การเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตา

ประวัติคำภาษาอังกฤษ

คำภาษาอังกฤษว่า binocular มาจากรากศัพท์ภาษาละตินสองคำ คือ bini แปลว่า คู่ และ oculus แปลว่า ตา

ขอบเขตการเห็นและการขยับตา

สัตว์บางชนิด ซึ่งปกติจะเป็นสัตว์ถูกล่าแต่ไม่เสมอไป จะมีตาอยู่ทางข้างทั้งสองของศีรษะเพื่อให้มีขอบเขตการเห็นกว้างที่สุด
สัตว์ตัวอย่างรวมทั้งกระต่าย ควาย และแอนทิโลปเป็นต้น
ในสัตว์เหล่านี้ ตาบ่อยครั้งจะสามารถขยับได้อย่างเป็นอิสระเพื่อเพิ่มขอบเขตการเห็น
นกบางชนิดสามารถมองเห็นได้รอบตัวถึง 360 องศาแม้จะไม่ขยับตาเลย 
สัตว์บางชนิด ซึ่งปกติจะเป็นสัตว์ล่าเหยื่อแต่ไม่เสมอไป จะมีตาอยู่ด้านหน้าของศีรษะ ทำให้สามารถมองเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตา ซึ่งลดขอบเขตการเห็นโดยแลกกับการเห็นเป็น 3 มิติ
ถึงกระนั้น ตาที่อยู่ด้านหน้าก็เป็นลักษณะสืบสายพันธุ์ที่ได้วิวัฒนาการมาอย่างพิเศษ ดังนั้น จึงมีกลุ่มสัตว์มีกระดูกสันหลังเพียง 3 กลุ่มที่ยังมีชีวิตอยู่และมีตาที่จัดว่าส่องไปข้างหน้าจริง ๆ รวมทั้งไพรเมต (รวมมนุษย์) สัตว์กินเนื้อ และนกล่าเหยื่อ (รวมทั้งนกอินทรีและเหยี่ยว)
มีสัตว์ล่าเหยื่อบางชนิด โดยเฉพาะที่ตัวใหญ่ เช่นวาฬสเปิร์มและวาฬเพชฌฆาต ซึ่งมีตาอยู่ที่ข้างทั้งสองของศีรษะ แต่ก็ยังเป็นไปได้ว่า พวกมันก็มีเขตลานสายตาที่เห็นด้วยตาทั้งสองเช่นกัน
นอกจากนั้น สัตว์ที่ไม่ใช่สัตว์ล่าเหยื่อ รวมทั้งค้างคาวผลไม้และไพรเมตจำนวนหนึ่ง ก็มีตาส่องไปทางด้านหน้าด้วย
สัตว์เหล่านี้มักจำเป็นต้องรู้ใกล้ไกลเป็นอย่างดี
ยกตัวอย่างเช่น การมองเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาจะทำให้สามารถจับผลไม้ที่ต้องการ หรือมองหาและจับกิ่งไม้ได้ดีขึ้น
ทิศทางหรือมุมมองของจุด ๆ หนึ่งในปริภูมิเทียบกับแนวมองตรงไปข้างหน้าจากตรงกลางศีรษะ เรียกตามภาษาอังกฤษว่า visual direction หรือ version
ส่วนมุมของแนวมองของตาทั้งสองซึ่งบรรจบอยู่ที่จุดตรึงตาข้างหน้าเรียกว่า absolute disparity, binocular parallax, vergence demand หรือแค่ vergence
ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปร 3 อย่างคือตำแหน่งของตาทั้งสอง version และ vergence จะกำหนดโดยกฎ Hering's law of visual direction
 
ในสัตว์ที่มีตามองไปข้างหน้า ตาทั้งสองมักจะขยับคู่กัน
การขยับตาอาจเป็นทางเดียวกัน (conjunctive) ที่เรียกว่า version eye movement โดยแบ่งเป็นประเภทต่าง ๆ รวมทั้ง
saccade, smooth pursuit, nystagmus, และ vestibulo-ocular reflex
หรืออาจไปในทางตรงกันข้าม (disjunctive) ที่เรียกว่า vergence eye movement
ความสัมพันธ์ระหว่างการขยับตาไปในทางเดียวกันหรือทางตรงกันข้ามกันในมนุษย์ (และในสัตว์ส่วนมาก) อธิบายได้โดยกฎ Hering's law of equal innervation
สัตว์บางชนิดสามารถใช้ตาได้ทั้งสองแบบ
ยกตัวอย่างเช่น นกเอี้ยงและนกกิ้งโครงมีตาทางด้านข้างซึ่งทำให้มีขอบเขตการเห็นกว้าง แต่ก็สามารถขยับตาทั้งสองด้วยกันไปทางด้านหน้าเพื่อมีส่วนที่เห็นร่วมกัน และทำให้เห็นภาพ 3 มิติ
อีกตัวอย่างที่หน้าทึ่งก็คือ
กิ่งก่าคาเมเลียนที่มีตาบนแป้นหมุน โดยแต่ละตาจะขยับขึ้นหรือลง ซ้ายหรือขวาได้อย่างเป็นอิสระ 
แต่ก็ยังเล็งตาไปทางวัตถุเดียวกันเมื่อกำลังล่าเหยื่อได้ด้วย

