Wykład 5

Wykład 14
Rozwój i starzenie się
ludzkiego wzroku
Rozwój
• Czym jest percepcja wzrokowa noworodków?
• Czy niemowlęta umieją odbierać kolory?
• Czy noworodek rozpoznaje swoją mamę?
• W jaki sposób prowadzić badania nad
widzeniem noworodków?
• Jakie stawiać pytania w badaniach nad
widzeniem niemowląt?
Właściwe pytania
• Co widzisz? – klasyczne pytanie okulistyki nie
znajduje możliwości przeprowadzenia u osób
nie umiejących mówić
• Czy jesteś w stanie zobaczyć różnice między
bodźcem po lewej i prawej stronie? –
Patrzenie preferencyjne
• Czy twój mózg reaguje na to co widzisz? –
Wzrokowe Potencjały Wywołane
Patrzenie preferencyjne (PL)
• Dziecku przedstawiane są 2 plansze. Jednak
jest jednolicie szara, druga zaś w prążki o
określonym kontraście i częstości
• Niemowlęta spontanicznie preferują patrzenie
na ostre, wyraźne krawędzie. Obserwacja oczu
dziecka pozwala stwierdzić, czy któryś obrazek
uwagę, a więc czy znajduje
się on w zakresie jego
ostrości/kontrastu widzenia.
Wzrokowe Potencjały Wywołane (VEP)
• Potencjały nerwowe, tj. mikroprądy
rejestrowane są przez elektrody na głowie
pacjenta w obszarze kory wzrokowej
• Potencjały czynnościowe (uśrednione z tysięcy
neuronów) pojawiają się tylko jeśli wzór
bodźca znajduje się w zakresie jakości
widzenia dziecka
Jakość widzenia niemowląt
• Niebieska krzywa – VEP
• Czerwona krzywa – PL
• Jakość widzenia
jednomiesięcznego dziecka
wynosi 5/100 – 5/150
• Przez pierwsze miesiące
następuje bardzo
intensywny rozwój jakości
widzenia stabilizujący się
na wartościach
charakteryzujących
dorosłych w wieku ok. 1
roku
Rozwój wzroku
• Mniejsze sieci dendrytyczne
neuronów kory
• Krótsze i grubsze fotoreceptory
w dołku środkowym – mniej
fotopigmentu, większe przerwy
Wrażliwość na kontrast
• Wrażliwość na kontrast jest mierzona przez
określenie najmniejszej różnicy między ciemnymi
i jasnymi prążkami siatki przy której badany jest
nadal w stanie widzieć paski.
• Wrażliwość zależy od szerokości prążków –
częstość przestrzenna (ilość prążków na stopień
kąta widzenia)
• Krzywa kontrastu w zależności od częstości
przestrzennej to krzywa wrażliwości na kontrast
(CSF)
Wrażliwość na kontrast
• Niemowlęta mogą
odbierać jedynie prążki
o małych częstościach
przestrzennych
• Nawet dla tych niskich
częstości wrażliwość
jest dużo niższa niż u
dorosłych
• Niemowlęta nie widzą
prawie w ogóle
częstości
przestrzennych 3 prążki
na stopień – częstości
największej wrażliwości
u dorosłych
Jak więc widzą niemowlęta?
• W wieku 1 miesiąca niemowlę widzi jedynie
duże i mocno kontrastowe obiekty
• Jego wzrok w tym wieku jest trochę gorszy niż
wzrok dorosłego w ciemności – nierozwinięty
dołek środkowy wymusza widzenie głównie
pręcikami (peryferyjnie)
• Widzenie jest podobne do patrzenia przez
matową szybę
• Z bardzo bliska niemowlę może wykryć część
dużych szczegółów
Jak widzi
niemowlę?
