untitled

siatkówka

naczyniówka

twardówka

rogówka

źrenica

soczewka

tęczówka

ciało rzęskowe

plamka żółta

plamka ślepa

żyła i tętnica oczna

ciało szkliste

nerw wzrokowy

plam

twardówka

Trochę teorii

Eksper

ymentuj!

bserwowanie tego, co dzieje się
wokół nas, nie wymaga wiele

wysiłku. Ot, po prostu rzucamy okiem.
Jednak nasz mózg cały czas intensyw-
nie pracuje, bowiem to on decyduje
o tym, co naprawdę widzimy.

Oko jest pierwszym odbiorcą wrażeń

wzrokowych. Fotony światła padają na
część oka zwaną siatkówką, zbudowa-
ną z ok. 105 mln światłoczułych recep-
torów. Blisko 100 mln z nich to pręciki
odpowiadające za tzw. widzenie nocne
i rozpoznawanie kształtu oraz ruchu.
Czopki (ok. 5 mln) odpowiadają za
widzenie dzienne i rozróżnianie barw.
Siatkówka kontaktuje się z mózgiem
za pomocą blisko miliona komórek
nerwowych, z których każda oplata
wypustkami (dendrytami) niewielki
fragment siatkówki. Wypustki te spla-
tają się w jeden gruby nerw wzrokowy,
który przesyła odebrane informacje do
mózgu. Dane te są następnie przetwa-
rzane, przy czym proces ten można
podzielić na kilka etapów.

Informacja z siatkówki trafia naj-

pierw do tylnej części mózgu, zwanej
pierwotną korą wzrokową. Tu docho-
dzi do podstawowej analizy obrazu,
przede wszystkim do określenia jego
kształtu. W kolejnym etapie informa-
cja wędruje równolegle do dwóch

albo odwrócą obraz do góry nogami
– proste czynności, np. chodzenie po
krętej linii, stają się wówczas bardzo
trudne. Dlaczego tak się dzieje?

Mózg otrzymuje pomniejszony i od-

wrócony obraz świata. Lata doświad-
czeń i połączenie obrazu z informacja-
mi dostarczanymi przez inne zmysły
uczą mózg poprawnego widzenia
rzeczywistości. Dzięki temu nie sprawia
nam większych problemów interpre-
towanie obrazu, łączenie widzianego
obiektu z innymi jego charakterystyka-
mi, takimi jak dźwięk czy zapach, oraz
poruszanie się wśród różnych przed-
miotów. Nie wprawia nas w zdumienie
na przykład to, że kiedy poruszamy
się, wszystkie obiekty wokół nas po-
ruszają się w polu naszego widzenia
od środka do zewnątrz, zmieniając
jednocześnie rozmiary.

W przypadku „magicznych” oku-

larów oszustwo dokonuje się między
przedmiotem a okiem. O ile mózg jest
przyzwyczajony do naturalnej defor-
macji obrazu wynikającej z anatomii
oka, nowe zmiany powodują rozprzę-
żenie funkcji, których działania sobie
nie uzmysławiamy. Właśnie dlatego
tak trudno po założeniu „magicznych”
okularów wykonać nawet najprostsze
czynności.

rejonów, z których górny określa,
GDZIE się znajduje, a dolny pozwala
przeanalizować, CZYM jest obser-
wowany przedmiot, w tym również
rozpoznać jego BARWĘ.

Pojedyncza komórka nerwu wzro-

kowego „widzi” tylko maleńki wy-
cinek obrazu (pochodzący z recep-
torów w siatkówce, z których ko-
mórka ta odbiera sygnały). Mózg
musi zatem złożyć w całość impulsy
z różnych części siatkówki. Dopiero
złożenie wszystkich bodźców po-
zwala zobaczyć cały obraz. Po ana-
lizie co i gdzie widzimy, następuje
identyfikacja przedmiotów. Działanie
systemu usprawnia dodatkowo fakt,
że mózg błyskawicznie reaguje na
obrazy, w których występują znane
mu elementy. Kolejne etapy analizy
obrazu obejmują ruch i jego kierunki.
W ostatnim etapie mózg dokonuje
złożenia wszystkich elementów, dzię-
ki czemu to, co widzimy jest spójne
i zgodne z rzeczywistością.

