Jak widzimy? Zarys percepcji wzroku

Poprzez wzrok odbieramy najwięcej informacji o świecie. Narząd wzroku jest mocno wyspecjalizowany w odbieraniu różnych infomrmacji ze środowiska. Oddzielne drogi neuronowe analizują kluczowe jego aspekty. To jak widzimy, wynika z budowy naszego aparatu wzrokowego oraz budowy mózgu. Percepcja wzroku prowadzi poprzez nasz układ nerwowy.

Ewolucja wzorku

W toku ewolucji wykształciły się dwa systemy ragowania na światło. Piewsze to oczy złożone, które zwiera wiele niezależnych układów soczeweka – receptor wzrokowy. Taki układ charakteryzuje się niewielką ostrością widzenia, ale łatwoświą wykrywania ruchu przedmiotu w różnej odległości. Nie występuje także zjawisko aberacji chromatycznej. Drugi system ewolucyjnym wykszałtcił narząd zawierający fotoreceptory – siatkówkę oraz jedną soczewkę.

Schemat budowy oka

Znalezione obrazy dla zapytania wzrok mózg

Akomodacja oka

Zanim światło trafi do siatkówki przechodzi przez rogówkę, płyn przedniej komory oka, soczewkę i ciało szkliste. Tu dochodzi do załamania światła (refraksji). Najsilniej załamuje światło rogówka (około 2/3 całego załamania w oku). Zdolność do załamania światła mierzymy w dioptriach. Dzięki zmiennemu kształtowi soczewki oko ludzkie posiada zdolność akomodacji czyli przystosowania się do ostrego widzenia w różnej odległości dzięki zmiany kształtu soczewki a przez to jej ogniskowej. Zabrzenia refrakcji prowadzą do krótkowzroczności lub nadwzroczności. Soczewka sterowana jest przez ośrodkowy układ nerwowy i może zwiększać lub zmienijszać swoją krzywiznę. Punkt bliży, czyli najbliższy punkt o dobrej ostrości oka znajduje się około 10cm od oka. Punkt dali, czyli najdalszy punkt o dobrej ostrości oka około 6m. Na siatkówce obraz jest rejestrowany w czasie mniej więcej 0,1 sekundy.

Stereoskopia

Stereoskopią nazywamy mechanizm widzenia głębi oparty na mierzeniu rozbieżności pomiędzy obrazami na siatkówkach. Człowiek ma oczy stereoskopowe, ułożone blisko siebie z przodu głowy. Każde z oczu odbiera minimalnie inny obraz, który scala się w ośrodku wzrokowym i dzięki temu umożliwia widzenie trójwymiarowo (przestrzennie), ale tylko w pewnych odległościach. Skupienie wzroku na obiekcie znajdującym się daleko powoduje wskutek rozluźnienia mięśnia rzęskowego napięcie wiązadeł połączonych koncentrycznie z brzegiem soczewki i w efekcie jej spłaszczenie. Skupienie wzroku na obiekcie znajdującym się blisko powoduje skurczu mięśnia rzęskowego, zwolnienia wiązadeł i zaokrąglenia soczewki.

Streoskopia

Komórki zwojowe i drogi neuronalne

Narządem wzroku jest oko, a receptorem światła siatkówka, tutaj są rozmieszczone komórki wzrokowe. Najbardziej zewnętrzne to pręciki oraz czopki, które przekazują informacje w postaci wyzwolenia aktywnych związków chemicznych dziłąjących na knały jonowe (rekacje chemiczne i elektryczne). Kiedy w siatkówce komórki pręcikowe lub czopki zostają pobudzone światłem, to chemiczna kompozycja pigmentu zmienia się chwilowo. Powoduje to bardzo mały prąd elektryczny, który przechodzi do mózgu poprzez włókna nerwowe. Sygnały od pręcików rozchodzą się wolniej niż sygnały od czopków, dlatego  w przypadku jazdy samochodem w nocy czas reakcji na bodziec jest dłuższy o oko 1/10 sekundy.

