Näkeminen
Näkeminen on kyky tulkita ympäristöä sen heijastamasta näkyvästä valosta, jonka näköaisti välittää aivoihin. Tulkinnan seurauksena syntyy näköhavainto. Näköhavainnon syntyyn osallistuvat myös muisti ja kehon muut aistit.
Näkökuva ei ole pysyvä, vaan se syntyy aivoissa aina uudelleen kun ihminen palauttaa mieleensä tapahtuneen. Aivojen näköjärjestelmä aktivoituu myös unissa.
Valo saapuu silmään sarveiskalvon läpi mykiöön, jonka edessä on iirishimmennin. Mykiön takana on lasiainen, verkkokalvo ja näköhermo. Silmän pohjalla on verkkokalvo, joka sisältää näkösolut. Sen päällä on suonikalvo ja uloimpana on kovakalvo. Ihmissilmän etuosassa kovakalvo on muuttunut läpinäkyväksi sarveiskalvoksi. Suonikalvo puolestaan on muuttunut etuosassa iirishimmentimeksi, mykiöksi ja säteettäislihaksiksi. Mykiö koostuu useista solukerroksista ja pyrkii korjaamaan sarveiskalvon polttoväliä niin, että terävä kuva muodostuisi verkkokalvolle. Iirishimmennin säätelee silmään pääsevän valon määrää aivan kuin kamerassa .
Verkkokalvon tappi- ja sauvasolujen kautta valoinformaatio kulkee gangliosolujen kautta näkörataa pitkin aivoihin. Tarkan näön alueella foveassa sijaitsee noin 5–6 miljoonaa tappisolua, jotka aistivat värit. Muuta verkkokalvoa peittää noin 120 miljoonaa sauvasolua, jotka ovat herkkiä hämärävalolle. Aluksi signaalit kulkevat näköhermoa pitkin optiseen kiasmaan, josta jatkaa näköjuoste kohti ulompaa polvitumaketta .
Optisessa kiasmassa näköinformaatio menee ristikkäin siten, että vasemmasta silmästä peräisin oleva informaatio kulkeutuu oikeaan aivonpuoliskoon, ja päinvastoin. Myös oikean silmän vasen näkökenttä (nenälinjasta vasempaan) kulkeutuu oikeaan aivopuoliskoon ja vasemman silmän oikea näkökenttä (nenälinjasta oikeaan) kulkeutuu vasempaan aivopuoliskoon. Näön ja liikkeen yhdistämiseen erikoistuneet "ventraalinen" (vatsanpuoleinen) rata ja " dorsaalinen" rata mahdollistaa kyvyn liikkua nähtyä kohti ja tarttua haluttuun esineeseen. Dorsaalinen rata johtaa päälakilohkon aivokuorelle.
Näkeminen perustuu yhtäältä silmistä aivoihin tulevan tiedon käsittelystä ja toisaalta aivojen sisäiseen malliin eli aivojen itsensä luomaan todellisuuteen. Aivoissa näkemiseen liittyy aivojen kahden osan välinen vuoropuhelu. Pään etuosassa silmien välissä sijaitsee talamus eli näkökukkula ja pään takaosassa sijaitsee näköaivokuori. Suurin osa visuaalisesta aistitiedosta kulkee talamuksen kautta näköaivokuoreen. Päinvastaiseen suuntaan näköaivokuoresta talamukseen on kuitenkin kymmenkertaisesti yhteyksiä. Aivokuori välittää talamukseen yksityiskohtaisia odotuksia maailmasta eli ”arvauksiaan” siitä, mitä aivojen ulkopuolella on. Talamus vertaa tätä tietoa siihen tietoon, joka tulee silmistä. Jos tieto sopii odotuksiin, takaisin näköjärjestelmään kulkee vain hyvin vähän toimintaa, ja talamus raportoi pelkästään eroista silmien kertoman ja aivojen sisäisen mallin ennustaman välillä. Näköaivokuoreen lähetetään siis tieto siitä, mikä odotusarvosta virheellisesti puuttui ja mitä ei siis ennakoitu.
Sisäisen mallin ansiosta ulkopuolinen maailma vaikuttaa vakaalta esimerkiksi silloinkin kun ihminen on liikkeessä, sillä sisäinen malli toimii sillä odotuksella, että ulkopuolinen maailma on vakaa. Silmien toiminta on yksityiskohtien etsimistä sisäiseen malliin syötettäviksi, joista aivot rakentavat sisäisen maailmamme ”todellisuuden”. Sisäisen mallin ansiosta eläin saa ympäristöstään nopeasti selvää, ja se on maailmassa navigoinnin edellytys. Sisäinen malli on vain maailmasta laadittu likimääräinen esitys. Siinä on matala resoluutio, eli se jättää paljon yksityiskohtia pois näkyvistä. Samalla aivot kuitenkin antavat vaikutelman, että katsoja olisi nähnyt katseensa kohteesta kaiken. Aivojen antaman kuvan vajavaisuus johtuu siitä, että aivot pyrkivät toimimaan mahdollisimman energiatehokkaasti.
