Znajdź zawartość

Mózg postrzega dwuznaczne twarze jako męskie, kiedy pokazują się w jednej części pola widzenia, a jako żeńskie, gdy zauważy je w innym miejscu. Wyniki eksperymentu naukowców z MIT-u i Harvardu obalają obowiązujący od dawna w neurologii dogmat, że to, co mózg widzi, nie powinno zależeć od względnego umiejscowienia obiektu w stosunku do obserwatora. To jedna z tych rzeczy, których nie można przewidzieć – że patrząc na dwie identyczne twarze, będziemy myśleć, że są różne – opowiada dr Arash Afraz. W realnym świecie, poza laboratorium, niekonsekwencja mózgu w przypisywaniu płci do fizjonomii jest niezauważalna, ponieważ istnieje sporo innych wskazówek pomagających w identyfikacji, np. fryzura czy ubranie. Gdy jednak ludzie stykają się wygenerowanymi przez komputer twarzami, pozbawionymi wszystkiego, co mogłoby wskazywać na płeć, pojawia się odchylenie związane z położeniem obrazu w polu widzenia. Zespół pokazywał ochotnikom serię twarzy losowo wybranych z zestawu uporządkowanego od fizjonomii bardzo męskich do bardzo kobiecych, prosząc o przypisanie im płci. W przypadku twarzy bardziej androgynicznych – z cechami obydwu płci – kategoryzacja zależała od miejsca wyświetlenia bodźca na ekranie. Wolontariuszy proszono o skupienie wzroku na środku monitora, podczas gdy twarze wyświetlano na 50 milisekund w różnych jego obszarach. Przy założeniu, że badani siedzieli w odległości ok. 22 cali (56 cm) od monitora, twarze miały dla nich ok. 2 cm. Wzorzec uznawania jednej i tej samej twarzy za męską lub żeńską był różny w przypadku różnych ludzi, dlatego pewne osoby zawsze uznawały androgyniczną twarz za żeńską, gdy pojawiała się w prawym górnym rogu, podczas gdy inni kategoryzowali wyświetloną w tym samym miejscu fizjonomię jako męską. Odchylenie obserwowano także podczas oceny wieku, ale u każdego z ochotników wzorzec tendencyjności osobistej dla wieku był niezależny od tendencyjności w ocenie płci. Afraz sądzi, że jak w statystyce, za zaobserwowany efekt odpowiada tzw. obciążenie doboru próby (ang. sampling bias). W korze wzrokowej, gdzie przetwarzany jest obraz, neurony są podzielone na grupy analizujące poszczególne części pola widzenia. W obrębie każdej z nich występuje zapewne stosunkowo mała liczba komórek odpowiadających za interpretowanie płci twarzy. Im mniejszy obraz, tym mniej neuronów jest aktywowanych, dlatego mogą zacząć dominować komórki reagujące na twarze żeńskie, a w innej części kory wzrokowej przewagę mają z kolei neurony odpowiadające na twarze męskie.

Specjaliści opracowali okulary 3D dla osób po udarach, które pomagają im odzyskać wzrok. Tacy pacjenci często miewają bowiem problemy związane z utratą części pola widzenia bądź cierpią na przypadłość zwaną zespołem nieuwagi stronnej. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego, którymi kierował prof. Toshiaki Tanaka, mają nadzieje, że gogle, używane przeważnie do celów rozrywkowych, np. w kinach, pomogą chorym odzyskać świadomość obiektów i własnego ciała po stronie przeciwległej do uszkodzonej półkuli. Japończycy zakładają, że ich zmodyfikowane okulary trafią na rynek w ciągu 3 lat. Wcześniejsze urządzenie było wyposażone w kamerę pokazującą dwuwymiarowy obraz. Trening ruchowy, który wymagał postrzegania głębi, np. poruszanie się we wnętrzach czy przebieranie się, nadal jednak sprawiał rehabilitowanym pacjentom trudność. Właśnie dlatego nowe urządzenie w wersji 3D ma 2 kamery: prawą i lewą. Dzięki temu osoba po udarze zdaje sobie sprawę ze zwężenia pola widzenia. Ekipa Tanaki podkreśla, że w porównaniu do gogli zapewniających wyłącznie płaski obraz, te trójwymiarowe pomagają poszerzyć zakres widzenia.

