Bezbłędny system nawigacji - wzrok i słuch.

Wiemy już, że tym co sprawia, że nasza wielofunkcyjna zewnętrzna powłoka, skóra, może mieć różny kolor, jest melanina. Dzięki melaninie różnimy się od siebie również kolorem oczu. Niebieskie, brązowe, zielone, orzechowe. Są najbardziej wrażliwym organem, jaki posiada niezwykła ludzka maszyna. Te dwa żelowate w swojej konsystencji organy, osadzone z przodu twarzy, pozwalają nam widzieć wszystko i pobiec za wszystkim, co zechcemy. W czasie kilku mikrosekund oczy są w stanie zauważyć coś, podążać za tym, skupić się na tym a następnie przetworzyć obrazy zarówno stabilne, znajdujące się w ich bezpośrednim sąsiedztwie, jak i oddalone i poruszające się z prędkością setek kilometrów na godzinę. Oczy pozwalają nam doświadczyć i docenić piękno otaczające świata bardziej niż jakiekolwiek inne nasze zmysły.
 
 

Przez poetów nazywane są oknami ludzkiej duszy...

 
 
W rzeczywistości to jednak wiecznie głodni pożeracze światła. Schwytują światło, a następnie przetwarzają je na impulsy elektryczne, które są informacją zrozumiałą dla naszego mózgu. W pierwszym etapie światło dociera do rogówki oka, która przypomina szkiełko zegarkowe położone na środku oka. Rogówka musi być cały czas wilgotna, czysta i idealnie przeźroczysta. Zapewniają jej to powieki i spojówki. Dzięki temu, że co kilka sekund mrugamy rogówka jest oczyszczana i nawilżana, co zapewnia nam idealną jakość widzenia. Rogówka załamuje promienie świetlne a następie kieruje je do źrenicy, przez którą wpadają do reszty oka. Źrenica działa podobnie jak przysłona aparatu fotograficznego – automatycznie reaguje na ilość światła, ulega zwężeniu przy silnym oświetleniu i rozszerzeniu w ciemności dzięki czemu reguluje ilość światła wpadającą do oka. Ta niezwykła zdolność jest możliwa dzięki naszej tęczówce. Patrząc w komuś w oczy postrzegamy ją jako piękną, zachwyca nas jej kolorem, jednak zupełnie nie zdajemy sobie sprawy, że jest ona systemem włókien mięśniowych. Umięśniona tęczówka wchodzi w skurcz gdy światło jest intensywne i ulega relaksacji, gdy natężenie światła spada. Skurcz tęczówki jest natychmiastowy i może się ona kurczy a następnie relaksować w tak szybkim tempie w nieskończoność. Za tą kurczliwą przysłoną znajduje się krystalicznie przeźroczysta soczewka, która skupia promienie świetlne. Skupione wcześniej przez rogówkę i potem przez soczewkę światło w zawrotnym tempie przemieszcza się przez ogromną żelową kulę nazywaną ciałem szklistym, które mimo swojej konsystencji nie wylewa się z naszego oka dzięki znajdującej się na jego powierzchni twardówce. Po przebyciu tej drogi światło uderza w bardzo niezwykłą ścianę, o grubości zaledwie kilkunastu setnych milimetra - w siatkówkę. Ponad 120 milionów fotoreceptorów zlokalizowanych w siatkówce zamienia światło w impulsy elektryczne i w tej postaci rozpoczyna ono swoją podróż do naszego mózgu. W obszarze kory wzrokowej zlokalizowanej w płacie potylicznym mózgu w każdym ułamku sekundy zachodzi nieustanne porównywanie, analizowanie i nakładanie na siebie wysyłanych z siatkówki nerwem wzrokowym impulsów elektrycznych. I tak oto z niezliczonych prostych rozbłysków światła w naszym mózgu rodzi się skomplikowany obraz.
Ta przedziwna zdolność wynikająca z współdziałania z sobą niezwykle czułego wychwytywacza światła i efektywnego układu przewodzenia informacji sprawia, że widzenie jest dla większości z nas tak naturalne, że do końca życia nie zdajemy sobie sprawy z genialności tego systemu. Jednak nie wszyscy mają takie szczęście. Ofiary bardzo rzadkiej choroby genetycznej o nazwie retinopatia barwnikowa długo żyją w całkowitej nieświadomości, że z czasem utracą tą tak cenną zdolność, jaką jest widzenie. Choroba zaczyna się rozwijać w okresie młodzieńczym i polega na odkładaniu się barwnika w siatkówce oka ale początkowo nie daje żadnych objawów. Odkładanie barwnika powoduje zaburzenia krążenia krwi w naczyniówce, tkance zlokalizowanej między siatkówką a twardówka. W efekcie, do siatkówki nie są dostarczane wystarczające ilości substancji odżywczych i tlenu, co skutkuje zanikiem fotoreceptorów siatkówki. Pierwsze objawy choroby są bardzo niespecyficzne, pojawia się pogorszenie widzenia w nocy. Później jednak dochodzi do stopniowego zawężania pola widzenia aż do całkowite utraty wzroku. Naukowcy z Uniwersytetu w Kalifornii opracowali prostą sztuczną siatkówkę w postaci niezwykłej kilkumilimetrowej płytki zbudowanej z 16 elektrod. Implant ze sztucznej siatkówki umieszcza się bezpośrednio na zdegenerowanej siatkówce oka, w miejscu gdzie odchodzi od niej nerw wzrokowy i podłącza się do specjalnych okularów wychwytujących światło oraz przetwarzających je na impuls elektryczny. Stymulowanie tak uzyskanymi impulsami elektrycznymi elektrod sztucznej siatkówki powoduje stymulowanie nerwu wzrokowego i wysyłanie do mózgu impulsu nerwowego. Ta brutalna jednak precyzyjnie przeprowadzona ingerencja w tak delikatny organ, jakim jest ludzkie oko, skutkuje ponownym widzeniem początkowo poruszających się plam światła ale daję szansę na stopniowe przywrócenie zdolności widzenia. Mimo, że implanty są wyposażone jedynie w 16 elektrod, co stanowi mniej niż milionową część fotoreceptorów zdrowej siatkówki, efekty tej terapii są fenomenalne. Z upływem czasu dzięki swym niezwykłym i nieodgadnionym właściwościom mózg uczy się jak z tak niewielkiej porcji informacji tworzyć obrazy z coraz większą ilością szczegółów.
 
