第四講：大腦與視覺

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當前修訂版本

[編輯] The Visual Cortex and Beyond

Seeing as an active process
- 我們看東西是被動的嗎？
  - 錯覺輪廓 illusory contour
- 差在那裡？
  - 邊界傾斜
- 雙可圖形
  - Rubin's vase
- 視覺解釋及記憶
  - 你看到什麼課本最後也有解釋
- 前面四張圖的結論
  - 我們所見不是只有光學影像本身
  - 我們用眼睛及再加....來看
  - 本章主題就是....
  - ....是什麼？

[編輯] 今天講「腦」《P.74 Gigure4.1》

- 訊息自網膜節細胞離開視網膜
- 進入腦
- LGN -> visual cortex
- 視覺經驗
Optic Nerve 示意圖

- Optic Nerve（視神經）
- Optic chiasm（視交叉）
- Optic tracts（視束）
- Nerve -> chiasm -> tracts
  - 其實都是retina ganglion cells的axon
  - 解剖上的不同
- lateral projection（側投射）
  - 不是左眼到右腦
  - ipsilateral fibers（同側纖維）
  - contralateral fibers （異側纖維）

Superior colliculus（上丘）
- location
  - top of brain stem（腦幹）
- function
  - Multimodal（多感道） input
  - control eye movement
- receptive field property（特性）
  - lose center surround
- Phylogenetic（系統發生） – old
  - Visual center for lower animals
    - Frog, fish....
- In higher animals
  - Superior colliculus的工作被visual cortex所取代
  - 仍有的工作：Visual orienting
    - 有receptive fields—but ill-defined ON OFF
    - 對stimulus之where反應,what較不反應
  - 結果—guidance of eye movement
Multisensory cells（多重感覺細胞）
- 組成上丘的細胞除了接收視覺傳來的刺激外，還會接收聽覺傳來的刺激，因它可以接收不同的刺激，所以命名為多感覺細胞。

P.75 Figure4.2
- a.LGN接受來自丘腦(thalamus;T)和其他LGN神經元(L)的訊號，興奮性突處說明L，抑制性突處則是T
- b.訊息經由LGN流入或流出，箭頭大小代表訊號大小
P.76 Figure4.3
- LGN分六層，

紅色層接收來自同側的訊號，藍色層接受來自對側的訊號

Lateral Geniculate Nucleus（側膝核）
- Geniculate with bent knee
- Magnocellular layers
- Parvocellular layers
- K cells
P.76 Figure4.4
- 杯上點A.B.C在視網膜形成A.B.C影像，也在側膝核(LGN)活化A.B.C，這個在LGN和視網膜相同的圖象說明LGN有視網膜的圖像

Maps in LGN
- retinotopic map
- retinotopic maps 中記錄的情況

Structure of visual cortex
- Primary visual cortex
- V1
- Area 17
- Striate cortex
  - 1.5~2.0mm thick
  - 100million cells in V1 each hemisphere
  - 6 layers
    - Layer 4 input from LGN

[編輯] Retinal map

Topographic
- 80% cells 處理 10%的visual field
  - 因此在視野中心的東西在cortical level放大很大
  - 週邊視野的東西則變小
Contralateral（對側） visual field
- 以visual field來分lateral projection

Receptive Fields of the Striate Cortex
- Hubel and Wiesel 的1950年代末到1970中一連串的研究
- Hubel and Wiesel 1981年獲得Nobel prize
  - The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1981
Receptive Fields的形式《P.77 Figure4.6
- orientation
- simple cortical cells
P.78 Figure4.7
- Hubel and Wiesel當初發現的示意圖
到此的Receptive Field的特性
- Retina Ganglion cell-> Center-surround LGN -> Center-surround
- Simple cortical -> bar with orientation
- Complex cortical -> direction of movement
- End-stopped cortical -> length of movement bar

P.80 Figure4.9
- Grating sti./ Contrast threshold

[編輯] Selective adaptation

知覺研究者的微小電極
原理
- 感覺神經如果有特異性（即針對特定的刺激才反應）
- 則長時間給于該刺激，則這個神經會疲勞（fatigue）
- 感覺神經疲勞，則其敏感度會下降，即絕對閾上升
- 所以如果有刺激可以在長時間曝露下，讓我們對該刺激的絕對閾上升，可以推論我們內在感覺神經系統對該刺激有「特異性」

圖4.10 p.80之說明
- a. 先測量不同傾斜Grating偵測之threshold（是明暗對比的絕對閾，在閾限之下看起來是一片灰色）
- b. 曝露於高對比的Grating中（adaptation，適應過程）
- c. 適應之後，再量不同傾斜Grating偵測之threshold
Selective adaptation之結果《P.81 Figure4.11

[編輯] Selective Rearing

選擇性飼養
- 在特定（即只有限定品質）之環境下飼養動物
- 目的在於測試環境對於動物影響
- 初生動物之感覺剥奪是最常用的
- 本例為：Blakemore and Cooper (1970)《P.81 Figure4.12

