Článek
Jistě jste se s tím už někdy setkali. Někdo pronese tu záhadnou větu: „Víš, že tvoje oči vlastně vidí všechno obráceně, a teprve mozek to otočí zpátky?“ Zní to skoro jako sci-fi, že? Představa, že náš nejdůležitější smysl pro orientaci v prostoru nám servíruje realitu vzhůru nohama a zrcadlově, a jakýsi vnitřní procesor to musí neustále korigovat, je přinejmenším znepokojivá. Ale je na tom byť jen kousek pravdy?
Odpověď, jak už to ve vědě bývá, není úplně jednoduchá ano/ne, ale je o to fascinující. Abychom pochopili, jak to s naším viděním doopravdy je, musíme se nejprve podívat na samotný mechanismus oka a poté na úžasnou práci, kterou odvádí náš mozek.
Část 1: Oko jako dokonalý optický nástroj – Co se děje se světlem?
Naše oko je mistrovským dílem přírody, komplexní orgán, který se vyvíjel miliony let. Pro naše dnešní téma jsou nejdůležitější jeho optické vlastnosti. Představte si oko jako velmi sofistikovanou kameru.
- Světlo vstupuje: Vše začíná světlem, které se odráží od objektů kolem nás. Tyto světelné paprsky vstupují do oka nejprve přes rohovku (cornea), průhlednou vnější vrstvu, která světlo částečně láme a soustřeďuje.
- Regulace přes zornici: Poté světlo prochází zornicí (pupil), otvorem uprostřed barevné duhovky (iris). Duhovka funguje jako clona fotoaparátu – stahováním a roztahováním reguluje velikost zornice a tím i množství světla, které do oka vstupuje. Za jasného světla se zornice zmenší, ve tmě se naopak rozšíří.
- Zaostření čočkou: Klíčovým hráčem pro formování obrazu je oční čočka (lens). Je to pružná, průhledná struktura umístěná za duhovkou. Její hlavní funkcí je dále lámat světelné paprsky a zaostřit je tak, aby se sbíhaly na zadní stěně oka. Čočka dokáže měnit svůj tvar (akomodace), což nám umožňuje ostře vidět objekty v různé vzdálenosti – ať už čteme knihu nebo pozorujeme vzdálený horizont.
- Projekce na sítnici: Nakonec světelné paprsky dopadají na sítnici (retina). Sítnice je tenká vrstva nervové tkáně citlivé na světlo, která vystýlá zadní část oka. Obsahuje miliony fotoreceptorických buněk – tyčinky (rods) citlivé na intenzitu světla (vidění za šera) a čípky (cones) citlivé na barvu a detailní vidění (vidění za dobrého světla).
A teď přichází ta klíčová fyzikální vlastnost čoček, která je zodpovědná za celou naši dnešní otázku. Každá jednoduchá konvexní čočka (čočka vypouklá, jakou máme i v oku) funguje tak, že paprsky světla přicházející z horní části objektu láme směrem dolů a paprsky z dolní části objektu láme směrem nahoru. Stejně tak paprsky z levé strany jsou směrovány doprava a z pravé doleva. Výsledkem je, že obraz promítaný na sítnici je skutečně převrácený (vzhůru nohama) a stranově obrácený (zrcadlově).
Není to žádný nový objev. Už na počátku 17. století, kolem roku 1604, geniální astronom a matematik Johannes Kepler jako jeden z prvních správně popsal, jak čočka v oku formuje obraz na sítnici. Teoreticky odvodil, že obraz musí být převrácený, podobně jako u tehdy známého principu camery obscury.
O několik desetiletí později, ve 30. letech 17. století, slavný filozof a vědec René Descartes tuto myšlenku potvrdil i experimentálně. Údajně použil oko mrtvého vola (některé zdroje uvádějí i jiná zvířata), kterému opatrně seškrábal zadní neprůhlednou vrstvu (bělimu a cévnatku), aby obnažil průsvitnou sítnici. Když pak okem namířil na nějaký předmět, mohl na sítnici pozorovat malý, jasný, ale skutečně převrácený obraz pozorovaného světa. Byl to přímý důkaz Keplerovy teorie.
Takže ano, první část tvrzení je pravdivá. Fyzikálně vzato, na naší sítnici, v tom světlocitlivém „plátně“ našeho oka, je svět skutečně zobrazen vzhůru nohama a zrcadlově. Ale jak je tedy možné, že nechodíme hlavou dolů a nenarážíme do věcí?
Část 2: Mozek vstupuje na scénu – Kouzlo interpretace
Pokud by naše vnímání končilo u obrazu na sítnici, byl by svět pro nás naprosto chaotickým a nefunkčním místem. Naštěstí je sítnice pouze začátkem fascinující cesty vizuální informace. Zde přebírá štafetu náš mozek – neuvěřitelně výkonný procesor.
Důležité je si hned na začátku uvědomit, že v mozku neexistuje žádná další „obrazovka“ nebo „malý človíček“, který by se díval na obraz ze sítnice a „otáčel ho zpět“. Tato představa je velmi zjednodušující a zavádějící. Mozek nepracuje s obrázky jako takovými; pracuje s elektrickými a chemickými signály.
Když světlo dopadne na tyčinky a čípky na sítnici, spustí se v nich fotochemická reakce, která generuje elektrické impulsy. Tyto impulsy jsou dále zpracovány několika vrstvami nervových buněk přímo v sítnici a poté putují přes zrakový nerv (optic nerve) do mozku. Zrakový nerv každého oka obsahuje asi milion nervových vláken, která přenášejí obrovské množství dat.
Tyto nervové signály se dostávají do specifických oblastí mozku, především do zrakové kůry (visual cortex) umístěné v týlním laloku. A zde se děje to pravé kouzlo. Mozek tyto surové signály – vzory nervové aktivity – interpretuje. Neučí se obraz „převracet“ v nějakém doslovném, mechanickém smyslu. Místo toho se učí, jaký význam mají konkrétní vzory stimulace z očí ve vztahu k našemu tělu, našim pohybům a ostatním smyslům.
Klíčovým konceptem je zde plasticita mozku (neuroplasticita). To je schopnost mozku měnit svou strukturu a funkci v reakci na zkušenosti, učení nebo poškození. Právě díky této úžasné přizpůsobivosti se mozek dokáže naučit správně interpretovat i zdánlivě „chybný“ vstup ze sítnice.
Část 3: Průkopnický experiment George M. Strattona – Důkaz místo slibů
Jedním z nejvýznamnějších důkazů o tom, jak mozek zpracovává převrácený obraz, poskytl americký psycholog George Malcolm Stratton z Kalifornské univerzity v Berkeley. V 90. letech 19. století provedl sérii dnes již klasických experimentů, které zásadním způsobem ovlivnily naše chápání zrakového vnímání.
Stratton si sestrojil speciální brýle, které pomocí čoček a zrcadel převracely zorné pole vertikálně (vzhůru nohama) a u některých verzí i horizontálně (zrcadlově). Tyto brýle tedy simulovaly a ještě umocňovaly efekt, který vytváří oční čočka na sítnici – svět, jak ho viděl skrze brýle, byl kompletně obrácený.
První dny s brýlemi: Když si Stratton brýle poprvé nasadil, byl jeho zážitek, jak sám podrobně popsal, extrémně matoucí a nepříjemný. Cítil se dezorientovaný, svět mu připadal nestabilní a neskutečný. Běžné činnosti jako chůze, sahání po předmětech nebo jídlo se staly velmi obtížnými. Často se pohyboval nejistě, narážel do věcí a pociťoval silnou nevolnost, podobnou mořské nemoci. Jeho vlastní tělo, když se na něj podíval, mu připadalo cizí a špatně umístěné. Horní část jeho zorného pole byla tam, kde očekával spodní, a naopak.
Proces adaptace: Stratton však v experimentu vytrval. Nosil brýle nepřetržitě po několik dní (jeden z jeho nejznámějších experimentů trval 8 dní). A postupně se začaly dít pozoruhodné věci. Jeho mozek se pomalu, ale jistě začal přizpůsobovat nové, bizarní realitě. Zpočátku musel o každém pohybu vědomě přemýšlet ("teď musím pohnout rukou nahoru, abych dosáhl na něco, co vidím dole"). Postupně se však jeho pohyby stávaly plynulejšími a jistějšími. Svět se mu začal zdát méně chaotický a stabilnější.
