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Sensazione
1. Processi sensoriali
2. Visione
3. Udito
4. I sensi chimici
5. Sistema somatosensoriale
Sensazione e percezione
§ Sensazione: processo che identifica la detezione (rilevamento) di specificheproprietà dello stimolo, come l’intensità.
§ Gli organi sensoriali reagisconoall’intensità dello stimolo e trasmettono le informazioni al cervello
§ La percezione si verifica quandol’informazione sensoriale viene utilizzatadal cervello per produrre una risposta.
La percezione
In poche parole …
… la percezione tratta del modo in cui noi acquisiamo informazione dall’ambiente che ci circonda, la convertiamo in una rappresentazione significativa e alla fine la utilizziamo come guida per il comportamento e l’azione.
AmbienteOrgani
sensorialiCervello AmbienteMuscoli
Stimoli distali e prossimali
Stimolo distale = stimolo nel mondo
e.g., luce riflessa da un oggetto
Stimolo prossimale = rappresentazione
dello stimolo
e.g., immagine dell’oggetto sulla retina
La percezione è un processo attivo e biologico:stimolo -> trasduzione sensoriale -> codifica -> percezione.
Stimoli distali e prossimali
Il ciclo percettivo
Noi non conosciamo il mondo direttamente, ma attraverso un’interfaccia sensoriale.
Questo richiede la trasduzione tra energia fisica e neurale.
Noi quindi associamo i nostri percetti al mondo esterno
Perché abbia luogo una percezione si devono dare contemporaneamente tre condizioni:
1. un pezzo di mondo che emetta o rifletta qualche tipo di energia (stimolo distale);
2. un tipo di energia (fisica, chimica, meccanica) che sia in grado di modificare gli organi sensoriali di un essere vivente (stimolo prossimale);
3. un sistema di elaborazione che sia in grado di interpretare le modificazioni che l’energia ha prodotto negli organi di senso (che dà luogo al percetto).
In mancanza di una sola di queste
condizioni, il processo percettivo non può
avere luogo.
L’insieme dei percetti costituisce il nostro
mondo fenomenico che si distingue dal
mondo fisico.
Stimolo distale, stimolo prossimale e
percetto definiscono la catena psicofisica.
Processi sensoriali
Per ogni senso esiste
un sistema di recettori
cellule che rispondono in modo differenziale alle
variazioni dello stimolo fisico, le cui risposte danno
origine a impulsi nervosi
Un sistema di neuroni sensoriali
Veicolano gli impulsi ad aree specifiche del sistema
nervoso centrale attraverso specifiche vie sensoriali
Processo per il quale il recettore trasforma l’ informazione
proveniente da uno stimolo fisico in potenziale elettrico
Ciascuno dei sensi
attiva un’area separata
della corteccia
cerebrale. Questo
cervello e’ una
ricostruzione basata su
dati fMRI.
Posizione delle aree
sensoriali primarie sono mostrate a colori.
Sensazione e percezione
§ Sensazione: processo che identifica la detezione (rilevamento) di specificheproprietà dello stimolo, come l’intensità.
§ Gli organi sensoriali reagiscono all’intensitàdello stimolo e trasmettono le informazionial cervello
§ La percezione si verifica quandol’informazione sensoriale viene utilizzata dal cervello per produrre una risposta.
Che cosa vedi?
Livello retina:
un insieme di punti e luci
che vanno ad eccitare
coni e bastoncelli.
Prime aree visive:
una collezione di linee
orientate e un collage di
colori
Ma la nostra risposta è:
GIOCATTOLI
Processi sensoriali
Trasduzione
Codifica sensoriale
Psicofisica: studio sistematico della
relazione tra caratteristiche fisiche dello
stimolo e risposte psicologiche seguenti
(percezioni)
Processi sensoriali
Trasduzione (portare attraverso) è il
processo attraverso il quale gli organi di
senso convertono l’energia degli eventi
ambientali in attività neurale.
Neuroni sensoriali specializzati (cellule
recettoriali) consentono la risposta a
particolari forme di informazioni
sensoriali.
Codifica sensoriale
Se i potenziali di azione sono sempre ugualicome fanno gli organi di senso a trasmettere al cervello che c’è una mela rossa o un limonegiallo?
