Κοιτάζοντας γύρω μας, έχουμε πάντα τη βεβαιότητα ότι αυτό που βλέπουμε είναι μια πιστή αποτύπωση του πραγματικού κόσμου που μας περιβάλλει. Ο γνωστός νευροφυσιολόγος Vernon Mountcastle λέγει ότι «στην πραγματικότητα είμαστε φυλακισμένοι μέσα σε έναν εγκέφαλο και η μόνη μας επικοινωνία με τον έξω κόσμο γίνεται με διαύλους επικοινωνίας, τις αισθήσεις, που μεταφέρουν ένα πολύ μικρό κομμάτι πληροφοριών για το τι συμβαίνει εκεί έξω».
Σ’ αυτή τη φιλτραρισμένη αναπαράσταση του κόσμου θα πρέπει να προσθέσουμε και τη διαστρέβλωση, μεγέθυνση ή σμίκρυνση του ποσού πληροφοριών που γίνεται σε όλα τα επίπεδα επεξεργασίας καθώς οι πληροφορίες αυτές οδεύουν μέσα στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα.
Θα μπορούσε να πει κανείς ότι αυτό που βλέπουμε δεν είναι τελικά παρά το αποτέλεσμα πολλαπλής σύνθετης και επιλεκτικής επεξεργασίας του σήματος που διεγείρει την όραση, δηλαδή της φωτεινής ακτινοβολίας που έρχεται από τον κόσμο που βρίσκεται έξω από εμάς.
Ας προσπαθήσουμε λοιπόν να παρακολουθήσουμε τα βήματα αυτής της επεξεργασίας καθώς η φωτεινή ακτινοβολία από το περιβάλλον διεγείρει το όργανο της όρασης, δηλαδή τον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού. Τα κύτταρα του χιτώνα αυτού είναι ευαίσθητα στην ένταση της ακτινοβολίας και στο μήκος κύματος της ακτινοβολίας που είναι και τα χαρακτηριστικά που την καθορίζουν.
Από το σημείο αυτό και πέρα, το σύστημα αρχίζει να γίνεται επιλεκτικό. Ενώ το μήκος κύματος της φωτεινής ακτινοβολίας είναι συνεχές στο ορατό φάσμα, οι φωτοϋποδοχείς, τα φωτοευαίσθητα δηλαδή κύτταρα του ματιού μας, απαντούν επιλεκτικά σε τρεις ζώνες μήκους κύματος που αντιστοιχούν στο μπλε, πράσινο και κίτρινο κόκκινο χρώματα.
Έτσι το συνεχές φάσμα μετατρέπεται σε έναν συνδυασμό τριών βασικών στοιχείων και με το συνδυασμό αυτό αντιλαμβανόμαστε το μήκος κύματος της φωτεινής ακτινοβολίας και το κωδικοποιούμε σε κατηγορίες, τα χρώματα. Ήδη λοιπόν από τον αμφιβληστροειδή ξεκινά μια διαδικασία μετατροπής της πληροφορίας, για το μήκος κύματος του φυσικού ερεθίσματος, σε περιορισμένο αριθμό κατηγοριών που είναι ουσιαστικά μια μείωση της πληροφορίας.
Τα φωτοευαίσθητα κύτταρα μεταφέρουν την πληροφορία για την ένταση της φωτεινής ακτινοβολίας στα γαγγλιακά κύτταρα που είναι ο πρώτος νευρικός σταθμός επεξεργασίας των οπτικών ερεθισμάτων. Τα γαγγλιακά κύτταρα κωδικοποιούν την πληροφορία για την ένταση της φωτεινής ακτινοβολίας σε κάθε σημείο όχι κατά απόλυτη τιμή αλλά σαν διαφορά έντασης.
Έτσι, κάθε γαγγλιακό κύτταρο απαντά όχι στο επίπεδο φωτεινότητας που έρχεται από ένα σημείο του εξωτερικού χώρου, αλλά στην αλλαγή του επιπέδου φωτεινότητας ανάμεσα σε γειτονικά σημεία. Για να κάνει αυτή την επεξεργασία το κάθε γαγγλιακό κύτταρο συλλέγει την πληροφορία έντασης φωτεινής ακτινοβολίας από ένα σύνολο γειτονικών φωτοϋποδοχέων του αμφιβληστροειδούς. Το σύνολο αυτό είναι μεγάλο για την περιφέρεια του αμφιβληστροειδούς και πολύ μικρότερο για την κεντρική περιοχή της ωχράς κηλίδος.
