Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Struktury Sensoryczne Widzenie Janusz A. Starzyk Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie W oparciu o Neural Basis of Thought and Language.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Struktury Sensoryczne Widzenie Janusz A. Starzyk Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie W oparciu o Neural Basis of Thought and Language."— Zapis prezentacji:

1

2 Struktury Sensoryczne Widzenie Janusz A. Starzyk Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie W oparciu o Neural Basis of Thought and Language J. Feldman, Spring 2007, i MCB 407: Neurobiology, A. Nighorn and J. Hildebrand, Fall 2005 The University of Arizona, oraz wykład Prof. Włodzisława Ducha Uniwersytet Mikołaja Kopernika Inteligentne Systemy Autonomiczne

3 Układy zmysłowe (sensoryczne) Wzrok Słuch Węch Ból Dotyk Smak Receptor czuciowy rozpoznaje bodźce w wewnętrznym i zewnętrznym środowisku organizmu.

4 Wzrok u zwierząt różnego gatunku realizowany jest na wiele sposobówWzrok u zwierząt –ślimak ma komórki światłoczułe bez soczewek, –owady złożone oko i heksagonalnych fasetek, –ssaki mają oko zoko z siatkówką i soczewką,siatkówką i soczewką –głownogi mają oczy podobne do ssaków. Wzrok i kora wzrokowa

5 Siatkówka ma złożoną budowę: –pręciki i czopki są w jej tylnej warstwie, światło musi najpierw przeniknąć przez trzy warstwy komórek, są to: –komórki zwojowe (12 typów), –komórki amakrynowe (27 typów, lokalnie hamujących) –komórki dwubiegunowe (10 rodzajów) Nerw wzrokowy musi wyjść na zewnątrz przez plamkę ślepą. Ośmiornica ma lepiej skonstruowane oczy: światłoczułe pręciki i czopki są w przedniej warstwie, nie ma plamki ślepej. Budowa oka

6 Komórki zwojowe wysyłają informacje w różnych "ścieżkach wideo" z których tworzy się w mózgu obraz. –Nawet dla prostego pobudzenia małego fragmentu siatkówki impulsem świetlnym 12 komórek zwojowych wysyła odmienne "ścieżki filmowe" wgłąb mózgu.ścieżki filmowe Każda grupa komórek filtruje specyficzne cechy obrazu: –kontury, cienie, tekstury, oświetlone powierzchnie. Każdy strumień informacji jest aktywny tylko przez milisekundy. Budowa oka

7 Fizjologia widzenia w kolorze © Stephen E. Palmer, 2002 Czopki (ang. Cone) stożkowaty mniej wrażliwy działa przy dużym świetle widzenie koloru Pręciki (ang.Rods) pałeczkowaty wysoce wrażliwy działa nocą widzenie szarości Dwa typy swiatloczulych receptorów

8 Czopki i pręciki w siatkówce oka

9 Widok pod mikroskopem Wady wizji i szanse na protezy

10 Fizyka światła Światło: Elektromagnetyczna energia której długość fali wynosi między 400 nm a 700 nm. (1 nm = 10 meter) -6 © Stephen E. Palmer, ELECTROMAGNETIC SPECTRUM VISIBLE SPECTRUM meters 10 6 meters Wavelength (nm) Cosmic Rays Gamma Rays X-raysUV Infra- Red Micro- waves TVRadio Light

11 Fizyka światła Troche przykładów spektrów źródeł światła. © Stephen E. Palmer, 2002

12 Fizyka światła Trochę przykładów współczynnika odbicia spektrów powierzchni Długość fali (nm) % Odbitych fotonów Czerwony Żółty Niebieski Purpurowy © Stephen E. Palmer, 2002

13 Odpowiedzialność psychofizyczna Nie ma żadnej prostej funkcji opisującej spostrzeżony kolor świateł pod wszystkimi możliwymi warunkami, ale… Pomocne ograniczenie: Weź pod uwagę tylko fizyczne spektra z rozkładem normalnym obszar środek zmiana © Stephen E. Palmer, 2002

14 Co dostrzegają czopki i pręciki Zauważ jak one są rozłożone nierównomiernie i wrażliwość pręcika jest większa na krótszych odcinkach fali.

