилизированного сетчаточного изображения при помощи контактной линзы

Р. Дитчберн, Б. Гинзборг (Ditchburn, Ginsborg, 1952), Л. Риггс, Ф. Ратлифф, Дж. Корнсупт и Т. Корнсуит (Riggs, Ratliff, Cornsweet J., Cornsweet T., 1953) приводят описание методики, призванной создавать стабилизированное изображение на сетчатке.

К контактной линзе жестко прикрепляется стержень, на конце которого находится плоское зеркальце. Стержень смещен относительно оси линзы так, что оставляет свободной центральную часть линзы, прикрывающую роговицу, и мало мешает моргательным движениям глаза во время опыта. Ось стержня, нормаль зеркальца и ось линзы параллельны друг другу. После того как линза крепится на глазу, из проектора посылается узкий пучок света на зеркальце. Отраженный от зеркальца пучок попадает в оптическую систему и из нее на экран, расположенный перед глазами испытуемого. Тестовое поле, видимое испытуемым на экране, имеет форму круга, состоящего из двух полей, разделенных вертикальной границей, Диаметр тестового поля равен 2°. Когда падающий и отраженный пучок света и нормаль зеркальца во время движений глаза остаются в одной и той же плоскости и, угол поворота отраженного пучка в два раза больше угла поворота глаза. Оптическая система, созданная авторами, уменьшает угловое смещение изображения на экране, делая его в горизонтальном направлении равным повороту глаза. При этом изображение вертикальной границы двух полей на экране должно стать неподвижным относительно сетчатки.

В дальнейшем М. Клаус и Р. Дитчберн (Clowes, Ditchburn, 1959) усовершенствовали описанную методику так, что по замыслу она позволяла скомпенсировать не только горизонтальную, но и вертикальную составляющие движений глаза.

Эти же авторы на контактной линзе укрепляли короткофокусную линзу вместе с тест-объектом. Короткофокусная линза должна была создавать на сетчатке неподвижное и резкое изображение объекта.

Основным недостатком методик, создающих неподвижное сетчаточное изображение при помощи контактных линз, оказывается тот факт, что во время опыта вертикальная граница тестового поля исчезает лишь на небольшие отрезки времени (несколько секунд). Затем она появляется на несколько секунд и вновь исчезает и т. д.

Можно думать, что появление границы тестового поля обусловлено недостаточно прочной связью контактной линзы с глазным яблоком. По-видимому, в моменты резких поворотов глаза контактная линза претерпевает некоторое смещение и это приводит к проявлению границы.

13. Присоски

В настоящем и последующих разделах первой главы дано описание методик, которыми пользовался автор. В одном из разделов описаны способы изготовления соответствующих приборов и вспомогательных устройств.

Рис. 13. Присоска П₁

Самым важным элементом аппаратуры каждой методики является специальная присоска. В зависимости от задач, которые ставит перед собой экспериментатор, изготовляются присоски различных конструкций.

Каждая присоска во время опыта прикрепляется к анестезированной поверхности глазного яблока испытуемого, не вызывая болезненных ощущений и нежелательных последствий. Способ, каким прикрепляется присоска к глазу, следует из самого ее названия. Можно сказать, что присоска служит для жесткой связи какого-то миниатюрного прибора с глазным яблоком. Во всех опытах веки глаза фиксируются, чтобы исключить моргательные движения, которые могут привести к сдвигу или отрыву присоски от глазного яблока. Продолжительность отдельного опыта не должна превышать нескольких минут.

При изготовлении присосок допустимы некоторые вариации формы и размеров. Поэтому в большинстве случаев изображения присосок даются не в виде чертежей, а в виде схем с пояснениями и указаниями наиболее

важных размеров в тексте. Каждый рисунок с присоской следует рассматривать как горизонтальное сечение, проходящее через зрительную ось правого глаза.

Описание конструкций присосок дано с подробностями, которые позволяют наладить их изготовление в любой механической мастерской. Если читатель не собирается делать присоски и легко поймет идею каждой конструкции без описания ее деталей, он это описание может не читать. Однако для понимания материала последующих глав необходимо общее представление о конструкции каждой из присосок.

Присоска, схематически изображенная на рис. 13, служит для записи движений глаз. Чтобы упростить изложение, будем в дальнейшем обозначать любую присоску этого типа П₁ Всякий другой тип присоски будет обозначаться той же буквой, но с другим индексом.

Присоска П₁ сделана из резины. Она состоит из круглой присасывающейся части 1, напоминающей перевернутое блюдце, и пустотелого цилиндрического отростка 2, соединенного каналом 3 с выемкой 4. К корпусу присоски приклеено зеркальце 5, которое служит для записи движений глаз отраженным от него сходящимся пучком света. При помощи пустотелого отростка создается пониженное давление внутри присоски, которое и позволяет прикреплять ее к склере глаза. После прикрепления присоски к височной части склеры нормаль зеркальца оказывается приблизительно параллельной зрительной оси глаза, а пустотелый отросток не мешает падающему и отраженному пучкам света во время опыта. Положение присоски видно на рис. 13. Диаметр присасывающейся части больших присосок П₁ равен 6—7 мм, малых — 3—4 мм. Величина присоски определяется величиной зеркальца, необходимого в опыте. Изменение величины

присоски сопровождается пропорциональным изменением всех ее размеров. Диаметр круглых зеркалец у больших присосок не превышает 7—8 мм, а у малых — 3—4 мм. Толщина самых маленьких зеркалец — 0,2 мм, больших — 0,3—0,4 мм. Для некоторых опытов удобны зеркальца прямоугольной формы — 5X7 мм. Длина пустотелого отростка приблизительно равна диаметру присасывающейся части. Наружный диаметр пустотелого отростка равен половине его длины, толщина 0,6—0,7 мм. Вес больших присосок вместе с зеркальцем равен 0,20—0,25 г, маленьких — 0,02 — 0,03 г. Для подавляющего большинства опытов удобна присоска с диаметром присасывающейся части 6 мм и с зеркальцем такой же величины.

На рис. 14 схематически изображена присоска типа П₂, которая отличается от присоски П₁ только формой и размерами. Присоска П₂ применяется в тех случаях, когда необходимо полностью закрыть глаз и в то же время записывать его движения. Присоска П₂ состоит из присасывающейся части (корпуса) 7, пустотелого отростка 2, соединенного каналом 3 с выемкой 4. К корпусу присоски приклеено зеркальце 5, нормаль которого совпадает с осью симметрии корпуса и зрительной осью глаза. Размеры присасывающейся части и размеры выемки 4 таковы, что присоска нигде не касается роговицы глаза. Высота присоски без зеркальца около 5,5—6 мм. Наружный диаметр — 13 мм, пустотелый отросток имеет длину 7—8 мм, наружный диаметр 4—5 мм и толщину стенок 0,5—0,6 мм. Диаметр зеркальца 7—8 мм, толщина — 0,3 мм. Края корпуса присоски, касающиеся склеры, имеют толщину, не превышающую 0,2—0,3 мм. Толщина средней части корпуса достигает 1,5—2 мм. Вес присоски вместе с зеркальцем равен 0,5—0,6 г.

Рис. 16. Присоска П₄

Второй разновидностью типа П₂ является присоска П₃, изображенная па рис. 15. Отличие этой присоски от П₂ лишь в том, что ее корпус сделан не из резины, а из тонкого дюралюминия. Присоска П₃ значительно легче П2 и меньше раздражает конъюнктиву глаза. На рис. 15 даны размеры корпуса, которые совпадают с размерами присосок некоторых других конструкций. Поверхность соприкосновения присоски с глазом отполирована и гофрирована.

Гофрированная поверхность препятствует скольжению присоски по глазному яблоку. Вес присоски П₃ — 0,20—0,25 г.