Τα γαγγλιακά κύτταρα λοιπόν κωδικοποιούν διαφορές φωτεινότητας σε έναν χάρτη που αντιστοιχεί στον αμφιβληστροειδή. Η σάρωση στο χάρτη αυτόν είναι πολύ λεπτομερής για το κέντρο και αδρή για την περιφέρεια. Η διαφοροποίηση αυτή διατηρείται σε όλη την πορεία της αισθητικής οδού μέχρι και τον φλοιό του εγκεφάλου. Το αδρό σύστημα, ή «μακροκυτταρικό», συλλέγει πληροφορία αλλαγής φωτεινότητας, από μεγάλες περιοχές του χώρου και είναι ευαίσθητο σε ταχείες αλλαγές φωτεινότητας όπως για παράδειγμα κατά την κίνηση αντικειμένων στο χώρο.
Το λεπτομερές σύστημα, ή «μικροκυτταρικό», συλλέγει πληροφορία από μικρές περιοχές του χώρου και είναι ευαίσθητο σε λεπτομέρειες και στο μήκος κύματος που θα μεταφραστεί στο χρώμα. Η δομή αυτού του χάρτη που είναι ουσιαστικά μια διαστρεβλωμένη στο χώρο οπτική αναπαράσταση μεταβολών φωτεινότητας θα διατηρηθεί και στον πρώτο σταθμό επεξεργασίας της οπτικής οδού δηλαδή τον έξω γονατώδη πυρήνα του θαλάμου.
Από εκεί ο επόμενος σταθμός θα είναι ο πρωτοταγής οπτικός φλοιός στον ινιακό φλοιό (περιοχή V1 κατά Broadman). Στην περιοχή αυτή θα διατηρηθεί η διάκριση μακροκυτταρικού και μικροκυτταρικού συστήματος που θα οδεύσουν σε διαφορετικές περιοχές (στοιβάδες) του φλοιού.
Παράλληλα, τα κύτταρα του οπτικού φλοιού είναι πλέον ευαίσθητα σε μεταβολές φωτεινότητας κατά μήκος ενός άξονα και όχι ανάμεσα σε δυο σημεία. Τα «απλά» λεγόμενα κύτταρα του φλοιού κωδικοποιούν έτσι μεταβολές φωτεινότητας σε συγκεκριμένη περιοχή του χώρου κατά μήκος συγκεκριμένου άξονα, ενώ τα «σύνθετα» λεγόμενα κύτταρα κωδικοποιούν μεταβολές φωτεινότητας κατά μήκος ενός συγκεκριμένου κάθε φορά άξονα, ανεξαρτήτως της θέσης του στο χώρο.
Βλέπουμε λοιπόν ότι ο πρωτοταγής οπτικός φλοιός αρχίζει να αναγνωρίζει περιγράμματα από τις αλλαγές φωτεινότητας. Τα περιγράμματα αυτά θα αποτελέσουν το υλικό για την αναγνώριση σχημάτων. Τα απλά και σύνθετα κύτταρα κατανέμονται σε κολόνες στον πρωτοταγή οπτικό φλοιό και γειτονικές κολόνες έχουν παρόμοια προτίμηση στη διεύθυνση του άξονα που αναγνωρίζουν.
Ανάμεσα στις κολόνες υπάρχουν «κηλίδες» με κύτταρα που μεταφέρουν την πληροφορία του χρώματος. Αυτή η πολύπλοκη δομή χάρτη στον πρωτοταγή οπτικό φλοιό, επαναλαμβάνεται και στον δευτεροταγή οπτικό φλοιό (περιοχές V2,V3 κατά Broadman) όπου πλέον τα κύτταρα είναι ευαίσθητα σε πιο σύνθετα περιγράμματα. Από εκεί και πέρα υπάρχει ένας σαφής διαχωρισμός της οδού σε ένα ραχιαίο τμήμα που καταλήγει στην περιοχή V5 κατά Broadman και από εκεί στον οπίσθιο βρεγματικό φλοιό και ένα κοιλιακό τμήμα που οδεύει στον κροταφικό φλοιό.