15 © Stephen E. Palmer, 2002 Trzy rodzaje czopków: Absorpcja spektrum Implementacja teorii trzech kolorów Fizjologia widzenia w kolorze Procesy przeciwstawne: R/G = L-M G/R = M-L B/Y = S-(M+L) Y/B = (M+L)-S

16 Silna aktywacja w centrum, wyhamowanie w otoczeniu Rezultatem wykorzystania tych centrów/otoczeń komórek jest poprawienie krawędzi góra: samo stymulacja środek: jasność bodźców dół: reakcja siatkówki oka Centrum/Otoczenie

17 David Hubel & Torsten Wiesel on-center cell

18 Jak następuje wzbudzenie Brak bodźców: –Oba na poziomie bazowym Stymulacja w centrum: –ON-centrum-OFF- otoczenie jest gwałtownie wzbudzone –OFF-centrum-ON- otoczenie niewzbudzone Stymulacja w otoczeniu: –OFF-centrum-ON- otoczenie gwałtownie wzbudzone –ON-centrum-OFF- otoczenie niewzbudzone Stymulacja w obu regionach: –Oba wzbudzają się powoli

19 Nicholls Podatne pole zorganizowanych reagujących na kolor drobno-komórkowych neuronów w małpich LGN.

20 © Stephen E. Palmer, 2002 Podwójne przeciwstawne komórki in V1 Fizjologia widzenia w kolorze G+R-G+R- G+R-G+R- R+G-R+G- R+G-R+G- Czerwony/Zielony Y+B-Y+B- Y+B-Y+B- B+Y-B+Y- B+Y-B+Y- Niebieski/Żółty

21 Teorie widzenia w kolorze Podwójny schemat przebiegu połączeń © Stephen E. Palmer, 2002 Przedstawienie teorii trzech kolorów Przedstawienie przeciwstawnych procesów

22 Ogólne pojęcie o układzie wzrokowym

23 Szlaki wzrokoweSzlaki wzrokowe: siatkówka => ciało kolankowate boczne wzgórza => promienistość wzrokowa => obszar pierwotnej kory wzrokowej V1 => wyższe piętra układu wzrokowego => obszary kojarzeniowe i wielomodalne.

24 Nicholls 19.1 LGN – we wzgórzu wzrokowym Ciało kolankowate boczne ( Lateral Geniculate Nucleus – LGN) Wzgórze wzrokowe przekazuje do mózgu ważne informacje Ogólne pojęcie o układzie wzrokowym

25 Kandel23-5 Kandel 23-5 Ciało kolankowate boczne: Główne podkorowe miejsce (wzgórze wzrokowe) gdzie przetwarzana jest informacja wzrokowa z obu oczu Lewy obszar wizualny Prawe LGN (V1)

26 Projekcje z siatkówki oka do wzrokowych obsza- rów wzgórza (LGN), śródmózgowia oraz głównej kory wzrokowej Kandel 23-4 Postrzegana informacja wzrokowa Odbicia źrenic ruchy oka

27 siatkówka jądro kolankowate boczne kora prążkowana Kora pozaprążkowa (~32 obszary) Kandel Rownolegle drogi w systemie wizyjnym

28 Figure Kandel Obszary (ok. 32) ludzkiej kory przypisane widzeniu – >50% całkowitej pow.!

29 Nicholls 20.4 A,C Kory wzrokowe u małp Każdy obszar (V 1 -V 5 ) ma swoją własną reprezentację pola widzenia

30 Kora obszaru V1, zwana jest również korą prążkowanąobszaru V1 –białe paski na szarym tle, aksony promienistości wzrokowej kończące się w warstwie 4 V1 zawiera komórki zorganizowane w kolumny dominancji dwuocznej i kolumny orientacyjne, retinotopicznieretinotopicznie –bliskie komórki reagują na bliskie sobie punkty Proste komórki warstwy 4 reagują na paski o określonym nachyleniu –kontrastowe krawędzie, pobudzenia z jednego oka. Znaczna część środkowego obszaru V1 reaguje na sygnały dochodzące od okolic plamki żółtejokolic plamki żółtej –dołka środkowego) oka, gdzie gęstość receptorów jest największa. Obszar kory wizyjnej V1

