" Αξιολόγηση της αναγνωρισιμότητας διαφορετικών οπτότυπων σε φυσιολογικό πληθυσμό και σε ασθενείς με χαμηλή όραση."

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΠΤΙΚΗ & ΟΡΑΣΗ Μεταπτυχιακή Εργασία: " Αξιολόγηση της αναγνωρισιμότητας διαφορετικών οπτότυπων σε φυσιολογικό πληθυσμό και σε ασθενείς με χαμηλή όραση." Ευτυχία Φελώνη Επιβλέπων: Δρ. Σωτήρης Πλαΐνης Ακαδημαϊκό έτος

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΠΤΙΚΗ & ΟΡΑΣΗ Μεταπτυχιακή Εργασία: " Αξιολόγηση της αναγνωρισιμότητας διαφορετικών οπτότυπων σε φυσιολογικό πληθυσμό και σε ασθενείς με χαμηλή όραση." Ευτυχία Φελώνη Επιβλέπων: Δρ. Σωτήρης Πλαΐνης Η παρούσα εργασία υπεβλήθη στις 30/06/2008 ως μέρος των υποχρεώσεων για την απονομή του μεταπτυχιακού διπλώματος ειδίκευσης του Διατμηματικού Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Οπτική και Όραση» και παρουσιάστηκε στην Τριμελή Επιτροπή αποτελούμενη από τους: 1. Επίτιμο Λέκτορα, Πανεπιστημίου Μάντσεστερ, Σωτήρη Πλαΐνη 2. Επίκουρο Καθηγητή Οφθαλμολογίας, Πανεπιστημίου Κρήτης, Μιλτιάδη Τσιλιμπάρη 3. Επίκουρη Καθηγήτρια Στατιστικής, Πανεπιστημίου Κρήτης, Τμήματος Ιατρικής, Ιωάννα Μοσχανδρέα Ακαδημαϊκό έτος

3 Περίληψη Σκοπός: Η αξιολόγηση της διακριτικής ικανότητας του οφθαλμικού συστήματος πραγματοποιείται στην καθημερινή κλινική πράξη με τη μέθοδο της οπτικής οξύτητας η οποία αποτελεί το πιο καθοριστικό στοιχείο της αίσθησης της οπτικής αντίληψης. Οι ειδικά διαμορφωμένοι UoC πίνακες που εισήχθησαν στο Πανεπιστήμιο της Κρήτης (Plainis et al., 2007) αποτελούν τροποποιημένους ETDRS πίνακες αναγνώρισης γραμμάτων σε ευρύ φάσμα, ενώ οι πίνακες με το οπτότυπο Landolt-C και Illiterate-E ανήκουν σε πίνακες οξύτητας που στηρίζονται στην ανάλυση συμβόλων. Κύριος σκοπός αυτής της μελέτης ήταν η αξιολόγηση της αναγνωρισιμότητας των διαφορετικών αυτών οπτότυπων σε φυσιολογικό πληθυσμό και σε άτομα που εμφανίζουν μειωμένη όραση. Μεθοδολογία: Η επαναληψιμότητα της οπτικής οξύτητας αξιολογήθηκε στους ειδικά διαμορφωμένους UoC πίνακες αναγνώρισης γραμμάτων (recognition acuity) και στους Landolt-C και Illiterate-E πίνακες ανάλυσης συμβόλων (resolution acuity), σε δύο διαφορετικές συνθήκες: σε φυσιολογική και σε μειωμένη όραση. Η σύγκριση των τιμών της οπτικής οξύτητας όπως αυτή εκτιμήθηκε στους διαφορετικούς αυτούς πίνακες οπτότυπων πραγματοποιήθηκε μέσω της ακόλουθης διαδικασίας: Πείραμα: Αξιολογήθηκε η οπτική οξύτητα 80 ατόμων: 22 σπουδαστών (40 οφθαλμοί) του Πανεπιστημίου Κρήτης, 15 ατόμων (30 οφθαλμοί) από την ερευνητική ομάδα και το προσωπικό του Ινστιτούτου Οπτικής και Όρασης και 3 ατόμων (6 οφθαλμοί) του τμήματος Βυθού του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου ΠΑΓΝΗ, ηλικίας ετών που αποτέλεσαν την πρώτη ομάδα εξεταζόμενων με φυσιολογική όραση και 25 ασθενών, ηλικίας ετών που αποτέλεσαν τη δεύτερη ομάδα εξεταζόμενων. ιαμορφώθηκαν επιπλέον δύο νέες συνθήκες υπό εξέταση (2 νέες υποομάδες): μειωμένη όραση εξαιτίας παρουσίας καταρράκτη και εξαιτίας αμφιβληστροειδοπαθειών. Στις δύο εξεταζόμενες ομάδες και στις δύο υποομάδες χρησιμοποιήθηκαν οι ειδικά διαμορφωμένοι ETDRS πίνακες (πίνακας 1 για Ο και πίνακας 2 για ΑΟ), ο πίνακας με το οπτότυπο Landolt-C και το οπτότυπο Illiterate-E. Οι πίνακες είχαν τοποθετηθεί στο καθιερωμένο φωτεινό κουτί, σε απόσταση 4 μέτρων. Τα αποτελέσματα της οπτικής οξύτητας προήλθαν από τον υπολογισμό των γραμμάτων που χάθηκαν έως την τελευταία γραμμή που διαβάστηκε. Οι πίνακες εμφανίζονταν σε τυχαία σειρά και οι συμμετέχοντες εξετάστηκαν με τη συνήθη τους διόρθωση. 3

4 Αποτελέσματα: Για το δεξιό οφθαλμό η διαφορά στην οπτική οξύτητα μεταξύ των πινάκων UoC και Landolt-C είναι logmar (-2.4 γράμματα) σε φυσιολογικές συνθήκες και logmar (-6.9 γράμματα) σε συνθήκες μειωμένης όρασης, logmar (1 γράμμα) μεταξύ των πινάκων UoC και Illiterate-E και στις δύο εξεταζόμενες συνθήκες όρασης, ενώ η διαφορά στις τιμές της οπτικής οξύτητας μεταξύ των πινάκων Landolt-C και Illiterate-E ανέρχεται στα 0.02 logmar (1 γράμμα) και 0.12 logmar (5.9 γράμματα) αντίστοιχα. Για τον αριστερό οφθαλμό, η διαφορά στην οπτική οξύτητα μεταξύ των πινάκων UoC και Landolt-C είναι logmar (-1.4 γράμματα) σε φυσιολογικές συνθήκες και logmar (-6.5 γράμματα) σε συνθήκες μειωμένης όρασης, logmar (0.5 γράμμα) και logmar (-2 γράμματα) αντίστοιχα μεταξύ των πινάκων UoC και Illiterate-E, ενώ η διαφορά στις τιμές της οπτικής οξύτητας μεταξύ των πινάκων Landolt-C και Illiterate- E ανέρχεται στα 0.02 logmar και 0.09 logmar (4.7 γράμματα) αντίστοιχα. Η εκτίμηση της οπτικής οξύτητας στις δύο υποομάδες μειωμένης όρασης (ασθενείς με καταρράκτη/ πάσχοντες από αμφιβληστροειδοπάθειες) οδήγησε στα ακόλουθα αποτελέσματα: η διαφορά στην οπτική οξύτητα για το δεξιό οφθαλμό μεταξύ των πινάκων UoC και Landolt-C είναι logmar στην περίπτωση του καταρράκτη και logmar στα περιστατικά αμφιβληστροειδοπαθειών, logmar και logmar αντίστοιχα μεταξύ των πινάκων UoC και Illiterate-E, ενώ μεταξύ των πινάκων Landolt-C και Illiterate-E, η διαφορά ανέρχεται στα 0.13 logmar και 0.10 logmar αντίστοιχα. Συμπεράσματα: Καταλήξαμε ότι η οπτική οξύτητα διαφέρει αρκετά μεταξύ των πινάκων του Πανεπιστημίου της Κρήτης και του Landolt-C πίνακα όταν αυτή αξιολογείται σε διαφορετικές συνθήκες όρασης (φυσιολογική και μειωμένη όραση), δε σημειώνει σημαντική διαφορά μεταξύ των πινάκων UoC και Illiterate-E, ενώ μεταξύ των Landolt-C και Illiterate-E πινάκων διαφέρει επίσης σημαντικά. Ένα επιπλέον συμπέρασμα στο οποίο καταλήξαμε είναι ότι η οπτική οξύτητα δε διαφέρει σημαντικά μεταξύ των πινάκων UoC και Landolt-C, UoC και Illiterate-E και Landolt-C και Illiterate-E πινάκων όταν αυτή αξιολογείται στις δύο διαφορετικές παθολογικές συνθήκες εξέτασης (καταρράκτη και αμφιβληστροειδοπάθειες). Ουσιαστικά, δηλαδή βρέθηκε ότι η καθαυτή επίδραση των συγκεκριμένων παθολογικών παραγόντων μειωμένης όρασης είναι αμελητέα στη διαφορά των τιμών της οπτικής οξύτητας που παρατηρείται ανά δύο ζεύγη συγκριθέντων πινάκων αξιολόγησής της. 4

5 ABSTRACT Purpose: The assessment of visual performance is achieved in optometric practice by the measurement of visual acuity (VA) which constitutes the most essential part of visual perception. The properly constructed UoC charts developed in the University of Crete (Plainis et al., 2007) represent modified ETDRS charts of letter recognition used in a wider range while the Landolt-C and Illiterate-E optotypes belong to visual acuity charts based on symbol resolution. The main purpose of this study was to assess the identification of these different optotypes in a normal group and in patients with vision loss. Methods: The repeatability of visual acuity was assessed using the modified UoC chart of letter recognition (recognition acuity) and the Landolt-C, Illiterate-E charts of symbol resolution (resolution acuity) in two different conditions; in normal vision and in vision loss situations. The legibility of the optotypes of these charts was evaluated by the following experiment; Experiment; Visual acuity of 80 people was assessed; of 22 students (40 eyes) of the University of Crete, 15 people (30 eyes) of the working team of the Optics and Vision Institute and 3 people (6 eyes) working in the Hospital of Heraklion in Crete (age range 23-42) with normal vision who represented the first group of the study and of 25 patients (age range 46-83) who represented the second group with vision loss. During the study, two more subgroups occurred; that of vision loss as a result of cataract and of vision loss caused by various retinopathies. All the under evaluation groups were tested with the modified UoC charts (chart 1 for RE, chart 2 for LE) and the charts with the Landolt-C (chart 3) and the Illiterate-E (chart 4) optotypes used for both eyes. The charts were installed in the standard light box at a 4m distance. Visual acuity score was derived from the calculation of missed letters up to the last readable line. All the charts were viewed in random order. Subjects were tested with their habitual spectacle correction. Results: For right eyes, the difference in visual acuity scores was logmar (-2.4 letters) between the UoC and the Landolt-C chart in normal vision conditions and logmar (-6.9 letters) in vision loss conditions, logmar (1 letters) between UoC and Illiterate-E charts in both evaluated conditions, while the mean difference of visual acuity measurements between the Landolt-C and Illiterate-E charts ranges up to 0.02 logmar (1 letter) και 0.12 logmar (5.9 letters) respectively. Following the same process for left eyes, the mean difference in visual acuity scores was

