بررسي إلقاء آكروماتيك آستانه كانتراست در مدولاسيون فركانس فضايي

بررسي إلقاء آكروماتيك آستانه كانتراست در مدولاسيون فركانس فضايي

دكتر محمد فيروزآبادي* ،دكتر بيژن هاشمي* ،دكتر انوشيروان كاظم نژاد* s، دكتر سيد مسعود شوشتريان**ابراهيم جعفرزاده پور***
*استاديار گروه فيزيك پزشكي دانشگاه تربيت مدرس
* s استاديار گروه آمار حياتي دانشگاه تربيت مدرس
** دانشيار گروه فيزيك پزشكي دانشگاه آزاد واحد پزشكي تهران
*** استادیار گروه بینایی سنجی دانشگاه ایران

چكيده :
سيستم بينايي انسان محدوده پويايي (Dynamic Range) بسيار گسترده اي در حدود يك در ميليارد دارد . اين گستره پويايي وسيع به آن معني است كه سيستم بينايي انسان مي تواند در شرايط مختلف نوري عملكرد مناسبي داشته باشد و تغييرات زماني و فضايي روشنايي را تشخيص دهد.
در اين پژوهش تأثير ات متقابل تغييرات مكاني روشنايي و پاسخ سيستم بينايي با توجه به آماده سازي و ايجاد سازش هايي در روند آزمون در انجام شده است . در واقع اثر متقابل تغييرات مكاني روشنايي در فركانس هاي فضايي متفاوت ، ميزان روشنايي و القاء اوليه تحريكات بينايي مورد توجه بوده است.لذا براي بررسي اين اثرات آزمونهايي به شرح زير انجام پذيرفت.
بيست و پنج نفر جوان سالم 18-28 سال تحت آزمون قرار گرفتند.هر كدام از افراد ابتدا به يك صفحه سفيد يا سياه يكنواخت نگاه مي كردند كه برخي نقاط آن براساس برنامه اي از پيش تعيين مختصات رنگي اش تغيير مي كرد و به سمت رنگ سياه يا سفيد متمايل مي شد.فركانس هاي فضايي مورد استفاده cpd 25 ، cpd 2 ،و cpd 5بوده است كه تقدم و تأخر رنگها و فركانس فضايي به طور تصادفي انتخاب مي شد.
آناليز واريانس نتايج بدست آمده از آستانه حساسيت كانتراست مبين آن است كه ميانگين آستانه حساسيت كانتراست براي سازش با رنگ سفيد به طور معني داري ( P<0.0001) بالاتر از ميانگين آستانه حساسيت كانتراست براي سازش با رنگ سياه است.و نيز آستانه حساسيت كانتراست با فركانس فضايي نسبت مستقيم دارد(P<0.00001 ).
نتايج بدست آمده براساس برخي پديده هاي سايكو فيزيكي شناخته شده مانند رابطه Weber-Fechner ،،مهار جانبي ،پديده Mach Bands و بالاخره نظريه Receptive Fields قابل توضيح است اما هيچكدام از اين پديده ها توصيف كاملي از نتايج بدست آمده نخواهد داد.لذا به نظر مي رسد در آزمونهاي سايكوفيزيكي شرايط اوليه آزمون بر نتايج نهايي آن اثر قابل توجهي را اعمال خواهد كرد . در واقع گزارش نتايج نهايي بدون ذكر شرايط آزمون چندان مفيد نيست و توصيف دقيقي از شرايط بينايي فرد مورد آزمون ارائه نخواهد كرد.همچنين در آزمون هاي سايكوفيزيكي روند فعال سازي ويا مهار سيستم بينايي در شرايط مشخص و تعريف شده مهمترين عامل تعيين كننده در كميت و كيفيت پاسخ هاي ارائه شده خواهد بود.
لغات كليدي :فركانس فضايي،القاءآكروماتيك،كانتراست،سايكوفيزيك

