Amint öregszünk, a szemünk elveszíti a közelre fókuszálás képességét. Ezt az állapotot presbyopiának nevezik, és ez egyrészt rendkívül gyakori, másrészt viszonylag könnyen orvosolható olyan megoldásokkal, mint az olvasószemüveg, a bifokális szemüveg vagy a progresszív lencse.
Egy másik gyakori korrekció, az úgynevezett monovízió, mindkét szemen különböző lencsékkel oldja meg a problémát: az egyik a közelre, a másik a távolra fókuszál. A különböző lencsék viselése által okozott homályossági különbségek kiegyenlítése érdekében az agy elnyomja az elmosódottabb képet, és előnyben részesíti az élesebb képet, hatékonyan növelve a mélységélességet. Az Egyesült Államokban jelenleg tízmillió ember használ monovíziót a presbyopia korrigálására, és a népesség öregedésével ez a szám valószínűleg növekedni fog.
A Pennsylvaniai Egyetem és a madridi Optikai Intézet munkatársai nemrégiben felfedezték, hogy a monovízió drámai tévedéseket okozhat a mozgó tárgyak távolságának és 3D-s irányának érzékelésében. Mi több, minél távolabb vannak a tárgyak és minél gyorsabban mozognak, annál nagyobbak a téves elképzelések. A kutatók a Penn idegkutatója, Johannes Burge vezetésével a Current Biology című szaklapban tették közzé eredményeiket.
“Képzeljük el, hogy egy autóban ülünk, és egy kereszteződéshez közeledünk” – mondja Burge. “Egy kerékpáros a keresztirányú forgalomban 15 mérföld per órával halad el melletted. Ha kiszámoljuk, a téves mélységérzet körülbelül három méter lesz. Ez nagy dolog – ez egy forgalmi sáv szélessége.”
Burge laboratóriuma általában azt vizsgálja, hogy az emberi látórendszer hogyan dolgozza fel a szem hátuljára eső képeket, amikor egy szobában ülünk vagy az utcán sétálunk. Burge-t különösen érdekli annak megértése, hogy mi teszi lehetővé az emberek számára a mozgás, a mélység és az elmosódás érzékelését. “Ez nagyon egyszerűnek tűnik. Kinyitjuk a szemünket és látunk” – magyarázza. “De mint a legtöbb dolog, amikor a motorháztető alá nézünk, hogy lássuk, hogyan is működik valójában, kiderül, hogy sokkal bonyolultabb”.
Ez az új kutatási irányvonal szorosan kapcsolódik a Pulfrich-effektushoz, egy 100 éves érzékelési illúzióhoz, amelyet Carl Pulfrich német fizikusról neveztek el. Hogy megértsük ezt a hatást, képzeljünk el egy ide-oda lengő óraingát. Ha az ingát sötétített szemmel nézzük, például egy olyan napszemüvegen keresztül, amelynek egyik lencséje hiányzik, az inga nem oldalirányban fog mozogni, hanem inkább egy ellipszis alakú, mélységváltoztató pályán. Ugyanez a hatás jelentkezik különböző kontrasztú képek esetén is, például egy olyan szemüvegen keresztül nézve, amelynek egyik lencséje bepárásodott.
Az illúzió azért történik, mert az agy a sötétebb (a kevésbé kontrasztos) képet ezredmásodpercekkel lassabban dolgozza fel, mint a világosabb (a kontrasztosabb) képet. A mozgó képek esetében a feldolgozási késleltetés idegi binokuláris diszparitást okoz, ami azt jelenti, hogy a kép tényleges helye a szem hátsó részén nem egyezik azzal, ahol a látórendszer becslése szerint a kép van. Hasonló elv magyarázza a sztereó-3D filmek működését.
A szemek közötti fényerő- és kontrasztkülönbség a klasszikus Pulfrich-effektust okozza. A monovízió homályossági különbségeket idéz elő a szemek között, és a homályosság csökkenti a kontrasztot, ezért Burge és munkatársai feltételezték, hogy a monovízió is a Pulfrich-effektushoz vezet. Egy haploszkópnak nevezett készülékkel – lényegében egy 3D-s mozi laboratóriumi változatával – mérték a különböző monovízió-szerű korrekciók hatását. Meglepő módon a résztvevők nem a klasszikus, hanem a fordított Pulfrich-hatást tapasztalták. Ahelyett, hogy a homályos képet lassabban dolgozták volna fel, a homályos képet ezredmásodpercekkel gyorsabban dolgozták fel, mint az éles képet.
Burge-nak volt egy tippje arra, hogy miért: “Egy kép elmosódása nem változtatja meg egyenletesen a kontrasztot” – mondja. “Ehelyett a finom részletek kontrasztját jobban csökkenti, mint a durva részletekét”.
Példaként azt hozza fel, ami akkor történik, amikor egy fényképezőgép lencséjén keresztül nézünk. “Ahogy a kép eltűnik a fókuszból, először elveszíti az ingem tűcsíkjait és a szemöldököm szőrszálait. Aztán elveszíti a közepes részleteket. És végül a durva részleteket” – magyarázza. “Az idegtudomány kimutatta, hogy az agy a finom részleteket lassabban dolgozza fel, mint a durva részleteket, ha minden más egyenlő. Így arra következtettünk, hogy az elmosódott képet azért dolgozza fel gyorsabban, mert az éles kép finom részletei lelassítják. További kísérletek igazolták, hogy ez az érvelés helyes.”
A fordított Pulfrich-effektus azonosítása után a kutatók megoldást kerestek. “A sötétebb lencse lelassítja a feldolgozást. Egy homályos lencse felgyorsítja azt” – mondja Burge. “Arra gondoltunk, hogy ha sötétítjük az elmosódó lencsét, a két hatás kiolvadhat. És pontosan ez történik.”
A jelenlegi munka megválaszol néhány kérdést, de sok másikat is felvet: Hogyan befolyásolja az általános fényerősség a hatást? Szürkületkor vagy éjszaka rosszabb a hatás? Alkalmazkodik-e az agy az illúzióhoz, ha valaki hozzászokik a monovízióhoz? Ez nagyszerű táptalaj a jövőbeli kutatásokhoz, olyan munkához, amely valódi hatással lehet a közegészségügyre és a közbiztonságra.
A kutatás finanszírozását a Nemzeti Szemészeti Intézet és a Társadalmi és Magatartástudományi Hivatal (Grant R01-EY028571), a Pennsylvaniai Egyetem, a Spanyol Oktatási Minisztérium (Grant FPU17/02760), valamint a Spanyol Tudományos, Innovációs és Egyetemi Minisztérium (Grant ISCIII DTS2016/00127 és FIS2017-84753-R) biztosította.
Johannes Burge a Pennsylvaniai Egyetem Művészeti és Tudományos Iskolájának Pszichológiai Tanszékének adjunktusa.
A munkában közreműködött még Víctor Rodríguez-López és Carlos Dorronsoro, a madridi Optikai Intézet kutatói.