31 Kandel fig Kandel 23-7 Warstwy i komórki kory mózgowej – V1 Komórki zwojowe (strefa między- warstw.) kolor warstwa drobnoko mórkowa wieloko- mórkowe lokalny interneuron pobudzony (glutaminian) lokalny interneuron hamujący (GABA) neurony rzutujące (do innych kor & głębokich obszarów mózgu) pobudzony (glutaminian)

32 Nicholls 20.5 Mapa pól widzenia W obszarze V1 (area 17) odpowiedniki pola wizyjnego siatkowki

33 Istnieją dwa szlaki przetwarzania informacji wzrokowej: Wielkoziarniste komórki PA siatkówki, –3 typy stożków fotorecepcyjnych, –duże pola recepcyjne, –szybko przewodzące aksony, –pobudzenie dla światła w szerokim paśmie. Drobnoziarniste komórki PB, –1 lub 2 typy stożków fotorecepcyjnych, –małe pola recepcyjne, –wolno przewodzące aksony, –rozpoznają opozycje barw. Dwa strumienie informacji wzrokowej

34 Szlak wielkokomórkowy –Charakteryzuje go niska rozdzielczość przestrzenna, wysoka wrażliwość na kontrast, szybkie przesyłanie sygnałów, bez informacji o kolorze. –Ta informacja trafia do kory ciemieniowej. Dochodzi do warstwy 4B w V1, stąd do obszaru V2, –analizuje informację o ruchu obiektu. W V1, warstwa 4B => V5, –lokalizacja w polu widzenia, ruch. V5 pobudza płat ciemieniowy, PPC (tylna kora ciemieniowa), obszar 7 i 5; –umożliwia to przestrzenną, postrzeganie głębi i ruchu, połączenie z wzgórkami czworaczymi (orientacja oczu). Dwa strumienie informacji wzrokowej

35

36 Szlak drobnokomórkowy ma 4 warstwy w LGN, –duża rozdzielczość przestrzenna, kolor, wolniejszy przesył informacji, niska wrażliwość na kontrast. –Ta informacja trafia do kory dolnoskroniowej. V1 => V2 obszar międzyplamkowy, –reaguje na orientację linii, ostrość widzenia, bez koloru. V1 => V3 obszar plamkowy, –reaguje na kształty, reakcja na kolor w neuronach w ciemnych prążkach V3. V2 => V4, główny obszar analizy koloru, –informacja dochodzi do kory dolnoskroniowej (IT). Obszar IT w płacie dolnoskroniowym ma neurony reagujące na złożone obiekty. Dwa strumienie informacji wzrokowej

37

38 "co widzimy" = szlak drobnokomórkowy zmierzający do obszarów IT, "gdzie to jest" = szlak wielkokomórkowy, zmierzający do płata ciemieniowego. Hipoteza Ungerleidera-Mishikna:

39 Dwa strumienie informacji wzrokowej

40

41 Sygnały wzrokowe przez wzgórki czworacze górne i wzgórek wzrokowy sterują sakadycznymi ruchami oczu. Wzgórek wzrokowy ma połaczenie z korą ciemieniową, przechowująca mapę umożliwiającą orientację w przestrzeni. Obszar IT ma bezpośrednie projekcje z siatkówki, pozwalając na szybkie niedokładne pobudzenie najwyższych pięter układu wzrokowego: –generuje to hipotezę wstępną - co widzimy? Strumienie informacji zstępujące do niższych pięter pomagają w precyzyjnym rozpoznaniu: –dopiero stany rezonansowe powstałe w wyniku pętli IT-V1 są uświadamiane. Postrzeganie informacji wzrokowej

42 Szybkie reakcje ruchowe jeszcze przed rozpoznaniem obiektu umożliwia szlak grzbietowy –kora ciemieniowa, a potem ruchowa Zamrożenie obszaru V5 u makaka powoduje niezdolność obszaru V2 do właściwej reakcji na docierające bodźce –nie ma hierarchii aktywacji w układzie wzrokowym, tylko współpraca każdego obszaru z innymi, sprzężenia są silne. Świadomość wzrokowa, percepcja, zależy od pobudzenia szlaku skroniowego. Milner i Goodale: szlaki wzrokowe nie tyle okreslają co i gdzie, co umożliwają działanie i percepcję. Postrzeganie informacji wzrokowej

43 Jest to uproszczenie, bo jest jeszcze stary szlak limbiczny, umożliwiający szybkie działanie w Postrzeganie informacji wzrokowej niebezpiecznych sytuacjach (po którym następuje fala strachu). Potknięcie, szybkie odzyskanie równowagi i fala strachu to reakcja starego szlaku. Wrażenia wzrokowe to funkcja wyższych pięter układu wzrokowego.

44

45

46 –Pobudzenia z nerwu wzrokowego odpowiedzialne są za niewielką część aktywności powyżej V1 (ok. 10%). We śnie możemy mieć wyraźne wrażenia wzrokowe bez pobudzenia siatkówki. –W jaki sposób tworzy się spójne wrażenie z aktywności różnych obszarów, obrazu rozbitego na różne elementy (kształt, kolor, ruch)? Powstaje problem spójności wrażeń wzrokowych (visual binding). –Czym różnią się od siebie wrażenia z różnych zmysłów? Wrazenia wzrokowe

47 Sumultagnozja (agnozja symultatywna): postrzeganie pojedynczych aspektów, ale nie całości.Sumultagnozja –Np. można widzieć poszczególne kształty, ale nie rozumieć znaczenia całości. Widzenie całości to złożony problem, wymagający koordynacji działania kory wzrokowej, ruchów oczu, skupiania uwagi, kojarzenia informacji, spójności elementów wrażeń. Uszkodzenie pierwotnej kory wzrokowej (np. niedokrwienie) może prowadzić do czarnej dziury w polu widzenia (mroczek, skotoma), a w rozległej formie jest to ślepota korowa.mroczek, skotomaślepota korowa –Ubytki w polu widzenia są często dopełniane interpolowanymi danymi, –badani są przekonani, że widzą całość (podobnie jak nie widzimy obszaru plamki ślepej). Wrazenia wzrokowe

48 Uszkodzenie kory lub promienistości wzrokowej prowadzi do utraty wzroku. Ślepowidzenie (blindsight) to szczątkowe widzenie bez wrażeń wzrokowych. –Zaobserwowano je początkowo u małp, a później u ludzi. –Zachowana jest częściowa zdolność do lokalizacji miejsca, ruchu, kształtu a nawet koloru, chociaż –badani "nic nie widzą", tylko zgadują. Wrazenia wzrokowe

49 Przy slepowidzeniu informacja dociera przez wzgórze (LGN) i wzgórek wzrokowy do wyższych pięter układu wzrokowego i płata ciemieniowego. –W miarę treningu pacjenci nabierają wprawy w "wyczuwaniu" widoku. Wrazenia wzrokowe

50 Wrażenia wzrokowe (świadomość widzenia) –dyskryminacja stanów układu wzrokowego na poziomie skojarzeniowym, wewnętrzny komentarz. Ślepowidzenie dostarcza innych wrażeń, które trzeba się nauczyć interpretować. –"Widzenie" u niewidomych wywołac można przez pobudzanie skóry na plecach lub języku sygnałem z kamery, –człwiek szybko uczy się właściwej interpretacji sygnałów. Trwają próby pobudzania bezpośrednio obszaru kory wzrokowej V1. Wrazenia wzrokowe