На рис. 16 схематически изображена присоска П₄, позволяющая создавать условия восприятия, в которых нарушена обычная связь между движением глаза и перемещением сетчаточного изображения. Дюралевый корпус присоски П₄ имеет размеры корпуса присоски П₃. В верхней части корпуса расположено круглое отверстие 1, диаметр которого равен 4 мм. Круглая стеклянная пластинка 2 приклеена к корпусу по всему периметру. К стеклянной пластинке приклеено прямоугольное зеркальце 5, плоскость которого составляет 45° с осью симметрии корпуса присоски. Размер зеркальца — 7 X 10 мм. Когда присоска прикреплена к глазу, испытуемый видит предметы только при помощи зеркальца. Пустотелый отросток расположен так, что испытуемый не видит его в зеркальце. Все предметы, расположенные сбоку, кажутся размещенными во фронтальной плоскости. Поворот глаза вызывает поворот зеркальца и, следовательно, смещение сетчаточного изображения. При этом зависимость между углом поворота глаза и углом смещения сетчаточного изображения оказывается очень сложной и резко отличается от того, что мы имеем в норме, т. е. когда смотрим невооруженным глазом. Иначе говоря, возникают условия, при которых испытуемый ясно видит предметы, но не может произвольно выбирать точки фиксации, не может исполь зовать движение глаз для получения информации о пространственных соотношениях предметов. Поле зрения глаза, на котором укреплена присоска П₄, равно приблизительно 50°. Вес присоски — 0,30—0,35 г. Если обе большие поверхности зеркальца присоски П₄ параллельны и отполированы, то, снимая отражающий слой, можно создать в нем прозрачное окно. Через такое окно испытуемый увидит расположенные перед ним предметы практически без всяких искажений. Когда присоска П₄ с окном в зеркальце прикреплена к глазу, возникают условия, в которых поле зрения глаза оказывается разбитым на две части. В одной части этого поля обычная связь между движением глаза и смещением сетчаточного изображения разрушена, в другой она остается в норме. Чтобы увеличить резкость границы между частями поля, в присоске П₄ уменьшают отверстие 1 до 1—0,5 мм.

Присоска П₅, схематически изображенная на рис. 17, служит для записи пульсаций глазного яблока. Корпус присоски 2 и пустотелый отросток 14 сделаны из резины. Пустотелый отросток соединен отверстием 15 с нижней камерой 3 присоски, в которой создается пониженное давление, необходимое для прикрепления присоски к глазу. Нижняя камера 3 присоски ограничена снизу роговицей глаза 7, с боков — корпусом присоски 2, сверху — тонкой резиновой перегородкой 7, к которой приклеена плоская резиновая пуговка 6, слегка прижимающаяся к роговице. Верхняя камера 5 присоски ограничена снизу резиновой перегородкой 4, с боков — корпусом 2 и сверху — жесткой пластинкой 7, приклеенной к корпусу присоски. Верхняя камера соединяется с внешним пространством через специальный фильтр 75, укрепленный на маленьком цилиндре 13. Фильтр медленно пропускает воздух, и таким образом среднее давление в камере 5 равно атмосферному. Время выравнивания давления в верхней камере намного больше периода пульсации крови. Кровь, поступающая в глаз, вызывает пульсацию внутриглазного давления, которое в свою очередь приводит к некоторой синхронной с пульсом деформации глазного яблока. Деформация глазного яблока передается эластичной резиновой перегородке 7, движение которой вызывает пульсацию давления внутри верхней камеры 5. К жесткой пластинке 7 приклеен цилиндр 8. На цилиндре 8 слабо натянута очень тонкая и эластичная резиновая пленка 9, которая в несколько раз тоньше резиновой перегородки 4. Цилиндр 8 соединен отверстием с верхней камерой присоски, и поэтому пульсация давления внутри верхней камеры передается на пленку 9 и деформирует ее синхронно с пульсацией внутриглазного давления. К краю пленки 9 приклеено маленькое зеркальце 10. Нормаль зеркальца поворачивается при деформации пленки 9. Рядом с зеркальцем 70, приклеенным к пленке, укреплено зеркальце 77, жестко связанное с пластинкой 7. Выходящий из щелевого отверстия пучок света, отраженный обоими зеркальцами и сфокусированный на осциллографическую бумагу фотокимографа, записывает две линии. Пучок света, отраженный от зеркальца 77, жестко связанного с присоской, записывает движения глаза, а пучок света, отраженный от зеркальца 10, приклеенного к пленке, записывает движения глаза и деформацию роговицы, обусловленную пульсацией внутриглазного давления. В процессе опыта наблюдатель свободным глазом фиксирует какую-нибудь точку. Чтобы масштаб записей был одинаков во всех опытах, сохраняют неизменным расстояние между глазом наблюдателя и бумагой фотокимографа. Кроме того, следят за тем, чтобы перед укреплением присоски из пустотелого отростка выжималось приблизительно равное количество воздуха. Наружный диаметр корпуса присоски П₅ равен 13 мм. По своему строению он напоминает корпус присоски П₂. В условиях, когда в нижней камере 3 давление равно атмосферному, а присоска упирается краями в склеру, расстояние между резиновой перегородкой 4 и роговицей глаза равно 1,5—2 мм. Толщина перегородки 4—0,2—0,3 мм. Диаметр резиновой пуговки 6, приклеенной к перегородке, 4 мм, толщина — 1 мм. Расстояние между резиновой перегородкой 4 и жесткой пластинкой 7 — около 3 мм. Пластинка 7 сделана из органического стекла толщиной 0,5 мм. Цилиндры 8 ж 13 такой же толщины выточены из органического стекла и приклеены к пластинке. Внутренний диаметр цилиндра 8 — 3 мм, цилиндра 13 — 2 мм. Высота каждого из цилиндров и стойки, на которой укреплено зеркальце 77 — 3 мм. Диаметры отверстий, соединяющих пространства внутри цилиндров 8 и 13 с верхней камерой 5, равны 1 мм. Толщина резиновой пленки 9, натянутой на цилиндр 8 — около 0,03 мм. Зеркальца 10 и 77 имеют квадратную форму, первое — со стороной 1 мм, второе — 2 мм. Толщина зеркальца 10 — 0,1 мм. Фильтр 12 делается из одного слоя обычной фильтровальной бумаги и приклеивается к цилиндру 13. Пропускную способность фильтра уменьшают, замазывая часть его поверхно-€ти клеем. Длина пустотелого отростка 14 — 9 мм, наружный диаметр нижней части — 5, а верхней — 6 мм, толщина стенок — 0,7 мм. Вес присоски П₅ — около 0,6—0,7 а. Сборка и предварительная юстировка присоски про изводится на жесткой модели глазного яблока, окончательная доводка юстировки — после опытов на живом глазу и получения соответствующих записей. При сборке важно правильно подобрать натяжение перегородки 4, пленки 9 и пропускную способность фильтра 12. Заметим, что нетрудно представить себе разновидность присоски П₅ с использованием в ней пьезокристалла или какого-либо другого датчика. В этом случае при помощи усилителя запись пульсации велась бы на шлейфовом осциллографе.