6 logmar (-1.4 letters) between the UoC and the Landolt-C chart in normal vision conditions and logmar (-6.5 letters) in vision loss conditions, logmar (0.5 letter) and logmar (-2 letters) respectively between UoC and Illiterate-E charts, while the difference of visual acuity measurements between the Landolt-C and Illiterate-E charts ranges up to 0.02 logmar (1 letter) και 0.09 logmar (4.7 letters) respectively. The evaluation of vision acuity repeatability in the two subgroups of vision loss (patients suffering from cataract/retinopathies) led to the following results; for right eyes the mean difference in visual acuity scores between the UoC charts Landolt-C charts was logmar in the cataract subgroup and logmar in the retinopathies-group, logmar and logmar respectively between the UoC and Illiterate-E charts, while the mean difference of visual acuity measurements between the Landolt-C and Illiterate-E charts ranges up to 0.13 logmar και 0.10 logmar (4.7 letters) respectively. Conclusions: The overall pattern of results suggests that the evaluation of visual acuity greatly differs between the UoC and Landolt-C charts and between Landolt-C and Illiterate-E charts, when it is assessed in different vision conditions (normal vision and vision loss), while it does not differ between UoC and Illiterate-E charts. Moreover, it is also concluded that visual acuity scores do not differ between the chosen pairs of charts (UoC-Landolt C, UoC-Illiterate E, Landolt C-illiterate E) when visual acuity is evaluated in the different pathological conditions of vision loss (cataract and retinopathies). What was basically shown was that the two specific pathological conditions do not have an effect on the mean difference of visual acuity values measured using the pairs of visual acuity charts. 6

7 Αφιερώνεται στην αδελφή μου. 7

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΟΡΑΣΗΣ Η αίσθηση της όρασης Οπτική επεξεργασία από τον αμφιβληστροειδή ιακριτική ικανότητα Οπτική Οξύτητα Μέση οπτική οξύτητα σε φυσιολογικό οφθαλμό Αξιολόγηση της οπτικής οξύτητας Πίνακες οπτότυπων Εξέλιξη των πινάκων οπτικής οξύτητας Σύγχρονοι πίνακες οπτότυπων Ο πίνακας του Snellen Ο πίνακας ETDRS (Bailey-Lovie) Ο πίνακας με το Illiterate-E οπτότυπο Ο πίνακας με το Landolt-C οπτότυπο Ο πίνακας Pelli-Robson Ο πίνακας με τα ισο-ευκρινή οπτότυπα Σύγκριση αποτελεσμάτων αξιολόγησης οπτικής οξύτητας σε πίνακες ανάλυσης και πίνακες αναγνώρισης Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα του αμφιβληστροειδικού ειδώλου Μέγεθος κόρης Εκτροπές υψηλής τάξης Χρωματική εκτροπή Μικρά σφάλματα εστίασης κατά την προσαρμογή Σκέδαση Συνθήκες φωτισμού ιαθλαστικά σφάλματα Μυωπία Υπερμετρωπία Αστιγματισμός Πρεσβυωπία Συχνότητα εμφάνισης των διαθλαστικών σφαλμάτων στον πληθυσμό Οπτική οξύτητα σε χαμηλές συνθήκες όρασης Ηλικιακές μεταβολές στις οπτικές ιδιότητες και Οπτική οξύτητα (Γήρανση του οφθαλμού) Blur Blur adaptation Σκοπός της μελέτης.54 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Αξιολόγηση της οπτικής οξύτητας με χρήση τεσσάρων πινάκων Συμμετέχοντες Επιπρόσθετες διαμορφωθείσες ομάδες ιαδικασία συλλογής δεδομένων Χαρακτηριστικά πινάκων εξέτασης που χρησιμοποιήθηκαν ιαδικασία μέτρησης Εξέταση οπτικής οξύτητας Βαθμολόγηση οπτικής οξύτητας Στατιστική ανάλυση.62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αποτελέσματα αξιολόγησης οπτικής οξύτητας με χρήση των 4 πινάκων Αξιολόγηση οπτικής οξύτητας σε συνθήκες φυσιολογικής όρασης Αξιολόγηση οπτικής οξύτητας του δεξιού οφθαλμού Αξιολόγηση οπτικής οξύτητας του αριστερού οφθαλμού Αξιολόγηση οπτικής οξύτητας σε συνθήκες χαμηλής όρασης Αξιολόγηση οπτικής οξύτητας του δεξιού οφθαλμού Αξιολόγηση οπτικής οξύτητας του αριστερού οφθαλμού Αξιολόγηση επαναληψιμότητας οπτικής οξύτητας σε συνθήκες φυσιολογικής και χαμηλής όρασης Αξιολόγηση επαναληψιμότητας οπτικής οξύτητας του δεξιού οφθαλμού Αξιολόγηση επαναληψιμότητας οπτικής οξύτητας του αριστερού οφθαλμού Αξιολόγηση επαναληψιμότητας οπτικής οξύτητας σε καταρράκτη και αμφιβληστροειδοπάθειες Αξιολόγηση επαναληψιμότητας οπτικής οξύτητας του δεξιού οφθαλμού Αξιολόγηση επαναληψιμότητας οπτικής οξύτητας του αριστερού οφθαλμού 92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εισαγωγή Αξιολόγηση επαναληψιμότητας της οπτικής οξύτητας σε φυσιολογικές συνθήκες και σε συνθήκες χαμηλής όρασης Αξιολόγηση επαναληψιμότητας της οπτικής οξύτητας με χρήση διαφορετικών πινάκων, σε φυσιολογικές συνθήκες όρασης Αξιολόγηση επαναληψιμότητας της οπτικής οξύτητας με χρήση διαφορετικών πινάκων, σε συνθήκες χαμηλής όρασης Αξιολόγηση επαναληψιμότητας της οπτικής οξύτητας με χρήση διαφορετικών πινάκων, σε παθήσεις καταρράκτη και σε αμφιβληστροειδοπάθειες Σχόλια και περιοριστικοί παράγοντες μελέτης. 99 9

