وول خوردن مردمک چشم
وقتی درحال مطالعه هستیم، چشمانمان مجموعه ای از پرش ها را انجام داده و صفحه را به شکل هموار پویش می کند و سریعاً از بخشی از متن به بخش دیگر حرکت می کند. بعد از هر پرش که به ساکاد ( saccade ) معروف است، مردمک چشم معمولاً برای لحظه ای وول می خورد. اکنون پژوهش گران مدلی را برای این نوع حرکت مردمک توسعه داده اند که تنها شامل مشخصه های فیزیکی کره ی چشم است. این مدل به دانش مندان کمک می کند تا آن دسته از حرکات چشم را که ناشی از کنترل نرولوژیکی چشم است را از وول خوردن (که به ویژگی های ماده ی چشم مربوط است) تمیز دهند.
چشم انسان بندرت ثابت می ماند. وقتی صحنه ی اطراف مان را می پاییم، حدود سه بار در هر ثانیه، نگاه های خیره ی ما از یک نقطه به نقطه ی دیگر سریعاً منتقل می شود. چون تنها قسمت کوچکی از شبکیه ی چشم به رنگ و جزئیات حساس است، این ساکادها در قوه ی ادراک ما نقش مهمی دارند. این ساکادها تغییرات تابع شناختی را نیز تغییر می دهند مثلا حرکت چشم با ضربه مغزی یا بیماری عصبی تحت تاثیر قرار می گیرد. اما اندازه و زمان تثبیت (بازه های زمانی مابین ساکادها) از یک فرد به فرد دیگری به شکل قابل توجهی تغییر می کند و به وظیفه ی بصری انجام شده وابسته است. رالف انگبرت ( Ralf Engbert ) متخصص بینایی از دانشگاه پسدام در آلمان می گوید: «هنوز برای حرکت ساکاد چشم، استانداردی وجود ندارد که به شکل گسترده پذیرفته شده باشد؛ در نتیجه روش پذیرفته شده ای عمومی برای آشکاسازی ساکادها وجود ندارد».
این مساله با نوسانات پساساکادی ( PSO ) پیچیده تر هم می شود؛ این نوسانات تکان های ناگهانی کوچک مردمک چشم اند که چند ده میلی ثانیه طول می کشد و بعد از یک ساکاد رخ می دهد. PSO های که از مردمک چشم (حفره هایی در انبیه) نتیجه می شوند، نسبت به لبه ی ثابت بیرونیِ انبیه حرکت رفت و برگشتی انجام می دهند. برای مثال وقتی مردمک برای زمان کوتاهی به سمت راست مرکز حرکت می کند، بافت انبیه اندکی به سمت راست متراکم می شود و بافت سمت چپی اندکی کشیده می شود. البته مردمک فضایی خالی است و بنابراین در واقع روی بافت فشاری نمی آورد و حرکت آن در نتیجه ی اینرسی انبیه است.
چون PSO ها به مدت کسر قابل توجهی از زمانِ تثبیت طول می کشند که حدود ۱۸۰ تا ۳۳۰ میلی ثانیه تغییر می کند، می توان آن ها را با تعریف و آشکارسازی ساکادها بدست آورد. پژوهش گران PSO ها را به عنوان نتیجه ای از ویژگی های مکانیکی چشم درنظر می گیرند بجای آن که آن ها را حرکت عصب شناختی بدانند؛ اما مدلی کمّی که بتواند این پدیده را بازتولید کند پیشنهاد نداده اند. اکنون سباستین بووزات ( Sebastián Bouzat ) بیوفیزیک دانی از مرکز اتمی باریلوش در آرژانتین و همکارانش مدلی را توسعه داده اند که PSO ها را تکرار و به شکل کمی تعریف کرده و می تواند آن ها را از ساکادها تمیز دهد.
مدل نظری جدیدی که چگونگی وول خوردن مردمک برای مدتی بعد از آن که چشم یک حرکت پویشی (موسوم به ساکاد) انجام می دهد را توضیح می دهد.
مدل نظری و یک بعدی این تیم شامل دو نیروست که مردمک را تحت تاثیر قرار می دهد تا به یک ساکاد (اتصالی شبه فنری که به تخم چشم متصل است و تمایل دارد مردمک و ویسکوزیته را با مایع درون تخم چشم به سمت مرکز رانده و حرکتش را به تعویق می اندازد) پاسخ دهد. با استفاده از روش عددی برای حل معادلات حرکت، پژوهش گران ساکادی را با استفاده از حرکت ناگهانی یک وری تخم چشم با پرش مابین ۱۰ تا ۱۰۰ میلی ثانیه (بسته به اندازه ی جابجایی یک وری)ایجاد کرده اند. مردمک دو میلی ثانیه برای شروع حرکت فرصت دارد سپس گرفتار شده و به مرکز تخم چشم حرکت می کند. وقتی پرش تمام می شود، مردمک تا ۴۰ میلی ثانیه قبل از توقف به عقب و جلو وول می خورد.
دامنه ی PSO با افزایش اندازه ی پرش (به ازای پرش های کوچک) رشد می کند سپس به یک نقطه ی پیکی رسیده و به آرامی برای پرش های بزرگ تر کاهش می یابد. با انتقال نتایج این مدل به پیش بینی های تخم چشم های واقعی، این پژوهش گران دریافتند که بزرگ ترین دامنه ی PSO ، (تقریبا یک درجه) برای جابجایی خیره شدن حدود ۵-۸ درجه رخ می دهد که تقریباً متناظر است با حرکت تمرکزتان در فاصله ی ۴ دکمه ی روی کیبورد. این پیش بینی ها با داده های آزمایش های انجام یافته بر روی چشم تطابق دارد [۱] .
این مدل تایید می کند که PSO ها از ویژگی های مکانیکیِ چشم ناشی می شوند. به بیان بوزات: « بعد از آنکه تخم چشم ثابت می شود، بخش داخلی انبیه به حرکت خود برای مدتی ادامه می دهد. 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 می کند می گوید 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 عصب شناختی تخم چشم از یک حرکت ساده ی چشم در آزمایش های انجام یافته بر روی چشم بکار رود.
اینگبرت این مدل را گامی مهم به سوی درک چگونگی تغییر رفتار ساکادها درمیان افراد می داند. تفاوت در میانگین زمان های تثبیت برای وظایف شناختی مختلف مثل مطالعه یا جستجوی یک صحنه می تواند به کوچکی ۵ میلی ثانیه باشد، بنابراین حتی یک مقدار کوچک از عدم قطعیت در تعریف شروع و پایان ساکادها می تواند تفاوتی فاحش در اندازه گیری دقیق آن ها ایجاد کند.
این پژوهش در مجله ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.
مراجع:
- 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. ۱۱۲, ۵۵ (۲۰۱۵) .
درباره ی نویسنده:
کاترین رایت کمک ویراستار مجله ی فیزیک است.
منبع: