موضوع طويل، ولذلك سأقسمه الى عدة اجزاء، ارجو ان لاتملوا.


تقريبا جميع الطيور يمكنها ان ترى، هذا لايعني انهم يستطيعون ان يروا مانراه. طريقتهم المختلفة بالرؤية تعطينا الوسيلة لمعرفة الطريق المختلف الذي مروا فيه في خضم التطور للتلائم مع حاجاتهم الخاصة. بمساعدة الكمبيوتر نستطيع الان رؤية ماتراه الحيوانات، فماذا ترى كيف يؤثر ذلك على اسلوب معيشتها؟

عام 1999 قام عالمي الاعصاب Garrett Stanley and Yang Dan من جامعة كاليفورنيا بزرع إستشعارات كهربائية في دماغ القطة من اجل تسجيل النشاط الجاري في 177 خلية من خلايا اعصاب البصر الموجودة في مركز البصر في الدماغ ونقل هذا النشاط الى كمبيوتر. وظيفة الخلايا البصرية هو تحويل موجات الضوء التي تتلقفه شبكية العين الى موجات كهربائية وإرسالهم الى مركز البصر في الدماغ حيث يجري تركيب "صورة" منهم في دماغ القطة.
بعض هذه الخلايا وظيفتها، مثلا، إعطاء إشارة معبرة عن حافة في حين تقوم خلية اخرى بعكس رد فعل خاص بها يترجم على انها "ترى" زاوية. إنطلاقا من هذه الاشعارات او ردود الفعل التعبيرية او الكود يقوم الدماغ بتركيب مايفترض انها الصورة المنظورة.


خلال التجربة كانت القطة مخدرة، ولكن اجفانها مفتوحة وملصوقة بورق لاصق، في الوقت الذي قام العلماء بعرض صور متلاحقة امام عيونها. وبالرغم التخدير اصدرت خلايا البصر الاشعارات التي تتجانس مع ماتراه الى مركز البصر في الدماغ ومن خلال برنامج معقد تمكن الكمبيوتر من تلقي الاشارات وترجمتها الى الصورة التي تراها القطة، بالاسود والابيض.

وحيث ان الجهاز الكهربائي كان موصول بعدد محدود من الخلايا العصبية، تعطينا الصورة الناتجة منظرا عاما مشوشا ولكنه مفهوم، تماما كما يحدث في صور الكاميرات الديجيتال ذات البيكسيل المنخفض، ولكن ذلك لايغير من حقيقة اننا لاول مرة نحصل على فكرة عماتراه القطة .
الى فترة قصيرة كان الباحثين يتعرفون على مايراه الحيوان من خلال دراسة الدماغ والعين. مثلا، الالوان تخلق بفضل خلايا عصبية خاصة تسمى pecten, (Tapp), التي تحتوي على بيغمنتات وظيفتها إستقبال الموجات الضوئية من مختلف الاطوال. الدماغ يعطي " لون" معين لكل مجموعة من اطوال الموجات. من خلال معرفة نوع الخلايا العصبية الموجودة في العين يتمكن العلماء من تحديد الالوان التي يمكن خلقها في دماغ الحيوان المعني. ( للمزيد عن بنية العين وعلاقتها بالبيغمنتات انظر موضوع: تطور رؤية الالوان بين الانسان والطيور)



ومع ذلك "فرؤية" مايراه دماغ القطة يؤكد إستنتاجات العلماء السابقة ، إذ ان هناك فرق كبير بين الامكانيات التي تشير اليها بنية العين وبين الصورة التي "يخلقها" الدماغ من الاشعارات التي قدمتها العين. بمعنى آخر فأن دماغ صغير يمكن ان يكون محدود الإمكانيات بالرغم من ان العين ناضجة بمافيه الكفاية. نتائج تجربة Stanley and Dan أظهرت صحة استنتاجات العلماء السابقة.

الصور تجري دراستها ليس فقط من قبل علماء الدماغ، ولكن ايضا من قبل علماء السلوك، من اجل فهم افضل لممارسات الحيوان، التي هي الى حد بعيد إنعكاس لرؤيتها للعالم الخارجي. نحن نعلم ان عدد قليل من الحيوان " ترى" الالوان، وعدد اقل "يرى" جميع اطياف الالوان.
القطط مثلا، تطارد فريستها في الليل، ولذلك لاتحتاج الى الالوان وتكتفي بالابيض والاسود. الكثير من انواع الفئران ترى فقط اللون الاحمر والاصفر. عادة تكون هذه الفئران من آكلة الحبوب الصفراء والفواكه الناضجة.