Η ραχιαία οδός δέχεται πληροφορίες κυρίως από το μακροκυτταρικό σύστημα και τα κύτταρα στις περιοχές αυτές κωδικοποιούν κίνηση αντικειμένων στο χώρο, καθώς και τη σχετική κίνηση του ίδιου του ατόμου (ή μελών του σώματός του) σε σχέση με σταθερά αντικείμενα στο χώρο. Το σύστημα αυτό δηλαδή επεξεργάζεται το κομμάτι αυτό των πληροφοριών της οπτικής εικόνας που είναι απαραίτητο για να μπορούμε να κινούμαστε στο χώρο, να αποφεύγουμε αντικείμενα και να πιάνουμε αντικείμενα.
Η κοιλιακή οδός θα καταληξει στον κάτω κροταφικό φλοιό. Εδώ υπάρχουν κύτταρα που είναι ευαίσθητα σε συγκεκριμένα αντικείμενα. Μάλιστα η διάκριση μπορεί να είναι τόσο εντυπωσιακή, ώστε κάποια κύτταρα να «αναγνωρίζουν» μόνο αντικείμενα που χρησιμοποιούμε ως εργαλεία, ενώ άλλα κύτταρα να «αναγνωρίζουν» μόνο έμψυχα όντα όπως τα ζώα.
Δεν γνωρίζουμε ακόμα με ποιους πολύπλοκους κανόνες λειτουργούν τα κύτταρα αυτης της περιοχής, διαμορφώνοντας αυτές τις καταπληκτικές ειδικότητες στην αναγνώριση συγκεκριμένων μορφών. Στην περιοχή αυτη βρίσκονται και τα περίφημα κύτταρα που απαντούν με ενεργοποίηση στην εμφάνιση στην οπτικη εικόνα ανθρώπινων προσώπων (Gross & Sergent.
Υπάρχει δε μια συγκεκριμένη βλάβη στον αριστερό κάτω κροταφικό φλοιό που οδηγεί στο σύνδρομο της προσωποαγνωσίας. Στη διαταραχη αυτη το άτομο βλέπει κανονικά αλλά δεν μπορεί να αναγνωρίσει πρόσωπα. Μία άλλη περιοχη όπου καταληγει η κοιλιακη οδός είναι στον ινιακό φλοιό, η περιοχη V4 κατά Broadman, η οποία κάνει την τελικη επεξεργασία του χρώματος. Σε βλάβη της περιοχης αυτης, το άτομο πάσχει από αχρωματοψία, δηλαδή βλέπει τον κόσμο μαυρόασπρο.
Είναι λοιπόν φανερό από τα παραπάνω ότι με όσα μπορούμε να γνωρίζουμε ώς σημερα η οπτικη εικόνα του κόσμου που μας περιβάλλει μέσα στον εγκέφαλο αποτελείται από κομμάτια πληροφορίας που αφορούν προϊόντα επεξεργασίας πολύ συγκεκριμένου τμήματος της φωτεινής ακτινοβολίας και οδηγεί στη σύνθετη πληροφορία για συγκεκριμένα αντικείμενα, χρώμα η κίνηση αντικείμενων.
Ένα εμφανές πρόβλημα που προκύπτει από όλη αυτη τη διαδικασία είναι πως συντίθενται αυτά τα διασπασμένα και διασκορπισμένα στο φλοιό τμηματα που επεξεργάζονται διαφορετικές πληροφορίες στο ένα, ενιαίο, σύνολο που αντιλαμβανόμαστε σαν οπτικη εικόνα. Μια απάντηση στο ερώτημα αυτό της σύζευξης έχει προταθεί ότι είναι η σύξευξη στο χρόνο της ενεργοποίησης των περιοχών αυτών. Είναι σαν μια ορχηστρα όπου το κάθε όργανο παίζει το δικό του κομμάτι και το σύνολο των οργάνων που παίζουν ταυτόχρονα προκαλεί την μουσικη όπως την ακούμε.
Μια άλλη ερώτηση είναι αν αυτά που επιλέγουμε να δούμε τα επιλέγουμε τυχαία η υπάρχει επιλογη από πριν. Η απάντηση είναι ότι υπάρχουν και οι δυο διαδικασίες. Η διαδικασία από κάτω προς τα επάνω επιλέγει τυχαία περιοχές του χώρου όπου κοιτάμε. Η διαδικασία από πάνω προς τα κάτω κατευθύνει την προσοχη μας και αντίστοιχα και την όραση μας σε συγκεκριμένες περιοχές του χώρου που θεωρούμε από πριν ότι μπορεί να έχουν σημασία.
