ΟΡΑΣΗ ΙΙ: Οταν ο διάλογος της όρασης με το φως αποδεικνύεται μονόλογος
Οπως είδαμε στο προηγούμενο άρθρο μας («Εφ. Συν.» 07-09-13) ο οπτικός φλοιός, που καλύπτει τους ινιακούς λοβούς στο πίσω μέρος του εγκεφάλου, δεν αποτελεί ενιαία δομή, αλλά είναι οργανωμένος «σπονδυλωτά»∙ αποτελείται δηλαδή από διαφορετικές, τόσο ανατομικά όσο και λειτουργικά, μονάδες.
Ο φαινομενικά ενιαίος οπτικός εγκέφαλος χωρίζεται στην πραγματικότητα σε επιμέρους «διαμερίσματα», καθένα από τα οποία είναι εξειδικευμένο στην ανάλυση μιας συγκεκριμένης ιδιότητας του ορατού, η οποία περιέχεται στις οπτικές πληροφορίες (π.χ. χρώμα, κίνηση, μορφή).
Γιατί συμβαίνει αυτό; Πολύ απλά, επειδή η βασική λειτουργία του οπτικού εγκεφάλου είναι να εξάγει τα πιο ουσιαστικά και σταθερά χαρακτηριστικά κάθε αντικειμένου που βλέπουμε, κάτω από διαρκώς μεταβαλλόμενες και δυσχερείς συνθήκες φωτισμού. Με αυτήν ακριβώς την έννοια, η πρωταρχική και η τελική λειτουργία της όρασης είναι γνωστική.
Ετσι, παρά τα φαινόμενα, δεν βλέπουμε με τα μάτια μας αλλά με τον εγκέφαλό μας∙ τα μάτια απλώς καταγράφουν προεπιλεγμένες οπτικές πληροφορίες, τις οποίες όμως δεν είναι σε θέση να τις ερμηνεύουν.
→Οι πρόσφατες ανακαλύψεις για το πώς ο εγκέφαλός μας χρησιμοποιεί την όραση, προκειμένου να γνωρίσει τις πιο ουσιώδεις και σταθερές ιδιότητες του κόσμου, ανατρέπουν πολλές επίμονες δυϊστικές προκαταλήψεις: ότι η γνώση διακρίνεται από την αισθητηριακή αντίληψη, ο νους από το σώμα, η σκέψη από την πράξη
Γράφει ο Σπύρος Μανουσέλης
Ο διάλογος του εγκεφάλου μας με το φως ξεκινά όταν το ορατό φως περνά μέσα από τον κερατοειδή χιτώνα και τον κρυσταλλοειδή φακό του ματιού, διατρέχει το υαλοειδές υγρό στο εσωτερικό του βολβού και τελικά απορροφάται από τα αμιγώς φωτοϋποδεκτικά κύτταρα (κωνία και ραβδία) που υπάρχουν στον αμφιβληστροειδή χιτώνα.
Συνεπώς, ο αμφιβληστροειδής είναι η αναγκαία «διεπιφάνεια» που φέρνει σε επαφή τον εγκέφαλο με το φως: μόνο τα φωτοευαίσθητα κύτταρά του μπορούν να μεταφράζουν τη «γλώσσα» του φωτός (τις ακτίνες φωτονίων) στη «γλώσσα» του εγκεφάλου (τα ηλεκτροχημικά σήματα που ανταλλάσσουν οι νευρώνες).
Ολα αυτά, ωστόσο, αποτελούν μόνον το πρώτο, αμιγώς «επικοινωνιακό» βήμα για τη δημιουργία των οπτικών σημάτων που θέτουν σε λειτουργία την ασύλληπτα περίπλοκη οπτική μηχανή του εγκεφάλου μας. Το φως από μόνο του δεν μεταφέρει καμία οπτική πληροφορία, κανέναν μυστικό «κώδικα» που, υποτίθεται, ότι μόνο τα κατάλληλα μάτια μπορούν να αποκρυπτογραφήσουν!
Διότι, όπως προκύπτει από τη λεπτομερή μελέτη της ανθρώπινης όρασης, ακόμη και η πιο στοιχειώδης οπτική ενέργεια δεν είναι ποτέ μια παθητική ή «πιστή» αναπαράσταση αυτού που βλέπουμε αλλά, αντίθετα, η ενεργητική απάντηση του οργανισμού σε κάποια εξωτερικά ερεθίσματα. Μια απάντηση που εξαρτάται από τη στενή συνεργασία και την καλή λειτουργία των επιμέρους μικροδομών του οπτικού μας συστήματος.
