Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

20080205 basic vision2

322 views

Published on

Basic Visionという本の輪読で使った資料

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

20080205 basic vision2

  1. 1. BASIC VISION An introduction to visual perception
  2. 2. contents  2. signalling changes  3. to the cortex  5. colour vision 意識輪講 2008/2/7
  3. 3. SIGNALLING CHANGES Chapter 2
  4. 4. A problem  Visual systemは何をしようとしているの か??  Retinaでは  Photoreceptorsがそれぞれganglion cellsに情報 を渡してる?  そんなことしてたら、neuron足りないのでは・・・  情報を取捨選択して、重要なものについて信 号を送っている  では、どんな情報が大事?? 意識輪講 2008/2/7
  5. 5. Retinal ganglion cells and receptive field  Retinal ganglion cellsのaction potential を記録したら?  Baseline(刺激に関係ない自然発生的な発火)はとて もゆっくりしたclick  あるcellのclickを記録している時に、ある部分 (receptive field)に刺激が入ったら、clickが増減 するのが聞こえるかも  Receptive field: そのcellのふるまいが 直接影響を受けるretina上 の領域のこと!Receptive fieldを詳しく見ると  ON region:刺激がclick数を増やす  OFF region:刺激がclick数を減らす 意識輪講 2008/2/7
  6. 6.  1953年,kufflerの実験  Ganglion cellsのreceptive fieldは Fig.2.2のようなだいたい円形  ON中心とOFF中心は同じくらいの数いる  ON中心は光が中心部にあたると発火が増え、 OFFはその逆。  それ以外の場所にあたる光は発火の増減に無関 係  Fig.2.2:receptive fieldを刺激が横切った 時、どのくらい発火するか 意識輪講 2008/2/7
  7. 7. BOX 2.2  なんでON中心とOFF中心がある?  Retinal ganglion cellsは刺激がないときも baselineの発火があるので、明るい所は見つけやすい けど、暗い所は見つけにくい  どういう仕組み?  ON経路とOFF経路は違う神経伝達物質を使っている  ON bipolar cells(photoreceptorsとganglion cellsを繋いでる)を選択的にblockする、例えばAPBと いう物質がある  こうして、ON中心/OFF中心cellsが明るい点や暗い点 を検出している  ここで話してたのは、coneの話!RodはON cellsだけ! 意識輪講 2008/2/7
  8. 8. まとめ  ganglion cellsは  Small receptive field  中心と周囲で拮抗するreceptive fieldを 持ってる  ON中心とOFF中心がいる 意識輪講 2008/2/7
  9. 9. Receptive field and image processing  例えば、ON-centre cellのExcitatoryと inhibitoryに同時に光が入ったら?  お互いキャンセルされてほぼ何も起きない(receptive fieldより大きいものにcellsは反応しない)  centerとsurroundに異なる割合で光が当たらないと明暗 わからない。centerとsurroundの相対比に反応  Fig.2.5下:ちゃんと明暗の境界が検出できている  Ganglion cellsはedgeや変化だけを検出でき る。これは情報量の節約になる  Fig.2.7 ON中心のganglion cellsの見た写真(白: 興奮、黒:抑制)  明るい側が白い線、暗い側が黒い線になっている 意識輪講 2008/2/7
  10. 10. Some effects of retinal processing  Fig.2.9 Hering grid  Fig.2.11 scintillating grid  Fig.2.12 simultaneous contrast  Fig.2.13 troxler fading  Fig.2.14 COC illusion 意識輪講 2008/2/7
  11. 11. BOX 2.3 change over time  Sustained response  刺激が続くと発火しなくなる(眼はtremorといって、 ちらちら動いているからOK)  Transient response  刺激が変化したときに発火。Edge detectorとして 機能  Fig.2.3.1  Transient cellsは変化を感知せず、sustained cellsはそのうち報告をやめる というretinaのlocal adaptingのためにafter- imageが見える 意識輪講 2008/2/7
  12. 12. BOX 2.4 Dark adaptation  暗い所でneuronはどうする?  瞳孔は16倍までしか調整できない  Neuronは光強度の幅の1/1000以下は検出できな い  Coneよりrodの方が低輝度に反応  Fig.2.4.1 dark adaptation curve  すごく明るいところから、暗いところにいきな り移動したとき  最初はconeが働いていて、10分くらい経つと rodが働く 意識輪講 2008/2/7
  13. 13. TO THE CORTEX Chapter 3
