OBRAZY WZROKOWE W MÓZGU I UMYŚLE

Aby dowiedzieć się jak mózg tworzy obraz, który widzi, trzeba zająć się badaniem układu wzrokowego. Odbieranie przez mózg bodźce nie są stałym kodem informacji. Potrafi om przypisać określony kolor ciągle zmieniającym swą długość falom świetlnym, rozpoznaje ruch ręki, trafnie określa wielkość obiektu niezależnie od odległości w jakiej się znajduje. Mózg zatem wydobywa stałe cechy z ogromu ciągle napływających różnych informacji i interpretacji. Pełna wiedza o widzianym przedmiocie to nie tylko analiza obrazu widzianego na siatkówce, ale też konstrukcja światła. Służy temu mechanizm neuronalny. Jego złożoność jest tak duża, że dokładne poznanie go zajęłoby ponad wiek.

Mózg odznacza się złożonym podziałem pracy, co odzwierciedla się w jego budowie anatomicznej. Obraz światła nie wykazuje śladów podziału pracy poszczególnych elementów kory wzrokowej.

Dzisiejsza koncepcja „ mózgu wzrokowego ” pojawiła się w ciągu ostatnich 20 lat. Wcześniej sądzono, że siatkówka ma właściwości kliszy fotograficznej - odbija kod obiektów przekazywany za pomocą światła i przesyła go do kory wzrokowej, która go rozszyfrowuje. Rozumienie widzianego obiektu miało polegać na kojarzeniu doznawanych wrażeń z tymi w przeszłości.

Teoria ta przetrwała do lat 70. Tłumaczy to fakt, że siatkówka połączona jest z jednym, konkretnym obszarem mózgu - prążkowaniem lub z pierwotną korą wzrokową zwaną obszarem V 1. Zawiera on mapę całego pola siatkówki. Siatkówka łączy się z obszarem V 1 ciałem kolankowatym. Jest to struktura sześciowarstwowa. Jej cztery górne warstwy nazywane są warstwami drobnokomórkowymi, bo budują je komórki z małymi ciałami komórkowymi. Dwie dolne warstwy nazywane są wielkokomórkowymi. Ich komórki mają duże ciała komórkowe. Duże komórki

„ skupiają ” światło, a małe rejestrują kolory. Każde uszkodzenie ciała kolankowatego bocznego jest przyczyną powstania pola całkowitej ślepoty.

Kolejne badania pokazały, że niektóre obszary mózgu min. V 1 są rozwinięte w momencie narodzin, a inne rozwijają się w późniejszym czasie. Pozwala to uważać, że obszar V 1 jest „ miejscem wejścia doznań wzrokowych do psychiki ”, a obszary otaczające je są swoistą przechowalnią wyższych funkcji psychicznych związanych z widzeniem. Dowodem na to jest już ślepota umysłowa, czyli widzenie i jedno czesne nierozumienie tego na skutek uszkodzenia w tzw. korze asocjacyjnej. Kora asocjacyjna, inaczej zwana korą przedprążkową, zawiera wiele obszarów korowych odgraniczonych od obszaru V 1 obszarem V 4.

Wszystkie komórki obszaru przedprążkowego zwanego V 5 lub MT wykazują wrażliwość na ruch, jego kierunek. Nie reagują natomiast na kolor. Nasuwa się więc wniosek, że obszar V 5 jest wyspecjalizowany w rozpoznawaniu ruchu. Przeważająca liczba komórek w obszarze V 4 odróżnia określone długości fal świetlnych i reaguje na określone orientacje linii tworzących kształt. Poza tym komórki obszarów sąsiednich V 3 i V 3A są wrażliwe na kształty, ale nie rozróżniają kolorów. Stąd wniosek, że kształt, kolor, ruch itd. przetwarzane są osobno. Poszczególne wejścia do obszarów wyspecjalizowanych prowadzą do obszaru V 1, zatem i ten obszar musi być funkcjonalnie wyspecjalizowany. Podobnie ma się sprawa do obszaru V 2. Łączy się on z tymi samymi obszarami, co V 1 oraz łączy się z nim.

Dalsze badania wykazały występowanie obszaru V 4 - zwoju wrzecionowatego, przez który ma miejsce większy przepływ krwi podczas oglądania przez zdrowych ludzi abstrakcyjnego obszaru z nierozpoznawalnymi, kolorowymi obiektami. W przypadku obserwacji wzorów czarno-białych największy przepływ krwi był w obszarze nazywanym ludzkim obszarem V 5, odrębnym od V 4.

