Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dell’elaborazione visiva

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    25-Feb-2016

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Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dellelaborazione visiva. Graziano Barnabei grbarnabei@gmail.com. Occhio . Globo (d=24 mm) Sistema ottico (60 diottrie) Sclera (esterna) Coroide (vasi sanguigni) Retina (Asse visivoFovea) - PowerPoint PPT Presentation

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Diapositiva 1

Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dellelaborazione visivaGraziano Barnabei

grbarnabei@gmail.com

Occhio Globo (d=24 mm) Sistema ottico (60 diottrie)Sclera (esterna)Coroide (vasi sanguigni)Retina (Asse visivoFovea)Cristallino 1/3 potenza di messa a fuocoCornea (grazie allaccomodazione)Umor acqueoIride 2/3 potenza di messa a fuocoPupillaUmor vitreo

Aberrazioni cromatiche trasversali: distorsioni dovute ai mezzi ottici dellocchio (i.e., cristallino in accomodazione) => Effetto stereocromatico dovuto alle diverse lunghezze donda: oggetti colorati in visione binoculare appaiono a distanze diverse

Asse otticoAsse visivoDisco otticoAsse otticoPRetinaEpitelio pigmentato (antiriflesso)Fotorecettori (Bastoncelli = 120x106; Coni = 6x106)Cellule orizzontali: connettono pi fotorecettori alle bipolari o pi bipolari tra loroCellule bipolari: connettono fotorecettori e gangliariCellule amacrime: connettono pi bipolari alle gangliari o pi gangliari tra loroCellule gangliari: i loro assoni escono dal disco ottico nel nervo ottico

Periferia nasalePeriferia temporaleConiPunto ciecoFoveaBastoncelliX 1041614121086420Densit fotorecettori per mm2

RodopsinaConi sensibili al blu: 5-10% disposti ad anello a bordo foveaConi sensibili al rosso: 60%Coni sensibili al verde: 30%La maggior grandezza dei bastoncelli funzionale allassorbimento in condizioni di bassa luminositTrasduzione: la luce sbianca la rodopsina che chiude i canali cationici iperpolarizzando (-40 mV -80 mV) la membrana. Fotopigmento rigenerato in 6 min. dai coni e in 30 dai bastoncelliSensibilit del sistema a variazioni dell 1% di luminositSparpagliati in clusters 10810710110-110-6DanniVisione fotopica (coni, alte intensit)

Visione mesopica (sovrapposizione)

Visione scotopica (bastoncelli, basse intensit)Luce solare a mezzogiornoLampadina 100 WLettura agevole

Lettura con luce lunareLuce minima percepibileIntensit relativa Periodo al buio (min.)Adattamento alla luce0 30Potenziale (mV)Log intensit relativaPotenzialea riposoSensibilizzazioneAdattamentoConi: Stimolo VS Risposta-15

-10

-5Duplice visione-6 0

Campi recettivi retiniciOpponenza luminosa (contrasto)Porzione di spazio somatico di afferenza degli stimoli percettivi (in questo caso porzione di retina)Le cell. gangliari sono la prima stazione ad averliFrutto dellazione modulatrice delle cellule orizzontaliFunzionali al rilevamento del contrastoOrganizzazione concentrica => nessuna selettivit per lorientamentoOpponenza luminosa ON-OFF ed OFF-ONOpponenza cromatica++RGBCanale acromatico-+RGBCanale rosso-verde+-RGBCanale giallo-bluOrganizzazione del Sistema VisivoCompressione immagine Estrazione componenti principaliSegregazione funzionale nei bassi livelli di elaborazionePreservazione ordine retinotopico dellimmagineIntegrazione dei risultati delle varie componenti analizzate negli alti livelli di elaborazioneRetinaCellule gangliari M (magnocellulari): 10%, basse freq. spaziali, risposta fasicaCellule gangliari P (parvocellulari): 80%, alte freq. spaziali, selettive per lunghezza donda, risposta tonica, conduzione veloce (sinapsi elettriche)

Nervo, Chiasma, Tratto otticoMappatura ordinata delle afferenzeDecussazione emicampi nasali della retina =>segregazione emisferica degli emispazi dafferenza

Nucleo Genicolato Laterale (LGN)Strati mediali 1,2: afferenze MStrati periferici 3,4,5,6: afferenze PStrati 2,3,5: afferenze ipsilateraliStrati 1,4,6: afferenze controlaterali

Corteccia visiva primaria (V1)Preserva la struttura visuotopica in afferenza

Corteccia Striata: V1Colonne di dominanza oculare Strato 4C:afferenze LGN via M strato 4B efferenze V2, V5Strato 4C: afferenze LGN via P strati 2,3 efferenze V2Via P: Via P-B: colore fisico (luminanza, lunghezza donda, purezza) Via P-I: orientamentoDistribuzione dominanza oculareDX SXNCellule complesse: analisi movimento

Cellule ipercomplesse: stimoli con margini darresto => grandezza relativa

MovimentoSinapsi inibitoriaSinapsi eccitatorie

Campi recettivi corticaliCellule semplici: analisi orientamento

LGNCellula semplice V1RetinaV2Strisce spesse: orientamento, movimento e disparit retinica (stereopsi)Strisce sottili: doppia opponenza cromaticaInterbande: orientamentoV3Analisi movimento, differenze temporali di posizioni costanti, forme dinamiche (e.g., movimento naturale di oggetti)V4Analisi colore percepito (brillanza, tinta, saturazione) V5 o MTIntegrazione movimento (complesso), posizione, profondit, forma relativa, dimensione relativa IT: Oggetti tridimensionali complessi (geoni, facce, integrazione forma e colore)Poi.. Si parla di vie funzionali di proiezione al prefrontale: Via What: prefrontale della convessit inferiore (IC) => memoria di lavoro per gli oggetti Via Where: prefrontale dorsolaterale (DL) => memoria di lavoro spaziale9

ConsiderazioniIl sistema visivo rappresentabile come una successione di strati organizzati di neuroniOgni strato elabora il segnale in modo sostanzialmente omogeneo. Aspetti elementari singolarmente estratti e processati in stadi precoci dellelaborazione Aspetti pi complessi elaborati in stadi successivi o risultano integrando aspetti elementariDai primi stadi c una marcata segregazione funzionale dei canali usati per elaborare componenti singoleLe singole unit gi alla nascita sono selettive per singoli aspetti dellanalisi visivaModello di Linsker: auto-organizzazione di reti multi-strato Neuroni lineari: funzione di trasferimento Gerarchia di strati => rete feed-forwardInput dal LGNElaborazione sequenziale del segnale in entrataCampi recettivi dei neuroni parzialmente sovrappostiProbabilit di connessione fra unit di strati adiacenti descrivibile da una gaussiana => neuroni di strati aventi stessa posizione hanno > connettivitFunzione dattivazione:yi = a1+ wijxj

Regola di modifica sinaptica essenzialmente hebbiana:wij = a2yixj + a3xj + a4yi +a5 con a2 > 0 e wijmax fissato

Input preferenziale: rumore bianco => corr tra input = 0Evoluzione strato per strato jRisultatiA: inputB: effetto neve, gruppi di unit tutte eccitatorie, micro-campi recettivi che mediano lattivit locale dello strato AC: organizzazione centroON-periferiaOFF, risposta per input luminosi proiettati al centro del campo recettivoD: selettivit per orientamento tipo le cellule semplici di V1D

C

B

A

Strato D

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