[編輯] Maps in Striate Cortex

大腦皮質部
- Columnar structure
- 功能上（似乎解剖上亦是）在皮質區有一類型的組織稱為柱狀組織（columnar structure）
- 同柱狀中之細胞功能類似
- 不同柱狀間功能有差異
研究方法
- single cell recording （早期）
- brain imaging （近期）

P.82 Figure4.13
- Hubel and Wiesel (1965)實驗結果
Cortical magnification factor《P.82 Figure 4.14

Brain Imaging 《P.83 Figure 4.15
- PET ( positron emission ) 正子電腦斷層掃描
- fMRI ( functional magnetic resonance imaging ) 功能性磁振造影
- 方法
  - subtraction technique 減法！《P.84 Figure 4.16
Retinotopic maps and Cortical magnification factor by brain imaging《P.84 Figure4.17
Cortical magnification 示意圖《P.84 Figure4.18
Topographic map in cortex
cortical magnification 實驗

Columnar Structure
- Hubel and Wiesel 所整理
  - location column《P.84 Figure 4.19
  - orientation column《P.85 Figure 4.20 & 4.21
  - ocular dominance column（單眼優勢）

Hubel and Wiesel之Hypercolumn《P.86 Figure4.22
color
- blobs cell 泡泡細胞
Columns and hypercolumns
- Hypercolumn by De Valois and De Valois

[編輯] Representation in V1

Representation
- 假想在各層次之資訊表達的方式
- 亦可視為「計算過程」
  - 希望把資訊由硬體（大腦）獨立出來，即可由不同的硬體（如電腦）表現同質的東西
- 實際表現
  - 大腦神經興奮情況
Representation示意圖《P.87 Figure4.24
或許可能的腦內實際《P.87 Figure4.25

[編輯] Streams

Neural Pathway
- 大腦中資訊流向
- What, Where and How
Dorsal pathway
- Where and How
Ventral pathway
- What
Brain Ablation《P.88 Figure4.26
Visual pathway《P.88 Figure4.27

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取自"http://wiki.kmu.edu.tw/index.php/%E7%AC%AC%E5%9B%9B%E8%AC%9B%EF%BC%9A%E5%A4%A7%E8%85%A6%E8%88%87%E8%A6%96%E8%A6%BA"

