感知觉过程.ppt
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1、关于感知觉过程现在学习的是第1页,共74页第一节 感受器的一般生理特性感受器是指分布在体表或组织内部的一些专门感受机体内外环境变化信息的结构或装置。其共性如下:感受器的适宜刺激感受器的适宜刺激每种感受器最敏感的能量刺激形式感受器的换能作用感受器的换能作用将刺激转变为传入神经纤维上的动作电位感受器的编码作用感受器的编码作用把刺激包含的信息转移到动作电位的序列 和组织中感受器的适应现象感受器的适应现象刺激虽在继续,但传入神经冲动的频率下降 现在学习的是第2页,共74页细胞生理学的基本概念兴奋与抑制是两种基本的神经活动类型。神经元的兴奋过程表现为:单位发放的神经脉冲频率加快神经元的抑制过程表现为:单
2、位发放频率的降低神经元的活动遵循“全”或“无”法则。即指每个神经元都有一个刺激阈值,对阈值以下的刺激不发生反应;对阈值以上的刺激无论强弱均给出同样幅值的脉冲发放。现在学习的是第3页,共74页动作电位示意图现在学习的是第4页,共74页第二节 视觉的生理心理学一、视觉信息的产生二、视觉信息的传递三、视觉信息的编码四、视觉信息的分析五、视觉失认症现在学习的是第5页,共74页 视觉系统是由眼、视神经、视束、皮层下中枢、视皮层等部分组成,实现着视觉信息的产生、传递和加工等过程。在各种感觉系统中,对视觉的研究最有成效,积累的科学事实和理论最丰富。现在学习的是第6页,共74页一、视觉信息的产生眼的基本功能就
3、是将外部世界千变万化的视觉刺激转换为视觉信息。这种基本功能的实现,依靠两种生理机制,即眼的折光折光成像机制成像机制和光感受机制光感受机制。折光成像机制 将外部刺激清晰地投射到视网膜上。光 感 受 机 制 激发视网膜上光生物化学和光生物物理学反应,实现能量转换的光感受功能,产生视感觉信息。现在学习的是第7页,共74页视网膜上折光成像的机制引起视觉的外周感觉器官是眼睛。眼球的基本结构,除了控制眼球运动的眼外肌和起保护营养作用的巩膜、脉络膜之外,其主要部分是位于眼球正中线上的折光系统和位于眼后部的视网膜。角膜、房水、晶状体、玻璃体构成了眼内的折光系统,使外来的光线发生折射,最后成像在视网膜上。人眼的
4、适宜刺激时波长在300-800nm之间的电磁波。现在学习的是第8页,共74页人眼的结构图现在学习的是第9页,共74页视网膜的结构特点厚度为0.1-0.5mm,形态结构与脑相似,具有多层细胞和突触联结,功能上亦能处理复杂的视觉信息,故又称为“外周脑”。视网膜的最外一层细胞是色素细胞。色素细胞层内侧有三级细胞,分别是光感受细胞(视杆细胞和视锥细胞)、双极细胞和神经节细胞。光光感受细胞位于视网膜的背侧。感受细胞位于视网膜的背侧。视神经乳头范围内没有视网膜特有的细胞结构,因而落在此处的光线将不被感知,故称为盲点。现在学习的是第10页,共74页灵长类动物视网膜结构图现在学习的是第11页,共74页视杆细胞
5、和视锥细胞的区别二者的形态存在明显差异。二者的数量存在差异。二者的光敏感性存在差异。二者在视网膜上的分布不同。二者传递信息时的聚合程度不同。二者所含的感光色素不同。现在学习的是第12页,共74页视觉盲点测试现在学习的是第13页,共74页形态差异现在学习的是第14页,共74页数量差异人眼视网膜上,视杆细胞的数量是视锥细胞数量的20倍。视网膜上有将近600万个视锥细胞和1.2亿个视杆细胞。现在学习的是第15页,共74页光敏感性的差异视杆细胞光敏感度高,在昏暗的环境中能引起视觉,只能区别明暗而无色觉,且视物时只有粗略的轮廓感,精确性差;视锥细胞光敏感度低,只在强光条件下起作用,视物时能分辨颜色,且能
