Ihminen havaitsijana: Luento 5 Jukka Häkkinen ME-C2000 Kevät 2017 1
Luento 5 Näön perusprosessit Näköjärjestelmän rakenne 2
Verkkokalvon välittämä kuva maailmasta 1. Kontrastitieto: On- ja Off-rata 2. Ääriviivatieto: Lateraali inhibitio 3. Muutos ja pysyvyys: Nopeat ja hitaat muutokset 4. Värit: Sini-Kelta, Puna-Viher 3
Verkkokalvo koodaa kuvan kontrasteina 4
Center-surround reseptiivinen kenttä Sijoitetaan reseptiivisen kentän keskelle valotäplä. Osuu eksitatoriseen osaan reseptiivistä kenttää. Siirretään valotäplä inhbitoriseen osaan reseptiivistä kenttää Gangliosolu aktivoituu paljon = aktiopotentiaaleja tiheästi Gangliosolu aktivoituu vähän = ei aktiopotentiaaleja 5
Reseptiiviset kentät välittävät eteenpäin kontrastieroja ON-rata - - - - + - On-center / Off-surround Ympäristöä vaaleammat - - OFF-rata + + + - + + Off-center / On-surround Ympäristöä tummemmat + + ON/OFF-reseptiiviset kentät peittävät koko verkkokalvon = kaksi versiota näkymästä 6
Ääriviivatieto 7
Center-surround vuorovaikutus on lateraalia inhibitiota Reseptorit Gangliosolu Reseptorit On-center / Off-surround - - - + - - - - Horisontaalisolut Biplolaarisolut Amakriinisolut Gangliosolut Eksitatorinen yhteys = lisää seuraavan solun aktiviteettia Inhibitorinen yhteys = vähentää seuraavan solun aktiviteettia 8
Machin nauhat http://www.michaelbach.de/ot/lum-machbands/ 9
Näkyy myös terävässä reunassa 1 0
Lateraali inhibition mekanismi Epäjatkuvuuskohdassa Inhibitio vaikuttaa eri tavalla, joten reuna-alue korostuu 100 100 20 20 Kukin hermosolu inhiboi viereisiä hermosoluja (tässä esimerkissä!) 10% -10-10 -10-2 -10-2 -2-2 80 88 8 16 Tasavärisellä alueella inhibitio on kummaltakin puolelta sama. 11
Center-surround siis korostaa ääriviivoja D Kuva Gangliosolujen vaste 12
Reunat ovat tärkeämpiä kuin pinnat: Craik-O Brien-Cornsweet-illuusio 1 3
Reunat ovat tärkeämpiä kuin pinnat: Craik-O Brien-Cornsweet-illuusio 1 4
Craik-O Brien-Cornsweet-illuusio Illuusion perusidea: Reunan kontrasti määrittelee pinnan kontrastia. http://en.wikipedia.org/wiki/file:cornsweet_illusion_explanation.svg 1 5
Aikaulottuvuus: Muutos ja pysyvyys 16
Nopeat ja hitaat gangliosolut Nopeat magnosellulaarigangliosolut M-solut Hitaat parvosellulaarigangliosolut P-solut Valon voimakkuus Valon voimakkuus Aika Aika Gangliosolun aktivaatio Aika Gangliosolun aktivaatio Aika Nopeat solut viestivät äkkinäisistä muutoksista, hitaat solut näkökentän rakenteesta 17
M-, P- ja K -radat Parvosellullaarirata (70 %) Magnosellulaarirata (10%) Koniosellulaarirata(10%) Pieni reseptiivinen kenttä Suuri reseptiivinen kenttä Ei center-surroundrakennetta Värierottelu Värisokeita Sininen-keltainen Lähellä foveaa Tasaisesti verkkokalvolla Tasaisesti verkkokalvolla Hitaita Nopeita Nopeus P:n ja M:n välissä Huono kontrastiherkkyys Hyvä kontrastiherkkyys Kontrastiherkkyys P:n ja M:n välissä Korkea näkötarkkuus Alhainen näkötarkkuus Näkötarkkuus P:n ja M:n välissä 18
Näkörata Optinen kiasma Lateral geniculate nucleus = LGN = ulompi polvitumake Superior colliculus = ylempi nelikukkula V1, Primaarinen näköaivokuori 19
Gangliosolutyyppi Aivokuoren V1 kerrokset Lähde: Nassi & Callaway (2009) Parallel processing strategies of the primate visual system. Nature Reviews Neuroscience 10, 360-372. 20
Näkörata Lähde: Nassi & Callaway (2009) Parallel processing strategies of the primate visual system. Nature Reviews Neuroscience 10, 360-372. 21
Näkörata 22
Näkörata Julie Blumberg & Gabriel Kreiman (2010) How cortical neurons help us see: visual recognition in the human brain. Journal of Clinical Investigation 120(9) 3054-3063 23
Ventraalinen rata Ventraalinen rata (Temporal) ITC = Inferior Temporal cortex PIT = Posterior IT CIT = Central IT AIT = Anterior IT 24
Vauriot Akromatopsia: värisokeus Form agnosia: näkee vain osia Prosopagnosia: kasvosokeus Topographic agnosia: visuaalinen navigoiminen vaikeaa Ventraalinen rata (Temporal) ITC = Inferior Temporal cortex PIT = Posterior IT CIT = Central IT AIT = Anterior IT 25
Dorsaalinen rata Dorsaalinen rata (Parietal) MT = Medial temporal Cortex MST = Medial superior Temporal Cortex Parietal lobe 26
Vauriot Akinetopsia: liikesokeus Hemispatial neglect: tarkkaavaisuus eí suuntaudu näkökentän puoliskoon Simultagnosia: vaikeus nähdä useita objekteja Optinen ataksia: vaikeus tarttua objekteihin visuaalisen tiedon avulla Okulaarinen apraksia: vaikeus liikuttaa silmiä haluttuun kohtaan Dorsaalinen rata (Parietal) MT = Medial temporal Cortex MST = Medial superior Temporal Cortex Parietal lobe 27
Otsalohko ja hippocampus Otsalohkovauriot Päätöksenteon ongelmat Riskinotto Sosiaalisen käyttäytymisen muutokset Vauriot hippocampuksessa Mieleenpainamisen ongelmat Navigoimisongelmat 28
Todellinen näkörata Felleman & van Essen (1991) Distributed hierarchical processing in primate cerebral cortex. Cerebral Cortex 1(1) 1-47. 29
Ventraalinen ja dorsaalinen rata: Havaitseminen ja toiminta 30
Potilas DF Milner & Goodale: Dorsaalinen = toiminta, ventraalinen = havainto 31
Aivokuori V1: Monimutkaisempia reseptiivisiä kenttiä 32
33
Reseptiivinen kenttä + + + - + + + + Off-center / On-surround - - - + - - - - On-center / Off-surround On- ja Off-radat 34
Primaarinen näköaivokuori, V1 Viivalle herkän reseptiivisen kentän voi rakentaa pyöreistä reseptiivisestä kentistä 35
Herkkyyskäyrä 36
Yksinkertainen solu, simple cell Koko- ja suuntavalikoivuus Gabor-funktio 37 http://en.wikipedia.org/wiki/file:gabor_filter.png
Muut solut Kompleksisolu: Koko- ja orientaatio-valikoivuus, mutta ei paikkavalikoivuutta Hyperkompleksi/End-stopped solu: pituusvalikoivuus 38 http://en.wikipedia.org/wiki/file:gabor_filter.png
Primaarisen näköaivokuoren prosessointiyksikkö: Hypersarake Analysoi yhdestä verkkokalvon kohdasta Orientaatio Koko Liikesuunta Silmien väliset erot - stereonäkö 39
Hypersarake Blob Hypersarake Silmävalikoivat sarakkeet Orientaatiovalikoivat sarakkeet 40