CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

Oszukaj swój wzrok

Myślisz, że oglądasz świat dzięki oczom?

Nic po-

dobnego! Tak naprawdę widzimy… mózgiem,
a oczy są jedynie jego narzędziem. W prosty spo-
sób można go jednak oszukać. Wszystko dlatego,
że mózg poznaje świat, zestawiając wrażenia od-
bierane przez oczy z informacjami pochodzącymi
od innych zmysłów.

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!

O

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

1

2

3

4

5

6

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.

N

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

S

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!

D

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

1.

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.

2.

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