• Po narodzeniu kontrast
widzenia jest zbyt słaby
aby zidentyfikować kota
• Po 2 miesiącach obraz
wygląda już kotopodobnie
• Po 3-4 miesiącach
niemowlę może
zidentyfikować czy twarze
wyglądają na szczęśliwe,
zaskoczone, złe czy też są
neutralne a także
rozróżnia kota od psa.
Odbieranie koloru
• Tuż po urodzeniu czopki są nierozwinięte, a więc
nie można też mówić o widzeniu barwnym
• Już po 3-4 miesiącach niemowlę widzi już kolory
bez problemów
• Problemem w pomiarach jest jego
dwuwymiarowość barwa – jasność (jeśli
pokażemy prążki czerwone i żółte, żółte mogą po
prostu być jaśniejsze i prążki zostaną wykryte
nawet przy widzeniu monochromatycznym)
• Krzywa V(λ) u dzieci nie musi pokrywać się z
przebiegiem dla dorosłych
Widzenie barwne 4-miesięcznego
niemowlęcia
• Dorosły człowiek widzie widmo barwne
począwszy od niebieskiego przez zielony, żółty,
pomarańczowy do czerwonego. Czy u dzieci
jest tak samo?
• Metoda badań oparta na habituacji
(przestawaniu zauważania powtarzającego się
bodźca)
Habituacja
• Jeśli dziecko widzi znany bodziec i nowy, nieznany
dotąd, zazwyczaj interesuje się tym nieznanym.
• Pokazujemy dziecku ten sam bodziec mierząc czas
jego obserwacji. Czas ten zmniejsza się wraz z
habituacją.
• Kiedy dziecko już jest zaznajomione z bodźcem
pokazujemy mu drugi (np. kolor o tej samej
jasności). Jeśli dziecko rozróżnia bodźce czas
obserwacji wzrośnie.
Habituacja
Widzenie barwne u niemowląt
• Porównując w ten sposób reakcję na światło
510 nm (zielone dla dorosłego) oraz światło
480 nm (niebieskie dla dorosłego) lub 540 nm
(zielone dla dorosłego) stwierdzono reakcję na
różnicę 480-510 oraz nie stwierdzono na
różnicę 540-510.
• Widzenie niemowlęcia (4 miesiące) jest więc
podobne do dorosłego
Odbieranie głębi
• W jakim wieku dziecko zaczyna widzieć
głębię?
• Najpierw pojawia się widzenie stereoskopowe
(obuoczne), wskazówki głębi zaczynają pełnić
rolę później
Widzenie obuoczne
• Do widzenia obuocznego niezbędna jest
umiejętność fiksacji obuocznej.
• Umiejętność ta chociaż częściowo istnieje już u
noworodków, to jednak stabilizuje się po
skończeniu 3 miesiąca życia.
• Nie oznacza to jednakże od razu widzenia
stereoskopowego
• Aby oznaczyć wiek, kiedy widzenie
stereoskopowe można uznać za działające używa
się stereogramów punktów losowych
Widzenie obuoczne
• Eksperyment wykonuje się pokazując dziecku
stereogram z przybliżającym i oddalającym się
kwadratem i obserwując zbieżność jego oczu
• Poniżej 3 miesiąca zmiany zbieżności nie
występują
• Widzenie stereoskopowe
pojawia się między 3,5. a 6.
miesiącem życia
Wskazówki głębi
• Dziecko zaczyna używać wskazówek głębi w
percepcji odległości jak się nauczy ich
znaczenia (proces kognitywny)
• Następuje to między 5 a 7 miesiącem życia.
• Testowanie tego typu umiejętności wiąże się
nie tylko z testowaniem percepcji widzenia
(wrażenia) ale także procesów kognitywnych
(zapamiętywania)
Rozpoznawanie twarzy
• Ludzkie twarze są najważniejszymi bodźcami w
otoczeniu niemowlęcia
• Twarze różnych ludzi pojawiają się nad nim
często, zaś twarz, która pojawia się najczęściej to
twarz matki.
