Capitolo 6. La sensazione

Transcript

1 Capitolo 6 La sensazione

2 Sensazione 1. Processi sensoriali 2. Visione 3. Udito 4. I sensi chimici 5. Sistema somatosensoriale

3 Sensazione e percezione Sensazione: processo che identifica la detezione (rilevamento) di specifiche proprietà dello stimolo, come l intensità. Gli organi sensoriali reagiscono all intensità dello stimolo e trasmettono le informazioni al cervello La percezione si verifica quando l informazione sensoriale viene utilizzata dal cervello per produrre una risposta.

4 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. Ambiente Organi sensoriali Cervello Muscoli Ambiente

5 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

6 Stimoli distali e prossimali La percezione è un processo attivo e biologico: stimolo -> trasduzione sensoriale -> codifica -> percezione.

7 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

8 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).

9 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.

10 Sono piu di 5! Olfatto Gusto Tatto Udito Vista Temperatura Dolore Equilibrio Posizione

11 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

12 Processo per il quale il recettore trasforma l informazione proveniente da uno stimolo fisico in potenziale elettrico

13

14 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.

15

16 Sensazione e percezione Sensazione: processo che identifica la detezione (rilevamento) di specifiche proprietà dello stimolo, come l intensità. Gli organi sensoriali reagiscono all intensità dello stimolo e trasmettono le informazioni al cervello La percezione si verifica quando l informazione sensoriale viene utilizzata dal cervello per produrre una risposta.

17 Organizzazione gerarchica

18 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

19 Processi sensoriali Trasduzione Codifica sensoriale Psicofisica: studio sistematico della relazione tra caratteristiche fisiche dello stimolo e risposte psicologiche seguenti (percezioni)

20 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.

21 Codifica sensoriale Se i potenziali di azione sono sempre uguali come fanno gli organi di senso a trasmettere al cervello che c è una mela rossa o un limone giallo? L informazione deve essere codificata Un codice è un sistema di segnali per rappresentare le informazioni al cervello Due forme: Codifica anatomica Codifica temporale

22 Codifica sensoriale Codifica anatomica: Stimolazione meccanica (sfregamento occhi) potenziale d azione nei nervi ottici - nel cervello si attivano le aree visive (vedo lucette e stelline) Codifica temporale: frequenza di scarica degli assoni determinata dalla intensità (maggiore intensità dello stimolo corrisponde ad una maggiore frequenza di scarica)

23 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

24 La psicofisica 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. 24

25 determinare per le varie modalità sensoriali i valori minimi e massimi di intensità degli stimoli che possano essere percepiti: valori di soglia.

26 Trial number (time) R X A

27 Soglia assoluta Soglia visiva: una candela vista da una distanza di 48 Km 27

28 Soglia assoluta Il ticchettio di un orologio posto a 7,5 m di distanza in una stanza silenziosa 28

29 Soglia assoluta Un cucchiaino di zucchero sciolto in 9 litri di acqua 29

30 Soglia assoluta Una goccia di profumo diffusa in un appartamento di 3 stanze 30

31 Soglia assoluta L ala di un ape caduta sul vostro zigomo da un altezza di 1 centimetro. 31

32 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

33 Soglia assoluta: minima quantità di energia fisica necessaria a produrre una risposta sensoriale Soglia differenziale: cambiamento nell intensità di uno stimolo che è percepibile da un soggetto Percezione subliminale: percezione di uno stimolo al di sotto della soglia del riconoscimento consapevole

34 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

35 La legge di Weber La più piccola differenza rilevabile (JND) era di 1/40 del peso standard 40 g 400 g Frazione di Weber 40 g + 1 g 400 g + 10 g DI I = K K è una costante che dipende dal compito e dalla modalità sensoriale esaminata. La discriminazione di orientamento produce un K=1/

36 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

37 Legge di Weber ΔR= kr k dipende dalla modalita sensoriale L incremento per ottenere un JND è proporzionale all intensità di R Descrive come la differenza percepita tra gli stimoli cresce al crescere dell intensità.

38

39 Curva della luminanza percepita in funzione della luminosità (curva logaritmica)

40 Proporzione di risposte corrette La funzione psicometrica Funzione a gradino La soglia ideale separa ciò che viene sempre visto da ciò che non viene mai visto.. ma la funzione empirica è un ogiva! Intensità 40

41 La funzione psicometrica 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 41

42 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)

43 Teoria della detezione del segnale: quando la luce lampeggia potremmo sentire un debole suono subito dopo (il suono diventa sempre più debole) Successo Falso negativo Falso positivo Rifiuto corretto

44

45 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.

46 luce Visione L occhio e le sue funzioni trasduzione della luce a cura dei recettori adattamento alla luce e al buio movimenti oculari visione dei colori

47 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)

48 STRUTTURA DELL OCCHIO

49 Cristallino: lente che focalizza le immagini sul fondo dell occhio Retina: membrana composta di cellule sensibili alla luce che si trova sul fondo dell occhio Cornea: membrana trasparente che protegge l occhio sul davanti; convoglia la luce all interno

50

51

52 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

53 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

54 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)

55 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)

56 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

57

58 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

59

60

61 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.

62 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. Fotorecettori

63 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)

64 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

65 Fotorecettori: funzionamento 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 fotopigmento questo si divide nelle due molecole costituenti (inizio trasduzione) Da qua partono le reazioni chimiche che stimolano cellula bipolare

66 Anomalie congenite nella percezione del colore Associato ai geni sul cromosoma X Tre tipi: Principalmente maschi Protoanopia: mancanza del fotopigmento per i coni rossi Deuteroanopia: coni del verde Tritanopia: mancano i coni del blu

67

68

69 Sommario Immagine sulla retina I fotorecettori assorbono la luce Corrente elettrica nei recettori Attivita neurale nei neuroni retinici Trasferimento di Impulsi al cervello

70

71

72 Udito Suono Orecchio e le sue funzioni La detezione e la localizzazione dei suoni nell ambiente

73 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

74 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 Hz Ampiezza-frequenza-intensità vs. Volume-altezza-timbro

75 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

76

77 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)

78 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 stimolazione del nervo uditivo, dà informazioni al cervello circa la presenza di un suono.

79 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

80

81 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)

82 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

83

84 Le vie del sistema uditivo vanno dal tronco dell encefalo alla corteccia Studi di imaging mostrano attivazione nella corteccia uditiva primaria Il parlato attiva specifiche aree della corteccia uditiva

85