Rozkład czopków i pręcików na siatkówce oka.

Rozkład czopków i pręcików na siatkówce oka.

Zakres światła widzialnego czopków i pręcików

Zakres światła widzialnego czopków i pręcików

 

Czopki

Czopki odbierają zakres światła dziennego. Jest ich około 4,5 mln. Substancją światłoczuła czopków jest jodopsyna. Występuje ona stosunkowo rzadko na siatkówce, poza plamką żółtą, gdzie jej ilość gwałtownie rośnie. Czopki odbierają obraz o wysokiej rozdzielczości, ale są zdecydowanie mniej wrażliwe na świtło, niż pręciki. Powoduje to, że przestają działać przy słabym świetle. Maksymalna czułość czopków występuje dla fali o długości 555 nm ( co odpowiada kolorowi jasno-żółtemu).Czynnością czopków jest widzenie kształtu i barw przedmiotów w jasnym oświetleniu. Nazywamy to widzeniem fotopowym.

Występują trzy rodzaje czopków i każdy z nich ma inną charakterystkę widmową:

  • czopki typu L – odbierają najdłuższe fale do ok. 564 nm, dzięki czemu możliwy jest odbiór koloru czerwonego,
  • czopki typu M – odbierają zakres do ok. 534 nm co odpowiada w odbiorze kolorowi zielonego,
  • czopki typu S – odiberają zakres do ok. 420 nm co odpowiada w odbiorze kolorowi niebieskiemu.

Pręciki

Pręciki są przydatne w nocy, czyli przy słabym oświetleniu. Nazywamy to widzeniem skotopowym. Jest ich zdecydowanie ok 90 mln  i są one bardziej czułe na światło, ale odbierają zdecydowanie mniejszą ostrość obrazu. Substancja światłoczuła, która znajduje się w pręcikach nazywana jest rodopsyną. Absorbuje ona światło w całym zakresie widzialnego widma. Maksimum absorpcji rodopsyny wynosi 500 nm, przez co w nocy niebieskozielone światło wydaje się stosunkowo najjaśniejsze, a czerwone najciemniejsze.

Plamki oka i dołek centralny

W siatkówce istnieje także pewne miejsce, które pozbawione jest pręcików oraz czopków. Jest ono zwane plamką ślepą. Tutaj nerw wzrokowy rozpoczyna swoją drogę ku mózgowi. Miejsce, w którym znajduje się natomiast najwięcej czopków nazywane jest plamką żółtą.

 

Plamka ślepa - test

Zasłoń jedno oko. Ustaw głowę w odległości około 25 cm od monitora. Drugim okiem patrz centeralnie w krzyżyk. Poruszaj głową w stronę monitora i do tyłu. W pewnym momencie czarna kropka zniknie. Światło widzialne odbite od czarnej kropki padnie na twoją ślepą plamkę.

Najbardziej czułym na światło miejscem w siatkówce jest dołek centralny. Tutaj znajduje się nawiększa ilość czopków i  praktycznie brak jest pręcików.W tym miejscu odbieramy najbardziej wyraźny (ostry) obraz w dzień. Chcąc mieć wyraźny cały obraz człowiek potrzebuje mechanizmu, który umożlwii mu skanowanie odbieranej przestrzeni i skupienie obrazu w taki sposób, żeby jego poszczególne części padały na dołek centralny. Jest to możliwe dzięki temu, że człowiek porusza oczami. Ruchy oczami pozwalają na skanowanie przestrzeni i szybką zmianę punktu skupienia obrazu. Ciekawostką jest fakt, że niektóre ptaki mają dwie plamki żółte, dzięki czemu ich wzrok jest bardzo ostry.

