Когда глаза вашего ребенка растут, расстояние между зрачком и сетчаткой должно соответствовать фокусирующей силе хрусталика, чтобы изображение на сетчатке было четким. Если это расстояние неправильное, развивается близорукость или дальнозоркость. На основе экспериментов над животными мы знаем, что этот процесс направляет зрительный опыт.
Дети, которые проводят больше времени на свежем воздухе, менее подвержены развитию близорукости. В одном исследовании приводили сравнение 6-летних и 7-летних детей китайского происхождения, живущих в Сиднее, с другими детьми, живущими в Сингапуре. Риск развития близорукости в Сиднее был более чем в 8 раз ниже (3%), чем в Сингапуре (29,1%), несмотря на сходные показатели миопии у родителей (примерно 70% как минимум у одного из родителей). Сиднейские дети в среднем проводили на свежем воздухе до 14 часов в неделю по сравнению с 3 часами в неделю у их сингапурских сверстников.
Не имеет особого значения, чем занимаются дети, когда они находятся на улице. Одно проведенное в США исследование показало, что 2 часа в день на свежем воздухе снижают риск развития миопии примерно в 4 раза (по сравнению с 1 часом или еще меньше). Занятия спортом в помещении не влияют на развитие зрения. Спортивные занятия на улице имеют более сильный защитный эффект для детей с двумя близорукими родителями, чем для детей родителей с нормальным зрением; это показывает, что гены, связанные с развитием близорукости, модифицируют чувствительность детей к внешним факторам (см. главу 4).
Исследователи не знают точно, почему пребывание на свежем воздухе защищает детей от развития миопии. Одно возможное объяснение таково. Яркий дневной свет более эффективен для формирования правильного расстояния между зрачком и сетчаткой. Поскольку наш мозг формировался в условиях, когда каждый ребенок ежедневно проводил много часов на улице, не удивительно, что наши глаза в своем развитии пользуются преимуществом этого опыта. Современный образ жизни может приводить к другим неожиданным последствиям в этом отношении, поскольку мозг вынужден приспосабливаться к миру, сильно отличающемуся о того, в котором возникли наши гены (см. врезку «Предположение: современная жизнь изменяет наш мозг»).
Хотя зрительное восприятие кажется цельным, на самом деле наш мозг собирает картину мира на основе нервной деятельности в десятках взаимосвязанных участках мозга, которые специализируются на конкретных аспектах зрения. Эти участки разделены на две основные группы. Первая из них под условным названием «где» развивается раньше и состоит из коровых зон, отвечающих за восприятие движения и пространства. Во второй группе под условным названием «что» происходит оценка свойств объектов, включая их форму, цвет и распределение. Обе группы получают информацию по цепочке связей, которая начинается на сетчатке глаза и проходит через таламус в первичные и вторичные зрительные области коры. Здесь информация расходится в двух направлениях с участием разных частей коры головного мозга, но между ними происходит активное взаимодействие.
Все эти зоны мозга плохо развиты при рождении, что делает зрительное восприятие новорожденных детей очень несовершенным. Дети не видят того, что видим мы. Новорожденные полагаются в основном на подкорковые сигнальные цепочки, идущие от сетчатки до верхнего холмика (лат. Superior colliculus) в среднем мозге, который контролирует визуальные моторные рефлексы, такие как уклонение от приближающегося предмета, и определенные виды движений глаз.
С развитием зрительной коры на втором месяце жизни контроль от подкорковых цепочек переходит к ней. Этот переход часто бывает не очень гладким. В 2-месячном возрасте у многих детей наблюдается вынужденное созерцание, неспособность оторвать взгляд от чего-то, что привлекло их внимание, иногда в течение получаса. Это затруднение вызвано тем, что зрительная кора блокирует подкорковые команды, управляющие движением глаз. До 2–3-месячного возраста маленькие дети следят за движущимися предметами скачкообразными движениями глаз, которые называются саккадами. Потом развитие зрительной коры позволяет им более плавно отслеживать движущиеся предметы. В первые 3 месяца младенцы также с трудом фокусируют взгляд на отдаленных сценах, поэтому они смотрят на то, что находится рядом (примерно от 20 до 60 см), т.е. обычно на собственное тело и лица родителей.