 

Nasze osobiste mikrofony...


 
Nie mielibyśmy jednak pełnego obrazu otaczającego świata gdyby te idealne odbiorniki światła jakimi są nasze oczy nie współdziałały ze zlokalizowanymi w ich pobliżu, po obu stronach naszej głowy, specjalnymi mikrofonami. Są nimi nasze uszy. Dzięki uszom w każdy momencie życia wiemy gdzie jesteśmy, gdzie znajduje się niebo, a gdzie ziemia, bo to uszy odpowiedzialne są za utrzymywanie przez nas równowagi. Dzięki uszom stawiamy pierwsze kroki jako małe dzieci a potem potrafimy jeździć rowerem bez trzymania kierownicy, dzięki uszom akrobaci po skomplikowanej ewolucji w powietrzu potrafią wylądować na ziemi a pływacy po wyskoczeniu z trampoliny i zrobieniu kilku obrotów bezpiecznie lądują w basenie. Tą niezwykłą zdolność zawdzięczamy zlokalizowanym w uchu wewnętrznym trzem tzw. kanałom półkolistym, które są wypełnione płynem i działają jak poziomice. Gdy poruszamy głową płyn w kanałach półkolistych poruszając się drażni zakończenia nerwów i informuje mózg o jego położeniu w 3 wymiarach: góra-dół, przód-tył, prawo-lewo. Ten niewielkich rozmiarów system oparty na przekazywaniu do mózgu informacji w postaci impulsów nerwowych powstających w wyniki ruchu płynów jest zaskakująco skuteczny.
           W Japonii przeprowadzono doświadczenia, do których użyto specjalnych generatorów impulsów elektrycznych symulujących impulsy powstające w wyniku ruchu płynu w kanałach półkolistych. Okazało się, że manipulując zdalnie impulsami wytwarzanymi przez generatory, które umieszczano na uszach ochotników, możliwe było kierowanie tymi osobami jak zdalnie sterowanymi zabawkami. Naukowcy uważają, że na razie tego typu działania możemy wykorzystać, by pomóc osobom z zaburzeniami równowagi lub do symulowania ruchu w grach komputerowych czy w nowoczesnych kinach z technologią 5D. W przyszłości jednak być może będzie możliwe nawigowanie ludźmi na zasadzie podobnej do systemy GPS i doprowadzanie ich za pomocą tego systemu dokładnie do celu.
 

Mapa peripersonalna i triki magików...


