چشم انسان مدلی طبیعی از قابلیت دید در شب دارد

محققان به تازگی دریافته‌اند که سلول‌های شبکیه چشم می‌توانند الگوی کارشان را تغییر دهند تا به مغز در تشخیص حرکت و جابجایی اجسام کمک کنند.

شبکیه چشم برای دیدن در نور مهتاب و نور کم باید نرم افزار و سخت افزار سلول‌های حسگر نوری‌اش را تغییر دهد تا نوعی دید شب بوجود بیاورد. محققان دانشگاه دوک (Duke) که دریافته‌اند چطور شبکیه خود را در نور کم مجدد برنامه ریزی می‌کند، می‌گویند تا پیش از این تصور می‌شد که مدارهای شبکیه تغییر نمی‌کنند و برای کارهای مشخصی برنامه ریزی شده‌اند اما شواهد نشان می‌دهند که مدار شبکیه این توانایی را دارد که خود را با شرایط نوری متفاوت وفق دهد و سازگار کند.

گرگ فیلد (Greg Field) استادیار نوروبیولوژی و مهندسی پزشکی دانشگاه دوک می‌گوید:

برای دیدن در نور کم، بیولوژی باید به حد دیدن یک ذره بنیادی از کیهان یعنی یک فوتون دست یابد. تعداد فوتون‌ها در شب بسیار بسیار کم هستند.

یافته‌های این تحقیق که پیش از این در مجله اینترنتی نورون (Neuron) منتشر شده بودند نشان می‌دهند که سلول‌های شبکیه حساس به حرکت مجدد برنامه ریزی می‌شوند.

حتی در بهترین شرایط روشنایی، شناسایی وجود و مسیر حرکت یک جسم متحرک، مولفه اصلی بقای بسیاری از حیوانات بشمار می‌آید. اما تشخیص حرکت با یک نقطه مرجع چندان جواب نمی‌دهد. بنابراین شبکیه مهره داران چهار نوع سلول حساس به حرکت دارد که هرکدام مشخصا نسبت به حرکت رو به بالا، پایین، چپ یا راست واکنش نشان می‌دهند. براساس گفته فیلد وقتی شئ یا جسمی دقیقا در یکی از این چهار جهت حرکت می‌کند آن گروه نورون‌ها به شدت تحریک می‌شوند. البته اگر حرکت بین بالا و چپ باشد هردو گروه سلول‌ها برانگیخته می‌شوند اما نه به قدرت و شدت قبل. مغز، این نوع سیگنال را بعنوان حرکتی رو به بالا و چپ تفسیر می‌کند.

فیلد می‌گوید:

مغز برای کارهای پیچیده از گروه بزرگی از نورون‌ها استفاده می‌کند چرا که تنها یک نورون می‌تواند این کار را انجام دهد.

این نورون‌های جهتی در انسان حدود 4 درصد سلول‌هایی را شامل می‌شوند که سیگنال‌ها را از شبکیه به مغز می‌فرستند. براساس گفته‌های فیلد این میزان در جوندگان به 20 تا 30 درصد می‌رسد چرا که تشخیص حرکت اهمیت حیاتی برای حیوان دارد چون ممکن است توسط سایر حیوانات خورده شود.

شیائویانگ یائو (Xiaoyang Yao) دانشجوی کارشناسی ارشد در تحقیقی روی شبکیه موش با میکروسکوپ مجهز به دید در شب در یک اتاق کاملا تاریک در آزمایشگاه فیلد، دریافت که سلول‌های شبکیه حساس به حرکت روبه بالا در نور کم، رفتارشان را تغییر می‌دهند. نورون‌های «بالا» بلافاصله بعد از تشخیص هر حرکتی برانگیخته می‌شوند.

فیلد اشاره می‌کند که نمونه کوچکی از شبکیه موش روی یک آرایه الکترودی گذاشته شد تا برانگیختگی جداگانه صدها نورون به یکباره محاسبه شود «و بعد فیلمی را برایش به نمایش گذاشتیم». فیلد درباره تحقیق شیائویانگ می‌گوید:

روش کار شیائویانگ این بود که عملکرد این سلول‌ها را در روز و شب بررسی کند. وی متوجه تفاوت بین این دو شد و بدنبال یافتن پاسخ بود.

وقتی نور کم باشد، سیگنال حرکت ضعیف از نورون‌های بالایی به سیگنال ضعیفی از هر کدام از سلول‌های جهتی دیگر متصل شده و به مغز کمک می‌کند تا حرکت را درک کند؛ همانطوری که سیگنال‌های دو جهتی را به عنوان حرکتی میانی تفسیر می‌کند.

بیشتر افرادی که مشکل بینایی شدید دارند از فقدان درک حرکتی می‌نالند. فیلد می‌گوید این یافته درباره قابلیت وفق پذیری نورون‌های شبکیه به طراحی شبکیه مصنوعی قابل پیوند در آینده کمک می‌کند. فیلد می‌گوید:

بسیاری از حیوانات شب را برای غذا پیدا کردن انتخاب می‌کنند که احتمالا به این خاطر است که شکارچی‌ها سخت تر می‌توانند آن‌ها را ببینند. اما طبیعت، یک میدان جنگ تمام عیار است. جغدها و گربه‌ها چشمان کاملا مسلح و پیشرفته‌ای برای دید در شب دارند. شکارها برای زنده ماندن و بقا خود را با محیط وفق داده‌اند.

بنا به دلایلی که هنوز مشخص نیست تنها سلول‌های «فوقانی» هستند که در نور کم حرکت را نشان می‌دهند. فیلد فکر می‌کند که جهت بالا مهم‌ترین جهت برای یک حیوان شکار خواهد بود که موقعیت شکارچی حین نزدیک شدن به شکارش را مشخص می‌کند، اما هنوز اطلاعاتی در این‌باره دردسترس نیست.

آنچه که در حال حاضر مهم است این است که چشم و مغز محاسبات‌شان از حرکت را در نور کم تغییر می‌دهند. فیلد اشاره می‌کند:

دریافته‌ایم که تعداد زیادی از نورون‌های شبکیه می‌توانند خود را با شرایط مختلف وفق دهند.

براساس گفته‌های جفری دایموند (Jeffrey Diamond) محقق ارشد موسسه ملی سکته و اختلالات نورولوژیک که پردازش بصری در شبکیه را بررسی می‌کند، رتینا از تعداد زیادی مدار تشکیل شده که بصورت موازی کار می‌کنند. دایموند عنوان می‌کند که:

می‌دانیم که این مدارهای شبکیه در ساعات مختلف روز کارهای متفاوتی انجام می‌دهند.

دایموند می‌گوید حال که فیلد این انطباق و سازگاری با نور کم ناشی از تغییرات در مدار و سیگنال‌های شیمیایی بین سلول‌ها را دریافته است، این سوال مطرح می‌شود که چه تعداد انطباقات دیگری قرار است در آینده پیدا شوند.

دایموند می‌افزاید:

50 نوع سلول در شبکیه داریم که نورون‌های دو قطبی را با نورون‌های ردیف دوم مرتبط می‌سازند و بیشترشان چند انتقال دهنده عصبی را آزاد می‌کنند که بر مدار شبکیه چشم تاثیر می‌گذارد. اطلاعاتی که در حال حاضر داریم تنها درباره 20 درصد این سلول‌ها است.

سخن پایانی

برای اطلاع بیشتر از اخبار علمی با پلازا همراه بمانید، شما همچنین می‌توانید در بخش نظرات، دیدگاه خود را با ما به اشتراک بگذارید.