مقدمه :
تشخيص تغييرات اندك روشنايي بين شيئ و زمينه آن يكي از ابزارهاي عمده سيستم بينايي انسان براي ارزيابي جهان اطراف اوست . بسياري از اختلالهاي سيستم بينايي باعث بيان مشكلاتي از سوي بيمار به صورت تاري ، غبار آلودگي ، محو بودن اطراف و… مي شود كه اين شكايات علي رغم وجود تيزبيني 20/20 در آنهاست . در واقع مشكل اصلي آنها كاهش حساسيت كانتراست است . اين افراد در آزمونهاي متداول بينايي مشكلشان ممكن است ناديده گرفته شود و پس از پيشرفت بيماري متوجه علائم آن در مرحله پيشرفته آن شوند.
از لحاظ كاربردي براي آستانه حساسيت كانتراست مي توان تعريفي به اين ترتيب ارائه نمود كه: “ حداقل تفاوت روشنايي است كه براي تشخيص لبه هاي شيئ از زمينه لازم است ”[ 1 ]به اين ترتيب تابع حساسيت كانتراست نموداري از حداقل كانتراست لازم براي تشخيص لبه هاي شيئ از زمينه است كه براي ابعاد مختلف تصوير شبكيه اي انجام مي شود[1].از رمانيكه Campbell و Greenدر سال 1965 آستانه كانتراست را توسط الگوهاي سينوسي مورد ارزيابي قرار دادند،تا به امروز نيز الگوهاي مورد استفاده به صورت سينوسي به افراد طبيعي و بيمار براي ارزيابي آستانه كانتراست به آنها ارائه مي شود.توابع كانتراست نه تنها در ارزيابي ادراك بينايي مورد استفاده قرار مي گيرند، بلكه در زمينه هاي گوناگون نمايش تصوير نيز مورد استفاده قرار مي گيرند [2].بخشهاي نخست سيستم بينايي انسان (گيرنده هاي نوري)تحت تأثير مستقيم مقدار روشنايي تصوير قرار مي گيرند اما بخشهاي بالاتر سيستم بينايي انسان (از اجسام زانويي تا كورتكس بينايي )نه تنها به سيگنالهاي بوجود آمده ازمقدار روشنايي حساس هستند بلكه به تغييرات آن نيز حساسيت دارند[3].
بررسي كانتراست در انسان در زمينه هاي گوناگون ، نقطه نظرات متفاوتي را مطرح مي كند. كه عمده ترين آنها عبارتند از: 1-حساسيت كانتراست مطلق (حداقل مقدار كانتراست لازم براي تشخيص يك الگو در آستانه تشخيص شيئ). 2-كانتراست درك شده (كه از روشهاي جور كردني يا تخميني براي ميزان كانتراست استفاده مي شود). 3 -تمايز كانتراست (حداقل مقدار تغييرات كانتراست كه قابل تمايز باشد)[4].
مدلهاي گوناگوني با توجه به يكي از جنبه هاي فوق الذكر توسط الگوهاي سينوسي براي حساسيت كانتراست مطرح شده است[5،6،7]. همچنين دانشمندان متعددي بر روي پديده Masking و اثر متقابل زمينه ها و حواشي موجود در اطراف الگوهاي ارزيابي كننده حساسيت كانتراست ،بررسي هاي دامنه داري را انجام داده اند [8،9،10]و بررسي هاي انجام شده حاكي از آن است كه عواملي چون ؛ فاصله آزمون ، تعداد خطوط و جهت خطوط بر آستانه كانتراست مؤثر است.
آزمونهاي حساسيت كانتراست با الگوهاي موج مربعي در فزكانس هاي فضايي متفاوت از نظر ارزيابي قدرت تفكيك شرايط بهتري را دارا هستند [11].لذا ارزيابي كمي حساسيت كانتراست توسط اين آزمونها مي تواند به تعميم نتايج بدست آمده در آزمونهاي ثيز بيني و ساير آزمونهاي قدرت تفكيك چشم كمك نمايد.
اما سئوالي كه مطرح مي شود اين است كه “ آيا سيستم بينايي در مواجهه با الگوهاي موج مربعي آكروماتيك نسبت به ميزان مطلق كانتراست حساس است و يا بر اساس زمينه ارائه شده حساسيت كانتراست تغيير مي كند ؟” چنانچه به بخش نخست اين سئوال پاسخ مثبت داده شود . اين نتيجه را مي توان گرفت كه عملكرد سيستم بينايي يك عملكرد مطلق است و نه نسبي و نتايج بدست آمده از آزمونهاي مختلف حساسيت كانتراست در شرايط متفاوت و با آزمونها و روشهاي گوناگون در مورد يك فرد نتايج يكساني را بدست خواهد داد . اما اگر قسمت نخست اين سئوال پاسخ منفي داشته باشد و نيمه دوم آن پاسخ مثبت داده شود . اين پاسخ به اين معني است كه آستانه حساسيت كانتراست با توجه به زمينه ارائه شده نتايج متفاوتي را به همراه خواهد داشت. به عبارت ديگر امكان تشخيص وتمايز خطوط سياه در زمينه سفيد مشابه تشخيص خطوط سفيد در زمينه سياه با همان كانتراست نخواهد بود .و اگر چنين است ،آيا فركانس هاي فضايي متفاوت نيز چنين تفاوت وتمايزي به چشم مي خورد؟ لذا براي يافتن پاسخ اين سئوال پژوهش زير انجام پذيرفت.