Głowomłot, lepiej znany jako ryba czy rekin młot, ma charakterystyczną budowę głowy. Okazuje się, że dzięki niej osiąga największy w świecie zwierząt kąt widzenia. Postrzega panoramicznie, bo w zakresie 360 stopni we wszystkich kierunkach. Byliśmy zdumieni, że ma tak znakomity wzrok. Płynąc, może w dowolnie wybranym momencie widzieć wszystko po bokach, z przodu i z tyłu, ale i nad oraz pod sobą [w ten sposób jest w stanie ocenić głębię] – opowiada dr Michelle McComb z Florida Atlantic University. Dotąd badacze testowali wiele różnych hipotez, czemu w ewolucji młotowatych doszło do wykształcenia tak dziwnego wyglądu. Wspominano m.in. o wbudowanym sonarze, ułatwieniach dla powonienia czy zwiększeniu zwrotności. Po raz pierwszy wykazano jednak, że budowa głowy wspomaga wzrok. Amerykanie posłużyli się elektroretinografem błyskowym, czyli urządzeniem do badania pola widzenia. Rekiny umieszczano w zaciemnionym akwarium. Następnie w różnych miejscach pojawiały się rozbłyski. Dzięki przymocowanym do ryb elektrodom śledzono sygnały przesyłane z oka do mózgu. Okazało się, że w porównaniu do gatunków rekinów z bardziej spiczastym pyskiem, głowomłoty tropikalne (Sphyrna lewini) mają największe pole widzenia dla każdego z oczu. McComb uważa, że widzenie w stereo zarówno do przodu, jak i do tyłu ma związek z pozycją młotów w łańcuchu pokarmowym. Znajdują się one pośrodku, nie tylko one więc na kogoś polują, ale i same mogą zostać czyimś łupem. Podczas poszukiwania ofiary przydaje im się widzenie do przodu, a świadomość tego, co dzieje się za nimi, pozwala uciec przed innym drapieżnikiem.

A.H. to 10-letnia Niemka, która urodziła się bez prawej półkuli mózgu. Jedno jej oko obejmuje całe pole widzenia. Wygląda na to, że mózg dziecka przeorganizował się jeszcze podczas życia płodowego. Naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow zorientowali się w budowie mózgu dziewczynki, gdy jako 3-latka zaczęła cierpieć na napady drgawek, które dotyczyły lewej strony ciała. Wykonano wtedy rezonans magnetyczny. Padaczkę udało się wyleczyć, a poza tym A.H. wydaje się całkowicie zdrowa. Chodzi do szkoły, jeździ na rowerze i rolkach. Dostrzec można jedynie lekkie osłabienie lewej połowy ciała. Gdyby w ramach leczenia ciężkiej epilepsji usunąć półkulę, w której znajduje się ognisko padaczkowe, pacjent utraciłby jedną część pola widzenia w obojgu oczach. Zachowałaby się albo tylko lewa, albo tylko prawa część pola widzenia i mielibyśmy do czynienia z niedowidzeniem połowiczym jednoimiennym. Tymczasem jedno z oczu A.H. dysponuje niemal idealnym widzeniem bez ubytków. Pole widzenia każdego z oczu składa się z dwóch części. Fragment siatkówki znajdujący się bliżej skroni odpowiada za widzenie pola w okolicach nosa. Włókna z siatkówki przyskroniowej łączą się z mózgiem bez krzyżowania, a więc z prawego oka idą do prawej półkuli, a z lewego do lewej. Natomiast fragmenty siatkówki znajdujące się bliżej nosa rejestrują bodźce z boku głowy (okolic skroni), a nerwy się krzyżują i wędrują z prawego oka do lewej półkuli i z lewego do prawej. Oznacza to, że prawa półkula odpowiada za rejestrowanie lewych ćwiartek pola widzenia, a lewa – za rejestrowanie prawych. Skany ujawniły, że część włókien nerwu wzrokowego, która w normalnych okolicznościach skierowałaby się do prawej półkuli, "podłączyła się" do półkuli lewej. Mózg jest obdarzony niezwykłą plastycznością, ale byliśmy bardzo zaskoczeni, widząc, jak dobrze pojedyncza półkula tej dziewczynki zaadaptowała się do sytuacji. Mimo braku połowy mózgu, funkcjonowanie psychologiczne pacjentki jest całkowicie prawidłowe, [...] a ona sama urzeka dowcipem, urokiem i inteligencją – opowiada dr Lars Muckli z uniwersyteckiego Centrum Neuroobrazowania Kognitywnego, który współpracował ze specjalistami z Frankfurtu. W przypadku A.H. sprawa z widzeniem była dodatkowo skomplikowana przez fakt, że jej prawe oko nigdy się nie wykształciło. Oznacza to, że powinna dysponować danymi wzrokowymi tylko z jednej połówki lewego oka. Badanie obrazowe wykazało, czemu do tego nie doszło. Włókna z lewej siatkówki, które za skrzyżowaniem wzrokowym powinny się skierować do prawej półkuli, podłączyły się do lewego wzgórza i kory wzrokowej. Niektóre włókna nerwowe wykształciły się w taki sposób, jakby podążały za wskazówkami molekularnymi sterującymi tworzeniem się prawego nerwu wzrokowego. Większość jednak przynależy do neuronów odpowiadających za lewą część pola widzenia. Taki typ organizacji pozwala A.H. niezależnie przetwarzać informacje dotyczące lewej i prawej połowy pola widzenia.

