جادوی نور و سینما

تصور کنید در حال پخش فیلم بر پرده نقره ای، در یک سینمای تاریک نشسته اید در همان حین نور تصویر فیلم را بر بوم شبکیه چشم شما ثبت می کند. فوتون ها ذرات ریزی که نور را تشکیل می دهند از اجسام مختلف به سمت چشمان شما حرکت می کنند. در این مقاله درباره چشم صحبت خواهیم کرد از لحظه اول برخورد نور با سطح چشم تا طریقه پردازش این سیگنال توسط مغز توضیحاتی به شما خواهم داد. در انتهای این مقاله شما درخواهید یافت که چطور نور و بینایی با هم تصاویر زنده روزمره را بازتولید می کنند.

بینایی با نور شروع میشه اما شگفتی های دیدن فقط به نور تمام نمیشه همانطور که یک فیلمبردار نور را از داخل لنز عبور داده تا تصویر واضح بر روی سنسور یا نگاتیو ثبت بشه چشمان ما نیز از ساختار های حساسی برای تنظیم نور و وضوح کردن تصویر بهره می برند.

مسیر نور، از جهان به قرنیه

هر تجربه بینایی از نور بیرونی شروع میشه وقتی به صحنه ای که توسط لامپ نئون یا غروب خورشید روشن شده نگاه می کنیم در حقیقت نور این دو منبع به چشم های ما انعکاس یافته که دیدن رو ممکن می کنه.

این نور منعکس شده، عکس جسم را همراه خود دارد مسیر پرتوی نور در چشم از سطح بیرونی آن شروع به اسم قرنیه شروع می شود. قرنیه یک پنجره واضح گنبدی شکل در جلوی چشم است که اولین جاییست که نور با آن برخورد می کند. شکل گنبدی شکل قرنیه کمک می کند که نور ورودی خم شده و به وضوح تصویر کمک کند.

بعد از عبور از قرنیه، نور از محفظه ای که توسط مایه شفاف پر شده عبور کرده و به مردمک می رسد، مردمک همان ورودی سیاه شکل دایره ای مرکز چشمان شماست که می گذارد نور وارد چشمان شما بشود و البته اندازه آن متغیر است و می تواند بسته به میزان نور، باز و بسته شود. دور مردمک را یک حلقه ماهیچه ای رنگی آبی، قهوه ای یا سبز به اسم عنبیه گرفته است. عنبیه به مانند دیافراگم لنز عمل می کند و و ظیفه کنترل میزان نور ورودی به مردمک را دارد. در محیط های روشن عنبیه با منقبض کردن مردمک، و در محیط های تاریک با منبسط کردن آن میزان نور ورودی به مردمک را کنترل می کند.

بعد از عبور از مردمک، نور وارد حفره های داخلی چشم میشه اینجا میزان نور برای ثبت تصویری مناسب بر روی شبکیه تنظیم شده و مرحله ثبت و وضوح شروع می شود.

بیشتر بخوانید: نور چیست؟ فیزیک دیدن و روشنایی

آناتومی چشم، قرنیه، زلالیه ، عدسی، زجاجیه

درون چشم ساختار های متعددی برای هدایت و متمرکز کردن نور کار می کنند بعد عبور از قرنیه، نور بلافاصله از زلالیه عبور می کند زلالیه همان ماده شفافیست که پشت قرنیه را پر کرده است، زلالیه علاوه بر تغذیه چشم، فشار لازم برای حفظ شکل کره چشم را حفظ می کند در حالی که تداخلی با نوری که از میانش می کند ندارد.این مایه شفاف، چاله کوچکی برای نور است که قبل از رسیدن به لنز چشم باید از آن عبور کند.

بعد از این مرحله، پرتوی نور به عدسی چشم می رسد.عدسی یک ساختار منعطف و شفاف است که دقیقا پشت مردمک قرار دارد و با همراهی قرنیه به متمرکز کردن نور بر شبکیه کمک می کند. متمرکز کردن نور باعث می شود که اجسام در فواصل متفاوت به وضوح دیده شوند عملکرد عدسی به مانند خود لنز در دوربین عکاسیست و با تغییر فوکوس می تواند تصاویر را بهتر و شفاف تر کند. ماهیچه های کوچکی به اسم ماهیچه های مژگانی به عدسی متصل هستند که می توانند شکل عدسی را ضخیم و نازک کنند . این فرآیند که اسم تطابق خوانده می شود به صورت انعکاسی اتفاق می افتد و باعث می شود عدسی برای تمرکز بر اجسام نزدیک برآمده شود و برای متمرکز شدن بر اجسام دور شکل تخت پیدا کند. می توانید عملکرد عدسی را با نگه داشتن یک انگشت نزدیک صورت خود و سعی در نگاه کردن به اجسام دورتر مشاهده کنید که به سرعت زیاد چشم تغییر ناحیه فوکوس میده و تصویر دورتر را بر شبکیه متمرکز میکنه.

