Psicologia Generale Visione. Cos e la luce. Sommario. Richard Feynman

Transcript

1 Psicologia Generale Visione Richard Feynman Carlo Reverberi 1 2 Sommario Cos e la luce Caratterizzazione di frequenza ed intensità Ottica inversa Interazioni della luce con gli oggetti Siamo animali visivi? Integrazione e conflitto multimodale Cos e la luce Raggio Onda Particella 3 4

2 La luce è un raggio La luce è una particella Ottica geometrica 5 6 La luce è un onda Luce: un onda nel campo elettromagnetico Parametri: frequenza ed intensità 7 8

3 Cos è la luce Frequenza d onda La luce e una forma di energia chiamata radiazione elettromagnetica Dualismo onda-particella Alcune fenomeni possono essere descritti considerando la luce un raggio La frequenza è definita come il numero di oscillazioni al secondo (dei campi elettrico e magnetico). Si misura in numero di cicli al secondo o Hertz (Hz) Lunghezza d onda Intensità della luce La lunghezza d onda l e frequenza f sono collegate dalla formula: l = v / f Dal punto di vista fisico l intensità è data dal numero di fotoni (quantità discrete di energia) nell unità di tempo. L unità di misura è la candela

4 Lunghezza d onda visibile Lunghezza d onda visibile Scomposizione della luce 15 16

5 Sorgenti di luce Perché la luce e un buon stimolo per la visione? Il tipo di materiale emittente determina la lunghezza d onda. Principalmente la luce proviene dal sole Ci permette di vedere oggetti a distanza E presente in abbondanza Si muove velocemente Tende a viaggiare in linea retta Interagisce con gli oggetti in modi utili generando utili informazioni La luce e veloce Interazione luce-materia La luce si muove molto velocemente Gli stimoli che si muovono velocemente sono ideale per un senso a distanza. Velocità della luce = 300,000 km/s. Più di 7 volte attorno all equatore in un secondo. Il suono e circa 1000 volte più lento.! L a l u c e e i l s u o n o s o n o s p e s s o n o n sincronizzati.! Nel vuoto la luce si propaga in linea retta mentre nell ambiente naturale interagisce con gli oggetti e le superfici che incontra lungo il suo cammino. Le interazioni sono diverse a seconda del tipo di materiale 19 20

6 Interazione luce-materia Non siamo interessati alla luce di per sé ma agli oggetti Gli occhi ricevono una distribuzione di luce riflessa dagli oggetti che dipende da: Proprietà delle superfici degli oggetti Distanza dall occhio all oggetto Sorgente di luce Lo stesso oggetto può produrre molte diverse distribuzioni di luce (problema dell ottica inversa) Luce: tipi di interazioni Rifrazione Riflessione (diffusa e speculare) Assorbimento Trasmissione Rifrazione Rifrazione Legge di Snell Indice di rifrazione Vuoto n=1; Vetro n=1.5 Acqua =

7 Rifrazione Rifrazione Onde corte (violetto) sono deviate di più di onde lunghe (rosso) 1 < n (rosso) < n(giallo) < n (blu) Rifrazione: lenti Riflessione N o i s a p p i a m o c h e esistono gli oggetti perché la luce riflette su di loro e dentro i nostri occhi

8 Riflessione Riflessione La distribuzione di luce che raggiunge i nostri occhi ci può dare informazioni sulla trama della superficie riflettente Specchio Opaca Assorbimento Ciascuna superficie ha un profilo di assorbimento caratteristico la quantità di luce assorbita a ciascuna lunghezza d onda.!!! 31 32

9 Trasmissione Visione e Ottica Le superfici possono anche avere un profilo di trasmissione caratteristico: la quantità di luce trasmessa a ciascuna lunghezza d onda. Quando la luce colpisce una superficie non solo viene assorbita ma anche riflessa. La chiarezza degli oggetti dipende dalla quantità di luce che illumina l oggetto e dalla percentuale di luce riflessa dall oggetto Visione e Ottica X Bassa riflettanza Alta riflettanza 35 36

10 RIflessione opaca Riflessione a specchio Diversa riflettanza spettrale Visione e Ottica Il colore delle superfici dipende dalle lunghezze d onda riflesse. Come appare una superficie (liscio, rugoso, ruvido) dipende dalla diffusione parziale della luce causata dalla grana della superficie.

11 41 42 Psicologia Generale Ottica fisiologica Arcobaleno generato da un gioco di rifrazione e riflessione all interno delle gocce d acqua

12 La struttura dell occhio Occhio: Struttura La struttura influenza come e cosa si può vedere Gli occhi dell uomo differiscono da quelli di altri animali La struttura è importante: difetti inducono problemi visivi In natura possiamo trovare strutture diverse: Strutture ottiche singoli Occhi composti Area fotosentitiva Struttura 47 48

13 L occhio: Anatomia Sferico 24 mm diametro 3 strati concentrici Tunica fibrosa Tunica vascolare Retina Cornea I compartimenti dell occhio Il disco centrale della parte visibile è estroflesso (toccare per rendersi conto; curvatura maggiore rispetto al globo oculare). In questa regione la sclera diventa trasparente e si chiama cornea. La cornea è il primo sistema di messa a fuoco delle immagini (curvatura + rifrazione => lente convessa). Camera esterna/anteriore: Contiene umor acqueo trasporta nutrienti e prodotti di scarto. Camera interna/vitrea E riempita di umor vitreo mantiene la forma dell occhio