مواد و روشها:
در اين پژوهش بيست و شش نفر جوان مذكر هجده تا بيست وهشت سال در اين مطالعه شركت كردند. تمامي اين افراد هيچ گونه سابقه بيماري واختلال سيستميك را در ماههاي اخير ابراز نميداشتند ودر هنگام آزمون مشكلي نداشته واز دارويي نيز استفاده نمي كردند.در معاينات بينايي و چشمي انجام شده از آنها ، تمامي افراد مورد بررسي داراي تيزبيني 20/20 در هر چشم و 15/20 در حالت دوچشمي ابراز مي نمودند..ارزيابي انكساري آنها حاكي از عدم وجود مشكل انكساري قابل توجهي در آنها بوده است (Hyperopia<+0.5,Myopia=0,Oblique &Against the rule Astigmatism=0,With the rule Astigmatism<0.5 ).آزمونهاي ارزيابي عملكرد ديد دوچشمي شامل بررسي هتروفوريا، ديد بعد،نقطه نزديك تقارب و ورجنس افراد در نظر گرفته شد.اين آزمونها به همراه آزمونهاي ارزيابي سهولت تطابق و ديد رنگ نتايج طبيعي را نشان مي دادند.
افراد انتخاب شده در فاصله 5/4 متري از صفحه يك مانيتور هفده اينچ در شرايط فوتوپيك مورد آزمون قرار مي گرفتند.زاويه افقي صفحه مانيتور چهار درجه و زاويه عمودي آن سه درجه بود . الگوها توسط برنامه Pattern Generator در سه فركانس فضايي 25 cpd,5 cpd, 2 cpd به افراد ارائه مي شد.در هر فركانس فضايي يكبار فرد در مواجهه با يك زمينه كاملا سفيد قرار مي گرفت كه به تدريج مختصات رنگي نقاط مشخصي از صفحه مانيتور از رنگ سفيد به سمت رنگ مشكي تغيير مي كرد.هنگامي كه فرد ناظر متوجه اين تغيير در صفحه مي شد،با اعلام فرد مختصات تغيير يافته رنگ سفيد كه منجر به تشخيص عدم يكنواختي صفحه وتشخيص لبه ها در صفحه شده بود ثبت مي شد.بر اساس رابطه L2-L1)/L2+L1 )×100 (رابطه 1 ) [12] درصد كانتراست الگوي مشاهده شده از سوي ناظر قابل محاسبه خواهد بود.چنين روندي نيز براي براي رنگ سياه نيز صورت پذيرفت .بدين ترتيب كه ابتدا يك زمينه سياه رنگ يكنواخت به فرد ارائه مي شد و پس از آن مختصات رنگي نقاط معيني از صفحه مانيتور از رنگ سياه به سمت رنگ سفيد تغيير مي كرد.اعلام فرد در تشخيص عدم يكنواختي صفحه و تشخيص لبه ها در صفحه مرحله ثبت مختصات رنگي نقاط تغيير رنگ يافته را مطرح مي كند.در اين مرحله مختصات رنگي صفحه با توجه به رابطه 1 ،درصد كانتراست الگوها را به دست خواهد داد.
انجام كليه آزمونها براي تمامي افراد مورد بررسي به صورت تصادفي انجام شد. بدين ترتيب كه برخي افراد ابتدا با رنگ سفيد و گروهي ابتدا با رنگ سياه مورد آزمون قرار گرفتند ودر هر گروه نيز فركانس فضايي آزمون شده در ابتدا و انتها بطور تصادفي انتخاب و انجام مي شد.
زمان تغيير مختصات رنگي در تمام نمونه ها،در تمام فركانس هاي فضايي و رنگهاي سياه و سفيد يكسان در نظر گرفته شد و در تمام شرايط ذكر شده زمان تغيير هر مختصات رنگي پانصد ميلي ثانيه در نظر گرفته شد.
با توجه به اينكه نور محيط بر ميزان كانتراست الگوها مؤثر است ،لذا در حين آزمون در هر مرحله، چراغ هاي اتاق خاموش شده و تنها منبع روشنايي نور حاصل از صفحه مانيتور بوده است.از آنجائيكه هر آزمون كمتر از پنج دقيقه (حداكثر )به طول مي انجاميد (به طور متوسط در حدود دو و نيم دقيقه).سريعا پس از انجام آزمون چراغ هاي اتاق روشن مي شد و فرد در حدود ده دقيقه در شرايط فوتوپيك قرار داده مي شد كه امكان سازش به تاريكي به طور كامل در هنگام آزمون وجود نداشته باشد.