• Są dowody, że krótko po urodzeniu dziecko jest
już w stanie rozpoznać twarz matki.
• Badania nad zdolnością niemowlęcia do
rozpoznania twarzy mamy pokazuje przykład jak
rozwój percepcyjny często postępuje
Twarz matki
• Używając Patrzenia Preferencyjnego (PL)
badając dwudniowego noworodka
przedstawiając mu twarz matki i
nieznajomego wykryto, że dziecko obserwuje
twarz matki przez 63% czasu.
• Jest to sprzeczne z zasadą, że dziecko woli
patrzeć na nowe bodźce niż na znane mu
(habituacja). Preferencja do obrazu matki musi
być więc silniejsza niż habituacja.
Twarz matki
• Być może jednakże matka robi coś co zwraca
uwagę dziecka lub dziecko rozpoznaje ją po
zapachu?
• Wynik eksperymentu jest jednak podobny, jeśli
twarze pokażemy na filmie.
• Jeśli jednak matka i nieznajomy założą różową
opaskę zakrywającą ich linię włosów efekt znika.
Linia między ciemnymi włosami a jasną twarzą
matki stanowi ważną informację dla rozpoznania
mamy.
Rozpoznawanie twarzy
• Czy istnieje „wbudowany”
specjalny mechanizm
rozpoznawania twarzy?
• Pokazując dziecku w
godzinę po urodzeniu
bodziec i poruszając nim w
lewo i prawo stwierdzono,
że dziecko reaguje (wodząc
głową lub oczami) na twarz
mocniej niż na inne
bodźce.
Prozopagnozja
• Na skutek zapalenia opon mózgowych
(szczególnie w pierwszych dniach życia) można
cierpieć na nieumiejętność rozpoznawania
twarzy, mimo, że rozpoznawanie innych
obiektów jest wystarczające do normalnego
życia (ok. 80%)
• Za rozpoznawanie twarzy odpowiadają więc
inne obszary mózgu, co więcej inne
mechanizmy nie są w stanie zastąpić ich nawet
w dorosłym życiu
Rozpoznawanie twarzy
• Inne badania prowadzą do
wniosków, że umiejętność
rozpoznawania twarzy (w tym
umiejętność rozpoznawania
twarzy matki) pojawia się
bardzo szybko (2-3 dni) po
urodzeniu w wyniku
doświadczenia – nie ma
specjalnego mechanizmu
• Cechą charakterystyczną
twarzy wydaje się być większe
nagromadzenie ciemnych
elementów na górze niż na
dole.
Jedność przedmiotów
• W pierwszych miesiącach życia rozwija się także
zdolność do łączenia obiektów przesłoniętych.
• 4 miesięczne dziecko potrafi
zinterpretować poruszający się
pręt przesłonięty klockiem jako
jedną całość, choć nie jest w
stanie tego zrobić jeśli pręt stoi
w miejscu.
• Zdolność ta związana jest
umiejętnością wodzenia
wzrokiem za przedmiotami.
przerwa
Starzejące się oko
• Zarówno optyczna jak i neurologiczna strona
widzenia podlega zmianom wiekowym.
• Zmiany optyczne są lepiej znane i opisane
• Część zmian zaczyna się już dość wcześnie (np. te
dotyczące soczewki)
• Zmiany optyczne najszybciej prowadzą do
odczuwalnych skutków utraty jakości widzenia,
zaś zmiany w siatkówce są najczęstszym
powodem ślepoty starczej
• Zmiany następują także w LGN i korze wzrokowej,
lecz ten aspekt nie jest jeszcze dobrze poznany
Rogówka
• Z wiekiem zmniejszają się odległości między
włóknami kolagenowymi w istocie właściwej
rogówki (stroma), część włókien ulega degeneracji,
a także zwiększa się powierzchnia ich przekroju
poprzecznego.
• Dodatkowo następuje degeneracja nabłonka.
