fizjologia widzenia 1

2009-01-21
percepcja przestrzeni 4
fizjologia widzenia 1
Katedra Projektowania Środowiskowego
dr Anna Awtuch
MoŜemy patrzeć oczami i słuchać uszami,
ale widzimy i słyszymy mózgiem i umysłem…
1
2009-01-21
układ wzrokowy
Widzenie jest złoŜonym procesem fizyczno-psychicznym, który składa się z trzech etapów:
• przyjęcia (wychwycenia) bodźca,
• jego przewodzenia oraz
• zebrania i poznania go.
Warunki te spełnia zbudowany i funkcjonujący prawidłowo układ wzrokowy. Układ ten składa się
z umiejscowionej w oczodole gałki ocznej, która odbiera wraŜenia wzrokowe, przekazując
je poprzez drogi wzrokowe do korowych ośrodków wzrokowych mózgu. W korowych
ośrodkach wzrokowych odbierane są i przetwarzane impulsy, a następnie przesyłane do
dalszych ośrodków mózgowych, tak aby mózg zareagował odpowiednią czynnością na
bodziec wzrokowy.
Oczami odbieramy ok. 80% wszystkich informacji o otoczeniu i aŜ 10% kory mózgowej
zaangaŜowanej jest w interpretację tych informacji.
rysunki Leonardo da Vinci
2
2009-01-21
połączenie oka z mózgiem
siatkówki obu oczu połączone są z korą wzrokową półkul mózgowych w obu częściach mózgu,
>> nerwy wzrokowe obu oczu łączą się bezpośrednio przed wejściem do wgłębienia
czaszki, tworząc tzw. skrzyŜowanie wzrokowe; później dzielą się ponownie na dwa
rozgałęzienia, tzw. drogi wzrokowe, które łącząc się z ciałem kolankowatym bocznym
prowadzą do obu części kory wzrokowej półkul mózgowych
SkrzyŜowanie wzrokowe jest miejscem, gdzie nerw wzrokowy z kaŜdego oka rozdziela się na
dwie drogi wzrokowe w taki sposób, Ŝe kaŜda z nich zawiera włókna wzrokowe
pochodzące z obu oczu. W układzie tym lewa połowa kory wzrokowej przetwarza
informacje wizualne pochodzące z lewej strony siatkówki obu oczu (prawa strona pola
widzenia), natomiast prawa połowa kory wzrokowej zajmuje się prawą stroną kaŜdej z
siatkówek (lewa strona (lewa strona pola widzenia).
Za: Gregory R. L., Colman A.M. „Czucie i percepcja”
„Narząd wzroku jest wysoko zorganizowanym analizatorem zmysłowym, którego czynność
polega na odbieraniu wraŜeń promieniowania świetlnego.”
3
2009-01-21
Gałkę oczną moŜna porównać do aparatu fotograficznego, gdzie obiektywem jest układ łamiący (optyczny) oka,
a błoną, na której powstają obrazy, jest siatkówka.
Budowa gałki ocznej
Gałka oczna ma postać prawie kulistą, o przeciętnym wymiarze osi przednio-tylnej 25 mm,
osi poziomej 23 mm, objętości 6,5 cm3 i masie 7 g. Zbudowana jest z trzech błon:
zewnętrznej błony włóknistej (twardówka i rogówka), środkowej naczyniowej (tęczówka,
ciało rzęskowe, naczyniówka) oraz wewnętrznej czuciowej (siatkówka).
rysunek Leonardo da Vinci
4
2009-01-21
rogówka bierze udział w załamywaniu promieni świetlnych
Dzięki odpowiedniemu zawieszeniu, w zaleŜności od stanu napięcia obwódki
rzęskowej - regulowanego przez mięśnie ciała rzęskowego - zmienia się kształt
soczewki na bardziej płaski lub wypukły.
Światło, odbite od oglądanego przedmiotu, przechodzi przez rogówkę oka, następnie przez otwór w
tęczówce zwany źrenicą, potem przez soczewkę i ciałko szkliste i pada na siatkówkę, zbudowaną z czułych
na światło i barwę receptorów ( czopków i pręcików). Tutaj bodziec świetlny zostaje zmieniony na impuls
nerwowy, przekazywany przez nerw wzrokowy do mózgu.
5
2009-01-21
Siatkówka składa się z więcej niŜ 100 milionów światłoczułych końcówek nerwowych dwojakiego rodzaju:
pręciki i czopki. Pręcików jest około 120 milionów, natomiast czopków około 6 milionów.
Pręciki są rozmieszczone na całej siatkówce, poza Ŝółtą plamką, w centrum osi wzrokowej. Pręciki są
wysoce światłoczułe i głównie odpowiedzialne za wykrywanie kształtu i ruchu.
Czopki skoncentrowane są właśnie w Ŝółtej plamce i występują dość rzadko w pozostałej części siatkówki.
Czopki są mniej wraŜliwe na światło, ale posiadają zdolność rozróŜniania kolorów. UmoŜliwiają one nam
równieŜ postrzeganie drobnych szczegółów.
Siatkówka składa się z więcej niŜ
100 milionów światłoczułych
końcówek nerwowych dwojakiego
rodzaju: pręciki i czopki.
Siatkówka ma połączenia
nerwowe z całym układem
mięśniowo-szkieletowym, pozwala
to na odruchową reakcję ustroju
pod wpływem bodźca wzrokowego,
np. uchylenie się przed spadającym
na nas przedmiotem, zwęŜenie
źrenicy pod wpływem olśnienia i
odwrócenie głowy od źródła światła
z zamknięciem powiek.
za: http://is.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/09-1-wzrok.htm
6
2009-01-21
Pręcików jest około 120 milionów,
natomiast czopków około 6 milionów.
ślepa plamka
Ślepa plamka – miejsce niewraŜliwe na bodźce świetlne; jeŜeli obraz pada na to właśnie miejsce
– jest niewidoczny.
Na kartce narysuj krzyŜyk, w odległości 9 cm na prawo od niego duŜą kropkę. Gdy patrzymy
prawym okiem z odległości wyciągniętej ręki na krzyŜyk (zakrywszy lewe oko), przesuwając
jednocześnie kartkę, to w pewnym momencie zauwaŜymy, Ŝe kropka zniknie z naszego pola
widzenia. Dzieje się tak w chwili, kiedy obraz kropki padnie na ślepą plamkę.
W normalnym widzeniu nie dostrzegamy luki (dwuoczne widzenie, ruchy gałek, psychologiczna
tendencja do uzupełniania)
7
2009-01-21
Refrakcja
Zdolność i siła załamywania
promieni świetlnych przez
układ optyczny oka nazywa
się łamliwością lub refrakcją
Wiązka promieni wpadająca do oka i dąŜąca do siatkówki musi przejść przez cały układ
optyczny oka (rogówka, komora przednia, soczewka i ciało szkliste) i na poszczególnych
jego elementach ulega załamywaniu.
• W układzie tym rogówka najsilniej załamuje światło i na nią przypada 2/3 mocy optycznej.
• Drugim waŜnym elementem jest soczewka, która w spoczynku ma 1/3 mocy optycznej.
Reszta ośrodków optycznych oka nie ma tak istotnego znaczenia w refrakcji oka.
ŚWIAT DO GÓRY NOGAMI...
Obraz przedmiotu na siatkówce jest
odwrócony "do góry nogami",
co wynika z fizycznej budowy
oka (soczewka odwraca
obraz). W pierwszych dniach
Ŝycia mózg człowieka uczy się
widzieć prawidłowy obraz
obracając
go,
aby
w
późniejszym Ŝyciu robić to
automatycznie. Oznacza to, Ŝe
niemowlę
widzi
świat
"postawiony na głowie" i
dopiero po pewnym czasie
zaczyna widzieć normalnie (jest
to przyczyną niezbyt dobrej
koordynacji
ruchowej
u
niemowląt)
8
2009-01-21
światło widzialne
Światło jest to promieniowanie elektromagnetyczne o
długości fali w zakresie od 380 do 780 nm . Na tę
część widma promieniowania elektromagnetycznego
reaguje oko ludzkie (zakres określany jako
promieniowanie widzialne).
Oko ludzkie nie jest jednakowo wraŜliwe na
wszystkie długości fali promieniowania widzialnego –
największą wraŜliwość wykazuje na środkowe
długości w podanym zakresie, a więc około 550 nm.
widzenie nocne - w odbieraniu bodźców świetlnych biorą udział
wyłącznie pręciki: człowiek widzi świat pozbawiony barw (jak na
czarno-białym filmie); wyłącznie rozróżnianie stopnia jasności
elementów otoczenia; znacznie spada rozdzielczość oka na
rozpoznawanie szczegółów obrazu
widzenie dzienne – w rozpoznawaniu bodźców świetlnych biorą
wówczas udział wyłącznie czopki (receptory umożliwiające
widzenie barwne), nie biorą natomiast udziału pręciki
(rozpoznające różnice natężenia światła tylko w ciemności, robiące
to monochromatycznie); widzenie dzienne zapewnia największą
czułość dla długości fali, odpowiadającej kolorowi żółtemu
(ewolucja dostosowała nas do charakterystyki promieniowania
naszej gwiazdy - Słońca) co odpowiada długości fali świetlnej 555
nm (widzenie nocne – przesunięcie w kierunku fioletu)
9
2009-01-21
widzenie barwne
Człowiek posiada trzy rodzaje czopków, odpowiedzialnych za widzenie barw. Są one
wraŜliwe na światło czerwone, zielone i niebieskie.
– Dla człowieka (i innych naczelnych) system czopków umoŜliwia rozróŜnianie barw
niezaleŜnie od zmieniającej się jasności.
– Dzięki posiadaniu czopków wraŜliwych na światło niebieskie człowiek jest w stanie
oceniać odległość na podstawie perspektywy powietrznej.
– Czopki są aktywne jedynie w świetle dziennym
widzenie zmierzchowe
•
Widzenie o zmierzchu realizowane jest przez pręciki (w ciemności waŜna ekspozycja na
bodźce peryferyczne); adaptacja pręcików do ciemności przebiega wolno - dopiero po 8
minutach osiągają tą samą wraŜliwość co czopki, następnie jednak ich wraŜliwość jest
większa.
•
Pełna adaptacja do widzenia w ciemności zajmuje około 15-20 minut.
•
W procesie widzenia pigmenty w światłoczułych komórkach ulegają rozkładowi. Do
normalnego widzenia niezbędna jest ich ponowna produkcja.
10
2009-01-21
Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”
adaptacja
Widzenie nie jest procesem natychmiastowym (potrzebny jest czas, aby nastąpiła reakcja, a
kiedy zaniknie, wraŜenie utrzymuje się jeszcze chwilę (dziesiętne części sekundy)
Bezwładność wzroku - oko jest zdolne przechowywać wraŜenie wzrokowe w czasie mniej
więcej 0,1 sekundy - fakt ten wykorzystywany jest w kinie, gdzie wyświetlane są kolejne
nieruchome kadry filmu z prędkością 25 klatek na sekundę; podczas widzenia mózg pełni
rolę korygującą, sprawia, Ŝe dwa jednakowe przedmioty znajdujące się niedaleko nas, ale w
róŜnych odległościach nie wydają się nam róŜne rozmiarami
Adaptacja, czyli zdolność dostosowywania się wraŜliwości siatkówki do warunków
oświetlenia (regulacja fotochemiczna). Czas adaptacji jest tym dłuŜszy, im większy jest
stosunek luminancji (światło księŜyca i słońca zmienia się w stosunku 1:10000000).
11
2009-01-21
Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”
akomodacja oka
Akomodacja, czyli zdolność nastawcza układu optycznego oka (soczewki) umoŜliwiająca
widzenie ostre z róŜnej odległości. Przyjmuje się dwa charakterystyczne połoŜenia
soczewki:
• punkt bliŜy, czyli najbliŜszy punkt o dobrej ostrości oka,
• punkt dali, czyli najdalszy punkt o dobrej ostrości oka.
Na akomodację ma wpływ: wiek, zmęczenie i natęŜenia oświetlenia, punkt dali się przybliŜa, a
bliŜy – oddala.
W zaleŜności od wieku punkt bliŜy kształtuje się następująco:
wiek
16
32
44
50
60
połoŜenie punktu
bliŜy (cm)
8
12,5
25
50
100
12
2009-01-21
akomodacja soczewki
Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”
ostrość widzenia
Ostrość widzenia – rozpoznawanie obserwowanych szczegółów.
Punktem odniesienia jest moŜliwość rozpoznawania dwóch elementów (punktowych) pod kątem
1 minuty łukowej z odległości 5 m, lub 10 sekund kątowych widzianej z odległości 10 m.
Ostrość widzenia zmienia się wraz z warunkami ciąŜenia. Przy braku ciąŜenia ostrość jest
największa, gdyŜ warunki te ułatwiają ciągłą oscylację gałki ocznej (tzw. fiksacja).
13
2009-01-21
Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”
oko dalekowzroczne - promienie załamane w układzie optycznym ogniskują się poza
siatkówką > soczewka skupiająca przesuwa ognisko na siatkówkę
oko krótkowzroczne - promienie światła załamane w układzie optycznym ogniskują się
przed siatkówką > soczewka rozpraszająca przesuwa ognisko na siatkówkę
pole widzenia
Pole widzenia człowieka moŜna podzielić (nieco arbitralnie) na 3 strefy:
– obszar centralny - odpowiadający dołkowi centralnemu, umoŜliwiający ostre
widzenie, rozpoznawanie symboli (obejmuje 1-1,5 stopnia; informacja przekazywana
do mózgu przez tzw. kanał parwocelularny);
– obszar wokółcentralny, w którym ostrość widzenia jest zmniejszona (obejmuje 3-5
stopni);
– obszar peryferyczny - widzenie jest mało precyzyjne, jednak obszar ten jest
wraŜliwy na kontrast i ruch (czas reakcji na zdarzenia jest bardzo krótki - dzięki
transmisji przez kanał magnocelularny).
14
2009-01-21
pole widzenia
ok. 1.5 ° - obszar widzenia
ostrego.
Złudzenie, Ŝe patrząc na duŜy
obiekt widzimy go dokładnie w
całości to efekt precyzyjnego
mechanizmu, który umoŜliwia
przenoszenie wzroku na
najbardziej istotne elementy.
dołek centralny
percepcja przestrzeni 5
fizjologia widzenia 2
Katedra Projektowania Środowiskowego
dr Anna Awtuch
15
2009-01-21
Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”
Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T.,
„Psychofizjologia widzenia”
16
2009-01-21
http:/people.csail.mit.edu/fredo/ArtAndScienceOfDepiction/5_ActiveVision/activevision.html
17
2009-01-21
http:/people.csail.mit.edu/fredo/ArtAndScienceOfDepiction/5_ActiveVision/activevision.html
Ruchy oczu
3 podstawowe rodzaje ruchów oczu:
1. ruchy skokowe (sakkadowe) – średnio 3 ruchy na sekundę - zjawisko „obmacywania”
przedmiotu wzrokiem
2. ruchy zbaczające – powodują przesuwanie się obrazu z dołka centralnego siatkówki (okolica
najostrzejszego widzenia); amplituda rzędu 5 lub więcej minut kątowych (dosyć wolne,
trwają nawet do 10 sec)
3. drganie / drŜenie – częstotliwość od 30 do 70 cykli na sekundę, amplituda 15-20 sekund
kątowych
2 i 3 – mimowolne i niezaleŜne od siebie w obojgu oczach
18
2009-01-21
http://www.personal.psu.edu/users/e/l/elm173/schlwork/semester3/psych
http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm
19
2009-01-21
http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm
http://www.owlnet.rice.edu/~psyc351/Images/VisualPathways.jpg
20
2009-01-21
konwergencja oczu
ZbieŜność oczu (konwergencja), czyli zdolność kierowania obojga oczu ma jeden punkt. Przy
prawidłowej reakcji na obu gałkach powstają dwa obrazy, które nakładają się na siebie i
zostają skojarzone jako pojedynczy obraz.
DLACZEGO CZŁOWIEK MA PARĘ OCZU?
Gdy patrzymy na przedmiot ustawiony bardzo daleko od nas osie patrzenia obu oczu ustawione
są prawie równolegle. JeŜeli przedmiot ten będziemy zbliŜali w naszym kierunku, to mięśnie
gałek ocznych będą zmieniać połoŜenie gałek, tak aby osie widzenia podąŜały za tym
przedmiotem, a tym samym przecięły się. Zjawisko to nosi nazwę konwergencji. Im bliŜej
oczu znajdzie się przedmiot, tym osie patrzenia przetną się pod większym kątem. Analizując
ten kąt, mózg człowieka wnioskuje o odległości obserwowanego przedmiotu od oczu. Gdyby
zatem człowiek wyposaŜony był w tylko jedno oko, bardzo trudno byłoby mu określać
odległość obserwowanego przedmiotu od siebie.
21
2009-01-21
ZASADY STEREOSKOPOWEJ GŁĘBI
(za: T. Górska, A. Grabowska, J. Zagrodzka (red), Mózg a zachowanie, PWN, 2005)
22
2009-01-21
dwuoczna rozbieŜność/nierówność
A
B
C
D
ABDC
ADBC
http://www.owlnet.rice.edu/~psyc351/imagelist.htm
23
2009-01-21
Za: Gregory R. L., Colman A.M. „Czucie i percepcja”
24
2009-01-21
ZŁOTE ZIARNO (HIRANYAGARBHA, 1775 - 1800) INDIE
http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm
25
2009-01-21
ZAŚNIĘCIE (USPIENIJE, 1370 - 1380) Teofan Grek
http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm
http://www.owlnet.rice.edu/~psyc351/Images/VisualPathways.jpg
26
2009-01-21
http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm
27
2009-01-21
http://insight.med.utah.edu/Webvision/index.html
28