الصورة التقريبية التي قدمها الكامبيوتر عن رؤية القطة للعالم.


وحيدة الخلية "ترى" ايضا
الرؤية مهمة للغاية للكثير من الكائنات الحية الى درجة انه اغلب الحيوانات لها قدرة على الرؤية بشكل من الاشكال. نرى انه حتى الكائنات ذوات الخلية الواحدة والتي تعيش على آكل الطحالب تملك بيغمنت حساس للضوء تستغله للتعرف على الاتجاهات بمساعدة الشمس. عند الكائنات الاعلى نجد ان هذه الخلايا البيغمنتية السحاسة للضوء قد تجمعت في خلية خاصة لها ارتباط بالمنظومة العصبية ومن ثم بالدماغ.
في نفس الوقت نجد ان العين قد حصلت على إمكانيات اخرى للتأثير على الضوء وإعطاءه معاني جديدة. عند القواقع ونجم البحر، مثلا، نجد ان الخلايا الحساسة للضوء موجودة في منخفضات خاصة في الجلد، حيث جدران هذا " المنخفض" الجلدي وبفضل التبادل بين الظل والنور، يعرف الكائن من اي جهة يأتي الضوء.

على مرور الزمن وبفضل التطور، نشأت في هذه " المنخفضات" الحساسة للضوء كريات مغطاة بجلد شفاف، وببطء تحول الجلد الشفاف الى "عدسة" تقوم بكسر الضوء الى اطيافه الاولى. مع الزمن اصبح بالامكان تحريك "العدسة" بواسطة العضلات مما مكن الكائن من التركيز على مناطق معينة.


العين التصويرية
يطلق تعبير العين التصويرية، على العين التي تعمل على مبدأ الكاميرا. العين التصويرية نجدها عند الكثير من الكائنات منها الفقريات، ومن ضمنها الانسان. يهتم العلماء بهذا النوع من العين بالذات، إذ انه وعلى الرغم من ان هذا النوع من العيون متشابهة عند مختلف الثدييات متشابهة نجد ان هذه الكائنات لاترى العالم بنفس الطريقة ولذلك يختلف سلوكها.

الفقريات تنقسم الى صياد وطريدة، والجسم ومن ضمنه العين عليه ان يتلائم مع الستراتيجية التي ينتمي اليها ضمن هذا التصنيف، وبالذات ان يتمكن من الاصطياد وان يتمكن من تفادي ان يصبح ضحية. هذا المبدأ البسيط هو الذي يوضح خط التطور وشكله واسبابه، والخيارات المطروحة. الضفادع تملك الشكل الاكثر بساطة للعين التصويرية. هذا الامر يبرره ان الضفدعة لم تضطر، في سياق الحاجة، الى رؤية محيطها بشكل اوضح. الضفدعة لاتحتاج الى اكثر من ان تتفادى الخطر المحيط بها وان تتمكن من صيد الحشرة امامها. لذلك نرى ان عين الضفدعة ترى صورة ظلال غير واضحة ولكنها تلتقط الحركة وتتفاعل معها بسرعة، اما بالهرب او إلتقاط الفريسة.

هنا نرى ان عين الضفدعة تبقى في وضع "السبات" طالما ان ظلال العالم المحيط لاتتحرك. ولو بقيت الحشرات بدون حركة لماتت الضفدعة من الجوع. أفضلية مثل هذه العين، أن الضفدعة لاتحتاج الى إستهلاك قدرات دماغية كبيرة على المعطيات الاتية من العين بدون ضرورة حيوية.


مهاجمة الاحجار
اغلب الحيوانات ترى بصورة سيئة، تماما كالضفدعة. انهم يستغلون الرؤية فقط من اجل إلتقاط صورة العدو للهرب منه بسرعة. لذلك نرى ان الكثير من الحيوانات لاترى " صورة" وانما تكتفي بالظلال والحركة. ولكن الحيوانات تستخدم حاسة الشم والسمع. البعض الاخر من الحيوانات يرى بشكل سئ لعدم وجود أعداء طبيعيين له. مثلا، وحيد القرن لايرى الفرق بين إنسان وشجرة من على مسافة 15 متر. يحدث ان وحيد القرن يهاجم الاحجار الكبيرة معتقدا انها منافسة له.

