Aistijärjestelmien yleisiä toimintaperiaatteita



Samankaltaiset tiedostot
Ihminen havaitsijana: Luento 5. Jukka Häkkinen ME-C2000

Näköhavainnon perusteet

Syvyyshavainto. Avaruudellinen hahmottaminen. Markku Kilpeläinen. 1. Monokulaariset vihjeet

Aistifysiologia I. (Sensory Physiology) Yleisiä periaatteita. Reseptorit, aistimus ja modaliteetti

Silmän rakenne NÄKÖLUENTO. Näön fysiologia I. Verkkokalvon rakenne. Kuvan muodostuminen verkkokalvolle. SILMÄNPOHJA: Fovea, Papilla (Discus opticus)

Aistifysiologia. Mitä aistitaan? Miten aistitaan? Aistifysiologian terminologiaa. Reseptorityypeistä

Ihminen havaitsijana: Luento 8. Jukka Häkkinen ME-C2600

Kuulohavainnon perusteet

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

800 Hz Hz Hz

S Havaitseminen ja toiminta

Kertaus. Markku Kilpeläinen RESEPTIIVISET KENTÄT. Eräitä näköjärjestelmän reseptiivisen kentän tyyppejä. Retinan ganglion ja LGN -solut

Marrin teorian pääpointti: Reseptorit

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016

Ihminen käyttäjänä Ärsykkeestä havaintoon

Näköjärjestelmän toiminta

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

Ihminen havaitsijana: Luento 11. Jukka Häkkinen ME-C2600

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Värien nimeäminen ja luokittelu

Ihminen havaitsijana: Luento 6. Jukka Häkkinen ME-C2600

Kurssin tavoitteet. Anatomian (vähän sekavia) termejä. Lisää (edelleen vähän sekavia) anatomian termejä

AIVOJEN KORKEAMMAT TOIMINNOT

2. Makuaisti Makusilmuja kaikkialla suuontelossa, eniten kielessä.

Tuntoaisti. Markku Kilpeläinen. Ihossa olevat mekanoreseptorit aloittavat kosketusaistimuksen. Somatosensoriset aistimukset

Simo Vanni Aivotutkimusyksikkö ja AMI keskus O.V. Lounasmaa laboratorio Perustieteiden korkeakoulu Aalto yliopisto.

Hermoston toiminnallinen jako

Yhtäläisyydet selkärankaisten aivoissa, osa I. Taksonomiaa ja vertailua

Hermosto. Enni Kaltiainen

Hermoimpulssi eli aktiopotentiaali

KOIRAN AISTIEN AIVOPERUSTA

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit

Mitä ihon aistit koodaavat? Ihon aistit

Lisää segmenttipuusta

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

Jani Karppinen KAUKO-OHJATTAVAT LAITURIN LÄHESTYMISVALOT

Tuotteen oppiminen. Käytettävyyden psykologia syksy T syksy 2004

Kuulohavainto ympäristössä

Kognitiivinen mallintaminen Neuraalimallinnus, luento 1

Liikehallintakykytestaus

NEUROLOGISEN POTILAAN MOTORIIKAN JA SENSORIIKAN TUTKIMINEN

Mitä kuvat kertovat? Huhtala Heidi, Kaukola Niina, Riikonen Maisa. Kuvaopas optikolle silmänpohjalöydösten tarkastelun avuksi

Motoriikan säätely. 2 Supraspinaaliset Mekanismit Pertti Panula. Biolääketieteen laitos ja Neurotieteen Tutkimuskeskus

Labquality Ulkoinen laadunarviointikierros Bakteeriviljely 1 2/2015

TIETOISET ELÄMYKSET OVAT KOODATTUA AIVOINFORMAATIOTA

Värikalvo, iris näkyy sarvaiskalvon, cornea, läpi Mustuainen, pupilli Sarveiskalvon reuna, limbus

SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN BIOLOGISET VAIKUTUKSET, TERVEYSRISKIT JA LÄHTEET

Lähtökohta hahmottamisen oppimisvaikeuksissa

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 7,

Aivojen keskeiset rakenteet kognitiivisissa ja psyykkisissä toiminnoissa

Kurssin tavoitteet. Anatomian (vähän sekavia) termejä. Lisää (edelleen vähän sekavia) anatomian termejä

Ihminen havaitsijana: Luento 10. Jukka Häkkinen ME-C2600

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

D: Digitaalikameran objektiivi E: Asetuspainike ja laukaisin F: USB-liitäntä

Itseorganisoituvat hermoverkot: Viitekehys mielen ja kielen, aivokuoren ja käsitteiden tarkasteluun

