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Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dellelaborazione visiva Graziano Barnabei

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Presentazione sul tema: "Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dellelaborazione visiva Graziano Barnabei"— Transcript della presentazione:

1 Filogenesi ed ontogenesi del snc e stadi primari dellelaborazione visiva Graziano Barnabei

2 Occhio Globo (d=24 mm) – Sistema ottico (60 diottrie) Sclera (esterna) Coroide (vasi sanguigni) Retina (Asse visivoFovea) Cristallino 1/3 potenza di messa a fuoco Cornea (grazie allaccomodazione) Umor acqueo Iride 2/3 potenza di messa a fuoco Pupilla Umor 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 ottico Asse visivo Disco ottico Asse ottico P

3 Retina E PITELIO PIGMENTATO (antiriflesso) F OTORECETTORI ( B ASTONCELLI = 120 X 10 6 ; C ONI = 6 X 10 6 ) C ELLULE ORIZZONTALI : connettono più fotorecettori alle bipolari o più bipolari tra loro C ELLULE BIPOLARI : connettono fotorecettori e gangliari C ELLULE AMACRIME : connettono più bipolari alle gangliari o più gangliari tra loro C ELLULE GANGLIARI : i loro assoni escono dal disco ottico nel nervo ottico Periferia nasalePeriferia temporale Coni Punto cieco Fovea Bastoncelli X Densità fotorecettori per mm 2 Rodopsina

4 Coni sensibili al blu: 5-10% disposti ad anello a bordo fovea Coni sensibili al rosso: 60% Coni sensibili al verde: 30% La maggior grandezza dei bastoncelli è funzionale allassorbimento in condizioni di bassa luminosità Trasduzione: 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 bastoncelli Sensibilità del sistema a variazioni dell 1% di luminosità Sparpagliati in clusters Danni Visione fotopica (coni, alte intensità) Visione mesopica (sovrapposizione) Visione scotopica (bastoncelli, basse intensità) Luce solare a mezzogiorno Lampadina 100 W Lettura agevole Lettura con luce lunare Luce minima percepibile Intensità relativa Periodo al buio (min.) Adattamento alla luce 0 30 Potenziale (mV) Log intensità relativa Potenziale a riposo Sensibilizzazione Adattamento Coni: Stimolo VS Risposta Duplice visione -6 0

5 Campi recettivi retinici Opponenza 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 averli Frutto dellazione modulatrice delle cellule orizzontali Funzionali al rilevamento del contrasto Organizzazione concentrica => nessuna selettività per lorientamento Opponenza luminosa ON-OFF ed OFF-ON Opponenza cromatica ++ RGBRGB Canale acromatico -+ RGBRGB Canale rosso-verde +- RGBRGB Canale giallo-blu

6 Organizzazione del Sistema Visivo Compressione immagine Estrazione componenti principali Segregazione funzionale nei bassi livelli di elaborazione Preservazione ordine retinotopico dellimmagine Integrazione dei risultati delle varie componenti analizzate negli alti livelli di elaborazione Retina Cellule gangliari M (magnocellulari): 10%, basse freq. spaziali, risposta fasica Cellule gangliari P (parvocellulari): 80%, alte freq. spaziali, selettive per lunghezza donda, risposta tonica, conduzione veloce (sinapsi elettriche) Nervo, Chiasma, Tratto ottico Mappatura ordinata delle afferenze Decussazione emicampi nasali della retina => segregazione emisferica degli emispazi dafferenza Nucleo Genicolato Laterale (LGN) Strati mediali 1,2: afferenze M Strati periferici 3,4,5,6: afferenze P Strati 2,3,5: afferenze ipsilaterali Strati 1,4,6: afferenze controlaterali Corteccia visiva primaria (V1) Preserva la struttura visuotopica in afferenza

7 Corteccia Striata: V1 Colonne di dominanza oculare Strato 4Cα: afferenze LGN via M strato 4B efferenze V2, V5 Strato 4Cβ: afferenze LGN via P strati 2,3 efferenze V2 Via P: Via P-B: colore fisico (luminanza, lunghezza donda, purezza) Via P-I: orientamento Distribuzione dominanza oculare DX SX N

8 Cellule complesse: analisi movimento Cellule ipercomplesse: stimoli con margini darresto => grandezza relativa Movimento Sinapsi inibitoriaSinapsi eccitatorie Campi recettivi corticali Cellule semplici: analisi orientamento LGN Cellula semplice V1 Retina

9 V2 Strisce spesse: orientamento, movimento e disparità retinica (stereopsi) Strisce sottili: doppia opponenza cromatica Interbande: orientamento V3 Analisi movimento, differenze temporali di posizioni costanti, forme dinamiche (e.g., movimento naturale di oggetti) V4 Analisi colore percepito (brillanza, tinta, saturazione) V5 o MT Integrazione movimento (complesso), posizione, profondità, 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 convessità inferiore (IC) => memoria di lavoro per gli oggetti Via Where: prefrontale dorsolaterale (DL) => memoria di lavoro spaziale

10 Considerazioni Il sistema visivo è rappresentabile come una successione di strati organizzati di neuroni Ogni strato elabora il segnale in modo sostanzialmente omogeneo. Aspetti elementari singolarmente estratti e processati in stadi precoci dellelaborazione Aspetti più complessi elaborati in stadi successivi o risultano integrando aspetti elementari Dai primi stadi cè una marcata segregazione funzionale dei canali usati per elaborare componenti singole Le singole unità già alla nascita sono selettive per singoli aspetti dellanalisi visiva

11 Modello di Linsker: auto-organizzazione di reti multi-strato Neuroni lineari: funzione di trasferimento Gerarchia di strati => rete feed-forward Input dal LGN Elaborazione sequenziale del segnale in entrata Campi recettivi dei neuroni parzialmente sovrapposti Probabilità di connessione fra unità di strati adiacenti descrivibile da una gaussiana => neuroni di strati aventi stessa posizione hanno > connettività Funzione dattivazione:y i = a 1 + w ij x j Regola di modifica sinaptica essenzialmente hebbiana: w ij = a 2 y i x j + a 3 x j + a 4 y i +a 5 con a 2 > 0 e w ijmax fissato Input preferenziale: rumore bianco => corr tra input = 0 Evoluzione strato per strato j Risultati A: input B: effetto neve, gruppi di unità tutte eccitatorie, micro-campi recettivi che mediano lattività locale dello strato A C: organizzazione centroON-periferiaOFF, risposta per input luminosi proiettati al centro del campo recettivo D: selettività per orientamento tipo le cellule semplici di V1 DCBADCBA Strato D


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