L’informazione deve essere codificata
Un codice è un sistema di segnali per rappresentare le informazioni al cervello
Due forme: Codifica anatomica
Codifica temporale
Codifica sensoriale
Codifica anatomica: Stimolazionemeccanica (sfregamento occhi) – potenzialed’azione nei nervi ottici - nel cervello siattivano le aree visive (vedo lucette e stelline)
Codifica temporale: frequenza di scaricadegli assoni determinata dalla intensità(maggiore intensità dello stimolo corrispondead una maggiore frequenza di scarica)
Psicofisica
Studia la relazione tra la caratteristiche fisiche dello
stimolo e le risposte psicologiche (percezioni).
Due tecniche:
Il principio della soglia differenziale (Just
Noticeable Difference, JND) – la più piccola
differenza in uno stimolo che la persona può
rilevare
Teoria della detezione del segnale – una teoria
matematica sulla rilevazione degli stimoli
La psicofisica
24
Il concetto di soglia: una barriera che attraversiamo
quando passiamo da non percepire a percepire
una differenza tra due grandezze (soglia
differenziale).
La soglia assoluta è un caso particolare di soglia
differenziale dove il confronto è con l’assenza
dell’oggetto.
determinare per le varie modalità sensoriali i valori minimi e massimi di intensità degli stimoli che possano essere percepiti:valori di soglia.
Per un osservatore perfetto la soglia è il punto dove lo stimolo è appena distinguibile.
Noi non siamo osservatori perfetti e la soglia viene definita come il punto dove il 50% degli stimoli viene riconosciuto
Si distingue tra
Soglia assoluta
Soglia differenziale
Soglia assoluta: minima quantità di energia fisica necessaria a produrre unarisposta sensoriale
Soglia differenziale: cambiamentonell’intensità di uno stimolo che èpercepibile da un soggetto
Percezione subliminale: percezione di unostimolo al di sotto della soglia del riconoscimento consapevole
Soglia differenziale
Soglia differenziale (ΔR) - Just noticeable difference
=>scarto di valore che consente di percepire il 50% delle volte il cambiamento di intensità di uno stimolo.
Lo studio sistematico della soglia differenziale per le varie modalità sensoriali e’ stato introdotto da Weber
La legge di Weber
35
40 g
40 g + 1 g 400 g + 10 g
400 g
Frazione di Weber
DI
I= K
La più piccola differenza rilevabile (JND) era di 1/40 del
peso standard
K è una costante che dipende dal compito e dalla
modalità sensoriale esaminata. La discriminazione di
orientamento produce un K=1/100.
Legge di Weber
Se si presenta ad un soggetto uno stimolo di una
data intensità R e si cerca di vedere di quanto (ΔR)
questo stimolo deve essere fatto variare perchè il
soggetto percepisca l'avvenuta variazione, questa
differenza dipende dal valore iniziale di R=> quello
che è costante è il rapporto k (detto costante di
Weber) tra ΔR e R.
ΔR= kR
Legge di Weber
ΔR= kR
k dipende dalla modalita’ sensoriale
L’incremento per ottenere un JND èproporzionale all’intensità di R
Descrive come la differenza percepita tra glistimoli cresce al crescere dell’intensità.
40
La soglia ideale
separa ciò che
viene sempre visto
da ciò che non
viene mai visto….
…. ma la funzione
empirica è
un’ogiva!
0.01
0.1
1
0.01 0.1 1
Pro
po
rzio
ne
di
risp
oste
co
rrett
e
Intensità
Funzione a gradino
La funzione psicometrica
41
Funzione che descrive come la probabilità di
rilevazione (detezione) o di discriminazione vari al
variare dell’intensità fisica dello stimolo; tipicamente
visualizzata da una curva approssimativamente
sigmoide; utilizzata per stimare la soglia assoluta, o
la jnd, a partire da misure psicofisiche
La funzione psicometrica
Teoria della detezione del segnale
Il concetto di soglia non è un valore
assoluto, proprio per la variabilità intrinseca
del sistema nervoso.
Il metodo della detezione del segnale tiene
conto proprio di questa variabilità (rumore:
se i neuroni sono molto attivi allora il nuovo
segnale si confonde con il sottofondo)
Teoria della detezione del segnale: quando la lucelampeggia potremmo sentire un debole suono subito
dopo (il suono diventa sempre più debole)
Successo Falso negativo
Falso positivo Rifiuto corretto
Teoria della detezione del segnale
Bisogna prendere in considerazione
contemporaneamente hits e false alarms
Un osservatore che ha buona sensibilità riesce
a fare, in proporzione, molti hit e pochi falsi
allarmi; se fa tanti hit ma anche tanti falsi
allarmi, è semplicemente un
osservatore che ama il rischio e quindi
risponde si anche quando non è ben sicuro di
cosa ha visto.