10 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ REFERENCES..107 ΥΠΟΛΟΙΠΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΟΡΑΣΗΣ 1.1 Η αίσθηση της όρασης Η αντίληψη του φωτός, των αντικειμένων και των χρωμάτων γίνεται με την αίσθηση της όρασης η οποία συγκροτείται από συνδυασμό ποικίλων και διαφορετικών αυτόνομων ικανοτήτων. Θεωρείται η ανώτατη αισθητηριακή λειτουργία που μας φέρνει ουσιαστικά σε επαφή με τον περιβάλλοντα χώρο ώστε να συνειδητοποιούμε τη θέση μας κάθε στιγμή και την κίνησή μας ως προς τα γύρω μας αντικείμενα και πρόσωπα. Στην αίσθηση της λειτουργικής όρασης οφείλεται ικανότητα που παρουσιάζει ένα άτομο να διακρίνει διάφορα αντικείμενα στον περιβάλλοντα χώρο τα οποία παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση στο σχήμα, το μέγεθος, τη φωτεινότητα και την αντίθεση φωτεινότητας. Το πόσο μπορούμε να έχουμε ικανοποιητική αντίληψη αυτών και να κινούμαστε μέσα στο χώρο που τα πλαισιώνει εξαρτάται από το πόσο αποτελεσματικά επεξεργάζεται ο εγκέφαλος τις οπτικές πληροφορίες που δέχεται. η Σχήμα 1: Τα στάδια της οπτικής αντίληψης. Η οπτική αντίληψη αρχίζει στον αμφιβληστροειδή και πραγματοποιείται σε δύο στάδια (σχήμα 1). Το φως που διαπερνά την πρόσθια επιφάνεια του κερατοειδή χιτώνα προβάλλεται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα, ένα εξειδικευμένο αισθητήριο όργανο στο βυθό του οφθαλμού, ο οποίος μετατρέπει τα απορροφούμενα φωτόνια (φωτεινή ενέργεια) σε ηλεκτρικά σήματα (νευρικές ώσεις). Στη συνέχεια, τα σήματα αυτά μεταβιβάζονται μέσω του οπτικού νεύρου, αρχικά στον έξω γονατώδη πυρήνα 11

12 (LGN), στη συνέχεια στο κέντρο της όρασης (V1, πρωτοταγής οπτικός φλοιός) και έπειτα σε ανώτερα κέντρα του εγκεφάλου για περαιτέρω ανάλυση, αναγκαία για την αντίληψη (συγκεκριμένα, στο V4 για την αποκωδικοποίηση του χρώματος, της μορφής και του σχήματος των εικόνων και στο V5 για τον προσανατολισμό, την κίνηση και το βάθος πεδίου των εικόνων). Στα ανώτερα αυτά εγκεφαλικά κέντρα οι οπτικές πληροφορίες αναλύονται και εκδηλώνονται μέσω αντιδράσεων του μυοσκελετικού μας συστήματος. Σχήμα 2: Οι κυριότερες κατηγορίες νευρώνων του αμφιβληστροειδή (φωτοϋποδοχείς, οριζόντια, δίπολα, βραχύινα και γαγγλιακά κύτταρα) Ο αμφιβληστροειδής συμπεριλαμβάνεται στο κεντρικό νευρικό σύστημα και αποτελεί το φωτοευαίσθητο χιτώνα του οφθαλμού, γεγονός που οφείλεται στους διαφορετικούς τύπους των εξειδικευμένων εγκεφαλικών κυττάρων που διαθέτει. Οι αμφιβληστροειδικοί νευρώνες των ανώτερων θηλαστικών διακρίνονται σε τρεις βασικές κατηγορίες: τους φωτοϋποδοχείς (ραβδιοφόρα και τα κωνιοφόρα κύτταρα), τους ενδιάμεσους νευρώνες (οριζόντια κύτταρα, δίπολα κύτταρα, βραχύινα ή αμακρύινα κύτταρα) και τα γαγγλιακά κύτταρα (σχήμα 2) Οπτική επεξεργασία από τον αμφιβληστροειδή Οι λειτουργίες της όρασης διεκπεραιώνονται με την επεξεργασία και τη μεταβίβαση των οπτικών πληροφοριών από τους νευρώνες της οπτικής οδού. Η όραση, ανάλογα με τη λειτουργικότητά της, μπορεί να διακριθεί στην κεντρική και στην περιφερική. Η κεντρική όραση είναι αποτέλεσμα της λειτουργίας του κεντρικού 12

