ارتباط تنفس و بینایی! کشفی جدید در دنیای فیزیولوژی چشم

دنیای علم برای بیش از یک قرن بر این باور بود که عواملی چون شدت نور محیط، فاصله فوکوس چشم و میزان تلاش شناختی، بازیگران اصلی در تغییر اندازه مردمک چشم هستند. مردمک، این دریچه کوچک و حیاتی که میزان نور ورودی به چشم را تنظیم می‌کند، همواره به عنوان بخشی پاسخگو به محرک‌های خارجی یا نیازهای تمرکزی مغز در نظر گرفته می‌شد. اما یافته‌های اخیر پژوهشگران در موسسه کارولینسکا در کشور سوئد، پرده از حقیقتی شگفت‌انگیز برداشته و بازیگر جدیدی را به این صحنه معرفی کرده است: تنفس! بله، عمل ساده و حیاتی نفس کشیدن، به شکلی ظریف و پیوسته، بر رفتار مردمک‌های ما تأثیر می‌گذارد و ارتباط تنفس و بینایی را به شکلی بنیادی آشکار می‌سازد.

این مطالعه پیشگامانه که نتایج آن در ژورنال معتبر “The Journal of Physiology” منتشر شده است، الگویی جالب توجه را فاش می‌کند: مردمک‌ها در هنگام دم (عمل فرو بردن نفس) منقبض و کوچک‌تر می‌شوند و در هنگام بازدم (عمل بیرون دادن نفس) منبسط و بزرگ‌تر می‌گردند. این تغییر ریتمیک و مداوم، نشان دهنده یک فرآیند بیولوژیکی اساسی است که نه تنها می‌تواند بر کیفیت دید ما تأثیر بگذارد، بلکه به طور بالقوه، نحوه تجربه و درک ما از جهان پیرامون را نیز شکل می‌دهد. درک این ارتباط تنفس و بینایی می‌تواند پنجره‌ای نو به سوی فهم پیچیدگی‌های سیستم ادراکی انسان بگشاید. با ما در دیجی رو همراه باشید.

مردمک چشم؛ دیافراگم زنده بدن

مردمک چشم عملکردی بسیار شبیه به دیافراگم در یک دوربین عکاسی دارد. با تنگ و گشاد شدن، میزان نوری که به شبکیه (بخش حساس به نور در پشت چشم) می‌رسد را کنترل می‌کند. این تنظیم دقیق، تاثیر مستقیمی بر کیفیت تصویر دریافتی توسط مغز دارد. هنگامی که مردمک تنگ می‌شود (در محیط روشن یا هنگام تمرکز بر اشیاء نزدیک)، عمق میدان دید افزایش یافته و جزئیات دقیق‌تر و واضح‌تر دیده می‌شوند، شبیه به تنظیم دیافراگم بسته در دوربین برای وضوح بیشتر.

در مقابل، هنگامی که مردمک گشاد می‌شود (در نور کم یا هنگام نگاه کردن به دوردست)، نور بیشتری وارد چشم شده و حساسیت چشم به اشیاء کم‌نور یا دور افزایش می‌یابد، مانند باز کردن دیافراگم دوربین برای عکاسی در شرایط نوری ضعیف. حال، با اضافه شدن تنفس به این معادله پیچیده، به نظر می‌رسد که کیفیت بینایی ما در هر چرخه تنفسی، به طور پیوسته و نامحسوس در حال نوسان است. این کشف بر اهمیت ارتباط تنفس و بینایی تاکید می‌کند و نشان می‌دهد چگونه یک فرآیند فیزیولوژیکی پایه می‌تواند بر یکی از حواس اصلی ما تاثیر بگذارد.

مغز، تنفس و تمرکز دیداری؛ عملکردی فراتر از اکسیژن‌رسانی

آرتین آرشامیان (Artin Arshamian)، دانشیار دپارتمان علوم اعصاب بالینی در موسسه کارولینسکا و یکی از محققان این پروژه، می‌گوید:

این مکانیسم از آن جهت منحصر به فرد است که به صورت چرخه‌ای، همیشگی و بدون نیاز به هیچ‌گونه محرک خارجی عمل می‌کند.

