silmä

Yllättävä tulos: paino vaikuttaa astronauttien näkökykyyn

Ma, 06/04/2018 - 19:48 Markus Hotakainen

Painottomuuden tai tarkemmin sanottuna mikrogravitaation on todettu heikentävän avaruuslentäjien näkökykyä. Kaikilla niin ei tapahdu ja nyt on löytynyt yksi asiaan vaikuttava tekijä.

SANS-oireyhtymä (spaceflight-associated neuro-ocular syndrome) saa aikaan silmässä näkökykyyn vaikuttavia rakenteellisia muutoksia, kuten turvotusta ja verisuoniston poimuttumista silmän takaosassa.

Maan vetovoimassa ihmisen oma paino aiheuttaa painetta kehon eri puolilla, mikä puolestaan vaikuttaa esimerkiksi verenpaineeseen. Jos elopaino on isompi, on syntyvä painekin luonnollisesti suurempi.

Painottomuudessa samanlaista painetta ei esiinny, jolloin kehon eri osissa ja elimissä voi tapahtua merkittäviäkin muutoksia. Tutkijoiden mukaan nämä muutokset näyttävät olevan sitä isompia mitä suurempi muutos paineessa tapahtuu.

Toisin sanoen painavammilla astro- ja kosmonauteilla fysiologiset muutokset ovat suurempia.

Tutkimusta varten kerättiin tietoja astronauteista, jotka olivat avaruusasemalla pitkiä aikoja, keskimäärin 165 vuorokautta. Pituuden, painon ja muiden kehon mittojen lisäksi tarkasteltiin silmissä tapahtuneita muutoksia.

Tulosten perusteella yksikään naisastronautti ei kärsinyt SANS-oireyhtymästä. Sukupuoli ei kuitenkaan selitä ilmiötä kokonaan, sillä miehillä havaittiin selvä riippuvuus kehon koon ja painon sekä SANS-oireiden välillä: mitä kookkaampi ja painavampi astronautti, sitä todennäköisemmin pitkäaikainen oleskelu painottomassa tilassa aiheutti silmissä muutoksia, jotka vaikuttivat näkökykyyn.

Tutkimuksella on merkitystä paitsi avaruusasemalle tehtävien lentojen myös tulevien Mars- ja mahdollisten asteroidilentojen kannalta, sillä niiden aikana matkalaiset ovat väistämättä pitkiä aikoja painottomuudessa – ellei aluksiin kehitetä keinotekoista gravitaatiota pyörimisliikkeen avulla.

Tutkimuksesta kerrottiin American Physiological Societyn uutissivuilla ja se on julkaistu American Journal of Physiology -tiedelehdessä.

Kuva: NASA

Keinonäkö etenee – saako silmiä kohta kaupasta?

La, 02/24/2018 - 16:04 Markus Hotakainen

Ihmissilmä on huippuluokan instrumentti, jos kohta varsinainen näköaistimus syntyykin aivoissa. Keinotekoisen silmän kehittäminen on siksi aikamoinen haaste.

Harvardin yliopiston tutkijat ovat ottaneet aimo harppauksen kohti toimivaa keinotekoista silmää – tai oikeastaan panneet vielä paremmaksi.

Tasomaiseen metalinssiin ja tekolihakseen perustuva optiikka tarkentuu kohteeseen samaan tapaan kuin ihmissilmä, mutta samalla se korjaa mahdollisen hajataiton.

Tähän saakka on onnistuttu valmistamaan vain koristehileen hiutaleiden kokoisia metalinssejä. Niiden toiminta perustuu näkyvän valon aallonpituutta pienempiin nanorakenteisiin, joten linssin rakennetta koskevan informaation määrä on suuri.

"Jos siirrytään 100 mikronin kokoisesta linssistä senttimetrin läpimittaiseen, linssiä kuvaavan informaation määrä kasvaa kymmentuhatkertaiseksi. Aina kun yritimme kasvattaa linssin kokoa, sitä koskevan tiedoston koko paisui giga- tai jopa teratavujen suuruiseksi", toteaa tutkimusta johtanut Alan She.

Ongelma ratkesi, kun tutkijat kehittivät uudenlaisen algoritmin, jolla tiedostokokoa saatiin pienennettyä. Linssien valmistuksessa sovellettiin sitten samaa tekniikkaa kuin mikropiirien tuotannossa. Näin metalinssien läpimittaa pystyttiin kasvattamaan senttimetriin ja sen ylikin.

 

Pelkkä linssi ei kuitenkaan vielä riitä silmän rakentamiseen, siihen tarvitaan myös säätömekanismia. Ihmissilmässä tehtävää hoitaa rengasmainen sädelihas, joka korvattiin keinosilmässä dielektrisellä elastomeerilla. Sen kutistumista ja venymistä voidaan ohjata sähköisesti.

Elastomeerin avulla saadaan muutettua metalinssissä olevien nanorakenteiden sijaintia toistensa suhteen, jolloin linssin tarkennus muuttuu. Samalla on mahdollista korjata optisia virheitä, kuten hajataittoa.

Metalinssin ja keinotekoisen lihaksen paksuus on vain 30 mikronia eli 30 metrin miljoonasosaa. Koska rakenne on näin ohut, se helpottaa optisten laitteiden rakentamista ja vähentää niissä esiintyviä vääristymiä.

Aivan pian ei ole odotettavissa ihmiselle soveltuvaa keinotekoista silmää, mutta tekniikan arvellaan olevan hyödyksi entistä tarkempien ja parempaan kuvanlaatuun pystyvien kameroiden ja mikroskooppien kehittelyssä.

Uudenlaisesta keinosilmästä kerrottiin Harvardin yliopiston uutissivuilla ja sitä koskeva tutkimus on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä.

Kuvat: Capasso Lab/Harvard SEAS

Perinteinen kuva murtui: silmän tappi- ja sauvasolut toimivat yhdessä

Ti, 11/28/2017 - 21:17 Toimitus

Kirkkaassa valossa näkemisen on yleisesti uskottu olevan tappisolujen ja hämärässä näkemisen sauvasolujen vastuulla. Miten sitten on mahdollista, että ihmiset, joilla ei ole toimivia tappisoluja, pystyvät kohtuullisen hyvin toimimaan näköaistin varassa päivänvalossakin?

Aalto-yliopiston, Tübingenin yliopiston ja Manchesterin yliopiston tutkijat osoittavat tuoreessa Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa, että sauvasolujen synnyttämiä signaaleita voidaankin mitata sekä verkkokalvolta että aivoista paitsi hämärässä myös hyvin kirkkaassa valossa.

Tietyillä valojen kirkkausasteilla signaalit jopa voimistuvat valon kirkastuessa, kun niiden on tähän asti ajateltu saturoituvan kirkkaassa valossa kokonaan.

”Tutkimustulos kyseenalaistaa perinteisen jaon, jonka mukaan sauvasoluilla olisi merkitystä vain hämärässä", sanoo Aalto-yliopiston professori Petri Ala-Laurila.

"Itse asiassa sauvasoluilla on merkitystä aivan kaikissa tutkimissamme olosuhteissa ja niiden toimintakyky paranee pitkään jatkuvissa kirkkaammissa valaistusolosuhteissa. Toki on syytä edelleen muistaa, että tappisolut vastaavat pääosin näkemisestä kirkkaassa valossa ja sauvojen kontribuutio on erittäin pieni, mutta silti mitattavissa."

Ala-Laurila uskoo, että tulokset voivat parhaimmillaan myös auttaa löytämään uusia hoitomuotoja monokromaateille, eli potilaille, joilla ei ole toimivia tappisoluja.

”Kun sauva- ja tappisolujen toimintaa aletaan ymmärtää paremmin, voidaan myös pureutua silmäsairauksien syntymekanismeihin. Elinympäristöissämme on paljon kirkkaita valoja, joissa näkemisen on perinteisesti kuviteltu nojautuvan puhtaasti tappisoluihin. Sauvanäköä tehostamalla voisi löytää mielenkiintoisia uusia hoitomuotoja."

Tutkimusta varten rakennettu matemaattinen malli huomioi uusimman tiedon siitä, miten sauvasolut sopeutuvat eri kirkkausasteisiin.

Tutkimus suoritettiin Thomas Münchin (Tübingenin yliopisto) ja Rob Lucaksen(Manchesterin yliopisto), tutkimusryhmissä hiirillä, joilta on geneettisellä muuntelulla poistettu tappisolut. Aalto-yliopiston professori Petri Ala-Laurila osallistui tulosten matemaattiseen mallintamiseen.