13 βοθρίου της ωχράς κηλίδας [που αποτελεί το λεπτότερο σημείο του αμφιβληστροειδή (~150μm) και λόγω της υψηλής πυκνότητας των κωνίων εμφανίζει τη μέγιστη ευκρίνεια], ενώ η περιφερική όραση, του υπόλοιπου του αμφιβληστροειδή. Βέβαια, σημαντική συμμετοχή στο διαχωρισμό της όρασης σε κεντρική και περιφερική έχουν και τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά των γαγγλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδή και του οπτικού νεύρου καθώς και ο τρόπος διάταξής τους. Οι Φωτοϋποδοχείς της όρασης Η οπτική απόδοση μπορεί να χωριστεί σε δύο τμήματα με βάση τη λειτουργία των φωτοϋποδοχέων: Στο τμήμα όπου το μάτι ανταποκρίνεται σε χαμηλά επίπεδα φωτεινότητας (σκοτοπική όραση) εξαιτίας της δράσης των ραβδίων και σε αυτό στο οποίο το μάτι ανταποκρίνεται σε υψηλά επίπεδα φωτεινότητας εξαιτίας της δράσης των κωνίων (φωτοπική όραση). Τα κωνία και τα ραβδία δεν παράγουν δυναμικά ενέργειας, αλλά σε αντίθεση με τους περισσότερους νευρώνες ανταποκρίνονται στο φως με διαβαθμισμένες αλλαγές του δυναμικού μεμβράνης. Ο αμφιβληστροειδής περιέχει περίπου 5 εκατ. κωνία και 120 εκατ. ραβδία τα οποία, όμως, δεν κατανέμονται ομοιόμορφα. Τα ραβδία βρίσκονται κατά βάση στην περιφέρεια και τα κωνία στο κεντρικό βοθρίο όπου απουσιάζουν εντελώς τα ραβδία. Τα κωνία είναι αυτά που διεκπεραιώνουν την έγχρωμη όραση. Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι κωνίων για αυτόν το σκοπό τα οποία ξεχωρίζουν από τη χωριστή χρωστική του εκάστοτε τύπου η οποία είναι πιο ευαίσθητη σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του ορατού φάσματος (419, 531, 559μm). Αντίθετα, τα ραβδία διαθέτουν ένα μόνο είδος χρωστικής. Η διαφορετικότητα των κωνιοφόρων και ραβδιοφόρων κυττάρων του αμφιβληστροειδή έγκειται σε πολλούς ακόμη παράγοντες. Τα κωνία παρουσιάζουν μικρότερη ευαισθησία σε σχέση με τα ραβδία, με τα κωνία να είναι πολύ ευαίσθητα στις άμεσες αξονικές ακτίνες και τα ραβδία στο άμεσα διάχυτο φως. Επίσης, τα κωνιοφόρα κύτταρα περιλαμβάνουν λιγότερη φωτοχρωστική συγκριτικά με αυτή των ραβδίων που μπορούν και δεσμεύουν περισσότερο φως. Επιπλέον, τα κωνία παρουσιάζουν ταχεία απόκριση στα ερεθίσματα άρα και μικρό χρόνο ολοκλήρωσης της φωτομεταγωγής (μεγάλη χωρική διακριτική ικανότητα), ενώ τα ραβδία εμφανίζουν βραδεία απόκριση συνεπώς και μεγάλης διάρκειας φωτομεταγωγή (μικρή χρονική διακριτική ικανότητα). 13