Η διαδικασία αυτη επιλογής εφορεύεται από περιοχές του φλοιού όπως ο μετωπιαίος και ο βρεγματικός φλοιός. Στο σύνδρομο αμέλειας χώρου που εμφανίζεται έπειτα από βλάβες του βρεγματικού φλοιού, τα άτομα δεν κοιτούν μια συγκεκριμένη περιοχή του χώρου γιατί η προσοχή τους δεν στρέφεται στην περιοχή αυτη.
Μια τελευταία ερώτηση που σημερα έχει αρχίσει να διερευνάται αφορά το κατά πόσον το άτομο είναι ενημερο για όλα τα στοιχεία που συνθέτουν την οπτικη εικόνα. Σε πειράματα με διχοτομημένη όραση όπου κάθε μάτι βλέπει μια διαφορετικη εικόνα έχει φανεί ότι τα άτομα είναι ενημερα για μια από τις δυο εικόνες και μετά λίγα δευτερόλεπτα είναι ενημερα για την άλλη.
Η εναλλαγη ενημερότητας συμβαίνει με έναν στοχαστικό τρόπο στο χρόνο. Ο Νικόλαος Λογοθέτης έδειξε το 1989 (Logothetis & Schall, 1989) ότι, όταν ο πίθηκος βλέπει μια εικόνα με διχοτομημένη όραση, αναφέρει συνειδητή ενημερότητα με το ίδιο στοχαστικό πρότυπο στο χρόνο όπως και ο άνθρωπος, πράγμα που σημαίνει ότι και στον πίθηκο υπάρχει αυτη η μορφη συνειδητης ενημερότητας για την οπτικη εικόνα. Προχωρώντας σε νευρωνικές καταγραφές, ο Λογοθέτης έδειξε ότι ορισμένοι νευρώνες στον κάτω κροταφικό φλοιό απαντούσαν περισσότερο όταν το αντικείμενο προτίμησης τους ηταν στη συνειδητη ενημερότητα του ζώου από την περίπτωση που το ίδιο αντικείμενο έφευγε από την ενημερότητα. Οι νευρώνες αυτοί, λοιπόν, έδιναν και το στίγμα της συνειδητης ενημερότητας που αφορούσε την οπτικη εικόνα.
Συνοψίζοντας, θα μπορούσαμε να πούμε ότι αυτό που περιγράφουμε σαν «οπτικη αναγνώριση» είναι ένα σύνολο διεργασιών επεξεργασίας πληροφορίας σε πολλαπλές περιοχές του Νευρικού Συστήματος. Οι διεργασίες αυτές, που ακόμα δεν έχουν κατανοηθεί πληρως, οδηγούν σε μια επιλεκτική αναγνώριση συγκεκριμένων δομών στην οπτικη εικόνα, ενώ η επιλογη του τι θα δούμε και πότε γίνεται πάλι με τη συμμετοχη πολλών περιοχών του φλοιού. Τέλος, το τι βλέπουμε συνειδητά και τι ασυνείδητα στην οπτικη εικόνα φαίνεται να αποτυπώνεται επίσης στα χαρακτηριστικά λειτουργίας του πολύπλοκου αυτού συστήματος.
Είναι λοιπόν η οπτικη αναγνώριση μια διαδικασία αποτύπωσης του οπτικού ερεθίσματος που έρχεται από τον κόσμο που μας περιβάλλει η είναι μια πολύπλοκη νοητικη επεξεργασία συγκεκριμένων και πολύ περιορισμένων πληροφοριών του οπτικού κόσμου που γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μας επιτρέπει να ερμηνεύουμε τον κόσμο που μας περιβάλλει και όχι απλά να τον βλέπουμε. Ή, για να το πούμε διαφορετικά, αυτό που βλέπουμε μήπως είναι τελικά αυτό που σκεπτόμαστε;
Συγγραφέας: Νικόλαος Σμύρνης
Βιβλιογραφικές αναφορές
Gross, C. G. & Sergent, J. (1992). Face recognition. Current Opinion in Neurobiology, 2,156-161.
Logothetis, N. K. & Schall, J. D. (1989). Neuronal correlates of subjective visual perception. Science, 245,761-763.
Farah, M. J. (2000). The cognitive neuroscience of vision. Oxford UK: Blackwell Publishers.