Visione
luce
L’occhio e le sue funzioni
trasduzione della luce a cura dei
recettori
adattamento alla luce e al buio
movimenti oculari
visione dei colori
Spettro elettromagnetico
Luce: energia radiante simile alle onde radio ed è
oscillatoria.
La lunghezza d’onda va da 380 a 760 nanometri (un
miliardesimo di metro)
Cristallino: lente che focalizza le immagini sulfondo dell’occhio
Retina: membrana composta di cellule sensibilialla luce che si trova sul fondo dell’occhio
Cornea: membrana trasparente che proteggel’occhio sul davanti; convoglia la luce all’interno
Controllo della luce
Iride: muscolo circolare che regola la quantità di luce che
penetra nell’occhio;
Pupilla: apertura circolare al centro dell’iride che
permette il passaggio della luce;
Iride e diaframma
La retina: Anatomia
La funzione primaria della retina è quello di catturare la luce e iniziare
gli stimoli nervosi.
La retina è una struttura stratificata complessa.
Giace appoggiata all’epitelio pigmentato che assorbe la luce
Punti di riferimento retinici
Macula (1.5 mm/ 5º): La regione che circonda la fovea. La visione e’ migliore e sensibile ai colori. Al di fuori e’ piu’ sensibile al movimento.
Disco ottico: Uscita delle fibre nervose, macchia cieca, apporta il sangue(non sono presenti fotorecettori)
Flusso di sangue retinico (Fornisce nutrimento a tutte le celle tranne che ai recettori nutriti dall’epitelio pigmentato)
Stranezze della retina
1. Lo strato della retina sensibile alla luce è
quello più profondo
2. Una fitta rete di vasi sanguigni attraversa la
retina per nutrirla. Come mai non li vediamo?
Il cervello si adatta completamente alla loro
presenza e completa la parte di immagine
nascosta dai vasi sanguigni (completamento
modale)
Stranezze della retina
3. Dove il nervo ottico esce dalla retina non si sono
recettori. Eppure non sperimentiamo lacune
(scotomi) nella scena visiva. Siamo
anatomicamente ciechi ma non
percettivamente. Come mai?
a. La macchia cieca non corrisponde nei due
occhi alla stessa parte della scena visiva: un
occhio registra quindi quello che è perso
dall’altro occhio.
b. Come nel caso dei vasi sanguigni il cervello
completa l’informazione mancante
Percorso base dei segnali visivi
La luce viene riflessa dagli oggetti e entra negli occhi
I fotorecettori (coni e bastoncelli) sul fondo dell’occhio assorbono la luce e creano un segnale neurale (trasduzione sensoriale).
Le cellule gangliari ricevono il segnale dai fotorecettori e ne fanno una prima elaborazione
Fotorecettori: Cellule che hanno il compito di catturare la luce e iniziare i segnali neurali –– giacciono sotto una densa rete di vasi sanguigni e neuroni.
La luce deve passare attraverso vari strati prima che possa essere catturate dai fotorecettori.
Segnali neurali generati dai fotorecettori passano attraverso una rete di cellule bipolari che raccolgono e ricombinano il segnale
Il segnale viene poi trasmesso alle cellule gangliari ulteriormente elaborato e portato al cervello attraverso il nervo ottico.
Fotorecettori
Bastoncelliestremamente sensibili
alla luce, funzionano meglio in condizioni scotopiche (notte)
Conimeno sensibili alla
luce e sono concentrati al centro della retina. Funzionano in condizioni fotopiche(giorno). Ce ne sono tre tipi.
