Vizulis illzik II Uthatsok adaptci BME Kognitv Tudomnyi

Vizuális illúziók II. Utóhatások - adaptáció BME Kognitív Tudományi Tanszék

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

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

Akciós potenciál

Szinapszis- ingerület átvitel transzmitter- átvivő anyag Kb. 103 szinapszis/ neuron 15 Min. 2 állapot. . . 10

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

- a külvilág részletes belső reprezentációjának létrehozása - aktuális szándékok szerinti leírás, viselkedés irányítás

• Utóhatások – A látás a környezet változásait jelzi

A vizuális agy

Kitüntetett pontok a retinán vakfolt 5 mm Fovea

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

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

• A vakfolt felfedezése

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

Csapok és pálcikák mozaikja (főemlős retina) 50 µm

Fotoreceptorok 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. 440 nm), közepes (kb. 530 nm), hosszú (kb. 560 nm) hullámhosszra érzékenyek - Nappali látás - Foveánál csak csapok, perifériánál alig

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

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

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

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

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

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

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

Luminancia csillagfény Holdfény villanyfény Nappali fény Fehér papír színlátás hiánya Jó színlátás és látásélesség Vizuális funkció abszolút küszöb csapok küszöbe pálcika telítődés Legjobb Látásélesség károsodás veszélye aktuális érzékenységi tartomány q A retinális ganglionsejt válasz tartománya korlátozott q Egy ganglionsejt maximum kibocsátási frekvenciája nem több mint 500 akciós potenciál/sec. q Ebből következően, hogy a luminancia változásra mutatott magas szenzitivitás létrejöhessen az adaptációnak a vizuális rendszer korábbi szintjén kell bekövetkeznie.

q A fotopigmentek szintjén történik az adaptáció nagy része q 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. ) q Ha a molekula elérte az izomerizált állapotot, nem képes több fotont elnyelni. q 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. q Ez a kulcsa az adaptációnak.

• 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.

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

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

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)

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

M. Bach & JL Hinton http: //www. michaelbach. de/ot/col_rapid. Afterimage/index. html

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

Dőlési utóhatás Megfigyelések • Közeli irányokat befolyásol • Rövid ideig tart Magyarázat alapjai • • Populációs kódolás V 1 orientációs térkép Gátlás Adaptáció Kérdések • Kéreg vagy retina?

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

A V 1

V 1 – az input különböző ingerdimenziók mentén elemződik • • luminancia Irány/orientáció diszparitás mozgás irány

V 1 - Irányszelektivitás Hubel és Wiesel, 1959

Receptív mező – V 1 Retinális ganglion sejtek konvergencia V 1 (irányszelektív sejt)

A szemdominancia oszlopok

V 1 orientációs térkép J. Bednar neurális modellje http: //homepages. inf. ed. ac. uk/jbednar/tae. html

Dőlési utóhatás Magyarázat alapjai Populációs kódolás V 1 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.

Mozgási utóhatás Megfigyelések n n Szemek között transzfer rövid ideig tart Magyarázat alapjai n n Populációs kódolás V 1 mozgásirány térkép Gátlás Adaptáció „vízesés" illúzió (Addams, R. 1834. 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, 373 -374. )

V 1 mozgásirány térkép J. Bednar neurális modellje http: //homepages. inf. ed. ac. uk/jbednar/tae. html

Még 1 dimenziót érintő, de magasabbszintű vizuális utóhatás

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

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

Érzelem Morfolás

Háttere - modellek 1. – “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

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

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

http: //www. michaelbach. de/ot/col-Mc. Collough/

Mc. Cullough kontingens utóhatás Megfigyelések n n Irányfüggő színek hosszú ideig tart Magyarázat alapjai n n Populációs kódolás V 1 szín és orientációs térkép Gátlás !? Adaptáció Celeste Mc. Cullough (1965). Color Adaptation of Edge. Detectors in the Human Visual System. Science, 149, 1115 -1116.

Levezetésnek … • Megint arcok! • HAVE FUN!!! https: //www. youtube. com/watch? v=WMTv 4 Cpj_8 k