Tulokset julkaistiin Nature Communications –tiedejulkaisussa. Linkki julkaisuun (nature.com)

*

Juttu on lähes suoraan Aalto-yliopiston tiedote.

Video: Näin keinoiiris reagoi valoon kuin ihmissilmä

Älykkäästä, valolla liikuteltavasta polymeerimateriaalista valmistettu keinoiiris reagoi tulevaan valoon sanoin kuin oikea silmä. Yllä oleva video näyttää miten keinoiiris toimii.

Ihmissilmän iiris on kudos, jonka tehtävänä on säädellä silmään pääsevän valon määrää muuttamalla pupillin kokoa valon määrän mukaan.

Näin verkkokalvoille pääsee aina sopiva määrä valoa. Valon määrän hallinta on tärkeää myös kuvantamissovelluksissa, kuten esimerkiksi kameroissa. Niissä automaattiseen valon määrän säätelyyn ja siten korkealaatuisen kuvan syntyyn tarvitaan kuitenkin monimutkainen tunnistinjärjestelmä.

Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) Smart Photonic Materials -tutkimusryhmä on kehittänyt keinoiiriksen, joka toimii ihmissilmän tavoin. Se esiteltiin 7.6. ilmestyneessä materiaalitieteen alan arvostetussa Advanced Materials -julkaisussa.

"Autonominen iiris, joka pystyy säätämään itsenäisesti aukkonsa kokoa valon määrän mukaan, on uutta valo-ohjattavien materiaalien saralla", kertoo tutkimusryhmää johtava Akatemiatutkija, Associate Professor (tenure track) Arri Priimägi TTY:n kemian ja biotekniikan laboratoriosta.

TTY:n tutkijat kehittivät iiriksen yhdessä Varsovan yliopiston tutkijoiden kanssa. Keinoiiris valmistettiin valoon reagoivasta nestekide-elastomeerista. Sen valmistuksessa hyödynnettiin niin sanottua photoalignment-teknologiaa, jota käytetään myös esimerkiksi kännyköiden näytöissä.

"Keinoiiris muistuttaa hieman piilolinssiä, ja sen keskiosa avautuu ja sulkeutuu sen mukaan, miten paljon siihen osuu valoa", Priimägi sanoo.

Sovelluksia silmälääketieteessä?

Priimägin mukaan keksinnön tekee merkittäväksi se, että laite toimii itseohjautuvasti ilman ulkoisia virtalähteitä tai valoilmaisimia.

"Tämän tutkimuksen innoittajana toimi lääkäri, jonka mukaan itseohjautuvalle iirikselle voi löytyä sovelluksia silmälääketieteessä", Priimägi kertoo.

"Matka käytännön sovelluksiin on pitkä, mutta seuraava tavoitteemme on saada keinoiiris toimimaan myös nestemäisessä ympäristössä. Toinen tärkeä tavoite tulee olemaan laitteen herkkyyden kasvattaminen, jotta se reagoisi nykyistä pienempiin valon määrän muutoksiin. Nämä edistysaskelet veisivät meidät askeleen lähemmäksi mahdollisia biosovelluksia."

Tutkimusryhmän johtaja kiittelee ryhmänsä tutkijoiden tutkijatohtori Hao Zengin ja tohtoriopiskelija Owies Wanin tärkeää panosta keinoiiristutkimuksen onnistumisessa.

Smart Photonic Materials -ryhmä julkaisi aiemmin keväällä Nature Communications -lehdessä myös tutkimuksen kärpäsloukkukasvin idealla toimivasta optisesta polymeerikourasta, joka osaa tunnistaa itsenäisesti objekteja ja valita niistä oikeat. Tutkimus avaa uusia mahdollisuuksia pehmeiden mikrorobottien kehityksessä.

Keinoiiristutkimus on tehty ERC-rahoituksella.

Artikkeli perustuu TTY:n tiedotteeseen ja video on peräisin Smart Photonic Materials -tutkimusryhmältä.