14 Κωνιοφόρα κύτταρα Ραβδιοφόρα κύτταρα Αριθμός 5Μ 120Μ Κατανομή Κεντρικό αμφιβληστροειδή Περιφέρεια (απουσιάζουν από το κεντρικό βοθρίο) Συνδέσεις Τα κεντρικά κωνία στέλνουν πληροφορίες σε ένα μόνο γάγγλιο Σύγκλιση πολλών ραβδίων Χρονική Απόκριση Γρήγορη ( ~ 50 msec) Αργή ( ~ 200 msec) Απόκριση στο φως Υπερπόλωση Υπερπόλωση Κατευθυντικότητα Οπτικές Χρωστικές Χρονική διακριτική ικανότητα Ναι. Ευαίσθητα στις άμεσες αξονικές ακτίνες (Stiles Crawford effect) Τρεις χρωστικές με μέγιστη ευαισθησία στα: 419, 531,559 μm Υψηλή ( ~ 55Hz) Όχι. Ευαίσθητα στο διάχυτο φως Ροδοψίνη Χαμηλή ( ~ 12Hz) Φωτεινή ευαισθησία Μικρή ~ φορές μεγαλύτερη από τα κωνία Χωρικά διακριτική ικανότητα Μεγάλη ( ~20/10) Μικρή ( ~< 1/10) Έγχρωμη όραση Ναι. Τρεις τύποι κωνίων Όχι Προσαρμογή 5-8 λεπτά 40 λεπτά Πίνακας 1: Νευροφυσιολογικές διαφορές μεταξύ ραβδίων και κωνίων ίπολα και οριζόντια κύτταρα. Το όνομά τους προέρχεται από την ίδια τους τη λειτουργικότητα. Τα δίπολα κύτταρα παρουσιάζουν δύο "πόλους" ή δύο σημεία σύνδεσης με τους φωτοϋποδοχείς. Η μία σύνδεση πραγματοποιείται με το φωτοϋποδοχέα και η άλλη με ένα γαγγλιακό κύτταρο. Ορισμένα δίπολα έρχονται σε επαφή μόνο με κωνία (cone bipolars) και άλλα μόνο με ραβδία (rod bipolars). Αν και ορισμένα κωνιο-δίπολα (κυρίως στο κέντρο του αμφιβληστροειδή) έρχονται σε άμεση επαφή με μόνο ένα κωνίο, είναι πιθανό να δέχονται και έμμεσες πληροφορίες από άλλα κωνία (μέσω των οριζόντιων κυττάρων ή συνάψεων των φωτοϋποδοχέων με άλλους φωτοϋποδοχείς). Αντίθετα, κάθε ραβδίο έρχεται σε επαφή με 2 έως 5 ραβδιοδίπολα, ενώ κάθε ραβδιο-δίπολο δέχεται πληροφορίες από 30 έως 50 διαφορετικά ραβδία. Αν και τα δίπολα κύτταρα μεταβιβάζουν τις πληροφορίες κατακόρυφα στην οπτική οδό (vertical pathway), τα οριζόντια κύτταρα μεταβιβάζουν τις πληροφορίες πλαγίως (lateral pathway). Οι αποκρίσεις τόσο των οριζόντιων όσο και των δίπολων κυττάρων πραγματοποιούνται με τη μορφή δυναμικών ενεργείας. 14

15 Σχήμα 3: Μορφολογικά χαρακτηριστικά των κυριότερων νευρώνων του αμφιβληστροειδή (φωτοϋποδοχείς, οριζόντια, δίπολα, αμακρύινα και γαγγλιακά κύτταρα από πάνω προς τα κάτω αντίστοιχα). Τα βραχύινα και τα γαγγλιακά κύτταρα παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη ποικιλομορφία (29 και αντίστοιχα), ενώ υπάρχουν μόνο δύο τύποι οριζόντιων κυττάρων. Αμακρύινα ή βραχύινα κύτταρα. Αποτελούν μια ξεχωριστή ομάδα νευρώνων του αμφιβληστροειδή και αποκαλούνται έτσι, διότι φαίνεται να μην έχουν νευρίτη. Υπάρχουν πολλοί τύποι αμακρύινων κυττάρων που διαφέρουν στο μέγεθος, στη μορφολογία και στη λειτουργία. Συχνά διαμορφώνουν διασυνδέσεις μεταξύ των διπολικών και των γαγγλιακών κυττάρων, αλλά και μεταξύ τους, διανέμοντας τις πληροφορίες πλαγίως (όπως τα οριζόντια κύτταρα). Γαγγλιακά κύτταρα. Αποτελούν την τελευταία στιβάδα κυττάρων στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Σε αντίθεση με τους φωτοϋποδοχείς οι οποίοι αποκρίνονται στο φως με βαθμιαίες αλλαγές του δυναμικού μεμβράνης, κάθε γάγγλιο διαβιβάζει τις πληροφορίες στον εγκέφαλο ως σειρές δυναμικών ενέργειας. Οι νευροάξονες (νευρικές απολήξεις) των γαγγλιακών κυττάρων σχηματίζουν το οπτικό νεύρο, το οποίο προβάλλει σε τρεις υποφλοιϊκές περιοχές: το 90% των νευροαξόνων στον έξω γονατώδη πυρήνα (LGN), ενώ το 10% των νευροαξόνων στο άνω διδύμιο για τη διεκπεραίωση των οφθαλμικών κινήσεων, καθώς και στην 15