Tee-se-itse -tekoäly

Visuaalisten objektien tunnistus

Kuulon fysiologia. Välikorvan osat. Välikorva vahvistaa signaalia. Välikorvan vaimennusheijaste. Paineaallon liike ilmassa => ääni

Ihminen havaitsijana: Luento 9. Jukka Häkkinen ME-C2000

Nikotiniriippuvuus. Anne Pietinalho, LKT, dos, FCCP Johtava lääkäri, Raaseporin tk Asiantuntijalääkäri, Filha ry

Suomen Navigaatioliitto Finlands Navigationsförbund rf

Kahdet aivot ja psyykkinen trauma

Dynaamisen järjestelmän siirtofunktio

RAKENNEPUTKET EN KÄSIKIRJA (v.2012)

Ohjeissa pyydetään toisinaan katsomaan koodia esimerkkiprojekteista (esim. Liikkuva_Tausta1). Saat esimerkkiprojektit opettajalta.

Ihminen havaitsijana: Luento 12. Jukka Häkkinen ME-C2000

Gastrulaatio neurulaatio elinaiheet

Essential Cell Biology

SILMÄNLIIKETUTKIMUS FYSIOLOGINEN NÄKÖJÄRJESTELMÄ JA KATSEENSEURANNAN TEKNIIKAT

Nuorten tieto- ja neuvontatyön osaamiskartta Pirjo Kovalainen

Kurssin tavoitteet. Anatomian (vähän sekavia) termejä. Lisää (edelleen vähän sekavia) anatomian termejä

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

AIVOJUMPPA BRAIN GYM Eija Määttä ja Lea Torvinen Muistiluotsi Kainuu

Labquality Ulkoinen laadunarviointikierros Bakteeriviljely 2/2012

Toisiinsa kytkeytyneet hermosolut muodostavat hermoston

Kalenterimerkintöjen siirtäminen Notesista

LÄNNENRATSASTUKSEN RATAPIIRROKSET

LÄNNENRATSASTUKSEN RATAPIIRROKSET

VALAISTUSSUUNNITTELUN RESTORATIIVISET VAIKUTUKSET RAKENNETUSSA YMPÄRISTÖSSÄ

Moniaistisuus. Moniaistinen havaitseminen. Mitä hyötyä on moniaistisuudesta? Puheen havaitseminen. Auditorisen signaalin ymmärrettävyyden vaikutukset

Havaitseminen ja tuote. Käytettävyyden psykologia syksy 2004

Aistit. Kaisa Tiippana Havaintopsykologian yliopistonlehtori. Luento Aistit ja kommunikaatio-kurssilla 12.9.

Ohjausjärjestelmät. jäähdytyspalkeille lämmityspattereiden kanssa

Pohjoismaisen geenipankin informaatiojärjestelmä on nimeltään SESTO (=Seed store) ja se sisältää tietoja lähes kaikista geenipankin omista

Tupakkariippuvuuden neurobiologia

Lego Mindstorms NXT robottien etenemissuunnitelma

Kotitehtävä. Ruokapäiväkirja kolmelta vuorokaudelta (normi reenipäivä, lepopäivä, kisapäivä) Huomioita, havaintoja?

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

Pään alueen plakodit (ektodermin kuroutumat) Aistinelinten aiheet Muodostavat yhdessä hermostopienan solujen kanssa myös aivohermosolmukkeet

Neuropeptidit, opiaatit ja niihin liittyvät mekanismit. Pertti Panula Biolääketieteen laitos 2013

HERMOSTON FYSIOLOGIA II

BIOSÄHKÖISET MITTAUKSET

ELEKTRORETINOGRAFIATUTKIMUKSEN VIITEARVOMITTAUKSET

Inventointinumero: - Luokka: II Ajoitus: rautakausi Lukumäärä: 1. Tarkastusaika:

Evolutiiviset muutokset aivoalueiden rakenteessa, osa , Nisse Suutarinen

Näköaistin biofysiikkaa:

Tupakkariippuvuus fyysinen riippuvuus

Laserilla laadukkaampi kuva?

Kognitiivinen mallintaminen Neuraalimallinnus 11.3.

Kuvasommittelun lähtökohta

Transkriptio:

Aistijärjestelmien yleisiä toimintaperiaatteita fysikaalinen energia muutetaan aistinelinten reseptorisolujen avulla hermoimpulsseiksi hermoimpulssit aina samanlaisia ärsykkeestä riippumatta, miten ärsykkeen eri piirteet koodataan hermostoon? impulssitaajuuden nousu/lasku perustasosta heikko ärsyke: I I I I I I voimakas ärsyke: IIIIIIIIIIIIIIIIII paikkakoodi: tietty rata välittää tiettyä ominaisuutta: labelled lines esimerkiksi silmästä lähtevää rataa pitkin saapuvat impulssit tulkitaan valoksi, korvasta saapuvat ääneksi jne. useiden hermosolujen yhteisvasteet ja niiden ajoitus Aistijärjestelmien yleisiä toimintaperiaatteita (jatkuu) solun reseptiivinen kenttä (receptive field) se ärsykepiirteiden alue, joka vaikuttaa solun toimintaan (eksitoi/inhiboi): esim. tietty äänen taajuusalue, tietty ärsykkeen sijaintipaikka näkökentässä, tietyn muotoinen ärsyke jne. HUOM: tätä käsitettä käsitelty useassa kohdassa kirjassa! Aistijärjestelmien yleisiä toimintaperiaatteita (jatkuu) Kortikaaliset kartat ärsykepiirteet usein systemaattisesti edustettuina joillain aivokuoren alueilla esim kehon edustus tuntoaivokuorella ja äänen korkeus primaarilla kuuloaivokuorella edustukset voivat muuttua oppimisen myötä (plastisiteetti) listaa tähän esimerkkejä: verkkokalvo (retina) näköhermo näköhermon risti talamuksen Lateral Geniculate Nucleus (LGN) radiatio optica primaari näköaivokuori (V1)--> muut aivokuoren alueet keskiaivojen Superior Colliculus Näköjärjestelmän pääosat Verkkokalvo (retina) Sauva (rod) retinalla reseptorisoluina sauvat (hämäränäkö) ja tapit (tarkka näkö, värinäkö) valonherkät pigmentit vapauttavat energiaa valon vaikutuksesta --> reseptorien hyperpolarisaatio --> muuttaa mm. bipolaari- ja amakriinisolujen välityksellä gangliosolujen spontaania impulssitaajuutta gangliosolujen aksonit muodostavat näköhermon lähtee silmästä yhtenä nippuna, silmän liikkuvuus Tappi (cone, keila ) horisontaalisolu (H) bipolaarisolu (B) amakriinisolu (A) gangliosolu (G) sokeapiste gangliosolujen aksonit muodostavat näköhermon

Tappien ja sauvojen jakauma retinalla sauvat enemmän kuin tappeja (120 vs 6 miljoonaa) hämäränäkö, ääreisnäkö, retinan laidoilla, ei foveassa monen solun responssi konvergoituu yhteen ganglioon -> tunnistaa pienenkin valonvälähdyksen mutta tarkkuus matala vain yksi pigmentti tapit vaikka vähemmän, ensisijainen päivänäössä tarkkanäkö, värinäkö, fovean ympärillä yksi-yhteen yhteys gangliosoluihin, tarkkuus maksimoitu kolme eri pigmenttityyppiä jotka herkkiä eri aallonpituuksille (sininen, vihreä, punainen) (yksi tappisolu on värisokea) fovea 1.2 mm, kuoppa, 200-kertainen tappitiheys ei verisuonia, ei gangliosolujen aksoneita sokeapiste näköhermon kohdalla (optic disc) mutta havainto on kuitenkin yhtenäinen?? pimeäadaptaatio, kirkkaasta valosta pimeään monia muutoksia silmässä, esim pupilli suurenee adaptaatio kahdessa vaiheessa: 10 minuutissa saavutetaan tappisolujärjestelmän maksimiherkkyys 30 minuutissa sauvasolujärjestelmä käytössä kokonaan kaksi eri järjestelmää laajentavat näköjärjestelmän toiminta-aluetta valoreseptorit adaptoituvat valitsevaan valon määrään, herkimmillään kun valoa vähän Verkkokalvon toiminta värinäkö Young-Helmholtzin kolmiväriteoria: tapeilla kolme eri aallonpituusherkkyyttä, responssien suhde määrää väriaistimuksen pätee retinan aistinsolujen tasolla Heringin vastaväriteoria: valkea-musta, sini-kelta, puna-vihreä -parit eri tasoilla näköjärjestelmää löydetty vastaväriteorian mukaan toimivia soluja (esim. vihreä eksitoi, punainen inhiboi; myös jälkikuvat todisteena) minkä värisiä sisävaloja käytetään veneissä yöpurjehduksella? miksi? Lateraali inhibitio representaatio bipolaarisolujen tasolla (lat. inhib vaikutus) valojakauma retinalla - - - - - - - + + + + + verkkokalvolla (ja muualla) esiintyvä ilmiö, jossa toimiva solu inhiboi viereisten solujen toimintaa terävöittää kontrasteja rajapinnoissa

