5.3: الرؤية
- Page ID
- 199602
تشريح النظام المرئي
العين هي العضو الحسي الرئيسي المشارك في الرؤية (الشكل 5.11). تنتقل الموجات الضوئية عبر القرنية وتدخل العين من خلال حدقة العين. القرنية هي الغطاء الشفاف فوق العين. يعمل كحاجز بين العين الداخلية والعالم الخارجي، ويشارك في تركيز موجات الضوء التي تدخل العين. الحدقة هي الفتحة الصغيرة في العين التي يمر الضوء من خلالها، ويمكن أن يتغير حجم حدقة العين كدالة لمستويات الضوء وكذلك الإثارة العاطفية. عندما تكون مستويات الضوء منخفضة، ستتمدد حدقة العين أو تتوسع للسماح بدخول المزيد من الضوء إلى العين. عندما تكون مستويات الضوء مرتفعة، سيتقلص حدقة العين، أو يصبح أصغر، لتقليل كمية الضوء التي تدخل العين. يتم التحكم في حجم حدقة العين من خلال العضلات المتصلة بالقزحية، وهي الجزء الملون من العين.
بعد المرور عبر حدقة العين، يعبر الضوء العدسة، وهي بنية منحنية وشفافة تعمل على توفير تركيز إضافي. العدسة متصلة بالعضلات التي يمكنها تغيير شكلها للمساعدة في تركيز الضوء المنعكس من الأجسام القريبة أو البعيدة. في حالة الأشخاص ذوي الرؤية الطبيعية، ستقوم العدسة بتركيز الصور بشكل مثالي على المسافة البادئة الصغيرة في الجزء الخلفي من العين والمعروفة باسم النقرة، وهي جزء من شبكية العين، وهي بطانة العين الحساسة للضوء. تحتوي النقرة على خلايا مستقبلات ضوئية متخصصة مكتظة بكثافة (الشكل 5.12). هذه الخلايا المستقبلة للضوء، والمعروفة باسم المخاريط، هي خلايا للكشف عن الضوء. المخاريط هي أنواع متخصصة من المستقبلات الضوئية التي تعمل بشكل أفضل في ظروف الإضاءة الساطعة. المخاريط حساسة جدًا للتفاصيل الحادة وتوفر دقة مكانية هائلة. كما أنهم يشاركون بشكل مباشر في قدرتنا على إدراك اللون.
بينما تتركز المخاريط في النقرة، حيث تميل الصور إلى التركيز، توجد قضبان، وهي نوع آخر من مستقبلات الضوء، في جميع أنحاء الجزء المتبقي من شبكية العين. القضبان هي مستقبلات ضوئية متخصصة تعمل بشكل جيد في ظروف الإضاءة المنخفضة، وبينما تفتقر إلى الدقة المكانية ووظيفة اللون للمخاريط، إلا أنها تشارك في رؤيتنا في البيئات ذات الإضاءة الخافتة وكذلك في إدراكنا للحركة على محيط مجالنا البصري.
لقد اختبرنا جميعًا الحساسيات المختلفة للقضبان والأقماع عند الانتقال من بيئة ذات إضاءة ساطعة إلى بيئة ذات إضاءة خافتة. تخيل أنك ستشاهد فيلمًا رائعًا في يوم صيفي صافٍ. عندما تمشي من الردهة ذات الإضاءة الساطعة إلى المسرح المظلم، تلاحظ أنك تواجه على الفور صعوبة في رؤية الكثير من أي شيء. بعد بضع دقائق، تبدأ في التكيف مع الظلام ويمكنك رؤية الجزء الداخلي من المسرح. في البيئة المشرقة، سيطر النشاط المخروطي بشكل أساسي على رؤيتك. عندما تنتقل إلى البيئة المظلمة، يهيمن نشاط القضيب، ولكن هناك تأخير في الانتقال بين المراحل. إذا لم تقم القضبان بتحويل الضوء إلى نبضات عصبية بسهولة وكفاءة كما ينبغي، فستواجه صعوبة في الرؤية في الضوء الخافت، وهي حالة تعرف باسم العمى الليلي.