Klíčovým momentem bylo, že po několika dnech (obvykle mezi 4. a 7. dnem) začal Stratton vnímat svět opět jako „normální“ nebo „správně orientovaný“, přestože brýle stále dodávaly fyzicky převrácený obraz! Už neměl pocit, že je vše vzhůru nohama. Jeho vizuální vjemy se sladily s jeho hmatovými a proprioceptivními (vnímání polohy vlastního těla) vjemy. Dokázal se pohybovat v místnosti, psát, jíst a vykonávat další běžné činnosti s rostoucí lehkostí. Tento jev je úžasným příkladem senzorické adaptace a plasticity mozku. Mozek se naučil interpretovat nový, konzistentní, byť převrácený, vstupní signál jako „normu“.
Po sejmutí brýlí: Když si Stratton po osmi dnech brýle sundal, čekal ho další šok. Svět, který byl před nasazením brýlí naprosto normální, mu nyní připadal opět neskutečný a převrácený! Musel projít dalším obdobím adaptace, tentokrát zpět na „přirozené“ vidění. Toto období re-adaptace však bylo výrazně kratší než počáteční adaptace na brýle, trvalo jen několik hodin.
Co Strattonovy experimenty prokázaly?Strattonovy pokusy (a pokusy mnoha dalších vědců, kteří je později opakovali a modifikovali, například Theodor Erismann a Ivo Kohler v polovině 20. století s ještě delšími expozičními časy) jednoznačně ukázaly několik klíčových věcí:
- Mozek je neuvěřitelně adaptabilní: Dokáže se přizpůsobit i radikálně změněným senzorickým vstupům.
- Vnímání "správné orientace" je naučené: Není pevně dané, ale je výsledkem interakce mozku s prostředím a ostatními smysly. Mozek se učí, jak korelovat vizuální signály s informacemi z hmatu, sluchu, rovnovážného ústrojí a s našimi motorickými akcemi.
- Nejde o fyzické "převracení obrazu" v mozku: Spíše jde o rekalibraci celého systému vnímání. Mozek se naučí, že určitý vzorec nervových impulzů ze sítnice (i když odpovídá fyzicky převrácenému obrazu) znamená "tento objekt je nahoře".
Část 4: Co tedy znamená „vzhůru“ a „dolů“ pro náš mozek?
Pojmy „nahoře“ a „dole“ nejsou pro náš mozek absolutními geometrickými kategoriemi, které by musel pasivně odvodit z orientace obrazu. Jsou to spíše funkční koncepty, které se mozek učí od nejútlejšího dětství.
Když se miminko narodí, jeho zrakový systém ještě není plně vyvinutý. Vidí neostře, nerozlišuje mnoho barev a jeho mozek se teprve učí interpretovat záplavu vizuálních informací. Jak dítě roste, neustále interaguje se světem:
- Sahá po hračkách a učí se koordinovat pohyby rukou s tím, co vidí.
- Vnímá gravitaci – ví, že věci padají dolů, že stojí na zemi.
- Dotýká se předmětů a spojuje si jejich vizuální podobu s hmatovým vjemem.
- Používá svůj vestibulární systém (rovnovážné ústrojí ve vnitřním uchu), který mu říká, kde je "nahoře" vzhledem k zemské přitažlivosti.
Právě tato neustálá interakce a zpětná vazba mezi různými smysly a motorickými akcemi umožňuje mozku vytvořit si koherentní a funkční model světa. Mozek se naučí, že určitý soubor signálů ze sítnice, které odpovídají obrazu oblohy, je „nahoře“, zatímco signály odpovídající zemi pod nohama jsou „dole“. A je úplně jedno, že původní obraz na sítnici byl vůči těmto konceptům převrácený. Důležité je, že asociace je konzistentní a umožňuje nám efektivně interagovat s okolím.
Představte si to, jako byste se učili nový jazyk. Zpočátku musíte o každém slovíčku přemýšlet, ale časem se proces stane automatickým. Podobně se mozek „naučil jazyk“ převrácených obrazů ze sítnice a překládá je do smysluplného vnímání reality bez jakéhokoli vědomého úsilí z naší strany.