  14. 14. Orientation selectivity  HubelとWieselの実験(Fig.3.4)  Spotに反応するネコのV1のcellsを見つけた  線がスクリーンに映ったときcellsが激しく 反応した  Fig.3.5:よく調べたところ、それぞれの cellsは特定の傾きの線に反応するとわかっ た(近い傾きの線にもよく反応する) 意識輪講 2008/2/7
  15. 15. The primary visual cortex  V1:後頭葉にある  別名striate cortex, primary visual cortex(Fig.3.1)  右視野と左視野で情報は分かれている  Fig.3.3:色々な所に繋がっている  ネコではarea 17  Ganglion cellsとLGNは性質がとても似 ていたけど、V1はすこし違う 意識輪講 2008/2/7
  16. 16. BOX 3.1 tuning  Tuning:あるタイプの刺激にのみ反応して、 それ以外の刺激に反応しないこと  ある刺激に反応するcellsはそれに近い刺激 にもある程度反応する。反応する幅を bandwidthという(Fig.3.1.1)  このtuningはfilterと呼ばれたりする  Fig.3.1.2 左上:high-pass, 右上:low-pass, 下:band- pass 意識輪講 2008/2/7
  17. 17. Organization of primary visual cortex  LGNでもあったretinotopic mappingはV1でも存在 (mapの形ではないけど)  右視野->左側のV1, 左視野->右側のV1  Fig.3.6:V1のorientation columns  HubelとWieselはorientation columnsの集まりを見 つけた(hypercolumnという)  Hypercolumnは視野の同じ場所にある角度全てをencodeす る。だいたいcortex 1mmで1つのhypercolumns  それぞれのHypercolumnsは視野のすごく小さい部分を請け 負っている(多くはfovea近くで周辺視担当はほとんどいな い)  それぞれcellsごとに好きな方向がある(Fig.3.7) 意識輪講 2008/2/7
  18. 18. Simple cells  LGNのcellsは異なる方向を見分けられな いけど(Fig.3.8) V1のcellsはどうやっ てorientationに選択的に応答する?  Fig.3.9, Fig.3.10:V1 cellの receptive field  ON/OFF-centre cellsが横に並んで、円とい うより細長いreceptive fieldになる (Fig.3.11) 意識輪講 2008/2/7
  19. 19. Complex cells, hypercomplex cells  Fig.3.12:Complex cells  同じ方向にtuningされてるsimple cellsをOR回路でまと めてる  Simple cellsはphase sensitivity(刺激の場所に対する 反応の有無)があるけど、complex cellsはない  正当性の直接的な検証はほぼされていない  Fig.3.13, Fig.3.13:Hypercomplex(end- stopped)cells  Complex cellsは線の長さが長くなれば、receptive field内なら反応増で、receptive fieldより大きくなる と一定値になる  Hypercomplex cellsはある長さまで反応増だけど、それ以 上長くなると反応が減る(最適な長さが存在) 意識輪講 2008/2/7
  20. 20. Trigger features  Cellsが発火する条件は処理が進むと、どんどん難し くなる。それでは、とても複雑なものに選択的に反応 するcellsもいる?  たとえば、顔  IT野(V1からも繋がってる)のcellsの反応(Fig.3.15)  このcellsが他の刺激には反応しないかは調べられないけど、 とにかくかなり精密なものに反応するといえる  それでは、自分のおばあさんは?!(grandmother cell hypothesis)  grandmother cell hypothesisの考え方にはたくさん問題 があるし、未だ調査中 意識輪講 2008/2/7
  21. 21. Beyond V1  V1以降の処理はどうなる?  たとえばV2はretinotopic mappingになってい る。V2以降もV3,V4…と30以上の視覚に関係する 場所があり、まとめてextrastriate cortexと いう(Fig.3.16,Fig.3.17)  Fig.3.18  それぞれの領域が視覚のそれぞれの特徴を処理 していると考えたくなるけれど(詳しくはあと の章)、他の領域の活動とも影響し合っている  Fig.3.19:LGNのP,K,M cellsのV1への投射  M->V5(‘where’ pathway), P->V4(‘what pathway’)だけど、厳密には? 意識輪講 2008/2/7
  22. 22. COLOUR VISION Chapter 5
  23. 23. What is colour?  光は粒の集まりでもあり、波でもある。  光は光子のあつまりで、同時に届く光子の量 をintensity of lightという  光は波でもあり、ピークとピークの間の長さ をwavelengthという。電磁放射の1つの形 (Fig.5.1)  可視光はinfra-redとultravioletの間のほ んの一部 意識輪講 2008/2/7
  24. 24.  Fig.5.8  白色光がプリズムを通ると、波長ごとに分か れる。これらの波長の光が全部まざって白に 見える。  緑の葉は、赤と青の波長の光を吸収し、緑の 光を反射する。反射された緑の光を網膜がう けとって緑に見える。  つまり、特定の波長光が眼に入ったら、それ を適切な色に翻訳すればよい 意識輪講 2008/2/7
