Часть 2. Сколько мегабит/с можно пропустить через зрительный нерв и какое разрешение у сетчатки? Немного теории Страница 1 из 7





Предыдущая публикация, посвященная технологиям лазерной коррекции зрения была встречена с интересом, которого я, если честно, даже не ожидал. Именно поэтому я решил продолжить статью в виде целого цикла, в рамках которого мы рассмотрим подробнее технологии лежащие в основе лазерной офтальмохирургии. Если вы ожидали увидеть непосредственно сами лазеры в этой статье — я вас немного разочарую. Я долго пытался обойти биологическую тематику, но в итоге понял, что не смогу рассказать о лазерной коррекции зрения, не раскрыв основы строения и функционирования нашего зрения.

Я постараюсь рассмотреть человеческое зрение через призму IT. Если кому-то не слишком интересно читать часть, посвященную биологическим аспектам зрения — ничего страшного. Просто пропустите разделы, начиная с оптической системы глаза, и сразу переходите к традиционному конкурсу от наших девушек. Однако, я все же рекомендовал бы ознакомиться с этим материалом, чтобы лучше понять следующую статью, в которой мы будем рассматривать LASIK, Femto-LASIK, ReLEx SMILE и другие методы лазерной офтальмохирургии.

Есть настроение разобраться, что именно говорят эти непонятные люди в белых халатах, задумчиво глядя на результаты вашего обследования? Вы хотите узнать немного нового об уникальном природном даре — зрении? Тогда добро пожаловать под habracut. Как обычно — много иллюстраций и трафика (≈5 MB).

Оглавление:
Зрение и IT
Оптическая система глаза
Почему мы плохо видим? Рефракционные нарушения
Бонусы

Вместо вступления


Глаз — сложнейший оптический инструмент, созданный природой. Человек во многом был всего лишь подражателем, создавая свои творения. Оптика проделала огромный путь как наука от опытов Ньютона с призмой до разработки уникальных лазеров, приборов ночного видения и других интереснейших вещей. Однако взглянем поближе на то, что во многом вдохновляло человечество на исследования и стало прообразом многих современных вещей. Человеческий глаз.

Сетчатка и зрительный нерв
Любой прибор способный регистрировать свет как правило имеет тот или иной вариант светочувствительной матрицы. Его биологическим аналогом является сетчатая оболочка глаза.


Нормализованные графики чувствительности человеческих клеток-колбочек различных видов (К, С, Д) и клеток-палочек (П) к различным частям спектра. Ось длин волны на данном графике логарифмическая.



Электронная микрофотография сетчатки. Палочки имеют серый цвет, а колбочки фиолетовый. На иллюстрации видно явное преобладание монохроматических палочек над колбочками

Например, сетчатка человеческого глаза имеет приблизительно 7-8 млн колбочек, отвечающих за цветное зрение, и около 120 млн палочек (черно-белое зрение). Не совсем будет корректно приравнивать колбочку/палочку к пикселю, но, по грубым оценкам, их количество приблизительно соответствует 250 мегапикселям для панорамы с обоих глаз. После возбуждения светочувствительных клеток сетчатки, сигнал нужно передать в наш биологический CPU/GPU. Эту функцию с успехом выполняет зрительный нерв. Узким местом, в которое упирается максимальная частота «кадров», передаваемая органом зрения, является — латентность нервных синапсов (участок связи между нейронами, где импульс передается путем выброса и захвата химических веществ). По разным оценкам это примерно 100-150 Гц, что является пределом скорости передачи изображения в зрительную кору головного мозга. Количество нервных волокон в зрительном нерве составляет примерно 1 200 000. Если принять, что одно волокно за такт может передать 1 бит информации, то суммарная пропускная способность зрительного нерва примерно равна 1.2*106*150 бит=180 мегабит/с. Солидный поток. Нашему мозгу приходится обрабатывать суммарный поток в 360 мегабит/с только от зрительного анализатора. А ведь есть еще слух, обоняние, осязание, температурные и болевые рецепторы, чувство равновесия, проприоцептивное чувство (ощущение собственного тела в пространстве). Вся эта нагрузка, не считая кучи других функций, укладывается всего лишь в 25 Вт TDP.

Здесь, кстати, кроется ряд вопросов, лежащих в поле биоинформатики. Например, не совсем понятно, как ≈125*106 клеток-рецепторов могут передавать информацию в ≈1.2*106 проводящих нейронов. То есть еще до передачи в мозг происходит некая фильтрация и предобработка зрительной информации. Кстати, отсюда следует, что за «такт» сетчатка не в состоянии передать более 1.2 мегапикселя. Другое дело, что в результате обработки серии таких «снимков» в мозгу формируется куда более отчетливая картина происходящего. Еще одним интересным свойством человеческого зрения является тот факт, что мы всегда видим прошлое. Задержка в проведении нервного импульса до центров обработки составляет по разным оценкам примерно 150-180 мс. Именно поэтому, кстати, в профессиональном спорте считается преждевременным стартом рывок спортсмена в промежуток от 0 до 100 мс. Считается, что человек не мог из-за физиологических ограничений успеть отреагировать так быстро. Надо сказать, что эти величины могут меняться в определенных пределах в зависимости от стресса, психоэмоционального состояния, уровня нейромедиаторов, но в целом картина достаточно стабильна.

Сравним с фотоаппаратом?
  • 2075
  • 14/01/2014


Поделись



Подпишись



Смотрите также