Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 9 ביולי, 2020

אחיזת עיניים: מדוע אנו צריכים להזיז את העיניים כדי לאסוף מידע על העולם

תַקצִיר

אתם ודאי חושבים כל הזמן על מה שאתם רואים. אולם האם אי פעם עצרתם וחשבתם על האופן שבו אתם רואים? כדי לראות פריטים בסביבה, המוח קודם כל צריך לקבל מידע מהעיניים. ברגע שהמידע הזה זמין, המוח יכול להשתמש בו כדי ליצור את הייצוג הַמֶּנְטָלִי של העולם. רוב הזמן אנו מרגישים כאילו שאנו רואים את הפרטים של הסביבה שלנו מאוד בבירור, והחוויה החזותית שלנו נחווית כְּחֲלָקָה וּרְצִיפָה. אולם מאחר שיש לנו תפיסה חלקה ובהירה כזו על העולם, קל לשכוח כמה עבודה קשה העיניים והמוח שלנו מבצעים כדי ליצור את החוויה הזו. למעשה, העיניים שלנו זזות ללא הרף כדי לְסַפֵּק למוח שלנו מידע חדש על העולם שסביבנו. אולם מדוע זה הכרחי? במאמר זה נחקור כיצד ומדוע העיניים שלנו זזות, וכיצד המוח מייצר חוויה חזותית מכל התמונות הבודדות של העולם אשר מגיעות אליו דרך העיניים.

מדוע אנו צריכים להזיז את העיניים שלנו?

עובדה אחת מעוררת השׁראה לגבי הראייה האנושית היא שלמרות שהעולם מופיע אצלנו באופן אחיד ובהיר, הבהירוּת של המידע החזותי שאנו אוספים אינה זהה בכל החלקים של העין. אתם יכולים לבדוק זאת בעצמכם. ראשית, הסתכלו על העיגול הסגול באיור 1. קל לקרוא את האותיות והמספרים שסביב לעיגול בלי להזיז את העיניים. כעת התבוננו בריבוע הכחול. אתם יכולים לראות את העיגול הסגול בקצה הראייה שלכם, אולם ככל הנראה כבר אינכם יכולים לקרוא את המספרים והאותיות שסביבו. החלקים המטושטשים של הראייה שלכם, היכן שאתם יכולים לאסוף רק מידע מוגבל, נקראים הפריפריה של הראייה. האזור הבהיר ביותר, ממש במרכז שדה הראייה שלכם, נקרא הגוּמָה המרכזית. הגומה ממוקמת במרכזהּ של שכבה פנימית חשובה בעיניים שנקראת הָרִשְׁתִּית. סיבה אחת לכך שהרשתית חשובה כל כך לראייה היא שהרשתית בנויה מִתָּאִים חשובים שנקראים תאים קולטי אור (פוֹטוֹרֶצֶפְּטוֹרִים).

איור 1 - בהירוּת חזותית אינה זהה בכל חלקי העין.
  • איור 1 - בהירוּת חזותית אינה זהה בכל חלקי העין.
  • התבוננו על האיור ממרחק קריאה סביר. כשאתם מסתכלים על העיגול הסגול ישירוֹת אתם יכולים לקרוא בקלות את המספרים והאותיות שסביבו. כשאתם מסתכלים על הריבוע הכחול אתם עדיין יכולים לראות את העיגול הסגול בקצה העין שלכם, אולם כבר אינכם יכולים לקרוא את המספרים והאותיות. כשאתם מסתכלים על משהו בקצה העין שלכם אתם משתמשים בראייה הפּריפרית שלכם. הראייה שלכם הכי טובה כשאתם מסתכלים ישירות על פריט מסוים; זה בגלל שהגומה שלכם, שהיא החלק המרכזי ביותר בעין, מאפשרת לכם לראות באופן הבהיר ביותר.

כשאור נכנס לעיניים הוא עובר ראשית דרך הקרנית, שהיא הכיפה הבהירה שבחזית העין שלכם (ראו איור 2). האור נכנס לאחר מכן דרך האישוֹן – הַמַּפְתֵּחַ הכהה במרכז העין – ומטייל דרך העדשוֹת, חלק מהעין שמסייע לְרַכֵּז את האור בצורה הנכונה. לבסוף, אור עובר דרך החלק המרכזי של העין הפנימית שנקרא חלל הזגוגית. החלל הזה מלא בחומר דמוי ג’ל שנקרא הגוף הזגוגי. אור שעובר דרך חלל הזגוגית מרוכז על הרשתית כתמונה בהירה. הפוטורצפטורים שממוקמים על הרשתית הופכים את האור לאות עצבי שהמוח יכול להבין.

איור 2 - חלקי העין השונים (מוצגים במבט מהצד).
  • איור 2 - חלקי העין השונים (מוצגים במבט מהצד).
  • האור עובר דרך הקרנית – הכיפה הבהירה שבחזית העין – ואז ממשיך דרך האישון, המפתח הכהה שבמרכז הקשתית. לאחר מכן העדשות מרכזות את האור על הרשתית בעודו עובר דרך החלק הפנימי של העין שנקרא חלל הזגוגית. הגומה המרכזית היא אזור קטן במרכז הרשתית שבּו ישנם תאים מיוחדים רבים שמכונים מְדוֹכִים אשר מסייעים לנו לראות בצורה בהירה. cornea = קרנית. pupil = אישון. Iris = קשתית. retina = רשתית.

ישנם שני סוגים של פוטורצפטורים. קָנִים הם פוטורצפטורים שרגישים לרמות נמוכות של אור ומאפשרים לנו לראות את הסביבה שלנו אפילו כשהיא חשוכה יחסית. מְדוֹכִים הם פוטורצפטורים שנושאים מידע על צבעים, ותומכים בראייה בהירה מאוד בסביבות מוארות. הגומה המרכזית היא חלל קטן במרכז הרשתית שבו נמצאים הרבה מדוכים בקרבה גדולה זה לזה. באזורים שיותר רחוקים מהגומה המרכזית ישנם פחות מדוכים. האופן שבו המדוכים מסודרים בגומה המרכזית מסביר מדוע במרכז העין הראייה הכי בהירה. אולם יֶשְׁנָה בעיה עם הסידור הזה! מאחר שהגומה המרכזית קטנה מאוד, היא יכולה לשלוח למוח מידע על אזור מוגבל בלבד מהעולם. הבעיה היא שהַקֶּשֶׁב שלנו לעיתים נלכד על-ידי משהו בפריפריה שלנו, והגומה המרכזית לא יכולה להתמקד ביותר מאזור אחד בזמן נתון.

כדי לְפַצּוֹת על האזור המוגבל של הגומה המרכזית, אנו מבצעים הרבה תנועות עיניים מהירוֹת שנקראות סקאדוֹת [1]. סקאדות הן תנועות מהירות וקופצניות שמבוצעות על-ידי שתי העיניים, אשר משנות את כיוון המבט ממיקום אחד למיקום אחר. מבט מתייחס לשילוב בין המקום שאליו העיניים מצביעות ובין המיקום של הראש. כאשר אתם מכוונים מחדש את המבט שלכם, הגומה המרכזית יכולה להתמקד במיקום חדש וּלְסַפֵּק למוח מידע ברור על מה שנמצא בסביבת הראייה. למשל, בעודכם מסתכלים על הדף הזה המילה שאתם קוראים עכשיו (וכמה מילים סביבהּ) נופלות באזור הבהיר של הגומה המרכזית. כדי להמשיך לקרוא את המאמר, העיניים שלכם צריכות לבצע סקאדות קטנות במטרה להכניס אזורים (מילים) חדשים לפוקוס. מאחר שאתם צריכים להזיז את המיקום של הגומה המרכזית כל הזמן כדי לראות בצורה ברורה את מה שאתם מסתכלים עליו, העיניים שלכם צריכות לבצע בערך שלוש סקאדות בשנייה. המשמעות היא שהעיניים שלכם נעות מהר יותר מקצב פעימות הלב שלכם!

אף על פי שאתם יכולים לבצע מאות או אלפי סקאדות ביום, סקאדות אינן סוג ההתנהגות היחיד שהעיניים מפגינות. בין כל סקאדה ישנוֹ זמן קצר של מנוחה שנקרא פִיקְסַצְיָה. פיקסציות נותנות לעיניים שלכם הזדמנות להתמקד על מה שאתם מסתכלים כך שתוכלו לראות את הפריט בבהירוּת. במהלך הפיקסציה העיניים שולחות למוח מידע על הפרטים הדקים של הסביבה. פיסה אחר פיסה, המוח יכול להשתמש במידע הזה כדי לְחַבֵּר תמונה שלמה על העולם שסביבכם. כדי לראות פיקסציות וסקאדות בעצמכם אתם יכולים לנסות את הדבר הזה: מצאו שותפ/ה ועמדו מול מראָה. ראשית הסתכלו על ההשתקפות שלכם. כאשר העיניים שלכם במנוחה אתם יכולים לראות את הפנים של עצמכם. כעת הזיזו את העיניים לחלקים שונים של הפנים שלכם. אינכם יכולים לראות את תזוזת העיניים של עצמכם! אולם אם תסתכלו על ההשתקפות של השותפ/ה שלכם בעוד שהוא/היא מזיזים את העיניים שלו/שלה, תוכלו לראות שהעיניים מבצעות הרבה תנועות של סקאדות מהירות וקופצניות.

אם העיניים שלכם מבצעות תנועות מהירות באופן רציף, מדוע אינכם שׂמים לב לכך? האם העולם לא אמור להיראות מטושטש במהלך הסקאדות? אף על פי שהעיניים שלכם מבצעות תנועות קצרות ומהירות כל הזמן, המוח שלכם בונה ייצוג חָלָק ויציב של הסביבה. כאשר העיניים שלכם זזות אינכם מודעים למידע החזותי שמגיע אל המוח. זה מאפשר לכם לראות את העולם בצורה בהירה ויציבה, אולם אין זה אומר שהמידע לא נוכח. אף על פי שהתהליך הזה אינו מובן עדיין לחלוטין, מדענים חושבים שהמידע החזותי שנאסף במהלך סקאדות נוכח באזור במוח שמְכֻנֶּה קליפת המוח. קליפת המוח עשויה לאחסן מידע שנאסף במהלך הסקאדות, אולם אינה האזור היחיד במוח שמעורב בתנועות עיניים.

שליטה עצבית על סקאדות

סקדאות ופיקסציות עובדות יחד כדי לְסַפֵּק למוח את המידע הנדרש לייצור תמונה מנטלית של העולם, אולם המוח מעורב בשליטה על המיקום הבא שאליו העיניים יזוזו. המוח צריך להורות לעיניים כמה רחוק ולאיזה כיוון עליהן לזוז. כשמשהו מושך את הַקֶּשֶׁב שלכם ואתם מַפְנִים לעברו את הגומה המרכזית, שני אזורים חשובים במוח מורים לעיניים שלכם מתי וכיצד לזוז: התליל העליון ואזורים בקליפת המוח המצחית (Frontal Eye Fields – FEF).

אזור המוח שמכונה התליל העליון לוקח מידע מהעיניים, מהאוזניים ומחוּשים אחרים, ומשתמש במידע הזה כדי להזיז את העיניים לְעֵבֶר דברים שתופסים את הקשב שלכם [2]. לדוגמה, אם אתם נמצאים בבית הספר ושומעים את אזעקת האש בפינת הכיתה שלכם, העיניים שלכם ככל הנראה יזוזו לכיוון הצליל הזה בלי שתחשבו על כך בכלל. התליל העליון אומר לעיניים שלכם מתי ולאן לזוז, אולם הוא גם מסייע לשלוט על האופן שבו אתם מסובבים את הראש ואת הכתפיים. זה חשוב מאחר שלפעמים מה שאתם רוצים להסתכל עליו נמצא מחוץ לטווח של תנועות העיניים שלכם. אם הקשב שלכם נתפס על-ידי רעש שנשמע מאחוריכם לדוגמה, אתם צריכים להזיז חלק גדול יותר מהגוף שלכם (יותר מאשר העיניים בלבד) כדי לראות מה מקור הרעש.

