حرکات هوشمند چشم باعث وضوح بینایی می شوند

محققان در دانشگاه بُن کشف کردند که چگونه حرکات هوشمند و ظریف چشم و چگالی گیرنده‌های نوری به وضوح بینایی کمک می‌کنند.

به گزارش تک‌ناک، توانایی ما برای دیدن از سلول‌های گیرنده نوری حساس به نور در چشم‌های ما آغاز می‌شود. یک منطقه خاص از شبکیه، به نام «فووئا»، مسئول بینایی واضح و دقیق است. در این ناحیه، گیرنده‌های مخروطی حساس به رنگ به ما این امکان را می‌دهند که حتی کوچک‌ترین جزئیات را تشخیص دهیم. چگالی این سلول‌ها از فردی به فرد دیگر متفاوت است.

علاوه بر این، زمانی که روی یک شیء تمرکز می‌کنیم، چشم‌های ما حرکات ظریف و پیوسته‌ای انجام می‌دهند که در هر فرد متفاوت است.

محققان بیمارستان دانشگاه بُن (UKB) و دانشگاه بُن، اکنون بررسی کرده‌اند که چگونه بینایی دقیق با این حرکات کوچک چشم و موزاییک مخروط‌ها مرتبط است. منظور از موزاییک، چیدمان یا الگوی فشرده و منظمی است که سلول‌های مخروطی در ناحیه فووئا (مرکز شبکیه) تشکیل می‌دهند.

محققان با استفاده از تصویربرداری با وضوح بالا و میکرو-سایکوفیزیک، نشان دادند که حرکات چشم به دقت تنظیم شده‌اند تا نمونه‌برداری مناسبی از مخروط‌ها فراهم کنند. نتایج این مطالعه اکنون در مجله eLife منتشر شده است.

انسان‌ها می‌توانند با تمرکز نگاه خود روی یک شیء، آن را به وضوح ببینند و این امکان به لطف یک منطقه کوچک در مرکز شبکیه است. این ناحیه که به نام «فووئا» (در زبان لاتین به معنی گودال) شناخته می‌شود، از یک موزاییک فشرده از سلول‌های گیرنده نوری مخروطی حساس به نور تشکیل شده است.

چگالی این سلول‌ها به بیش از ۲۰۰,۰۰۰ مخروط در هر میلی‌متر مربع می‌رسد. این مخروط‌های کوچک در فووئا قسمت قابل مشاهده از فضای دید را نمونه‌برداری و سیگنال‌های خود را به مغز ارسال می‌کنند. این عملکرد مشابه پیکسل‌های یک حسگر دوربین است، که میلیون‌ها سلول حساس به نور در سطح آن پراکنده شده‌اند.

با وجود این، تفاوت مهمی وجود دارد. برخلاف پیکسل‌های حسگر دوربین، مخروط‌ها در فووئا به‌ طور یکنواخت توزیع نشده‌اند. هر چشم الگوی چگالی خاصی در فووئا دارد. علاوه بر این، برخلاف دوربین، چشم‌های ما به طور مداوم و ناخودآگاه در حرکت هستند.

این اتفاق حتی زمانی که ما به طور ثابت به یک شیء نگاه می‌کنیم هم رخ می‌دهد. حرکات کوچک چشم هنگام تمرکز، اطلاعات دقیق‌تر از فضای دید را از طریق سیگنال‌های متغیر گیرنده‌های نوری به مغز منتقل می‌کنند.

یکی از اجزای این حرکات که به «دریفت» معروف است، می‌تواند در افراد مختلف متفاوت باشد. همچنین حرکات بزرگ‌تر چشم می‌تواند بینایی را مختل کند. با وجود این، ارتباط بین این حرکت‌ها و گیرنده‌های نوری در فووئا و تأثیر آنها بر توانایی ما در دیدن جزئیات ریز، تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته بود.

استفاده از تصویربرداری با وضوح بالا و میکرو-سایکوفیزیک

این مسئله موضوع تحقیق محققان این مطالعه است، که با استفاده از اسکوپ نوری اسکن تطبیقی (AOSLO) بررسی شده است. با دقت فوق‌العاده‌ای که این ابزار فراهم می‌کند، محققان توانستند رابطه مستقیم بین چگالی مخروط‌ها در فووئا و کوچک‌ترین جزئیاتی که می‌توانیم تشخیص دهیم را بررسی کنند. در همین حال، حرکات ریز چشم‌ها نیز ثبت شد.

محققان برای انجام این کار، قدرت بینایی ۱۶ شرکت‌کننده سالم را در حالی که یک تکلیف بصری دشوار را انجام می‌دادند، اندازه‌گیری کردند. آنها مسیر محرک بصری روی شبکیه را دنبال کردند تا مشخص کنند که کدام سلول‌های گیرنده نوری در بینایی هر شرکت‌کننده نقش دارند.

محققان از ضبط‌های ویدیویی برای تحلیل نحوه حرکت چشم‌های شرکت‌کنندگان در زمان تمایز حروف استفاده کردند.

هماهنگی دقیق حرکات چشم با چگالی مخروط‌ها

این مطالعه نشان داد که انسان‌ها قادر هستند جزئیات دقیق‌تری از آنچه که چگالی مخروط‌ها در فووئا نشان می‌دهد را درک کنند.

از این یافته‌ها می‌توان نتیجه گرفت که چیدمان مخروط‌های فووئا فقط بخشی از عواملی است که توانایی تفکیک بینایی را پیش‌بینی می‌کنند. علاوه بر این، محققان متوجه شدند که حرکات کوچک چشم بر وضوح بینایی تأثیر می‌گذارد. زمانی که روی چیزی تمرکز می‌کنیم، حرکات دریفت چشم به‌ شکل دقیق تنظیم می‌شود تا شبکیه به‌ طور هماهنگ با ساختار فووئا حرکت کند.

حرکات دریفت دائم محرک‌های بصری را به مناطقی از شبکیه می‌برد که چگالی مخروط‌ها در آنجا بیشتر است. به‌ طور کلی، نتایج نشان داد که در عرض چند صد میلی‌ثانیه، رفتار دریفت به‌ صورت خودکار با نواحی شبکیه که چگالی مخروط‌ها در آن بیشتر است هماهنگ می‌شود و وضوح بینایی را بهتر می‌کند. طول و جهت این حرکات دریفت نقش مهمی در این فرایند داشتند.

این یافته‌ها بینش‌های جدیدی را درباره رابطه بنیادی بین فیزیولوژی چشم و بینایی ارائه می‌دهد. درک شیوه حرکت بهینه چشم برای دستیابی به بینایی بهتر می‌تواند به پزشکان کمک کند تا اختلالات چشم‌پزشکی و نوروفیزیولوژیکی را بهتر درک کنند و راهکارهای طراحی شده برای شبیه‌سازی یا بازگرداندن بینایی انسان مانند ایمپلنت‌های شبکیه را بهبود بخشند.