II. Utóhatások - adaptáció

Az előadások a következő témára: "II. Utóhatások - adaptáció"— Előadás másolata:

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

2 Általános elv Idegsejt (neuron) Idegsejt (neuron) A/D konverter
AGY Kéregalatti és kérgi területek Szenzoros, majd motoros és asszociációs területek Külvilág TÁRGY Érzékszervek (periféria) Felszálló (afferens) pálya Receptorok Receptor potenciál Leszálló (efferens) pálya Idegsejt (neuron) A/D konverter Akciós potenciál Idegsejt (neuron) A/D konverter Akciós potenciál Izmok (periféria)

3 A neuron kb. 1012 neuron/agy dendritek sejttest axon (1 – 2) axon-domb
axon terminál(is)ok

4 Akciós potenciál

5 Szinapszis- ingerület átvitel transzmitter- átvivő anyag
Kb. 103 szinapszis/ neuron Min állapot...

6 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

7 A látás "feladata" - a külvilág részletes belső
reprezentációjának létrehozása - aktuális szándékok szerinti leírás, viselkedés irányítás

8 A látás a környezet változásait jelzi
Utóhatások – A látás a környezet változásait jelzi

9 A vizuális agy

10 Kitüntetett pontok a retinán
5 mm vakfolt Fovea

11

12 Fovea Az éleslátás helye Elnevezése még
Sárgafolt Macula lutea Legközépső pontja: fovea centralis (látógödör) Fontos: környékén megváltozik a fotoreceptorok eloszlása!!!!

13 Vakfolt „Vak”, mert az ide eső képet nem tudjuk feldolgozni
Két szemmel nézve nem tudatosul A látóideg kimeneti pontja a retinán Nervus opticus A retinális ganglionsejtek axonjainak összessége A szemgolyóból kilépve mielinizált lesz

14 A vakfolt felfedezése

15 A retina Fotoreceptor: Opszin(fehérje)+retinál (A-vitamin szárm.)
Fény hatására megváltoztatja az alakját ↓ energia szabadul fel Fotoreceptorok elektromos állapota megváltozik Megváltoztatja a kibocsátott transzmitterek mennyiségét

16 Csapok és pálcikák mozaikja (főemlős retina)

17 Fotoreceptorok Csap Pálcika – kb. 8 millió – kb. 120 millió
A retina elektromikroszkópos felvétele – csapok és pálcikák Pálcika – kb. 120 millió – 500 nm hullámhosszra adnak kitüntetett választ Sötétben látás Periférián sokan, foveában szinte semmi Csap – kb. 8 millió – 3 fajta: rövid (kb.440nm), közepes (kb.530 nm),hosszú (kb.560 nm) hullámhosszra érzékenyek Nappali látás Foveánál csak csapok, perifériánál alig

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

19

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

21 On- és Off-központú sejtek
On-központú Receptív mező + Off-központú Receptív mező -

22 A látás a környezet változásait jelzi
Mi történik stabilizált retinakép esetén? … avagy Mi lesz, ha NINCS változás?

23

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

25 Változatlan ingerlés – avagy nincs új információ
Változatlan inger (pl. óra ketyegése, cipő a lábon, fixált tekintet, stabilizált retinakép) időlegesen csökkenti a receptorok érzékenységét. ADAPTÁCIÓ 25

26 adaptáció az aktuális fényviszonyokhoz
(időleges, pl. napfényről pincébe lépés): csap – pálcika munkamegosztás érzékenységi tartomány “csúsztatása” oda, ahol éppen sok a változás 26

27 Jó színlátás és látásélesség
Luminancia csillagfény Holdfény villanyfény Nappali fény Vizuális funkció Fehér papír abszolút küszöb csapok küszöbe pálcika telítődés Legjobb Látásélesség károsodás veszélye Jó színlátás és látásélesség színlátás hiánya 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.

