W internecie

www.kopernik.org.pl

A to ciekawe

Więcej doświadczeń

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

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.

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

siatkówka

naczyniówka

twardówka

rogówka

źrenica

soczewka

tęczówka

ciało rzęskowe

plamka żółta

plamka ślepa

żyła i tętnica oczna

ciało szkliste

nerw wzrokowy

Trochę teorii

Eksper

ymentuj!

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.

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

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

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

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

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

funkcjonowaniem mózgu. Stało się to

możliwe dzięki zastosowaniu technik

tomografii komputerowej (CAT, PET

i wreszcie MRI, czyli rezonansu magne-

tycznego).

Fot. UW – Madison University Communications\Jeff Miller

, Group at Johns Hopkins University and North Carolina State Un

iversity

1

2

3

4

5

6

Rys. Jerry Lim, Małgorzata Świentczak