14 Iride Pupilla Iride estensione del corpo ciliare formata da due strati Strato anteriore pigmentato Strato posteriore vascolarizzato Negli albini, poiché manca il pigmento, l iride appare rossa. Muscolo anulare che forma la pupilla Pupilla - Apertura delimitata dall iride Foro con due gruppi di muscoli antagonisti Sotto controllo del sistema autonomo. Diametro variabile compreso tra i 2 e gli 8 mm. 2-3mm diametro ideale per qualità immagine Cristallino Messa a fuoco interna dell occhio (diam. 9mm; spessore 4 mm). E curvo da entrambi i lati

15 Componenti ottiche dell occhio Ottica: Lenti & immagini Cornea: alto potere ottico (2/3), fisso. Cristallino: potere ottico più basso, variabile (accomodamento). Camere acquee e vitree: assorbimento dei riverberi. Tipicamente, il potere ottico totale corrisponde alla lunghezza dell occhio (= fuoco sulla retina). Accomodazione Near point Retina Oftalmoscopio E il tessuto sensibile alla luce. Ha la stessa struttura del tessuto ner voso per cui si può considerare un estroflessione di cervello all interno dell occhio. Come vedere l interno dell occhio Metodo della luce laterale: si vedono le ombre dei vasi sanguigni Oftalmoscopio di Helmholtz: dirige lungo la nostra direzione di vista un fascio di luce all interno dell occhio altrui Fig. 6. Detailed structure of the direct ophthalmoscope showing the illumination and viewing optical systems. 59 The viewing system allows the observer to see light reflected from the subject s eye. In Fig. 6, the illumination system has flooded a small circular area of the retina with light. 60 Light from this illuminated area is reflected in all directions, but only some of the reflected rays pass through the crystalline lens, pupil, and cornea to the outside (other reflected rays are not shown in Fig. 6). The subject s eye in Fig. 6 has been made emmetropic, thus rays from any particular point in the illuminated area are parallel when the leave the cornea. Some of these parallel rays intersect the mirror and are lost to view, while others pass

16 La retina: Anatomia La retina: anatomia Punti di riferimento retinici Macula (1.5 mm/ 5º): La regione che circonda la fovea. Disco ottico: Uscita delle fibre nervose, macula cieca, apporta il sangue. Flusso di sangue retinico I fotorecettori giacciono sotto una densa rete di vasi sanguigni e neuroni. The eye seen with an ophtalmoscope invented by Helmholtz La retina: anatomia Punto cieco Segnali neurali generati dai fotorecettori passano attraverso una rete di cellule bipolari. orizzontali, amacrine che raccolgono e ricombinano il segnale Il segnale viene poi trasmesso alle cellule gangliari ulteriormente elaborato e portato al cervello attraverso il nervo ottico. 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? 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. Come nel caso dei vasi sanguigni il cervello completa l informazione mancante 63 64

17 Vedere il punto cieco Fotorecettori Bastoncelli estremamente sensibili alla luce, funzionano meglio in condizioni scotopiche (notte) Coni meno sensibili alla luce e sono concentrati al centro della retina. Funzionano in condizioni fotopiche (giorno). Ce ne sono tre tipi. Chiudere occhio sinistro fissando la F Fotorecettori Bastoncelli 120 milioni per occhio. Solo un tipo; Principalmente sensibile a 500 nm. 10 volte più sensibili dei coni. Usati nella visione notturna/scotopica. Possono rispondere ad un fotone singolo! Coni 8 milioni per occhio. Fotorecettori 3 tipi con sensitività massima a 440, 530, 560 nm rispettivamente (blue verde rosso) Coni sono la base per la visione a colori. Usati nella visione di giorno/fotopica. 10 volte meno sensibili che I bastoncelli

18 Fotorecettori Fotorecettori Dai fotorecettori alla corteccia Dai fotorecettori alla corteccia Il percorso verticale: fotorecettori -> cellule bipolari -> cellule gangliari. Interazione laterale (connessioni inibitorie). Cellule orizzontali e cellule amacrine

19 Dai fotorecettori alla corteccia Fovea: poca convergenza La retina contiene circa 126 milioni di fotorecettori. L informazione è trasmessa dalla retina al cervello tramite 1 milione di cellule gangliari. Quindi la retina deve condensare e riorganizzare l informazione dei fotorecettori. Lavoro principale è l analisi del contrasto Periferia: convergenza Cellule gangliari gangliare piccola gangliare grande gangliare piccola a due strati gangliare ad albero 75 76

20 Oltre l occhio Nucleo genicolato laterale Due nuclei genicolati laterali Gli assoni delle cellule gangliari retiniche fanno sinapsi con queste strutture Nucleo genicolato laterale Corteccia striata La disposizione topografica dei campi recettivi delle cellule gangliari (retinotopia) è riprodotta nel LGN Ogni strato possiede una completa mappa della emiretina

21 Corteccia striata Corteccia striata Corteccia Striata Anche conosciuta come corteccia visiva primaria o V1 Le maggiori trasformazioni dell informazioni visiva hanno luogo nella corteccia striata Contiene circa 200 MILIONI di cellule Corteccia striata (V1) Due importanti caratteristiche della corteccia striata: Mappatura topografica (retinotopia) Scaling of information da molteplici parti del campo visivo Corteccia striata La mappa in V1 ha varie caratteristiche interessanti: Ci sono 2 V1 in ogni persona (emisfero destro e sinistro). Ciascuna contiene la rappresentazione della metà controlaterale del campo visivo. La rappresentazione è topografica ed ordinata Magnificazione corticale Più spazio corticale è dedicato alla fovea (0.01% area retinica ma 8% della corteccia; 20% ai 2.5 deg centrali) che alla periferia Estensione delle magnificazioni precedenti Dimensione del campo recettivo aumenta dal centro alla periferia 83 84

22 Corteccia striata