28 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 relatív száma minden pillanatban arányos (fordítottan!!!) a szemet elérő kvantumok számával. Így, ha tízszeres növekedés következik be a szemet érő kvantumok számában, akkor a szem tizedére csökkenti a kvantumokat felszívó pigment molekulák számát. Ez a kulcsa az adaptációnak.

29 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.

30 30

31 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 31

32 Negatív utókép Szemek közötti transzfer?
Jobb szemmel adaptálódás Bal szemmel megjelenik az utókép?

33 A retinális kép konstans méretű
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)

34

35

36

37 Negatív utókép Magyarázat alapjai: Megfigyelések Kontraszt: negatív
Méret: attól függ... Szem: nincs transzfer Időtartam: rövid Magyarázat alapjai: adaptáció Fotoreceptorok foton abszorpcióra való képessége a szembe jutó fény mennyiségével dinamikusan változik a retinális ganglionsejtek a megvilágításban történő változásra reagálnak elsősorban: ON és OFF ganglionsejtek 37

38 M. Bach & JL Hinton

39 M. Bach & JL Hinton

40 M. Bach & JL Hinton

41 M. Bach & JL Hinton

42 Színes utókép Megfigyelések Magyarázat alapjai
Ellenszínek jelennek meg Látszólagos mozgás (Phi jelenség) Kiváltó ingerek eltűnhetnek (Troxler hatás) Magyarázat alapjai Retinális receptorok fajtái Színkódolás Adaptáció

43

44 Dőlési utóhatás Megfigyelések Magyarázat alapjai Kérdések
Közeli irányokat befolyásol Rövid ideig tart Magyarázat alapjai Populációs kódolás V1 orientációs térkép Gátlás Adaptáció Kérdések Kéreg vagy retina?

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

46 A V1

47 V1 – az input különböző ingerdimenziók mentén elemződik
luminancia Irány/orientáció diszparitás mozgás irány

48 V1 - Irányszelektivitás
Hubel és Wiesel, 1959

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

50 A szemdominancia oszlopok

51 V1 orientációs térkép J. Bednar neurális modellje

52

53 Dőlési utóhatás További magyarázat Magyarázat alapjai
Populációs kódolás V1 orientációs térkép További magyarázat A gátlás révén létrejövő populációs válasz-eltolódás érzékennyé teszi a hálózatot az adaptációs ingertől kissé eltérő ingerekre, tehát a változás detekcióját segíti elő.

54 Mozgási utóhatás Megfigyelések Magyarázat alapjai
Szemek között transzfer rövid ideig tart Magyarázat alapjai Populációs kódolás V1 mozgásirány térkép Gátlás Adaptáció „vízesés" illúzió (Addams, R 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, )

55 V1 mozgásirány térkép J. Bednar neurális modellje

56 Még 1 dimenziót érintő, de magasabbszintű vizuális utóhatás

57 Webster et al., 1999 Egy torzított archoz való adaptáció
egy semleges arc percepcióját ellenkező irányba „tolja el”

58 Más arcdimenziók … Nem, kor, identikum, érzelem, nézésirány, rassz, torzítás, attraktivitás Webster et al., 1999, 2004, Leopold et al., 2001, Schweinberger et al., 2007, Rhodes et al., 2003, Kovács et al., 2006, Zimmer et al., 2015

59 Érzelem Morfolás

60 Háttere - modellek “Kifáradási” (Fatigue) modell
Elve: ismételt megjelenés esetén minden neuron kevésbé nagy választ produkál, így az össz-populációválasz csökken, míg a válaszmintázat az eredetivel azonos lesz

61 „Kihegyezési“ (Sharpening) modell
Elve: kevesebb neuron, „szűkebb” reprezentáció Szűkebb hangolási görbék Megváltozott reprezentáció Perceptuális különbségek

62 3. Serkentő (Facilitation) modell
- Elve: gyorsabb feldolgozás ismételt ingerprezentáció esetén, rövidebb latenciák, a tüzelési idő (a neuronális válasz) idejének csökkenése

63

64 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 Edge-Detectors in the Human Visual System. Science, 149,  

65 Levezetésnek …  Megint arcok! HAVE FUN!!!