Nasz mózg dostosowuje tor przesyłania sygnałów nerwowych do zaistniałej sytuacji, np. zablokowania używanych wcześniej ścieżek, w ciągu zaledwie kilku sekund. Jest zatem bardziej elastyczny niż dotąd sądzono, a zawdzięczamy to sieci uśpionych połączeń (Journal of Neuroscience). Daniel Dilks z MIT posłużył się plamką ślepą. Jest to miejsce na siatkówce, do którego dochodzi nerw wzrokowy. Nie ma tam żadnych fotoreceptorów, stąd niewrażliwość na światło. Luki w polu widzenia obu oczu nie pokrywają się, dzięki czemu braki jednego są uzupełniane przez dane napływające z drugiego. Sprawa komplikuje się, gdy zasłonimy jedno oko i tak właśnie postąpili Amerykanie. Ustalili, gdzie znajduje się plamka ślepa w drugim oku 48 ochotników. Następnie prezentowali im prostokąty, które znajdowały się na prawo od niej (tuż obok). Zadanie polegało na określeniu długości obu boków po upływie różnego czasu od momentu zasłonięcia oka. Okazało się, że błyskawicznie następowało rozciągnięcie krawędzi figury. Po odsłonięciu oka zaburzenia widzenia proporcji ustępowały tak szybko, jak się pojawiły. Ponieważ zmiana była natychmiastowa, mózg musiał wykorzystać istniejące wcześniej połączenia. Członkowie ekipy Dilksa sugerują, że neurony, które w normalnych okolicznościach wykorzystują dane z drugiego oka do wypełnienia luki w widzeniu, po zasłonięciu go zachowują się jak złodzieje. Sprawdzają, co mają sąsiedzi i sobie to "pożyczają". Kiedy czasowo odcięliśmy dopływ danych do kory wzrokowej, ochotnicy wspominali o przemianie kwadratów w prostokąty. Byliśmy zaskoczeni, stwierdzając, że wrażenie przeniesionego widzenia pojawiło się w ciągu zaledwie 2 sekund. [...] Stało się to tak szybko, iż uważamy, że mózg stale rekalibruje system połączeń – wyjaśnia Nancy Kanwisher. Dilks po raz pierwszy zauważył zjawisko rozciągania kwadratu u pacjenta po przebytym udarze, w wyniku którego część kory wzrokowej została pozbawiona danych wejściowych. Uraz doprowadził do wytworzenia ślepego obszaru w jego polu widzenia. Kiedy kwadrat demonstrowano poza tym rejonem, chory postrzegał prostokąt. Jego kora wzrokowa była pozbawiona dopływu danych przez dłuższy czas, nie wiedzieliśmy więc, jak szybko dorosły mózg zmienia się w wyniku deprywacji. Stąd pomysł na eksperyment ze zdrowymi ludźmi.

Naukowcy z Uniwersytetu w Adelajdzie wyjaśnili na poziomie poszczególnych neuronów, jak kształtuje się złudzenie, że po zjechaniu z autostrady samochód niemal przestaje się poruszać (Proceedings of The Royal Society B). Komórki nerwowe szybko adaptują się do widoku poruszających się obiektów, np. jezdni. Okazuje się jednak, że dotyczy to tylko stymulowanej części neuronu. Jeśli pokazujemy zmieniający się obraz tylko jednemu oku, zaadaptuje się jedynie aktywowana przez ruch reprezentacja pola widzenia – twierdzi dr Karin Nordström. O istnieniu tzw. adaptacji do ruchu specjaliści wiedzą już od dawna, nowością jest jednak podejście zespołu z Adelajdy. Interesuje go bowiem nie reakcja całego mózgu, a poszczególnych neuronów. Za model ludzkich reakcji posłużyły Australijczykom bzygi (Syrphidae), owady z rzędu muchówek. Przypominają one osy, bo mają odwłok w żółto-czarne prążki. Wybrano właśnie je, bo ludzie i owady przetwarzają ruch w podobny sposób [...]. Najpierw naukowcy podłączyli do poszczególnych neuronów elektrody. Potem wyświetlali bzygom poruszające się czarne i białe pasy. Kiedy mózg owadów przyzwyczaił się do tego widoku, aktywność komórek nerwowych spadła. Początkowo widok wywoływał silną reakcję neuronalną, ale wystawienie na oddziaływanie pasów po raz drugi dawało o wiele słabszy wynik. Adaptacja do ruchu nie przenosi się na inne części tego samego neuronu. Kiedy odkrywa się pozostałe części pola widzenia neuronu i po raz pierwszy pokazuje pasy, reakcja znowu jest duża – wyjaśnia dr Nordström. Zgodnie z takim scenariuszem, gdyby ktoś jechał najpierw autostradą z zasłoniętym jednym okiem, a potem poruszał się po innej drodze z szybkością 50 km/h, odczuwałby prędkość jako mniejszą. Jeśli jednak na drogę mogłoby zerknąć zasłonięte oko, jazda z pięćdziesiątką na liczniku wydawałaby się relatywnie szybsza. W przyszłości akademicy zamierzają pokazywać owadom bardziej naturalne obrazy. Wtedy też ponownie ocenią reakcję neuronów.