5 คำตอบสำหรับข้อจำกัดด้านความเร็วของการรับรู้ทางสายตาของมนุษย์

ความเร็วของการรับรู้ทางสายตาของมนุษย์เป็นเรื่องที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ และไม่มีคำตอบเดียวที่แน่ชัด มันขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการพิจารณาความเร็วแบบไหน ในที่นี้เราจะมาวิเคราะห์ 5 แง่มุมที่น่าสนใจของการมองเห็น และให้คำตอบเกี่ยวกับขีดจำกัดความเร็วที่เรารู้ในปัจจุบัน – ขอให้สนุก!

1. ช่วงเวลาที่สั้นที่สุดที่เราสามารถมองเห็นแสงวาบได้คือเท่าไร?

เช่นเดียวกับคำตอบที่น่าสนใจมากมายในทางวิทยาศาสตร์ คำตอบนี้เกิดขึ้นโดยบังเอิญและกลายเป็นสิ่งที่เหนือความคาดหมายของใคร ๆ.

นักบินอวกาศหลายคนในอวกาศรายงานว่าได้เห็นปรากฏการณ์ผิดปกติที่ไม่สามารถอธิบายได้ เป็น จุดแสงและเส้นแสงที่ปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็วแม้กระทั่งขณะหลับตา ปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นทุกๆ สองสามนาที ปรากฏว่าสิ่งที่พวกเขาเห็นคือปรากฏการณ์ที่เพิ่งค้นพบใหม่ที่เรียกว่า อนุภาคคอสมิกพลังงานสูง ซึ่งเป็นมวลที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดในจักรวาลที่เรารู้จัก

อนุภาคแปลกประหลาดเหล่านี้มาจากที่ใดที่หนึ่งในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา แต่สามารถเดินทางด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงมาก จนพลังงานที่จำเป็นในการเร่งความเร็วพวกมันนั้นเกินกว่าสิ่งที่เรารู้จักในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ แม้แต่หลุมดำมวลมหาศาลสองหลุมที่ชนกันก็ยังไม่ใกล้เคียง! เมื่อพวกมันพุ่งชนชั้นบรรยากาศของโลก พลังงานของพวกมันจะถูกเปลี่ยนไปเป็นอนุภาคใหม่จำนวนมหาศาล (E = mc²).

ประเด็นสำคัญก็คือ ที่ความเร็วสูงมากขนาดนี้ เวลาที่ใช้ในการรับรู้ถึงอนุภาคพลังงานสูงเช่นนี้ด้วยสายตาของมนุษย์นั้นอยู่ในระดับ เฟมโตวินาที อย่างแท้จริง หนึ่งในล้านล้านส่วน ของวินาที

ยิ่งแสงวาบสว่างมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งใช้เวลาน้อยลงในการตรวจจับ ในอวกาศมีมลภาวะทางแสงน้อยมาก ดังนั้นความแตกต่างระหว่างแสงและความมืดจึงใกล้เคียงกับค่าสูงสุดที่เป็นไปได้.

อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่มีความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกทางชีววิทยาประสาทของการมองเห็นอนุภาคพลังงานสูง คาดว่าน่าจะเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าเซลล์ประสาทนับล้านเซลล์อาจรับรู้ข้อมูลทางประสาทสัมผัสได้ แต่ยิ่งมีเซลล์ประสาทที่รับรู้น้อยลง การรับรู้ก็จะยิ่งไม่แม่นยำ งานวิจัยบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าดวงตาของเราอาจ ตรวจจับโฟตอนเพียงตัวเดียวแต่เหตุการณ์นี้เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นตามความน่าจะเป็น

2. เราต้องการเฟรมภาพต่อวินาที (FPS) กี่เฟรมจึงจะรับรู้ถึงการเคลื่อนไหวที่ลื่นไหล?

'เฟรมต่อวินาที' หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า 'FPS' เป็นมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเทคโนโลยีการแสดงผลภาพ เช่น จอคอมพิวเตอร์ โทรทัศน์ และกล้องถ่ายรูป และปรากฏว่ามันเป็นมาตรวัดที่มีประโยชน์สำหรับมนุษย์ด้วยเช่นกัน.

คำตอบของคำถามนี้ถูกค้นพบในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 หลังจากการประดิษฐ์ภาพยนตร์ บริษัทภาพยนตร์ในยุคแรกพบว่า 16 เฟรมต่อวินาที (FPS) เป็นความเร็วขั้นต่ำที่สามารถหลอกสมองให้มองเห็นการเคลื่อนไหวบนหน้าจอเป็นแบบต่อเนื่องได้ จากตรงนี้เราจะพอเข้าใจได้ว่าสมองของเราเชื่อมต่อภาพที่แยกจากกันเข้าด้วยกันเป็นภาพเคลื่อนไหวได้อย่างไรที่ความเร็วของภาพยนตร์ (24 FPS) และจอคอมพิวเตอร์ทั่วไป (60 FPS).

อัตราเฟรมนี้ต่ำอย่างน่าประหลาดใจ ตัวอย่างเช่น สัตว์หลายชนิด เช่น นกต้องการเฟรมเรตอย่างน้อย 75 เฟรมต่อวินาทีจึงจะรับรู้การเคลื่อนไหวได้ สำหรับพวกมัน การมองทีวีก็เหมือนกับการดูภาพนิ่งที่แยกจากกันทีละภาพ

ความสามารถของมนุษย์นี้แท้จริงแล้วแสดงให้เห็นถึงบางสิ่งบางอย่างที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับว่าสมองของเราต้องการข้อมูลภาพเพียงเล็กน้อยแค่ไหนในการตีความข้อมูลทางประสาทสัมผัส นี่คือตัวอย่างจากงานวิจัยด้านจิตฟิสิกส์.

