Prawo Energii Własnych

Prawo Energii Własnych

Prawo energii własnych nerwów (Law of Specific Nerve Energies), 1830 : - postrzegamy nie przedmioty lecz sygnały o nich, przekazywane nam przez nerwy

- różne rodzaje nerwów, każdy ma swój rodzaj energii

- nerw przekazuje swój rodzaj energii, niezależnie od sposobu pobudzenia

The same cause, such as electricity, can simultaneously affect all sensory organs, since they are all sensitive to it; and yet, every sensory nerve reacts to it differently;

one nerve perceives it as light, another hears its sound, another one smells it; another tastes the electricity, and another one feels it as pain and shock. One nerve perceives a luminous picture through mechanical irritation, another one hears it as buzzing, another one senses it as pain. . . He who feels compelled to consider the

consequences of these facts cannot but realize that the specific sensibility of nerves

for certain impressions is not enough, since all nerves are sensitive to the same cause

but react to the same cause in different ways. . . (Sensation is not the conduction of a

quality or state of external bodies to consciousness, but the conduction of a quality or

state of our nerves to consciousness, excited by an external cause.)

Pięć zmysłów

Modalności sensoryczne u człowieka

Od receptorów do percepcji

Procesowanie informacji sensorycznej I. Receptory

II. Obwody i trakty sensoryczne

III. Percepcja

Receptory

bodziec miejsce transdukcji lub

transmisji synaptycznej

miejsce powstawania impulsu

Operacje w transdukcji sensorycznej

Potencjał receptorowy

Potencjał receptorowy na przykładzie receptora rozciągnięcia mięśnia

(mechanoreceptora). A. Receptor mięśniowy (wrzeciono mięśniowe). Zakończenia

neuronu czuciowego są owinięte wokół pojedynczych włókien mięśniowych.

Zakończenia nerwowe reagują na rozciągnięcie mięśnia. Mechaniczna deformacja błony komórkowej otwiera kanały jonowe (Na/Ca) i powoduje depolaryzacje błony. B. Górny zapis:

potencjał receptorowy w aksonie włókna sensorycznego w odpowiedzi na rozciąganie o różnej wartości (AP zablokowane przez TTX). Dolny zapis: amplituda i tempo

rozciągania. Początkowa depolaryzacja (faza dynamiczna), zależy od tempa i amplitudy rozciągania. Przy stałym rozciągnięciu, potencjał ustala się na stałej wartości zależnej tylko od amplitudy rozciągnięcia (faza statyczna) C. Zapis patch clamp odpowiedzi pojedynczych kanałów jonowych na rozciąganie. Zapis górny:

spoczynek, zapisy dolne: podczas rozciągania błony. Dłuższe otwarcia kanałów powodują większą depolaryzację.

Kodowanie bodźca - impuls receptorowy

Intensywność bodźca

Częstotliwość odpowiedzi

Potencjał receptorowy i częstość odpowiedzi wykazują (prawie) idealną korelację.

Kodowanie intensywności stymulacji w czasie w neuronach czuciowych. Zapisy z lewej: największa odpowiedz pojawia się w w fazie narastania bodźca. W fazie statycznej odpowiedź maleje. Jest to proces adaptacji. Receptory przekazujące powolne i długotrwałe zmiany adaptują się wolno. Zapisy z prawej: receptory o szybkiej adaptacji odpowiadają tylko na początku i na końcu stymulacji.

Hierarchiczne procesowanie informacji

Podstawowe zasady I. Dywergencja II. Konwergencja III. Równoległość

IV. Sprzężenie zwrotne

(feedback)

Topologia połączeń

Wzorce połączeń między neuronami:

a) Zbieżność b) Rozbieżność

c) Transmisja seryjna (szeregowa) d) Transmisja równoległa

e) Samosprzężenie

f) Pobudzające sprzężenie zwrotne dodatnie

g) Hamujące sprzężenie zwrotne dodatnie

h) Sprzężenie zwrotne ujemne

Triada synaptyczna: neurony wejściowe (input elements), neurony przekaźnikowe (relay neuron), interneurony (intrinsic neuron)

Triada synaptyczna

Mikroobwody

Przykłady triad synaptycznych w obwodach narządów zmysłów. Dominuje transmisja w kanałach równoległych (od receptorów do komórek wyjściowych). Oddziaływania poziome zapewniają neurony wewnętrzne.

Skrzypłocz ( mieczogon )

Skrzypłocz (Limulus)

Cząsteczka hemocyjaniny

Krew skrzypłoczy ma specyficzną właściwość reagowania na toksyny produkowane przez bakterie. W kontakcie z nimi natychmiast wytwarza widoczne gołym okiem "agregaty obronne„. Dzięki temu w ciągu kilku sekund wiadomo, czy powierzchnia lub przedmiot potarte krwią skrzypłocza są

zainfekowane bakteriami oraz jak dużo jest tych bakterii. Testy

bakteryjne wykonane z krwi skrzypłoczy wykorzystywane są

m.in. w przemyśle kosmicznym.

Hamowanie oboczne – lateral inhibition

Skrzypłocz (Limulus)

A. Oko złożone Limulusa składa się z 800 ommatidiów. Każde ommatidium składa się z 10-15 komórek receptorowych (retinula cell) ułożonych wokoło komórki centralnej (eccentric cell). Komórki centralne tworzą połączenie wzajemne połączenia hamujące. B. Rozkład odpowiedzi komórek

centralnych przy pobudzeniu bodźcem schodkowym.

Hamowanie oboczne – lateral inhibition

A. Oko Limulusa. B. Odpowiedzi komórek centralnych przy pobudzeniu plamką światła (trójkąty) o dużej i małej jasności oraz bodźcem schodkowym (koła). Różnica pomiędzy krzywymi pokazuje wzmacnianie odpowiedzi z jasnej strony i osłabianie odpowiedzi z ciemnej strony. Zjawisko hamowania obocznego ma znaczenie we wzmacnianiu kontrastu i rozpoznawaniu wzorców.

Sieć Hermana

Percepcja 1. Detekcja bodźca (zachowanie progowe – receptor threshold, behavior threshold)

Układ do pomiaru minimalnej energii wywołującej wrażenie wzrokowe. Z. Selig Hecht, Simon Shaleri Maurice Henri Pirenne. Energy, Quanta and Vision. The Journal of General Physiology, Vol 25, 819-840 (1942)

P – źrenica (pupil)

FP – punkt patrzenia (fixation point) M - monochromatory

S – przesłona (shutter) L - lampa

- Pojedynczy foton może pobudzić pojedynczy fotoreceptor w siatkówce człowieka

- Jednoczesna aktywacja 7 receptorów jest potrzebna by świadomie

zarejestrować stymulację

Percepcja 2. Szacowanie siły bodźca

Prawo Webera - Fechnera

) /

log( S S ₀ k

p 

p – percepcja

k – stała eksperymentalna S – bodziec

S₀- bodziec progowy

Prawo Stevensa

S a

S k

p  (  ₀ )

a - wykładnik

Continuum Exponent

(a) Stimulus condition Loudness 0.67 Sound pressure of

3000 Hz tone Brightness 0.5 Point source

Brightness 1 Point source briefly flashed

Taste 1.3 Sucrose

Taste 1.4 Salt

Taste 0.8 Saccharine

Cold, 1 Metal contact on arm

Warmth 1.6 Metal contact on arm Warmth 0.7 Irradiation of skin,

large area

Thermal pain 1 Radiant heat on skin Pressure on palm 1.1 Static force on skin Muscle force 1.7 Static contractions Heaviness 1.45 Lifted weights Electric shock 3.5 Current through

fingers Angular

acceleration 1.4 5 s rotation

Duration 1.1 White noise stimuli

Prawo Webera – Fechnera vs.

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4 5 6

x

y(x)

x

ln(x)

Percepcja 3. Rozdzielczość przestrzenna

Dwu – punktowa rozdzielczość w różnych obszarach ciała. Najlepsza rozdzielczość występuje na końcach palców, na wargach i na języku.

Percepcja

4. Wyodrębnianie cech (feature abstraction lub feature extraction)

Percepcja 5. Wyodrębnianie submodalności (jakości)

Analityczne Syntetyczne

Percepcja 6. Rozpoznawanie wzorców

Psychologia lub teoria Gestalt: teoria umysłu, wg.

której – postrzegamy świat całościowo, równolegle, analogowo i w sposób samoorganizujący się.

Efekt Gestalt - zdolność zmysłów do tworzenia wzorców, szczególnie w odniesieniu do wzrokowego rozpoznawania kształtów i form, a nie zbioru punktów i linii.

Percepcja - rozpoznawanie wzorców - cd

Milczenie Owiec - plakat

Milczenie Owiec – detal plakatu

Salvador Dali In Voluptas Mors, 1951