Hoe kijken wij en welke informatie wordt doorgegeven aan onze hersenen. Prof. dr. Maarten Kamermans

Transcriptie

1 Hoe kijken wij en welke informatie wordt doorgegeven aan onze hersenen Prof. dr. Maarten Kamermans

2 Het oog is geen camera Als je een camera beweegt krijg je een onscherpe foto Als je de ogen stil zet zie je niets

3 Verwerkings eenheid Informatie stroom Detectie eenheid Relatie ingangs- en uitgangssignaal lichtgevoelige cellen in het netvlies > 99% verloren (of reeds gebruikt?) < 1% verstuurd naar de hersenen verbindingen met de hersenen

4 Kegel responsies log log log log log log Normalized Response Amplitude log log Relative Intensity (log units) 10 mv 1500 ms 536 nm De range van intensiteiten die in een natuurlijke omgeving voorkomen is ook ongeveer een factor 1000 (3 log units)

5 Staaf drempel Kegel drempel Staaf verzadiging Kegel verzadiging Maanlicht Hemel begint licht te worden in het oosten Helder blauwe lucht Sneeuw in zonlicht De Zon Retinale gevoeligheid Maanloze nacht Fotonen/s

6 De meeste adaptatie vindt in de fotoreceptor plaats

7 Samenvatting Het visuele systeem is gevoelig over een range van ca. 12 log eenheden (factor: ) Dat bereik is verdeeld tussen de staafjes en kegeltjes (ieder ca. 7.5 log eenheden) Fotoreceptoren hebben een dynamisch bereik van ca. 3 log eenheden Door adaptatie wordt hun gevoeligheid aangepast aan de gemiddelde light intensiteit Hierdoor nemen we eigenlijk alleen verschillen t.o.v. de gemiddelde licht intensiteit waar (contrast) Is het erg om paar fotoreceptoren te sterk te stimuleren?

8 Fel object in donkere scene

9 Strooilicht Strooilicht leidt tot zeer sterke vermindering contrast gevoeligheid T van den Berg

10 Strooilicht neemt toe met de leeftijd T van den Berg Vermijdt grote intensiteitsverschillen in scene Wat gebeurt er verder met de signalen in het netvlies?

11 Het netvlies Staafjes Kegeltjes Horizontale cellen Bipolaire cellen Amacrine cellen Ganglion cellen Zenuwvezel laag

12 The Retina is Enormously Complex Photoreceptors 3-5 types Horizontal cells 2-4 types Bipolar cells 7-15 types Amacrine cells > 40 types Ganglion cells > 20 types Masland, 2001

13 Heel veel verschillende beelden worden naar de hersenen getuurd...

14 Receptieve velden

15 Het netvlies is vooral gevoelig voor contrast

16 Maar

17

18 Spikefrequentie (spikes/sec) Omgevingsfacilitatie begint in het netvlies 10 pa 300 ms C S Tijd (sec)

19 Predictive Coding Versterkte Onvoorspelde Voorspelde Werkelijk onvoorspelde signaal signaal signaal signaal Output kegel Horizontale cel Respons 100% 0% Retinaal oppervlak Subtractieve interactie A=10 - C=6 Multiplicatieve interactie B=4 A=6 X B=4 C=24

20 Kleine intensiteitsrange in een scene geven betere detectie input kegel output licht Schaling donker licht Schaling donker

21 Samenvatting Het netvlies maakt voorspellingen van het beeld Alleen de afwijkingen van deze voorspellingen worden door gestuurd naar de hersenen Dit gebeurd in het spectrale, spatiële en temporele domein Het netvlies selecteert het onvoorspelde

22 Conclusies Detectie is het best met goed geadapteerde fotoreceptoren Daarom moeten te grote licht intensiteits-verschillen ( > 2.5 log) vermeden worden We zijn vooral goed in het detecteren van contrast Een fel object in een verder donkere scene verstoort de optimale versterking en induceert strooilicht Hier ligt ruimte voor optimalisering Hiervoor is het nodig dat we de perceptie van verkeerssituaties kwantificeren Perceptie 3.0

23 Nationale en Internationale Financiers

24

25 Verdere informatie Prof. Dr. Maarten Kamermans Professor in de Neurofysiologie/Zintuigfysiologie Academisch Medicsh Centrum Universiteit van Amsterdam (AMC) Groepsleider van afdeling Retinal Signal Processing Nederlands Herseninstituut (NIN) Koninklijke Academie voor Wetenschappen (KNAW) webpage:

26 Compression Informatie stroom door het visuele systeem Perceptie van rode appel Ruwe visuele input met zeer hoge data Compressie van data met minimaal verlies van of (relevante) data Efficiente representatie van visuele input 9 10 bit/s Kelly, bit/s Nirenberg, 2001 Informatie bottleneck (optic zenuw) geselecteerde informatie Attentie bottleneck Multimodale representatie in visuele cortex 40 bit/s Sziklai, 1956 Selection

27 Wat is de consequentie van Predictive Coding voor kleuren zien?

28 Absorptie in log quanta Spectrale gevoeligheid van kegels Golflengte in nm

29 Kleurconstantie is het vermogen van het visuele systeem om kleuren relatief constant waar te nemen onafhankelijk van de spectrale compositie van de verlichting

30 Kleurconstantie

31 Kleuren zien Golflengte Kleur Golflengte correctie

32

33 Probability Irradiance Natuurlijke Intensiteit Tijdseries aperture ~2' pinhole fitter lens Optische fiber lens PM DATrecorder Intensity (a.u.) time

34 A Stimulus Intensity Probability I ntensity (a.u. ) Kegels transformeren de intensiteits distributie Probability Potenti al (mv) Cone B Probability Potential (mv) Intensit y (a.u.) Fit C Time (s) Endeman et al., J Physiol (2010) Potential (mv)