Зато способность следить за движением развивается у младенцев быстро и эффективно. Дети могут различить мерцание в одном месте почти так же хорошо, как взрослые, уже в возрасте 4 недель. Различение частоты мерцания к 2 месяцам становится таким же, как у взрослых. Для того чтобы определить направление движения, необходимо проводить ассоциации между изменениями в разных точках пространства за определенный интервал времени; эта способность появляется в возрасте около 7 недель. К 20 неделям младенец может различать разную скорость движения. Восприятие крупномасштабных рисунков движения, таких как скольжение капель дождя по ветровому стеклу едущего автомобиля, быстро улучшается в промежутке от 3 до 5 месяцев, а затем продолжает медленно развиваться на протяжении всего детства. Этот аспект восприятия движения страдает при некоторых нарушениях развития, например при дислексии и аутизме.
Зрение у младенцев частично ограничено недостаточным развитием на сетчатке палочек и колбочек – специальных чувствительных клеток, преобразующих свет в нервные сигналы. Колбочки, обеспечивающие восприимчивость к цвету, формируются быстро. Хотя цветное зрение почти отсутствует у новорожденных, 4-месячные младенцы видят цвета так же хорошо, как взрослые. Палочки, которые не различают цвета, но замечают фотоны при плохом освещении (кстати говоря, поэтому мы не различаем цвета в темноте), формируются к 6 месяцам. У новорожденных лучше развито периферийное зрение, а не центральное, поскольку колбочки на периферии сетчатки более зрелые и клетки в этой ее части передают более сильные сигналы в подкорковые зрительные зоны.
Остроту зрения легко определить, так как младенцы предпочитают смотреть на узоры. Исследователи определяют, может ли ребенок отличить узор от сплошного серого фона, судя по тому, предпочитает ли он смотреть на рисунок с узором. К 3-месячному возрасту младенцы все еще в 50 раз менее чувствительны к контрасту, чем взрослые; это значит, что им очень трудно различать оттенки серого цвета. Они как будто смотрят на мир через плотный туман (см. рис.). Эти ограничения объясняют, почему самые популярные игрушки у младенцев имеют контрастную черно-белую окраску.
Для восприятия глубины необходима скоординированная работа обоих глаз. Например, очень трудно продеть нитку в иголку с одним закрытым глазом. Картина окружающего мира, которую видит каждый глаз – правый и левый, – несколько отличается, и разница между этими картинками зависит от размера головы. Мозг обрабатывает визуальную информацию в процессе роста. У новорожденных детей восприятие глубины пространства (перспективы) практически равно нулю. Бинокулярное зрение появляется внезапно, часто на 4-м месяце жизни.
Взрослый человек, который мог бы видеть глазами новорожденного, оказался бы почти слепым.
Начиная с рождения, младенцы интересуются человеческими лицами. Вряд ли можно считать совпадением, что их взгляд лучше всего фокусируется на предметах, расположенных примерно в 20 см, что соответствует расстоянию между лицом ребенка и матери во время кормления. Впрочем, очень маленькие дети имеют приблизительную модель человеческого лица, так как они смотрят почти на любой круглый предмет, имеющий два «глаза» и «рот» и расположенный на соответствующем расстоянии. (Это не удивительно с учетом того, как плохо они видят настоящие лица.) К 4-м или 5-ти месяцам их предпочтения становятся более реалистичными, и дети начинают уверенно отличать лица от других предметов. Вероятно, эта перемена отражает развитие веретенообразной извилины – участка височной доли, который специализируется на распознавании лиц. Такая специализация позволяет любому взрослому человеку превзойти лучшие в мире компьютерные программы при распознавании незначительных различий между человеческими лицами. По всей видимости, предпочтительная активизация веретенообразной извилины при виде человеческих лиц происходит уже у 2-месячных младенцев.
Развитие многих зрительных функций требует накопления определенного опыта во время сензитивного периода (см. главу 5). На ранней стадии развития коры химические маркеры направляют аксоны из каждой зрительной области для иннервации соответствующих целей, где они образуют гораздо больше синапсов, чем будет необходимо мозгу взрослого человека. Потом схемы нервной активности контролируют втягивание «лишних» аксонов и устранение синапсов, осуществляя тонкую настройку связей, которая позволяет нейронам корректно «беседовать» друг с другом. Например, в первичной зрительной коре количество синапсов достигает максимума в 8-месячном возрасте и затем уменьшается. Поскольку разные участки мозга развиваются в разном возрасте, последствия зрительной депривации зависят от времени этого события.
