Как мы смотрим и что мы видим на самом деле?

Как мы видим: за что отвечает глаз, а за что — мозг? 

Одна из любимых фраз, которую говорил мой преподаватель в университете: «Видят не глаза, видит мозг». Глаз пропускает отраженный свет от объекта через зрачок. Фотоны света, пройдя некоторое преобразование, проецируются на внутреннюю оболочку глаза — сетчатку.  На сетчатке находятся чувствительные к свету и цвету клетки, которые преобразуют поступающий свет в электрический сигнал. Далее через оптический нерв нервный импульс переходит в зрительную кору для дальнейшей обработки. 

Сетчатка — сложная многослойная структура, в которой происходит преобразование светового сигнала в электрический. На поверхности сетчатки находятся фоторецепторы: колбочки и палочки. Колбочки в большей степени отвечают за цветное зрение, так как имеют большую чувствительность к волнам с разной длиной. Палочки в основном отвечают за зрение в сумерках, так как очень чувствительны к свету, различая даже мельчайшие лучи, что, в свою очередь, позволяет определять форму предмета, но не его цвет. Расположение колбочек и палочек на сетчатке неоднородное, что обеспечивает нам разную остроту зрения в центре и на периферии.

После обработки фоторецепторами информация преобразуется дальше, давая начало нервному импульсу, который потом отправляется в головной мозг для дальнейшей обработки.

Сперва сигнал обрабатывается на первичной зрительной коре — одной из самых древних структур мозга. Тут происходит анализ формы, цвета, движения рассматриваемого объекта, распознаются его физические свойства.  В зависимости от результатов принимается решение, куда передавать сигнал дальше. Обработка информации о движении происходит в одной зоне мозга, а, например, о цвете — в другой. Удивительно, что информация об увиденном обрабатывается мозгом мгновенно сразу в нескольких направлениях. Все то, что мы видим, почти сразу же анализируется в разных отделах нашего мозга. 

После того как информация о физических признаках объекта обработана, происходит ее передача к лобной и теменной областям коры, где окончательно формируется образ. Так мы распознаем конкретные буквы, слова, лица и прочее. 

Фото: © «Глаз, мозг, зрение», Дэвид Хантер Хьюбел; «Мир Город», Москва, 1988 г.

Зрительное восприятие — это сложный многоступенчатый процесс. Изменения на любом из этих этапов могут повлечь за собой драматические нарушения в работе всей системы. 

Так, болезни или возрастные изменения в работе тканей глаз приводят к проблемам с остротой зрения (слепота, скотома, катаракта и так далее), а нарушения в работе мозга могут вызвать проблемы с восприятием зрительной информации. Среди них: прозопагнозия — нарушение в восприятии лиц; зрительная агнозия — нарушение в распознавании объектов при отсутствии дефицита зрения; акинетопсия — редкое нарушение в восприятии движений.

Можно ли «починить» зрение?

Сегодня благодаря тому, что ученые уже много знают о том, как устроены органы зрения, а также о механизме передачи зрительных сигналов, они научились хотя бы частично компенсировать утрату зрения при некоторых заболеваниях. Одна из разработок, которая делает это возможным, — бионический глаз, также называемый визуальным протезом.

Попытки создать устройство, которое помогло бы вернуть частично или полностью утраченное зрение, предпринимались давно. Первый ретинальный имплант (устройство, которое было способно искусственным образом генерировать зрительные сигналы) появилось в 1956 году. Имплант стимулировал нейроны сетчатки, а получившаяся информация обрабатывалась мозгом. Увидеть что-либо с помощью этого устройства было нельзя из-за низкого разрешения, но появление такого протеза означало принципиальную возможность создания реально работающих имплантов.

Активная фаза создания визуальных протезов, с помощью которых можно было увидеть хоть что-то, пришлась на начало XXI века. Одно из самых известных устройств — бионический глаз Argus II от Second Sight. В первую очередь он предназначен для пациентов с пигментным ретинитом — генетическим заболеванием, вызывающим дистрофию сетчатки, из-за чего зрение сильно ухудшается или пропадает совсем.

Argus II состоит из вмонтированной в очки видеокамеры, оснащенной процессором, и импланта сетчатки. Все то, что фиксирует камера, передается на имплант, который с помощью электродов стимулирует уцелевшие в сетчатке пациента фоторецепторы и отправляет получившийся сигнал дальше в головной мозг. Устройство действительно улучшает качество зрения, однако формально человек остается слепым, так как острота его зрения все еще довольно низка и не превышает показателя 3/60. По критериям Всемирной организации здравоохранения это пограничное значение для установления слепоты. Человек со зрением 3/60, для того чтобы рассмотреть предмет, должен приблизиться к нему на три метра, в то время как человек с нормальным зрением увидит этот предмет с 60 метров. Люди, которым установили Argus II, получают возможность ориентироваться в пространстве и приобретают предметное зрение, то есть различают очертания предметов, но чаще всего неспособны читать или смотреть телевизор. Подобным образом работает и другое устройство — IRIS II от Pixium Vision. Не исключено, что именно оно займет лидирующие позиции на рынке, так как компания Second Sight в 2020 году оказалась на грани банкротства и приостановила программу поддержки пациентов, носящих Argus II.

Параллельно ведутся разработки кортикальных имплантов — тех, которые стимулируют не сетчатку, а кору головного мозга. Такие устройства должны помогать в, казалось бы, совсем безнадежных случаях — например, при атрофии зрительного нерва или травмах сетчатки. 

Одно из таких устройств — кортикальный протез ORION, созданный тем же производителем, что и Argus II. Клинические испытания прибора продолжаются, но уже опубликованные данные свидетельствуют о том, что устройство дает пациентам предметное зрение. Важная оговорка — использовать такие кортикальные протезы могут только люди, имеющие зрительный опыт, то есть те, которые видели, а потом потеряли зрение. Пациентам с врожденной слепотой подобные устройства не помогут.