korowe mechanizmy percepcji wzrokowej - zpf.psychologia.uj...

korowe mechanizmy percepcji wzrokowej

Marcin SzwedInstytut Psychologii, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Marcin Szwed

Weizmann Neurospin Salpétrière

2001-2006 Doktorat, Weizmann Institute of Science, Neurobiology Department, Ahissar Lab

2007-2011 Human Frontier Science Program fellow, Stanislas Dehaene i Laurent Cohen (Cognitive Neuroimaging Unit / Szpital Salpétrière, Saclay/Paryż)

2011-2012 Visiting Scientitst, CNRS Research Center for Cognitive Psychology, Marsylia

2012-obecnie Instytut Psychologii, Uniwersytet Jagielloński

+ Szwed, Dehaene et al. Neuroimage (2011)

+ Reich, Szwed, Cohen, Amedi Current Biology(2011)

+ Siuda-Krzywicka, Bola et al., eLife (2016)

+ Boros et al., Neuroimage (2016)

+ other publications in Nature Neuroscience, Neuron, Behavioral and Brain Sciences...

(Robert Doisneau, 1956)

Marcin Szweddept of Psychology, Jagiellonian University, Kraków

m.szwed@uj.edu.pl

limits of human brain plasitity, with or without sensory deprivation (blindness, deafness)

cognitive functions with an exclusive or prevalent development in humans, expecially reading

functional and structural MRI behavioural approachesspecial subject populations (illiterate, blind and sightedbraille readers, dyslexic children)

korowe mechanizmy percepcji wzrokowej

• percepcja wzorkowa porównywana jest do aparatu fotograficznego

• porównianie jest niewłaściwe• nie oddaje faktu, że obraz wzrokowy świata

jest aktywnie konstruowany przez mózg

(Kandell, Principles of Neural Science)

aktywna konstrukcja świata - złudzenia wzrokowe

aktywna konstrukcja świata odzyskanie wzroku w wieku dorosłym

• odzyskanie wzroku np.. w wyniku usunięcia katarakty• deficyt postrzegania odległości, wielkości• poczucie głębokiego zagubienia, długotrwałe upośledzenie• „bezustannie wyłapywał z otoczenia przeróżne szczegóły [...]

ale nie potrafił ich zsyntetyzować. [...] • W pełni funkcjonalne oko, siatkówka, nerw wzrokowy• Brak korowych mechanizmów aktywnie budujących obraz

świata

(Oliver Sacks, „Antropolog na Marsie”)

korowe mechanizmy percepcji wzrokowej

• percepcja wzorkowa porównywana jest do aparatu fotograficznego

• to porównianie jednak jest niewłaściwe• nie oddaje aktywnego, kreatywnego aspektu

percepcji wzrokowej• mamy wrażenie postrzegana jednolitego obrazu

świata• to co postrzegamy jest wynikiem współdziałania

wielu obszarów wzrokowych• koncepcja hierarchii

(Kandell, Principles of Neural Science)

(Gazzaniga 2004; za Konorski, 1967)

to co postrzegamy jest wynikiem współdziałania ok. 10 osobnych

obszarów wzrokowych

droga wzrokowa „co”

droga wzrokowa „gdzie”

schemat wykładu

reprezentacja świataw korze pierwszorzędowej

mechanizmy percepcji

koloru

pierwszorzędowa kora wzrokowa

reprezentacja świataw korze pierwszorzędowej

system wzrokowy

pierwszorzędowa kora wzrokowa

• Pierwszy i największy obszar wzrokowy

• Około 40% całej kory wzrokowej u naczelnych (Macacca mulata); u ludzi nieco mniej

• film – hubel i wiesel

główna rola pierwszorzędowej kory wzrokowej:

• przetwarzanie kontrastu lokalnego

• ustalanie orientacji konturów

• wysoka rozdzielczość reprezentacji

• mapy kolorów (inne fragmenty kory koduują kolory, inne orientację konturów)

(Hubel and Wiesel, 1986)

odzwierdzciedlenie korowe nie jestprostą kopią świata zewnętrznego

segregacja sygnału wzrokowegona lewą i prawą półkulę

powiększenie korowe:centrum vs. peryferie

(Króliczak; za Horton i Hoyt, 2001)

rozdzielczość w centrum pola widzenia jest wielokrotnie wyższa

niż w peryferii

sakadowe ruchy oka

• oko zwykle wykonuje kilka sakad na sekundę

• trwają 20–200 ms, w zależności od amplitudy (20–30 ms w czytaniu)

• podczas ruchu oka obraz tłumiony

• pozwalają skoncentrować się na wybranych fragmentach obrazu

(Yarbus, 1967)

obraz wzrokowy jest aktywnie tworzony

wydaje się nam, że widzimy więcej, niż widzimy rzeczywiście

„wielkie złudzenie” (Noe i O’Regan)

schemat wykładu

mechanizmy percepcji

koloru

Efekt stałości barwy

• Wraz z oświetleniem, gama kolorów odbierana przez oko zmienia się diametralnie

• Subiektywnie nie odczuwamy tego

Oko ludzkie – czopki i pręciki

system wzrokowy pozwala nam widzieć stałą strukturę świata w

obliczu zmiennych warunków oświetlenia, punktu widzenia, etc

Neuronalne podłożewidzenia barwnego

• Trzy typy czopków, wrażliwych na odmienne zakresy długości fal

proszę zwrócić uwagę na nakładające się zakresy wrażliwości każdego z czopków oraz zmiany czułości

24

Short – czopki krótkofalowe (S)Medium– czopki średniofalowe (M)Long – czopki długofalowe (L)Rods - pręciki

budowa siatkówki

• czopki znajdują się głównie w części centralnej siatkówki, natomiast pręciki na obrzeżach

teoria przeciwstawnychprocesów (Heringa)

• widzenie barw opiera się na przeciwstawnych parach kolorów: czerwonego i zielonego, żółtego i niebieskiego oraz białego i czarnego– powidoki barwne

• nie dotyczy wyłącznie siatkówki, ale również kory

• Kanał czerwono-zielony: różnica czopki L – czopki M

• Kanał niebiesko – żółty:różnica czopki S – czopki L+M

mechanizmprzeciwstawności

27obraz realny powidok barwny

Hierarchia neuronalna a neuropsychologia

Kora V4/V8kolorowe widzenie

Uraz:Achromatopsia

(Rafael Malach)

Patients with achromatopsica can not perceive color

see the world in gray- complain things look “dirty”

Achromatopsia: cortical color blindness

From Gazzaniga et al., 1999

31

Integracja barw

• kora V4/V8 integruje informacje z kory pierwszorzędowej

• zapewnia efekt stałości barwy

• uszkodzenia prowadzą do achromatopsji

droga wzrokowa „co”

droga wzrokowa „gdzie”

schemat wykładu

reprezentacja świataw korze pierwszorzędowej

mechanizmy percepcji

koloru

strumienie wzrokowe w korze mózgowej

Strumień GrzbietowyWidzenie dla

działania

Goodale, M.A. & Milner, A.D. (1992).Trends in Neurosciences 15: 20-25.

Strumień BrzusznyWidzenie dla percepcji

(Grzegorz Króliczak)

skaner MRI

BodźceCavina-Pratesi et al. (2007). PLoS ONE 2(5): e424

Brak przetwarzania wielkości przedmiotu

Perc

epcj

a

Dyskryminacjatekstury

Dyskryminacjawielkości

Dzia

łani

e

Przetwarzanie wielkości przedmiotu

Chwytanie Sięganie

Eksperyment 1

Czy fMRI wykaże rozdzielność między chwytaniem i spostrzeganiem trójwymiarowych przedmiotów?

% Z

mia

ny sy

gnał

u BO

LD

ChwytanieSięganieDyskryminacja wielkościDyskryminacja tekstury

>

0

1Eksperyment 1

0

1

IPS

PCS

Aktywacja w strumieniugrzbietowym

AIP u 9 Uczestników

Cavina-Pratesi et al. (2007). PLoS ONE 2(5): e424

(Grzegorz Króliczak)

ChwytanieSięganie

Dyskr. wielkości Dyskryminacja tekstury

>

%Zm

iany

sygn

ału

BOLD

0

1

Eksperyment 1

STS

Aktywacja w strumieniubrzusznym

LO u 7 Uczestników

Cavina-Pratesi et al. (2007). PLoS ONE 2(5): e424(Grzegorz Króliczak)

38

fMRI – rozdzielność strumieni wzrokowych

• taki sam bodziec• różne działania (chwytanie

vs. postrzeganie)• chwytanie – strumień

grzbietowy• postrzeganie – strumień

bruszny

(Grzegorz Króliczak)

Pasma wzrokowe w korze mózgowej - neuropsychologia

Goodale, M.A. & Milner, A.D. (1992).Trends in Neurosciences 15: 20-25.

Akinetopsia

Strumień BrzusznyWidzenie dla percepcji

Strumień GrzbietowyWidzenie dla

działania

(Grzegorz Króliczak)

Pacjenci ze ślepotą na ruchwidzą świat jakby w świetle stroboskopu

uszkodzenia pasma grzbietowego prowadzą do zaburzeń postrzegania

czasu i przestrzeni, np. do akinetopsji

Strumienie wzrokowe w korze mózgowej

Goodale, M.A. & Milner, A.D. (1992).Trends in Neurosciences 15: 20-25.

Strumień BrzusznyWidzenie dla percepcji

Strumień GrzbietowyWidzenie dla

działania

skaner MRI

fMRI

Ishai et al,2000

Agnozja twarzy(prozopagnozja)

strumień brzuszny - neuropsychologia

Fusiform damage:Impaired face recognition (prosopagnosia)

Gauthier, Behrmann and Tarr, 1999

CRAged 21Metabolic encephalopathy

SM

Aged 24Motor vehicle accident

Zachowanie widzenie przedmiotówUszkodzone widzenie twarzy

strumień brzuszny - neuropsychologiaAgnozja przedmiotów

(Ishai et al.., 2001)

Postrzeganie dla działania jest zachowane

(nietknięta funkcja strumienia grzbietowego)

Podsumowanie

Uszkodzenia strumienia brzusznego powodują utratę świadomego postrzegania specyficzą dla danej kategorii

obiektów twarzy – prozopagnozjaprzedmiotów – agnozja

Efekty uszkodzenia są „modularne” tzn. dotykają tylko treści przetwarzanych przez uszodzony region. Pozostałe

umiejętności postrzegania pozostają normalne

Strumień brzuszny a umiejętność czytania

• Rozpoznawanie twarzy i przedmiotów jest umiejętnością ewolucyjnie starą, z pewnym komponentem wrodzonym

• Pismo zostało wynalezione nie tak dawno (~5400 lat). Umiejętność czytania nie mogła wyewoluować w biologicznym tego słowa znaczeniu

• jakiej specjalizacji możemy się spodziewać w przypadku stuktur mózgowych odpowiedzialnych za czytanie?

Nobre et al., 1994Cohen et al., Brain, 2000Bolger et al. 2005Ben-Schahar, 2006

Obszar Formy Wzrokowej Słowa

„Badany zauważył nagle, że nie był wstanie przeczytać ani jednego słowa,podcas gdy był stanie bez problemupisać, mówić oraz rozpoznawaćotaczające go osoby i przedmioty”.

JJ Dejerine, 1892

„czysta” alexia

• poważne uszkodzenie umiejętności czytania

• rozpoznawanie przedmiotów i twarzy zachowane

• rozumienie słowa mówionego i sama mowa zachowane

• umiejętność pisania zachowana

silna specjalizacja może występować nie tylko dla twarzy i przedmiotów ale także w przypadku bodźców

kulturowych

droga wzrokowa „co”

droga wzrokowa „gdzie”

schemat wykładu

reprezentacja świataw korze pierwszorzędowej

mechanizmy percepcji

koloru

Kalat, „Biologiczne podstawy psychologii”, rozdział 6.2

LekturyFrith ”Od mózgu do umysłu”

Sacks „Antropolog na Marsie”-V.S. Ramachandran „Neuronauka o

podstawach człowieczeństwa”„Reading in the Brain” Stanislas Dehaene

„Visual Agnosia” Marta Farah

Moje kursy (2-5 rok):- Human Neuroscience (semestr L,

2018/9)(gościnnie)

wprowadzenie do psychofizjologii- wprowadzenie do neuroobrazowania

FilmyBrain Story, Supersense, Phantoms of

the Brain

Badaniamózgowe podstawy umiejętności

kulturowych

Granice plastyczności ludzkiego mózgu widziane przez pryzmat mózgu głuchych

i niewidomych

Staże badawcze

granty NCN, 7PR Unii Europejskiej

Internetwww.szwedlab.psychologia.uj.edu.pl

m.szwed@uj.edu.pl

Dziękuje!