Jeżeli na którymkolwiek poziomie

odbierania i analizy obrazu pojawią
się zakłócenia – zmysł wzroku zaczy-
na płatać nam figle. Możemy także
celowo wprowadzić go w błąd. Wy-
starczy włożyć okulary, które zmienią
odbiór obrazu – np. zamienią kierunki

1 – błona organiczna wewnętrzna
2 – komórki zwojowe
3 – komórki dwubiegunowe
4, 5 – receptory: czopki i pręciki
6 – komórki barwnikowe

Fot. UW – Madison University Communications\Jeff Miller

, Group at Johns Hopkins University and North Carolina State University

O historii

Współczesne zastosowania

z miniaturowych elektrod. Ka-
mera rejestruje obraz, który
mikroprocesor przekształca
w sygnały. Następnie są one
wysyłane przez wbudowany
w okulary maleńki nadajnik
radiowy do wszczepionego
pod skórę pacjenta odbiorni-
ka, połączonego przewodem
z implantem w siatkówce oka.
Implant przekazuje impulsy do
nerwu wzrokowego. Pierwsza
wersja protezy zawierała 16
elektrod. Obecnie dopuszczo-
na do testów druga wersja ma
ich 60, a planowana trzecia
wersja będzie ich miała 1 tys. Osoby
niedowidzące, którym wszczepiono
protezę I generacji, po pewnym treningu
nauczyły się dostrzegać zarysy kształtów
i ruch przedmiotów.

a świecie żyje blisko 40 mln osób
niewidomych. Prawie trzy razy wię-

cej określa się zaś jako niedowidzące.
Choć budowa oka i droga przetwarzania
danych w obraz jest bardzo złożona, na-
ukowcy starają się skonstruować różne-
go rodzaju protezy, które pozwolą nie-
widomym widzieć. Wystarczy, że będą
rozróżniali choć kształty, a już w znacz-
nym stopniu może poprawić to jakość
ich życia. Jeśli niedziałającą częścią oka
jest siatkówka, a reszta układu widzenia
włącznie z mózgiem działa prawidłowo,
„wystarczy” dostarczyć odpowiednie
bodźce do mózgu, czyli zastąpić recep-
tory siatkówki sztucznym implantem.
Obecnie testuje się system, który składa
się z wbudowanej w okulary kamery,
mikroprocesora, nadajnika radiowe-
go, odbiornika radiowego i implantu
o wielkości 1x1 mm, zbudowanego

posób, w jaki funkcjonuje mózg
i mechanizm widzenia, od dawna

fascynował badaczy. Już w XIX wieku
spekulowano na temat podziału pracy
półkul. Paul Broca w 1861 roku i Carl
Wernicke w 1874 roku opisali rejony
związane z mową. Niemiecki neuro-
log Korbinian Brodmann na początku
XX wieku podzielił ludzki mózg na 52
obszary jedynie na podstawie precyzyj-
nych obserwacji jego wyglądu. Uznał, że
poszczególne części różnią się od siebie
dlatego, że pełnią różne funkcje. Jak
się okazało, w większości przypadków
miał rację. Neurolodzy do dzisiaj zresztą
posługują się zaproponowanymi przez
niego nazwami.

Jednym ze sposobów analizy działania

mózgu były (i są do chwili obecnej) ba-
dania osób, które doznały urazów głowy
(na skutek wypadków, ran odniesio-
nych w czasie działań wojennych itp.).
Opisywano objawy – rodzaj zaburzeń
wzrokowych – i rejestrowano, jaki rejon
mózgu był uszkodzony. To wskazywało,
które części mózgu są odpowiedzialne
za poszczególne aspekty widzenia.

Od dawna też próbowano badać

aktywność mózgu. Pierwsze pomiary
zjawisk elektrycznych w mózgu króli-
ka i małpy przedstawił w 1875 roku

brytyjski naukowiec Richard Caton. Nie-
miecki fizjolog Hans Berger rozpoczął
swoje badania nad ludzkim EEG jeszcze
w 1820 roku. Jednak dopiero koniec XX
wieku przyniósł rewolucję w pracy nad

Proteza siatkówki składa się z okula-
rów z zamontowaną kamerą oraz
mikrochipa, który jest chirurgicznie
wszczepiany w siatkówkę osoby
niewidzącej

Badanie rezonansu magnetycznego (MRI) jest nieinwazyjne i nieszkodliwe dla orga-
nizmu. Umożliwia ocenę organów wewnętrznych w dowolnej płaszczyźnie także
trójwymiarowo. Jest to jedna z najdokładniejszych technik diagnostycznych,
choć jest to także jedno z najdroższych badań

funkcjonowaniem mózgu. Stało się to
możliwe dzięki zastosowaniu technik
tomografii komputerowej (CAT, PET
i wreszcie MRI, czyli rezonansu magne-
tycznego).

Rys. Jerry Lim, Małgorzata Świentczak

W internecie

www.kopernik.org.pl

A to ciekawe

Więcej doświadczeń

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

zięki coraz lepszemu zrozumie-
niu procesu widzenia naukowcy

próbują wyposażyć w zmysł wzroku
także maszyny. Asimo to skonstru-
owany przez inżynierów z Hondy
robot przypominający człowieka.
Potrafi on rozpoznawać i zapamięty-
wać przedmioty oraz ludzkie twarze,
porusza się, omijając przeszkody.

Ludzkie oko działa w podobny spo-

sób jak cyfrowy aparat fotograficzny.
Można powiedzieć, że jego czułość
to ok. 100 Mpix, a „matryca” ma wy-
miary 5x5 cm (w aparacie cyfrowym
5 megapikseli – 7 mm x 5 mm).

Wiele chorób lub uszkodzeń mó-

zgu prowadzi do zaburzeń widze-
nia. Są to np.: agnozja kształtu, czyli
trudności w rozpoznawaniu kształ-
tów – uniemożliwia ona rozpoznanie
dwóch prostych kształtów w grupie
innych, achromatopsja, czyli ślepota
na barwy, lub akinotopsja polegająca
na widzeniu ruchu w sposób niecią-
gły, w postaci „migawek”. Uszko-
dzenia innego obszaru mózgu po-
wodują niemożność rozróżniania
miejsc i twarzy, wliczając w to własną
twarz (prozopagnozja). Niektórym
ludziom uszkodzenia mózgu nie po-
zwalają umiejscowić przedmiotów
w przestrzeni, nie są oni w stanie

Wypustki komórek nerwowych

w oku splatają się w prowadzący
do mózgu nerw wzrokowy. Miejsce,
w którym wychodzi on z oka, jest po-
zbawione światłoczułych komórek
i nazywane ślepą plamką. Obiekt od-
bijający się w ślepej plamce nie jest
przez mózg widziany. Można się o tym
przekonać. Zakryj prawe oko i spójrz
lewym na czerwone kółko. Oddalając
i przybliżając obrazek, powinieneś
znaleźć punkt, w którym niebieska
gwiazdka znika.

Czy widziałeś wielki Księżyc wiszą-

cy tuż nad horyzontem? Choć robi
wrażenie większego niż zwykle – to
tylko złudzenie! Drzewo na horyzon-
cie z dala od nas jest malutkie. A nad

Laboratorium iluzji optycznych
www.michaelbach.de/ot

Co to jest i do czego służy magne-
tyczny rezonans jądrowy
www.howstuffworks.com/mri.htm

Jak zobaczyć trzeci wymiar
www.vision3d.com

Przetestuj swoją ślepą plamkę
http://ourworld.compuserve.com/
homepages/cuius/idle/percept/
blindspot.htm

naszymi głowami potężne. Tę zależ-
ność nieświadomie wykorzystujesz,
gdy patrzysz na Księżyc. Tak naprawdę
jest on zawsze tej samej wielkości,
niezależnie od tego, czy znajduje się
nad głową, czy nad horyzontem. Jak
się o tym przekonać? Po prostu stań
do Księżyca tyłem i spójrz nań z głową
między nogami!

nalać wody do szklanki, którą widzą.
Złudzenia wzrokowe wykorzystywano
już od bardzo dawna, np. w archi-
tekturze. Szerokie schody wiodące
do świątyń w starożytnej Grecji ro-
biono np. nieco wyższe w środkowej

części, inaczej wydawałyby się tam
„zapadnięte”. Stymulacja pewnych
rejonu mózgu może wywołać halu-
cynacje wzrokowe, a nawet wrażenie
opuszczania ciała i oglądania siebie
samego z zewnątrz.

Asimo jest obecnie jednym z najbardziej zaawansowanych technicznie robotów
humanoidalnych. Skonstruowany przez inżynierów z Hondy robot potrafi na tyle
sprawnie odbierać bodźce z otoczenia, że może zagrać w piłkę

Fot. East News/AFP Photo; rys. Małgorzata Świentczak