ترتبط القضبان والأقماع (عبر عدة خلايا عصبية داخلية) بخلايا العقدة الشبكية. تتقارب المحاور من خلايا العقدة الشبكية وتخرج عبر الجزء الخلفي من العين لتشكيل العصب البصري. يحمل العصب البصري المعلومات البصرية من شبكية العين إلى الدماغ. هناك نقطة في المجال البصري تسمى النقطة العمياء: حتى عندما يركز الضوء من جسم صغير على النقطة العمياء، فإننا لا نراها. نحن لا ندرك جيدًا النقاط العمياء لدينا لسببين: أولاً، تحصل كل عين على رؤية مختلفة قليلاً للمجال البصري؛ لذلك، لا تتداخل النقاط العمياء. ثانيًا، يملأ نظامنا المرئي النقطة العمياء بحيث على الرغم من أننا لا نستطيع الاستجابة للمعلومات المرئية التي تحدث في هذا الجزء من المجال البصري، إلا أننا لا ندرك أيضًا أن المعلومات مفقودة.
يندمج العصب البصري من كل عين أسفل الدماغ مباشرة عند نقطة تسمى الفجوة البصرية. كما يوضح الشكل 5.13، فإن التصدع البصري عبارة عن هيكل على شكل X يقع أسفل القشرة الدماغية في الجزء الأمامي من الدماغ. عند نقطة التصدع البصري، يتم إرسال المعلومات من المجال البصري الأيمن (الذي يأتي من كلتا العينين) إلى الجانب الأيسر من الدماغ، ويتم إرسال المعلومات من الحقل البصري الأيسر إلى الجانب الأيمن من الدماغ.
أخلاقيات البحث باستخدام الحيوانات
حصل ديفيد هوبيل وتورستن فيزل على جائزة نوبل في الطب عام 1981 لأبحاثهم حول النظام البصري. لقد تعاونوا لأكثر من عشرين عامًا وحققوا اكتشافات مهمة حول أعصاب الإدراك البصري (Hubel & Wiesel، 1959، 1962، 1963، 1970؛ Wiesel & Hubel، 1963). درسوا الحيوانات، ومعظمهم من القطط والقرود. على الرغم من أنهم استخدموا العديد من التقنيات، إلا أنهم قاموا بتسجيلات كبيرة للوحدة الواحدة، تم خلالها إدخال أقطاب كهربائية صغيرة في دماغ الحيوان لتحديد وقت تنشيط خلية واحدة. من بين اكتشافاتهم العديدة، وجدوا أن خلايا دماغية معينة تستجيب للخطوط ذات التوجهات المحددة (تسمى الهيمنة العينية)، وقاموا برسم خريطة للطريقة التي يتم بها ترتيب تلك الخلايا في مناطق القشرة البصرية المعروفة باسم الأعمدة والأعمدة التشعبية.
في بعض أبحاثهم، قاموا بخياطة عين واحدة من القطط الصغيرة حديثي الولادة ومتابعة تطور رؤية القطط الصغيرة. اكتشفوا أن هناك فترة حرجة من تطوير الرؤية. في حالة حرمان القطط الصغيرة من المدخلات من إحدى العينين، يتم ملء مناطق أخرى من قشرتها البصرية في المنطقة التي كانت تستخدمها عادة العين التي تم خياطتها مغلقة. بمعنى آخر، يمكن فقدان الروابط العصبية الموجودة عند الولادة إذا تم حرمانها من المدخلات الحسية.