16 προτετραδυμική περιοχή, σημαντική για την παραγωγή των αντανακλαστικών της κόρης του οφθαλμού. Οι πληροφορίες που τα γαγγλιακά κύτταρα μεταβιβάζουν στον ινιακό φλοιό προέρχονται πάντα από τους ίδιους φωτοϋποδοχείς του αμφιβληστροειδή, το λεγόμενο υποδεκτικό πεδίο του γαγγλιακού κυττάρου. Στην ουσία, το υποδεκτικό πεδίο είναι η περιοχή του αμφιβληστροειδή την οποία ελέγχει το κάθε γαγγλιακό κύτταρο (σχήμα 4). Είναι με λίγα λόγια ο χώρος του αμφιβληστροειδή για τον οποίο είναι υπεύθυνο το εκάστοτε γαγγλιακό κύτταρο. Τα υποδεκτικά πεδία είναι θεωρητικά κυκλικά, αν και τελευταίες έρευνες καταρρίπτουν εν μέρει τη θεωρία αυτή, και στο κεντρικό βοθρίο έχουν μικρή έκταση ενώ στην περιφέρεια είναι μεγαλύτερα λόγω μειωμένης οπτικής οξύτητας. Σχήμα 4: υσδιάστατη και τρισδιάστατη (πάνω και κάτω αντίστοιχα) αναπαράσταση της κατανομής της ευαισθησίας (απόκρισης) ενός γαγγλιακού κυττάρου. Το υποδεκτικό του πεδίο αποτελείται από δύο περιοχές (κεντρική και περιφερική), οι οποίες επεξεργάζονται τα σήματα από φωτοϋποδοχείς με έναν τύπου Gaussian profile τρόπο i. Ανάλογα με την απόκρισή τους σε φωτεινή κηλίδα που φωτίζει το κέντρο του υποδεκτικού πεδίου χωρίζονται σε 2 είδη: 1. Τα γαγγλιακά κύτταρα φωτεινού κέντρου που διεγείρονται με φωτεινό ερέθισμα στο κέντρο του υποδεκτικού πεδίου και αναστέλλονται αν το φωτεινό ερέθισμα είναι στην περιφέρεια και 2. Τα γαγγλιακά κύτταρα σκοτεινού κέντρου που λειτουργούν αντίστροφα από τα προηγούμενα. Υπάρχουν και τα δύο σε ίδια αναλογία και κάθε φωτοϋποδοχέας στέλνει ώσεις και στα δύο ειδών κύτταρα (σχήμα 5). i Τα σήματα από το κέντρο και την περιφέρεια έχουν αντίθετη πολικότητα και αθροίζονται από το νευρώνα. Η κεντρική περιοχή είναι μικρότερη από την περιφερική, αλλά οι αποκρίσεις των δύο μηχανισμών είναι σχεδόν ίδιες, με αποτέλεσμα ο νευρώνας να αποκρίνεται αδύναμα στο διάχυτο φωτισμό (Lennie, 2004). 16

17 Τα περισσότερα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή διαχωρίζονται σε δυο κατηγορίες με διαφορετικά ανατομικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά, τα midget και parasol όπως ονομάζονταν παλιότερα, αλλά η σημερινή τους ονομασία είναι κύτταρα τύπου M (από το λατινικό magni, δηλαδή μεγάλα) και τα τύπου P (από το λατινικό parvi, δηλαδή μικρά), ανάλογα με τις στιβάδες του έξω γονατώδη πυρήνα στις οποίες καταλήγουν. Σχήμα 5: Τα γαγγλιακά κύτταρα αποκρίνονται άριστα στην αντίθεση φωτισμού στο υποδεκτικό τους πεδίο και διαχωρίζονται σε κύτταρα φωτεινού και σκοτεινού κέντρου ii Ιδιότητες Κύτταρα τύπου-μ Κύτταρα τύπου-p Ταχύτητα σύναψης Υψηλή Χαμηλή Υποδεκτικά πεδία Μεγάλα Μικρά Αριθμός (σε εκατομμύρια) Απόκριση Τονική (παροδική) Φασική (παρατεταμένη) Χρωματική αντίληψη Όχι Ναι Χωρική ανάλυση Χαμηλή ( ~ 8-10 c/deg) Υψηλή ( ~ c/deg) Χρονική ανάλυση Ευαισθησία φωτεινής αντίθεσης Υψηλή (υπεύθυνα για κίνηση) Μεγάλη Χαμηλή Μικρή Λειτουργία στο σκοτάδι Ναι Όχι Πίνακας 2: Συνοπτική παράθεση λειτουργικών και μορφολογικών χαρακτηριστικών των νευρώνων. ii Τα κύτταρα φωτεινού κέντρου αποκρίνονται καλύτερα όταν φωτίζεται ολόκληρη η κεντρική περιοχή του υποδεκτικού πεδίου, ενώ παραμένει σκοτεινή η περιφέρειά του. Τα κύτταρα σκοτεινού κέντρου διεγείρονται όταν φωτίζεται η περιφέρεια του υποδεκτικού πεδίου, ενώ παραμένει σκοτεινή η κεντρική του μοίρα. Και οι δύο τύποι κυττάρων αποκρίνονται αδύναμα στο διάχυτο φωτισμό, διότι κέντρο και περιφέρεια επιφέρουν αντίθετα αποτελέσματα. 17

18 Τα κύτταρα M είναι λίγα σε αριθμό, βρίσκονται στην περιφέρεια του αμφιβληστροειδή, έχουν μεγάλο υποδεκτικό πεδίο, με αποτέλεσμα να παρουσιάζουν μειωμένη χωρική συχνότητα (οπτική οξύτητα). Αντίθετα, τα P κύτταρα που βρίσκονται κυρίως στην περιοχή του κεντρικού βοθρίου, είναι περισσότερα αλλά μικρότερα σε μέγεθος και παρουσιάζουν μεγάλη χωρική συχνότητα. Τα χαρακτηριστικά των γαγγλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδή είναι παρόμοια με αυτά του έξω γονατώδη πυρήνα (LGN), επομένως φυσιολογικές και λειτουργικές τους ιδιότητες μελετούνται από κοινού. 1.2 ιακριτική ικανότητα Απαραίτητη προϋπόθεση για τη λειτουργία της ανθρώπινης όρασης αποτελεί η δημιουργία ενός ευκρινούς ειδώλου στον αμφιβληστροειδή. Η χωρική διακριτική ικανότητα (spatial resolution) είναι η μικρότερη χωρική λεπτομέρεια (όπως ένα γράμμα) που μπορεί να ανιχνευθεί, να αναγνωριστεί ή να διακριθεί. Επειδή το μέγεθος των αμφιβληστροειδικών ειδώλων δεν εξαρτάται μόνο από το μέγεθος των αντίστοιχων αντικειμένων αλλά και από την απόσταση αυτών από τον οφθαλμό, εισήχθηκε για τον υπολογισμό της διακριτικής ικανότητας ένα σταθερό μέγεθος, η οπτική γωνία. Η οπτική γωνία (visual angle) ή γωνία όρασης ορίζεται ως η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του αντικειμένου/ειδώλου και των κομβικών σημείων του φακού (σχήμα 6). Σχήμα 6: Οπτική γωνία (α) είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του αντικειμένου/ειδώλου και των κομβικών σημείων του φακού iii. iii Αντικείμενα με την ίδια οπτική γωνία έχουν το ίδιο μέγεθος στον αμφιβληστροειδή. Η μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται είναι η μοίρα ( ), με υποδιαιρέσεις τα λεπτά και τα δευτερόλεπτα του τόξου (1 deg = 60 arcmin = 3600 arcsec). Η συσχέτιση της οπτικής γωνίας με το πραγματικό μέγεθος του αντικειμένου (Α) και του ειδώλου (Α ) προσδιορίζεται ως εξής: εφα = Α / απόσταση κομβικού σημείου από είδωλο (στο "απλό" μοντέλο οφθαλμού ίση με 16.6mm) Επομένως, για οπτική γωνία 1, ισχύει: εφ1 = Α / 16.6mm => Α = 0.290mm δηλαδή 1 αντιστοιχεί σε 0.290mm ( ~ 300μm) 18

19 Η διακριτική ικανότητα ορίζεται ως η ικανότητα του οφθαλμού να διακρίνει με την καλύτερη διαθλαστική του διόρθωση όταν αυτή απαιτείται, δυο σημεία στο χώρο σαν ξεχωριστά, στη μέγιστη δυνατή απόσταση από αυτόν. Για να επιτευχθεί αυτό, το οπτικό σύστημα του οφθαλμού πρέπει να προβάλλει μια εστιασμένη εικόνα στο βοθρίο της ωχράς κηλίδας του αμφιβληστροειδή, μια περιοχή που έχει τη μέγιστη πυκνότητα κωνίων και κατά συνέπεια έχει τη μέγιστη ευκρίνεια και την καλύτερη έγχρωμη όραση. Η διακριτική ικανότητα του συστήματος όρασης καθορίζεται από την ποιότητα του αμφιβληστροειδικού ειδώλου, αλλά εξαρτάται και από ανατομικούς και φυσιολογικούς παράγοντες iv Οπτική οξύτητα Η ποιότητα της όρασης καθορίζεται από ποικίλα στοιχεία, όπως η οπτική οξύτητα, η αντίληψη των χρωμάτων, η προσαρμογή στο σκοτάδι και η ευαισθησία στη φωτεινή αντίθεση, ενώ έρχεται να αγγίξει την τελειότητα (στα ανώτερα θηλαστικά συνεπώς και στον άνθρωπο) με τη λειτουργία της στερεοσκοπικής διόφθαλμης όρασης. Η εκτίμηση της οπτικής οξύτητας αποτελεί ίσως το καθοριστικότερο στοιχείο της αίσθησης της οπτικής αντίληψης και αποτελεί την πρότυπη δοκιμασία αξιολόγησης της διακριτικής ικανότητας. Με τη λήψη της οπτικής οξύτητας εκτιμάται η κεντρική όραση σε αντίθεση με την περιφερική που αξιολογείται με τον έλεγχο των οπτικών πεδίων. Ουσιαστικά, πρόκειται για μια ποσοτική μέτρηση της δυνατότητας διάκρισης και ανάγνωσης μιας εστιασμένης εικόνας (ενός πρότυπου σχεδίου εξέτασης) σε μια καθορισμένη θέση και αποτελεί ίσως μία από τις συνηθέστερες ψυχοφυσικές δοκιμασίες της οφθαλμολογικής εξέτασης από οφθαλμιάτρους και οπτομέτρες. Χρησιμοποιείται στην καθημερινή κλινική πράξη για τη διάγνωση διαθλαστικών σφαλμάτων, στη βασική έρευνα της παθο-φυσιολογίας του οφθαλμού και στην καταγραφή της προόδου και της αποτελεσματικότητας διαφόρων θεραπευτικών μεθόδων. Μία επιπλέον χρήση της καθίσταται απαραίτητη για τον iv Όπως για παράδειγμα την πυκνότητα των φωτοϋποδοχέων στο κεντρικό βοθρίο (1 ) του αμφιβληστροειδή, τις οφθαλμικές κινήσεις προσήλωσης (οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν μετατόπιση του αμφιβληστροειδικού ειδώλου σε ένα εύρος 0.5 deg, μια απόσταση περίπου 3arcmin σε ένα δευτερόλεπτο), τα ανατομικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά των γαγγλιακών κυττάρων της οπτικής οδού και την νευρική επεξεργασία σε ανώτερα στάδια της οπτικής οδούς [η οποία κυρίως ευθύνεται για την αποκωδικοποίηση των χαρακτηριστικών των εικόνων (π.χ. φωτεινότητα, χρωματικότητα, περίγραμμα, προσανατολισμός]. 19