Fotorecettori
Gli oggetti hanno colori diversi perché riflettono diverse lunghezze d’onda della luce
3 tipi diversi di coni, ciascuno risponde ottimamente a una lunghezza d’onda diversa (in base al fotopigmento contenuto)
• L-Cone: lunghezza d’onda lunga, rosso giallo
• M-Cone: lunghezza d’onda media, verde
• S-Cone: lunghezza d’onda corta, blu-violetto
I colori vengono visti per elaborazione (“mescolanza additiva”) dei segnali provenienti da questi tre tipi di coni (codifica del colore con tre valori, lo spazio cromatico sarà quindi tridimensionale)
Fotorecettori: funzionamento
I coni e i bastoncelli sono costituiti di due parti:
Un segmento interno che contiene il nucleo cellulare
Un segmento esterno che contiene molecole sensibili alla luce chiamati fotopigmenti
Il pigmento ha la capacità di trasformare (trasdurre) l’energia luminosa in un segnale elettrico attraverso una complicata reazione biochimica
Quando un fotone colpisce un fotopigmentoquesto si divide nelle due molecole costituenti (inizio trasduzione)
Da qua partono le reazioni chimiche che stimolano cellula bipolare
Fotorecettori: funzionamento
Associato ai geni sul cromosoma X
Principalmente maschi
Tre tipi:
Protoanopia: mancanza del fotopigmento per i
coni rossi
Deuteroanopia: coni del verde
Tritanopia: mancano i coni del blu
Anomalie congenite nella percezione del colore
Trasferimento diImpulsi al cervello
Attivita’ neurale nei neuroni retinici
Sommario
I fotorecettori assorbono la luce
Immaginesulla retina
Corrente elettricanei recettori
Suono
Il sistema uditivo trasfoma (trasduce) l’energia
meccanica prodotta dal movimento delle molecole
d’aria in percezione.
Queste variazioni cadono all’interno di determinati
intervalli di frequenza e pressione assoluta, in modo
che si attivino le cellule recettrici dell’orecchio
interno
Trasduzione: dimensione fisica e percettiva delle onde sonore
Le onde sonore si misurano in unità di frequenza di cicli al secondo o hertz (Hz)
L’orecchio umano percepisce le vibrazioni tra i 30 e i 20000 Hz
Ampiezza-frequenza-intensità vs. Volume-altezza-timbro
SUONO
Il padiglione auricolare ha un ruolo minimo nell’udito.
Aiuta ad incanalare le onde sonore attraverso il dotto
uditivo verso l’orecchio medio ed interno, dove
avviene l’effettiva percezione del suono
Strutture dell’orecchio
Membrana timpanica: membrana sottile e molto flessibile che vibra in risposta alle onde sonore e trasmette queste vibrazioni alle cellule recettoriali dell’orecchio interno
Il timpano è attaccato ai tre ossicini (martello, incudine e staffa) i quali trasmettono le vibrazioni del timpano alla struttura ripiena di liquido dell’orecchio interno
Coclea: contiene i recettori uditivi. E’ riempita di liquido a cui vengono trasmesse le onde sonore dalla staffa (l’ultimo dei tre ossicini)
Coclea
La coclea è divisa in tre camere da due membrane
La MEMBRANA BASILARE contiene le cellule recettoriali uditive. Diverse parti della membrana basilare vibrano in risposta a frequenze diverse dei suoni
I recettori della membrana basilare sono le cellule cigliate uditive e trasducono l’energia meccanica generata dal movimento della membrana basilare in attività neurale (rilascio di neurotrasmettitori)
Il trasmettitore eccita i neuroni uditivi e, attraverso la stimolazionedel nervo uditivo, dà informazioni al cervello circa la presenza di un suono.
La parte della membrana basilare che è particolarmente flessa
codifica la frequenza
Gli ossicini aumentano l’energia dello stimolo
Organizzazione tonotopica
Ampiezza: codificata dal numero di potenziali di azione per unità
di tempo nelle fibre del nervo uditivo
Individuare e localizzare i suoni
nell’ambiente
Suoni di diversa frequenza fanno vibrare parti
diverse della membrana basilare (CODIFICA
ANATOMICA)
Intensità diverse dello stimolo determinano diverse
frequenze di scarica (CODIFICA TEMPORALE)
LOCALIZZAZIONE DEL SUONO
Due indizi: volume relativo e differenza nel tempo di arrivo
I suoni ad alta frequenza sembrano più forti quanto più
vicina è la fonte del suono. La differenza tra orecchio destro
e sinistro viene utilizzata per calcolare la localizzazione del
suono
Detezione di differenze nel tempo di arrivo su ogni timpano
delle onde pressorie del suono: funziona soprattutto per le
basse frequenze
Il cervello individua le differenze nei tempi di scarica e le
interpreta come aventi localizzazione diversa
Le vie del sistema uditivo vanno dal troncodell’encefalo alla corteccia
Studi di imaging mostrano attivazione nella corteccia uditiva primaria
Il parlato attiva specifiche aree della corteccia uditiva