6、分清物体的细节。现在学习的是第16页,共74页空间分布差异中央凹是视网膜上正对入射光线的部分,上面只有视锥细胞。越靠近视网膜中心,视杆细胞越少视锥细胞越多。越靠近视网膜周边部位,视杆细胞越多而视锥细胞越少。现在学习的是第17页,共74页聚合程度的差异视杆细胞的聚合程度大。在视杆系统中普遍存在着多个视杆细胞汇聚于一个双极细胞、多个双极细胞又汇聚于一个神经节细胞的情况。光敏感性高视锥细胞的聚合程度小。在中央凹部位甚至可以发现一个视锥细胞只和一个双极细胞联系、一个双极细胞又只和一个神经节细胞联系的无聚合“单线联系”。分辨细节现在学习的是第18页,共74页感光色素的不同感光色素(视色素)是光光-化学化
7、学-电转换电转换的物质基础。视杆细胞中的视色素被称为视紫红质视紫红质(由视蛋白和视黄醛组成),其光谱吸收曲线的峰值为500nm左右。视锥细胞中的视色素很难分离并提取。人们通过实验方法证明,视锥细胞色素的光谱吸收峰值分布为430nm、530nm和560nm左右,各自对蓝、绿、红三种颜色最敏感。现在学习的是第19页,共74页视网膜的光感受机制(换能作用)黑暗中:Na+内流光感受细胞去极化(兴奋)神经递质释放增多双极细胞超极化(抑制)释放的神经递质减少神经节细胞超极化(抑制)即节细胞神经冲动发放率降低光照条件下:视紫红质分解Na+通道关闭光感受细胞超极化(抑制)神经递质释放减少双极细胞去极化(兴奋)
8、释放较多神经递质神经节细胞去极化(兴奋)发放率增加现在学习的是第20页,共74页二、视觉信息的传递 视觉信息在视网膜上被转变为神经冲动由视神经传入脑内。视网膜鼻视觉信息在视网膜上被转变为神经冲动由视神经传入脑内。视网膜鼻侧的节细胞的轴突分别交叉到对侧,形成视交叉(颞侧纤维不交叉)。侧的节细胞的轴突分别交叉到对侧,形成视交叉(颞侧纤维不交叉)。在视交叉处,左眼鼻侧纤维和右眼颞侧纤维形成右边视束,右眼鼻侧在视交叉处,左眼鼻侧纤维和右眼颞侧纤维形成右边视束,右眼鼻侧纤维和左眼内侧纤维形成左边视束。大部分视束纤维上行至外侧膝状纤维和左眼内侧纤维形成左边视束。大部分视束纤维上行至外侧膝状体,在这里更换神
9、经元,由中继神经元的轴突组成视放射投射到枕叶体,在这里更换神经元,由中继神经元的轴突组成视放射投射到枕叶17区的初级视皮层(纹状皮层)。还有部分视束纤维终止于上丘脑或区的初级视皮层(纹状皮层)。还有部分视束纤维终止于上丘脑或下丘脑,完成瞳孔调节、视觉定位或节律同步化等活动。下丘脑,完成瞳孔调节、视觉定位或节律同步化等活动。现在学习的是第21页,共74页视传导通路现在学习的是第22页,共74页三、视觉信息的编码与加工(一)视网膜对视觉信息的编码编码明暗编码颜色 光感受器:三原色编码 视网膜节细胞:对立加工编码(二)外侧膝状体在视觉信息平行处理中的作用(三)视觉皮层与视觉信息平行处理现在学习的是第
10、23页,共74页编码明暗感受野:有效影响某一感觉细胞兴奋性的外周部位,称为该神经元的感受野。如果把微电极插在视觉中枢的某个神经元上,记录其电活动,凡能引起其电活动显著变化的视野范围,即为该神经元的感受野。1938年,Hartline发现,蛙的视网膜上有三种节细胞。当光照到视网膜上时,ON细胞发生反应;光源关闭,OFF细胞发生反应;打开和关闭光源时,ON/OFF细胞都有短暂的反应。现在学习的是第24页,共74页视网膜神经节细胞的感受野由一个近似圆形的中心部和一个环形的外周部组成。刺激中心部和外周部产生相反的效应(即其反应是拮抗式的):ON细胞被照射在中心部的光线激活,被照射在外周部的光线抑制;而
11、OFF细胞的反应方式恰好相反,即它被照射在外周部的光线激活,而被照射在中心部的光线抑制。ON细胞OFF细胞ON区OFF区OFF区ON区现在学习的是第25页,共74页视网膜双极细胞与神经节细胞的感受野都呈现同心圆式,其中心区和周边区之间总是拮抗的。这种排列方式增加了神经系统分辨明暗对比度的能力。多项研究均发现,ON细胞和OFF细胞处理不同种类的信息,即ON细胞善于发现暗背景上的明亮物体,而OFF细胞善于发现亮背景上的暗物体。现在学习的是第26页,共74页光感受器:三原色编码英国的物理学家兼医生托马斯杨和德国的生理物理学家赫姆霍尔兹提出了三原色理论来解释人类色觉形成的机制。该理论认为,人类之所以能
12、看到不同的颜色,是因为人眼内有三种不同的颜色感受器(即三种视锥细胞),分别对红、绿、蓝三种不同的色调敏感。当介于红、绿、蓝之间波长的光线作用时,可对吸收光波波长与之邻近的两种锥体细胞起到一定的刺激作用,从而在中枢上引起介于此两色之间的其他颜色的感觉。现在学习的是第27页,共74页三原色编码也即当具有特定颜色的光照射到成组的视锥细胞上时,每个视锥细胞会根据可见光中相应波长(颜色)的光所占的比例触发。如黄光刺激视锥细胞时,只有红、绿视锥细胞会被触发,于是,大脑就会将具有这一波长的可见光解释为黄色。所以,人们对色彩的感知取决于三种不同视锥细胞的活动特征。现在学习的是第28页,共74页三原色理论的基础
13、(证据)实践基础:人类所看到的任何一种颜色,都可以通过红、绿、蓝三种原色按不同比例配比得到。生理学基础:色觉确实由视网膜上的三种光感受器(三种视锥细胞)负责。基因学基础:控制视色素的基因已被识别出来,它们制造的分子对红、绿、蓝光敏感。其中红色素和绿色素基因肩并肩地位于X染色体上,蓝色视基因位于染色体7上。现在学习的是第29页,共74页对三原色理论的评价该理论可以充分解释颜色混合现象,且大体上也说明了色盲或色弱问题。视觉的遗传缺损似乎是三种视锥细胞异常的结果。所以导致色盲的原因被认为是患者缺少相应的视锥细胞所致,且与遗传因素密切相关。红、绿色盲的原因已经证明是缺乏相应的视色素所致。色弱患者并不缺
14、乏某种视锥细胞或基因,只是对某种颜色的反应能力较低。但该学说一方面无法解释为什么全色盲的人也有白色感觉,另一方面,也不能圆满地解释视觉负后像和同时对比问题。现在学习的是第30页,共74页视觉负后像 盯着右边的灯泡看三十秒钟以上,尽力不要移动目光。然后把目光移任何白色的区域。看到灯泡发光了吗?现在学习的是第31页,共74页正后像与负后像光刺激作用于视觉器官时,细胞的兴奋并不随着刺激的终止而消失,而能保留一段短暂的时间。这种在刺激停止后所保留下来的感觉印象称为视觉后象。视觉后象分正后象和负后象两种。正后象是一种与原来刺激性质相同的感觉印象。负后象则是一种与原来刺激相反的感觉印象。如光亮部分变为黑暗