51 Zaprzeczanie ślepocie (zespół Antona)Zaprzeczanie ślepocie –Pomimo ślepoty badani mają wrażenia wzrokowe, –Odmawiają nauki z niewidomymi, usiłują sami chodzić chociaż ciągle obijają się o przedmioty i przewracają. –Mają tendencje do konfabulacji, np. opisu widzianej osoby. –Lekceważą niezgodności opisu tworzac racjonalizacje, np. "jest noc, słabe światło, zagracony pokój". Ślepota histeryczna to brak wrażeń wzrokowych, pomimo działającej kory wzrokowejŚlepota histeryczna –Wykrywana za pomocą odruchu obronnego, odruchu okoruchowego, badań EEG. Wrazenia wzrokowe

52 Złudzenia wzrokowe. –Widzimy to, na co jesteśmy przygotowani. –Złudzenia dynamiczne - gięcie wskaźnika. –Złudzenia ruchu. Wrazenia wzrokowe Dobry opis układu wzrokowego znaleźć można w: G. Matthews, Neurobiologia. Wyd. Lekarskie PZWL 2000,

53 Uszkodzenia szlaku do IT i zakrętu kątowego prowadzą do agnozji wzrokowej, czyli niezdolności do nadania sensu temu co się widzi. agnozji wzrokowej –Niemożliwe jest świadome rozpoznania przedmiotów przy zachowanej zdolności do działania, np. uchwycenia przedmiotu czy manipulacji nim Agnozje wzrokowe Zaburzenie dotyczyć może obiektów okreslonej kategorii, np. samochodów, krzeseł, zwierząt czy palców ręki. –Pomimo prawidłowego wykonania kopii rysunków pacjent nie ma pojęcia, co przedstawiają narysowane przedmioty.

54 Uszkodzenia (udary, wypadki, zmiany neurodegenercyjne) obszaru V2 wywołują zaburzoną percepcję kształtów. Agnozje wzrokowe

55 Uszkodzenia V4 prowadzą do achromatopsji, czyli zaniku zdolności do widzenia kolorów lub daltonizmu.achromatopsji Wrodzona achromatopsia może być endemiczna, np. na jednej z wysp Norwegii i Mikronezji większość społeczeństwa niezdolna była do widzenia kolorów. Agnozje wzrokowe

56 Daltonizm Nie każdy postrzega kolory w ten sam sposób. Jakie numery widzisz na tych obrazkach? © Stephen E. Palmer, 2002 Agnozje wzrokowe

57 Anomia barw nie jest związana z percepcją ale zaburzeniami uzywania i nazywania barw,Anomia barw –są to uszkodzenia w obszarach trzeciorzędowych (zakręt kątowy). Anomia wzrokowa może przejawiac się trudnościami z uporządkowaniem kolorów, –pomimo widzenia barw - brak zrozumienia koncepcji barwy Anomia nazywania: –brak skojarzenia nazwy z kolorem. Akinetopsja (uszkodzenia V5),Akinetopsja –widać statyczne migawki, ale nie ruch, wrażenia przypominają widoki w świetle stroboskopwym. Agnozje wzrokowe

58 Uszkodzenia powodują prozopagnozję, niezdolość do rozpoznawania twarzy;prozopagnozję –wszystkie twarze wydają się wówczas podobne –można nawet nie odrózniać własnej twarzy. –zachowana jest zdolność do rozpoznawania zwierząt Czasami pomimo braku rozpoznania da się zaobserwować reakcje emocjonalne na poziomie podkorowym. Agnozje wzrokowe Obszar Brodmana 37, zakręt potyliczno- ciemieniowy (obok IT), rozpoznawanie twarzy i miejsc –ponad 90% komórek w 37 reaguje tylko na twarze.

59 Analiza fMRI procesu rozpoznawania twarzy. Widać wyraźną lokalizację aktywności w prawej półkuli, w zakręcie dolno-skroniowym (IT) Rozpoznawanie twarzy jest b. ważne z ewolucyjnego punktu widzenia. Agnozje wzrokowe

60 Somatotopy obserwacji działania Ruch stopą Ruch ręką Ruch ustami Buccino et al. Eur J Neurosci 2001 Wazne narzedzie badan psycho-neurologicznych


Pobierz ppt "Struktury Sensoryczne Widzenie Janusz A. Starzyk Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie W oparciu o Neural Basis of Thought and Language."

Podobne prezentacje


Reklamy Google