ما رأيك في خياطة عين قطة مغلقة للبحث؟ بالنسبة للعديد من المدافعين عن الحيوانات، قد يبدو هذا وحشيًا ومسيئًا وغير أخلاقي. ماذا لو كان بإمكانك إجراء بحث من شأنه أن يساعد على ضمان تطوير رؤية طبيعية للرضع والأطفال المولودين بحالات معينة بدلاً من أن يصابوا بالعمى؟ هل تريد إجراء هذا البحث؟ هل ستجري هذا البحث، حتى لو كان ذلك يعني التسبب في بعض الضرر للقطط؟ هل ستفكر بنفس الطريقة إذا كنت والدًا لمثل هذا الطفل؟ ماذا لو عملت في مأوى الحيوانات؟
مثل كل دولة صناعية أخرى تقريبًا، تسمح الولايات المتحدة بإجراء تجارب طبية على الحيوانات، مع بعض القيود (بافتراض التبرير العلمي الكافي). الهدف من أي قوانين موجودة ليس حظر مثل هذه الاختبارات بل الحد من معاناة الحيوانات غير الضرورية من خلال وضع معايير للمعاملة الإنسانية وإيواء الحيوانات في المختبرات.
كما أوضح ستيفن لاثام، مدير المركز متعدد التخصصات لأخلاقيات البيولوجيا في جامعة ييل (2012)، تختلف الأساليب القانونية والتنظيمية الممكنة للاختبار على الحيوانات في سلسلة متصلة من التنظيم الحكومي القوي ومراقبة جميع التجارب من جهة، إلى نهج التنظيم الذاتي الذي يعتمد على أخلاقيات الباحثين في الطرف الآخر. تمتلك المملكة المتحدة أهم مخطط تنظيمي، بينما تستخدم اليابان نهج التنظيم الذاتي. يقع النهج الأمريكي في مكان ما في الوسط، وهو نتيجة المزج التدريجي بين النهجين.
ليس هناك شك في أن البحث الطبي هو ممارسة قيمة ومهمة. السؤال هو ما إذا كان استخدام الحيوانات هو ممارسة ضرورية أو حتى أفضل الممارسات لإنتاج النتائج الأكثر موثوقية. وتشمل البدائل استخدام قواعد بيانات الأدوية الخاصة بالمريض، والتجارب الدوائية الافتراضية، ونماذج الكمبيوتر والمحاكاة، وتقنيات التصوير غير الغازية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب («الحيوانات في العلوم/البدائل»، إلخ.). تستخدم تقنيات أخرى، مثل الجرعات الصغيرة، البشر ليس كحيوانات اختبار ولكن كوسيلة لتحسين دقة وموثوقية نتائج الاختبار. كما تتوفر بشكل متزايد طرق المختبر القائمة على زراعة الخلايا والأنسجة البشرية والخلايا الجذعية وطرق الاختبار الجيني.
اليوم، على المستوى المحلي، يجب أن يكون لدى أي منشأة تستخدم الحيوانات وتتلقى تمويلًا فيدراليًا لجنة مؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات (IACUC) تضمن اتباع إرشادات NIH. يجب أن يشمل IACUC الباحثين والإداريين والطبيب البيطري وشخص واحد على الأقل ليس له علاقة بالمؤسسة: أي مواطن مهتم. تقوم هذه اللجنة أيضًا بإجراء عمليات تفتيش للمختبرات والبروتوكولات.
إدراك اللون والعمق
لا نرى العالم بالأبيض والأسود؛ كما أننا لا نراه ثنائي الأبعاد (2-D) أو مسطحًا (فقط الارتفاع والعرض، بدون عمق). دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل رؤية الألوان وكيف ندرك ثلاثة أبعاد (الارتفاع والعرض والعمق).
رؤية الألوان
يمتلك الأفراد ذوو الرؤية العادية ثلاثة أنواع مختلفة من المخاريط التي تتوسط رؤية الألوان. كل نوع من أنواع المخروط هذه حساس للغاية لطول موجة مختلفة قليلاً من الضوء. وفقًا للنظرية ثلاثية الألوان لرؤية الألوان، الموضحة في الشكل 5.14، يمكن إنتاج جميع الألوان في الطيف من خلال الجمع بين الأحمر والأخضر والأزرق. تتقبل الأنواع الثلاثة من المخاريط كل منها أحد الألوان.
عمى الألوان: قصة شخصية
قبل عدة سنوات، ارتديت ملابسي للذهاب إلى مناسبة عامة ودخلت المطبخ حيث جلست ابنتي البالغة من العمر 7 سنوات. نظرت إليّ، وبأشد صوتها صرامة، قالت: «لا يمكنك ارتداء ذلك.» سألت، «لماذا لا؟» وأبلغتني أن ألوان ملابسي غير متطابقة. كانت تشكو كثيرًا من أنني كنت سيئًا في مطابقة قمصاني وبنطالي وربطات العنق، لكن هذه المرة، بدت منزعجة بشكل خاص. بصفتي أبًا وحيدًا وليس لدي أي شخص آخر يسأله في المنزل، أوصلتنا إلى أقرب متجر وسألت موظف المتجر عما إذا كانت ملابسي متطابقة. قالت إن بنطالي كان لونه أخضر فاتح، وكان قميصي برتقاليًا محمرًا، وربطة العنق كانت بنية. نظرت إليّ بطريقة غريبة وقالت: «لا يمكن لملابسك أن تتطابق.» خلال الأيام القليلة التالية، بدأت أسأل زملائي وأصدقائي عما إذا كانت ملابسي متطابقة. بعد عدة أيام من إخباري بأن زملائي في العمل اعتقدوا أن لدي «أسلوبًا فريدًا حقًا»، حددت موعدًا مع طبيب عيون وخضعت للاختبار (الشكل 5.15). في ذلك الوقت اكتشفت أنني مصاب بعمى الألوان. لا يمكنني التمييز بين معظم الخضر والبني والأحمر. لحسن الحظ، بخلاف ارتداء ملابس سيئة دون قصد، نادرًا ما يضر عمى الألوان بحياتي اليومية.
بعض أشكال نقص الألوان نادرة. تعتبر الرؤية بتدرج الرمادي (ظلال الأسود والأبيض فقط) نادرة للغاية، والأشخاص الذين يفعلون ذلك لديهم قضبان فقط، مما يعني أن لديهم حدة بصرية منخفضة جدًا ولا يمكنهم الرؤية جيدًا. أكثر التشوهات الوراثية المرتبطة بـ X شيوعًا هي عمى الألوان الأحمر والأخضر (Birch، 2012). يعاني ما يقرب من 8٪ من الذكور ذوي الأصول القوقازية الأوروبية، و 5٪ من الذكور الآسيويين، و 4٪ من الذكور الأفارقة، وأقل من 2٪ من الذكور الأمريكيين الأصليين، والذكور الأستراليين، والذكور البولينيزيين من نقص اللون الأحمر والأخضر (Birch، 2012). نسبيًا، يعاني حوالي 0.4٪ فقط من الإناث من أصل قوقازي أوروبي من نقص اللون الأحمر والأخضر (Birch، 2012).
إدراك العمق
تُعرف قدرتنا على إدراك العلاقات المكانية في الفضاء ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد) باسم إدراك العمق. من خلال الإدراك العميق، يمكننا وصف الأشياء بأنها أمام أو خلف أو فوق أو أسفل أو إلى جانب أشياء أخرى.
عالمنا ثلاثي الأبعاد، لذلك من المنطقي أن يكون تمثيلنا العقلي للعالم له خصائص ثلاثية الأبعاد. نحن نستخدم مجموعة متنوعة من الإشارات في المشهد المرئي لتأسيس إحساسنا بالعمق. بعض هذه الإشارات عبارة عن إشارات ثنائية العين، مما يعني أنها تعتمد على استخدام كلتا العينين. أحد الأمثلة على مؤشر العمق بين العينين هو التباين بين العينين، وهو الرؤية المختلفة قليلاً للعالم التي تتلقاها كل واحدة من أعيننا. لتجربة هذه النظرة المختلفة قليلاً، قم بهذا التمرين البسيط: مد ذراعك بالكامل ومد أحد أصابعك وركز على هذا الإصبع. الآن، أغلق عينك اليسرى دون تحريك رأسك، ثم افتح عينك اليسرى وأغلق عينك اليمنى دون تحريك رأسك. ستلاحظ أن إصبعك يبدو وكأنه يتحرك أثناء التبديل بين العينين بسبب اختلاف الرؤية قليلاً لكل عين لإصبعك.
