SYNSINNETS NEUROFYSIOLOGI Hans O. Richter hrr@hig.se Innehåll 1. Introduktion 2. Synbarkens retinotopiska organisation 3. Plasticitet 4. Adaptation till inverterad syn Centre for Musculoskeletal Research Gävle University, Sweden Vad händer inne i ögat-hjärnan när vi tittar på något? Innan vi kan försöka besvara denna fråga måste vi fundera över vad det är vi tittar på I vårt vardagliga seende utgör dimensionerna färg, form, rörelse och djup viktiga aspekter Dessutom varierar innebörden av att titta Man kan t.ex. betrakta, iakttaga, avsyna, nagelfara, etc. I samtal om estetiska ämnen: du måste se det så, det är så det är menat; Nu ser jag detta (ungf. mitt synintryck har förändrats); Jag såg på blomman men tänkte på något annat och var inte medveten om dess färg... Därför användes den experimentella metodiken där en begränsad aspekt av seendet renodlas och studeras systematiskt 1
Evolution av synsystemet. Homo sapiens bara 50.000 år gammalt. Synsystemet ca. 12 miljoner år gammalt. Huxley T. (1863) Man s place in nature När apan gick till kontoret såg arbetsuppgifterna ganska så annorlunda ut! Vi använder ett urgammalt maskineri anpassat för en delvis annorlunda tillvaro än den vi lever idag. Ögahand/nacke/skuldra interaktioner har historiskt sett varit mera betydelsefulla i vardagen. Form Perception Färg Perception Rörelse Perception Form (Mönster) 2
Färg Spatial Contrast (MTF) 3
Ögat Glaskroppen Fovea (gula fläcken) Stavar + 3 typer av tappar Blinda fläcken I S V4 (+29, -70, -15) V3 V5 4
Amblyopii Deaktivering 'längre in' i synprocessen, d.v.s. i Brodmann areorna 18 och 19. 5
SYNSTRESS SOM EN RISKFAKTOR FÖR BESVÄR FRÅN NACKE/SKULDRA Ögat binder ris till egen rygg ( Why eyestrain is a pain in the neck ) Hans O. Richter et al. hrr@hig.se Innehåll 1. Introduktion: ihopknytning av synstressmuskuloskeletala besvär 2. Epidemiologiska fynd 3. Interventionsstudier 4. Experimentella studier 5. Neurofysiologiska mekanismer 6. Avslutning Centre for Musculoskeletal Research Gävle University, Sweden Introduktion Inom EUs 27 medlemsländer arbetar idag mer än 60 miljoner människor med it-teknologi. Antal personer som arbetar med it-teknologi bara ökar. Ett stort antal studier har visat att smärta/värk i nacke, skuldror, armar och händer samt ögonbesvär och huvudvärk är vanligt förekommande bland vuxna yrkesverksamma datoranvändare. Besvärsfloran omfattar ett brett spektrum av subjektiva besvär. Ögontrötthet, värk från ögonen, gruskänsla, sveda, rödögdhet, torrhetskänsla, tillfällig funktionell närsynthet (myopi, suddigt seende på avstånd), isolerat men ofta tillsammans med värk i huvudet, nacken och/eller skuldrorna. Astenopi (a = not, sthenos = strenght, op = vision) ( symptom of discomfort from the eyes ) en (av flera) indikatorer på att arbetsbelastningen är för hög. Ett diffust symptom med många underliggande orsaker. I flera studier har man även funnit att dessa besvär förekommer hos cirka 30 procent av eleverna i samband med datorarbete i skolan. Vad beror dessa besvär på? Hur pass allvarliga är de? Kan besvären minskas eller elimineras? Hur? Vad säger forskningen? Närarbete en naturlig belastning Optisk oskärpa kompenseras för oskärpa genom sammandragningar av ögats inre muskler, de s.k. fokuseringsmusklera eller ciliarmusklerna. 6
Vårt arbetsliv styr ögonen som i sin tur styr kroppen! Kroppen strävar efter att rikta in ögonen så att fovea (Nr. 9) stimuleras. Den sensoriska stimulationen måste vara adekvat vad gäller skärpa, objektstorlek, ljus, m.m.! Ögonbesvär och nackbesvär När ögonens muskler är trötta, t.e.x. vid ihållande närarbete, så spänns ciliarmuskeln i syfte att korrigera det dubbelseende/oskärpa som kan uppstå. Detta av det område i hjärnan som också styr musklerna i nacke och axlar, vilket då skulle kunna göra att även musklerna i nacke och axlar aktiveras och därmed blir spända När man blir trött i ögonen så ändrar man sittställning vilket i sin tur skulle kunna ge upphov till spänningar i nacke och axlar. Man spänner sig i syfte att skärpa uppmärksamheten (mentalt fokuserar) i allmänhet när man blir trött i ögonen och börjar förlora fokus, och då även musklerna i nacke och axlarna. Epidemiologi Synstress muskuloskeletala besvär Epidemiologi Andel (%) bland 1183 operatörer som angivit smärta, värk eller andra besvär under den senaste månaden i en studie på 28 olika callcenter i Sverige. Toomingas et al., 2003 De som rapporterar synbesvär är mer benägna att också rapportera besvär i nacke skuldra! 7