Εγκεφαλική χρωματοποιία
Τι ακριβώς συμβαίνει όταν οι ακτίνες του ορατού φωτός ανιχνεύονται από φωτοϋποδοχείς, τα ειδικά κύτταρα που βρίσκονται μόνο στον αμφιβληστροειδή; Σε κάθε φυσιολογικό αμφιβληστροειδή υπάρχουν δύο βασικοί τύποι φωτοϋποδεκτικών κυττάρων: τα ραβδιοφόρα κύτταρα ή ραβδία, και τα κωνιοφόρα κύτταρα ή κωνία. Τα κύτταρα αυτά περιέχουν διαφορετικές φωτοαπορροφητικές χρωστικές ουσίες, χάρη στις οποίες είναι ικανά να μετατρέπουν τη φωτεινή ενέργεια που απορροφούν σε νευρικά σήματα.
Η παρουσία διαφορετικών χρωστικών ουσιών επιτρέπει στα κωνία και στα ραβδία να αποκρίνονται επιλεκτικά στο φάσμα του ορατού φωτός, δηλαδή να «μεταφράζουν» σε νευρικά σήματα το ορατό φως, το οποίο έχει μήκος κύματος μεταξύ 400 και 800 νανομέτρων περίπου. Διαφορετικά μήκη κύματος προκαλούν διαφορετικές αποκρίσεις των φωτοϋποδεκτικών κυττάρων, με αποτέλεσμα το οπτικό μας σύστημα να διακρίνει στο τέλος διαφορετικά χρώματα.
Στον αμφιβληστροειδή υπάρχουν 120 εκατομμύρια ραβδία και τουλάχιστον 6 εκατομμύρια κωνία. Τα ραβδία ενεργοποιούνται σε συνθήκες ασθενούς φωτισμού ή και στο σκοτάδι και μας επιτρέπουν να έχουμε μια ασαφή και χωρίς χρώματα όραση. Τα κωνία, αντίθετα, ενεργοποιούνται μόνο σε συνθήκες άπλετου φωτός και μας επιτρέπουν να δημιουργούμε μια πολύ πιο σαφή και κυρίως έγχρωμη εικόνα του κόσμου.
Υπάρχουν μάλιστα τρεις τύποι κωνίων –τα κωνία μακρού, μεσαίου και βραχέος μήκους κύματος– τα οποία διαφοροποιούνται μόνον ως προς την ιδιαίτερη φωτοαπορροφητική ουσία που περιέχουν. Και η αναγνώριση των τριών βασικών χρωμάτων βασίζεται σε αυτούς τους τρεις τύπους κωνίων: μπλε για τα βραχέα, πράσινο για τα μεσαία και κόκκινο για τα μακρού μήκους κωνία. Οι τρεις αυτοί τύποι κωνίων αρκούν για να δημιουργηθεί ο πολύχρωμος κόσμος μας, επειδή τρία θεωρείται πως είναι και τα βασικά χρώματα (μπλε, πράσινο, κόκκινο), που αν αναμιχθούν μεταξύ τους μπορούν να παραγάγουν όλα τα άλλα δυνατά χρώματα.
Αποφασιστικής σημασίας είναι όμως και η τοπολογική διάταξη μέσα στο μάτι αυτών των φωτοϋποδεκτικών κυττάρων: στο κεντρικό βοθρίο δεν υπάρχουν καθόλου ραβδία αλλά μόνον κωνία, γιατί εδώ, όταν υπάρχει αρκετό φως, εστιάζεται σαφέστερα η εικόνα που βλέπουμε, διασφαλίζοντας έτσι τη μέγιστη οπτική και χρωματική οξύτητα.
Ο αριθμός των ραβδίων, αντίθετα, αυξάνεται σταδιακά όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο του αμφιβληστροειδούς, δηλαδή από το κεντρικό βοθρίο προς την περιφέρεια. Γεγονός που εξηγεί την ασάφεια και την γκρίζα «θολούρα» των οπτικών εικόνων σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, όταν δηλαδή βλέπουμε βασιζόμενοι μόνο στα ραβδία.