نتايج:
در مقايسه آستانه كانتراست رنگهاي آكروماتيك سياه و سفيد در فركانسهاي فضايي مختلف ،تغييرات مشهودي در آستانه كانتراست مشاهده مي شود. مقادير كانتراست گزارش شده در رنگ سياه در فركانس فضايي 25 cpd از حداقل 6/1 % تا 7/13 %متغير بود كه ميانگين آن 8/5 % بدست آمد(جدول شماره 1) .آستانه كانتراست در همين فركانس فضايي در سازش به رنگ سفيد محدوده تغييراتي از 9/3 % تا 9/14 % را در افراد مورد مطالعه در اين پژوهش دربر مي گرفت.ميانگين آستانه كانتراست 1/8 % محاسبه گرديد(جدول شماره 1) .همانطور كه در جدول 2مشخص شده،در آناليز واريانس L.S.D. انجام شده بين گروهاي مختلف حاكي از آن است كه بين اين دو گروه تفاوت معني داري (P<0.0001) بين سازش به رنگ مشكي و سفيد در يك فركانس فضايي برابر (25cpd)ديده مي شود . در واقع اين نتيجه حاكي از آن است كه بسته به اينكه فرد در ابتدا در مواجهه با چه زمينه اي قرار بگيرد و اين زمينه آكروماتيك سياه يا سفيد باشد و چه ميزان لومينانس به فرد مورد بررسي ارائه شود ، آستانه كانتراست وي متفاوت خواهد بود.از سوي ديگر در اين فركانس فضايي ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ مشكي (8/5 %)كمتر از سازش به رنگ سفيد (1/8 %)بوده است(جدول شماره 1).
در فركانس فضايي cpd 5 در سازش به رنگ سياه نيز ميانگين كانتراست كمتر از ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد بوده است.ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه 2/1% و ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد ميزان بيشتري را به مقدار 8/1% نشان مي داد(جدول شماره 1).در بررسي آماري انجام شده تفاوت معني داري بين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه و سفيد در فركانس فضايي cpd 5 وجود ندارد (جدول 2).البته در مقايسه مستقل اين دو متغير در آزمون t تفاوت معني داري (P<0.0001)بين آنها ديده مي شود(جدول 3).اما در آزمون آناليز واريانس با توجه به حضور ساير متغيرها با ميانگين هاي متفاوت و حتي چندين برابر ميانگين آستانه كانتراست در اين فركانس فضايي و نيز نزديك بودن مقادير ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگهاي سفيد و سياه در اين فركانس فضايي (cpd 5) لذا تفاوت آماري معني داري در آزمون آناليز واريانس L.S.D. كه براي تمامي فركانسهاي فضايي انجام شد،در اين فركانس فضايي مشاهده نشد.اما كماكان ميانگين


آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس فضايي cpd25Sample 1: c25bl1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضاييcpd25 Sample 2: c25w1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس فضاييcpd2 Sample 3: c2bl1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضاييcpd2 Sample 4: c2w1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس فضاييcpd5 Sample 5: c5bl1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضاييcpd5 Sample 6: c5w1


Summary Statistics Count Average ------------------------------------------------------------c25bl1 26 5.81154 c25w1 26 8.13462 c2bl1 26 1.01538 c2w1 26 1.91154 c5bl1 26 1.16154 c5w1 26 1.81538 ------------------------------------------------------------Total 156 3.30833 Variance Standard deviation ------------------------------------------------------------c25bl1 9.41786 3.06885 c25w1 8.40075 2.89841 c2bl1 0.169354 0.411526 c2w1 0.578662 0.760698 c5bl1 0.191262 0.437335 c5w1 0.605354 0.778045 ------------------------------------------------------------Total 10.4375 3.23072
Minimum Maximum ------------------------------------------------------------c25bl1 1.6 13.7 c25w1 3.9 14.9 c2bl1 0.4 1.6 c2w1 0.8 3.5 c5bl1 0.4 1.9 c5w1 0.8 3.9 ------------------------------------------------------------ Sample 1: c25bl1Sample 2: c25w1Sample 3: c2bl1Sample 4: c2w1Sample 5: c5bl1Sample 6: c5w1Sample 1: 26 values ranging from 1.6 to 13.7Sample 2: 26 values ranging from 3.9 to 14.9Sample 3: 26 values ranging from 0.4 to 1.6Sample 4: 26 values ranging from 0.8 to 3.5Sample 5: 26 values ranging from 0.4 to 1.9Sample 6: 26 values ranging from 0.8 to 3.9Hypothesis Tests for c5w1-c2w1


