college 6: modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem purves: hoofdstuk 13
DESCRIPTION
College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13 “ the Vestibular System ” Syllabus: pags. 15-41 Extra info: zie BB. h( τ ). y(t). x(t). H( ω). Y( ω ). X( ω ). Korte recapitulatie van vorige week: LINEAIRE SYSTEEMTHEORIE. direct - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/1.jpg)
1
College 6:
Modellen vanneurale circuits in
het oculomotor systeem
Purves: Hoofdstuk 13“the Vestibular System”
Syllabus: pags. 15-41Extra info: zie BB
![Page 2: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Korte recapitulatie van vorige week: LINEAIRE SYSTEEMTHEORIE
x(t) y(t)h(τ)
X(ω) Y(ω)H(ω)
Meting van h(τ):• direct
• uit de staprespons (afgeleide nemen)
• met GWN (kruiscorrelatie nemen)
• of: na inverse Fouriertransformatie van
de sinus/cosinus responsies
![Page 3: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Impulsresponse van een eerste-orde LP systeem: RC circuit
![Page 4: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Voorbeelden van eerste-ordeLineaire Systemen:
Low-pass filter,High-pass filter,Delay,Integrator,Differentiator
(WC opgave 4)
Een tweede-ordeLineair Systeem:Band-pass filter
![Page 5: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Ele
vati
on
(d
eg)
-40
-20
0
+20
+40
+60
Real-life voorbeeld: de complexe geometrie van het menselijk oor werkt effectief als een lineair, maar richtings- afhankelijk,akoestisch filter.
(‘oor-afdruk’)(‘oor-afdruk’)
Frequency (kHz)
Am
pli
tud
e (d
B)
0
10
-10Onder: ε=-40o
Boven: ε=+60o
Filter: H(f,ε)
![Page 6: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Spectrum bij hettrommelvlies
Oorschelp filter
Spectrum van degeluidsbron
Probleem voor het zenuwstelsel:
Schat de verticale hoek ε uit hetgemeten trommelvlies spectrum.
Merk op: er zijn in principe oneindig veel mogelijke combinaties van geluidsbronspectra en oorschelpfilters mogelijk die hetzelfde trommelvliesspectrum opleveren,
en dus is er geen unieke oplossing voor ε!(en toch lukt het auditief systeem het om dit probleem op te lossen....)
Er geldt dus voor het geluidssignaal bij het trommelvlies:
![Page 7: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Het Oculomotor systeem:
• de vestibulo-oculaire reflex (VOR) (Purves, H13)• de optokinetische nystagmus (OKN)
‘oude’ oogbewegingssystemen: ‘gaze stabilization reflexes’
• de saccadische oogbeweging (Purves, H19)• de gladde oogvolgbeweging (smooth pursuit)
‘nieuw’: gaze ‘refixation’ and following responses (fovea):
‘nieuwst’: disconjunctieve oogbewegingen (alleen bij binoculair, foveaal zien):
• vergentie
(Lees bijvoegsel op BB: introeyemovements.pdf ) Purves: Hoofdstuk 13
![Page 8: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Dit is wat we zien Dit is wat we waarnemen
![Page 9: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/9.jpg)
9
De Vestibulo-Ocular Reflex (VOR)
position
De saccadeVOR = stapresponse van het oculomotorsysteem op een STAP-veranderingvan de hoofdsnelheid
Saccade = stapresponse van het oculomotorsysteem op een STAP-veranderingvan de doelpositie
Quick phases ( ‘reset’ saccades)+ Slow phase(VOR) = nystagmus
![Page 10: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/10.jpg)
10
We zullen zien dat:
- De VOR is een lineair, high-pass systeem
- De oogbol + oogspieren (‘plant’) gedragen zich als een (tweede-orde) low-pass systeem- De puls-stap generator voor saccades is lineair en is een eerste-orde low-pass systeem (pure integrator)
- Het Saccadisch systeem is niet-lineair
![Page 11: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Voorbeeld:
Registratie van een oculomotor
abducens neuron
(laterale rectus)
tijdens saccadische
oogbewegingen:
Puls-stap innervatiepatroon
![Page 12: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Voorbeeld: de vestibulaire reflex in actie: hier als de nek-reflex van de uill
![Page 13: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Meetopstelling op de afdeling Biofysica waarmee onderzoek wordt gedaan aan het vestibulair systeem:
- ruimtelijke waarneming (‘hoe meet het CZS wat verticaal is? Boven vs. onder?’)
- ruimtelijk oriënteren dmv oogbewegingen: vestibulo- oculaire reflex
![Page 14: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Neurale aansturing van de oogspier: een kwantitatief model
Meting aan OMN: , ofwel:
Impuls respons:
met T=r/k, de plant tijdsconstante
![Page 15: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Overdrachtskarakteristiek van de oculomotor plant:
Amplitudekarakteristiek Fasekarakteristiek
![Page 16: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Frekwentie gedrag van de plant: de overdrachtskarakteristiek
()= -
![Page 17: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Overdrachtskarakteristiek op log-log schaal: de zogn. Bode plot 20log(G) (in dB) vs log(f) en Φ vs log(f)
(kantelfrekwentie, 1/T)
![Page 18: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Voordeel Bode plots: grafieken eenvoudig ‘optellen’
log(G) = log(G1) + log(G2)
![Page 19: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Het vestibulair orgaan (evenwichtsorgaan):- Otolieten (utriculus en sacculus)- Halfcirkelvormige kanalenOutput: activiteit in de vestibulaire zenuw
![Page 20: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/20.jpg)
21
De halfcirkelvorige kanalen meten rotatieversnellingen van het hoofd, langs drie onderling orthogonale richtingen.
![Page 21: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/21.jpg)
22
In elk SCC bevindt zich een ‘cupula’ methaarcellen
![Page 22: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/22.jpg)
23
De vestibulaire kanalen werken in‘antagonistische paren’
![Page 23: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/23.jpg)
24
Activiteit (gemeten in aantal actiepotentialen per sec) van eenprimaire vestibulairezenuwvezel, in respons opeen plotselinge toenamein hoofdrotatiesnelheid(‘staprespons’).Merk de exponentiëlekarakteristiek op.
![Page 24: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/24.jpg)
26
De Staprespons van de VOR:
Input
Output:
![Page 25: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/25.jpg)
27
De VOR tijdens constante rotatie (linksom), gevolgd door stoppen.
![Page 26: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/26.jpg)
28
Is de VOR linear? Voldoet superpositie?
![Page 27: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/27.jpg)
29
Gebruikmaken lineariteit VOR: hoé roteren z.d.d. slow-phase = constant?
Benodigde stimulus:
Voor werkcollege!
![Page 28: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/28.jpg)
30
de VOR: heeft een high-pass karakteristiek:
![Page 29: College 6: Modellen van neurale circuits in het oculomotor systeem Purves: Hoofdstuk 13](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081419/5681339b550346895d9aab6b/html5/thumbnails/29.jpg)
31
Werkcollege opgaven:
-Opgave 4 (HP, delay, integrator and differentiator characteristics)-Opgave 5-Opgave 6-Opgave Vestibulair systeem: zie dia BB