การรวมข้อมูลจากตาทั้งสองข้าง (Binocular summation)

การรวมข้อมูลจากตาทั้งสอง (Binocular summation) 
เป็นกระบวนการที่ลดขีดเริ่มเปลี่ยนของการเห็นสิ่งเร้าเมื่อใช้ตาทั้งสองแทนตาข้างเดียว
มีปรากฏการณ์ที่เป็นผลหลายอย่างเมื่อเปรียบการเห็นด้วยสองตาเทียบกับการเห็นด้วยตาเดียว
การรวมภาพจากสองตาทางประสาท (Neural binocular summation) เกิดเมื่อสมรรถภาพการเห็นด้วยสองตาดีกว่า
การยับยั้งเหตุมองด้วยสองตา (Binocular inhibition) เกิดเมื่อสมรรถภาพการเห็นด้วยสองตาน้อยกว่าเมื่อมองด้วยตาข้างเดียว
ซึ่งแสดงนัยว่า ตาที่ไม่ดีจะมีผลต่อตาดี และมีผลต่อการเห็นโดยรวม
การรวมข้อมูลจากตาทั้งสองจะถึงขีดสูงสุดถ้าตาทั้งสองข้างดีพอกัน
ตาที่ดีไม่พอกันจะเห็นได้ดีลดลง
มีโรคตาต่าง ๆ ที่เกิดจากตาดีไม่เท่ากัน เช่น ต้อกระจกข้างเดียว (unilateral cataract) และตามัว
ปัจจัยที่มีผลต่อการรวมภาพจากตาทั้งสองรวมทั้งความละเอียดของภาพ (spatial frequency) จำนวนจุดจอประสาทตาที่ได้สิ่งเร้า และช่วงระหว่างเวลาที่เห็นสิ่งเร้า

การเห็นเป็นภาพเดียว

ถ้าขอบเขตการเห็นของตาทั้งสองคาบเกี่ยวกัน มีโอกาสที่จะสับสนภาพของวัตถุเดียวกันที่มาจากตาซ้ายและขวา
ซึ่งสมองอาจจัดการโดยสองวิธี คือ การระงับภาพจากตาหนึ่ง (suppression) โดยสมองจะให้เห็นแค่ภาพเดียว หรือว่าการรวมภาพทั้งสองเป็นภาพเดียว
แต่ถ้าเห็นเป็นสองภาพ นี้เรียกว่าการเห็นภาพซ้อน
การรวมภาพจากตาทั้งสอง (ซึ่งภาษาอังกฤษเรียกอย่างสามัญว่า "binocular fusion") จะเกิดในปริภูมิรอบ ๆ จุดที่ตรึงตา
เป็นปริภูมิที่เรียกว่า Panum's fusional area
โดยวัตถุที่อยู่นอกปริภูมินี้ จะเห็นเป็นภาพซ้อน

ความถนัดตา

เมื่อตาแต่ละข้างมองเห็นภาพของตัวเอง ๆ นอกเขตปริภูมิ Panum's fusional area การรวมวัตถุข้างนอกเข้ากับที่อยู่ข้างในก็จะเป็นไปไม่ได้
นี่สามารถเห็นได้เมื่อชี้วัตถุไกล ๆ ด้วยนิ้วมือ
ถ้าตรึงตาดูที่ปลายนิ้ว ก็จะเห็นรูปเดียว แต่จะเห็นวัตถุที่ไกลเป็นภาพซ้อน
ถ้าตรึงตาดูวัตถุที่อยู่ไกล ก็จะเห็นเป็นภาพเดียว แต่จะเห็นปลายนิ้วมือเป็นภาพซ้อน
เพื่อให้ชี้ได้ถูกต้อง ภาพที่มาจากตาข้างใดข้างหนึ่งต้องให้ความสำคัญมากกว่า (คือตาที่ถนัด) โดยไม่สนใจอีกข้างหนึ่ง  (ตาที่ไม่ถนัด)
และตาที่สามารถเล็งมองวัตถุที่ไกลได้เร็วและตรึงอยู่ที่นั่น ก็จะเรียกว่า เป็นตาที่ถนัด (dominant eye)