Światłoczułość oka

Czułość ciała światłoczułego na światła wyraża się w jednostkach zwanych ISO. W świetle dziennym oko posiada czułość na poziomie 1 ISO, w nocy zaś 500-1000 ISO. Dla porównia standardowe aparty fotograficzne mają ISO na poziomie od 100 do 1600 ISO.

Przechodząc przez soczewkę obraz ulega odwróceniu, dlaczego więc człowiek nie widzi świata odwróconego? Dlatego, że obraz jest przekładany na sygnał elektryczny. Mózg nie operuje już światłem jako falą, a elektrycznością. Dla mózgu więc nie istnieje coś takiego jak odwrócony obraz.

Komórki zwojowe

Ostatnią warstą siatkówki są tak zwane komórki zwojowych. Tutaj powstają impulsy nerwowe. Towrzą je trzy rodzaje neuronów: wielokomórkowe, płytkomorówkowe oraz drobnokomórkowe.

Już na tym etapie rozpoczyna się specjalizacja w zakresie tym, jakie informacje wzrokowe zostaną poddane analizie. Neurony wielokomórkowe pokrywają całą powierzchnie oko. Odbierają inforamcje o ruchu i ogólnych zarysie kształtku. Neurony drobnokomórkowe znajdują się w okolicach dołka środkowego oka i odpowiadają za percepcję koloru oraz szczegółową analizę nieruchomych przedmiotów. Neurony pylkokomórkowe znajdują się w całej powierchni siatkówki. Część z nich reaguje na kolor.

Połaczena ze strukturami śródmózgowia

Wszystkie typy neuronów  łączą się z ciałem kolankowatym bocznym (LGN). Jest ono umiejscowione we wzgórzu. Zanim jednak to nastąpi nachodzi do skrzyżówania neuronów w miejscu zwanym skrzyżowaniem wzrokowym. Neurony pylkokomórkowe poza tym tworzą połączenia ze wzrókami śródmózgowia, gdzie zachodzi integracja informacji wzrokowej z mechanizmami koordynującymi ruch gałek ocznych, a także z jądrami nadkrzyżowaniowymi podwzógrza. Umożliwa to sychronizajce rytmów biologicznych związanych z cyklem światło – ciemność. Ciało kolankowate boczne może osłabić sygnał. Jest to możliwe dzięki połaczeniu z jądrem siatkowatym wzgórza, z którym łaczą się neurony tworu siteczkowego odpowiadające za modulacje czynności ruchochowych rdzenia kręgowanego.

Kora wzrokowa i strumienie łączące

W ciałach kolankowatych bocznych neurony ulegają rozwidleniu (tkz. promienistość wzrokowa)  i trafiają do pierwszorzędnej kory wzrokowej zwanej V1, która odpowiada za pierwszy etap analizy wzrokowej. Pierwszorzędna kora wzorkowa specjalizuje się w wykrywaniu tkz. częstotliwości przestrzennych – odbierania wspólnych ze sobą cech wzorców wizualnych np. stopień powtarzających się pionowych liń. Prawdopodbnie dlatego lubimy rytm wizulany, gdyż jest łatwy w detekcji przez nasz mózg. Strukturę V1 tworzą tkz. kolumny korowe reagujące na różne cechy krytyczne bodźców. V1 rejestruje także ilość światła danego koloru Uszkodzenie V1 może wywołać zniesienie widzenia w określonym rejonie pola widzenia. Dlaczego? Ponieważ V1 ma taką budowę, że każdy rejon siatkówki ma swoją reprezentację w korze V1. Nazywamy to organizacją retinotopową. Konsekwencją tego jest

.

Schemat drogi od oczu do pierwszorzędnej kory wzrokowej

Schemat dróg od oczu do pierwszorzędnej kory wzrowkowej

Z V1 sygnał trafia do drugorzędnej kory wzrokowej (V2). Tu tworzą się trzy drogi percepcji wzroku:

  • wielokomórkowa-grzebietowa odpowiedzialna za integracje wzroku z ruchem kierując się do kory ciemniowej zwanej obaszrem V5 (tkz. droga gdzie lub jak),
  • wielokomórkowa-brzuszna odpowiedzialna za percepcje ruchu kierująca się do płata skroniowego (obszar V3),
  • drobnokomórkowa-wielokomórkowa odpowiedzialna za percepcje jasności, barwy oraz kształt kierująca się do płata skroniowego (obszar V4).