На рис. 18 показана схема присоски П₆, при помощи которой создают неподвижное сетчаточное изображение для всего поля зрения глаза. Дюралевый корпус 1 и пустотелый резиновый отросток 2 присоски П₆ имеют размеры корпуса и пустотелого отростка присоски П₃. Поверхность соприкосновения корпуса с глазом гофрирована и отполирована. К корпусу прочно приклеен тонкий, толщиной в 0,1 мм, дюралевый цилиндр 3. Диаметр цилиндра и его высота около 5 мм. Внутрь цилиндра вмонтированы плотно прилегающие к нему две дюралевые диафрагмы 4. Толщина каждой из диафрагм — 0,1 мм, диаметр отверстия 1,5—2,5 мм. Диаметр отверстия в верхней части корпуса присоски 2,5—3 мм. Расстояние между корпусом и первой диафрагмой — 1 мм, между корпусом и второй диафрагмой — 2 мм. Ко второй диафрагме и цилиндру приклеена короткофокусная линза 5. Фокусное расстояние линзы 5—8 мм. На цилиндр 3 надето устройство, которое условимся называть насадкой. Корпус насадки сделан из черной бумаги. Нижняя часть насадки — бумажный цилиндр 6, который прочно удерживается трением на дюралевом цилиндре 3. К цилиндру 6 приклеен бумажный квадрат 7 с круглым отверстием 8 в центре. Сторона квадрата 7 на несколько миллиметров превышает диаметр бумажного цилиндра 6, а отверстие 8 в свою очередь на несколько миллиметров меньше этого диаметра и равно 3,5 мм. Отверстие внутри квадрата расположено в фокусе линзы. Внутрь отверстия вставляется тестовое поле. Параллельно одной из сторон квадрата 7 и перпендикулярно его плоскости приклеено молочное стекло 9, имеющее квадратную форму со стороной, равной 6 мм и толщину — около 0,2 мм. Под углом в 45° к бумажному квадрату и молочному стеклу приклеено зеркальце 10, ширина которого равна 6 мм, т. е. совпадает с размером молочного стекла, высота — 9 мм и толщина 0,1—0,2 мм. К краям молочного стекла и зеркальца приклеены треугольные кусочки черной бумаги так, что внутрь насадки свет попадает только через молочное стекло. Все щели в насадке тщательно замазываются клеем и закрашиваются черной краской.

Во время опыта насадка имеет положение, изображенное на рис. 18. Обычно опыты с присоской П₆ проводятся в затемненной комнате. Узкий пучок света, показанный стрелками на рис. 18, падает только на насадку присоски и освещает молочное стекло насадки. При этом склера глаза оказывается практически в полной темноте и. следовательно, внутрь глаза свет попадает только через присоску, что для многих опытов с изображением, неподвижным относительно сетчатки, очень существенно.

Короткофокусная линза дает увеличенное изображение тестового поля, которое глаз видит на фоне отраженного в зеркальце молочного стекла.

Настройка резкости изображения осуществляется перемещением насадки вдоль дюралевого цилиндра 3. На рис. 18 видно, что линза присоски несколько удалена от роговицы в глубь цилиндра и отгорожена от нее диафрагмами. Такое усложнение конструкции вызвано необходимостью защищать линзу от запотевания, которое мешало бы проведению опытов. Поскольку короткофокусная линза дает большое увеличение, видимый диаметр тестового поля может быть сделан больше 50°. Как уже упоминалось, тестовое поле и проекционная система присоски П₆ жестко связаны с ее корпусом. В свою очередь корпус присоски жестко связан с глазным яблоком, и, следовательно, даже при движениях глаз сетчаточное изображение тестового поля всегда будет неподвижным относительно сетчатки. Вес присоски П₆ без насадки равен 0,15—0,20 г.

На рис. 19 схематически изображена присоска П₇, при помощи которой можно получить на сетчатке два накладывающихся одно на другое сетчаточных изображения. При этом одно из этих изображении неподвижно относительно сетчатки, другое — подвижно.

Дюралевый корпус 1 присоски П₇ и резиновый пустотелый отросток 2 имеют размеры корпуса и пустотелого отростка присоски П₃. Поверхность соприкосновения корпуса с глазом гофрирована и отполирована. К корпусу присоски по всему периметру приклеен дюралевый цилиндр 5, наружный диаметр которого равен 5 мм, высота — 2 мм, толщина стенки — 0,1 мм. Внутри цилиндра укреплена дюралевая диафрагма 4. Толщина диафрагмы — 0,1 мм, диаметр отверстия — 3,5 мм. Расстояние между диафрагмой 4 и корпусом — 1 мм. Диаметр отверстия 5 в верхней части корпуса равен 3 мм. К цилиндру 3 приклеено по всему периметру круглое прозрачное стеклышко 6 с линзой 7. Диаметр стеклышка 6 мм, толщина 0,15—0,20 мм. Диаметр линзы 2—3 мм, фокусное расстояние — 5—8 мм. Цилиндр 3 сделан для того, чтобы несколько удалить стеклышко с линзой от глаза и этим устранить их запотевание. К корпусу присоски и цилиндру приклеена круглая деревянная стопка 8. В свою очередь на стойке крепится тестовое поле 9, неподвижное относительно стойки и корпуса присоски. Высота стойки определяется фокусным расстоянием линзы и делается такой, чтобы на сетчатке получалось резкое изображение тестового поля 9. На рис. 19 видно, что линза 7 прикрывает лишь центральную часть стеклышка 6, оставляя открытой периферическую часть. Когда присоска укреплена на глазу, то периферическая часть стеклышка (кольцевая диафрагма) позволяет испытуемому резко видеть и свободно рассматривать окружающие предметы. При этом цветовой контраст видимых предметов оказывается несколько ниже нормы. Это уменьшение вызывается рассеянным светом (дефокусированным изображением окружающих предметов), попадающим на сетчатку через линзу. Линза дает резкое сетчаточное изображение тестового поля, укрепленного на стойке, и, поскольку оно жестко связано с присоской, это изображение строго неподвижно относительно сетчатки. В результате на сетчатке оказываются два наложенных одно на другое изображении. Одно — подвижное относительно сетчатки (подвижное вследствие движений глаза) и другое — строго неподвижное и неизменное по цвету (если неизменно освещение тестового поля 9). Изменяя площадь кольцевой диафрагмы и диаметр линзы, можно в некоторых пределах изменять яркость неподвижного и подвижного сетчаточных изображений.

На рис. 20 показана схема присоски П₈, при помощи которой можно получать изображения, неподвижные относительно сетчатки для любой части поля зрения глаза.

Дюралевый корпус 1 присоски П₈ и резиновый пустотелый отросток 2 имеют размеры корпуса и пустотелого отростка присоски П₃. Поверхность соприкосновения корпуса с глазом гофрирована и отполирована. К корпусу по всему периметру приклеен дюралевый цилиндр 3. Наружный диаметр цилиндра — 4,5 мм, высота —

3 мм, толщина стенки — 0,1 мм. Внутри цилиндра укреплена дюралевая диафрагма 4. Толщина диафрагмы 4 — 0,1 мм, диаметр отверстия — 2 мм. Сверху цилиндр прикрыт второй диафрагмой 5, приклеенной к цилиндру по всему периметру.

Толщина диафрагмы 5 — 0,1 мм, наружный диаметр — 5 мм, диаметр отверстия — 1.5 мм. Диаметр отверстия 6 в верхней части корпуса присоски — 2,5 мм. Расстояние между диафрагмой 4, расположенной внутри цилиндра, и корпусом присоски —

1.5 мм. Ко второй диафрагме 5 по всему периметру приклеено круглое прозрачное стеклышко 7. Толщина стеклышка 0,1 — 0,2 мм, диаметр — 4 мм. На стеклышко приклеиваются сменные диафрагмы 8, которые делаются из тонкой черной бумаги или фольги. В зависимости от задач опыта отверстия сменных диафрагм меняются от 0,2— до 1,5 мм. К корпусу присоски и цилиндру приклеена стойка 9 (тонкая стальная струна), на которой укреплена заслонка 10 — тестовое поле, неподвижное относительно корпуса присоски. Высота стойки (обычно около 20—25 мм) определяется задачами опыта. Цилиндр 3 и первые две диафрагмы 4 и 5 сделаны для того, чтобы устранить запотевание стеклышка.