Sensorisessa deprivaatiossa, jossa aistinelimistä ei aivoihin saavu mitään informaatiota, aivojen sisäinen malli pääsee valloilleen ja aivot tuottavat runsaasti omaa kuvastoaan. Sen johdosta ihminen ”näkee” pimeässäkin hyvin todellisilta vaikuttavia värikkäitä kuvia ja tapahtumia. Tästä arkinen esimerkki ovat unet.
Aivot tarvitsevat harjoitusta ja kehollista toimintaa pystyäkseen tulkitsemaan niihin tulevia signaaleja, jotka muodostavat visuaalisen tiedon. Aivojen harjoittelu edellyttää signaalien vertaamista ristiin liikkumisesta ja aistiseuraamuksista syntyvän tiedon kautta. Tästä syystä vauvat esimerkiksi koskettelevat ympäristöään ja itseään eri tavalla. Siten heidän aivonsa opettelevat, miten maailmaan kohdistuva toiminta kuten liikkuminen, koskettelu ja kohteiden siirtely muuttaa sitä seuraavaa aistihavaintoa. Kissakokeissa on havaittu, että mikäli eläin ei pääse liikuttamaan omaa kehoaan, sille ei kehity normaalia näköä edes vaikka sitä liikuteltaisiinkin sen tahdosta riippumatta.
Ihmisaivot ovat hyvin mukautuvia ja sopeutuvat esimerkiksi parissa viikossa kokonaan sellaisten lasien käyttöön, jotka vaihtavat oikean ja vasemman silmän saamat näköhavainnot keskenään eli kääntävät maailman nurinpäin. Tällaisenkin oppimisen edellytys on fyysinen harjoittelu eli esineiden kurottelu, äänen suunnan seuraaminen ja raajojen asennon huomioiminen. Mutta kun lapsuudestaan asti sokean ihmisen silmät on korjattu leikkauksella aikuisena, muiden aistien valtaama näköjärjestelmän alue aivoissa ei enää pysty muuttumaan normaaliksi, vaan näkeminen jää puutteelliseksi.
Näkeminen on antiikin ajoista ollut havainnonfilosofinen ongelma: Näköhavainnon suurin ongelma on, että näkeminen ei ole verkkokalvolle piirtyvän kuvan suora kopio. Näkemisestä kiinnostuneet filosofit ovat kauan yrittäneet selvitää kuinka visuaalisen tiedon käsittely tuottaa näköhavainnon.
Antiikin Kreikassa oli kaksi koulukuntaa, jotka yrittivät selittää näkemistä. Eukleides ja Ptolemaios uskoivat, että näkeminen tapahtuu silmistä lähtevien säteiden kohdatessa näkemisen kohteen. Aristoteles ja Galenos uskoivat, että näkeminen tapahtuu kun silmiin saapuu jotakin mikä edustaa näkemisen kohdetta. Molemmat teoriat olivat pelkkää spekulointia, eivätkä perustuneet kokeisiin.
Platon sanoi, että näemme silmien läpi, muttemme niillä. Vaikka näkö on ihmisen suurin lahja, Platon varoitti täysin luottamasta silmiimme. Tieto alun perin tarkoitti näkemistä. Se merkitsi kreikkalaisessa filosofiassa myös pysyvyyttä ja ikuisuutta (Jay 1994, 22, 24). Platonin mukaan fyysinen maailma on vain varjo ideoiden maailmasta. Aluksi oli idea, mielikuva. Ulkoisen maailman ja havainnon vastaavuus on askarruttanut filosofeja kautta historian. Kreikkalaisille näkö oli ylevin kaikista aisteista. Platon kysyy luolavertauksessaan miten ihmisen mielikuvat vastaavat todellisuutta. Mitä kertovat luolan seinillä häilyvät varjot luolien asukeille ulkopuolella vallitsevasta todellisuudesta. Platon osoittaa luolavertauksella alkuperäiskohteen ja kuvan välistä eroa. Kuva ei voi toistaa kaikkia alkuperäisen kohteensa ominaisuuksia, jos se on kuva. Jos se toistaisi kaikki ominaisuudet, se olisi kaksoisolento, eikä kuva. Kuva on sen vuoksi epätäydellinen edustaen yhdennäköisyyttä ja erilaisuutta. On virhe ajatella, että totuus on seurausta tarkasta alkuperäisen kohteen jäljentämisestä, sillä kuva on aina epätäydellinen. Samoin on virhe ajatella, että tieto tulee ilman kohteen nimeä, kuvaa tai käsitettä.
Platon kohdistaa kritiikkinsä kuvien ja ilmentymien kuvitteellisesta tiedosta luolavertauksessaan. Se sisältää vertauksen kahdessa tasossa. Ensimmäinen on kuva, jonka lukija joutuu muodostamaan mielessään. Toinen on näkymä, mikä pitää tulkita sarjana mielikuvia joita verrataan kuvattuun näkymään ihmisen oloista luolassa. Kun Sokrates päättää kuvailunsa ihmisen elämästä luolassa, emme näe muuta kuin kuvien varjoja luolan seinillä . Platonin näkemystä vastaan esitti Aristoteles oman, havaintoja korostavan teoriansa, jonka mukaan mielikuvat ovat ulkoisen todellisuuden heijastusta. Aristoteles tosin uskoi, että näkeminen syntyi ihmisen silmästä lähtevästä valonsäteestä, joka kohtaa auringon valaiseman kohteen. Hän myös puolusti näkemisen ylivoimaa muihin aisteihin verrattuna .
Ibn al-Haitham kyseenalaisti kreikkalaisten teorian näkemisestä kirjassaan "Optics" vuodelta 1021. Hän esitti, että näköhavainto syntyy, kun valonsäteet heijastuvat kohteesta silmiin. Hän myös kehitti ensimmäisen tieteellisen menetelmän ja korosti kokeilua havainnon todistamiseksi oikeaksi. Al-Haitham oli myös havaintopsykologian pioneeri ja ensimmäinen tiedemies joka osoitti, että näkeminen tapahtuu aivoissa eikä silmissä. Hän osoitti, että henkilökohtainen kokemus vaikuttaa siihen mitä ihmiset näkevät ja kuinka he näkevät. Al-Haitham selitti yksityiskohtaisesti myös näkövirheiden syntymisen. Hän kuvaa, kuinka pienen lapsen on vaikeampi selittää näkemänsä sillä hänellä on vähemmän kokemusta kuin aikuisella. Pienelle lapselle ei ole väliä, kuinka vaikka hänen äitinsä olisi aikuisten mielestä kuinka ruma tahansa. Tästä voi tehdä johtopäätöksen: "Kauneus on katsojan silmässä." Kukka, joka yhden katsojan mielestä on kaunis, ei välttämättä viehätä toista. Al-Haitham suoritti monia tutkimuksia ja kokeita on visuaalisista havainnoista jatkaen Ptolemaioksen tutkimuksia binokulaarisesta näöstä, ja kommentoi Galenoksen anatomisia töitä.
Leonardo da Vinci, 1452–1519, kiinnitti ensimmäisenä huomion silmän optisiin ominaisuuksiin. Hän huomasi kokeellisesti, että silmään muodostuu vääristymätön kuva vain tarkan näön alueelle, optisessa pisteessä sijaitsevaan foveaan. Häntä voidaan pitää foveaalisen näön ja periferiaalisen näön keksijänä.
René Descartes uskoi, että valonsäteet muodostavat kuvat silmissä. Sieltä kuvat kulkevat käpyrauhaseen, jossa molempien silmien kuvat yhdistyvät. Tämä on osoitus käpyrauhasen ja silmien vuorovaikutuksesta. Käpyrauhanen toimii mielen ja ruumiin yhdistäjänä. Tässä Descartesin kuoleman jälkeen vuonna 1664 julkaistun teoksen Le monde, ou traité de la lumière kuvassa ulkoinen ärsyke muuttuu toiminnaksi. Hänen käsityksensä näkemisestä ei perustu pelkästään silmän toimintaan, vaan myös aivoilla ja tuntoaistilla sekä kokemuksella on näkemisessä tärkeä osa.