Το ουράνιο τόξο στον εγκέφαλο
Προφανώς η βιολογική εξέλιξη του ανθρώπινου οπτικού συστήματος -και όχι κάποιος πάνσοφος σχεδιαστής!- ενσωμάτωσε σταδιακά στα οπτικά κυκλώματα του εγκεφάλου μας την ικανότητα της τριχρωματικής όρασης, που μας προσέφερε και μας προσφέρει εμφανή πλεονεκτήματα για την επιβίωσή μας ως είδους και όχι βέβαια για τις αισθητικές απολαύσεις που αυτή συνεπάγεται! Βασιζόμενος στις διαβαθμίσεις και τις αναμείξεις των τριών βασικών χρωμάτων, ο εγκέφαλός μας μπορεί να δημιουργεί την απίστευτη ποικιλία των χρωμάτων που «βλέπουμε» γύρω μας. Αυτή την τριχρωματική ικανότητα, σημειωτέον, δεν τη διαθέτουν τα περισσότερα θηλαστικά: ποντικοί, γάτες και σκύλοι έχουν δύο μόνο τύπους κωνίων στα μάτια, και άρα ο κόσμος τους είναι αυστηρά διχρωματικός. Διχρωματικά είναι επίσης και αρκετά πρωτεύοντα, όπως π.χ. μερικά είδη πιθήκων.
Η εξονυχιστική μελέτη των νευροανατομικών προϋποθέσεων της ανθρώπινης όρασης κατέστησε, από καιρό, απολύτως σαφές ότι τα οπτικά σήματα που, με ενδιάμεσους σταθμούς, ταξιδεύουν από τα μάτια προς τον οπτικό εγκέφαλο, εισέρχονται σε αυτόν μέσω μιας πύλης εισόδου που ονομάζεται πρωτοταγής ή ταινιωτός οπτικός φλοιός (V1). Από εκεί τα οπτικά σήματα, αφού υποστούν μια πρώτη επεξεργασία, διανέμονται στα λεγόμενα «εξωταινιωτικά» διαμερίσματα, που αναλαμβάνουν την πλήρη επεξεργασία και ταυτοποίηση των επιμέρους οπτικών χαρακτηριστικών.
Πιο πρόσφατες μελέτες που αξιοποιούν τις νέες τεχνικές απεικόνισης, όπως η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) και κυρίως την τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET), επιβεβαίωσαν πέρα από κάθε αμφιβολία ότι αυτοί οι «σπόνδυλοι» ή «λειτουργικά κέντρα» του οπτικού μας φλοιού επεξεργάζονται παράλληλα, και αυτόνομα ο ένας από τον άλλο, τις διαφορετικές ιδιότητες κάθε οπτικής σκηνής: το χρώμα κυρίως η περιοχή V4, το σχήμα η V3, την κίνηση η V5 κ.ο.κ.
Με άλλα λόγια, παρακολουθώντας τομογραφικά την αύξηση της ροής του αίματος όταν μια περιοχή του εγκεφάλου εκτελεί κάποια λειτουργία κατάφεραν να εντοπίσουν επακριβώς πού εκτελείται η συγκεκριμένη λειτουργία. Για παράδειγμα, μπορούν να εντοπίζουν χωρικά και να οριοθετούν τη λειτουργία της εγκεφαλικής περιοχής που ενεργοποιείται όταν αναγνωρίζουμε ένα χρώμα, μια μορφή ή όταν βλέπουμε ένα αντικείμενο να κινείται. Ετσι ανακάλυψαν ότι η οπτική επεξεργασία του χρώματος, της κίνησης ή της αναγνώρισης μορφών είναι τοπολογικά και λειτουργικά ξεχωριστές λειτουργίες, που εκτελούνται παράλληλα και αυτόνομα η μία από την άλλη.
Το περίεργο είναι ότι, ακόμη και σήμερα, αυτοί οι ανατομικοί-λειτουργικοί «σπόνδυλοι» του οπτικού συστήματος εξακολουθούν να περιγράφονται ως «κέντρα επεξεργασίας» της οπτικής πληροφορίας και όχι ως επιμέρους «κέντρα αντίληψης» της οπτικής σκηνής. Οπως όμως διαπίστωσαν κατ’ επανάληψη, σε πολλές περιπτώσεις τα οπτικά κέντρα επεξεργασίας είναι και κέντρα αντίληψης. Μια απρόσμενη ανακάλυψη με ιδιαίτερα ανατρεπτικές συνέπειες, και όχι μόνο για τις επιστημονικές αλλά και για τις φιλοσοφικές αντιλήψεις μας σχετικά με τον ρόλο και τη γνωστική λειτουργία της όρασης.
Το βιολογικό «θαύμα» της όρασης
Αν όμως ο οπτικός φλοιός χωρίζεται σε επιμέρους «σπονδύλους», καθένας από τους οποίους είναι εξειδικευμένος στην ανάλυση και την επεξεργασία μιας επιμέρους ιδιότητας των οπτικών πληροφοριών, τότε ποιος αναλαμβάνει την τελική σύνθεση του οπτικού παζλ; Πώς αναδύεται η ολοκληρωμένη εικόνα που όλοι βλέπουμε; Γι’ αυτά τα πολύ δύσκολα ερωτήματα δεν υπάρχουν ακόμη οριστικές απαντήσεις. Το βέβαιο πάντως είναι ότι η οπτική συνείδηση –γιατί περί αυτού πρόκειται– δεν βρίσκεται εντοπισμένη σε κάποια ειδική περιοχή του εγκεφάλου, αλλά αντίθετα αναδύεται όταν η πολυπλοκότητα των σχέσεων που υπάρχουν ανάμεσα στις επιμέρους εγκεφαλικές λειτουργίες (μικροσυνειδήσεις;) στρέφεται προς την ίδια τη βιολογική μηχανή που την παράγει: όταν ο οπτικός εγκέφαλος αρχίζει να κοιτάζει, και άρα να γνωρίζει, τον ίδιο του τον εαυτό.
Εφόσον δεχτούμε ότι ο βασικός λόγος της ύπαρξης, αλλά και της εντυπωσιακής εξέλιξης, των οπτικών εγκεφάλων ήταν και είναι η δημιουργία μιας άμεσης, τρισδιάστατης και έγχρωμης εικόνας του κόσμου που μας περιβάλλει και των όσων συμβαίνουν σε αυτόν, τότε θα πρέπει να παραδεχτούμε πως όποτε ανοίγουμε τα μάτια μας πραγματοποιείται ένα βιολογικό θαύμα. Δεδομένου μάλιστα ότι στον φυσικό κόσμο δεν υπάρχουν καθόλου χρώματα αλλά μόνον ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαφορετικού μήκους, που αποτελούνται από άχρωμα φωτόνια που ταξιδεύουν ανέμελα στον χωροχρόνο, χωρίς να «σκοτίζονται» για τις οπτικές μας ανάγκες!
Το πώς ακριβώς ο οπτικός φλοιός καταφέρνει από ορισμένες ακτίνες ορατού φωτός να δημιουργεί μια πολύχρωμη, και κυρίως επωφελή εικόνα του κόσμου, αποτελούσε, μέχρι πολύ πρόσφατα, ένα δυσαπάντητο ερώτημα.
Παρά τις εγγενείς δυσκολίες του ερωτήματος, η πρόοδος των γνώσεών μας όσον αφορά τη μακρά βιολογική εξέλιξη των αισθητηριακών μηχανισμών, και κυρίως οι εντυπωσιακές ανακαλύψεις των νευροεπιστημών σχετικά με την αρχιτεκτονική και τη λειτουργία του οπτικού εγκεφάλου άνοιξαν, τις τελευταίες δεκαετίες, τον δρόμο για την επίλυση του «αινίγματος» της όρασης, που ουσιαστικά ισοδυναμεί με την κατανόηση των εγκεφαλικών της προϋποθέσεων.
Η πρόοδος αυτή, ωστόσο, συνεπάγεται και τη σταδιακή «χειραφέτηση» των νευροβιολογικών εξηγήσεων της όρασης από τους ασφυκτικούς περιορισμούς των, μέχρι χθες, αποκλειστικά «φωτοκεντρικών» φυσικομαθηματικών εξηγήσεων της Οπτικής.
Χωρίς βέβαια να αμφισβητεί την εγκυρότητα και την αποφασιστική συνεισφορά της φυσικής στην κατανόηση των οπτικών φαινομένων, η νευροβιολογία της όρασης, ως μια απολύτως φυσική αλλά ιδιαίτερη βιολογική λειτουργία, οφείλει -και επιτέλους μπορεί!- να ανοιχτεί σε νέα, αδιερεύνητα ή και απαγορευμένα, μέχρι σήμερα, πεδία γνώσης.
Τυπικό παράδειγμα είναι η προσπάθεια να εφαρμόσουμε τις πιο πρόσφατες επιστημονικές κατακτήσεις σχετικά με τη λειτουργία του οπτικού εγκεφάλου για να κατανοήσουμε τον τρόπο σκέψης των μεγάλων ζωγράφων, καθώς και τους εγγενείς περιορισμούς που επηρεάζουν υποσυνείδητα τη δημιουργία των έργων στις εικαστικές και τις οπτικές τέχνες.
Ομως γι’ αυτές τις πολύ πρόσφατες, εντελώς ανοίκειες αλλά πολλά υποσχόμενες εξελίξεις στο αμφιλεγόμενο πεδίο της «νευροαισθητικής» θα μιλήσουμε εκτενέστερα στο επόμενο άρθρο μας.
