Vizuális illúziók

1. Vizuális illúziók II. Utóhatások - adaptáció Gerván Patrícia BME Kognitív Tudományi Tanszék

2. Utóhatások – A látás a környezet változásait jelzi

3. A vizuális agy

4. Mi a kód? inger receptor Membrán potenciál változás • Jelenlegi tudásunk szerint a fő információ átviteli kód az idegrendszerben • Az akciós potenciálok száma =Tüzelési frekvencia (firing rate) Akciós potenciál keletkezik Akciós potenciál tovaterjed a sejten Transzmittert Szabadít fel Mbr potenciál Változás a köv. neuronon Az információ integrálása

5. Video: Neural Network

6. Video: How does vision work?

7. vakfolt Fovea 5 mm

8. A vakfolt felfedezése

9. 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

10. 50 µm Csapok és pálcikák mozaikja (főemlős retina)

11. 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

12. _ + _ + Kb. 130 millió fotoreceptor Kb. 1 millió ganglionsejt Kivonatolás!

13. Video: Visual Receptive Fields

15. Retinális egysejt elektrofiziológia • A retinális ganglionsejt csak a retina egy adott helyének ingerlésére válaszol • Receptív mező – jellegzetes szerkezet • Központi és környéki • Laterális gátlás

16. On- és Off-központú sejtek + - + + + On-központú Receptív mező Off-központú Receptív mező

17. Mi történik stabilizált retinakép esetén? A látás a környezet változásait jelzi

19. Mi történik stabilizált retinakép esetén? Kísérlet: Kontaktlencsére kicsiny fóliára készített képet szereltek → néhány másodperc múlva halványulni kezd a tárgy → egészen eltűnik

20. Változatlan ingerlés – avagy nincs új információ Változatlan inger(pl. óra ketyegése, cipő a lábon, fixált tekintet, stabilizált retinakép) időlegesen csökkenti a receptorok érzékenységét. ADAPTÁCIÓ

21. adaptáció az aktuális fényviszonyokhoz • (időleges, pl. napfényről pincébe lépés): • csap – pálcika munkamegosztás • érzékenységi tartomány “csúsztatása” oda, • ahol éppen sok a változás

22. Luminencia csillagfény Holdfény villanyfény Nappali fény Fehér papir színlátás hiánya Jó színlátás és látásélesség Vizuális funkció abszolút küszöb csapok küszöbe pálcika telítődés Legjobb Látásélesség károsodás veszélye Néhány típikus fénysuruség (cd/m2): csillagfény - 0.001 holdfény – 0.1 szobabelso – 100 napfény – 10000. A csillagfény és a napfény közötti világosságkülönbség tehát 100 milliószoros. • Borzasztó széles tartomány! • bármelyik részén észleljük a változásokat (érzékenység) • receptorok és neuronok dinamikus működési • tartománya nem fedi le • adaptáció az aktuális fényviszonyokhoz aktuális érzékenységi tartomány • 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.

23. 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.

24. 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.

26. Ezen a tartományon „nem történik semmi”, nincs változás csökkenti a receptorok érzékenységét erre a tartományra és áttolja máshova (hátha ott talál információt = változást) (a rendszer önszabályozó érzékenységi tartomány elcsúsztatása) Egy típusú ingerlés „hosszan” (60-80s) aktuális érzékenységi tartomány

27. Negatív utóképSzemek közötti transzfer? • Jobb szemmel adaptálódás • Bal szemmel megjelenik az utókép?

28. Negatív utóképAz 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)

32. M. Bach & JL Hinton http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html

33. M. Bach & JL Hinton http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html

34. M. Bach & JL Hinton http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html

35. M. Bach & JL Hinton http://www.michaelbach.de/ot/col_rapidAfterimage/index.html

36. Negatív utókép • 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 Megfigyelések Kontraszt: negatív Méret: attól függ... Szem: nincs transzfer Időtartam: rövid

37. Szines utókép Megfigyelések • Ellenszínek jelennek meg • Látszólagos mozgás (Phi jelenség) • Kiváltó ingerek eltűnhetnek (Troxler hatás) Magyarázat alapjai • Retinális receptorok fajtái • Színkódolás • Adaptáció

39. Ferde utóhatás Megfigyelések • Közeli irányokat befolyásol • Rövid ideig tart Magyarázat alapjai • Populációs kódolás • V1 orientációs térkép • Gátlás • Adaptáció Kérdések • Kéreg vagy retina?

40. A retinától az elsődleges látókéregig Hannula, Simons & Cohen (2005)

41. A V1

42. V1 – az input különböző ingerdimenziók mentén elemződik • luminancia • irány • diszparitás • mozgás irány

43. V1 - Irányszelektivitás Hubel és Wiesel, 1959

44. Receptív mező – V1 Retinális ganglion sejtek konvergencia V1 (irányszelektív sejt)

45. A szemdominancia oszlopok

46. V1 orientációs térkép J. Bednar neurális modellje http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html

47. Neuron-populáción alapuló kódolás Retinális inger Korai agykérgi válasz Késői agykérgi válasz Orientáció histogram Orientáció histogram J. Bednar neurális modellje http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html

48. V1 orientációs térkép Lokális orientációs válasz J. Bednar neurális modellje http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html

49. Adaptáció gátlás révén Függőlegesre adott válasz válasz erőssége .függőlegesre adott válasz adaptáció után inger típusa * válasz erőssége inger típusa J. Bednarneurális modellje http://homepages.inf.ed.ac.uk/jbednar/tae.html