جدول شماره1




آستانه كانتراست به رنگ سفيد بيشتر از سازش به رنگ سياه بوده است .
محدوده تغييرات آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در نقطه مينيمم 4/0% و در نقطه ماكزيمم 9/1% بوده است . مقادير مينيمم و ماكزيمم در سازش به رنگ سفيد به ترتيب بوده است كه مقدار مينيمم آن 8/0% ومقدار ماكزيمم آن 9/3%بوده است كه در مقايسه مقادير مينيمم و ماكزيمم در فركانس فضايي بين سازش به رنگ سياه و سازش به رنگ سفيد مبين آن است كه مقادير كانتراست در نقاط مينيمم و ماكزيمم مانند ميانگين اين مقادير در اين فركانس فضايي در مورد سازش به رنگ سفيد مقادير بيشتري را نشان مي دهد (جدول 1).
شرايط تقريبا مشابهي نيز در فركانس فضايي cpd 2 ديده مي شود.در سازش به رنگ سفيد حداقل آستانه كانتراست 8/0%و حداكثر آن 5/3% بوده است و ميانگين آن 9/1% بوده است و اين در حالي است كه براي سازش به رنگ سياه حداقل آستانه 4/0% و حداكثر آن 6/1% و ميانگين آن 1% بوده است(جدول 1) .آزمونهاي آماري آناليز واريانس L.S.D. انجام شده در كليه گروهها شبيه فركانس فضايي cpd 5 تفاوت معني داري را در سطح معني داري 5./0 نشان نمي داد ومقدار P=0.07 را به دست مي داد (جدول 2). البته در آزمون t در مقايسه بين ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد و سياه در اين فركانس فضايي تفاوت كاملا معني داري (P<0.0001)را نشان مي دهد كه حاكي از بالا تر بودن ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد بوده است (جدول 3).
بر طبق جدول شماره 2 مقايسه آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس هاي فضايي گوناگون نيز تفاوتهاي معني داري را نشان مي دهد.در فركانس فضايي cpd25ميانگين آستانه كانتراست 8/5%و در فركانس فضايي cpd 5 ميانگين آستانه كانتراست 2/1%5%و در فركانس فضايي cpd 2 ميانگين آستانه كانتراست 1% بوده است . در آزمون آناليز واريانس تفاوت معني داري بين ميانگين آستانه كانتراست در فركانس فضايي cpd 25 با فركانس هاي فضايي cpd 5 (P<0.0001)و cpd2 (P<0.0001)مشاهده مي شود لكن در فركانس هاي فضايي cpd 5 و cpd 2 در آزمون آناليز واريانس تفاوت معني داري بين آنها مشاهده نشد.در آزمون t در اين دو فركانس فضايي(cpd 2 cpd 5)تفاوت معني داري را (P<0.04)مي توان مشاهده نمود(جدول 3) .
در سازش به رنگ سفيد آستانه كانتراست در فركانس فضايي cpd 25 ميانگيني برابر 1/8% نشان مي داد ودر فركانس فضايي cpd 5 ميانگين آن 8/1% و در فركانس فضايي cpd 2 ميانگين آن 9/1% بوده است .آزمون آماري آناليز واريانس اين سه گروه حاكي از تفاوت معني دار ميانگين آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضايي cpd 25با فركانس فضايي cpd 5 و cpd 2 دارد (P<0.0001).البته در مقايسه فركانس هاي فضايي cpd 5 و cpd 2 تفاوت معني داري در آزمونهاي آناليز واريانس و t Test بين اين دو فركانس فضايي مشاهده نشد.


Post Hoc Tests




آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس فضايي cpd25Sample 1: c25bl1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضاييcpd25 Sample 2: c25w1 آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس فضاييcpd5 Sample 3: c5bl1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضاييcpd5 Sample 4: c5w1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه در فركانس فضاييcpd2 Sample 5: c2bl1
آستانه كانتراست در سازش به رنگ سفيد در فركانس فضاييcpd2 Sample 6: c2w1




جدول شماره 2









..Hypothesis Tests for c5bl1-c5w1Sample mean = -0.653846Sample median = -0.7T-test------Null hypothesis: mean = 0.0Alternative: not equalComputed t statistic = -5.42426P-Value = 0.0000124853Reject the null hypothesis for alpha = 0.05. Hypothesis Tests for c2bl1-c2w1Sample mean = -0.896154Sample median = -0.8t-test------Null hypothesis: mean = 0.0Alternative: not equalComputed t statistic = -6.86709P-Value = 3.37748E-7Reject the null hypothesis for alpha = 0.05.
Hypothesis Tests for c2bl1-c5bl1Sample mean = -0.146154Sample median = 0.0T-test------Null hypothesis: mean = 0.0Alternative: not equalComputed t statistic = -2.21711P-Value = 0.0359372Reject the null hypothesis for alpha = 0.05. Hypothesis Tests for c5w1-c2w1Sample mean = -0.0961538Sample median = -0.1T-test------Null hypothesis: mean = 0.0Alternative: not equalComputed t statistic = -0.836443P-Value = 0.41083Do not reject the null hypothesis for alpha = 0.05.


جدول شماره3


بحث :

نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه تفاوتهايي در آستانه كانتراست در فركانس هاي فضايي گوناگون ودر سازش به رنگهاي سياه و سفيد ديده مي شود. اين تفاوتها در پاسخ هاي سابجكتيو افراد مورد بررسي از آنجا نشأت گرفته است كه سيستم بينايي انسان توانمندي هاي بسيار زياد و بالقوه اي دارد.سيستم بينايي انسان داراي محدوده پويايي (Dynamic Range )گسترده اي از نظر شدت نور دريافتي و پاسخ به آن دارد. اين محدوده پويايي يك در ميليارد است. به همين خاطر سيستم بينايي انسان مي تواند با سه مكانيزم مرتبط و هماهنگ به اين محدوده پويايي دست يابد.اين سه مكانيزم عبارتند از 1- تغيير اندازه مردمك 2- تغيير سطح فعاليت سلول هاي آوران عصبي و 3- تغيير سطح رنگدانه هاي حساس به نور در سلول هاي گيرنده نوري شبكيه [13] اين سه مكانيزم سرعتهاي متفاوتي داشته و در شرايط متفاوت يكي از آنها اثر مهمتر و چشمگير تري را از خود نشان مي دهد.زمان عملكرد رفلكس مردمك تقريبا در حدود يك ثانيه است [14].تأثير گذاري مردمك در تغيير شدت نور ورودي به چشم در حدود شانزده برابر است.
تغييرات در سطح فعاليت اعصاب آوران چشم و سيستم بينايي بسيار سريع تر است ودر حد چند ميلي ثانيه حساسيت اعصاب شبكيه و سيستم بينايي در حدود هزار برابر تغيير خواهد كرد[15] تغيير در سطح رنگدانه هاي سلولهاي گيرنده نوري هرچند مكانيزم سريعي نيست و تا چند دقيقه به طول مي انجامد ولي مكانيزم بسيار مؤثري است و تا يك صد ميليون برابر حساسيت چشم را تغيير مي دهد.
با توجه به روش اتخاذ شده در اين پژوهش كه در روش كار توضيح داده شد مي توان نتيجه گرفت كه مهمترين مكانيزم مؤثر در پاسخ هاي ثبت شده مكانيزم دوم بوده است .زيرا در شرايط ثبت ميزان نور محيط ثابت بوده و در نتيجه اندازه مردمك در پاسخ به نور در همه حالات ثابت بوده است.واز سوي ديگر ثابت بودن شرايط محيطي و فاصله آزمون و نيز مدت آزمون مكانيزم سوم نيز خود به خود منتفي خواهد بود . بنابراين مي توان نتيجه گرفت تفاوت پاسخ هاي ارائه شده و تفاوت حساسيت در آستانه كانتراست ناشي از مكانيزم دوم كه همان تغيير سطح فعاليت اعصاب شبكيه اي و سيستم بينايي بوده است .
يكي از مهمترين قواعدي كه در اين زمينه شناخته شده است رابطه Weber-Fechner است . طبق اين رابطه تغييرات روشنايي قابل ادراك بستگي به روشنايي زمينه دارد [16].
DI/ I = cte رابطه شماره 2
در اين رابطه I شدت نور يا نور زمينه است وDI تغييرات روشنايي محسوس است. كه به روشنايي زمينه افزوده مي شود و امكان تشخيص لكه نوراني را در زمينه با روشنايي I فراهم مي سازد.بر طبق اين رابطه اگر روشنايي زمينه بيشتر شود تغيير روشنايي محرك روزمينهDI نيز بايستي متناسب با آن افزايش يابد. لذا افراد مورد بررسي در مواجهه با رنگ سفيد و در سازش با اين رنگ بر اساس رابطه Weber-Fechner چون ميزان I افزايش يافته است بنابراين DI نيز بايستي افزايش پيدا كند. بنابراين ميانگين آستانه كانتراست ثبت شده در سازش به رنگ سفيد در تمامي حالات بيشتر از ميانگين آستانه كانتراست ثبت شده در سازش به رنگ سياه بوده است .
اما فقط با رابطه Weber-Fechner نمي توان نتايج بدست آمده از اين پژوهش را توضيح داد زيرا در اين پژوهش مدولاسيون فركانس فضايي نيز در نظر گرفته شده است.واز سوي ديگر القاء كانتراست به دو صورت نزولي (DI-I ) وصعودي (DI+I) انجام شده بود كه نوع صعودي آن تسط رابطه Weber-Fechner توضيح داده شد.اما مدولاسيون فركانس فضايي و القاء كانتراست نزولي از جمله عواملي است كه تجربه انجام شده را متمايز از يك رابطه Weber-Fechner مي ساخت .در واقع رابطه Weber-Fechner پيش بيني مي كند كه در منطقه عملكرد سلول هاي مخروطي (Cone Function )با ثابت بودن نوع سازش و روشنايي آن ،مقدار DI ودر نتيجه ميزان كانتراست بايستي ثابت باشد. اما همانگونه كه در اين پژوهش نشان داده شد تفاوت آستانه كانتراست در سازش به رنگ سياه و سفيد در فركانسهاي فضايي مختلف شرايط يكساني را در يك سازش معين از خود نشان نمي دهد. لذا به نظر مي رسد رابطه Weber-Fechner و نمودار Baker [17]كه بر اساس اين رابطه بنا نهاده شده است ،قادر به توضيح كاملي از سازش سيستم بينايي را ندارد.
لذا براي توضيح اين يافته ها ناگزير از استفاده از پديده هاي ديگر چون مهار جانبي (Lateral Inhibition) هستيم [18].اين پديده باعث افزايش حساسيت كانتراست و كاهش آستانه آن مي شود.بر اساس اين پديده كه نوارهاي Mach [19] نيز توضيح داده مي شود،مي توان علت كاهش آستانه كانتراست را با كاهش فركانس فضايي نوارهاي ارائه شده به افراد مورد بررسي را توضيح داد.
در واقع يافته هاي بدست آمده مي تواند الگوي مناسبي را براي سازش و حساسيت سيستم بينايي بر اساس رابطه Weber-Fechner ،مهار جانبي ،پديده Mach Bands و بالاخره نظريه Receptive Fields به دست دهد [20]. براساس اين نظريه، ميدانهاي دريافت كننده (Receptive Fields )داراي انواع Concentric و Monocentric است كه هر كدام از آنها ممكن از نوع On Center يا Off Center باشند كه نهايتا به تشخيص بهتر لبه ها كمك مي كنند و آستانه كانتراست را كاهش مي دهند.
براساس اين يافته ها مي توان نتيجه گرفت كه هرچه فركانس فضايي الگوها افزايش مي يابد آستانه حساسيت كانتراست نيز افزايش خواهد يافت وتغييرات مشاهده شده در فركانس فضايي بالا به مراتب چشمگيرتر و مشهودتر از فركانس هاي فضايي پايين خواهد بود.
از نكات ديگري كه در اين پژوهش به طور شاخصي جلب نظر مي كند استفاده از الگوهاي موج مربعي است زيرا منحني هاي حساسيت كانتراست كه به طور باليني مورد استفاده قرار مي گيرند از يك تابع سينوسي كه نسبت به مكان در تغيير است تبعيت مي كند . در اين توابع مكاني كاهش فركانس فضايي كمتر از cpd 5 باعث افزايش آستانه حساسيت كانتراست مي شود [21].در اين بررسي فركانس فضايي انتخاب شده تابع مربعي از مكان بوده است.اما الگوي فيلتراسيون مكاني مشاهده شده در مورد فركانس فضايي در هر دو حالت يك فيلتر پايين گذر را تداعي مي كند.كه اين فيلتراسيون با شيب متفاوت در سازش به رنگهاي سفيد و سياه ديده مي شود. با توجه به نتايج به دست آمده شيب نمودار فيلتر پايين گذر در سازش به رنگ سفيد شيب كندتري را نسبت به سازش به رنگ سياه از خود نشان مي دهد.