gangliosoluissa reseptiivisten kenttien mukaan oncenter/offsurround ja offcenter/onsurround -tyypit reseptiivisten kenttien koot vaihtelevat eri gangliosoluilla ganglio solut eivät ole yksinkertaisia valotunnistimia vaan ne ovat herkkiä reseptiivisen kentän luminanssikontrasteille nenänpuoleisten gangliosolujen muodostamat radat vastakkaiseen aivopuoliskoon ohimonpuoleiset samanpuoleiseen! näkökentän vasen puoli oikeaan aivopuoliskoon, oikea vasempaan Näköradat retinalta kohti aivoja Näköradat retina--> talamuksen LGN-tumake --> V1 --> muut korteksin näköalueet jakautuu ns. mikä- ja kuinka -järjestelmiin retina --> superior colliculus koordinoi nopeita silmänliikkeitä retina -> hypotalamus vuorokausirytmin säätely retina -> pretectum pupillin säätörefleksi Talamuksen LGN-tumakkeen kerrokset: Magnosellulaarikerrokset Parvosellulaarikerrokset Näkötiedon käsittely talamuksessa retinan gangliosolut synapsoituvat talamuksen lateral geniculate (LGN) -tumakkeeseen: P-tyypin gangliosolut kytkeytyvät LGN:n parvosellulaarisoluihin kerroksissa 3-6 (parvo=pieni) pienet reseptiiviset kentät: yksityiskohdat, värit M-tyypin gangliosolut kytkeytyvät LGN:n magnosellulaarisoluihin kerroksissa 1-2 (magno=suuri) suuret reseptiiviset kentät: hahmot, liike, 3-ulotteinen sijainti jako parvo- ja magnosellulaarijärjestelmään ilmenee näkötiedon käsittelyn myöhemmilläkin tasoilla, vaikka järjestelmien välillä myös vuorovaikutusta

Tiedonkäsittely primaarilla näköaivokuorella V1:n solupylväissä kussakin tietylle kallistuskulmalle reagoivia soluja silmädominanssipylväiden solut reagoivat joko vasemman tai oikean silmän ärsykkeisiiin myös eri väreille ja ärsykkeen sijaintipaikoille spesifejä pylväitä Hubelin ja Wieselin klassiset yksittäissolurekisteröinnit kissan primaarin näköalueen (V1) orientaatiodetektorisolut ( simple cells ) V2:lla mm. complex & hypercomplex cells Mihin orientaatiodetektorisolun toiminta perustuu? samaan V1:n soluun konvergoituu sopivalla tavalla järjestäytyneiden gangliosolujen output Valojuova osuu optimaalisesti detektorisolun reseptiiviseen kenttään -->solu saa eksitoivaa syötettä kaikista siiihen kytkeytyvistä gangliosoluista--> detektorisolu laukoo tiheästi impulsseja Okkipitaalilohkon näköalueet (näkötiedon käsittelyyn osallistuvia alueita myös muissa aivolohkoissa Isoäitisolu : Hierarkisen piirredetektorimallin looginen lopputulos? onko jokaiselle kohteelle oma tunnistinsolunsa? epätodennäköinen vaihtoehto mutta ks. Quiroga et al 2005: on soluja jotka laukovat nähdessään isoäidin, mutta nämä osana dynaamista neuroverkkoa

Näköradat näköaivokuorelta eteenpäin Mikä? -rata ( what? -pathway,!ventraalirata,!parvosellulaarijärjestelmä,) V1--> temporaalilohkon alaosat monimutkaiset muodot, värit kohteiden tunnistus --> tietoinen havainto toimintahäiriöitä agnosiat (kohteiden tunnistamisvaikeudet), esim. prosopagnosia (spesifi kasvojen tunnistamisen vaikeus), eräät värisokeuden muodot Kuinka?-rata (how?/where? - pathway,! missä?-rata,!dorsaalirata,!magnosellulaarijärjestelmä) V1 --> parietaalilohkon takaosat liike, 3-ulotteinen sijainti toiminta --> havaitsijan liikkeiden ohjaus suhteessa kohteisiin (esim. tartuttaessa esineisiin) tiedonkäsittely ei-tietoista toimintahäiriöitä liikesokeus, optinen ataksia (vaikeus ohjata omia liikkeitä näkötiedon pohjalta) MIKÄ? Huom. Kalatin kirjan shape pathway+color pathway!mikä?- rata, motion and depth pathway!kuinka?-rata MIKÄ? KUINKA? Näköjärjestelmän toiminta näköjärjestelmä tekee älykkäitä arvauksia aikaisempien kokemuksien perusteella maljakko/kasvot illuusio näköjärjestelmä ei saa jäädä päättämättömyyden tilaan, tarkentuva tulkinta puutteellisten vihjeiden perusteella yhtenäinen ja koherentti kuva maailmasta rakennetaan näkötiedon perusteella, näköjärjestelmä ei ole kamera vrt. sokeapiste, kuollut kulma, fovea/sakkadit