Zraková deprivácia: čo sa deje s okom a mozgom v tme

„Ako dlho trvá, kým si oči zvyknú a začnem niečo vidieť?“ Túto otázku pred pobytom v tme počúvam často. Odpoveď znie: oči si zvyknú asi za pol hodiny, ale vidieť nezačneš nikdy. V chatke nie je ani štrbinka, cez ktorú by prenikol lúč svetla. A predsa sa v oku aj v mozgu deje kopa vecí. Vedci tomu hovoria zraková deprivácia a ja ti skúsim vysvetliť, čo o nej vieme, od sietnice až po zrakovú kôru v zátylku.

Pobyty v tme vedieme s Lenčou od roku 2013 a sprevádzali sme nimi vyše tritisíc ľudí. Čo vídame v praxi, píšem vždy zvlášť, aby si to rozoznal. Štúdie, ktoré tu citujem, sú väčšinou malé a krátke. Beriem ich vážne, ale s rezervou, a ty by si mal tiež.

Zraková deprivácia, zmyslová deprivácia a pobyt v tme: nie je to to isté

Tieto tri pojmy sa pletú aj v novinách. Pritom ide o dosť odlišné veci.

• Zraková deprivácia znamená, že mozog nedostáva žiadny obraz. Vo výskume sa väčšinou navodzuje páskou cez oči na hodiny až päť dní,^1,2,3 menej často zatemnenou miestnosťou.^4,5 Ostatné zmysly idú naplno, človek rozpráva, jedáva a chodí medzi ľudí.
• Zmyslová deprivácia obmedzuje viac zmyslov naraz. Slávne pokusy z McGillovej univerzity v 50. rokoch kombinovali tlmený zvuk, priesvitné okuliare a kartónové manžety na rukách.⁶ Dnes sa hovorí skôr o obmedzení podnetov, skratkou REST.⁷
• Pobyt v tme je úplná tma v chatke, v ktorej však počuješ, cítiš vodu v sprche a chutí ti jedlo z predsiene. Občas zakikiríka kohút alebo preletí stíhačka z letiska Čáslav. Je to teda zraková deprivácia, nie zmyslová. A dobrovoľná, kedykoľvek ju ukončíš vypínačom.

Oko v tme: tyčinky, čapíky a zrakový purpur

Svetlo prejde rohovkou a šošovkou a dopadne na sietnicu v zadnej časti oka. Tam čakajú dva hlavné druhy buniek citlivých na svetlo. Čapíky pracujú cez deň, rozlišujú farby a detaily a najhustejšie sú v strede, kam sa pozeráš priamo. Tyčinky sú oveľa citlivejšie, farby nerozlíšia a nájdeš ich hlavne mimo stredu. Preto slabú hviezdu na nočnej oblohe uvidíš skôr kútikom oka než priamym pohľadom.

Adaptácia na tmu: prečo to trvá

Keď zhasneš, začnú sa tme prispôsobovať najprv čapíky. Za päť až osem minút však narazia na hranicu svojich možností a slovo dostanú tyčinky, s ktorými citlivosť rastie ďalej. Na najnižší prah sa oko dostane zhruba po 40 minútach.⁸ Záleží aj na tom, odkiaľ prichádzaš: po veľmi silnom svetle sa tyčinková fáza ozve až po 12–13 minútach.⁸ Kto do chatky vojde z ostrého slnka, čaká na tyčinky o kus dlhšie. Podrobne to rozoberám v článku Adaptácia oka na tmu.

Rodopsín, farbivo, ktoré v tme dorastá

Tempo adaptácie udáva farbivo v tyčinkách, rodopsín, nazývaný aj zrakový purpur. Svetlo ho odfarbuje a v tme sa obnovuje. Ako rýchlo, závisí od toho, ako rýchlo sa k nemu dostane látka zvaná 11-cis retinal.⁸ Objavil ho Franz Boll v roku 1876: všimol si, že sietnica žaby, ktorá bola v tme, je červená a na svetle bledne. Wilhelm Kühne na to vzápätí nadviazal a farbivo pomenoval.⁸ Celý príbeh nájdeš v článku Rodopsín, farbivo tyčiniek.

Koľko svetla stačí oku zvyknutému na tmu

Žalostne málo. Klasický pokus z roku 1942 ukázal, že na zaznamenanie záblesku stačí 5 až 14 kvánt svetla pohltených tyčinkami.⁹ Novší pokus s tromi mužmi naznačuje, že človek možno zachytí aj jediný fotón, no iba o chlp lepšie, než keby hádal.¹⁰ Viac v článku Vidí oko jeden fotón?

Pre nás z toho vyplýva jednoduchá vec: v chatke nesmie nič svietiť. Ani kontrolka, ani štrbina pri dverách. Bola to trošku výzva zariadiť, aby nesvietila ani klimatizácia 🙂

Tretí druh buniek: melanopsín

Vo vnútornej vrstve sietnice je ešte malá skupina gangliových buniek s vlastným pigmentom, melanopsínom. U človeka ho opísali v roku 2000.¹¹ Obraz tieto bunky nevidia. Majú inú úlohu: hlásiť mozgu, či je svetlo. Pokusy na potkanoch a myšiach ukázali, že vedú do hlavných vnútorných hodín a k jadrám, ktoré riadia zúženie zrenice.^12,13 Odborne sa im hovorí ipRGC. Melatonín u ľudí najviac brzdí modré svetlo okolo 446–477 nm a tvar tejto citlivosti ukazuje na iný pigment, než majú tyčinky a čapíky.¹⁴ Viac v článku Melanopsín a vnútorné hodiny.

Kadiaľ vedie signál: zraková dráha a vnútorné hodiny

Z tyčiniek a čapíkov ide signál cez ďalšie vrstvy sietnice do zrakového nervu. Za očami sa nervy oboch očí čiastočne skrížia, signál sa prepojí v talame a doputuje do zrakovej kôry v tylovom laloku, úplne vzadu v hlave. Až tu vzniká to, čomu hovoríme obraz.

Bunky s melanopsínom majú vlastnú odbočku. Vedú do suprachiazmatického jadra, hlavných hodín tela, ktoré ležia tesne nad skrížením zrakových nervov.¹³ Odtiaľ ide správa až do epifýzy (šišinky), ktorá v noci vylučuje melatonín. Svetlo v noci melatonín brzdí¹⁵ a stačí na to málo: na polovicu ho v priemere potlačilo 24,6 luxu, u najcitlivejšieho človeka 6 luxov.¹⁶

A čo keď svetlo nepríde vôbec? Hodiny sa nezastavia. V starostlivo riadených podmienkach idú ďalej vlastným tempom, v priemere 24,18 hodiny.¹⁷ Jednému mužovi, ktorý strávil deväť dní v bunkri, bežali v nemennom šere rytmy s periódou medzi 24 a 25 hodinami.¹⁸ Ľudia po návrate z tmy rozprávajú, ako sa im rozplynul čas. Toto môže byť jeden z dôvodov.

Zraková kôra bez vstupu: nevypne sa, preladí sa

Predstav si rádio naladené na stanicu, ktorá prestala vysielať. Nezhasne. Zosilnie, začne chytať šum a občas aj susednú stanicu. Zraková kôra sa v tme správa dosť podobne.

Keď vedci zrakovú kôru dráždia magnetickými pulzmi, človek uvidí záblesk, fosfén. Po 45 minútach bez svetla na to stačil slabší pulz a kôra zostala takto citlivá celé tri hodiny pokusu. Len čo sa rozsvietilo, bola do dvoch hodín späť vo východiskovom stave.¹⁹ Iný tím to nezávisle zopakoval so šiestimi ľuďmi v zatemnenej miestnosti s páskou cez oči.⁵

Pri dlhšej tme sa to však ďalej nestupňuje. Ľuďom, ktorí nosili pásku päť dní, bola kôra po 48 hodinách dráždivejšia, ale piaty deň naopak výrazne menej. Po zložení pásky sa to do dvoch hodín vyrovnalo.³ Mozog sa teda nenaťahuje ako guma donekonečna, po pár dňoch sa preladí inak.

Neuroplasticita: zraková kôra vypomôže hmatu

Schopnosť mozgu meniť svoje spojenia sa volá neuroplasticita a podľa prehľadu z roku 2005 nie je výnimkou, ale bežnou vlastnosťou mozgu.²⁰ Alvaro Pascual-Leone s kolegom Hamiltonom k tomu pridali odvážnu hypotézu: oblasti kôry sa nešpecializujú na zmysel, ale na druh práce, a skryté spojenia medzi zmyslami sa ukážu, keď zrak chýba.²¹

Pekne to vidno na pokuse so 47 vidiacimi dospelými. Päť dní chodili denne na štyri až šesť hodín výučby Braillovho písma. Niektorí z nich mali celý čas na očiach nepriesvitnú pásku. Piaty deň sa im pri čítaní prstami zapájala aj zraková kôra. Keď ju vedci na okamih rozhodili magnetickými pulzmi, začali robiť viac chýb, z 21,3 na 28,9 %. U ľudí bez pásky sa nič také nestalo a deň po zložení pásky efekt zmizol.² Viac v článkoch Neuroplasticita mozgu v tme a Päť dní so zaviazanými očami.

Hmat a sluch po tme

• Hmat: 28 dospelých, polovica 90 minút v úplnej tme. Hneď potom rozpoznali prstom jemnejšie rozdiely, ale len prechodne.⁴ Po týždni v tme bola koža citlivejšia na dotyk, teplo aj bolesť a doznievalo to niekoľko dní.²² Jemnejšie prsty potešia, citlivejšia bolesť už nie až tak.
• Sluch v priestore: po 90 minútach bez svetla sa zmenšila sústavná odchýlka, keď ľudia hlavou ukazovali na zdroj zvuku. Celková presnosť sa však nezmenila a autor sám píše skôr o chýbajúcej kalibrácii zrakom než o lepšom sluchu.²³ Takže žiadny netopier, len trochu inak nastavené uši.
• Skladba zvuku: 90 minút bez zraku prechodne zlepšilo vnímanie harmonicity, teda toho, kedy tóny prestanú znieť ako jeden zvuk a rozpadnú sa na dva. Je dôležitá pre hudbu aj reč.²⁴ Pre muzikantov zaujímavosť, pre ostatných pekný dôvod, prečo v tme znejú veci inak.

Všetko sú to malé pokusy a krátke časy. Podrobnosti rozoberám v článku o hmate a sluchu v tme.

Obrazy a farby v tme

Po pobyte nám ľudia opisujú farebné škvrny alebo celé výjavy, ktoré v tme videli. Niekoho to pobaví, iného vyľaká. Veda to dobre pozná. Trinásť zdravých ľudí nosilo päť dní pásku a desiati z nich začali vidieť obrazy: svetelné body, ale aj tváre, krajiny a zdobené predmety. Prichádzali väčšinou až po prvom dni a každý z nich vedel, že ide len o obraz v hlave.¹ Podobné obrazy mala väčšina ľudí v pokuse s Braillovým písmom.²

Príbuzný jav pozná výskum pod menom Ganzfeld. Nie je to tma, ale jednoliate zorné pole bez akejkoľvek štruktúry, zvyčajne rozptýlené svetlo. Väčšina ľudí v ňom začne vidieť obrazy. Meranie mozgových vĺn ukázalo, že mozog pritom nezaspáva, ale je bdelý a aktívny. A mimochodom: autori rázne odmietajú výklady, že by išlo o telepatiu.²⁵ O obrazoch píšem podrobnejšie v článku Obrazy a farby v tme.

Zraková deprivácia na časovej osi

Keď poskladám štúdie vedľa seba, vyjde mi zhruba takáto os. Ber ju ako mapu, nie ako cestovný poriadok.

1. Prvých 5–8 minút: prispôsobujú sa čapíky.⁸ Ty zatiaľ hlavne hľadáš, kam si položil termosku.
2. Asi do 40 minút: prevezmú to tyčinky a oko je na vrchole citlivosti.⁸ Keby niekde presvitala štrbina, teraz by si sa o nej dozvedel.
3. Po 45 minútach: zraková kôra je dráždivejšia.^19,5 Nič z toho necítiš, len mozog začína počúvať pozornejšie.
4. Po 90 minútach: prechodne jemnejší hmat a inak nastavené vnímanie zvuku.^4,23,24 Kanvica zrazu znie nejako inak ako doma.
5. Po prvom dni: u väčšiny ľudí s páskou sa objavili obrazy.¹ Nezľakni sa ich, patria k tomu.
6. Druhý až piaty deň: kôra je najprv dráždivejšia, potom menej a viac sa zapája do hmatu.^3,2 Ruky sa stávajú tvojimi očami.
7. Týždeň: citlivejšia koža, ktorá doznieva ešte dni po tme.²² Prvá horúca sprcha na svetle môže prekvapiť.

Úprimne dodávam: táto os je poskladaná z rôznych pokusov s rôznymi ľuďmi, väčšinou s páskou cez oči a v laboratóriu. Celú ju v jednom kuse neprešiel nikto z nich. Či to u teba v chatke pobeží rovnako, neviem a nikto to nevie.

Návrat k svetlu

Po pobyte sa všetko vracia do normálu, len každá časť iným tempom. Oko má po dňoch v tme úplne obnovený zrakový purpur a tyčinky pracujú naplno, takže prvé svetlo oslní. Ľudia nám hovoria, že je ostré, a rovnako ostré sa im zdajú chute a vône.

Zraková kôra sa v pokusoch vyrovnala do pol hodiny až dvoch hodín^19,3,5 a zapojenie do hmatu zmizlo do druhého dňa.² Najdlhšie doznievala citlivejšia koža po týždni v tme, niekoľko dní.²² Ľuďom v polárnej zime pomohlo vnútorným hodinám a spánku jasnejšie svetlo počas dňa,²⁶ takže po pobyte by som skôr išiel von, než zaliezol za záves.

Čo z toho platí pre pobyt v tme v chatke

Rodopsín a zraková kôra sú fascinujúce, ale v chatke na ne myslieť nemusíš. Oko aj mozog tú prácu odvedú samy a ty si môžeš v pokoji ľahnúť. Ďalšie štúdie o tme nájdeš na stránke Výskumy pobytu v tme, cudzie slová vysvetľuje slovník pojmov.

Dovidenia v tme, aj keď vlastne skôr do-nevidenia 😉 – Tomáš a Lenča

Zdroje

1. Merabet LB, Maguire D, Warde A, et al. (2004). Visual hallucinations during prolonged blindfolding in sighted subjects. Journal of Neuro-Ophthalmology. doi:10.1097/00041327-200406000-00003
2. Merabet LB, Hamilton R, Schlaug G, et al. (2008). Rapid and reversible recruitment of early visual cortex for touch. PLoS ONE. doi:10.1371/journal.pone.0003046
3. Pitskel NB, Merabet LB, Ramos-Estebanez C, et al. (2007). Time-dependent changes in cortical excitability after prolonged visual deprivation. NeuroReport. doi:10.1097/WNR.0b013e3282f0d2c1
4. Facchini S, Aglioti SM (2003). Short term light deprivation increases tactile spatial acuity in humans. Neurology. doi:10.1212/01.wnl.0000068026.15208.d0
5. Fierro B, Brighina F, Vitello G, et al. (2005). Modulatory effects of low- and high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation on visual cortex of healthy subjects undergoing light deprivation. Journal of Physiology. doi:10.1113/jphysiol.2004.080184
6. Bexton WH, Heron W, Scott TH (1954). Effects of decreased variation in the sensory environment. Canadian Journal of Psychology. doi:10.1037/h0083596; Heron W (1957). The pathology of boredom. Scientific American. doi:10.1038/scientificamerican0157-52
7. Suedfeld P, Borrie RA (1999). Health and therapeutic applications of chamber and flotation restricted environmental stimulation therapy (REST). Psychology & Health. doi:10.1080/08870449908407346
8. Hecht S, Haig C, Chase AM (1937). The influence of light adaptation on subsequent dark adaptation of the eye. Journal of General Physiology. doi:10.1085/jgp.20.6.831; Lamb TD, Pugh EN Jr (2004). Dark adaptation and the retinoid cycle of vision. Progress in Retinal and Eye Research. doi:10.1016/j.preteyeres.2004.03.001; Kalloniatis M, Luu C (2007). Light and Dark Adaptation. Webvision: The Organization of the Retina and Visual System. webvision.pitt.edu/book/part-viii-psychophysics-of-vision/light-and-dark-adaptation/; Wade NJ (2008). Visual purple (Sehpurpur). Perception. doi:10.1068/p3711ed
9. Hecht S, Shlaer S, Pirenne MH (1942). Energy, quanta, and vision. Journal of General Physiology. doi:10.1085/jgp.25.6.819
10. Tinsley JN, Molodtsov MI, Prevedel R, et al. (2016). Direct detection of a single photon by humans. Nature Communications. doi:10.1038/ncomms12172
11. Provencio I, Rodriguez IR, Jiang G, et al. (2000). A novel human opsin in the inner retina. Journal of Neuroscience. doi:10.1523/JNEUROSCI.20-02-00600.2000
12. Berson DM, Dunn FA, Takao M (2002). Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science. doi:10.1126/science.1067262
13. Hattar S, Liao HW, Takao M, et al. (2002). Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity. Science. doi:10.1126/science.1069609
14. Brainard GC, Hanifin JP, Greeson JM, et al. (2001). Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. Journal of Neuroscience. doi:10.1523/JNEUROSCI.21-16-06405.2001
15. Lewy AJ, Wehr TA, Goodwin FK, et al. (1980). Light suppresses melatonin secretion in humans. Science. doi:10.1126/science.7434030
16. Phillips AJK, Vidafar P, Burns AC, et al. (2019). High sensitivity and interindividual variability in the response of the human circadian system to evening light. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. doi:10.1073/pnas.1901824116
17. Czeisler CA, Duffy JF, Shanahan TL, et al. (1999). Stability, precision, and near-24-hour period of the human circadian pacemaker. Science. doi:10.1126/science.284.5423.2177
18. Bonmati-Carrion MA, Revell VL, Cook TJ, et al. (2020). Living without temporal cues: a case study. Frontiers in Physiology. doi:10.3389/fphys.2020.00011
19. Boroojerdi B, Bushara KO, Corwell B, et al. (2000). Enhanced excitability of the human visual cortex induced by short-term light deprivation. Cerebral Cortex. doi:10.1093/cercor/10.5.529
20. Pascual-Leone A, Amedi A, Fregni F, Merabet LB (2005). The plastic human brain cortex. Annual Review of Neuroscience. doi:10.1146/annurev.neuro.27.070203.144216
21. Pascual-Leone A, Hamilton R (2001). The metamodal organization of the brain. Progress in Brain Research. doi:10.1016/s0079-6123(01
22. Zubek JP, Flye J, Aftanas M (1964). Cutaneous sensitivity after prolonged visual deprivation. Science. doi:10.1126/science.144.3626.1591
23. Lewald J (2007). More accurate sound localization induced by short-term light deprivation. Neuropsychologia. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2006.10.006
24. Landry SP, Shiller DM, Champoux F (2013). Short-term visual deprivation improves the perception of harmonicity. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. doi:10.1037/a0034015
25. Wackermann J, Pütz P, Allefeld C (2008). Ganzfeld-induced hallucinatory experience, its phenomenology and cerebral electrophysiology. Cortex. doi:10.1016/j.cortex.2007.05.003
26. Arendt J (2012). Biological rhythms during residence in polar regions. Chronobiology International. doi:10.3109/07420528.2012.668997