יישום מודל הקלווין-וויט הויסקו-אלסטי להיפוס חושף תובנות משמעותיות על פעילות המערכת העצמאית

מדוע תנודות זעירות של האישון חשובות

גם כשמסתכלים על סצנה יציבה, האישונים שלנו מצטרים ומתרחבים בקצב שקט וקבוע. תנועה סוערת זו, המכונה היפוס, נחשבה זמן רב לרעש רקע חסר משמעות. במחקר זה מראים החוקרים כי תנודות זעירות אלה בגודל האישון נושאות בעצם טביעת אצבע ברורה של אופן פעולת מערכת ה"הילחם‑או‑הירגע" האוטומטית, וניתן למודל אותן באמצעות כלים מן הפיזיקה כדי לחשוף הן פעילות עצבית והן את התכונות המכניות של העין.

מבט מקרוב על הריקוד השקט של האישון

היפוס הוא קצב איטי וספונטני שבו האישון מתכווץ ומתרחב כמה פעמים בדקה, גם בתאורה קבועה. הוא מונע על ידי שתי קבוצות שרירים בקשתית: אחת מכווצת את האישון ואחת מרחיבה אותו, וכל אחת נשלטת על‑ידי ענפים שונים של המערכת האוטונומית. מחקרים קודמים מדדו בעיקר את גודל תנודות אלה ואת משכן, אך התעלמו ברובה מההתנהגות האלסטית–קפיצית של רקמת הקשתית עצמה. העבודה הנוכחית משלבת את שני ההיבטים האלה, ושואלת לא רק כיצד האישון נע, אלא גם כמה כוח נדרש כדי לגרום לתנועה זו.

שימוש במודל פיזיקלי לקריאת אותות עצביים

כדי לעשות זאת יישמו הכותבים מודל ויסקו‑אלסטי קלאסי הידוע כמודל קלוין‑וויט, שמתאר חומרים המתנהגים כמו תערובת של קפיצים ובולמי נוזל. הם הקליטו מאות מחזורים של היפוס ב‑16 ספורטאים מתבגרים זכרים, הן בשכיבה והן בעמידה, ובמקביל עקבו אחר פעילות הלב. לאחר מכן השתמשו באלגוריתמים ממוחשבים כדי להתאים כל עקבות אישון למודל, להפריד את התרומות משרירי הכיווץ וההרחבה ולהעריך עד כמה רקמת הקשתית קשיחה ועד כמה היא "צמיגה". נשמרו רק מחזורים של היפוס שהותאמו היטב למודל — כשפרט זה הסתכם בכ־שליש מכל ההקלטות — כדי להבטיח שרעש אקראי לא יעוות את הדחפים העצביים המופקים.

דפוסים אישיים בתנועת האישון

בתוך ההקלטות האיכותיות הללו, כל משתתף הציג צורת היפוס אופיינית שחזרה על עצמה במחזורים, ויצרה "חתימה" אישית. המחזורים התקבצו לשלוש קבוצות עיקריות מבחינת משך — קצר, בינוני וארוך — אך עבור כל אדם דפוס כולל זה היה נבחן כחוזר ונשנה. ממצא זה מרמז שהיפוס משקף שילוב יציב של מכניקת הקשתית ושל האופן שבו העצבים האוטונומיים מפעילים את שרירי העין במנוחה. יחד עם זאת, עוצמת הדחפים העצביים השתנתה ממחזור למחזור, תזכורת לכך שמדובר במערכת חיה ומתאימה, לא במכונה קשיחה.

כיצד תנוחה ופלש של אור עז משנים את התמונה

כשהמתנדבים שכבו, המודל חשף דחפים פראסימפתטיים חזקים יותר — הענף הקשור למנוחה ולשיקום — מאשר כשהם עמדו. במילים אחרות, "חתימת" ההיפוס של אותו אדם השתנתה בצורה ניתנת למדידה עם שינוי פשוט של תנוחה, מה שמעיד על שינוי באיזון האוטונומי הבסיסי. החוקרים השוו גם את ההיפוס לתגובה המוכרת יותר לאור קצר וחזק, רפלקס הפוטו‑מוטורי. הרפלקס הזה דרש בקירוב פי שמונה יותר אנרגיה מההיפוס, עם תנועות אישון גדולות ומסומנות יותר, והוא לא השתנה הרבה בין שכיבה לעמידה. ההיפוס, לעומת זאת, נראה כפעילות רקע בעלת עלות נמוכה ומכווננת בדייקנות, בעוד שרפלקס האור פעל כמו תגובת חירום עוצמתית שמטרתה להגן על הרשתית.

חלונות שונים על הבקרה האוטומטית של הגוף

מעניין כי המדדים המבוססים על האישון מהיפוס לא עקבו באופן הדוק אחרי מדדי התנודות בקצב הלב הסטנדרטיים, וגם לא התאימו לאותות שהופקו מרפלקס האור. הדבר מציע שכלים אלה לוכדים היבטים שונים של המערכת האוטונומית במקום מידע מיותר. היפוס נראה כחושף את מצבו הבסיסי של המערכת וכיצד היא מתאימה עצמה להקשר, בעוד שרפלקס האור מציג את עתודת החירום שלה כאשר העין נחשפת לאור חזק. על‑ידי התייחסות לאישון לא רק כפתח פשוט אלא כמערכת מכנית חיה וקטנה, עבודה זו פותחת פתח לשימוש בתנועות עין שקטות כגלאי רגיש ולא פולשני של תפקוד מערכת העצבים אצל ספורטאים וחולים כאחד.

ציטוט: Giovannangeli, C.J.P., Borrani, F., Broussouloux, O. et al. Application of the Kelvin-Voigt viscoelastic model to hippus reveals major insights into the autonomic nervous system activity. Sci Rep 16, 10673 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45875-6

מילות מפתח: דינמיקת אישון, המערכת העצמאית, היפוס, פיזיולוגיה של ספורט, שינויים בקצב הלב