אזור נוסף במוח שלנו שנקרא FEF חשוב בסיוע לתזוזת עיניים לעבר אזור שבוחרים להסתכל עליו באופן מודע [3]. אזור זה במוח מייצר תוכנית עבור העיניים כך שהן יוכלו לדעת כיצד ולאן לזוז, בהתבסס על המטרות שלכם ועל המאפיינים החזותיים של הפריטים בסביבתכם. מאפיין חזותי הוא משהו שמתאר פריט כמו צורה, גודל או צבע. אתם יכולים לחשוב על ה- FEF בתור קַרְטוֹגְרָף (אדם העוסק במיפוי ושׂרטוט מפות גיאוגרפיות). אזור המוח הזה מְמַפֶּה את המאפיינים החזותיים של הסביבה שלכם ואת מידת החשיבוּת והנראוּת שלהם. אם אתם מחפשים שעון עגול, ה- FEF יסמנו צורות עגולות כחשובות. אזור זה עשוי גם לסמן דבר מה כחשוב אם הוא מושך מאוד את הקשב שלכם, כמו למשל ספל קפה ורוד שמונח על שולחן בצבע חום תָּפֵל. האזור במפה שנקבע כחשוב ביותר הוא זה שאליו יזוזו העיניים ברגע הבא. כעת, כשאתם יודעים קצת יותר על האופן שבו תנועות עיניים עובדות, בואו נסתכל כיצד ומדוע מדענים חוקרים תנועות עיניים.

כיצד ומדוע מדענים חוקרים תנועות עיניים

מעקב אחרי תנועות עיניים (Eye tracking) הוא טכנולוגיה שמאפשרת למחשב לחשב לאן העיניים שלכם מצביעות. הדבר מאפשר למדענים למדוד סקאדות ופיקסציות שהעיניים שלכם מבצעות. ישנם כמה סוגים של עוקבים אחרי תנועות עיניים. חלק מהם דורשים לָשֶׁבֶת מול מסך מחשב כשהסנטר והראש מונחים על מִתְקָן תומך (ראו איור 3A), בעוד שאחרים יכולות להיות מחוברים למסגרת של משקפיים או למשקפת כך שניתן להסתובב בחופשיוּת. רוב עוקבי תנועת העיניים משתמשים במכשיר קטן שמקרין אור אינפרה-אדום (סוג של אור שאי אפשר לראות ישירות באמצעות העין) לכיוון העין. האור האינפרה-אדום גורם להשתקפות קטנה על הקשתית. מצלמה שממוקמת בחזית העין יכולה לְאַתֵּר את ההשתקפות מהקשתית ולהשתמש בה כדי למדוד תנועות עיניים.

תנועות עיניים מעניינות מדענים מאחר שיש קשר הדוק בין מה שהאדם מסתכל עליו ובין מה שהאדם חושב [4]. באופן כללי, כשאתם מסתכלים על פריט בסביבה שלכם הקשב שלכם מְכֻוָּן גם הוא אל אותו הפריט. לדוגמה, נאמר שאתם מסתכלים על חלון בגלל שאתם שומעים ציפור שרה, ואתם רוצים לראות איך היא נראית. הקשב שלכם ממוקד בציפור, ואתם ככל הנראה גם חושבים על כמה שִׁירַת הציפור נעימה, או על כך שהנוצות שלה מכילות גוון כחול יפה. אף על פי שמבט וקשב לא תמיד מקושרים באופן הזה, באופן כללי מקובל להניח שאתם מַפְנִים קשב לפריטים שעליהם אתם מסתכלים.

בשל הקשר הקרוב שבין תנועות עיניים ובין קשב, אנשים שרוצים לחקור כיצד הקשב עובד משתמשים לעיתים קרובות במעקב אחרי תנועות עיניים. לדוגמה, בעלים של חנות שרוצים לבדוק היכן כדאי לְמַקֵּם מוצרים עשויים להשתמש במעקב אחרי תנועת עיניים כדי לקבוע על אלה אזורים בחנות אנשים מסתכלים לעיתים הקרובות ביותר בעת הקנייה. שימוש נוסף במעקב אחרי תנועת עיניים הוא חקירת האופן שבו אנשים מחפשים פריטים מסוימים בסביבה שלהם. תחום המחקר הזה נקרא חיפוש חזותי. בניסויים של חיפוש חזותי משתתפים מקבלים מטרה (תמונה מסוימת) שאותה הם צריכים למצוא בין תמונות אחרות. אם אי פעם שיחקתם ב“איפה אפי?”; חיפשתם צעצוע אבוד בחדר שלכם או עזרתם להורים שלכם למצוא את המפתחות שלהם – ביצעתם מטלה של חיפוש חזותי. שימוש בעוקבי תנועת עיניים עבור מחקר בחיפוש חזותי מאפשר למדענים לחקור כיצד אנשים בוחרים לְמָה להפנות את הקשב כשהם מחפשים מטרה מסוימת (איור 3B).