Когда присоска укреплена на глазу, заслонка становится неподвижной относительно сетчатки. Небольшой размер отверстия диафрагмы 8, прикрепленной к стеклышку, увеличивает глубину резкости настолько, что наряду с предметами, удаленными от глаза, видна довольно резко и заслонка 10. Резкость изображения заслонки зависит от величины отверстия диафрагмы. Чем меньше отверстие диафрагмы, тем резче изображение заслонки. Однако уменьшение отверстия диафрагмы приводит к уменьшению яркости видимого изображения. Поэтому для каждого опыта подбирают такую диафрагму, которая удовлетворяла бы экспериментатора как по резкости изображения заслонки, так и по яркости видимых глазу объектов. Некоторого увеличения резкости изображения заслонки можно добиться увеличивая стойку, т. е. удаляя заслонку от глаза. При этом быстро теряется жесткость связи заслонки с корпусом присоски и корпуса присоски с глазом. Придавая заслонке различные формы и положение в пространстве, сравнительно легко создать на любом участке сетчатки неподвижное сетчаточное изображение заданной формы и цвета. Когда необходимо увеличить яркость заслонки, на нее посылают пучок света, показанный стрелками на рис. 20. Если вместо заслонки на стойке укрепить какой-либо фильтр, то возникнут условия восприятия, в которых какая-то определенная часть сетчатки будет загорожена фильтром. Приклеив зеркальце к цилиндру присоски П₈, можно записывать движения глаз в условиях, когда та или иная часть сетчатки загорожена заслонкой, т. е. фактически выключена из процесса восприятия.

В зависимости от задач, которые ставит перед собой экспериментатор, ему приходится менять не только конструкции присосок, но и конструкции насадок. Во второй главе при описании некоторых опытов приводится довольно подробное описание нескольких насадок к присоске П₆.

14. Аппаратура, используемая при работе с присосками

На рис. 21 показана фотография установки, которая используется в основном при записи движений глаз. Установка состоит из станины (корпуса), подбородника, двух осветителей и распределительного щита. В основе корпуса находится большой массивный штатив.

С этим штативом жестко скреплены две металлические стойки и распределительный щит, представляющий собой пластину, на которой смонтированы розетки и выключатели. В подвижную часть большого штатива вмонтирована металлическая стойка, заканчивающаяся подбородником. Подбородник может перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях, может вращаться вокруг оси стойки и после того, как найдено нужное положение, может быть жестко закреплен. Кроме того, параметры самого подбородника могут изменяться экспериментатором в соответствии с размерами головы испытуемого. Такое устройство и установка подбородника позволяют довольно хорошо фиксировать голову испытуемого во время опытов. На каждой металлической стойке находится массивный шатун, а на конце шатуна — универсальный штатив. На каждом штативе закреплен осветитель на шарнирах. Такая система позволяет экспериментатору быстро (и это очень существенно) направлять пучок света, отраженный от зеркальца присоски, на щель кимографа или на кассету. Распределительный щит дает возможность в процессе опыта включать и выключать тот или иной прибор, не отходя от наблюдателя.

В зависимости от того, с какой присоской ведется работа в опыте и какие конкретные задачи стоят перед экспериментатором, ему приходится пользоваться различными осветителями и дополнительными устройствами к ним. Так, например, для записи движений глаза на неподвижную светочувствительную бумагу или пленку пользуются осветителем, который посылает на светочувствительный материал световой зайчик в виде яркой точки, диаметр которой не превышает 1 мм. В этом случае объектив дает изображение маленького отверстия диафрагмы, расположенного на фоне нити накала. Обычно в работе пользуются набором диафрагм с диаметрами отверстий от 10 до 70 мк. Если запись движений глаз ведется на фотокимографе, то в осветителе место диафрагмы занимает щель, а ширина щелей соответствующего набора изменяется от 10 до 70 мк.

Для освещения молочного стекла присоски П₆ или заслонки в присоске П₈ пользуются осветителем с такой оптической системой, которая позволяет получать в нужном месте пространства пучок диаметром около 10— 15 мм, равномерно освещающий небольшой участок поверхности. Равномерность освещения необходима для того, чтобы при движениях глаз, т. е. при движениях молочного стекла или заслонки, внутри пучка света не изменялась их яркость.

В некоторых опытах с изображением, неподвижным относительно сетчатки (т. е. когда применяются присоски П₆ и П₈), на осветители надевают насадки с поляроидами и разнообразными фильтрами. Иногда используют специальные диски и вертушки, изменяющие по заданному закону яркость и цвет света, падающего на молочное стекло или заслонку. Однако конструкции этих устройств не требуют пояснений.

Пользуясь присосками П₆, П₇ и П₈, целесообразно проводить опыты в условиях, когда лицо испытуемого обращено вверх, а фиксационная точка для второго глаза находится на потолке. Для этой цели может быть приспособлено кресло с низкой спинкой и регулируемым устройством, поддерживающим голову в нужном положении.

В зависимости от задач, поставленных экспериментатором, записи движений глаз могут производиться на подвижном или неподвижном светочувствительном материале. Записи на неподвижную фотобумагу или пленку производятся в затемненной комнате, в которой освещен направленным пучком света только объект восприятия, расположенный на фоне черного бархата. Обычно для опыта фотоматериалы закладываются в кассеты и открываются только на время записи. Чтобы облегчить дальнейшую обработку записей, фотобумага или пленка должны иметь довольно большие размеры, приблизительно 30 X 40 см. Соответствовать этому должны и размеры кассет. Чтобы уменьшить засветку светочувствительного материала и продолжительность опыта, пользуются кассетами, которые легко и быстро открываются и закрываются в затемненной комнате. При записи на движущийся светочувствительный материал (осциллографическую бумагу) пользуются обычными фотокимографами. Однако в обычных фотокимографах скорость осциллографической бумаги не превышает 20—30 см в секунду, длина щели равна всего 12—15 см. В то же время при изучении многих движений глаза необходимы скорости, близкие к5мв секунду, и длина щели, равная 25—30 см. Указанные технические условия удов-

Рис 21. Установка, используемая при записи движений глаз

летворяются примитивной и несколько видоизмененной моделью фотокимографа, изготовление которой не представляет особых трудностей и не требует подробного описания. В основе такого фотокимографа лежит большой барабан, на котором в темноте закрепляется широкая осциллографическая бумага. Диаметр барабана равен 50—60 см, а высота определяется

Рис. 22. Плексигласовая маска для укрепления вспомогательных устройств, используемых в опытах с присосками

шириной осциллографической бумаги, которая не должна быть уже 25—30 см. Ось барабана через коробку скоростей или редуктор соединяется с электромотором. Вся конструкция прикрывается светонепроницаемым фанерным чехлом с щелью, окруженной козырьками, препятствующими попаданию на барабан рассеянного света. Коробка скоростей позволяет изменять скорости вращения барабана. При этом линейные скорости осциллографической бумаги могут изменяться от нескольких сантиметров до нескольких метров в секунду. Повторные обороты барабана приводят к тому, что записи накладываются одна на другую, и при этом всегда наступает момент, когда необходимо прекращать опыт, иначе вся картина станет слишком запутанной и сложной для анализа. Чем больше скорость, тем короче должен быть опыт. Когда скорость осциллографической бумаги равна нескольким метрам в секунду, многие записи не должны продолжаться свыше 10—20 секунд.

Когда возникает потребность укрепить на лице испытуемого какое-либо устройство, необходимое в опыте или облегчающее работу, на него надевают плексигласовую маску, изображенную на рис. 22. Маска плотно облегает лицо и голову и хорошо держится на ней. В плексигласе находится ряд отверстий с резьбой, в которых экспериментатор может закреплять нужные устройства.

Кроме всего перечисленного, в работе с присосками используются приборы, широко известные в лабораторной практике.