Obszar V 1 składa się z bardzo wielu warstw komórkowych. Ich mitochondria zawierają oksydazę cytochromową - enzym dzięki któremu komórki zaopatrywane są w energię. Badając obecność tego enzymu łatwo można wywnioskować, które komórki wykazują najwyższą aktywność metaboliczną. Dzięki temu lepiej poznano budowę obszaru V 1.

Budują go kolumny komórek znajdujące się między powierzchnią kory a istotą białą. Na przekroju poprzecznym wyglądają one jak wybarwione „ plamki ” oddzielone od siebie obszarami słabiej zabarwionymi. Komórki czułe na długość fal świetlnych zlokalizowane są w „ plamkach ”, a te, które rozróżniają kształty znajdująsię pomiędzy nimi. Kolumny te są wbudowane w 2 i 3 warstwę obszaru V 1. Tam dochodzą połączenia z drobnokomórkowej części ciała kolankowatego bocznego.

Wejścia z warstw wielkokomórkowych ciała kolankowatego bocznego dochodzą do warstwy 4B obszaru V 1. Komórki tej warstwy wykazują reakcję fazową na bodźce wzrokowe i niewrażliwe na kolory. Łączy się ona z obszarami V 5 i V 3. Komórki połączone z obszarem V 5 tworzą małe skupiska otoczone przez komórki łączące się z innymi obszarami.

Obszar V 2 budują grubsze i cienkie paski oddzielone przestrzeniami słabiej wybarwionymi. Komórki reagujące na długość fal świetlnych znajdują się w paskach cienkich, a reagujące na kierunek ruchu - w grubszych, te , które reagują na kształt zlokalizowane są w paskach i przestrzeniach między paskami. Obszar V 1 i V 3 zawiera przegródki, z których wysyłane są obszary do wyspecjalizowanych obszarów. Komórki w tych przegródkach rejestrują informacje dotyczące jedynie specyficznych atrybutów świata.

W ten sposób wyodrębniono 4 drogi percepcji. Obszar V 5, którego wejścia biegną od siatkówki przez wielkokomórkowe warstwy ciała kolankowatego bocznego do warstwy 4B obszaru V 1 i dalej bezpośrednio lub przez grube paski obszaru V 2 odpowiada za ruch. Za widzenie barw odpowiedzialny jest obszar V 4 - jego wyjścia prowadzą przez drobnokomórkowe warstwy ciała kolankowatego bocznego do „ plamek ” obszaru V 1, a stąd bezpośrednio lub przez cienkie paski obszaru

V 2. Za widzenie kształtów odpowiadają dwa systemy. Jeden jest związany z kolorem i obszarem V 4. Otrzymuje on sygnały z drobnokomórkowych warstw ciała kolankowatego bocznego, dalej przechodzą one do przestrzeni między

„ plamkami ” obszaru V 1 i między paskami V 2. Drugi jest niezależny od kolorów, ale zależy od obszaru V 3 i jest związany z ruchem. Odbiera sygnały z wielkokomórkowych warstw ciała kolankowatego bocznego przez warstwy 4B obszaru V 1. Do obszaru V 3 bodźce docierają bezpośrednio lub przez komórki grubszych pasków obszaru V 2.

Uszkodzenie określonych obszarów powoduje określone syndromy wzrokowe. Uszkodzenie obszaru V 4 powoduje achromatopsję - widzenie tylko szarości. Osoby nią dotknięte nie widzą i nie rozpoznają barw oraz nie mogą ich sobie przypomnieć. Uszkodzenie obszaru V 5 wywołuje akinetopsję przedmioty nieruchome są widziane, a te w ruchu pozostają nie zauważone. Jest to upośledzenie widzenia i pojmowania ruchu.

Nie spotkano dotąd całkowitej utraty widzenia kształtów. Wymaga to uszkodzenie jednocześnie obszaru V 3 i V 4. Pierwszy z nich tworzy pierścień wokół obszarów V 1 i V 2, więc by uszkodzić obszar V 3 i V 4, należałoby też uszkodzić V 1 i V 2, co spowodowałoby całkowitą ślepotę.

Za funkcjonalną specjalizację kory wzrokowej stoi syndrom chromatopsja - wywołany zatruciem CO. Osoby, które miały zaczadzenie ( śmiertelne ) mają poważne uszkodzenia kory. Konsekwencją tego jest zaburzenie widzenia wszystkich atrybutów, oprócz barw. Przyczyna chromatopsji jest nadal zagadką. W ośrodkach odpowiedzialnych za widzenie kolorów są bardzo liczne naczynia krwionośne i właśnie bardzo dobre ukrwienie prawdopodobnie chroni przed uszkodzeniem.