بعد از عدسی محفظه وسیعی که با یک ماده ژل مانند به اسم زجاجیه پر شده است قرار دارد. زجاجیه اکثر حجم چشم را تشکیل داده و به شکل گرد چشم کمک می کند. کاملا شفاف است و اجازه می دهد نور بدون دستکاری از بین آن عبور کند البته بدلیل عبور از این ماده ژل مانند سرعت آن به قدری کاهش پیدا می کند با اینحال نور مسیر مستقیم خود را لایه حساس پشت چشم طی می کند.

تمام این اجزا، قرنیه، زلالیه و عدسی و زجاجیه سیستم اپتیکال چشمان شما هستند این اجزا باعث می نشد که تصویر بیرونی کوچک شده و به صور واضح بر پشت چشم بیفتد اگر هر بخش این سیستم دچار مشکل شود تصویر نهایی محو شده یا وضوح دیدن کاهش پیدا می کند.

بیشتر بخوانید: لنز های اولیه در عکاسی

شبکیه، میله ها، مخروط ها و تشکیل عکس

شبکیه یک لایه حساس در دیواره پشتی چشم است که به مانند سنسور دوربین سیگنال نوری بر آن تابانده می شود. وظیفه شبکیه به مانند سنسور دوربین این است که نور تابانده شده را توسط سلول های گیرنده نور به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند که توسط مغز بازخوانی و فهمیده شود.

شبکیه از میلیون ها سلول های گیرنده نور که اکثرا مخروط و میله هستند تشکیل شده است مخروط و میله سلول هایی هستند که نور را دریافت می کنند میله ها به شدت به میزان نور حساسند و در نور کم عملکرد عالی دارند و باعث دید محیطی و بینایی در تاریکی می شوند. با اینحال میله ها توانایی دید رنگی ندارند در زیر نور ستاره ها و ماه معمولا فقط میله های شما فعال هستند بخاطر همین شما فقط سایه هایی از خاکستری را در محیط روشن شده توسط این منابع نور میبینید.. شبکیه چشم شما حدود صد میلیون میله دارد که باعث می شود حتی نور کم نیز باعث ایجاد دیدن بشود.

بیشتر بخوانید: نقش سایه در سینما

از طرف دیگر مخروط ها به نور بیشتری برای فعال شدن نیازمندند که باعث می شود ما همه چیز را رنگی و با وضوح ببینیم. انسان ها سه دسته سلول مخروطی متفاوت قرمز، سبز و آبی دارند که هرکدام به یک طول موج حساس هستند و باهمدیگه باعث میشند که طول موج های مختلف نور را ببینیم. نسبت به میله ها، تعداد مخروط ها خیلی کمتر است و حدود 6 میلیون مخروط در شبکیه چشم موجود است که اکثرا در حفره مرکزی چشم گرد آمده است. به لطف مخروط ها ما رنگ ها را دیده و به لطف میله ها ما در تاریکی نیز بینایی داریم.

وقتی نور متمرکز شده به شبکیه برخورد میکنه این سلول های گیرنده نور رو تحریک کرده و باعث فرستادن سیگنال های الکتریکی به مغز میشه. تمام این سیگنال ها روی همدیگه در هر لحظه تصویری که بر شبکیه افتاده را ترسیم میکنه جالبه بهتون بگم که تصویر بر روی شبکیه به صورت وارونه ثبت میشه که مغز آن را در هنگام تصویر سازی دوباره وارونه می کند.

در شبکیست که مسیر نور تبدیل به سیگنال عصبی میشه. گیرنده های عصبی بعد دریافت و ارسال سیگنال عصبی، اطلاعات بینایی را از طریق سلول های گانگلیون و سلول های دو قطبی ، از چشم خارج کرده و به مغز منتقل می کنند. تمام اطلاعات عکس از رنگف روشنایی، سیاه ها و الگو ها در بسته عصبی به مغز فرستاده شده و در مرحله نهایی در عصب چشمی به بخش بینایی مغز می رسد.

بیشتر بخوانید: تکامل رنگ در سینما

اتصال به مغز، عصب چشمی و قشر بینایی

مجموعه عصب های شبکیه در پشت چشم به هم میپیوندند تا عصب بینایی را تشکیل می دهند که این عصب وظیفه انتقال اطلاعات بینایی را به مغز دارد. این عصب با بیش از یک میلیون فیبر عصبی سیگنال الکتریکی را از کل شبکیه به غیر یک نقطه کور، که همان نقطه ایست که عصب بینایی از چشم خارج می شود به مغز ارسال می کند.ما معمولا متوجه این نقطه کور در بینایی خود نمی شویم چرا که مغز جای خالی را پر می کند.

سیگنال های عصبی دو چشم در کیاسمای بینایی با هم تلاقی کرده و سپس به تالاموس مغز می رود و در نهایت از آنجا به قشر بینایی در پشت مغز جایی به که قطعه اکسیپیتال یا پشتی معروف است می رسد. این قشر همانجاییست که اطلاعات بینایی را تفسیر کرده و باعث بینایی ما می شود. اگر چشم را به مانند دوربین ببینیم، قشر بینایی کامپیوتر داخل دوربین است که متوجه تصویر می شود و آن را به صورت اطلاعات ذخیره می کند.