 
Aby system kontroli położenia naszego ciała był efektywny konieczne jest współdziałanie z sobą nie tylko wzroku i narządu równowagi, ale również receptorów nacisku stóp, które są źródłem informacji o odchyleniu środka ciężkości naszego ciała oraz tzw. proprioreceptorów zlokalizowanych w naszych mięśniach i ścięgnach, wrażliwych na napięcie mięśniowe. Dzięki genialnej współpracy wszystkich tych układów mózg potrafi ocenić położenie naszego ciała nawet w ciemności lub gdy dopadnie nas zamieć śnieżna zanim zdążymy dotrzeć w bezpieczne miejsce. Układ równowagi wraz z układem czuciowym i wzrokiem biorą również udział w tworzeniu tzw. mapy peripersonalnej (mapy przestrzeni wokół ciała). Obraz postrzeganego przez nas świata i relacji przestrzennych jest kombinacją egocentrycznego, czyli związanego z nami samymi, i allocentrycznego, czyli związanego z otoczeniem, punktu widzenia. Co ciekawe, postrzeganie allocentryczne pojawia się dopiero pomiędzy 3 a 5 rokiem naszego życia. Każdy z tych typów postrzegania związany jest z innym szlakiem wzrokowym w naszym mózgu. Stymulacja określonych obszarów mózgu może wywoływać niezwykłe wrażenia wzrokowe np. poczucie oddzielenia od własnego ciała, wrażenie unoszenia się pod sufitem, wrażenie widzenia swojego ciała z perspektywy zewnętrznej, czy tzw. negatywna autoskopia, czyli niewidzenie swojego odbicia w lustrze lub tzw. wewnętrzna autoskopia, czyli widzenie w swoim odbiciu w lustrze wewnętrznych organów ciała. Efekty takie mogą zostać wywołane przez uszkodzenia mózgu, jak również substancje halucynogenne, wyczerpanie organizmu lub stany podobne do ataków padaczki. Mechanizm percepcji mogą zaburzyć także sugestie hipnotyczne wywołując tzw. zespół obcej ręki, czyli wrażenie, że nasza ręka (lub inna część ciała) nie należy do nas, w związku z tym np. nie odczuwamy jej bólu. Podobnie jest z wieloma trikami stosowanymi przez spirytystów i wróżbitów. Przykładem jest ruch stolika, na którym trzyma ręce grupa osób uczestnicząca w seansie spirytystycznym – uczestnicy są przekonani, że sami nie popychają stolika. 
 
 

Kiedy powietrze staje się dźwiękiem...