15. Техника эксперимента с присосками

Присоска не может находиться на глазу испытуемого больше нескольких минут. После того как присоска прикреплена к глазу, работа складывается из двух частей: настройка аппаратуры и самый эксперимент. Во многих случаях настройка аппаратуры довольно сложна и отнимает много времени. Чтобы уменьшить это время, экспериментатор обязан очень тщательно готовиться к каждому опыту.

Подготовка к работе с присосками начинается с подбора испытуемых. У испытуемых должны быть большие глаза и большой разрез глаз, а конъюнктива здоровой и не раздражающейся под действием дикаина.

Готовясь к опыту, экспериментатор прежде всего составляет подробный план опыта, подготовляет всю необходимую аппаратуру и дает задание испытуемому. Испытуемый усаживается к подбороднику или в соответствующее кресло. Проводится предварительная настройка всей аппаратуры, проверяется ее готовность. Это особенно важно при записи движений глаз на неподвижную фотобумагу или пленку. Правильное расположение объекта восприятия и кассеты относительно испытуемого упрощает опыт и уменьшает искажения.

Затем экспериментатор заготовляет полоски лейкопластыря для фиксации век. Ширина каждой полоски равна 12—15 мм, длина — около 10 см.

Обычно для фиксации век одного глаза бывает достаточно двух полосок. Готовые полоски лейкопластыря раскладываются на чистом листе бумаги. Весь листок с полосками кладется на какую-нибудь постоянно подогреваемую поверхность с температурой 60—80° С, где и хранится до момента употребления. Подогретый лейкопластырь прочнее приклеивается к коже и надежнее фиксирует веки.

Далее, экспериментатор протирает веки, лоб и щеки испытуемого ватой, слегка смоченной в спирте, что делает кожу сухой и чистой. Затем в конъюнктивальный мешок глаза он пускает 2—3 капли однопроцентного раствора дикаина, сухой ваткой вытирает слезы и через 1—2 минуты приступает к фиксации век.

Фиксируются веки следующим образом. Испытуемого просят закрыть глаз и прижимают один конец полоски лейкопластыря к верхнему веку так, чтобы она касалась ресниц. Сжимая двумя пальцами кожу века, прикрытую лейкопластырем, оттягивают ее вместе с лейкопластырем от глаза, пока между пальцами не образуется вертикальная складка. Сжимая складку, добиваются прочной связи лейкопластыря с кожей. Натягивая второй конец полоски лейкопластыря, поднимают веко до нужного положения и фиксируют его, приклеивая полоску ко лбу. Точно так же закрепляют и фиксируют нижнее веко, приклеивая полоску лейкопластыря к щеке. Если на голове испытуемого находится маска (рис. 22), полоски лейкопластыря приклеиваются к маске. На рис. 23 показано положение век для случая работы с присоской П₁. На рис. 24 показано положение век при работе со всеми остальными типами присосок. В первом случае, как это видно на рис. 23, веки растягиваются в основном в височной части глаза. Во втором случае лейкопластырь приклеивается к центральной части каждого века и растягиваются они почти симметрично относительно зрительной оси.

Рис. 24. Положение век, закрепленных полосками лейкопластыря, при работе со всеми присосками, кроме присоски П₁

Рис. 23. Положение век, закрепленных полосками лейкопластыря, для случая работы с присоской П₁

После фиксации век испытуемый ставит голову в подбородник или придает ей нужное положение. В этом положении экспериментатор укрепляет присоску на глазном яблоке.

Чтобы укрепить присоску, экспериментатор берет ее двумя пальцами за пустотелый отросток, выжимает из него воздух и в нужном положении, слегка прижимая присасывающейся частью к глазу, отпускает присоску. Расправляющийся корпус пустотелого отростка понижает давление внутри присоски, и внешнее давление плотно прижимает ее к склере.

В дальнейшем экспериментатор придает нужное положение осветителям, приводит в рабочее состояние всю аппаратуру и начинает опыт. Различные опыты довольно сильно отличаются по своей сложности, однако

все они требуют от экспериментатора определенных навыков и четкости в работе. Довольно сложна запись движений глаз на неподвижную фотобумагу или пленку. Допустим, что присоска уже прикреплена к глазу. К этому времени кассета еще закрыта, но подготовлена к записи. Комната затемнена. Объект восприятия, расположенный на фоне черного бархата, освещен направленным пучком света, но прикрыт бумагой, чтобы испытуемый не рассматривал его до начала записи. В следующий момент подается команда, и испытуемый фиксирует центр объекта восприятия. Экспериментатор, передвигая осветитель, направляет пучок света, отраженный от зеркальца присоски, на центр кассеты. Далее, испытуемый несколько раз обводит взглядом границы объекта. Экспериментатор, глядя на движения светового зайчика по кассете, передвигает кассету (а иногда и кассету, и осветитель) в такое место пространства, в котором заведомо на светочувствительном материале уместится вся запись, и искажения в записи будут минимальными. Затем испытуемый вновь фиксирует центр объекта. Экспериментатор добивается резкого изображения светового зайчика на кассете. Перед началом записи испытуемый фиксирует точку, расположенную на таком расстоянии от объекта, чтобы световой зайчик не выходил за пределы кассеты. Экспериментатор открывает кассету и объект восприятия, включает секундомер и дает испытуемому команду рассматривать объект. По истечении заданного отрезка времени экспериментатор гасит осветитель, и запись прекращается. Затем закрывает кассету, включает свет, освещает лицо испытуемого, снимает присоску и полоски лейкопластыря. После этого кассета поступает в фотолабораторию для обработки записи.

Присоску с глаза снимают следующим способом: просят испытуемого фиксировать какую-либо точку, чтобы исключить движения глаза, двумя пальцами сжимают пустотелый отросток, выдавливая из него весь воздух, и лишь после этого отнимают присоску от глаза.

После того как присоска прикреплена к глазу, испытуемому приходится ограничивать движения глаз, чтобы избежать столкновения присоски с веком. Обычно всегда в начале опыта экспериментатор указывает границы поля, за пределами которого испытуемый не имеет права выбирать точки фиксации. Коснувшись века, присоска может оторваться от глаза или сместиться так, что ее присасывающаяся часть окажется на роговице и в худшем случае может ее повредить. Об этом всегда следует помнить экспериментатору и испытуемому.

Продолжительность опытов с присоской, как правило, не должна превышать 5 минут и лишь в редких случаях может достигать 10—12 минут. Работая с присоской П₁, всегда следует наблюдать за состоянием роговицы, так как у некоторых испытуемых она начинает подсыхать уже после трехминутного опыта. Подсыхание роговицы, особенно в центральной ее части, сопровождается резким падением разрешающей способности глаза и всегда воспринимается испытуемым с некоторой тревогой. В таких случаях следует прекращать опыт. Обычно уже через несколько минут роговица восстанавливает свою прежнюю форму. Сама по себе присоска П_\ безвредна для глаз. В худшем случае она может вызвать разрыв поверхностного кровеносного сосуда в конъюнктиве. Это говорит о том, что данный субъект не годится для роли испытуемого. Присоска П₁ всегда вызывает небольшое снижение внутриглазного давления, которое восстанавливается в течение одного или нескольких часов. При этом у испытуемого нет никаких ощущений, связанных с изменением давления. У людей с нормальным внутриглазным давлением оно падает приблизительно на 1—2 мм ртутного столба; у больных глаукомой может снизиться на несколько миллиметров.

Все типы присосок, кроме П₁, защищают роговицу от подсыхания, но зажимают сосуды в конъюнктиве по всему периметру роговицы. Поэтому опыты с большими присосками тоже не могут продолжаться дольше указанного времени. Обычно, даже если испытуемый чувствует себя хорошо, опыты следует проводить не каждый день, а через день и не больше 1—2 опытов с каждым глазом. Следует заметить, что, если соблюдать все правила и быть внимательным к испытуемому, работа с присосками совершенно безвредна и после нескольких опытов не вызывает у испытуемых особо неприятных ощущений. Автор пользовался услугами некоторых испытуемых в течение ряда лет. При этом не было замечено никаких отрицательных последствий работы с присосками.