در قشر بینایی، مغز با سرعت زیادی اطللاعات را آنالیز می کند و سیگنال های الکتریکی را به صورت شکل، رنگ حرکت و عمق تفسیر و بازسازی می کند. اعصاب قشر میانی به محرک های مشخصی جواب می دهند بعضی سلول ها وقتی متوجه مرز یا خط یا جهت بشند فعال می شند بعضی ها به حرکت حساسند و بعضی ها به رنگ ، و در نهایت همه این تصویر وارونه شده تا دید نرمال ما بدست آید. همه این پردازش در کمتر از ثانیه انجام می شود که این سرعت یک دهم ثانیه بعد از برخورد نور به شبکیه است. این عملکرد به ما نشان می دهد در حقیقت ما اجسام را به طور مستقیم نمیبینیم بلکه آن ها را درک می کنیم از شکل چهره یک دوست، تا رنگ هایی مثل قرمز یا نارنجی، یا شکل میوه ها همه آن ها به سرعت پردزاش مغز ما و نوع درک آن بستگی دارند. همکاری بین چشم و مغز سنگ‌بنای نروساینس بیناییست، چشم سیگنال را می گیرد و مغز بعد تفسیر دیدن را ممکن می کند.

چشم به عنوان دوربین طبیعت

اولین دوربین هایی که بشر خلق کرد تحت تاثیر عملکرد چشم طراحی شده بودند و شباهت های زیادی بین عملکرد دوربین های امروزی با عملکرد چشم موجود است که در زیر بخشی از آن را اشاره می کنیم

• لنز دوربین معادل قرنیه چشم و عدسی: یک دوربین از لنز شیشه ای برای متمرکز نور بر روی فیلم یا سنسور استفاده می کند، چشم انسان نیز از قرنیه برای متمرکز کردن نور و عدسی برای خم کردن آن استفاده می کند.چشم با تغییر شکل در عدسی فاصله فوکوس را تغییر داده و اجسام متفاوت را با وضوح بیشتر مشاهده می کند.سیستم فوکوس اتوماتیک چشم شما به مراتب سریعتر از هر لنزی عمل می کند.
• دیافراگم و مردمک:  در عکاسی، دیافراگم یک دروازه ورودی قابل تنظیم است که میزان نور ورودی به دوربین را کنترل می کند در چشمان شما، مردمک به اندازه های متفاوتی باز می شود. عضلات عنبیه با منقبض و منبسط کردن مردمک، نور ورودی به چشم را کنترل می کنند از یک محیط تاریک وارد محیط پر نور شوید به سرعت مردمک چشمان شما بسته می شود. مردمک با اینکار از شبکیه محافظت می کند و در محیط های تاریک با باز شدن باعث ورود نور بیشتر به شبکیه می شود.
• سنسور دوربین و شبکیه:  دوربین، تصاویر را با سطوح حساس به نور ثبت می کند، شبکیه محیط حساس به نور چشم است که به مانند دوربین اطلاعات یبنایی را ثبت می کند، البته شبکیه بر خلاف سنسور دوربین قبل فرستادن اطلاعات به مغز کمی آن را دستکاری کرده و نقش فعالی نه فقط در ثبت اطلاعات بلکه تغییر ایجاد کردن در آن دارد.

در مقاله تولد سینما توضیح دادم که سینما از پحش سریع عکس ها به وجود آمده است و با ایجاد توهم بینایی در هر ثانیه معمولا 24 عکس پخش می شود که این باعث می شود هر عکس به میزان 1/30 ثانیه بر روی چشم باقی بماند. مغز و چشم ما دقیقا با همین روش کار می کنند و بخاطر همین است که چشم به هم زدن های ما مثل سیاهی به نظر نمی رسد چرا که هر عکس تولید شده برای مدت زمانی کوتاهی بر مغز باقی می ماند تا دو عکس با سرعت در هم ترکیب شده و انتقال بدون قطعی صورت گیرد.

شگفتی بینایی

نور رهگذری کوتاه‌اقامت، از دروازه‌ی چشم عبور می‌کند و با ایجاد واکنش زنجیره ای، به دیدن معنا می بخشد. هر آنچه در برابر نگاه می‌ایستد، در یک لحظه به زبان الکتریسیته برگردان می‌شود و بی‌وقفه، تصاویر پراکنده به رشته‌ای پیوسته بدل می‌گردند و مبدل به فیلمی می شود که روزانه در اتاق تدوین مغز نمایش می‌یابد. چشم، هم دوربین است و هم پروژکتور؛ مغز، هم تدوینگر است و هم کارگردان. و چون شالوده‌ی این سینما چیزی جز هم‌آغوشی نور و سایه نیست، پایان طبیعی روایت، همان جمله معروف تولستوی است: «تمام تنوع، تمام جذابیت، تمام زیبایی زندگی از نور و سایه تشکیل شده است.»