Transcript 02_Vizualis_illuziok_20120917_Utohatasok

Vizuális illúziók
II. Utóhatások - adaptáció
Gerván Patrícia
BME Kognitív Tudományi Tanszék
• Utóhatások –
A látás a környezet változásait jelzi
A vizuális agy
inger
receptor
Mi a kód?
Membrán potenciál
változás
Akciós potenciál
keletkezik
Jelenlegi tudásunk szerint a fő
információ átviteli kód az idegrendszerben
Akciós potenciál
tovaterjed a sejten
Az akciós potenciálok száma =Tüzelési
frekvencia (firing rate)
Transzmittert
Szabadít fel
Mbr potenciál
Változás a köv.
neuronon
Az információ
integrálása
Video: Neural Network
Video: How does vision work?
vakfolt
5 mm
Fovea
• A vakfolt felfedezése
A retina
Fotoreceptor:
Opszin(fehérje)+retinál (A-vitamin szárm.)
Fény hatására megváltoztatja az alakját
↓
energia szabadul fel
↓
Fotorecptorok elektromos állapota megváltozik
↓
Megváltoztatja a kibocsátott transzmitterek mennyiségét
Csapok és pálcikák mozaikja (főemlős retina)
50 µm
Fotoreceptorok
A retina
elektromikroszkópos
felvétele
– csapok és pálcikák
Pálcika
– kb. 120 millió
– 500 nm
hullámhosszra adnak
kitüntetett választ
Csap
– kb. 8 millió
– 3 fajta: rövid (kb.440nm),
közepes (kb.530 nm),hosszú
(kb.560 nm) hullámhosszra
érzékenyek
Kb. 130 millió fotoreceptor
Kb. 1 millió ganglionsejt
Kivonatolás!
_
+
+
_
Video: Visual Receptive Fields
Retinális egysejt elektrofiziológia