อย่างที่คุณเห็น เราสามารถสร้าง แบบจำลองภายใน ของการเคลื่อนไหวได้จากเบาะแสเพียงเล็กน้อยอย่างน่าประหลาดใจ – ศูนย์การมองเห็นของเราทำหน้าที่ประมวลผลส่วนใหญ่แทนเรา!

3. ต้องใช้แสงวาบกี่ครั้งต่อวินาที? ให้มองว่าแสงเป็นแสงต่อเนื่อง.

คำตอบในที่นี้เรียกว่า เกณฑ์ การหลอมรวมการกระพริบ (Flicker Fusion Threshold) ซึ่งมาจากผู้บุกเบิกวงการภาพยนตร์ยุคแรกๆ แม้ว่าเราจะสามารถรับรู้การเคลื่อนไหวได้ที่ 16 เฟรมต่อวินาที แต่การกระพริบของหน้าจอในอัตรานี้ถือว่าทนไม่ได้ นี่คือตัวอย่างจาก ภาพยนตร์เรื่องแรกที่เคยสร้างขึ้น

เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีชัตเตอร์แบบใหม่ที่สามารถกระพริบภาพแต่ละเฟรมซ้ำกันหลายครั้งติดต่อกัน อัตราการกระพริบที่ทำให้รู้สึกสบายตาและแทบไม่สังเกตเห็นได้คือประมาณ 46 ครั้งต่อวินาที.

ดังนั้น ความสามารถของเราในการรับรู้จังหวะของแสงอย่างมีสติ จึงทำงานด้วยความเร็วประมาณสามเท่าของความสามารถในการรับรู้การเคลื่อนไหวในแง่ของเฟรมต่อวินาที กล่าวโดยสรุป เรามีความไวต่อความสว่างมากกว่าการเคลื่อนไหวมาก.

4. เราสามารถรับรู้ถึงการไม่มีแสงได้เร็วแค่ไหน?

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เราสามารถตรวจจับแสงวาบสีดำท่ามกลางแสงสว่างต่อเนื่องได้เร็วแค่ไหน? มีการวิจัยในด้านนี้กับผู้คนทั้งวัยหนุ่มสาวและผู้สูงอายุ เพื่อตรวจสอบการเสื่อมถอยของการมองเห็นที่เกิดขึ้นตามอายุ พบว่าการตรวจจับเกิดขึ้นในระดับเวลา 18 มิลลิวินาทีสำหรับผู้ใหญ่ที่อายุน้อย และ 22 มิลลิวินาทีสำหรับผู้สูงอายุ.

นั่นหมายถึงเฟรมเรตระหว่าง 45 ถึง 55 เฟรมต่อวินาที เมื่อเฟรมมืด 1 เฟรมแทบจะไม่สังเกตเห็น หรือไม่มีการกระพริบ ข้อควรระวังคือ นี่เป็นค่าเฉลี่ย แต่ผลลัพธ์ของแต่ละบุคคลแตกต่างกันอย่างมาก.

แม้ในกลุ่มตัวอย่างขนาดเล็ก ผู้เข้าร่วมบางคนก็สามารถมองเห็นแสงวาบสีดำเพียงครั้งเดียวท่ามกลางแสงวาบ 500 เฟรมต่อวินาที (หรือ 2 มิลลิวินาที) ซึ่งถือว่าเร็วมาก เมื่อเทียบกับการกระพริบตาซึ่งใช้เวลา 100-400 มิลลิวินาที ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเรามักมองข้ามไป.

5. เราต้องดูฉากนั้นนานแค่ไหนถึงจะสามารถระบุได้ว่าเป็นฉากอะไร?

งานวิจัยในปี 2014 เกี่ยวกับการจดจำภาพอย่างรวดเร็วพบว่า เราสามารถตรวจจับฉากเฉพาะได้ในระยะเวลาที่สั้นกว่าที่เคยคิดไว้มาก ในการทดลองที่แสดงภาพต่างๆ ที่สุ่มขึ้นมา (เช่น บ้าน สุนัข ป่า ฯลฯ) อย่างรวดเร็วต่อเนื่องกัน ผู้เข้าร่วมการทดลองสามารถจดจำหรือระลึกถึงฉากเฉพาะได้ในเวลาเพียง 13 มิลลิวินาที.

นั่นหมายความว่าคุณสามารถเห็นภาพที่แตกต่างกัน 75 ภาพในหนึ่งวินาที และสามารถบอกได้อย่างค่อนข้างแม่นยำว่าภาพนั้นๆ ปรากฏอยู่หรือไม่ คุณสามารถดูด้วยตัวคุณเองว่ามันเร็วอย่างน่าทึ่งแค่ไหน.

ที่น่าสนใจคือ นี่ไม่ใช่ขีดจำกัดสูงสุด แต่เป็นเพียงความเร็วสูงสุดที่นักวิจัยสามารถแสดงภาพได้ในขณะนั้น.

เอาล่ะ นั่นก็จบลงแล้ว หวังว่าคุณจะได้เรียนรู้ว่าการมองเห็นของมนุษย์นั้นลึกซึ้งและลึกลับกว่าที่คุณเคยคิด และมันน่าทึ่งอย่างแท้จริง หากคุณต้องการศึกษาเพิ่มเติม วิดีโอ YouTube ที่ยอดเยี่ยมจาก TechLaboratories จะอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติม