NEUROFYSIOLOGIE VAN VISUELE PERCEPTIE

1. NEUROFYSIOLOGIE VAN VISUELE PERCEPTIE Biomedische Wetenschappen Caput college Dr. J.A.M. van Gisbergen

2. Overzicht • retina • het begrip receptief veld • parallele systemen • thalamus • visuele cortex • retinotopische kaart • simple & complex cellen • codering lijnorientatie – oogdominantie - kleur • corticale modules • visuele aandacht • bottom-up / top-down • rol oogbewegingen • neglect

3. retina

4. begrip receptief veld gebied op het receptor oppervlak waar lichtstimulus de activiteit neuron beïnvloedt

5. ON-center cel Mach banden: receptieve velden van retinale ganglioncellen hebben center-surround structuur center en surround werken tegengesteld opscherping van randen: Mach banden

6. Center-surround schakeling • effect van belichten center receptoren wordt rechtstreeks doorgegeven aan bipolaircel • tegengesteld effect surround receptoren via horizontaalcellen

7. ON en OFF ganglioncellen on-center off-center

8. bedekkingsgraad ON en OFF cellen elk systeem heeft 100% bedekkingsgraad

9. M- en P-systeem • M systeem grofmazig en kleurenblind, maar zeer goed in detectie snelle temporele veranderingen • P systeem is fijnmazig (fijn detail en kleur) • velden worden groter in de periferie van de retina

10. kleine velden essentieel voor fijn detail zien fijn detail zien best in fovea:

11. foveaal vs perifeer

13. thalamus

14. projecties M- en P-systeem

15. thalamische projecties (LGN) LGN ‘kijkt’ naar contralateraal halfveld, via L en R oog (elk 3 lagen) receptieve velden monoculair retinotopische organisatie weer M en P systeem, elk met ON en OFF

16. visuele cortexretinotopische kaartreceptieve veldenorientatie gevoeligheidoculaire dominantiekleurcellenmodules

17. retinakaart in area 17

18. retinakaart in area 17 naburige neuronen hebben naburige receptieve velden kaart is sterk vervormd (fovea is uitgerekt)

19. verklaring vorm kaart • retinale celdichtheid inhomogeen • corticale celdichtheid wél homogeen • buren blijven buren

20. corticale vergrotingsfactor M = corticale vergrotingsfactor (mm/graad) E = afstand tot fovea (excentriciteit) in graden a en b zijn constantes • M is groot in de fovea en klein in de periferie van de retina • als M groot is zijn er veel neuronen beschikbaar per graad gezichtsveld

21. grootte receptieve velden • perifere velden zijn groter • bedekkingsgraad ongeveer constant

22. simple en complex cellen ON en OFF zones naast elkaar ON en OFF zones overlappend

23. inputs simple cell ON en OFF zones kunnen worden verklaard door input van opgelijnde LGN receptieve velden

24. orïentatie gevoeligheid tuning curve van één cel optimale orïentatie verloopt geleidelijk

25. orïentatie kolommen

26. plasticiteit: what you see is what you get opgroeien in een eenzijdige visuele omgeving beïnvloedt de verdeling van orïentatie gevoeligheden van de neuronen Stryker et al. (1978) J Neurophysiol.

27. oogdominantie kolommen

28. oculaire dominatie kolommen

29. visuele deprivatie als één oog in de vroege ontwikkeling geen normale visuele input ontvangt leidt dit tot amblyopie (lui oog)

30. gevolgen van deprivatie: lui oog normaal hebben L en R oog even sterke connecties deprivatie tijdens gevoelige periode in de jeugd leidt tot verlies van connecties en amblyopie (lui oog)

31. kleurvlekken (blobs) • in area 17 is een patroon van kleurcel concentraties gevonden • vertonen hoge activiteit van cytochroom oxydase • hoe past dit patroon bij orïentatie en oculaire dominantie kolommen?

32. corticale modules zwarte en witte banden: oculair dominantie kolommen (L en R oog) gekleurde lijnen: cellen met gelijke orïentatie gevoeligheid snijpunten van deze lijnen: orïentatie ongevoelige neuronen (kleur blobs)

33. pinwheel model • elk gebied in het visuele veld wordt bekeken door zowel linker als rechteroog, elk met een complete set orientatie-gevoelige kanalen • in totaal 2000 modules • foveale modules beslaan klein gebied; perifere modules een groot gebied

34. projectie oculaire kolommen op het visuele veld visueel veld  cortex cortex  visueel veld in fovea beslaat één L+R paar 0.1o in de periferie is dit vele graden Adams et al, J. Neurosci. (2007)

35. projectie cortex op gezichtsveld rood = R-oog blauw = L-oog projectie gezichtsveld op platgeslagen linker en rechter cortex

36. visuele aandacht

37. bottom-up en top-down • Perceptie berust op bottom-up en top-down processen: • neurofysiologische signalen vormen de bottom-up component (retinale signalen) • signalen van hogere centra representeren top-down stroom (ervaring, verwachting, context)

38. bottom-up en top-down rol van kennis, ervaring en geheugen

39. effect van context

40. attentie effecten in area 17 figure-ground detectie verhoogde vuurfrequentie door gerichte aandacht treedt pas op na lange latentietijd aandacht op stimulus in receptief veld?

41. top-down visuele cortex bottom-up top-down top-down effecten in area 17 zijn afkomstig van hogere visuele gebieden vandaar lange latentietijd van het figure-ground onderscheid

42. rol van oogbewegingen

43. FOVEAAL ZIEN en SACCADES

44. SCAN PATROON

45. VISUAL SEARCH zoek Kennedy !!

46. gerichte aandacht: oogbewegingen De onverwachte bezoeker (Repin)

47. Yarbus resultaten

48. corticale gebieden voor het richten van attentie FEF frontaal blikcentrum LIP deel van parietale cortex • visuele responsies op bepaalde stimulus zijn sterker als aandacht erop gericht is • electrisch stimuleren van FEF genereert een saccade • subdrempelig stimuleren FEF richt aandacht

49. corticale gebieden voor het richten van attentie frontaal blikcentrum is betrokken bij richten van aandacht én sturing saccades

50. problemen met attentie: neglect