Valoisan ja pimeän vaihtelu luo mielikuvan liikkeestä

Su, 02/14/2016 - 10:43 Markus Hotakainen

Darth Vader oli oikeassa: pimeä puoli on vetovoimaisempi. Ruhrin yliopiston tutkijat ovat selvittäneet, että muutokset valoisan ja pimeän alueen rajoilla saavat aivoissa aikaan aktiivisuusaaltoja, jotka todennäköisesti liittyvät liikkeen havaitsemiseen.

Jos katsoo mustista ja valkoisista alueista rakentuvaa kuvaa, silmien alituinen liike saa aikaan niiden rajoilla nopeita muutoksia. Ne puolestaan synnyttävät näkökeskuksessa aaltoja, joiden jatkokäsittely muilla aivojen alueilla antaa mielikuvan liikkeestä.

Luonnossa on lukemattomia esimerkkejä siitä, miten saaliseläimet välttävät petoja sulautumalla ympäristöön. Usein on oleellista kyetä jäljittelemään tummia ja vaaleita alueita, pimeää ja valoisaa. 

"Näköhavainnon ensimmäinen askel on erottaa toisistaan tummat ja vaaleat alueet. Minkä tahansa näkemiseen liittyvän järjestelmän ongelmana on mielekkään järjestyksen luominen mutkikkaista valon luomista kontrasteista, jotta kohteen voisi tunnistaa. Yksi tehokas mekanismi saattaa olla hahmottaa yhtenäisiä valoisuuden muutoksia, joita väistämättä tapahtuu, kun jokin liikkuu taustaa vasten", toteaa tutkimusta johtanut Dirk Jancke.

Tutkijat osoittivat, että lähekkäisten alueiden valoisuudessa samanaikaisesti tapahtuvat päinvastaiset muutokset – pimeästä valoisaan ja valoisasta pimeään – saavat aikaan näkökeskuksen aktivoitumisen. Seurauksena on havainto liikkeestä.

Tutkimuksessa käytetyssä kokeessa näyttöruudulla oli pieniä harmaita neliöitä, joiden kirkkaus vaihteli tummasta vaaleaan ja takaisin. Samanaikaisesti mitattiin koehenkilöiden aivojen aktiivisuutta. Yllättävänä tuloksena oli, että aivot rekisteröivät neliöiden muuttumisen tummaksi aikaisemmin kuin niiden vaalenemisen. 

"Se osoittaa, että samanaikaisissa valoisuuden muutoksissa tapahtui aivoissa aikasiirtymä", päättelee Sascha Rekauzke

Jo aiemmin tiedettiin, että valoisan ja pimeän käsittelyssä on pieni, joidenkin millisekuntien suuruinen ero. Silmän valoherkkien solujen signaalit valon ja pimeän esiintymisestä etenevät aivoihin hieman eri tahtiin. 

Nyt selvisi, että aivot vahvistavat pienen aikaeron noin kymmeneen millisekuntiin. Siitä on seurauksena valoisuuden – tummien ja vaaleiden alueiden – havaitsemisessa esiintyvä aikasiirtymä, joka saa aikaan epäsymmetrisesti etenevän aktiivisuusaallon. Aivot tulkitsevat sen havainnoksi liikkeestä.

Samankaltaiseen epäsymmetriaan perustuu myös äänen tulosuunnan havaitseminen. Eri suunnista tulevat ääniaallot osuvat korviin hieman eri aikaan ja sillä perusteella aivot "laskevat", mistä suunnasta ääni kuuluu.

Tutkimuksesta kerrottiin Ruhrin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Journal of Neuroscience -tiedelehdessä.

Kuva: Dirk Jancke/RUB

 

Silmä huimassa lähikuvassa

Pe, 02/12/2016 - 00:55 Jari Mäkinen
Silmä


Päivän kuvassa on tänään valokuvausharrastaja Grégoire Lannoyn äidin silmä lähikuvassa. Siinä silmä on kuin musta aukko, jonka ympärillä on haituvista koostuva rengas – ja niinhän asian vähän onkin.


Päivän kuvaTämä tarina täytyy aloittaa ponnettomasti: ihmisessä on todellakin monta ihmeellistä elintä ja asiaa, mutta varmasti eräs kummallisimmista ja nerokkaimmista elimistä on ihmisen silmä.

Kuva on tästä vain yksi osoitus.

Siinä näkyy keskellä hyvin selvästi pupilli, eli mustuainen, jonka ympärillä on värillinen reunus, värikalvo eli iiris.

Iiriksessä olevat säteittäiset lihakset ja sen reunaa kiertävä rengaslihas voivat laajentaa tai supistaa värikalvoa riippuen valaistuksesta. Kirkkaassa valossa ihmissilmän pupillin halkaisija on noin 1,5 millimetriä, mutta hämärässä se voi olla jopa kahdeksan millimetriä.

Suonikalvossa on heti värikalvon takana rengasmainen paksunnos, sädekehä, jossa on samanlaisia ja samalla tavalla toimivia lihaksia kuin värikalvossakin. Sädekehään kiinnittyy ohuilla ripustinsäikeillä lasinkirkas kaksoiskupera mykiö eli linssi, joka taittaa ulkoapäin tulevat valonsäteet ja luo ylösalaisen pienoiskuvan verkkokalvolle.

Verkkokalvo eli retina ei näy kuvassa, mutta se sijaitsee silmämunan takaosassa. Se on itse asiassa silmän sisäpinnalle levinnyt näköhermon pää; siinä sijaitsevat silmän valoherkät solut, sauva- ja tappisolut.

Tavallisesti ihmisellä on kolmenlaisia tappisoluja, jotka aktivoituvat herkimmin punaisesta, vihreästä ja sinisestä valosta. Sauvasoluja on vain yhdenlaisia: ne eivät kykene yksinään erottelemaan värejä, mutta toimivat tappisoluja paremmin hämärässä. Karkeasti ottaen voidaan sanoa, että tappisolut reagoivat väreihin, kun taas sauvasolut mahdollistavat hämärässä näkemisen.

Silmämunan kalvoista uloin on kovakalvo, jonka alla on suonikalvo. Siinä silmävaltimot ja -laskimot muodostavat tiheän verisuoniverkon.

Silmän etuosassa sijaitsee puolestaan hieman kupera, kellonlasin muotoinen läpinäkyvä sarveiskalvo.

Silmämunaa suojelee ulkoapäin ihopoimujen muodostamat ylempi ja alempi silmäluomi, joiden vapaa reuna on silmäripsien reunustama. Kolmas silmäluomi on vilkkuluomi, joka on ihmisellä surkastunut. Se näkyy silmän sisäkulmassa vain pienenä punertavana jäänteenä. Silmäluomien sisäpintaa sekä silmän näkyvää osaa, “valkuaista” peittää sarveiskalvoa lukuun ottamatta sidekalvo.

Kuva: Grégoire Lannoy / Flickr
Suuri osa tekstistä on poimittu Wikipedian (ihmis)silmää käsittelevistä artikkeleista.

Omituinen luonnonoikku: vuohella on nelikanttinen pupilli

Ma, 11/30/2015 - 09:24 Jari Mäkinen
Vuohen silmä

Päivän kuva

Oletko koskaan katsonut vuohen silmiin? Jos olet, niin et ole voinut olla huomaamatta, että sen mustat pupillit ovat kovin omalaatuiset: neliskanttiset.

Silmä toimii vähän kuin kamera, missä on linssi, filmin tai kennon virkaa ajava verkkokalvo, sekä biologinen himmennin, eli pupilli. Samoin kuin himmennin kamerassa, silmän pupillin kokoa muuttamalla voidaan säätää verkkokalvolle pääsevän valon määrää, ja sen suhteellinen koko vaikuttaa kuvan syvyysterävyyteen niin, että pienemmällä aukolla saavutetaan suurempi syvyysterävyysalue.

Tarkalleen ottaen silmän "himmentimeen" kuuluu pupillin, eli mustuaisen lisäksi värikalvo ja siinä olevat lihakset, jotka muuttavat pupillin kokoa. Pupilli on värikalvon keskellä oleva aukko, joka näyttää mustalta, koska siihen saapuva valo absorboituu suurimmaksi osaksi silmän sisäosan kudoksiin. 

Pupilli suurenee hämärässä valaistuksessa, jotta verkkokalvolle saataisiin kerättyä suurempi määrä valoa. Kirkkaassa valaistuksessa pupilli taas pienenee. 

