Ihmissilmä on sokea paikallaan pysyville kohteille. Jos et usko, niin kokeile, kehottaa havaintopsykologi Jukka Häkkinen blogissaan.
Professori Jerome Lettvin oli hämmästynyt. Jos hän ympäröi sammakon sen lempiherkulla, kärpäsillä, sammakko ei tehnyt elettäkään syödäkseen niitä. Vasta kun kärpänen lähti liikkeelle, sammakko huomasi sen. Sammakko oli siis sokea liikkumattomille kärpäsille.
Lettvinin hämmästys liittyi erityisesti sammakon silmän toimintaan. Hän mittasi hermosignaalien etenemistä sammakon näköhermossa ja huomasi, että silmästä ei lähde signaalia eteenpäin, jos kohde ei liiku. Silmä siis valikoi aivoille lähetettävää tietoa ja ainoastaan sammakolle tärkeä tieto välittyi eteenpäin. Havainto oli vakavassa ristiriidassa aikalaiskäsityksen kanssa, jonka mukaan silmä vain välittää kuvan aivoille.
Lettvin kutsui kärpäsiin reagoivaa silmän mekanismia ötökkädetektoriksi, mutta tiedeyhteisö ei vakuuttunut asiasta. Esitelmöidessään American Physiological Societyn kokouksessa hänet naurettiin lavalta. Tärkeä rahoittaja National Institute of Health uhkasi vetää hänen rahoituksensa ja alan lehdet eivät suostuneet julkaisemaan tulosta. Lopulta hän sai tuloksensa vuonna 1959 julkaistua radioinsinöörien lehdessä, jolla ei ollut mitään tekemistä neurotieteen kanssa.
Silmässä tapahtuu yllättävän monimutkaista tietojenkäsittelyä.
Myös ihmissilmä on sokea paikallaan pysyville kohteille. Tiedän, että tämä väite kuulostaa oudolta, joten asiaa kannattaa kokeilla itse. Seuraavassa kuvassa on Troxler-kuvio, jossa harmaa kehä katoaa näkyvistä, jos pidät silmäsi paikallaan tuijottamalla keskellä olevaa punaista pistettä. Mitä lähempää katsot kuvaa, sitä helpommin harmaa kehä katoaa. Kehä ilmestyy takaisin, jos liikuttelet silmiäsi.
Visuaalinen ympäristö on täynnä paikallaan pysyviä esineitä. Miksi pöydällä paikallaan oleva kahvikuppi ei katoa näkyvistä? Tämä johtuu siitä, että kahvikuppia katsellessa silmät eivät ole koskaan täysin paikallaan. Vaikka tuijottaisit kuppia herkeämättä, silmät liikkuvat tahdosta riippumatta. Näitä liikkeitä kutsutaan silmän pysähdyksen aikaiseksi silmänliikkeiksi.
Silmän pysähdyksen aikaisia silmänliikkeitä voit tarkkailla seuraavan kuvan avulla. Tuijota ensin 30 sekunnin ajan keskellä olevaa mustaa pistettä. Siirrä sen jälkeen katseesi sen vieressä olevaan valkoiseen pisteeseen. Tuijota valkoista pistettä ja yritä pitää silmäsi paikallaan. Sinun pitäisi nähdä kuvan päällä jälkikuva, jossa on tummia viivoja ja vaaleita neliöitä. Jälkikuva liikahtelee ja vaeltelee silmänliikkeidesi mukaan.
Miksi silmät sitten liikkuvat myös pysähdyksen aikana? Asia liittyy silmän verkkokalvolla oleviin vastaanotinsoluihin, jotka muuntavat valonsäteet hermosignaaleiksi. Jos valo osuisi jatkuvasti samoihin vastaanotinsoluihin, niiden aktiviteetti laantuisi nopeasti. Tätä ilmiötä kutsutaan neuraaliseksi adaptaatioksi eli mukautumiseksi. Kun vastaanotinsolujen toiminta laantuu, myös havainnon kohde katoaa näkyvistä. Jotta tätä ei tapahtuisi, silmä liikkuu ja jokaisella ajan hetkellä valo osuu eri vastaanotinsoluihin. Silmään heijastuva kuva siis viilettää jatkuvasti kovaa vauhtia pitkin verkkokalvoa.
Entäpä Troxler-kuvio, eivätkö silmän pysähdyksen aikaiset silmänliikkeet vaikuta siihen? Tämä liittyy vastaanotinsolujen tiheyteen. Niitä on verkkokalvon reunoilla eli ääreisnäössä harvemmassa kuin silmän keskialueella. Kun katsot Troxler-kuvan keskellä olevaa punaista pistettä, osuu harmaa kehä näihin ääreisnäön harvalukuisempiin vastaanotinsoluihin. Solut ovat niin harvassa, että silmän pysähdyksen aikaiset silmänliikkeet eivät ole riittävän suuria siirtämään kuvaa eri solujen kohdalle. Koska samat solut vastaanottavat kuvan, neuraalinen adaptaatio vaikuttaa soluihin ja kuva haihtuu näkyvistä.
Aivojen kannattaa käyttää kapasiteettinsa muutosten havaitsemiseen.
Myös muut kuviot saadaan katoamaan, jos kuvat seuraavat silmänliikkeitä. Eräässä koeasetelmassa silmään oli kiinnitetty piilolinssi, jossa on pienen pieni kuvia esittävä näyttö. Tällöin kuvio liikahti aina silmänliikkeen mukaan. Kuva hävisi näkyvistä muutamassa sekunnissa.
Mikä idea neuraalisessa adaptaatiossa sitten on? Tärkein saavutettava etu on tietojenkäsittelykapasiteetin säästäminen. Aivojen kannattaa käyttää kapasiteettinsa muutosten havaitsemiseen ja jättää samanlaisina pysyvät asiat huomiotta. Ei olisi esimerkiksi järkevää kiinnittää jatkuvasti huomiota jalassa olevien kenkien tuottamiin tuntoaistimuksiin. Ja näin käykin: kun aamulla laitat kengät jalkaan, et päivän mittaan kiinnitä kenkien tuottamaan tuntoaistimukseen mitään huomiota. Jos kenkään menee kivi, tämä muutos viestitään välittömästi.
Ilman tätä mekanismia silmän sisällä olevat verisuonet näkyisivät näkökentässä.
Kapasiteetin säästämisen lisäksi adaptaatiolla saavutetaan myös muita etuja. Silmässä on paljon verisuonia, jotka ovat valolle herkkien vastaanotinsolujen edessä. Ilman tätä mekanismia verisuonet näkyisivät näkökentässä. Koska ne ovat osa silmää, ne pysyvät silmän liikkuessa paikallaan suhteessa vastaanotinsoluihin ja neuraalinen adaptaatio hävittää ne näkyvistä.
Kaikki nämä tulokset osoittavat, että silmässä tapahtuu yllättävän monimutkaista tietojenkäsittelyä. Myös Jerome Lettvinille naureskelleiden ihmisten hymy hyytyi nopeasti ja hänen tutkimuksestaan tuli eräs näkötutkimuksen siteeratuimmista julkaisuista. Se muutti näkemystä silmän verkkokalvon toiminnasta ja sen myötä alettiin ymmärtää, että silmä ei ole passiivinen kuvan välittäjä, vaan aktiivisesti tietoa prosessoiva osa näköjärjestelmää.
Kirjoittaja: Jukka Häkkinen
Havaintopsykologi Jukka Häkkinen tietää, mikä on katseidemme ja silmänliikkeidemme salaisuus. Häkkinen tutkii kuvien havaitsemista sekä ihmisen ja teknologian vuorovaikutusta Helsingin yliopistossa. Jukka on toiminut myös skepsiksen puheenjohtajana, joten yliluonnolliset ilmiöt ja niiden psykologiset taustat ovat tuttuja juttuja. Häkkinen on perehtynyt myös ufosieppauksiin, enneuniin ja valemuistoihin.
Yle Tieteen asiantuntijat bloggaavat itselleen tärkeistä tiedeaiheista.