איור 3 - (A) מעקב אחרי תנועות עיניים (Eye tracking)  בניסוי של מעקב אחרי תנועות עיניים המשתתפים יושבים כשהראש והסנטר שלהם מונחים על מתקן, ומתבוננים על מסך מחשב.
  • איור 3 - (A) מעקב אחרי תנועות עיניים (Eye tracking) בניסוי של מעקב אחרי תנועות עיניים המשתתפים יושבים כשהראש והסנטר שלהם מונחים על מתקן, ומתבוננים על מסך מחשב.
  • מכשיר שמכיל מצלמה ומקור אור אינפרה-אדום ממוקם בין המסך לבין המשתתפים ורושם את תנועות העיניים. (B) דוגמה למסלול על גבי המסך שאותו יכולות לבצע עיניים של משתתף בניסוי כאשר הוא נדרש לחפש פעמון. העיגולים מייצגים פיקסציות והקווים מייציגים סקאדות. ידיעת המיקום שאליו אדם מתבונן במהלך חיפוש חזותי יכולה לומר למדענים להיכן מְכֻוָּן הקשב שלו.

מחקרים של תנועות עיניים לימדו מדענים לא רק על האופן שבו העיניים והמוח פועלים יחד כדי לראות את העולם, אלא גם קירב אותנו להֲבָנַת האופן שבו מתבצעות פעילויות מנטליות כמו הפניית קשב. העיניים (והתנועות שהן מבצעות) מסייעות לאנשים לאסוף את המידע החזותי שהם זקוקים לו כדי להבין את הסביבה. בכל פעם שאנו מזיזים את העיניים אנו מספקים למוחות שלנו מידע חדש חשוב על הדברים שבעולם; בקיצור, אנו מקבלים תמונה חדשה של מה שקורה בכל אזור במרחב שסביבנו. מידע כמו צורות, צבעים, מרקמים וגבולות של פריטים. המוח משתמש במידע הזה כדי להבין את העולם שסביבנו. למשל, שהמרקם הפרוותי הכתום שמולנו שייך לחתול שאנו צריכים להיזהר לא לדרוך עליו, ושהקצוות החדים שאנו רואים הם קצות השולחן שאנו צריכים לא להתנגש בהם. באמצעות מחקר של תנועות עיניים אנו יכולים לראות שאפילו לתנועות הקטנות והפשוטות ביותר יכולה להיות השפעה גדולה על החיים שלנו.

מילון מונחים

פריפריה (ראייה, Periphery): אזור ברשתית העין שנמצא מחוץ לגומה המרכזית ברשתית. באזור זה ישנם פחות מְדוֹכִים מאשר בגומה המרכזית, כך שהראייה פה מטושטשת יותר.

הגומה המרכזית (Fovea): האזור הקטן במרכז הרשתית שתומך בראייה בהירה הודות לכמות הגדולה של המדוכים שנמצאים באזור זה.

סקאדות (Saccades): תנועה מהירה וקופצנית שמבוצעת על-ידי שתי העיניים, אשר מזיזה את המבט ממיקום אחד לאחר.

מבט (Gaze): שילוב בין המיקום שאליו העיניים מצביעות לבין מיקום הראש במרחב.

פיקסציה (Fixation): הזמן שבין סקאדות שבּו העיניים נמצאות במנוחה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Yarbus, A. L. 1967. “Saccadic eye movements,” Eye Movements and Vision (Boston, MA: Springer). p. 129–46.

[2] Klier, E. M., Wang, H., and Crawford, J. D. 2001. The superior colliculus encodes gaze commands in retinal coordinates. Nat. Neurosci. 4:627. doi: 10.1038/88450

[3] Purves, D., Augustine, G. J., Fitzpatrick, D., Katz, L. C., LaMantia, A. S., McNamara, J. O., et al. 2001. Neuroscience. 2nd Edn. Neural Control of Saccadic Eye Movements. Sunderland, MA: Sinauer Associates. Available online at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10992/

[4] Just, M. A., and Carpenter, P. A. 1980. A theory of reading: from eye fixations to comprehension. Psychol. Rev. 87:329.