Zaawansowane metody badawcze w optometrii i psychofizyce widzenia

Bruce Bridgman, który jako pierwszy podał satysfakcjonujące wyjaśnienie efektu tłumienia sakkadowego, zauważył, że ruchami najczęściej wykonywanymi przez człowieka są ruchy oczu. Zrozumiałe jest więc, że ruchy oczu stały się przedmiotem zainteresowania badaczy już w końcu XIX wieku. Nasz wzrok kierujemy na obiekty lub rejony z jakichś względów interesujące. Zatem śledzenie ruchów oczu to przede wszystkim, chociaż nie tylko, podążanie za "ścieżką zainteresowania" obserwatora, dające odpowiedź na pytania co daną osobę zainteresowało lub jak przebiega obserwacja zlokalizowanego wzrokiem obiektu lub rejonu. Trajektoria spojrzenia jest w tych wypadkach kontrolowaną przez obserwatora sekwencją sakkad i fiksacji. Jej kształt jest cechą osobniczą patrzącego a ponadto zależy od charakteru jego motywacji, tj. przyczyny z powodu której prowadzi obserwacje danego przedmiotu lub sceny.

Oko jest złożonym optycznym układem obrazującym, którego elementy składowe decydują o jakosci obrazu siatkówkowego. Ilościowy opis jakości tych elementów oraz jej wpływu na obrazy siatkówkowe może pozwolić nam lepiej zrozumieć proces widzenia oraz ulepszyć metody diagnostyki i korekcji. Jakość obrazów siatkówkowych obniżają głównie aberracje (monochromatyczne i chromatyczne) dyfrakcja na źrenicy i rozpraszanie będące wynikiem niejednorodności przeziernych ośrodków gałki ocznej. Łączne występowanie tych trzech czynników, które mogą wykazywac również pewną dynamikę (akomodacja), powoduje że obraz otaczającego świata tworzony na siatkówce nie jest jedynie przeskalowaną jego kopią i moze odbiegać od niego w większym lub mniejszym stopniu przyczyniając się do obniżenia jakości ostatecznego wrażenia wzrokowego.

Mikroskopy konfokalne stosowane w badaniach narządu wzroku wypełniają lukę pomiędzy wysokorozdzielczą OCT (widoczne pojedyncze fotoreceptory, naczynia włosowate) i skaningową mikroskopią elektronową (widoczne wyizolowane biomolekuły np. rodopsyny). Wykład poświęcony jest jednofotonowej laserowej skaningowej mikroskopii konfokalnej.

Jednym z narzędzi diagnostycznych będących w dyspozycji optometrysty jest ocena sprawności czytania przez pacjenta. Ocena ta przydatna jest nie tylko przy stawianiu wstępnej diagnozy czy monitorowaniu terapii wzrokowej, lecz także przy doborze pomocy wzrokowych dla pacjentów słabowidzących. Osiągana szybkość czytania zależy istotnie od metody prezentowania tekstu osobie czytającej. Na wykładzie omawiane są trzy podstawowe metody: przesuwającego się tekstu (drifting-text method), metodę szybkiego, sekwencyjnego, wizualnego prezentowania słów (rapid serial visual presentation method, RSVP) i metodę fiszek (flashcard method)

Niedoskonała jakość obrazu siatkówkowego i jego zmienność w czasie to efekt obuocznych, dynamicznych kumulacji aberracji optycznych, charakterystycznych dla danego pacjenta, nałożonych na klasyczne sferocylindryczne wady refrakcji. Zaawansowane techniki korekcji powinny w miarę możliwości uwzględniać wszystkie te czynniki gdyż degradują one obrazy powstające na dnie oka. W aktualnym stanie rozwoju technologii oftalmicznych może to być osiągnięte jedynie w warunkach laboratoryjnych dzięki optyce adaptywnej, która umożliwia pomiar oraz modelowanie większości tych czynników w czasie rzeczywistym, w szczególności monochromatycznych aberracji wyższych rzędów, w tym ich dynamiki (np. w trakcie akomodacji) zarówno jedno-, jak i obuocznie.

Optykę adaptywną stosowaną w naukach o widzeniu wyróżnia pewna cecha niespotykana w innych jej zastosowaniach. Jest nią swego rodzaju dwukierunkowość. Z jednej strony pozwala ona zajrzeć w głąb oka i uzyskać obrazy, także trójwymiarowe, struktur tkankowych o tak dobrej jakości, jak gdyby elementy optyczne oka zaangażowane w tworzenie tych obrazów były niemal zupełnie pozbawione aberracji monochromatycznych, z drugiej zaś pozwala zaproponować taką korekcję, która w efekcie da obraz siatkówkowy otaczającego świata o ostrości nieosiągalnej dla najlepiej dobranej korekcji sferocylindrycznej. Szacuje się, że dzięki tej korekcji będzie możliwe osiąganie ostrości o dwa rządki poniżej rządka zerowego na tablicach optotypów logMAR. W związku z tym ukuty został termin superwidzenie. Nie należy go mylić z hiperostrością, którą jest np. ostrość vernier. Wykład poświęcony jest podstawom działania optyki adaptywnej oraz obrazowaniu struktur tkankowych oka przez instrumenty wyposażone w układy optyki adaptywnej.

Gremia akademickie wydziałów fizyki zatwierdzające tematy prac dyplomowych z optometrii i oceniające obronę tych prac są dość liberalne. Przyjmują one zwykle, że wyniki pracy badawczej są wynikami z zakresu nauk fizycznych, jeżeli zostały uzyskane przy użyciu instrumentarium powstałego w drodze inżynierskiej implementacji zjawisk fizycznych, zwłaszcza jeżeli implementacja ta miała miejsce stosunkowo niedawno, czyli gdy dyplomant korzystał z nowoczesnej aparatury badawczej. W świetle chociażby tego, że twórcy obrazowania narządów wewnętrznych z wykorzystaniem magnetycznego rezonansu jądrowego (MRI) i rentgenowskiej tomografii komputerowej (X-ray CT) otrzymali za swoje dokonania Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny, a nie fizyki, takie stanowisko uczelni należy ocenić jako daleko posunięty pragmatyzm. Wychodząc naprzeciw opisanej wyżej praktyce zaliczania prac dyplomowych do dyscypliny "nauki fizyczne", autor zaproponował włączenie do programu studiów II stopnia na kierunku optometria, prowadzonych przez Uniwersytet Warszawski, piętnastogodzinnego wykładu "Zaawansowane metody badawcze optometrii i psychofizyki widzenia".  Wysłuchanie tego wykładu powinno zachęcić studentów do podejmowania tematów prac dyplomowych, których przynależność do dyscypliny "nauki fizyczne" nie byłaby dyskusyjna. Na pierwszym wykładzie zostanie  przedstawiona klasyfikacja badań właściwa dla nauk medycznych i paramedycznych. Poszczególne elementy tej klasyfikacji zostaną zilustrowane przykładami. Szerzej zostaną omówione zaawansowane metody pomiaru pola widzenia.