Näkö oli 1700- luvulla etuoikeutettu tutkimusväline. Luonnontiede oli näkyvän nimeämistä. Näkemisestä itsestään tulee tämän jälkeen tutkimuskohde. Kun tiedemiehiä kuten Descartes ja Isaac Newton aiemmin kiinnosti valo ja optiikka, nyt painopisteeksi tuli inhimillinen havainto. Mitä tapahtuu sen jälkeen kuin valo on muodostanut kuvan verkkokalvolle. Miten siitä tulee havainto ja aistinvaraista tietoa. J. W. von Goethelle ja Arthur Schopenhauerille näkeminen on havainnoitsijan kehossa tapahtuva monimutkainen prosessi, jossa käsitellään kehon ulkopuolelta tulevaa aistinvaraista kokemusta. Goethe oli havainnut camera obscuran avulla tekemissään kokeissa jälkikuvailmiön. Tämä todisti hänelle, että inhimillinen havainto ei ole sidottu välittömään havaintoon. Tämä todisti myös värihavainnon epäluotettavuuden niiden muuttuessa vastaväreikseen. Inhimillinen tieto nousee tutkimuksessa fyysisen havainnon yläpuolelle. Enää kiinnostavaa ei ole se mitä tapahtuu ennen näkemistä. Nyt kiinnostavaa on se kuinka kuvaa käsitellään kehossa ja kuinka aistimuksesta tulee tietoa. Aistitieto syntyy kehon fyysisen ja anatomisen toiminnan tuloksena. Kun silmää käytettiin aiemmin optiikan tutkimukseen, siitä tuli nyt näkemisen tutkimusta.
Goethen havaitsema jälkikuvailmiö osoitti, että näkeminen ei ole suoraan riippuvainen kohteesta, kuten siihen asti oli antiikin ajoista lähtien uskottu. Jälkikuvailmiön osoitti, että näköaistimus on aikaan sidottu. Kun silmä väsyy, myös aistimus muuttuu. Tällä oli Craryn mukaan vaikutus aikakauden filosofiaan ja käsitykseen aisteilla havaitun tiedon luonteesta. Aistivaikutelma ei synny hetkessä. G. W. F. Hegel toteaakin toisin kuin John Locke, että havainnon muuttuminen tiedoksi tapahtuu vähän kerrassaan. Tieto on epävarmaa eikä synny kuin camera obscuran kuva tyhjälle taululle. 1800-luvulla pystyttiin osoittamaan, että havainto tapahtuu aivoissa. Pystyttiin myös todistamaan kokeellisesti, että näköhavainto saadaan aikaiseksi myös ilman näköärsykettä. Myös valon asema fysiikassa muuttui. Se ei enää ollut oma itsenäinen ilmiö, vaan osa sähkömagneettista säteilyä. Ihmisestä tuli uusi tutkimuskohde. Löydettiin näöstä riippumattomat aistijärjestelmät. Kullakin aistilla on omat hermonsa. Aistijärjestelmiä voitiin sekoittaa keskenään ja ärsyttää keinotekoisesti. Näköaistimus voitiin tuottaa stimuloimalla näköhermoa esimerkiksi silmää painamalla tai sähkön avulla. Voitiinkin todeta, että näkeminen on riippumatonta myös fyysisestä havainnosta. Havainto voidaan tuottaa ulkoisesta todellisuudesta riippumatta. Voitiin myös osoittaa, että näkeminen ei ole tyhjä taulu, vaan mitä moninaisimmat seikat vaikuttivat siihen miten ihminen visuaalisen informaation näkee ja ymmärtää .
Jälkikuvailmiön myötä syntyi runsaasti erilaisia kokeellisia instrumentteja havainnon toteamiseen. Näistä kehittyi huvitteluvälineitä, jotka lopulta johtivat mm. elokuvan ja stereokuvan keksimiseen. Selvitettiin mm. se miksi ihminen muodostaa kahdella silmällä yhden kuvan ja todettiin, kuinka kaksisilmäinen stereonäkö vaikuttaa etäisyyksien havainnoinnissa. Stereokuvan synty saatettiin osoittaa kahdella rinnakkaisella kameralla ja tarkastelemalla näin syntynyttä kuvaparia rinnakkain. Stereovaikutelma on kuitenkin puutteellinen. Vaikka kuvaan syntyy etäisyysvaikutelma, kuvan kohteet vaikuttavat siluettimaisilta – kuin paperista leikatuita. Tässäkin tapauksessa aivot tekevät havaitsemamme näköaistimuksen paremmin kuin optiset instrumentit. Tämä vahvistaa entisestään muiden aistien ja aikaisemman tiedon osuutta näkemisessä. Emme näe kohteita paperista leikattuina, koska tiedämme niiden olevan kolmiulotteisia. Tätä tietoa voidaan myös käyttää hyväksi vaikka presidentin vaalimainonnassa, jossa presidenttiehdokas Sauli Niinistö äkkiä ehti pahvifiguureineen moneen paikkaan.