Eläinten pupillien toimintaperiaatteet ovat yleensä samanlaisia, mutta pupillin muoto on kehittynyt ajan kuluessa hieman erilaiseksi eri olosuhteissa oleville eläimille. Pupilli on yksi luonnon erinomaisista todisteista siitä, miten evoluutio toimii ja muokkaa ominaisuuksia.

Ihmisen silmän pyöreä pupilli on omiaan vaihtelevissa olosuhteissa, sillä se toimii mainiosti päivällä ja vaihtelevissa valaistusolosuhteissa. 

Tosin pimeässä se ei ole kaikkein parhaimmillaan, joten esimerkiksi päivällä ja yöllä saalistavien kissaeläinten pupillit ovat tyypillisesti pystyssä oleva rako. Ne erottavat hämärässä hyvin ylhäällä ja alhaalla olevia kohteita, kuten esimerkiksi lintuja puissa ja päästäisiä pensaissa. Kissojen lisäksi mm. käärmeillä ja krokotiileilla on pystyssä olevat viirumaiset pupillit.

Useiden kasvissyöjien pupillit ovat taas vaakasuoraan soikeita tai jopa neliskulmaisia, koska silloin pupillin kokoa pystysuunnassa muuttamalla silmä sopeutuu valon muutoksiin, mutta pystyy pitämään raon vaakatasossa leveänä. Tällöin silmä on herkkä, mutta sen syvätarkkuus horisontin suunnassa on parempi, mistä on suurta apua esimerkiksi vuohille ja lampaille,  jota laiduntavat yleensä vuoristossa tai hankalassa maastossa.

Alpakoilla ja laamoilla pupilli voi supistua niin paljon, että kulmion sijaan niissä voi olla lopulta vain pienet aukot pupillin päissä. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että korkealla vuoristossa Auringon valo on hyvin kirkasta.

Lisäys klo 10:15
Myös mustekaloilla on neliskulmaiset pupillit, seepioilla jopa viirumaiset. Muutamilla muilla merenelävillä on myös omalaatuisia pupilleja, kuten helmiveneillä (Nautiloidea), joiden neulanreikämäisen silmän aukko on muodoltaan kuin laiha, pystysuora pisara.

Älä usko kaikkea mitä näet – etenkään kun katsot mikroskooppiin väärästä päästä

La, 10/03/2015 - 09:04 Jari Mäkinen
Kuvakäsitelty kuva silmästä mikroskoopissa

Päivän kuvaNetissä ja sen tiedettä huutomerkeillä esittelevillä sivuilla näkee kaikenlaisia hauskoja ja upealta näyttäviä kuvia. Ja hyvä niin, sillä upeita kuvia on tieteen maailma pullollaan.

Mutta mukana on varsin paljon myös tällaisia yllä olevan kuvan kaltaisia kuvia, jotka valehtelevat.

Kuvatekstin mukaan tässä on näky mikroskoopin alapuolelta otettuna siten, että sieltä – tutkittavan kohteen paikalta – voisi katsoa ylös mikroskooppiin ikään kuin väärästä päästä. Kuva antaa ymmärtää, että sieltä näkyisi silmä, joka katsoo alas mikroskooppiin.

Silmä voikin olla katsomassa mikroskooppiin, mutta se ei näkyisi kyllä näin. Ensinnäkin mikroskoopin optiikka on sellainen, että kuva silmästä olisi hyvin, hyvin pieni; periaate on sama kuin kiikareihin "väärältä" puolelta katsoessa, jolloin kaikki näkyy kovin pienenä. Toiseksi ihmisen silmän sisällä ei ole valoa, joka toisi näkyviin iiriksen ja pupillin näin hyvin. Koska mikroskoopin sisälläkään ei ole valoa, joka valaisisi ne ulkoapäin, näkyisi silmä mikroskoopin läpi mustana. Oikeasti kuva olisi siis musta.

Erilaisia linssisysteemejä viritelleet friikit huomaavat vielä yhden virheen: pupilli ei ole aivan keskellä, ja jotta tällainen kuva edes periaatteessa olisi mahdollista ottaa, pitäisi alla olevan kameran, mikroskoopin linssien ja silmän olla aivan samalla suoralla.