على العكس نجد انه من المهم، عند الكثير من الحيوانات، ان تكون لهم قدرة على التمييز بين الاجسام القريبة والبعيدة. هذا بالاخص مهم للحيوانات المفترسة التي عليها ان تجد فريسة تكون اصغر منها وغالباً تموه نفسها بين افراد القطيع. الطيو ايضا عليها ان تملك عيون قادرة على التمييز بين المسافات شكل جيد حتى لاتصطدم بالاشجار. لذلك نرى ان الكثير من الحيوانات لها قدرة على تركيز عدسات العين تماما كالانسان. عدسة العين تتأثر بالعضلات التي تقوم بالضغط عليها وتغيير تحدبها وبالتالي رؤية مختلف المسافات.


الكلب يرى لمسافات بعيدة
قدرة العين على رؤية الاشياء كل واحدة على حدة تقاس بما يسمى dioptri, وهذه القدرة تسمى ackommodation, او حدة النظر. حدة النظر عند الانسان تصل الى 14 ديوبتري، وهذه الحدة تنخفض مع الكبر لتصل الى 1 ديوبتري، لنصاب بما يسمى بعد النظر. عند الكلاب لاتزيد حدة البصر عن 1 ديوبتري طوال العمر، مما يعني انه اغلب الاوقات لايرى بوضوح.

صورة توضح الفرق في زاوية الرؤية بين الحيوانات

قليل من الحيوانات تستطيع تركيز بصرها كما يفعل الانسان. في حين نجد اننا لانستطيع الرؤية المركزة تحت الماء بسبب ان اطياف الضوء تنكسر في المياه وعدسة عيننا لاتستطيع تصليح الانكسار لانها لم تطور في ظروف الحياة تحت الماء.
على العكس نجد ان عيون السمك المفترس والاخطبوط تتلائم مع الرؤية في ظروف الماء. السمك يقوم بتركيز الرؤية من خلال تحريك العدسة بالعلاقة مع الشبكية عوضا عن ان يغير شكل العدسة كما نفعل نحن، إضافة الى ذلك فأن عين السمكة ظاهرة الى الامام بتدوير كامل من اجل إكتساب الانحناء اللازم لتعويض انحناء الضوء بسبب الانكسار.

لنفس السبب الذي يعوقنا عن الرؤية في الماء لاتستطيع الحيوانات المائية الرؤية بفعالية على اليابسة. عيون كلب البحر واسد البحر المدورة لاتستطيع ان تصبح مسطحة بما يكفي على اليابسة وبالتالي فهم يرون في الماء افضل من اليابسة.

غير ان الكثير من الطيور يمكنها ان ترى بشكل جيد في الجو وتحت الماء على السواء. الطائر المنتمي الى مجموعة Phalacrocorax carbo carbo مثلا، يملك عضلة إضافية حول عدسة العين تساعدة على ملائمة شكل العدسة بسرعة حسب الضرورة. هذا الامر يعطيه القدرة على زيادة حدة تركيز تصل الى 50 ديوبتري، وهي اعلى حدة تركيز في عالم الحيوان.


عالم البحار من لونين الاخضر والازرق
الحياة في الماء تضع شروطها الخاصة للرؤية الملونة. ماء البحار والمحيطات العميقة لايعكس طيف الضوء الاحمر والبرتقالي، ولذلك ومن اعماق بسيطة يتحول عالم الاعماق الى عامل للون الاخضر والازرق فقط. ولذلك نجد ان عيون سمك البحار لاتستقبل إلا اللون الاخضر واللون الازرق، وبالتالي فـأن العالم بالنسبة لهم ليس له الوان اخرى. على العكس نجد انه في بحيرات وانهار المياه الحلوة العديد من الطحالب والنباتات الخضراء والبنية. ومن حيث ان اسماك المياه الحلوة تعيش في مياه غير عميقة حيث لازال يوجد الطيف الاحمر، تحتوي خلايا بصرهم على الكثير من بيغمنت رؤية الاحمر، ولذلك فأن عالم اسماك المياه الحلوة ملون بالاحمر.

الخلاف بين الوان البحار والبحيرات الحلوة يسبب الكثير من المشاكل لبعض الكائنات المائية مثل سمك Anguilla anguillaوسمك السلمون، الذين يعيشون في البيئتين. عندما تنتقل هذه الاسماك من البحيرات الحلوة الى البحار المالحة تتغير عيونهم ببطء في مسيار الرحلة، إذ يختفي البيغمنت الاحمر ليتحول الى بيغمنت ازرق.


الحيوانات المفترسة ترى التفاصيل
وعلى الرغم من الكثير من الحيوانات، من كلا الفريسة والمفترس، يستطيعون التركيز، لايعني ذلك انهم يستطيعون رؤية التفاصيل. ان الحيوانات المفترسة بالذات هي التي تتوقف حياتها على القدرة على الرؤية والتفريق بين الاطياف.