این یافته‌ها بر پایه تحقیقات رو به رشدی بنا شده‌اند که نشان می‌دهند تنفس، وظیفه‌ای فراتر از تامین اکسیژن برای بدن دارد. تنفس همچنین الگوهای الکتریکی ریتمیکی را در مغز ایجاد می‌کند که به نوسانات عصبی (neural oscillations) معروف هستند. این امواج ریتمیک در سراسر مغز منتشر شده و بر نحوه تفکر، ادراک و توجه ما تأثیر می‌گذارند. درک نقش تنفس در ایجاد این نوسانات، کلیدی برای فهم ارتباط تنفس و بینایی است.

منشأ این نوسانات مرتبط با تنفس، در عمق ساقه مغز، در خوشه‌ای از نورون‌ها به نام کمپلکس پیش‌بوتزینگر (preBötzinger complex) قرار دارد که مرکز کنترل ریتم تنفس است. همچنین، این نوسانات در پیاز بویایی نیز ظاهر می‌شوند، که با عبور هوا از طریق بینی فعال می‌گردد و مستقیماً تنفس را به عملکرد مغز مرتبط می‌سازد. مطالعات پیشین روی حیوانات نشان داده بود که ریتم‌های مغزی مرتبط با تنفس به هماهنگ‌سازی رفتارهای حسی و حرکتی مانند بو کشیدن، حرکت سبیل‌ها (در جوندگان) و حرکات سر کمک می‌کنند.

ه طور مشابه، کنترل اندازه مردمک چشم نقش حیاتی در پردازش اطلاعات بصری ایفا کرده و میزان توانایی مغز برای تشخیص و پاسخ به محرک‌های دیداری را تنظیم می‌نماید. با این حال، تا پیش از این مطالعه جدید، شواهد قطعی و روشنی که مستقیماً تنفس را به تغییرات مردمک چشم مرتبط کند، وجود نداشت. مطالعات قبلی به دلیل حجم نمونه کوچک و روش‌های ناسازگار، نتوانسته بودند این ارتباط تنفس و بینایی را به طور قانع کننده‌ای اثبات کنند و این پیوند عمدتاً ناشناخته باقی مانده بود.

پژوهشی دقیق برای اثبات یک پیوند ظریف

برای روشن کردن این ارتباط، تیم تحقیقاتی موسسه کارولینسکا پنج آزمایش دقیق و کنترل شده را با بیش از 200 شرکت کننده طراحی و اجرا کردند. یافته‌های آن‌ها به طور مداوم تأیید کرد که تنفس، صرف نظر از شرایط مختلف، بر اندازه مردمک تأثیر می‌گذارد. این تأثیر چه زمانی که شرکت کنندگان سریع نفس می‌کشیدند یا آهسته، چه از طریق بینی نفس می‌کشیدند یا دهان، چه در نور شدید بودند یا کم‌نور، و چه در حالت استراحت بودند یا درگیر انجام وظایف دیداری، به طور پایدار مشاهده شد. این نتایج قوی، مهر تاییدی بر وجود ارتباط تنفس و بینایی زد.

یکی از جالب‌ترین و غیرمنتظره‌ترین نتایج این بود که نوسانات مردمک حتی در افرادی که به طور مادرزادی فاقد پیاز بویایی بودند (ساختاری در مغز که معمولاً با تنفس از راه بینی مرتبط است) نیز رخ می‌داد. این یافته شگفت‌انگیز نشان می‌دهد که احتمالاً ساقه مغز به تنهایی قادر به تنظیم این اثر است و پیاز بویایی نقش ضروری در این مکانیسم ندارد. این موضوع بر قدمت تکاملی و بنیادی بودن این ارتباط تنفس و بینایی تأکید می‌کند و نشان می‌دهد که این پیوند در سطوح پایه‌ای سیستم عصبی ریشه دارد.

چگونه تغییرات مردمک ناشی از تنفس می‌تواند بر بینایی تأثیر بگذارد؟

این مطالعه، پرسش‌ها و احتمالات جذابی را در مورد چگونگی تغییر بینایی ما در پاسخ به چرخه تنفس مطرح می‌کند. همانطور که گفته شد، اندازه مردمک مستقیماً بر نحوه ورود نور به چشم و در نتیجه بر دقت بینایی تأثیر می‌گذارد. مردمک کوچک‌تر (که در هنگام دم رخ می‌دهد) با افزایش عمق میدان و وضوح، دیدن جزئیات ریز را آسان‌تر می‌کند. در مقابل، مردمک بزرگ‌تر (که در هنگام بازدم رخ می‌دهد) با ورود نور بیشتر، حساسیت به اشیاء کم‌نور یا دور را بهبود می‌بخشد.