ภาพ 3 มิติ

ตาทั้งสองมีเขตการมองที่คาบเกี่ยวกันเพราะตาอยู่ที่ศีรษะด้านหน้า ไม่ใช่ด้านข้าง
เขตที่คาบเกี่ยวกันนี้ทำให้ตาแต่ละข้างมองเห็นวัตถุเดียวกันแต่ต่างมุมกันเล็กน้อย
เพราะความคาบเกี่ยวกันนี้ การเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาจึงทำให้สามารถรู้ความใกล้ไกล
เป็นความรู้สึกที่ได้เมื่อมองด้วยสองตาสำหรับคนที่มองเห็นด้วยสองตาได้เป็นปกติ
ภาพเดียวกันที่ตกลงที่จอตาทั้งสองข้างจะต่างกันเล็กน้อยเพราะตำแหน่งของตาที่ต่างกันบนศีรษะ
ความต่างที่สองตา (binocular disparity) เยี่ยงนี้จะให้ข้อมูลหลักอย่างหนึ่งแก่สมองเพื่อใช้คำนวณความใกล้ไกลของสิ่งที่เห็น
การเห็นเป็น 3 มิติมีปัจจัยสองอย่าง คือ ธรรมชาติของสิ่งเร้าที่ให้ข้อมูล 3 มิติ 
และกระบวนการในสมองที่ประมวลข้อมูลนั้น
ระยะห่างระหว่างสองตาของผู้ใหญ่จะอยู่ที่ประมาณ 6.5 ซม.
ความต่างบนจอตา (Retinal disparity) ก็คือความห่างของภาพวัตถุต่าง ๆ ที่ตกลงบนจอประสาทตาด้านซ้ายและขวา ซึ่งให้ข้อมูลความใกล้ไกล
แต่เป็นความใกล้ไกลโดยเปรียบเทียบระหว่างวัตถุต่าง ๆ ไม่ใช่ความใกล้ไกลที่แม่นยำหรือสัมบูรณ์
วัตถุสองอย่างยิ่งใกล้กันเท่าไร ความต่างบนจอตาก็จะเล็กลงเท่านั้น
ถ้าวัตถุห่างกัน ความต่างบนจอตาก็จะใหญ่ขึ้น
ถ้าวัตถุอยู่ใกล้ไกลเท่ากัน ก็จะไม่มีความต่างที่จอตา

Allelotropia

เพราะตาทั้งสองอยู่ในตำแหน่งที่ต่างกันของศีรษะ วัตถุที่มองซึ่งไม่ได้อยู่ที่จุดตรึงตราหรืออยู่บนผิว horopter จะมีทิศทางการเห็น (visual direction) ที่ต่างกันในตาแต่ละข้าง
แต่เมื่อภาพสองภาพที่มองเห็นด้วยตาเดี่ยว ๆ รวมเข้าด้วยกันเป็นภาพเดียว เป็นภาพที่เรียกว่าภาพไซคลอปส์ (Cyclopean image, ตามยักษ์ไซคลอปส์ที่มีตาเดียว) วัตถุที่ว่าก็จะมีทิศทางการเห็นอันใหม่ โดยทั่วไปจะเป็นค่าเฉลี่ยของทิศทางการเห็นจากแต่ละตา
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า allelotropia
ส่วนจุดเริ่มต้นของทิศทางการเห็นใหม่ (ที่มีจุดปลายที่วัตถุ) จะอยู่ประมาณระหว่างตาทั้งสอง ซึ่งเรียกว่า ตาไซคลอปส์ (cyclopean eye)
ตำแหน่งของตาไซคลอปส์ปกติจะไม่ได้อยู่ระหว่างตาทั้งสองพอดี แต่มักจะอยู่ใกล้ตาที่ถนัดมากกว่า

การแข่งขันระหว่างสองตา

เมื่อมีภาพที่ต่างกันสองภาพแสดงให้ตาแต่ละข้างในเขตการเห็นเดียวกัน จะมีการรับรู้ภาพข้างหนึ่งพักหนึ่ง แล้วสลับไปยังอีกภาพหนึ่ง แล้วกลับไปอีกภาพหนึ่งเรื่อย ๆ ตราบที่ยังสนใจดูภาพอยู่
การสลับการรับรู้ระหว่างภาพจากสองตาเรียกว่า การแข่งขันระหว่างสองตา
มนุษย์มีสมรรถภาพจำกัดในการประมวลภาพหนึ่ง ๆ อย่างสมบูรณ์
จึงเป็นเหตุให้เกิดปรากฏการณ์นี้นี้
มีปัจจัยหลายอย่างที่มีผลต่อระยะเวลาที่เห็นภาพ ๆ หนึ่ง
รวมทั้งบริบท ความเปรียบต่าง การเคลื่อนไหว รายละเอียด และภาพเนกาทีฟ
งานวิจัยปี 2551 แสดงว่า สีหน้าอาจทำให้ใส่ใจรูปหนึ่ง ๆ เพิ่มขึ้น
เช่น เมื่อแสดงใบหน้าที่ออกสีหน้าที่ตาข้างหนึ่ง และแสดงใบหน้าที่สีหน้าเฉย ๆ อีกด้านหนึ่ง
ก็จะทำให้เห็นใบหน้าที่ออกสีหน้ามากกว่า หรือไม่เห็นใบหน้าที่มีสีหน้าเฉย ๆ เลย