Komórki powiększają się i łączą. Nabłonek osłabia
się i ciecz wodnista może przenikać do rogówki
powodując zaburzenia struktury i zwiększenie
rozpraszania.
• Zmiany w grubości rogówki nie wykazują
jednolitego trendu. Są badania pokazujące, że
grubość rogówki jest stała, zwiększa i zmniejsza się
z wiekiem
Rogówka
• Młoda rogówka jest zwykle mocniej
zakrzywiona w pionie niż w poziomie. Z
wiekiem te proporcje odwracają się.
• Z wiekiem zwiększają się aberracje
wytwarzane przez rogówkę. Szczególnie
dotyczy to aberracji typu koma (mniej
aberracji sferycznych)
• Przezroczystość rogówki nie zmienia się z
wiekiem.
Soczewka
• Soczewki dotykają największe zmiany wiekowe w
układzie optycznym oka
• Dotyczą one kształtu, zdolności do odkształceń
(akomodacja) oraz przezroczystości (szczególnie
dla światła niebieskiego)
• Z wiekiem zmniejsza się przeźroczystość zarówno
w świetle widzialnym jak i ultrafiolecie. Soczewka
staje się coraz bardziej żółta, szczególnie w
obszarze jądra. Zwiększa się także rozpraszanie
zarówno transmisyjne jak i wsteczne
Soczewka
• Soczewka z wiekiem zwiększa swoją objętość i masę
głównie przez zwiększanie swojej grubości osiowej.
Tempo tych zmian wynosi ok. 13 μm/rok. Zwiększanie
soczewki powoduje zmniejszanie długości komory
przedniej
• Liniowo zmniejsza się promień krzywizny wraz z
wiekiem. Dla oka w wieku 8 lat promień krzywizny
przedniej powierzchni niezakomodowanej soczewki
wynosi ok. 16 mm, zaś w wieku 82 lat ok. 8 mm.
Zakres zmian krzywizny powierzchni tylnej jest
mniejszy (8,6 mm – 7,5 mm)
• Z wiekiem zmniejsza się zakres możliwych zmian
kształtu soczewki. Powoduje to zmniejszanie zakresu
akomodacji (starczowzroczność, prezbiopia)
Soczewka
• Z wiekiem oko staje się bardziej
dalekowzroczne (ok. 2D w okresie 30-60 lat),
mimo, że zmiany w kształcie sugerowałyby
odwrotny kierunek. Ten paradoks nie jest do
końca wyjaśniony. Najprawdopodobniej
wywołują go zmiany w rozkładzie
współczynnika załamania (profil staje się
bardziej płaski)
Wady refrakcyjne
• Wady refrakcyjne oka (obecne) nie zmieniają się
między 20 a 40 rokiem życia. Następnie następuje
przesunięcie w kierunku dalekowzroczności (zmniejsza
się moc optyczna oka) – tzw. nadwzroczność starcza
• Rozkład statystyczny wad refrakcyjnych w populacji
młodych dorosłych jest bardziej stromy od normalnego
(leptokurtoza) lecz wraz ze zwiększaniem wieku
badanej grupy zbliża się do normalnego (zwiększenie
liczby zarówno krótko jak i dalekowidzów)
• Długość osiowa oka raczej pozostaje stała w trakcie
dorosłego życia
Akomodacja i starczowzroczność
• Zakres akomodacji osiąga
maksimum we wczesnej młodości,
a następnie liniowo spada z
wiekiem
• Szybkość zmian i moment w
którym oddalający się punkt bliży
zaczyna przeszkadzać zależy od
wady refrakcyjnej oka, charakteru
wykonywanej pracy, uwarunkowań
genetycznych i środowiskowych.
• Krzywa spadku zakresu akomodacji
z wiekiem wypłaszcza się po
ok. 50 latach życia na poziomie
poniżej 1 D

zakres akomodacji  exp 1,92  0,0401 wiek  0,00119  wiek 2

Starczowzroczność
• Poza akomodacją na odległość punktu bliży
wpływa też głębia ostrości widzenia sprawiając,
że widzimy lepiej niż wynikałoby to z krzywej
spadku zakresu akomodacji
• Teorie starczowzroczności:
– Soczewkowe
• Zmiany mechaniczne w soczewce i kapsule
• Zmiany geometryczne
– Pozasoczewkowe
• Zmiany w mięśniach rzęskowych
• Zmiany elastyczności wiązadełek lub/i ciała rzęskowego
Teorie soczewkowe starczowzroczności
• Zmiany mechaniczne w soczewce i kapsule
– Soczewka staje się bardziej sztywna i stawia
większy opór siłom rozciągającym działającym na
kapsułę
– Mięśnie rzęskowe nie tracą siły z wiekiem
– Wysiłek ciała rzęskowego może być stały dla
danego stanu akomodacji (lecz dalsze deformacja
soczewki staje się z wiekiem niemożliwa) lub też
może zwiększać się z czasem (maksymalny wysiłek
z wiekiem prowadzi do mniejszej akomodacji
maksymalnej)
Teorie soczewkowe starczowzroczności
• Teoria geometryczna
– Zwiększanie się soczewki powoduje zbliżenie jej
brzegów do ciała rzęskowego i mniejsze
możliwości rozciągania soczewki przez wiązadełka
– Napięcie wiązadełek może także być z wiekiem
coraz mniej radialne w stosunku do soczewki
(przekręcenie)
Teorie pozasoczewkowe
starczowzroczności
• Zmiany w mięśniach rzęskowych
– Mięśnie rzęskowe słabną z wiekiem (raczej bardzo
niewielka zmiana jeśli w ogóle)
• Zmiany w elastyczności wiązadełek i/lub ciała
rzęskowego
– Starczowzroczność to utrata zdolności do
rozluźnienia (zmniejszenia krzywizny), a nie
zwiększenia akomodacji
– Dzieje się tak z powodu pogorszenia elastyczności
wiązadełek
Teorie starczowzroczności
• Starczowzroczność najprawdopodobniej ma
więcej niż jedną przyczynę
• Badania elastyczności soczewki in vitro
niekoniecznie odpowiadają jej właściwościom
w oku. Z badań takich wynika, że z wiekiem
coraz większa siła jest potrzebna do zmiany jej
kształtu.
Wielkość źrenicy
• Średnia wielkość źrenicy spada z wiekiem
• Szybkość zmian i zakres reakcji źrenicy także
spada z wiekiem.
• Wielkość źrenicy w oku
zaadaptowanym do
ciemności osiąga
maksimum w wielu
nastoletnim (od ok. 7,5
mm dla oka
10 letniego do 5 mm dla
oka 80 letniego)
Aberracje i jakość obrazu na siatkówce
• Do 6 roku życia dominuje ujemna aberracja
sferyczna, następnie następuje silne
przesunięcie w kierunku dodatniej aberracji
sferycznej, która zwiększa się z wiekiem
• Z wiekiem spada wrażliwość na kontrast i
jakość obrazu na siatkówce
• Nie zmienia się natomiast zakres aberracji
chromatycznych
Fotometria
• Oświetlenie siatkówki spada z wiekiem z 2
powodów:
– Zmniejszenie źrenicy
– Zmniejszenie przeźroczystości soczewki
• Natężenie oświetlenia spada liniowo z
wiekiem (w zakresie 20-60 lat o 50% w
jasności i ponad 60% w ciemności). Straty te w
równej mierze są spowodowane przez oba
czynniki
Efekt spadku oświetlenia
na jakość widzenia
• Jakość widzenia przestrzennego spada z wiekiem.
Jest spowodowane zarówno czynnikami
optycznymi jak i neurologicznymi.