Synstress muskuloskeletala besvär Epidemiologi INTERVENTION The association between eyestrain and neck/shoulder symptoms was significant (chisquare; p < 0.001). When controlling for potential covariates in the logistic regression, the association between eyestrain and neck/shoulder symptoms was highly significant (Odds Ratio [OR] 1.57; p = 0.007)... Wiholm et al., 2007 Brewer et al., 2006 Workplace interventions to prevent musculoskeletal and visual symptoms and disorders among computer users: A systematic review (7313 articles). J Occup Rehabil. 16, 325-358.* Simultaneous implementation of lighting, workstation adjustment, and use of VDT glasses does not allow determination of which intervention component contributes to the symptom improvement. Experimentell modell över ögontrötthet Automatisk fotorefraktionering (33 Hz) och in-vivo registreringar av ögats ackommodativa/vergens respons I labbet studeras förlopp som normalt pågår under många månader/år. Därför skyndas verkligheten på inne i labbet (d.v.s. belastningarna är överdrivet kraftiga). PowerRefractometer 1 m (1D) Lens blur (-3 D) Near LED Far LED (1.1 D) Repetitive eye-lens accommodation between targets at Near (10 cm) and Far (50 cm) Age apropriate Near point of accommodation (100/(18.5 [0.3 x age])) 0 D ( ) Hyperopic defocus (-3 D) 8
Experimentella studier Experimentella studier Trapezius EMG (bilateral) Optometer recordings of accommodation/convergence ECG Borg CR of eye/neck-shoulder discomfort Neg-Near Stimulus diopter (D) Residual blur (D) Neg-Near Response diopter (D) Stimulus D - Response D = Error (residual blur) D Experimentell modell ch 1 1 0-1 RuneB4 Ciliar, Rtrap, Ltrap; 4 s periods (start Far) A) Neg-Near B) Prism-Out C) Neutral-Near D) Pos-Far 0.5 ch 2 0-0.5 ch 4 x 10-3 10 5 0-5 RuneB4 SEMG 0.1s RMS %RVE, Rtrap and Ltrap ch 2 5 0 Richter et al., 2010 Vision Research, in press Richter et al., 2010 European Journal of Applied Physiology, in press ch 4 20 10 0 9
Neurofysiologisk evidens för öga-nacke/ skuldra funktionella interaktioner Det inre och det yttre ögats påverkan på muskelaktivitet i nacke/skuldra Viljemässig inhibition av ögats ackommodation deaktiverar primära motorbarken och somatosensorisa kortex i områdena för nacke och skuldra (cf. Colebatch et al., 1991). L precentral gyrus (BA 4/2/1): Talairach Coordinates x: -2, y: -46 z: 57 R post central/precentral gyrus (BA7/4/3): Talairach Coordinates x: 31, y:-25 z: 54 Visuell Uppmärksamhet E.W. Adjustmenents of eye-lens focus Focus (eye-in-space) SC Neck/scapular area Visual attention Kroppen blir som ett staffli för ögat The ocular near response also interacts functionally with the fixation system to inhibit visual search. An ocular stabilization process is triggered. A brain process that keeps irrelevant stimuli from entering into consciousness are intitiated. Selectivety and capacity limitations may be the end result of an ongoing ocular accommodative response at near.? 10
CONCLUSION http://www.iea.cc/02_about/technical%20committees/visual%20ergonomics.html Technical Committee in Visual Ergonomics These findings have relevance for generation of work related musculoskeletal disorders. For example, according to the Cinderella hypothesis, and the Brussels model (Johansson et al. 2003), an overuse of low threshold muscle fibres, will generate pain. These fibres belong to low threshold motor units, which may be recruited at the onset of muscle activation and which are firing continuously until the muscle is relaxed. If both visual and the musculoskeletal aspects are given full and equal weight in the design and evaluation of work places, it is predicted to lead to an improved quality of the individual worker, improved productivity and profit for the employer. Chair Co-Chair Jennifer Long Marino Menozzi Catherine M. Burns Magne Helland Hans O. Richter Optometrist and Ergonomist PD Dr., senior scientist Professor, PEng Associate Professor and Associate Professor, Jennifer Long Visual Chair of Technology and Director, Advanced Interface Optometrist Researcher / Senior Lecturer Ergonomics Innovation Management Design Lab Buskerud University College University of Gävle Australia Ergonomics of Department of Systems Department of Optometry Centre for Musculoskeletal Zürich, Switzerland Design Engineering and Visual Science Research University of Waterloo Norway Sweden Waterloo, Ontario, Canada Domains of Interest Visual Ergonomics relating to activities/tasks: visually demanding work tasks, visual challenging leisure activities, etc Visual Ergonomics relating to the human visual system, perception, illumination, optometry, ophthalmology, visual corrections etc. both for normally sighted persons and patients with subnormal vision Visual Ergonomics relating to equipment/displays: display design, workstation design, etc Visual Ergonomics relating to environment: information design, illumination, etc Relationship between visual ergonomics and musculoskeletal disorders Objectives To facilitate cross-disciplinary communication among professionals all over the world with an interest in Visual Ergonomics To promote basic and applied ergonomic research as well as best ergonomics practices within the domain of Visual Ergonomics To strive towards safe and effective work conditions and leisurely activities for people all over the world within the domain of Visual Ergonomics To promote global collaboration among members and organizations within the field of Visual Ergonomics Promoting education in visual ergonomics at high academic and practical level 11