15、部分,黑暗部分变为光亮部分。电视和电影应用的是正后像还是负后像原理?现在学习的是第32页,共74页感觉对比不同的刺激作用于同一感受器而导致感受性发生变化的现象称为感觉对比。感觉对比分两类:同时对比和继时对比。几个刺激物同时作用于同一感受器产生的对比现象称为同时对比。这在视觉中表现得很明显。刺激物先后作用于同一感受器产生的对比现象称为继时对比。现在学习的是第33页,共74页节细胞:对立加工编码目前普遍认为,尽管视网膜光感受器上的颜色编码是三原色编码系统,但色觉信息传至神经节细胞时,则被对立过程编码所取代。对立过程理论是德国物理学家黑林提出的。他认为,可能存在红、绿、蓝、黄四种原色。黑林提出,有三
16、对对立的视觉感受器分布对红-绿、黄-蓝和白-黑做出反应,所以他假定视网膜上有三对视素:红-绿、黄-蓝和白-黑。每对视素对光照和黑暗给予相反的反应。现在学习的是第34页,共74页对立机制理论 这三对视素的代谢作用包括建设(同化)和破坏(异化)两种对立的过程,光刺激破坏白黑视素,引起神经冲动,产生白色感觉。无光刺激时白黑视素便重新建设起来,所引起的神经冲动产生黑色感觉。对红绿视素,红光起破坏作用,绿光起建设作用。对黄蓝视素,黄光起破坏作用,蓝光起建设作用。因为各种颜色都有一定的明度,即含有色成分,所以每一颜色不仅影响其本身素的活动,而且也影响白一黑视素的活动。现在学习的是第35页,共74页颜色敏感
17、性节细胞的感受野黄色开启蓝色关闭蓝色开启黄色关闭红色开启绿色关闭绿色开启红色关闭图1 颜色敏感性节细胞的感受野。感受野的一部分被所示颜色激活,细胞发放率增加。另一部分响应该颜色的补色,细胞发放率降低。现在学习的是第36页,共74页对立加工编码的理论基础实践基础:红、绿、蓝、黄是纯色,它们彼此不相似,也不是其他颜色的混合色。所以黑林认为存在红、绿、蓝、黄四种原色,且绿色可以抵消红色的作用,黄色可以抵消蓝色的作用,故人类从未见过发红的绿色或发蓝的黄色。现代生理学证据:视网膜上的水平细胞、双极细胞、无足细胞、神经节细胞及更高水平的外侧膝状体细胞、视皮层细胞等,对不同波长的光波呈现极性完全相反的反应,
18、即对不同颜色的光波呈拮抗式反应。现在学习的是第37页,共74页对对立机制学说的评价可以较好地解释为什么全色盲的人也有白色感觉,同时也可以解释视觉负后像和同时对比现象。不足之处是对三原色能产生光谱上一切颜色这一现象没有给予说明。如果把三原色学说和对立机制学说结合起来,则能较为圆满地解释色觉机制问题。三原色机制发生于感受器层次(如视网膜),而拮抗过程则发生于视觉通路以上的部分。现在学习的是第38页,共74页色觉机制的现代观点第一阶段:视网膜有三种不同的视锥细胞(视色素),分别吸收不同波长的可见光,同时每一种视色素又可以单独地产生白-黑反应在强光下产生白色反应,无光时产生黑色反应。第二阶段:色觉信息
19、由视锥细胞向视觉中枢传递过程中,色觉信息不再简单地以红、绿、蓝三条独立的“专线”向中枢传递,而是形成三对拮抗的反应,即红-绿、黄-蓝、白-黑反应。三种拮抗对传到视皮层上以后,视皮层进行整合从而产生各种颜色感觉。现在学习的是第39页,共74页外侧膝状体在视觉信息平行处理中的作用1.给光中心和撤光中心通道2.X、Y和W通道3.左右眼信息通道4.方位敏感性信息通道5.空间频率通道6.运动方向信息通道7.颜色信息通道现在学习的是第40页,共74页1.给光中心和撤光中心通道 外侧膝状体神经元细胞的感受野与节细胞具有相似特点:同心圆构型,中心与周边拮抗,与节细胞的给光中心细胞、撤光中心细胞的突触相连接,并
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