مارتین شفر (Martin Schaefer)، محقق فوق دکترا در موسسه کارولینسکا و نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید:

نتایج ما نشان می‌دهد که بینایی انسان‌ها ممکن است در طول یک چرخه تنفسی واحد، بین بهینه‌سازی برای تشخیص جزئیات کوچک هنگام دم و بهینه‌سازی برای تشخیص اشیاء کم‌نور هنگام بازدم، تغییر حالت دهد.

این یافته به طور مستقیم به اهمیت کاربردی ارتباط تنفس و بینایی اشاره دارد.

اگر این اثر به اندازه‌ای قوی باشد که بر ادراک روزمره ما تأثیر بگذارد، می‌تواند پیامدهای قابل توجهی برای فعالیت‌های مختلف داشته باشد. به عنوان مثال، کارهایی که نیاز به دقت بصری بالا دارند، مانند خواندن متون ریز، نخ کردن سوزن، یا کارهای دقیق دستی، ممکن است هنگام دم کمی آسان‌تر انجام شوند. از سوی دیگر، فعالیت‌هایی که نیازمند حساسیت به نور کم هستند، مانند بررسی محیط برای یافتن حرکت در تاریکی شب یا تشخیص یک سایه مبهم، ممکن است در طول بازدم بهبود یابند. این نوسان مداوم در کیفیت دید، جنبه دیگری از ارتباط تنفس و بینایی را آشکار می‌سازد که پیش از این ناشناخته بود.

کاربردهای بالقوه در پزشکی و علوم اعصاب

فراتر از تأثیرات آن بر بینایی و ادراک، پیوند میان تنفس و اندازه مردمک ممکن است کاربردهای پزشکی مهمی نیز داشته باشد. سیستم عصبی خودمختار (Autonomic Nervous System)، که عملکردهای غیرارادی بدن مانند ضربان قلب، گوارش و تنفس را کنترل می‌کند، همزمان تنظیم کننده پاسخ مردمک نیز می‌باشد. ناهنجاری‌ها در عملکرد این سیستم می‌تواند نشان دهنده اختلالات عصبی مختلف باشد. درک بهتر ارتباط تنفس و بینایی می‌تواند به ابزارهای تشخیصی جدیدی در این رابطه منجر شود.

آرشامیان می‌افزاید:

یکی از کاربردهای بالقوه، توسعه روش‌های جدید برای تشخیص یا حتی درمان بیماری‌های عصبی مانند بیماری پارکینسون است، جایی که آسیب به عملکرد مردمک یکی از علائم اولیه بیماری محسوب می‌شود. این موضوعی است که ما قصد داریم در آینده بیشتر به آن بپردازیم.

اندازه‌گیری‌های مردمک (Pupillometry) در حال حاضر نیز در محیط‌های بالینی برای ارزیابی عملکرد مغز، تشخیص آسیب‌های مغزی و نظارت بر سطح هوشیاری بیماران استفاده می‌شود. اگر تغییرات مردمک ناشی از تنفس بتواند به عنوان یک نشانگر تشخیصی اضافی عمل کند، می‌تواند راهی جدید و غیرتهاجمی برای شناسایی علائم اولیه بیماری‌های عصبی ارائه دهد. بررسی دقیق‌تر ارتباط تنفس و بینایی می‌تواند دقت این ابزارهای تشخیصی را افزایش دهد.

تحقیقات آینده مشخص خواهد کرد که چگونه می‌توان از این کشف در تشخیص‌های پزشکی استفاده کرد و آیا می‌توان از تکنیک‌های تنفسی خاص برای تعدیل توجه، بهبود بینایی یا حتی کمک به درمان برخی بیماری‌ها استفاده نمود.

اگر چه هنوز جنبه‌های زیادی برای کاوش باقی مانده است، این مطالعه دیدگاه جدید و هیجان‌انگیزی را در مورد پیوندهای درهم‌تنیده میان تنفس، مغز و بینایی ارائه می‌دهد. کشف ارتباط تنفس و بینایی نه تنها درک ما از فیزیولوژی انسان را عمیق‌تر می‌کند، بلکه راه را برای تحقیقات و کاربردهای بالقوه در آینده هموار می‌سازد و بار دیگر نشان می‌دهد که بدن انسان سیستمی شگفت‌انگیز و پر از ارتباطات پنهان است.