Část 5: Více než jen orientace – Komplexní práce mozku
Bylo by velkým zjednodušením myslet si, že jediným úkolem mozku ve vztahu k převrácenému obrazu na sítnici je jeho „správná orientace“. Zpracování vizuální informace je nesmírně komplexní proces, který zahrnuje mnoho dalších fascinujících aspektů:
- Vyplňování slepé skvrny: Každé oko má na sítnici místo, kde z něj vystupuje zrakový nerv. V tomto místě nejsou žádné fotoreceptory, takže se jedná o "slepou skvrnu" (punctum caecum). Přesto si žádnou díru ve svém vidění neuvědomujeme. Mozek totiž chybějící informaci z tohoto místa aktivně "doplňuje" na základě okolního obrazu a informací z druhého oka.
- Vytváření stabilního vizuálního pole: Naše oči se neustále pohybují rychlými, trhavými pohyby zvanými sakády, několikrát za sekundu. Kdybyste natáčeli video a takto s kamerou trhali, obraz by byl naprosto nesledovatelný. Přesto vnímáme svět jako stabilní a souvislý. Mozek dokáže tyto pohyby kompenzovat a "sešívat" jednotlivé vjemy do plynulého celku.
- Vnímání hloubky (stereopse): Díky tomu, že máme dvě oči umístěné kousek od sebe, každé z nich vidí svět z mírně odlišného úhlu. Mozek porovnává tyto dva mírně odlišné obrazy a na základě rozdílů (binokulární disparita) vytváří trojrozměrný vjem hloubky.
- Rozpoznávání objektů a tváří: Mozek nejenže vidí světlo a tvary, ale také interpretuje tyto vjemy, porovnává je s uloženými vzory v paměti a umožňuje nám rozpoznat konkrétní objekty, zvířata, rostliny nebo tváře známých lidí.
- Vnímání barev: Čípky na sítnici jsou citlivé na různé vlnové délky světla (hrubě řečeno červenou, zelenou a modrou). Mozek pak kombinuje signály z těchto čípků a vytváří tak celé spektrum barev, které vnímáme.
- Konstantnost vnímání: Mozek také zajišťuje, že vnímáme objekty jako konstantní co do velikosti, tvaru a barvy, i když se mění podmínky osvětlení nebo naše vzdálenost od nich. Například bílý papír vnímáme jako bílý, i když je osvětlený nažloutlým světlem svíčky, které by fyzikálně změnilo barvu odraženého světla.
Celkově vzato, „vidění“ není pasivním procesem zaznamenávání obrazu, jako když fotoaparát exponuje film. Je to aktivní, konstruktivní proces, při kterém mozek neustále zpracovává, interpretuje, filtruje a doplňuje informace ze smyslů, aby vytvořil náš subjektivní zážitek reality.
Závěr: Fascinující souhra oka a mozku
Takže, abychom se vrátili k naší původní otázce: Ano, z čistě optického hlediska je obraz promítaný čočkou na sítnici našeho oka skutečně vzhůru nohama a stranově převrácený. To je prostý fyzikální fakt, který znali už Kepler a Descartes.
Ale ne, my svět vzhůru nohama nevnímáme. Náš mozek není pasivním příjemcem tohoto převráceného obrazu. Místo toho se od narození učí interpretovat specifické vzory nervových signálů ze sítnice a dávat jim smysl ve vztahu k našemu tělu, pohybu a ostatním smyslovým vjemům. Experimenty George Strattona s invertujícími brýlemi nádherně demonstrovaly neuvěřitelnou plasticitu a adaptační schopnosti našeho mozku.
Pojem „správně orientovaný“ svět je tedy výsledkem komplexního učícího se procesu, kde mozek kalibruje vizuální vstupy tak, aby odpovídaly našim interakcím s prostředím. Nezáleží na tom, jaká je „syrová“ podoba signálu na úrovni sítnice; záleží na tom, jak se mozek naučí tento signál konzistentně interpretovat.
Naše schopnost vidět svět tak, jak ho vidíme – stabilně, barevně, trojrozměrně a správně orientovaně – je jedním z největších zázraků přírody a svědectvím o neuvěřitelné komplexitě a výkonnosti lidského mozku. Není to jen o „překlopení“ obrazu; je to o vytváření celého našeho vizuálního světa.
Doufám, že vás tento malý výlet do světa optiky a neurovědy zaujal a možná i trochu ohromil. Svět kolem nás i způsob, jakým ho vnímáme, je plný fascinujících tajemství, která čekají na odhalení. Děkuji vám za přečtení a těším se na vás u dalšího článku!
Mějte se krásně a dívejte se na svět s otevřenýma očima i myslí!