………………………………………………………………………………………………………
Αχρωματοψία: γκρίζες ζώνες στο οπτικό παζλ
Συχνά στην επιστημονική έρευνα των πολύπλοκων συστημάτων –και ο οπτικός εγκέφαλος είναι αναμφίβολα ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο σύστημα– οι ερευνητές παρακάμπτουν τις δυσκολίες προσεγγίζοντας τη φυσιολογική λειτουργία εμμέσως, αναλύοντας δηλαδή τις δυσλειτουργίες της.
Αυτό ακριβώς συνέβη και με τις μορφές αχρωματοψίας, γενετικές ή επίκτητες. Η μελέτη των δυσλειτουργιών των εγκεφαλικών κέντρων που σχετίζονται με την έγχρωμη όραση επέτρεψε στους ερευνητές να κατανοήσουν τη φυσιολογική λειτουργία και τον μηχανισμό παραγωγής των χρωμάτων.
Κάθε βλάβη στην περιοχή V4 του οπτικού φλοιού επιφέρει μερική ή ολική απώλεια (εξαρτάται από την έκταση της βλάβης) της ικανότητας να διακρίνουμε τα διάφορα χρώματα (φλοιική αχρωματοψία). Υπάρχουν όμως και άλλες μορφές επίκτητης αχρωματοψίας, όπως η δυσχρωματοψία, κατά την οποία οι ασθενείς δεν έχουν απολέσει ολοσχερώς την ικανότητα να αναγνωρίζουν τα χρώματα, απλώς τα βλέπουν κάπως «μουντά» και εμφανώς «λάθος».
Αλλες πάλι μορφές αχρωματοψίας οφείλονται σε δυσλειτουργίες ή σε μεταλλάξεις των κωνίων, των κυττάρων του αμφιβληστροειδούς που ευθύνονται για την ανίχνευση των μηκών κύματος που σχετίζονται με τα χρώματα. Συνεπώς, οι προβολές των κυττάρων αυτών στον πρωτογενή οπτικό φλοιό (V1) είναι είτε ελλιπείς είτε ανύπαρκτες. Στη δεύτερη περίπτωση ο οπτικός φλοιός δεν είναι σε θέση να βλέπει έγχρωμο τον κόσμο αλλά γκρίζο!
Μία αξιοπερίεργη περίπτωση εκ γενετής αχρωματοψίας, γνωστή ως «δαλτονισμός», είναι μια συνήθης ασθένεια όπου ο ασθενής αδυνατεί να διακρίνει το κόκκινο από το πράσινο χρώμα (αχρωματοψία κόκκινου-πράσινου). Και όπως διαπίστωσαν, οφείλεται αποκλειστικά σε μια μετάλλαξη του γονιδίου που βρίσκεται στο χρωμόσωμα Χ. Το γονίδιο αυτό καθορίζει τη σωστή δομή της χρωστικής ουσίας που υπάρχει στα αντίστοιχα κωνία του οφθαλμού.
Φυλετικές ανισότητες και στην αχρωματοψία
Περίπου το 9% των ανδρών πάσχουν από αυτήν την ασθένεια, ενώ μόνον το 1% των γυναικών την εμφανίζει! Πώς εξηγείται αυτή η τόσο προκλητική φυλετική ανισότητα; Η εξήγηση είναι αρκετά απλή: οι άνδρες έχουν μόνο ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ και συνεπώς μόνο ένα αντίγραφο του γονιδίου που έχει την πληροφορία για τη χρωστική ουσία των κωνίων των οφθαλμών. Αν αυτό το μοναδικό γονίδιο μεταλλαχθεί, τότε ο άνδρας θα υποφέρει από αυτή την αχρωματοψία.
Οι γυναίκες, αντίθετα, διαθέτουν δύο χρωμοσώματα Χ, οπότε ακόμη κι αν το ένα από αυτά έχει μεταλλαγμένο το γονίδιο για τη χρωστική, το δεύτερο γονίδιο που υπάρχει στο δεύτερο χρωμόσωμα Χ αναπληρώνει αυτή την έλλειψη!
Το εντυπωσιακό είναι, όπως και σε πολλές άλλες μορφές αχρωματοψίας, ότι η πάθηση αυτή συνήθως επηρεάζει μόνον τις χρωματικές ικανότητες του ασθενούς, ο οποίος κατά τα άλλα βλέπει καλά. Γεγονός που επιβεβαιώνει τη σπονδυλωτή οργάνωση του οπτικού εγκεφάλου, και άρα τον καταμερισμό των οπτικών λειτουργιών σε διαφορετικά κέντρα επεξεργασίας!
