وول خوردن مردمک چشم - 1397/05/14

وقتی درحال مطالعه هستیم، چشمانمان مجموعهای از پرشها را انجام داده و صفحه را به شکل هموار پویش می کند و سریعاً از بخشی از متن به بخش دیگر حرکت میکند. بعد از هر پرش که به ساکاد (saccade) معروف است، مردمک چشم معمولاً برای لحظهای وول میخورد. اکنون پژوهشگران مدلی را برای این نوع حرکت مردمک توسعه دادهاند که تنها شامل مشخصههای فیزیکی کرهی چشم است. این مدل به دانشمندان کمک میکند تا آن دسته از حرکات چشم را که ناشی از کنترل نرولوژیکی چشم است را از وول خوردن (که به ویژگیهای مادهی چشم مربوط است) تمیز دهند.

چشم انسان‌ بندرت ثابت می‌ماند. وقتی صحنه‌ی اطراف‌مان را می‌پاییم، حدود سه بار در هر ثانیه، نگاه‌های خیره‌ی ما از یک نقطه به نقطه‌ی دیگر سریعاً منتقل می شود. چون تنها قسمت کوچکی از شبکیه‌ی چشم به رنگ و جزئیات حساس است، این ساکادها در قوه‌ی ادراک ما نقش مهمی دارند. این ساکادها تغییرات تابع شناختی را نیز تغییر می‌دهند مثلا حرکت چشم با ضربه مغزی یا بیماری عصبی تحت تاثیر قرار می‌گیرد. اما اندازه و زمان تثبیت (بازه‌های زمانی مابین ساکادها) از یک فرد به فرد دیگری به شکل قابل توجهی تغییر می‌کند و به وظیفه‌ی بصری انجام شده وابسته است. رالف انگبرت (Ralf Engbert) متخصص بینایی از دانشگاه پسدام در آلمان می‌گوید: «هنوز برای حرکت ساکاد چشم، استانداردی وجود ندارد که به شکل گسترده پذیرفته شده باشد؛ در نتیجه روش پذیرفته شده‌ای عمومی برای آشکاسازی ساکادها وجود ندارد».

این مساله با نوسانات پساساکادی (PSO) پیچیده‌تر هم می‌شود؛ این نوسانات تکان‌های ناگهانی کوچک مردمک چشم‌اند که چند ده میلی‌ثانیه طول می‌کشد و بعد از یک ساکاد رخ می‌دهد. PSOهای که از مردمک چشم (حفره‌هایی در انبیه) نتیجه می‌شوند، نسبت به لبه‌ی ثابت بیرونیِ انبیه حرکت رفت و برگشتی انجام می‌دهند. برای مثال وقتی مردمک برای زمان کوتاهی به سمت راست مرکز حرکت می‌کند، بافت انبیه اندکی به سمت راست متراکم می‌شود و بافت سمت چپی اندکی کشیده می‌شود. البته مردمک فضایی خالی است و بنابراین در واقع روی بافت فشاری نمی‌آورد و حرکت آن در نتیجه‌ی اینرسی انبیه است.

چون PSOها به مدت کسر قابل توجهی از زمانِ تثبیت طول می‌کشند که حدود ۱۸۰ تا ۳۳۰ میلی‌ثانیه تغییر می‌کند، می‌توان آن‌ها را با تعریف و آشکارسازی ساکادها بدست آورد. پژوهش‌گران PSOها را به عنوان نتیجه‌ای از ویژگی‌های مکانیکی چشم درنظر می‌گیرند بجای آن‌که آن‌ها را حرکت عصب‌شناختی بدانند؛ اما مدلی کمّی که بتواند این پدیده را بازتولید کند پیشنهاد نداده‌اند. اکنون سباستین بووزات ( Sebastián Bouzat) بیوفیزیک‌دانی از مرکز اتمی باریلوش در آرژانتین و همکارانش مدلی را توسعه داده‌اند که PSOها را تکرار و به شکل کمی تعریف کرده و می‌تواند آن‌ها را از ساکادها تمیز دهد.

 

مدل نظری جدیدی که چگونگی وولخوردن مردمک برای مدتی بعد از آنکه چشم یک حرکت پویشی (موسوم به ساکاد) انجام میدهد را توضیح میدهد.

مدل نظری و یک‌بعدی این تیم شامل دو نیروست که مردمک را تحت تاثیر قرار می‌دهد تا به یک ساکاد (اتصالی شبه‌فنری که به تخم‌چشم متصل است و تمایل دارد مردمک و ویسکوزیته را با مایع درون تخم چشم به سمت مرکز رانده و حرکتش را به تعویق می‌اندازد) پاسخ دهد. با استفاده از روش عددی برای حل معادلات حرکت، پژوهش‌گران ساکادی را با استفاده از حرکت ناگهانی یک‌وری تخم‌چشم با پرش مابین ۱۰ تا ۱۰۰ میلی‌ثانیه (بسته به اندازه‌ی جابجایی یک‌وری)ایجاد کرده‌اند. مردمک دو میلی‌ثانیه برای شروع حرکت فرصت دارد سپس گرفتار شده و به مرکز تخم‌چشم حرکت می‌کند. وقتی پرش تمام می‌شود، مردمک تا ۴۰ میلی‌ثانیه قبل از توقف به عقب و جلو وول می‌خورد.

دامنه‌ی PSO با افزایش اندازه‌ی پرش (به ازای پرش‌های کوچک) رشد می‌کند سپس به یک نقطه‌ی پیکی رسیده و به آرامی برای پرش‌های بزرگ‌تر کاهش‌ می‌یابد. با انتقال نتایج این مدل به پیش‌بینی‌های تخم‌چشم‌های واقعی، این پژوهش‌گران دریافتند که بزرگ‌ترین دامنه‌ی PSO، (تقریبا یک درجه) برای جابجایی خیره‌شدن حدود ۵-۸ درجه رخ می‌دهد که تقریباً متناظر است با حرکت تمرکزتان در فاصله‌ی ۴ دکمه‌ی روی کیبورد. این پیش‌بینی‌ها با داده‌‌های آزمایش‌های انجام یافته بر روی چشم تطابق دارد [1].

این مدل تایید می‌کند که PSOها از ویژگی‌های مکانیکیِ چشم ناشی می‌شوند. به بیان بوزات: « بعد از آنکه تخم‌چشم ثابت می‌شود، بخش داخلی انبیه به حرکت خود برای مدتی ادامه می‌دهد. چون هرچیزی در داخل چشم ژله مانند است».

ایگنس هوخ (Ignace Hooge) که ارتباط بین حرکت و شناخت چشم را در دانشگاه اوترخت در هلند مطالعه می‌کند می‌گوید که علاوه بر فراهم آوردن توصیف دقیق از چگونگی رفتار چشم در طول و بعد از ساکادها، این مدل پتاسنیل این را دارد که به عنوان ابزاری برای تشخیص صحیح حرکات عصب‌شناختی تخم‌چشم از یک حرکت ساده‌ی چشم در آزمایش‌های انجام یافته بر روی چشم بکار رود.

اینگبرت این مدل را گامی مهم به سوی درک چگونگی تغییر رفتار ساکادها درمیان افراد می‌داند. تفاوت در میانگین زمان‌های تثبیت برای وظایف شناختی مختلف مثل مطالعه یا جستجوی یک صحنه می‌تواند به کوچکی ۵ میلی‌ثانیه باشد، بنابراین حتی یک مقدار کوچک از عدم‌قطعیت در تعریف شروع و پایان ساکادها می‌تواند تفاوتی فاحش در اندازه‌گیری دقیق آن‌ها ایجاد کند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

 

 

مراجع:

  1. I. Hooge, M. Nyström, T. Cornelissen, and K. Holmqvist, “The Art of Braking: Post Saccadic Oscillations in the Eye Tracker Signal Decrease with Increasing Saccade Size,” Vision Res. 112, 55 (2015).

دربارهی نویسنده:

کاترین رایت کمک‌ویراستار مجله‌ی فیزیک است.

منبع:

Why Your Pupils Wobble

http://psi.ir/news2_fa.asp?id=2570