A retinális ganglionsejt csak a retina egy adott
helyének ingerlésére válaszol

Receptív mező – jellegzetes szerkezet

Központi és környéki

Laterális gátlás
On- és Off-központú sejtek
+
+
-
+
+
On-központú
Receptív mező
Off-központú
Receptív mező
A látás a környezet változásait jelzi
Mi történik stabilizált retinakép esetén?
Mi történik stabilizált retinakép esetén?
• Kísérlet: Kontaktlencsére kicsiny fóliára
készített képet szereltek → néhány
másodperc múlva halványulni kezd a tárgy
→ egészen eltűnik
Változatlan ingerlés
– avagy nincs új információ
Változatlan inger (pl. óra ketyegése, cipő a
lábon, fixált tekintet, stabilizált retinakép)
időlegesen csökkenti a receptorok
érzékenységét.
ADAPTÁCIÓ
adaptáció az aktuális fényviszonyokhoz
(időleges, pl. napfényről pincébe lépés):
• csap – pálcika munkamegosztás
• érzékenységi tartomány “csúsztatása” oda,
ahol éppen sok a változás
Luminencia
Néhány
Holdfény
villanyfény
Nappali fény
típikus fénysuruség (cd/m2):
Fehér
csillagfény - 0.001
Borzasztó
széles
tartomány!
papir
holdfény – 0.1
színlátás hiánya
szobabelso – 100 Jó színlátás és látásélesség
Vizuális
napfény – 10000.
•
bármelyik
részén
észleljük a változásokat (érzékenység
funkció
A csillagfény és a napfény közötti világosságkülönbség
abszolút
pálcika
Legjobb
károsodás
• receptorok
éscsapok
neuronok
dinamikus
működési
tehát 100 milliószoros.
csillagfény
küszöb
küszöbe
tartománya nem fedi le
telítődés
Látásélesség
veszélye
aktuális
érzékenységi
tartomány
adaptáció az aktuális fényviszonyokhoz
A retinális ganglionsejt válasz tartománya korlátozott
Egy ganglionsejt maximum kibocsátási frekvenciája nem
több mint 500 akciós potenciál/sec.
Ebből következően, hogy a luminancia változásra
mutatott magas szenzitivitás létrejöhessen az adaptációnak
a vizuális rendszer korábbi szintjén kell bekövetkeznie.
 A fotopigmentek szintjén történik az adaptáció nagy része
 Fotopigment = elektromágneses energiát elektrokémiai jellé
alakítja. A foton abszorpció/elnyelés a rodopszin alakjában
változást okoz, ezt hívjuk izomerizációnak. (Az alakváltozás
váltja ki az elektrokémiai változást.)
 Ha a molekula elérte az izomerizált állapotot, nem képes több
fotont elnyelni.
 Az izomerizált állapotban a kvantumok relatíve száma
minden pillanatban arányos (negatívan!!!) a szemet elérő
kvantumok számával. Így, ha tízszeres növekedés következik
be a szemet érő kvantumok számában, akkor a szem tizedére
csökkenti a a kvantumokat felszívó pigment molekulák
számát.
 Ez a kulcsa az adaptációnak.
• A retinális ganglionsejtek elsősorban ezekre a dinamikus
változásokra válaszolnak, melyek pigment molekulák
arányában történnek egyik állapotról a másikra.
• A fotopigmentek aránya a legfontosabb jel a ganglion
sejteknek.
• Ha a szembe érkező fotonok aránya konstans (nincs
változás!!!), aminek a detekciója a vizuális rendszer egyik
legfontosabb feladata), akár csak rövid ideig, elveszítjük
percepciónkat, mert egy állandó állapotot ér el pigment
molekulák aránya.
Egy típusú ingerlés
„hosszan” (60-80s)
Ezen a
tartományon
„nem történik
semmi”, nincs
változás
aktuális
érzékenységi
tartomány
csökkenti a receptorok
érzékenységét erre a
tartományra és áttolja máshova
(hátha ott talál információt =
változást)
(a rendszer önszabályozó
érzékenységi tartomány
elcsúsztatása)
Negatív utókép
Szemek közötti transzfer?
• Jobb szemmel adaptálódás
• Bal szemmel megjelenik az utókép?
Negatív utókép
Az utókép mérete mitől függ?
Emmert törvény
Felületek és
a kivetített utóképek
A retinális kép
konstans méretű
Inger tárgy
Emmert törvénye:
adott retinális méretű tárgy észlelt mérete arányos a
távolsággal.
(Demonstráció: utókép mérete)
M. Bach & JL Hinton
http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html
M. Bach & JL Hinton
http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html
M. Bach & JL Hinton
http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html
M. Bach & JL Hinton
http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html
Negatív utókép
Megfigyelések
•
•
•
•
Kontraszt: negatív
Méret: attól függ...
Szem: nincs transzfer
Időtartam: rövid
Magyarázat alapjai:
adaptáció
Fotorecptorok foton abszorpcióra való képessége a
szembe jutó fény mennyiségével dinamikusan változik
a retinális ganglionsejtek a megvilágításban történő
változásra reagálnak elsősorban : ON és OFF g.sejtek
Szines utókép
Megfigyelések
• Ellenszínek jelennek meg
• Látszólagos mozgás (Phi jelenség)
• Kiváltó ingerek eltűnhetnek (Troxler hatás)
Magyarázat alapjai
• Retinális receptorok fajtái
• Színkódolás
• Adaptáció
Ferde utóhatás
Megfigyelések
• Közeli irányokat befolyásol
• Rövid ideig tart
Magyarázat alapjai
•
•
•
•
Populációs kódolás
V1 orientációs térkép
Gátlás
Adaptáció
Kérdések
• Kéreg vagy retina?
A retinától az elsődleges látókéregig
Hannula, Simons & Cohen (2005)
A V1
V1 – az input különböző ingerdimenziók
mentén elemződik
•
•
•
•
luminancia
irány
diszparitás
mozgás irány
V1 - Irányszelektivitás
Hubel és Wiesel, 1959
Receptív mező – V1
Retinális ganglion sejtek
konvergencia
V1 (irányszelektív sejt)
A szemdominancia oszlopok
V1 orientációs térkép
J. Bednar neurális modellje
http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html
Neuron-populáción alapuló kódolás
J. Bednar neurális modellje
http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html
Késői agykérgi
válasz
Orientáció histogram
Korai agykérgi
válasz
Orientáció histogram
Retinális
inger
Lokális orientációs válasz
V1 orientációs térkép
J. Bednar neurális modellje
http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html
Adaptáció gátlás révén
válasz erőssége
*
.függőlegesre
adott válasz
adaptáció után
válasz erőssége
Függőlegesre
adott válasz
inger típusa
inger típusa
J. Bednar neurális modellje
http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html
Ferde utóhatás
Magyarázat alapjai
Populációs kódolás
V1 orientációs térkép
További magyarázat
• A gátlás révén létrejövő populációs válasz -eltolódás
érzékenyé teszi a hálózatot az adaptációs ingertől kissé
eltérő ingerekre, tehát a változás detekcióját segíti elő.
Mozgási utóhatás
Megfigyelések



Merőleges irányú mozgás
Szemek között transzfer
rövid ideig tart
Magyarázat alapjai




Populációs kódolás
V1 mozgásirány térkép
Gátlás
Adaptáció
„vizesés" illúzió (Addams, R.
1834. An account of a
peculiar optical phenomenon
seen after having looked at a
moving body, etc. London &
Edinburgh Philosophical
Magazine and Journal of
Science, 5, 373-374.)
V1 mozgásirány térkép
J. Bednar neurális modellje
http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html
McCullough kontingens utóhatás
Megfigyelések


Irányfüggő színek
hosszú ideig tart
Magyarázat alapjai




Populációs kódolás
V1 szín és orientációs térkép
Gátlás !?
Adaptáció
Celeste McCullough (1965).
Color Adaptation of EdgeDetectors in the Human
Visual System. Science, 149,
1115-1116.