Обработка фотозаписей производится с использованием обычных приемов, доступных любой фотолаборатории. В частности, иногда приходится пользоваться повторным фотографированием для уничтожения искажений, а для увеличения контраста — ретушью, отбеливанием и т. д.

10. Ход лучей при записи движений глаз отраженный пучком света

Рассмотрим подробно основные искажения и ошибки, с которыми можно встретиться, записывая движения глаз при помощи зеркала. Допустим, что:

1. Центр вращения глаза неподвижен, неподвижна голова наблюдателя.

2. Отражающая поверхность плоского зеркала находится в центре вращения глаза и жестко с ним связана.

3. Нормаль зеркала всегда совпадает со зрительной осью глаза.

4. Осветитель неподвижен. Ось осветителя проходит через центр вращения глаза.

5. Построена светочувствительная сферическая поверхность, центр которой совпадает с центром вращения глаза.

Далее, представим себе семейство плоскостей, проходящих через ось объектива осветителя и центр вращения глаза. Тогда для всех движений глаза, при которых нормаль вращающегося зеркальца (и зрительная ось) будет двигаться в одной из указанных выше плоскостей, получим на светочувствительной поверхности сферы запись, отличающуюся от идеальной только тем, что каждый угол поворота зрительной оси увеличен отраженным лучом вдвое.

Действительно, пусть в некоторый момент времени угол между падающим пучком света и нормалью зеркала равен α₁ (рис. 25); падающий пучок света и нормаль зеркала расположены в плоскости чертежа. Поскольку угол падения равен углу отражения, то, следовательно, угол между падающим и отраженным пучком света равен 2α₁. Пусть в какой-то следующий момент зеркало повернулось на угол β или, что то же самое, повернулась на угол β его нормаль. Тогда угол между падающим пучком света и нормалью зеркала станет равным α₁ + β = α₂, а угол между падающим пучком света и отраженным станет равным 2α₂ = 2α₁ + 2β. Отсюда следует, что при повороте зеркала на угол β отраженный пучок света повернется на угол (2α₁ + 2β ) — 2α₁ = 2β .

К некоторым искажениям записи приводит то, что зеркало находится не в центре вращения глазного яблока, а на его поверхности. Рассмотрим два случая: а) нормаль зеркала совпадает со зрительной осью, когда мы пользуемся присоской П₂ или П₃ (рис. 26); б) нормаль зеркала параллельна зрительной оси, но находится на некотором расстоянии от нее, когда мы пользуемся присоской П₁ (рис. 27).

Пусть ось вращения глаза перпендикулярна к плоскости чертежа, а ось зрения, нормаль зеркала и ось осветителя находятся в этой плоскости. Допустим, что из неподвижного осветителя идет параллельный пучок света,

ширина которого равна диаметру глазного яблока, тогда в обоих случаях центр вращения отраженного пучка света будет перемещаться в пространстве так, как это показано на рис. 26 и 27. При этом центр вращения зрительной оси неподвижен; отраженный пучок света, поворачиваясь на угол, вдвое превышающий угол поворота глаза, получает дополнительное движение, обусловленное перемещением зеркала. Обратимся к рис. 26. В исходном положении, когда α = 0, пучок света, отраженный от зеркала, расположенного в центре вращения, совмещается с пучком света, отраженным от зеркала, расположенного на поверхности глаза. При повороте глаза, например, на угол α₁ или α₂, отраженные пучки поворачиваются соответственно на углы 2α₁ и 2α₂ и, кроме того, смещаются на расстояние А₁ и А₂.

Рис. 25. Схема хода лучей при отражении от плоского вращающегося зеркала

Аналогичную картину можно наблюдать на рис. 27. В исходном положении, когда α = 0, пучок света, отраженный от зеркала, расположенного в центре вращения, смещен относительно пучка света, отраженного от зеркала, расположенного на

Рис. 26. Схема хода лучей при отраже- Рис. 27. Схема хода лучей при отражении от вращающегося и перемещающе- нии от вращающегося и перемещающегося в пространстве плоского зеркала, гося в пространстве плоского зеркала,

освещенного параллельным пучком света освещенного параллельным пучком света

Случай, когда используется присоска П₂ или П₃ Случай, когда используется присоска П₁

поверхности глаза, на величину Ао. При повороте глаза, например, на угол α₁ и α₂, отраженные пучки поворачиваются соответственно на углы 2α₁ и 2α₂ и, кроме того, могут совмещаться (при α₁) или смещаться (при α₂ на А₂).

днако в опытах не пользуются параллельными пучками света. При помощи обычного фотообъектива на экран проецируют изображение очень маленького отверстия диафрагмы или узкой щели, и ход лучей при тех же условиях будет таким, как показано на рис. 28.

Рис. 28. Схема хода лучей при отражении от вращающегося и перемещающегося в пространстве плоского зеркала освещенного сходящимся пучком света

Следует заметить, что при небольших углах поворота глаза (менее 10°) и достаточно большом радиусе сферической поверхности, на которую ведется запись, искажения, получающиеся в результате перемещения зеркала в пространстве и дефокусировки, исчезающе малы по сравнению с перемещениями изображения отверстия диафрагмы, возникающими вследствие вращения зеркала, т. е. движения глаза.

Чтобы представить себе, как будут преобразовываться движения следа зрительной оси глаза на плоскости объекта в движения отраженного от зеркала луча на светочувствительной бумаге, рассмотрим рис. 29.

Пусть ОА — ось зрения, On — нормаль к зеркалу, ОБ — направление падающего на зеркало пучка света, ОБ — направление отраженного пучка света, α — угол между

осью зрения и нормалью зеркала, β — угол между осью падающего пучка света и нормалью зеркала, θ — угол между двумя плоскостями, одна из которых проходит через ось зрения и нормаль зеркала, а другая — через направление падающего пучка и нормаль зеркала.

Обозначим через х и у координаты рассматриваемого объекта, а через и и w координаты отраженного луча на светочувствительной бумаге, нормальной относительно луча. Оси выбраны так, что Ах — след плоскости АОп на плоскости объекта, а ось Ви — след плоскости пОВ на плоскости изображения. Несложное геометрическое рассмотрение приводит к следующей связи между координатами:

и = 2 (х cos θ — у cos α sin θ), w = 2(х cos β sin θ + у cos α cos β cos θ).

Эти формулы справедливы при

Рис. 29. Пояснительная схема к рассмотрению преобразования координат при записи от зеркала пучком света

малых сдвигах х и у. При больших смещениях преобразование будет более сложным (не афинным, а проективным) .

Выражения для и и w показывают, какие искажения возникают при записи движений глаз отраженным от зеркала пучком света при каких-то определенных α, β, θ. Нетрудно убедиться, что чем меньше углы α иβ, тем меньше искажения, получающиеся при записи. В пределе если α = 0, β = 0, то и = 2х и w = 2у. При α = 0 или р = 0 угол θ не определен. Формально мы получаем в этом случае преобразование поворота на произвольный угол. Этому соответствует и то, что в этих случаях нет определенности в выборе осей х или и. Соответствующим выбором можно при α = 0 и β = 0 привести формулу к виду и = 2х и w = 2у.

