Та форма, в якій зазвичай представляють пропускну здатність, або ємність каналу, в застосуванні до техніки зв'язку, тобто формула (57), незручна для застосування до аналізу пропускної здатності зорової системи в цілому. В (57) мався на увазі в першу чергу випадок послідовної передачі, елемент за елементом, повідомлення у вигляді одного сигналу, що є функцією часу, f (t). Кількість незалежних відліків, які можуть бути передані по одному каналу за одиницю часу, чисельно дорівнює подвоєній ширині смуги частот пропускання каналу зв'язку, 2 W (див. стор 60). У зоровій системі елементи зображення передаються як послідовно, так і одночасно. Розглядаючи пропускну здатність зорової системи в цілому, доцільно повернутися до кількості незалежних відліків. Позначимо це число через n. Іноді його називають числом ступенів свободи. Тоді гранична кількість інформації, яке може бути передано в одиницю часу (наприклад, в одиницю часу роботи сітківки через критичну тривалість), буде
(62)
Пропускну здатність З іноді зручно, скориставшись простої геометричної аналогією, називати обсягом каналу (Харкевич, 1955; там, втім, додається ще один вимір - час). Пропускна здатність визначається не кожним із співмножників, що входять в (62), окремо, а їх твором. Це властивість ілюстроване рис. 54. Два канали з різним числом ступенів свободи і різним ставленням потужності сигналу до потужності шуму мають однакову пропускну спроможність, якщо однакові площі прямокутників, сторони яких відповідають цим параметрам каналів.
Рис. 54. Перетворення «обсягу» каналу.
Величина Рс стосовно зоровій системі, повинна бути пропорційна енергії світлового стимулу, що викликає виникнення збудження в рецептивном поле сітківки. До тих пір поки час пред'явлення t не перевищує критичної тривалості tкр, ця енергія пропорційна згідно із законом повного тимчасового накопичення твору It. При t>tкр, якщо знехтувати неповної тимчасової сумація у вищих відділах зорового аналізатора, досить вважати Рс пропорційної I.
Здавалося б природним зв'язати n з числом рецептивних полів сітківки подібно до того, як при оцінці пропускної здатності телевізійного пристрою число ступенів свободи зіставляють з кількістю елементів растра, переданих за одиницю часу.
Саме таким чином була підрахована пропускна здатність зорової системи у статті Шобера (Schober, 1956). Він прийняв число незалежних волокон зорового нерва рівним 830 ТОВ, максимальну частоту злиття мигтіння рівної 55 Гц, припустивши, що кожне волокно передає за період мелькання 1 дв. од. інформації і що пропускна здатність зорової системи в цілому є сума пропускних здатностей окремих волокон, і здобув для неї величезну величину
З ≈ 830000 · 55 = 45 млн дв. од./сек.
Шобер зіставив це значення з кількістю інформації, передачу якого за одиницю часу розрахований телевізійний канал, і прийшов до висновку, що ці кількості знаходяться в хорошому відповідно. *
Однак це свідомо невірно. Трохи далі ми наведемо прямі докази того, що пропускна здатність зорової системи в цілому на кілька порядків (приблизно в мільйон разів!) менше цієї величини. Поки ж достатньо лише зауважити, що якщо б це було дійсно так, то наш зір кожну секунду змогло б сприймати сукупність десятків мільйонів хаотично розподілених чорних і білих точок. Відразу ясно, що це абсолютно не можна порівнювати з дійсною швидкістю зорового сприйняття. Більш того, в ході еволюційного розвитку не було умов, які зажадали б вироблення такої величезної пропускної здатності. Ми вже відзначали у другій главі велику надмірність «природних» зображень. Для сприйняття зображень, що мають значення для тварин і людини, завжди виявляється достатньою набагато менша пропускна здатність. Правда, з ходом розвитку техніки виникає все більш нагальна потреба у збільшенні пропускної здатності людини. Однак величина пропускної здатності аналізаторних систем і мозку людини вже склалася в природному відборі, і говорити про подальше її збільшення не має сенсу, швидко розвиваються зараз у галузі технічної кібернетики, в першу чергу автоматика і електронно-обчислювальна техніка, якраз і покликані подолати межі, поставлені обмеженою пропускною здатністю людини.
Вже з того, що було сказано у третій главі про декорреляции і статистичному узгодженні в зоровій системі, повинно бути ясно, що волокна зорової системи не являють собою каналів для простого перенесення зображень
з однієї поверхні на іншу, в даному випадку з сітківки на зорову кору. Вже на рівні сітківки починаються процеси статистичного кодування зображень, що характеризуються великою надлишковістю. Якщо намагатися розглядати зорову систему як ідеальну систему зв'язку, то число елементарних каналів - волокон - не могло ототожнюватися з числом ступенів свободи хоча б тому, що в ідеальній системі всі канали зв'язку були б завантажені рівномірно.
