Как пульсация освещения и мерцание монитора действуют на зрение и мозг человека

Восприятие световых пульсаций органами зрения человека.

Раздражителем для органов зрения человека является свет. За восприятие света в глазу человека отвечают фоторецепторы – палочки (черно-белое изображение при низкой освещенности) и колбочки (цветное изображение при достаточной освещенности). Под воздействием света, в них происходит распад белков родопсина и йодопсина, вызывающий нервные импульсы, передающиеся в зрительную кору головного мозга, где и происходит обработка зрительной информации.
Зрение человека делится на центральное и периферическое. Если центральное зрение отвечает за детальный анализ изображения, то, в ходе эволюции, периферическое зрение отвечало за обнаружение предметов и отслеживание их перемещения. Поэтому от центра к краю сетчатки глаза падает острота зрения, и одновременно увеличивается чувствительность к передвижению и мельканию объектов. Это можно легко проверить, если отвести глаза от экрана монитора в сторону, тем не менее, оставив его в периферическом поле зрения. Очень часто, в этом случае, можно заметить мерцание изображения на экране. Аналогичным образом можно визуально зафиксировать пульсацию люминесцентных светильников. 
Считается, что человеческий глаз способен воспринимать изменения в визуальной информации, частота которых не превышает 30-80 Гц (зависит от индивидуальных особенностей человека, окружающих условий, интенсивности и спектрального состава светового потока). Выше этой частоты мерцания уже не воспринимаются человеком визуально. Этот параметр называется критической частотой слияния мельканий (КЧСМ) и эффект слияния широко используется в кино, стробоскопии и пр.
Необходимо отметить, что для периферического зрения КЧСМ выше, чем для центрального – поэтому мерцания, поступающие с периферии поля зрения, ощущаются на более высоких частотах.
Видимое мерцание света, воспринимаемое человеком, безусловно, оказывает негативное влияние на самочувствие и зрение. Тем не менее, поскольку оно ощущается визуально, то организм человека пытается адаптироваться или противодействовать ему, принуждая ограничить время такого неблагоприятного воздействия (например, неприятные ощущения при разглядывании мерцающих объектов).
А как реагирует зрение и мозг человека на пульсации света, частота которых выше критической частотой слияния мельканий и представляют ли они из себя какую-то опасность? И не являются ли эти световые пульсации причиной ухудшения самочувствия у людей, проводящих много времени перед монитором компьютера или в помещениях с некачественным освещением?
Существует множество исследований, доказывающих, что рецепторы в глазу человека воспринимают световые колебания с частотами до 300 Гц (некоторые источники утверждают, что и до 10 кГц, но эти цифры вызывают сомнения).

Влияние пульсаций света на биоритмы мозга.

Еще в 60-х годах ХХ века в журнале «Светотехника» (№5, 1963г.) была опубликована работа (Ильянок В.А, Самсонова В.Г.) «Влияние пульсирующих источников света на электрическую активность мозга человека». В одном из экспериментов ученые снимали электроэнцефалограммы (ЭЭГ) электрической активности мозга у группы испытуемых во время просмотра ими светового экрана, на который периодически подавались невидимые глазом пульсации света, частотой 120 Гц. На Рис.1а представлена ЭЭГ (1) и ее частотный спектр (2) снятые у испытуемых в темноте. На Рис.1б представлена ЭЭГ (1) и ее частотный спектр (2) у испытуемых, которые смотрели на источник света с невизуальными пульсациями, частотой 120 Гц. На полученных электроэнцефаллограммах четко виден пик активности мозга, частотой 120Гц, вызванный световыми пульсациями экрана. Амплитуда этого пика зависит от уровня пульсации источника света. При превышении определенного уровня пульсаций этот навязанный пик начинал угнетать естественные биоритмы головного мозга (см. Рис.1).

Влияние мерцаний монитора и пульсации искусственного освещения на биоритмы мозга

Рис.1. Влияние пульсаций светового потока, частотой 120 Гц на биоритмы мозга человека.
Мы видим, что свет с высокочастотными пульсациями детектируется зрительными рецепторами человека. При этом он не обрабатывается как визуальная информация, а напрямую воздействует на супрахиазматические клетки, парвентрикулярные ядра гипоталамуса и шишковидную железу. Это непосредственно влияет на гормональный фон человека, на циркадные (суточные) ритмы и, связанные с ними эмоциональное самочувствие, работоспособность, утомляемость и т.д. 
Результаты проведенных экспериментов показали следующее:

• мозг человека воспринимает пульсации света, не ощущаемые визуально (как по частоте, так и по амплитуде);
• пульсации света, частотой выше 100Гц, начинают влиять на работу мозга уже при глубине 2-3%;
• пульсации, глубиной больше 20%, дают тот же эффект, что и 100% пульсации;
• при уровне мерцаний больше 5-8% и при частотах 100Гц и более, нормальная работа мозга нарушается;
• мозг способен усваивать до четырех частот световых пульсаций одновременно, которые оказывают комплексное воздействие на работу мозга;
• мозг не воспринимает пульсации света, частотой выше 300Гц.

Наличие больших уровней высокочастотных пульсаций приводит к перегрузке всего зрительного тракта человека ввиду того, что организм не успевает среагировать и адаптироваться к значительным изменениям уровня светового потока за короткие промежутки их воздействия.
Итак, можно сделать следующие выводы:

• видимые низкочастотные пульсации светового потока вызывают зрительный дискомфорт, зрительное и общее утомление,
• невидимые пульсации светового потока при уровнях выше 5-8% вызывают перегрузку зрительного тракта и нарушают нормальную работу мозга, приводят к переутомлению и расстройству естественной электрической активности мозга.

Эти выводы подтверждаются тем, что большинство людей, которые подолгу находятся в помещениях с пульсирующим искусственным освещением или работают за мерцающим монитором, отмечают у себя следующие симптомы:

• боли в глазах;
• усталость глаз;
• повышенный уровень утомления;
• сухость, "песок" и боли в глазах;
• покраснение и слезливость глаз;
• потеря концентрации и понижение внимания;
• общее снижение работоспособности

Вред здоровью от воздействия мерцающих источников света уже давно известен и существуют санитарные нормы на допустимые уровни и частоту пульсаций светового потока.
Самым распространенным источником световых пульсаций является мерцание подсветки монитора компьютера, ноутбука, планшета и т.п.

Причины мерцания экрана монитора ноутбука или компьютера.
Кроме мерцания изображения экран компьютера или ноутбука имеет еще целый ряд факторов, негативно влияющих на здоровье человека, среди которых некомфортные уровни яркости, небольшая глубина черного цвета, качество изображения, ультрафиолетовое излучение.