Обычно движения глаза записывают на на сферическую светочувствительную поверхность, а на плоскую (рис. 30). Пусть ось вращения

Рис. 30. Схема к анализу искажений, получающихся при записи движений глаз не на сферическую, a на плоскую поверхность

глаза перпендикулярна плоскости чертежа, а ось зрения, нормаль зеркала и ось осветителя находятся в этой плоскости. Пусть в исходный момент отраженный луч находится в точке А. Тогда при повороте зеркала на угол α отраженный луч окажется в точке Б₂. В этом случае получается искажение записи вследствие того, что путь, пройденный лучом на плоскости (АБ₂), больше пути, пройденного лучом на сфере (АБ₁). Из чертежа непосредственно следует, что для малых углов указанные выше искажения малы и ими можно пренебречь.

Когда запись ведется на плоскости, получающиеся искажения можно подсчитать и в процессе обработки снимков внести соответствующие поправки.

Говоря о движениях глаза, о ходе лучей и точности записей, мы несколько идеализировали всю картину. Мы не учитывали, что в действительности всегда остаются некоторые движения головы. Во время движения глаза центр его вращения несколько перемещается, т. е. имеют место сдвиги глазного яблока относительно глазницы. Кроме того, глазное яблоко слегка перемещается в глазнице и вследствие пульсации крови. По этой же причине происходит небольшая пульсирующая деформация самого глазного яблока. В большинстве случаев все эти явления очень мало сказываются на записях, сделанных отраженным пучком света.

17. Изготовление присосок

Резиновые части присосок вытачиваются на токарном станке при больших скоростях вращения шпинделя (5000—6000 об/мин) из обычной резины (например, резиновых пробок). Инструментами служат разнообразные резцы, напильники, надфили, металлические шаблоны, наждачная бумага и пр. Первоначальная обработка заготовки в станке делается напильником, при помощи которого заготовке придается нужный диаметр. Резцами, надфилями, металлическими шаблонами производится черновая обработка детали. В дальнейшем каждая резиновая деталь полируется наждачной бумагой. При этом самая деталь постоянно смачивается бензолом, который на какое-то время делает резину непрочной, но легко полируемой. В последней операции вращающуюся деталь отрезают от заготовки острым скальпелем. Тот факт, что детали из резины вытачиваются на больших скоростях и при этом рабочий инструмент находится, как правило, не в суппорте, а в руках экспериментатора, вызывает необходимость строгого соблюдения соответствующей техники безопасности.

Отверстия в резиновых деталях присосок делают или очень маленьким дыроколом (металлическая трубка с острыми краями), или при помощи нитки. Тонкой иглой продевают нить, натягивают ее и закрепляют в вертикальном положении. Нить пропитывают бензолом и двигают резиновую деталь вдоль нее таким образом, чтобы направление отверстия и направление нити совпадали. После нескольких движений вдоль смоченной бензолом нити в резиновой детали образуется отверстие. Диаметр его приблизительно равен диаметру нити.

Зеркала, прикрепляемые к присоскам, должны обладать хорошими оптическими свойствами. Это относится в первую очередь к зеркалам, при помощи которых ведутся записи дрейфа и тремора глаза. У зеркал не должно быть острых краев и углов. Поскольку в работе пользуются наружной поверхностью отражающего слоя, алюминированные зеркала практичнее зеркал с серебряным покрытием. Серебряное покрытие довольно быстро темнеет и теряет свойства зеркальной поверхности.

Сборка присоски П₁ из готовых деталей производится при помощи универсального клея (например, клея № 88) на жесткой, в натуральную величину, модели глаза. Пользуясь моделью глаза, легко придать зеркальцу и пустотелому отростку присоски нужное положение.

Склеивая бумажные насадки, стекло с металлом, металл с металлом, стекло с бумагой, целесообразно пользоваться клеем БФ-2. При склеивании резины, резины со стеклом и резины с металлом целесообразно пользоваться клеем № 88.

Дюралевые корпуса присосок П₃ — П₈ вытачиваются на токарном станке небольших габаритов, позволяющем вести работу под бинокулярной лупой. Обработку ведут маленькими резцами обычной конструкции. Режущие поверхности этих резцов должны быть очень острыми. Чем острее резцы, тем тоньше удается обработать детали.

Ранее отмечалось, что поверхность соприкосновения металлической присоски со склерой глаза гофрирована и отполирована. Указанный гофр делается в токарном станке на первой стадии изготовления корпуса присоски, пока заготовка обладает большой механической прочностью. После подготовки поверхности, на которую должен быть нанесен гофр, не изменяя положения и угла поворота суппорта, проводят следующие операции. На цилиндрической поверхности патрона делают 36 меток так, чтобы расстояние между двумя смежными метками соответствовало повороту шпинделя на 10°. Зажимают в суппорте фасонный резец такого профиля, который позволяет при подаче суппорта в один прием прострогать желобок нужной формы и размеров. Пользуясь метками, поворачивая каждый раз шпиндель на 10°, делают 36 желобков. В последующей операции желобки полируют, вначале каждый отдельно, затем все вместе, меняя на станке поочередно направление вращения шпинделя. После того как отполирована гофрированная поверхность, дальнейшую обработку корпуса присоски продолжают обычным способом.

Иногда трудно достать короткофокусную линзу с нужным фокусным расстоянием. Ниже предлагаем способ их изготовления. Широкий конец стеклянной капли имеет почти идеальную сферическую форму и поэтому может служить заготовкой для соответствующей линзы. Работу следует начинать с производства капелек стекла различного диаметра. Такие капли легко получить в любой стеклодувной мастерской. На рис. 31 показана последовательность операций, которой целесообразно пользоваться при изготовлении линз. Прежде всего стеклянные капли обмазывают тонким слоем казеинового клея и дают ему подсохнуть. Клей защищает поверхность будущей линзы от повреждений. Затем делают небольшую металлическую шайбу, отверстие которой несколько больше диаметра капли, а толщина равна толщине будущей линзы. С одной стороны отверстие шайбы заклеивается кусочком стекла. Внутрь шайбы вставляется стеклянная капля, как показано на рисунке, а все свободное пространство отверстия заполняется расплавленным канадским бальзамом. Затвердевший бальзам прочно удерживает каплю внутри шайбы. После этого часть стеклянной капли, выступающую из отверстия шайбы, стачивают на наждачной бумаге. При этом к концу операции пользуются наждачной бумагой с очень мелкой крошкой, чтобы сделать плоскую поверхность линзы более гладкой. Дальше ваткой, смоченной в спирте, растворяют небольшой слой канадского бальзама и удаляют из него все застрявшие там песчинки. Эта операция необходима для того, чтобы при полировке поверхность линзы не поцарапать вновь песчинками, оторвавшимися от канадского бальзама. Затем каплей расплавленного бальзама вновь заполняют пространство вокруг линзы. Ваткой, смоченной в спирте, снимают лишний бальзам, после чего приступают к полировке плоской поверхности линзы.

Рис. 31. Пояснительная схема к описанию изготовления короткофокусных линз

Последовательность операций 1 — стеклянная капля смазывается клеем, предохраняющим ее сферическую поверхность от повреждений, 2 — капля вставляется внутрь шайбы и припаивается к ней канадским бальзамом, 3 — часть капли, выступающая из отверстия шайбы, стачивается на наждачной бумаге, 4 — удаляется часть канадского бальзама вместе с застрявшими в нем песчинками, 5 — вновь заполняется канадским бальзамом все пространство внутри шайбы, 6 — полируется плоская поверхность линзы; 7 — линза тщательно отмывается от канадского бальзама и клея и приклеивается к покровному стеклу канадским бальзамом; 8— с открытых поверхностей покровного стекла и со сферической поверхности линзы снимается канадский бальзам, все поверхности тщательно протираются

На стекло натягивают кусок чистой хлопчатобумажной ткани, смазывают ее пастой и, передвигая шайбу по ткани, полируют линзу. Если у экспериментатора нет специальной пасты, можно воспользоваться пастой для правки бритв. В результате такой полировки поверхность линзы не будет идеально плоской, однако для нас важно, чтобы на ней не было никаких царапин и выемок. Вслед за полировкой растворяют канадский бальзам и вынимают линзу из шайбы. Казеиновый клей смывают с поверхности линзы горячей водой. Очень тщательно протирают плоскую поверхность линзы и в последней операции канадским бальзамом приклеивают ее к заранее подготовленному круглому покровному стеклышку. После этого с открытых поверхностей покровного стекла и со сферической поверхности линзы снимается канадский бальзам. Все поверхности тщательно протираются и линза может считаться готовой к употреблению.