يعمل الفيلم ثلاثي الأبعاد على نفس المبدأ: تسمح النظارات الخاصة التي ترتديها برؤية الصورتين المختلفتين قليلاً المعروضتين على الشاشة بشكل منفصل عن طريق عينك اليسرى واليمنى. عندما يقوم دماغك بمعالجة هذه الصور، تتوهم أن الحيوان القافز أو الشخص الجاري يتجه نحوك مباشرة.
على الرغم من أننا نعتمد على الإشارات ثنائية العين لتجربة العمق في عالمنا ثلاثي الأبعاد، يمكننا أيضًا إدراك العمق في المصفوفات ثنائية الأبعاد. فكر في جميع اللوحات والصور التي شاهدتها. بشكل عام، يمكنك التعمق في هذه الصور على الرغم من أن التحفيز البصري هو ثنائي الأبعاد. عندما نقوم بذلك، فإننا نعتمد على عدد من الإشارات أحادية العين، أو الإشارات التي تتطلب عينًا واحدة فقط. إذا كنت تعتقد أنك لا تستطيع رؤية العمق بعين واحدة، فلاحظ أنك لا تصطدم بالأشياء عند استخدام عين واحدة فقط أثناء المشي - وفي الواقع، لدينا إشارات أحادية العين أكثر من الإشارات ثنائية العين.
مثال على الإشارة أحادية العين هو ما يعرف بالمنظور الخطي. يشير المنظور الخطي إلى حقيقة أننا ندرك العمق عندما نرى خطين متوازيين يبدو أنهما يتقاربان في الصورة (الشكل 5.17). بعض إشارات العمق الأحادية الأخرى هي التداخل والتداخل الجزئي للأشياء والحجم النسبي للصور وقربها من الأفق.
وُلد بروس بريدجمان بحالة شديدة من العين الكسولة التي أدت إلى إصابته بالعمى المجسم، أو عدم قدرته على الاستجابة لإشارات العمق بين العينين. لقد اعتمد بشكل كبير على إشارات العمق الأحادية، لكنه لم يكن لديه أبدًا تقدير حقيقي للطبيعة ثلاثية الأبعاد للعالم من حوله. كل هذا تغير ليلة واحدة في عام 2012 بينما كان بروس يشاهد فيلمًا مع زوجته.
تم تصوير الفيلم الذي كان الزوجان سيشاهدونه في صورة ثلاثية الأبعاد، وعلى الرغم من أنه اعتقد أنه مضيعة للمال، دفع بروس ثمن النظارات ثلاثية الأبعاد عندما اشترى تذكرته. بمجرد بدء الفيلم، وضع بروس النظارات واختبر شيئًا جديدًا تمامًا. لأول مرة في حياته، أعرب عن تقديره للعمق الحقيقي للعالم من حوله. بشكل ملحوظ، استمرت قدرته على إدراك العمق خارج السينما.
هناك خلايا في الجهاز العصبي تستجيب لإشارات العمق بين العينين. عادةً ما تتطلب هذه الخلايا التنشيط أثناء التطور المبكر من أجل الاستمرار، لذلك يفترض الخبراء المطلعون على حالة بروس (وغيرهم من أمثاله) أنه في مرحلة ما من تطوره، لا بد أن بروس قد مر بلحظة عابرة من الرؤية ثنائية العين على الأقل. كان ذلك كافيًا لضمان بقاء الخلايا في النظام البصري التي تم ضبطها على الإشارات ثنائية العين. اللغز الآن هو لماذا استغرق بروس ما يقرب من 70 عامًا لتنشيط هذه الخلايا (Peck، 2012).