  25. 25. A single cone system  まず、生物は太陽光の反射されるピーク の波長が550-560nmだったので、550nmく らいに反応するphotoreceptorsを持った (yellow detectorと呼ぶことにする)  けど、これだと異なる2波長からの光を 区別できない  光はintensityとwavelengthの二次元なのに receptorは刺激の大きさしかわからない 意識輪講 2008/2/7
  26. 26. Two-cone system  もうひとつdetectorを増やし、新しい detectorは550nmより短い波長に反応した (blue detectorとよぶことにする)  このsystemは多くの生物が現在も使ってい る  新しいdetectorが網膜内に出来たために画 像の精度が落ちてしまった。  これを解決するには、精度を落とさない程度に detectorを増やす(実際、foveaにblue coneは ない。しかし、これは色収差のためでもある) 意識輪講 2008/2/7
  27. 27. すこし、まとめ  550nm,420-450nmにそれぞれピークを持 つ2つのconeがある  420-450nmのconeはfoveaにないし、散 らばって存在するので粗い解像度しかな い  結果、2cone systemの動物はcolour vision ではない  Retinaの残りの部分は輝度に対して高精度で blueっぽいかyellowっぽいかをおおまかに区 別できる 意識輪講 2008/2/7
  28. 28. 3-cone system  木の実と葉の色を見分けやすいように? (Fig.5.14)3000-4000万年前にred-green systemができ、今ではshort, middle, long wavelengthに反応するconeがある  R-G systemの良いところは他にshadow- removing propertyがあるところ(Fig.5.15)  Fig.5.17:S,M,L coneのばらつき  Foveaにs coneがないのと人によってかなりばらつき があるのが分かる 意識輪講 2008/2/7
  29. 29. BOX 5.2 colour matching  Primary colourはred, green, blue  この3色があれば、知覚上同じ、だいたいの 色が作れる  Fig.5.2.2  Colour addition:光  Colour subtraction:インクなど  赤いインクは、緑色の波長を吸収するから赤く 見える=-Gという考え 意識輪講 2008/2/7
  30. 30. Comparing activity in cones  色を見分けるには2つのconeの活動を比較すれば よい  Fig.5.18  輝度信号はR+Gで、Bは関係ない  R-Gの色信号はR/G比  B-Yの色信号はBの出力を輝度信号の出力で割る  これはOpponent codingとして知られる  光の強度が全体的に上がっても色の比は比較的変わ らないけど、輝度が増える  光の波長が変わったら色の応答は変わるが、強度は 比較的変わらない  colour after-effect(Fig.5.19) 意識輪講 2008/2/7
  31. 31. Colour-opponent cells  では実際に反対色応答するcellsはいる?  いる。  Fig.5.20:マカクサルのLGN  LGNのP層がcolour visionを担っていて、R- G反対色応答を示す  B-Yは特別な経路があり、P層の間にいる cellsを使っている(K pathway) 意識輪講 2008/2/7
  32. 32. Colour blindness  P155 table  Trichromat:三色色覚者  Dichromat:二色色覚者  L coneがない:第一色盲  M coneがない:第二色盲  S coneがない:第三色盲とよぶ  Fig.5.22:それぞれの色覚者の色の見えかた  Fig.5.23:赤緑色覚異常のひとは変化をみつ けやすい 意識輪講 2008/2/7
  33. 33. Cortical process in colour vision  Fig.5.24  3種類のconeがある(RGB)  これによりR-G,B-Yの差、luminanceがわか る  Retina-LGN-V1 blob-V4と処理が進む  blobは小さなパッチみたいなもので、光の波長 の処理をしている  V4は特定の色に選択的と言われ、波長というよ り色に反応する 意識輪講 2008/2/7
  34. 34. Colour constancy  色は照明によって見え方がかなり変わるが、あ る照明下である物体が「青い」のは周りのもの より青いから。  この原則はEdwin LandがMondrian patternを 使って示した(Fig.5.25)  もしパッチがひとつなら色は変わったようにみえるが、 Mondrian刺激なら色は変わっていないようにみえる  これは私たちが照明について計算するために、異なる パッチについても知る必要があることを示す。これによ り色恒常性が達成できる  V1 cellsは照明の波長が変わると反応が変わるが、V4で は反応が変わらない(Fig.5.26) 意識輪講 2008/2/7
  35. 35. Cerebral achromatopsin  Extrastriate cortexの色経路がダメージを受けた ら?  Cerebral achromatopsin  Retinaは正常でもGreyの影しか見えなくなる(Fig.5.27)  けど、V4を壊してもFig.5.27のtaskはできる  色知覚に深く関係しているのはどこ?V4?V8?  Fig.5.29  モノクロに対して有色刺激によく反応した領域が色処理に深 くかかわっていると言える。Fig.5.29によると、V4は color-luminanceでは反応ない・・・  一方、V8はcolour after-effectをかけたときみたいな、 本当の色情報がないときも反応する  ??? 意識輪講 2008/2/7

×