В заключение напомним, что коэффициенты преломления канадского бальзама и стекла почти равны, поэтому, приклеив линзу к покровному стеклу, мы по сути дела заменяем не вполне плоскую поверхность линзы плоской поверхностью покровного стекла. Полученные таким образом линзы дают хорошее изображение и с успехом могут быть использованы в присосках.

В конструкции некоторых присосок используются круглые покровные стекла. Обрабатывать отдельно взятое покровное стекло довольно трудно вследствие малой его прочности. Чтобы упростить эту задачу, обрабатывают сразу несколько стекол, склеенных канадским бальзамом. В этом случае обработку можно вести даже вручную на наждачной бумаге с мелкой крошкой. Во время работы наждачную бумагу кладут на мягкую подстилку во избежание слишком большого трения, которое может сопровождаться нагрузками, опасными для стекла. К наружной стороне одного из стекол приклеивают бумажный шаблон (круглую бумажку нужного диаметра), до размеров которого и стачивают стекла.

Важной деталью многих насадок является очень тонкое молочное стекло, которое легко сделать из обычного молочного стекла в любой оптической мастерской. Однако можно изготовить его и самому. Делается это следующим образом. Прежде всего молочное стекло нужных размеров приклеивают расплавленным канадским бальзамом к половинке предметного стекла. С другой стороны предметного стекла приклеивают резинку или деревянный брусок такой формы, чтобы его удобно было держать пальцами во время работы, после чего приступают к стачиванию молочного стекла на наждачной бумаге до нужной толщины. Вначале пользуются грубой наждачной бумагой, а затем бумагой с очень мелкой крошкой. На время работы наждачная бумага прикрепляется к ровной жесткой поверхности. Самое стачивание молочного стекла занимает у экспериментатора не больше 20—30 мин.

Изготовление некоторых очень мелких изделий из стекла требует мик-ростеклодувных работ, которые несколько отличаются от обычных стеклодувных. При этом пользуются тремя типами нагревательных устройств: обычной спиртовкой или газовой горелкой, микроспиртовкой и раскаленной током платиновой проволокой. В качестве горелки в микроспиртовке используют длинную и тонкую металлическую трубку, в которую вставлен жгутик из ваты. Обычно длина трубки имеет несколько сантиметров, а ее диаметр равен 1 мм. Концу трубки придают горизонтальное положение, с тем чтобы можно было подогревать стекло, приближая его к пламени не только сверху, но и снизу. Диаметр пламени такой горелки не превышает 2—3 мм. Во время работы платиновой проволоке также придают положение, при котором стекло можно приближать к ней и сверху, и снизу. В том, что такое расположение нагревательных устройств целесообразно, экспериментатор убеждается сразу, как только начинает заниматься микростеклодувным делом. Микростеклодувные работы во многих случаях нельзя делать просто руками и приходится пользоваться каким-нибудь упрощенным микроманипулятором. Например, чтобы изогнуть очень тонкий стеклянный капилляр под прямым углом, его закрепляют одним концом в микроманипуляторе, а всему капилляру придают строго горизонтальное положение. Затем при помощи винтов микроманипулятора плавно приближают капилляр к раскаленной платиновой проволоке снизу. При этом проволока и капилляр перпендикулярны друг к другу. На некотором расстоянии от платины небольшой отрезок капилляра становится мягким и плавно изгибается под тяжестью незакрепленной части капилляра. В течение нескольких секунд капилляр оказывается изогнутым под прямым углом. Если попытаться проделать эту операцию руками, то далеко не всегда она кончается удачно. Одно неверное движение или дрожание руки может привести к тому, что капилляр окажется в зоне слишком большой температуры или, что еще хуже, коснется платины. В первом случае капилляр хотя и изогнется, но сплавится, и в нем исчезнет отверстие. Во втором случае, мгновенно расплавившись, он прилипнет к платине и превратится в стеклянную каплю. Микростеклодувные работы требуют от экспериментатора знаний основ стеклодувного дела и умения пользоваться примитивными микроманипуляторами.

Для некоторых опытов в осветители вставляют диафрагмы с отверстиями от 10 до 70 мк. Такие диафрагмы легко изготовить из обычной фольги. Чтобы сделать маленькое отверстие в фольге, ее кладут на стекло и, слегка надавливая, протыкают остро заточенной иглой. Сделанное 0тверстие измеряют, рассматривая его в микроскоп или бинокулярную лупу, и если оно больше или меньше нужного размера, операцию повторяют на новом кусочке фольги. Диафрагмы с очень узкой щелью (от 10 до 70 мк) делают из лезвий для безопасной бритвы. Две половинки лезвия приклеивают клеем БФ-2 к металлической оправе и, пока клей не подсох, устанавливают нужную ширину щели, пользуясь бинокулярной лупой.

Почти все насадки склеиваются из бумаги. На первый взгляд эта работа кажется очень простой. Однако одно дело — склеивать большие куски бумаги и совершенно другое — склеивать конструкцию из очень маленьких кусочков. Чтобы облегчить эту работу, полезно заранее с двух сторон пропитать бумагу клеем БФ-2, хорошо ее высушить и лишь после этого приступить к заготовке деталей конструкции. Бумагу, заранее пропитанную клеем БФ-2, склеивают при помощи маленькой кисточки, смоченной в спирте. Когда такой кисточкой смачивают место соприкосновения двух кусочков бумаги, клей на бумаге быстро растворяется, но, тут же подсыхая, прочно и аккуратно ее склеивает.

На этом мы заканчиваем изложение краткого перечня советов, которыми может воспользоваться экспериментатор, пожелавший заняться изготовлением присосок. Естественно, что мы опустили описание операций и приемов, широко известных в лабораторной практике, с которыми придется встретиться экспериментатору.

Выводы

Из всего многообразия известных методик, используемых для регистрации движений глаз, в настоящее время имеет смысл применять лишь некоторые из них, наиболее удачные. В свою очередь ни одну из удачных методик нельзя считать универсальной и во всех отношениях совершенной.

В зависимости от задач, какие ставит перед собой экспериментатор, а также от условий, в которых должен проводиться опыт, и, наконец, от возможностей испытуемого следует выбирать ту или иную методику.

Опыты, в которых возникает необходимость записывать движения глаз при фиксации точки, целесообразно проводить, используя присоски П₁ и П₃, поскольку при помощи их удается получать очень точные записи.

Если опыт должен протекать продолжительное время, а запись должна отличаться все же довольно высокой точностью, следует пользоваться контактными линзами с укрепленными на них зеркалами и вести запись так же, как с присосками П₁ и П₃, т. е. отраженным пучком света. Если же по тем или иным причинам глаза испытуемого во время опыта должны оставаться совершенно свободными, рекомендуем применять электроокулографическую методику, примирившись с тем, что точность такой записи невелика.

В тех случаях, когда глаза и голова испытуемого должны оставаться совершенно свободными и необходима одновременная регистрация движений головы и движений глаз, целесообразно пользоваться киносъемкой. При этом для получения результатов, даже не отличающихся большой точностью, требуется довольно сложная обработка экспериментального материала.

Создавать изображения, неподвижные относительно сетчатки, лучше всего при помощи присосок П₆, П₇, П₈.