القدرة على رؤية التفاصيل تحتاج الى عيون كبيرة حتى يمكنها ان تستقبل اكبر قدر من الضوء، ايضا يفترض ذلك إمتلاك كبيرة كبيرة من خلايا البيغمنتات في الشبكية حيث تسقط باقة الضوء المركزة القادمة من العدسة.

ان الخلايا البصرية هي التي ترى ، حيث يقومون بإستقبال الموجات الضوئية وتحويلها الى نبضات كهربائية، ترسل من خلال الاعصاب البصرية الى مركز البصر في الدماغ. كلما كانت الاعصاب البصرية اكثر كثافة كلما امكن ارسال صورة اكثر حدة ودقة.
الانسان يملك 200000 receptor (عصب بصري) في الميليمتر المربع في المنطقة الوافعة فيها الخلايا البصرية. هذا الامر يعطينا القدرة على رؤية صورة مفضلة، ولكنها ليست بمستوى ماهو عليه الامر عند الطيور. يملك العصفور الدوري حوالي 400000 عصب بصري في الميليمتر المربع، في حين يملك النسر حوالي نصف مليون، مما يدل على الاهمية الحيوية للنظر عند الطيور.

الدماغ يحتاج الى صرف طاقة كبيرة ليتمكن من تحليل كافة المعلومات القادمة من جميع الخلايا البصرية. من اجل عدم اهدار طاقات الدماغ يملك الانسان واغلب الحيوانات منطقة في العين تكون فيها الخلايا البصرية مجتمعة بشكل اكثر كثافة. هذه المنطقة تسمى منطقة النقطة الصفراء، حيث النظر يكون اشد حدة.

النقطة الصفراء تعطي العين العديد من الافضليات. الغزلان والفهود التي تعيش في السهوب الممتدة تتوقف حياتهم على قدرتهم على رؤية افق السهوب بنظرة واحدة سريعة وحادة. إذا كانت مساحة النظر بكاملها حادة سيتطلب ذلك قدرات هائلة من الدماغ على معالجة كل هذه التفاصيل. لذلك فأن النقطة الصفراء كافية لرؤية المنطقة المطلوبة في حين تطغى على بقية المساحات رؤية محدودة كظلال وحركة، تكفي لإبقاء الطريدة في حقل الرؤية. إضافة لذلك فأنهم يستطيعون عند الحاجة إدارة رأسهم قليلا لوضع النقطة التي يحتاجون رؤية المزيد من التفاصيل عنها في حقل النقطة الصفراء.

الحيوان يملك من حيث المبدأ نقطة صفراء واحدة، في حين يملك الطير ثلاثة. احداهم تقع في حفرة في خلفية العين، اعمق من البقية، هذا يعني ان هناك نقطة في وسط حقل الرؤية يكون واضح اكثر من بقية الصورة، مما يعني ان الطير يرى الحقل برمته واضح إضافة الى دائرة إضافية في وسطه ذات وضوح إضافي اكبر، مما يجعل الطير قادر على رؤية الفأر في وسط الحقل.


من مسافة كيلومتر
القدرة على الرؤية الحادة وتمييز التفاصيل من مسافات بعيدة تجعل الطيور تمتلك افضل نظر بين الفقريات. الصقر مثلا، يستطيع إكتشاف الفأر من على بعد كيلومتر واحد. والطيور هي اكثر الفقريات اعتمادا على حاسة البصر. ذلك نراه منعكسا بكون مركز البصر يشكل نصف الدماغ عندهم .

النسر يرى الصورة مكبرة في وسطها ويتحكم بموقع التكبير

الطيور هم الحيوان الوحيد الذي يتفوق على الانسان برؤية الالوان، إذ ان الطير يملك خمسة بيغمنتات في عينه إضافة الى قدرته على رؤية الطيف المافوق بنفسجي الغير مرئي على الاطلاق بالنسبة لنا، ولكن نختلف عنهم بقدرة دماغنا على تحليل افضل للصورة وعلى إضافة تجاربنا السابقة اليها. (للمزيد، اٌقرأ تطور رؤية الالوان بين الحيوان والطيور)


نحن نرى فقط الصور الثابتة
الدماغ يخدعنا، عندما نرى ما" يصوره" لنا الدماغ على انه حركة. تماما كما هو الامر عند بقية الحيوانات نرى صورا ثابتة تترك مكانها للصور التالية بسرعة، ليظهر الامر وكأنها تتحرك تماما كما هو الامر في الشريط السينمائي. التغيير بين الصورتين القادمتين الى الشبكية يحدثان بسرعة بحيث لانتمكن من رؤية ان الصورتين منفصلتين، ونتعامل "دماغيا" على انهم مترابطين.