Розглядаючи пропускну здатність зорової системи в цілому, правильніше було б ототожнити число ступенів свободи з тими накопичувальними осередками мозку, до яких сходяться сигнали з периферії зорового аналізатора. Однак нам, по суті, нічого не відомо про цих накопичувальних комірках, і для оцінки того, що треба вважати числом ступенів свободи, доводиться знову звертатися до припущень. Як буде показано далі, можна припустити, що число ступенів свободи зорової системи в цілому пропорційно роздільної здатності зору.
Роздільна здатність зору обернено пропорційна мінімальному куті, при якому ще можливе вирішення двох сусідніх об'єктів. Отже, вона визначається ефективним розміром рецептивного поля в даних умовах спостереження. На рис. 55 показана залежність гостроти зору і величини, обернено пропорційною діаметру зони повної сумації, від освітленості (Schonwald, 1941).
Рис. 55. Залежність гостроти зору (2-4) і величини, зворотної діаметру зони повної сумації (1), від освітленості.
2,4 - гострота зору, навмисна при білому світі Шобером і Кенігом; 3 - гострота зору, виміряна при світлі ртутної лампи Шобером.
Число зон повної сумації або рецептивних полів в даній ділянці сітківки приблизно пропорційно квадрату гостроти зору в ньому. Може бути висунуто заперечення, тому що число ступенів свободи слід було б прийняти пропорційним квадрату роздільної здатності, а не її першого ступеня. Однак це заперечення ґрунтувалося б на зіставленні числа ступенів свободи з числом рецептивних нулів сітківки. Як ми вже відзначили, таке зіставлення, незважаючи на свою зовнішню наочність, не має ніякого сенсу. В основі такого зіставлення лежить поверхневий і неправильне уявлення про те, що запис інформації, що міститься в зображенні, подібна за своїм виглядом цьому зображенню. Це було б вірно лише в застосуванні до найпростішої багатоканальної системи, що складається із сукупності незалежних волокон, поелементно відтворюють всі зображення на приймальній стороні.
З іншого боку, ми вже мали багато випадків переконатися в тому, що елементами зорового сприйняття є лінії, а не площі. Основна частина інформації про зображення укладена в контурах, а не площах між контурами. Зорова система в першу чергу виділяє саме контури. Нагадаємо, що на тих «поверхах» зорової системи, де відбувається статистичне кодування, основною функцією рецептивних полів є виявлення і розрізнення контурів. Тому гіпотеза про пропорційності числа ступенів свободи, а стало бути і про пропорційності кількості інформації, першою мірою роздільної здатності здається природною.
Надалі ми наведемо експериментальні факти, що підтверджують правильність цієї гіпотези.
Отже, будемо вважати, що два входять у формулу (62) параметра можуть бути визначені з досвіду з точністю до постійного множника: Рс пропорційно It при t<tкр і пропорційно I при t>tкр; пропорційно роздільної здатності, яку надалі будемо позначати V (visus).
Що стосується Рш, то цей параметр зорової системи не може бути виміряний безпосередньо. Його величина пов'язана як з квантовими флуктуаціями, так і власними шумами зорової системи. Вона може, взагалі кажучи, перевершувати порогові величини, і прирівняти її порогами було б неправильно. Як це буде видно з подальшого, величина середньої потужності шуму Рш може бути побічно визначена при експериментальному дослідженні пропускної здатності зорової системи.
Досі ми розуміли під З гранична кількість інформації, яке може бути передано через зоровий канал за один цикл його роботи. Механізм виникнення цих циклів пов'язаний з явищем стирання, що призводить систему до початкового стану перед черговим циклом. В основі цього явища, мабуть, лежить процес гальмування.
Деякі уявлення про стирання в сітківці можуть бути отримані при електрофізіологічному дослідженні відповідей поодинокого волокна зорового нерва і всієї сітківки в цілому (ЕРГ) на миготіння світла. Як показав Граніт (Granit, 1947), критична частота злиття миготінь у сітківці I-типу (тобто гальмівного типу, див. стор 33) велика в порівнянні з сітківкою Е-типу. Крім того, вона збільшується при підвищенні інтенсивності миготить світла. В I-сітківці у відповідь на спалах світла перед порушенням розвивається так зване «предвозбудительное гальмування». Воно стирає збудження від попереднього спалаху світла і дозволяє розвиватися новому порушення у відповідь на таку спалах. Чим більше інтенсивність діючого світла, тим швидше виникає гальмівний процес і тим він сильніший. Отже, при збільшенні інтенсивності миготить світла збільшується число циклів. В Е-сітківці критична частота мерехтіння мала, так як вона визначається в основному не ефективним стиранням, а загасанням збудження.
Існування стирання в зоровій системі підтверджується явищем метаконтраста (Baumgardt a. Segal, 1947; Alpern, 1953). Ми не будемо тут детально розглядати це складне явище, що складається в зменшенні видимої яскравості тест-спалахи, якщо на сусідню ділянку сітківки через 75-110 мсек. наноситься інше світлове роздратування. Можна підібрати таке співвідношення яскравостей спалахів та проміжків між ними, що перший спалах взагалі не буде помічена. Вона як би стирається подальшою.
З= 6 · 106 · log216=24 млн. дв. од./сек.