Drogi do płata skroniowego zwane są drogami co.
Schemat kory wzrokowej

 

Kora ciemieniowa

Droga gdzie lub jak przesyła informacje, które charekteryzują się  niska rozdzielczość przestrzenna, wysoka wrażliwość na kontrast, szybkie przesyłanie sygnałów, brak informacji o kolorze. Obszary kory ciemieniowej umożliwia orientację przestrzenną, postrzeganie głębi i ruchu, a poprzez połączenie z wzgórkami czworaczymi mają wpływ na ruchy oczu. Jako, że droga gdzie szybciej przesyła informacje, trzeba podkreślić, że ruch jest odbierany szybciej, dlatego ruch przyciąga bardziej naszą uwagę, niż kolor, kształt czy jasność. Dzięki temu jeseśmy wstanie także szybciej zareagować na szybko poruszający się przedmiot, zanim określimy, czym właściwie jest ten przedmiot.

Kora skroniowa

Informacje kierowane do kory skroniowej charakteryzują się dużą rozdzielczością przestrzenną, kolorem, wolniejszym przesyłaniem informacji oraz niską wrażliwość na kontrast. Neurony kory skroniowej mogą reagować specyficznie na określone szczegóły kształtu. Udowodniono, że reagują tak samo na dany kształt i jego lustrzane odbicie. To samo dotyczy się odwrócenia negatywowego obrazu (z białego na czarne, z czarnego na białe). Nie reagują jednak na zmianę wielkości przedmiotu ani na odwrócene figury i tła. Dzięki temu możemy rozpoznawać kształt przedmiotu po zmianie jego położenia względem nas. Pewne komórki płata skroniowego są wyspecjalizowane w odbieraniu określonych kształtów np. twarzy w obszarze zwanym zakrętem wrzecionowatym. Komórki w tej przestrzeni nie są jednolicie pobudzane, kiedy widzą twarz. Część z nich bardziej reaguje na widok twarzy z profilu, cześć na widok en face.

Ruchy oczami

Płat ciemieniowy stereuje mimowolnymi ruchami gałek ocznych, przekazując informacje o pobudzeniu do mostu, który potem pobudza nerwy odpowiedzialne za pobudzenia gałek ocznych. Druga struktura odpowiedzialna tym razem za dowolne poruszanie oczami znajduje się korze czołowej i jest również połaczona mostem.

Zaburzenia percepcji wzrokowej w korze mózgu

Ludzie z uszkodzeniami poszczególnych rodzajów kory mają trudności z różnymi aspektami wzroku. Strumienia brzusznego nie potrafią opisać rozmiaru lub położenia przedmitów, ale potrafią po niego sięgnąć. Strumienia grzbietowego nie potarafią chwycić i sięgnąć po dany przemiot, ale go rozpoznają. Uszkodzenia obszaru V5 prowadzą akinetopsji. Jest to zaburzenie percepcji ruchu. Zamiast widzieć jego ciągłość, chorzy widzą migawki ruchu – statyczne obrazy, którym brak płynnego przejścia. Uszkodzenia V3 prowadzą do agnozji wzrokowej (zwanej ślepotą duchową), czyli niezdolności do nadania sensu temu co się widzi – chory wie, że widzi przedmiot, ale nie potrafi go nazwać. Uszkodzenie zakrętu wrzecionowatego prowadzi do prozopagnozji – nie możliwości rozpoznawania twarzy, mimo możliwości rozpoznawania innych figur. Wszystkie twarze, nawet własna wydaje się taka sama.

 

Related Posts
Share via