نتيجه گيري:
آنچه كه از اين بررسي به طور بارزي به نظر مي رسد اين است كه در آزمونهاي سايكوفيزيكي شرايط اوليه آزمون بر نتايج نهايي آن اثر قابل توجهي را اعمال خواهد كرد . در واقع گزارش نتايج نهايي بدون ذكر شرايط آزمون چندان مفيد نيست و توصيف دقيقي از شرايط بينايي فرد مورد آزمون ارائه نخواهد كرد.
نكته قابل توجه ديگري كه بايستي به آن توجه كرد اين است كه در آزمون هاي سايكوفيزيكي روند فعال سازي ويا مهار سيستم بينايي در شرايط مشخص و تعريف شده مهمترين عامل تعيين كننده در كميت و كيفيت پاسخ هاي ارائه شده خواهد بود.
اما نكته بسيار مهم ديگري كه در اين پژوهش با توجه به نتايج آن جلب نظر مي كند اين است كه با ايجاد تغييرات كوچكي در آزمونهاي سايكوفيزيكي متداول ،كه به طور گسترده اي در ارزيابي انواع اختلالها و بيماريها مورد توجه و استفاده است [22 ]مي توان بر حساسيت آنها براي يافتن اختلالهاي سيستم بينايي در مراحل اوليه افزود.البته مطالعات دقيق تر وجامع تري براي هر آزمون به طور اختصاصي لازم خواهد بود.


References:

1- Berkley MA, Kitterle F., Grating visibility as a function of orientation and retinal eccentricity, Vis. Res 1975; 15:239-44.
2- Marr, D. Visual information Processing, Bio. Sci., 1980,290:199-218.
3- Ohzawa I, Sclar G, Freeman RD, Contrast gains Control in the cat’s visual system, J Neuro Physio. 1985; 54:651-67.
4- Foley JM, Human luminance pattern – vision mechanisms, J Opt Soc is A 1994:11: 1710- 9.
5- Cannon MW, Fullenkamp A, A transducer Model for contrast perception, Vis Res. 1991: 31: 983-98.
6- Watson AB, Solomon JA, Contrast gain control model fits masking data, Inves. Ophthalmol. Vis Sci. 1995, 36: 438-42.
7- Ejima Y, Takahashi S, Apparent contrast of a sinusoidal grating in the simultaneous presence of peripheral gratings, Vis. Res. 1985,25: 1223-32.
8- Snowden RJ, Hammet ST, The effects of surround contrast on contrast thresholds, Vis. Res. 1998, 38: 1935-45.
9- Cameron EL, Tai JC, Covert attention affects the psychometric function of contrast sensitivity, Vis. Res. 2002, 42: 949-67.
10- Carrasco M, Penpeci-Talgar C, Spatial covert attention increases contrast sensitivity across the CSF, Vis. Res. 2000, 40, 1203-15.
11- Carney T, Kein SA, Optimal spatial localization is limited by contrast sensitivity, Vis. Res 1999: 39: 503-11.
12- Arden GB, Testing Contrast sensitivity in clinical practice, Clin Vis. Sci. 1988,2:213-224.
13- Gvardovski VI, Calvert PD, Photoreceptor lights adaptation, J Eur. Physiol. 2000 Dec, 116:6: 791-4.
14- Detwiler PB, Gray-Keller MP, The mechanisms of vertebrate light adaptation, Curr. Opin Neuro Biolo. 1996: 6: 4: 440-4.
15- Burkhardt DA, Light adaptation and contrast in the outer retina, Pro. Brain Res. 2001, 131:407-18.
16- Johnson KO, Stao H, Neural coding and the basic low of psychophysics, Neuroscientist, 2002, 8,2: 111-21.
17- Hamer RD, Computational analysis of vertebrate phototrasduction, Vis. Neurosci 2000,sep-Oct 17:5:679-99.
18- Tardif E, Richer L, Spatial resolution and contrast sensitivity of single neurons in area 19 of split – chiasm cats. Eur. J NeuroSci. 1997,9:1929-39.
19- Sjostrand ES, A neural mechanism improving visual acuity by contrast enhancement, J Submicrosc. Cyto. Pathol. , 2001,33(1-2) 1-5.
20- Wall M, Sadun AA, New method of sensory visual testing, Springer, 1989, pp1-144.
21- Georgeson MA, Sullivan GD, Contrast constancy, J Physiology 1975,252, 625-656.
22- Langkilde AR, Fiederiksen JL, Functional MRI of the visual cortex and visual testing in patients with previous optic neuritis, Eur. J. Neurol. 2002,9:277-86.