Wiadomo, że uszkodzenia obszaru V 1 prowadzą do całkowitej ślepoty. Rodzi się więc pytanie - co by było - gdyby sygnały z ciałka kolankowatego bocznego z pominięciem V 1. Pojawia się wówczas ślepota korowa ( blind sight ). Uszkodzenie obszaru V 1 powoduje całkowitą ślepotę, jeżeli jednak zmusi się takie osoby do zgadywania, okazuje się, że potrafią mimo to rozpoznać bodźce wzrokowe, choć ich oceny nie są dokładne i często nie wiedzą, co widzą.

Tłumaczy to krótkie bezpośrednie połączenie między ciałem kolankowym bocznym a korą przedprążkową. Pacjenci ze ślepotą korową „ widzą ” ,lecz „ nie rozumieją ”, stąd konieczne jest działanie ośrodka V 1.

Żaden z obszarów wzrokowych nie pełni tylko funkcji przekaźnika. Jest nieodłączną częścią machiny przekszałcającej sygnały i uczestniczącej w percepcji. Poszczególne obszary współdziałają ze sobą, by mógł powstać obraz. Nie ma jednak jednego głównego ośrodka, który syntetyzowałby otrzymane sygnały. Obszary kory wzrokowej łączą się natomiast ze sobą bezpośrednio lub pośrednio. Każda integracja zachodzi lokalną „ sieć ” łączącą wejścia i wyjścia z poszczególnych obszarów.

Integracja ta jest bardzo ważna i trudna - niezbędna jest tu rozległa sieć połączeń autonomicznych na wszystkich poziomach między czterema równoległymi systemami. Stwarza ona jednocześnie problemy. Aby zrozumieć trwający ruch, mózg musi odgadnąć kierunek i prędkość poruszających się elementów. Dokonują tego komórki w wyspecjalizowanych obszarach. Mają one większe pola recepcyjne niż komórki w obszarze V 1. By odnieść przestrzennie widziany obiekt, mózg musi go odnieść do ośrodka, który posiada dokładniejsze odwzorowanie siatkówki. Występuje ono w obszarze V 1 i V 2. To właśnie do nich wysyłane są informacje zwrotne z poszczególnych obszarów, a wynik widzenia ulega ponownemu odwzorowaniu w polu widzenia. Przepływ tych informacji umożliwiają połączenia zwrotne. One także rozstrzygają „ konflikty ” pomiędzy komórkami reagującymi na ten sam bodziec i pełniącymi różne funkcje.

Kolejny problem dotyczący integracji to połączenia. Komórki, które reagują na ten sam bodziec mogą być rozsiane po całym obszarze V 1. Łączy je okresowe wyładowanie synchroniczne, które występują wśród komórek anatomiczne połączonych. Za synchronizacją owych wyładowań odpowiadają zwrotne wejścia łączące wyjścia jednego obszaru z innymi obszarami, które przesyłają mu informacje.

Wywnioskować można z tego, że integracji informacji wzrokowej jest procesem, gdzie percepcja i pojmowanie zachodzą równocześnie. Nie zachodzi ona na poszczególnych poziomach i nie zależy od zakończenia poszczególnych operacji wzrokowych.

Połączenia zwrotu łączące wszystkie poszczególne obszary ze sobą i z obszarami

V 1 i V 2, ich ogromna ilość narzucają ogromną anatomiczną potrzebę wielostopniowej integracji.

Wejścia połączeń zwrotnych wchodzących do obszarów V 1 i V 2 różnią się od tych wstępujących do wyspecjalizowanych obszarów - są one nikłe i rozrzucone, gdyż przesyłają nimi informacje poszczególne grupy komórek. Wejścia wprowadzające do obszaru V 1 i V 2 są dość niespecyficzne: obszar V 5 odbiera sygnały tylko z wybranych grup komórek obszaru V 1, a zwrotne połączenie z obszaru V 5 do V 1 obejmuje wszystkie komórki włącznie z tymi, które dają projekcję do obszaru V 3. Ten zwrotny system realizuje jednocześnie trzy zadania:

scala i synchronizuje sygnały o kształcie i ruchu, kieruje je z powrotem, integruje informacje o ruchu z obszaru V 5 z informacją o kształcie do obszaru V 3.

Mózg zdobywa pełną wiedzę o świecie wtedy, gdy sieć połączeń w korze wzrokowej działa niezawodnie. Niemożliwe jest zrozumienie „ mózgu wzrokowego ”

bez wyjaśnienia problemu świadomości. Nie można też oddzielić widzenia od rozumienia, nabywania wiedzy wzrokowej od świadomości, ale poznanie pracy mózgu wzrokowego może być donośnym początkiem, by rozwiązać problem świadomości człowieka.

---