 
W uchu znajduje się również system, dzięki któremu doświadczamy czegoś tak naturalnego dla większości z nas, jak słyszenie. Słuch stanowi dopełnienie systemu nawigacji w odbieraniu bodźców z otoczenia. Ilekroć poruszamy się lub porusza się cokolwiek wokół nas powoduje to również ruch otaczającego powietrza. Ruch ten przenosi się w powietrzu w postaci fali. Każda z fal przemieszcza się z inną częstotliwością i dociera do nas z prędkością 1200 km na godzinę by wytworzyć w naszym uchu dźwięk. Nasze małżowiny uszne działają jak talerz anteny radaru, wychwytują fale przemieszczające się w powietrzu i kierują je do wnętrza przewodu słuchowego, gdzie napotykają one na niezmiernie elastyczną i wrażliwą na najmniejszy ruch powietrza błonę bębenkową. Fala powietrza, nazywana akustyczną, wprawia w drgania zlokalizowaną w tzw. jamie bębenkowej błonę bębenkową, która porusza się z częstotliwością odpowiadającą częstotliwości drgań docierającej do niej fali powietrza. Dzięki przewodowi łączącemu jamę bębenkową z jamą gardła, tzw. trąbce Eustachiusza, po obu stronach błony bębenkowej utrzymywane jest stałe ciśnienie. Zaburzenie tej równowagi skutkuje nieprzyjemnym bólem uszu dotykającym osoby doświadczające gwałtownej zmiany ciśnienia otaczającego powietrza np. w tracie lądowania samolotu. U osób cierpiących na obrzęk przegrody pomiędzy tylną ścianą gardła a trąbka Eustachiusza (spowodowany np. przeziębieniem) zmiana ciśnienia na wyższe w niższych partiach atmosfery bez możliwości wyrównania powstałej różnicy poprzez jamę gardła skutkuje silnym naciskiem na delikatną błonę bębenkową. Jednak mimo, że błona bębenkowa jest bardzo delikatna zmiany ciśnienia w samolocie, jak również bardzo głośne dźwięki nie powodują jej uszkodzenia, bo posiada ona specjalne zabezpieczenie. Jest nim mięsień bębenkowy, zwany napinaczem błony bębenkowej, który reguluje jej napięcie. Po drugiej stronie błony bębenkowej, w uchu środkowym, znajduje się stykający się z nią układ maleńkich kosteczek, wielkości ziarnka ryżu każda. Dzięki temu, że jedna z kosteczek, strzemiączko styka się z membraną zlokalizowanego w uchu wewnętrznym tzw. ślimaka, drgania kosteczek słuchowych przenoszą się na płyn znajdujący się w ślimaku. Ślimak, tworzący wraz kanałami półkolistymi błędnik, swoją nazwę zawdzięcza kształtowi przypominającemu z zewnątrz zwiniętą muszlę ślimaka. Płyn poruszając się w ślimaku powoduje ruch mikroskopijnych rzęsek komórek słuchowych zlokalizowanych w tzw. narządzie Cortiego we wnętrzu ślimaka. Szacuje się, że w naszym uchu jest ponad 20 tysięcy komórek słuchowych, z których każda może być wyposażona nawet w 150 rzęsek. Ruch rzęsek generuje podrażnienie nerwu słuchowego i jest przekształcany w zrozumiały dla naszego mózgu język impulsów elektrycznych. Szacuje się, że w nerwie słuchowym znajduje się nawet 30 tysięcy włókien nerwowych leżących u podstawy każdej komórki słuchowej, co stanowi aż 5% wszystkich włókien nerwowych w naszym organizmie.
           Zastanawiające jest to, jak dokonuje się rozróżnienie dźwięków o różnej częstotliwości i rożnym natężeniu, które w tym samym czasie docierają do naszej błony bębenkowej i wprawiają ją w drgania. Uważa się, że dźwięki  różnej częstotliwości drażnią membranę ślimaka w różnych miejscach, a tym samym powodują drażnienie różnych grup komórek słuchowych dzięki czemu słyszymy jednocześnie różne dźwięki. Głośność dźwięku przekłada się na liczbę drażnionych komórek słuchowych. Jest to tzw. tonotopowa organizacja odbioru i percepcji dźwięku. Z kolei zgodnie tzw. zasadą salw (zasada częstotliwości) częstotliwość wyładowań elektrycznych w nerwie słuchowym odpowiada częstotliwości fali dźwiękowej a różnicowanie intensywności dźwięków odbywa się już w strefie podkorowej mózgu. Bodźce elektryczne docierające do kory słuchowej są porównywane z zapisanymi w nim wraz z rozwojem mózgu wzorcami dźwięków, dzięki czemu następuje przełożenie określonych impulsów elektrycznych na słyszenie.

 

Szumy uszne jak bóle fantomowe...

 
 
Ciekawym zjawiskiem z punktu widzenia nas obserwatorów, choć niezwykle uciążliwym z punktu widzenia osoby doświadczającej tego zjawiska, są szumy uszne. Uważa się, że szumy uszne, nazywane tinnitus, pojawiają się na skutek nieprawidłowej aktywności nerwowej w obrębie drogi słuchowej. Mają one podobny charakter jak bóle fantomowe i są efektem percepcji sygnału pochodzącego z neuronalnych dróg słuchowych, powstającego w nich jednak w efekcie działania innych bodźców niż dźwiękowe. Za przyczyny tej nieprawidłowości uważa się uszkodzenia w obrębie ślimaka lub uszkodzenia komórek słuchowych. Nadzieją dla osób cierpiących na tą przypadłość jest metoda polegające na celowym generowaniu specjalnego szumu, tzw. szumu maskującego. W efekcie nałożenia się na siebie impulsów wywołanych w komórkach nerwu słuchowego przez „fantomowy szum” i przez szum maskujący następuje ich wzajemne wygaszenie się i szumy uszne stają się niesłyszalne. 
 
 
Cudowny mechanizm, jakim jest nasze ciało, potrafi jednak nie tylko odbierać i rozróżniać dźwięki z otoczenia ale również sam je wytwarzać. I to właśnie o komunikacji fenomenalnej ludzkiej maszyny z otoczeniem przeczytacie w następnym odcinku naszej podróży.

Powyższy artykuł ukazał się w miesięczniku Moda na Zdrowie w marcu 2014.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz