Zraková deprivace: co se děje s okem a mozkem ve tmě

„Za jak dlouho si oči zvyknou a začnu něco vidět?“ Tuhle otázku před pobytem ve tmě slýchám často. Odpověď zní: oči si zvyknou asi za půl hodiny, ale vidět nezačneš nikdy. V chatce není ani škvírka, kudy by dovnitř proniklo světlo. A přesto se v oku i v mozku děje spousta věcí. Vědci tomu říkají zraková deprivace a já ti zkusím vysvětlit, co o ní víme, od sítnice až po zrakovou kůru v týlu.

Pobyty ve tmě vedeme s Lenčou od roku 2013 a provedli jsme jimi přes tři tisíce lidí. Co vídáme v praxi, píšu vždycky zvlášť, abys to od studií rozeznal. Studie, které tu cituju, jsou většinou malé a krátké. Beru je vážně, ale s rezervou, a ty bys měl taky.

Zraková deprivace, smyslová deprivace a pobyt ve tmě: není to totéž

Tyhle tři pojmy se pletou i v novinách. Přitom jde o dost rozdílné věci.

• Zraková deprivace znamená, že mozek nedostává žádný obraz. Ve výzkumu se většinou navozuje páskou přes oči na hodiny až pět dní,^1,2,3 méně často zatemněnou místností.^4,5 Ostatní smysly jedou naplno, člověk mluví, jí a chodí mezi lidi.
• Smyslová deprivace omezuje víc smyslů najednou. Slavné pokusy z McGillovy univerzity v 50. letech kombinovaly tlumený zvuk, průsvitné brýle a kartonové manžety na rukou.⁶ Dnes se mluví spíš o omezení podnětů, zkratkou REST.⁷
• Pobyt ve tmě je úplná tma v chatce, ve které ale slyšíš, cítíš vodu ve sprše a chutná ti jídlo z předsíně. Občas zakokrhá kohout nebo přeletí stíhačka z Čáslavi. Je to tedy zraková deprivace, ne smyslová. A dobrovolná, kdykoli ji ukončíš vypínačem.

Oko ve tmě: tyčinky, čípky a zrakový purpur

Světlo projde rohovkou a čočkou a dopadne na sítnici v zadní části oka. Tam čekají dva hlavní druhy buněk citlivých na světlo. Čípky pracují za dne, rozlišují barvy a detaily a nejhustěji sedí uprostřed, kam se díváš přímo. Tyčinky jsou mnohem citlivější, barvy nerozliší a najdeš je hlavně mimo střed. Proto slabou hvězdu na noční obloze uvidíš spíš koutkem oka než přímým pohledem.

Adaptace na tmu: proč to trvá

Když zhasneš, začnou se tmě přizpůsobovat nejdřív čípky. Za pět až osm minut ale narazí na hranici svých možností a slovo dostanou tyčinky, se kterými citlivost roste dál. Na nejnižší práh se oko dostane zhruba po 40 minutách.⁸ Záleží i na tom, odkud přicházíš: po hodně silném světle se tyčinková fáze ozve až po 12–13 minutách.⁸ Kdo do chatky vejde z ostrého slunce, čeká na tyčinky o kus déle. Podrobně to rozebírám v článku Adaptace oka na tmu.

Rodopsin, barvivo, které ve tmě dorůstá

Tempo adaptace udává barvivo v tyčinkách, rodopsin neboli zrakový purpur. Na světle bledne a ve tmě se obnovuje. Jak rychle, záleží na tom, jak rychle se k němu dostane látka zvaná 11-cis retinal.⁸ Objevil ho Franz Boll v roce 1876: všiml si, že sítnice žáby, která byla ve tmě, je červená a na světle bledne. Wilhelm Kühne na to vzápětí navázal a barvivo pojmenoval.⁸ Celý příběh najdeš v článku Rodopsin, zrakový purpur.

Kolik světla stačí oku přivyklému tmě

Žalostně málo. Klasický pokus z roku 1942 ukázal, že k zaznamenání záblesku stačí 5 až 14 kvant světla pohlcených tyčinkami.⁹ Novější pokus se třemi muži naznačuje, že člověk možná zachytí i jediný foton, ovšem jen o chlup lépe, než kdyby hádal.¹⁰ Víc v článku Vidí oko jeden foton?

Pro nás z toho plyne jednoduchá věc: v chatce nesmí nic svítit. Ani kontrolka, ani škvíra u dveří. Byla to kapánek výzva zajistit, aby nesvítila ani klimatizace 🙂

Třetí druh buněk: melanopsin

Ve vnitřní vrstvě sítnice sedí ještě malá skupina gangliových buněk s vlastním pigmentem, melanopsinem. U člověka ho popsali v roce 2000.¹¹ Obraz tyhle buňky nevidí. Mají jiný úkol: hlásit mozku, jestli je světlo. Pokusy na krysách a myších ukázaly, že vedou do hlavních vnitřních hodin a k jádrům, která řídí zúžení zornice.^12,13 Odborně se jim říká ipRGC. Melatonin u lidí nejvíc brzdí modré světlo kolem 446–477 nm a tvar této citlivosti ukazuje na jiný pigment, než mají tyčinky a čípky.¹⁴ Víc v článku Melanopsin a vnitřní hodiny.

Kudy vede signál: zraková dráha a vnitřní hodiny

Z tyčinek a čípků jde signál přes další vrstvy sítnice do zrakového nervu. Za očima se nervy obou očí částečně překříží, signál se přepojí v talamu a doputuje do zrakové kůry v týlním laloku, úplně vzadu v hlavě. Teprve tady vzniká to, čemu říkáme obraz.

Buňky s melanopsinem mají vlastní odbočku. Vedou do suprachiazmatického jádra, hlavních hodin těla, které sedí těsně nad křížením zrakových nervů.¹³ Odtud jde zpráva až do epifýzy, která v noci vylučuje melatonin. Světlo v noci melatonin brzdí¹⁵ a stačí na to málo: k potlačení na polovinu stačilo v průměru 24,6 luxu, u nejcitlivějšího člověka 6 luxů.¹⁶

A co když světlo nepřijde vůbec? Hodiny se nezastaví. V pečlivě řízených podmínkách jdou dál vlastním tempem, v průměru 24,18 hodiny.¹⁷ Jednomu muži, který strávil devět dní v bunkru, běžely v neměnném šeru rytmy s periodou mezi 24 a 25 hodinami.¹⁸ Lidé po návratu ze tmy vyprávějí, jak se jim rozpustil čas. Tohle může být jeden z důvodů.

Zraková kůra bez obrazu: nevypne se, přeladí se

Představ si rádio naladěné na stanici, která přestala vysílat. Nezhasne. Zesílí, začne chytat šum a občas i vedlejší stanici. Zraková kůra se ve tmě chová dost podobně.

Když vědci zrakovou kůru dráždí magnetickými pulzy, člověk uvidí záblesk, fosfén. Po 45 minutách bez světla k tomu stačil slabší pulz a kůra zůstala takhle citlivá celé tři hodiny pokusu. Jakmile se rozsvítilo, byla do dvou hodin zpátky ve výchozím stavu.¹⁹ Jiný tým to nezávisle zopakoval se šesti lidmi v zatemněné místnosti s páskou přes oči.⁵

Při delší tmě se to ale nesčítá. Lidem, kteří nosili pásku pět dní, byla kůra po 48 hodinách dráždivější, ale pátý den naopak výrazně méně. Po sundání pásky se to do dvou hodin srovnalo.³ Mozek se tedy nenatahuje jako guma donekonečna, po pár dnech se přeladí jinak.

Neuroplasticita: zraková kůra vypomůže hmatu

Schopnost mozku měnit svá spojení se jmenuje neuroplasticita a podle přehledu z roku 2005 není výjimkou, ale běžnou vlastností mozku.²⁰ Alvaro Pascual-Leone s kolegou Hamiltonem k tomu přidali odvážnou hypotézu: oblasti kůry se nespecializují na smysl, ale na druh práce, a skrytá spojení mezi smysly se ukážou, když zrak chybí.²¹

Hezky je to vidět na pokusu se 47 vidícími dospělými. Pět dní docházeli denně na čtyři až šest hodin výuky Braillova písma. Někteří z nich měli po celou dobu na očích neprůsvitnou pásku. Pátého dne se jim do čtení prsty zapojovala i zraková kůra. Když ji vědci na okamžik narušili magnetickými pulzy, začali dělat víc chyb, z 21,3 na 28,9 %. U lidí bez pásky se nic takového nestalo a den po sundání pásky efekt zmizel.² Víc v článcích Neuroplasticita mozku ve tmě a Pět dní se zavázanýma očima.

Hmat a sluch po tmě

• Hmat: 28 dospělých, polovina 90 minut v úplné tmě. Hned potom poznali prstem jemnější rozdíly, ale jen přechodně.⁴ Po týdnu ve tmě byla citlivější kůže na dotek, teplo i bolest a doznívalo to několik dní.²² Jemnější prsty potěší, citlivější bolest už tolik ne.
• Sluch v prostoru: po 90 minutách bez světla se zmenšila soustavná odchylka, když lidé hlavou ukazovali na zdroj zvuku. Celková přesnost se ale nezměnila a autor sám píše spíš o chybějící kalibraci zrakem než o lepším sluchu.²³ Takže žádný netopýr, jen trochu jinak seřízené uši.
• Složení zvuku: 90 minut bez zraku přechodně zlepšilo vnímání harmonicity, tedy toho, kdy tóny přestanou znít jako jeden zvuk a rozpadnou se na dva. Je důležitá pro hudbu i řeč.²⁴ Pro muzikanty zajímavost, pro ostatní hezký důvod, proč ve tmě znějí věci jinak.

Všechno to jsou malé pokusy a krátké časy. Podrobnosti rozebírám v článku o hmatu a sluchu ve tmě.

Obrazy a barvy ve tmě

Po pobytu nám lidé popisují barevné skvrny nebo celé výjevy, které ve tmě viděli. Někoho to pobaví, jiného vyleká. Věda to zná dobře. Třináct zdravých lidí nosilo pět dní pásku a deset z nich začalo vidět obrazy: světelné body, ale i tváře, krajiny a zdobené předměty. Přicházely většinou až po prvním dni a každý z nich věděl, že jde jen o obraz v hlavě.¹ Podobné obrazy měla většina lidí v pokusu s Braillovým písmem.²

Příbuzný jev zná výzkum pod jménem Ganzfeld. Není to tma, ale jednolité zorné pole bez jakékoli struktury, obvykle rozptýlené světlo. Většina lidí v něm začne vidět obrazy. Měření mozkových vln ukázalo, že mozek přitom neusíná, ale je bdělý a aktivní. A mimochodem: autoři rázně odmítají výklady, že by šlo o telepatii.²⁵ O obrazech píšu podrobněji v článku Obrazy a barvy ve tmě.

Zraková deprivace na časové ose

Když poskládám studie vedle sebe, vyjde mi zhruba tahle osa. Ber ji jako mapu, ne jako jízdní řád.

1. Prvních 5–8 minut: přizpůsobují se čípky.⁸ Ty zatím hlavně hledáš, kam jsi položil termosku.
2. Asi do 40 minut: převezmou tyčinky a oko je na vrcholu citlivosti.⁸ Kdyby někde prosvítala škvíra, teď by ses o ní dozvěděl.
3. Po 45 minutách: zraková kůra je dráždivější.^19,5 Nic z toho necítíš, jen mozek začíná poslouchat pozorněji.
4. Po 90 minutách: přechodně jemnější hmat a jinak seřízené vnímání zvuku.^4,23,24 Konvice najednou zní nějak jinak než doma.
5. Po prvním dni: u většiny lidí s páskou se objevily obrazy.¹ Nelekni se jich, patří k tomu.
6. Druhý až pátý den: kůra je nejdřív dráždivější, pak méně a víc se zapojuje do hmatu.^3,2 Ruce se stávají tvýma očima.
7. Týden: citlivější kůže, která doznívá ještě dny po tmě.²² První horká sprcha na světle může překvapit.

Poctivě dodávám: tahle osa je slepená z různých pokusů s různými lidmi, většinou s páskou přes oči a v laboratoři. Celou ji v jednom kuse neprošel nikdo z nich. Jestli to u tebe v chatce poběží stejně, nevím a nikdo to neví.

Návrat ke světlu

Po pobytu se všechno vrací do normálu, jen každá část jiným tempem. Oko má po dnech ve tmě plně obnovený zrakový purpur a tyčinky naladěné na maximum, takže první světlo oslní. Lidé nám říkají, že je ostré, a stejně výrazné jim připadají chutě a vůně.

Zraková kůra se v pokusech srovnala do půl hodiny až dvou hodin^19,3,5 a zapojení do hmatu zmizelo do druhého dne.² Nejdéle doznívala citlivější kůže po týdnu ve tmě, několik dní.²² U lidí v polární zimě pomohlo vnitřním hodinám a spánku jasnější světlo během dne,²⁶ takže po pobytu bych spíš šel ven, než zalezl za závěs.

Co z toho platí pro pobyt ve tmě v chatce

Rodopsin a zraková kůra jsou fascinující, ale v chatce na ně myslet nemusíš. Oko i mozek tu práci odvedou samy a ty si můžeš v klidu lehnout. Další studie o tmě najdeš na stránce Výzkumy pobytu ve tmě, cizí slova vysvětluje slovníček pojmů.

Na viděnou ve tmě, i když vlastně ne-viděnou 😉 – 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