هنا ايضا يظهر تفوق عين الطيور عن عين الانسان، إذ ان عين الطير تستطيع إلتقاط 100 صورة في الثانية الواحدة. نحن نستطيع إلتقاط 60 صورة فقط في الضوء القوي، وليس اكثر من 10 في الضوء الضعيف. لذلك يعايش الانسان تبدل 24 صورة في الثانية وكأنهم فيلم حي.

الحشرات هي الكائنات التي لديها افضل قدرة على تمييز اكبر عدد من الصور في الثانية الواحدة. الذبابة المنزلية مثلا، تستطيع تميز حوالي 300 صورة في الثانية. لو كان الانسان له نفس قدرة الذبابة لكنا نرى الضوء الصادر عن اللمبات ذات 50 hertz وكأنه متقطع تماما كما يحدث في صالات الرقص والكازينوهات الليلية.


الرؤية عند الحشرات
عيون الحشرات لها بنية مختلفة عن عيون الفقريات وتسمى بالعيون المركبة، حيث كل عين تتألف من عدة عيون كل منها ترى العالم بصورة منفصلة. جميع العيون متصلة مباشرة بالدماغ ولها بنية بسيطة. كل عين تتألف من اسطوانة تملك بضعة خلايا حساسة للضوء. النحلة مثلا لديها 5000 عين، في حين Odonata وهي حشرة جميلة تتطير بإستمرار حول المصادر المائية، لديها 30000 عين، الامر الذي يعطيها القدرة على الرؤية بمستوى الفقريات.

العين المركبة سيئة القدرة على الرؤية الواضحة (بيكسيل قليل) بالمقارنة مع عين الانسان مثلا. لو كنا ننظر من خلال عين حشرة الودوناتا مثلا، لرأينا العالم صورة من نقاط كبيرة. حتى تستطيع العين المركبة من الحصول على صورة دقيقة كالصورة التي نراها تحتاج ان يصل قطرها الى متر كامل. الوضوح السئ لايؤثر على الحشرة، إذ ان عالمها يحيط بها ولايبعد عنها كثيرا.



على العكس نجد ان العين المركبة لها افضليات. انها بسيطة التركيب وكل عين ترسل صورة خاصة بحيث ان الدماغ لايحتاج الى " جمع" الكثير من المعلومات قبل ان يكون صورة كاملة للمحيط. هذا الامر يوضح سرعة ردة الفعل عند الحشرة، إذ يكفي ان تقوم عين واحدة بإلتقاط حركة حتى تطير الذبابة، مثلا.
إضافة الى ذلك فأن العين المركبة حساسة للضوء جدا. الانسان مثلا، يحتاج الى 300000 فوتون على السنتمتر مربع واحد من اجل ان يرى، في حين تكتفي الكثير من الحشرات بحوالي 160 فوتون.


لماذا تضئ عين القطة في الليل؟
الكثير من الحيوانات لها القدرة على الرؤية بالليل تثير الاعجاب. السر في ذلك انهم يملكون مرآة صغيرة في قعر العين. عند عبور الضوء لعدسة العين يصطدم في البدء بخلايا البصر العصبية. بعد ذلك ذلك يصطدم بالمرآة الموجودة في المؤخرة، لينعكس الى الخلايا البصرية من جديد. بمعنى اخر فأن الضوء يعود من الطريق الذي جاء منه الى الخارج. لهذا السبب نرى ان عيون القطة او الارنب البري مثلا، تضي في الليل عندما تواجه كاشف ضوئي. ومع ذلك لم يستطع العلماء حتى الان من قياس مستوى قدرة الحيوان على الرؤية الليلية.


اضغط هنا للوصول الى المصادر:
An Investigation in Sensory Coding
Extracting Video from Cat Brains
Temporal precision in the neural code
Computational subunits of visual cortical neurons revealed(PDF)
Brain machine interface
How Well Do Cats See
cat vision color
Color and Vision
Photosynthetic Pigments
The Eye

يتبع: التطور الذي اخترع " وهم " الالوان

سلمت يداك اخي طريف . :97:

موضوع جميل و يستحق القراءة كبقية ما قدمت من مواضيع علمية .


:Asmurf:

مرحباً أخي طريف
شكراً لك على الجهد الذي تبذله لإظهار معنى المعارف العلمية الدقيقة .