Kyse on siis kuvasta, missä on mikroskoopin alapuolelta otettu kuva ja käsitelty kuva silmästä on laitettu yhteen – mutta mitä siitä, kuva on kaunis! On hienoa nähdä tällaisia kuvia, kuten vielä hurjempiakin kuvamanipulaatioita, mutta niitä esiteltäessä olisi mukavaa kertoa, että kyse ei ole "todellisesta" kuvasta. Oikeita, upeita ja todellisia kuviankin on tarjolla vaikka kuinka...

Avaruustekniikkaa sinun silmiesi tähden

Silmien laserleikkauksen ovat nykyisin hyvin tavallisia, mutta harva tulee ajatelleeksi, että leikkauksen aikana lasersäteen tarkkaan ohjaamiseen käytettävä silmien liikkeiden tunnistuslaitteisto kehitettiin aikanaan avaruuslentoja varten.

Kun katsot tiettyyn suuntaan tai johonkin kohteeseen, ja käännät tai puistelet päätäsi, niin silmäsi kääntyvät ylös, alas ja sivuille automaattisesti siten, että ne katsovat aina mahdollisimman suoraan alkuperäiseen paikkaan. Tämä luonnollinen reaktio tapahtuu refleksinomaisesti, emmekä kiinnitä siihen lainkaan huomiota.

Vaikka et tee tietoisesti mitään silmien kääntämiseksi, aivosi ottavat kuitenkin koko ajan vastaan havaintotietoa tasapainoelimiltäsi korvien sisällä ja kääntävät silmiä sen mukaisesti. Painovoima toimii tässä referenssisuuntana; tasapainoaisti käyttää sitä hyväkseen määrittääkseen pään asentoa. Samaan tapaan käytännössä kaikki eläimet Maan päällä aina dinosauruksiin saakka ovat sopeutuneet käyttämään painovoimaa kertomaan itselleen mikä suunta on ”alaspäin” ja mikä ”ylöspäin”.

Tämä painovoiman mukaan silmiä kääntävä kykymme kiinnosti berliiniläistä professori Andrew Clarkea, joka ryhtyi tutkimaan asiaa työryhmineen Kansainvälisellä avaruusasemalla olevien astronauttien kanssa.

He kehittivät erityisen kypärää muistuttavan päähineen, joka pystyi seuraamaan astronauttien silmien liikkeitä hyvin tarkasti siten, että laitteisto tai sen toiminta ei haitannut astronauttien normaalia työntekoa. Laitteisto käytti hyväkseen tavallisissa digikameroissa olevia kuvakennoja ja pystyi käsittelemään tietoa reaaliajassa.

Kymmenen vuotta sitten ensimmäiset astronautit käyttivät laitetta avaruusasemalla ja sen jälkeen laitteella kerättiin tietoja rutiininomaisesti neljän vuoden ajan.

Tulokset osoittivat selvästi, että tasapainoaistimme ja silmien hallinta muuttuvat olennaisesti painottomuudessa. Silmät ja tasapaino toimivat läheisesti toistensa kanssa täällä Maan päällä, mutta avaruuden olosuhteissa ne alkavat toimia vähitellen erikseen – mikä on täysin ymmärrettävää, koska tasapainoaisti ei voi käyttää enää painovoimaa suunnan määrittämiseen.

Itse asiassa tutkimuksen perusteella huomattiin, että ihmisen koko aisti- ja motorinen järjestelmä sekä tilanhahmotus käyttävät painovoimaa apunaan. Palattuaan takaisin avaruudesta Maahan, astronautilta kestää useita päiviä oppia käyttämään uudelleen painovoimaa hyväkseen referenssisuuntana.

Samalla kun insinöörit kehittivät laitetta avaruudessa käytettäväksi, he rakensivat siitä myös maanpäälisissä sovelluksissa toimivan version. Samalla he huomasivat, että samalla tekniikalla voisi olla käyttöä silmäleikkauksissa. Niissä potilaan silmän asennon määrittäminen tarkasti ja ilman lääkärin toimien häiritsemistä on hyvin tärkeää. Astronauttien käyttämä järjestelmä osoittautui ylivoimaiseksi.

”Suurimmassa osassa maailmassa tehtävistä silmien laserleikkauksista käytetään nyt tätä silmien asentoa määrittävää laitteistoa”, kertoo professori Clarke.

”Lisäksi tästä on kehitetty kevyempi, myynnissä oleva versio, jota käytetään monissa laboratorioissa Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa silmien asennon mittaamiseen.”