• Strata jakości wiedzenia jest szczególnie duża przy
niskich poziomach oświetlenia
• Zmiany w transmitancji spektralnej soczewki
wpływają na widzenie barwne (słabsze
rozpoznawanie odcieni niebieskiego i zielonego)
• Zwiększone rozpraszanie powoduje powstanie
blasków
Ciało szkliste
• Z wiekiem pojawiają się zaburzenia w
produkcji galaretowatego ciała szklistego co
prowadzi do zaburzeń ciśnienia w oku i jaskry
• Ciało szkliste traci również swoje właściwości
fizyczne
• Zmiany te mogą prowadzić do uszkodzeń
siatkówki
Zmiany w siatkówce
• Zmiany wiekowe w siatkówce dotyczą przede
wszystkim obszarów peryferyjnych
• Zmniejsza się czułość pręcików, a także ich
liczba
• Zmiany dotyczą także komórek nerwowych
Schorzenia oka związane z wiekeim
• Katarakta -zmętnienie soczewki oka
uniemożliwiające widzenie
• Jaskra – zwiększenie ciśnienia w gałce ocznej
zaburzające funkcjonowanie (szczególnie
peryferyjnych) obszarów siatkówki
• AMD – zwyrodnienie plamki żółtej
Inne aspekty starzenia się oka
• Ruchy oka
• Progi widzenia
• Częstotliwość odświeżania (detekcja
migotania)
• Pole widzenia
• Rozdzielczość widzenia
Zmiany strukturalne
Rogówka
Komora
przednia
Źrenica/
tęczówka
Soczewka
Zwiększona grubość, zmniejszona krzywizna, strata
przezroczystości, kumulacja pigmentu i tłuszczów, strata
komórek nabłonka, zmniejszona regeneracja nabłonka
Zmniejszona objętość i przepływ cieczy wodnistej
Zmniejszona liczba komórek mięśnia rozwieracza,
pigmentu a także aktywność, lekkie zwiększenie gęstości
włókien kolagenowych
Zwiększona grubość, zmniejszona krzywizna, zwiększona
kumulacja pigmentu i mętność, zmniejszona liczba
komórek nabłonka, zmniejszona liczba
nowoformowanych włókien i poziom przeciwutleniaczy,
zwiększony przekrój włókien, zwiększona twardość
Zmiany strukturalne
Ciało szkliste
Zwiększona liczba ciał wstrzykniętych, zmniejszona ilość
wody, słabsze wspomaganie siatkówki
Mięśnie i ciało Zmniejszona liczba mięśni gładkich (radialnych i
rzęskowe
obwodowych), zwiększenie substancji szklistych i
włókien w działaniu rzęskowym, zmniejszenie komórek
nabłonka
Siatkówka
Zmniejszona grubość w obszarach peryferyjnych,
defekty w zewnętrznych częściach pręcików i regeneracji
rodopsyny, zmniejszenie ilości pręcików i związanych z
nimi komórek nerwowych, częściowe zmniejszenie
liczby czopków, zmniejszenie gęstości pigmentu
czopków, zwyrodnienie plamki żółtej
Zmiany funkcjonalne
Funkcje
rogówki i
soczewki
Zmniejszona moc akomodacji (prezbiopia), zwiększone
opóźnienie akomodacji, oddalony punkt bliży,
zwiększenie rozpraszania w soczewce, zmniejszona moc
optyczna i elastyczność soczewki
Funkcje
siatkówki
Zmniejszona częstotliwość wykrywania migotania,
zmniejszona wrażliwość na światło (zwiększone progi
przed i po adaptacji), zmniejszone widzenia barwne
(szczególnie w obszarze zielono-niebieskim)
Zwężona źrenica, zmniejszona jakość widzenia,
starczowzroczność, astygmatyzm, katarakta, AMD,
retinopatia cukrzycowa, jaskra
Ogólne
funkcje
optyczne