-== The Brain and Seeing ==
+== The Visual Cortex and Beyond ==
-* 視交叉示意圖
+* Seeing as an active process
+** 我們看東西是被動的嗎？
+*** 錯覺輪廓 illusory contour
+** 差在那裡？
+*** 邊界傾斜
+** 雙可圖形
+*** Rubin's vase
+** 視覺解釋及記憶
+*** 你看到什麼課本最後也有解釋
+** 前面四張圖的結論
+*** 我們所見不是只有光學影像本身
+*** 我們用眼睛及再加....來看
+*** 本章主題就是....
+*** ....是什麼？
-== 上丘 ==
+=== 今天講「腦」《P.74 Gigure4.1》 ===
+**訊息自網膜節細胞離開視網膜
+**進入腦
+**LGN -> visual cortex
+**視覺經驗
+* Optic Nerve 示意圖
+[[Image:OpticNervePicture.jpg]]
+** Optic Nerve（視神經）
+** Optic chiasm（視交叉）
+** Optic tracts（視束）
+** Nerve -> chiasm -> tracts
+*** 其實都是retina ganglion cells的axon
+*** 解剖上的不同
+** lateral projection（側投射）
+*** 不是左眼到右腦
+*** ipsilateral fibers（同側纖維）
+*** contralateral fibers （異側纖維）
-上丘 (Superior colliculus) 位於腦幹頂部，由多感覺細胞 (Multisensory cell) 組成，它在系統發育 (Phylogenetically) 中可以算是元老等級。它的功能主要是感知刺激傳來的方向，控制眼睛移動。
+* Superior colliculus（上丘）
-* 系統發育方面
+** location
-** 在低等動物中，上丘已經存在並且是腦中處理視覺的重要部分。在高等動物中，視覺皮層 (Visual cortex) 取代了上丘的地位而成為重要的處理視覺區。雖然如此，有一學說認為上丘是在處理視覺刺激方向方面還是有重要作用。
+*** top of brain stem（腦幹）
-* 多感覺細胞
+** function
-** 組成上丘的細胞除了接收視覺傳來的刺激外，還會接收聽覺傳來的刺激，因它可以接收不同的刺激，所以命名為多感覺細胞。
+*** Multimodal（多感道） input
-* 相互增強反應
+*** control eye movement
-** 有研究指出，當視覺刺激和聽覺刺激同時傳到多感覺細胞時，多感覺細胞作出的反應會比只接受到視覺刺激或聽覺刺激時要大。所以聽覺刺激和視覺刺激可以相互增強多感覺細胞的反應。這樣的話，在同時出現微弱視覺刺激和聽覺刺激時的狀況下，有助於在感應刺激。 (Stein, Wallace and Meredith, 1995; Stein, Jiang, and Stanford, 2004)
+** receptive field property（特性）
+***lose center surround
+** Phylogenetic（系統發生） – old
+*** Visual center for lower animals
+****Frog, fish....
+**In higher animals
+***Superior colliculus的工作被visual cortex所取代
+***仍有的工作：Visual orienting
+****有receptive fields—but ill-defined ON OFF
+****對stimulus之where反應,what較不反應
+***結果—guidance of eye movement
+*Multisensory cells（多重感覺細胞）
+**組成上丘的細胞除了接收視覺傳來的刺激外，還會接收聽覺傳來的刺激，因它可以接收不同的刺激，所以命名為多感覺細胞。
+*P.75 Figure4.2
+**a.LGN接受來自丘腦(thalamus;T)和其他LGN神經元(L)的訊號，興奮性突處說明L，抑制性突處則是T
+**b.訊息經由LGN流入或流出，箭頭大小代表訊號大小
+*P.76 Figure4.3
+**LGN分六層，
+紅色層接收來自同側的訊號，藍色層接受來自對側的訊號
+* Lateral Geniculate Nucleus（側膝核）
+**Geniculate with bent knee
+** Magnocellular layers
+** Parvocellular layers
+** K cells
+*P.76 Figure4.4
+**杯上點A.B.C在視網膜形成A.B.C影像，也在側膝核(LGN)活化A.B.C，這個在LGN和視網膜相同的圖象說明LGN有視網膜的圖像
+* Maps in LGN
+** retinotopic map
+** retinotopic maps 中記錄的情況
+*Structure of visual cortex
+**Primary visual cortex
+**V1
+**Area 17
+**Striate cortex
+***1.5~2.0mm thick
+***100million cells in V1 each hemisphere
+***6 layers
+****Layer 4 input from LGN
+=== Retinal map ===
+*Topographic
+**80% cells 處理 10%的visual field
+***因此在視野中心的東西在cortical level放大很大
+***週邊視野的東西則變小
+*Contralateral（對側） visual field
+**以visual field來分lateral projection
+*Receptive Fields of the Striate Cortex
+**Hubel and Wiesel 的1950年代末到1970中一連串的研究
+**Hubel and Wiesel 1981年獲得Nobel prize
+***The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1981
+*Receptive Fields的形式《P.77 Figure4.6
+**orientation
+**simple cortical cells
+*P.78 Figure4.7
+**Hubel and Wiesel當初發現的示意圖
+*到此的Receptive Field的特性
+**Retina Ganglion cell-> Center-surround LGN -> Center-surround
+**Simple cortical -> bar with orientation
+**Complex cortical -> direction of movement
+**End-stopped cortical -> length  of movement bar
+*P.80 Figure4.9
+**Grating sti./ Contrast threshold
+==== Selective adaptation ====
+*知覺研究者的微小電極
+*原理
+**感覺神經如果有特異性（即針對特定的刺激才反應）
+**則長時間給于該刺激，則這個神經會疲勞（fatigue）
+**感覺神經疲勞，則其敏感度會下降，即絕對閾上升
+**所以如果有刺激可以在長時間曝露下，讓我們對該刺激的絕對閾上升，可以推論我們內在感覺神經系統對該刺激有「特異性」
+*圖4.10 p.80之說明
+**a. 先測量不同傾斜Grating偵測之threshold（是明暗對比的絕對閾，在閾限之下看起來是一片灰色）
+**b. 曝露於高對比的Grating中（adaptation，適應過程）
+**c. 適應之後，再量不同傾斜Grating偵測之threshold
+*Selective adaptation之結果《P.81 Figure4.11
+==== Selective Rearing ====
+*選擇性飼養
+**在特定（即只有限定品質）之環境下飼養動物
+**目的在於測試環境對於動物影響
+**初生動物之感覺剥奪是最常用的
+**本例為：Blakemore and Cooper (1970)《P.81 Figure4.12
+=== Maps in Striate Cortex ===
+*大腦皮質部
+**Columnar structure
+**功能上（似乎解剖上亦是）在皮質區有一類型的組織稱為柱狀組織（columnar structure）
+**同柱狀中之細胞功能類似
+**不同柱狀間功能有差異
+*研究方法
+**single cell recording （早期）
+**brain imaging （近期）
+*P.82 Figure4.13
+**Hubel and Wiesel (1965)實驗結果
+*Cortical magnification factor《P.82 Figure 4.14
+*Brain Imaging 《P.83 Figure 4.15
+**PET ( positron emission ) 正子電腦斷層掃描
+**fMRI ( functional magnetic resonance imaging ) 功能性磁振造影
+**方法
+***subtraction technique 減法！ 《P.84 Figure 4.16
+*Retinotopic maps and Cortical magnification factor by brain imaging《P.84 Figure4.17
+*Cortical magnification 示意圖《P.84 Figure4.18
+*Topographic map in cortex
+*cortical magnification 實驗
+*Columnar Structure
+**Hubel and Wiesel 所整理
+***location column《P.84 Figure 4.19
+***orientation column《P.85 Figure 4.20 & 4.21
+***ocular dominance column（單眼優勢）
+*Hubel and Wiesel之Hypercolumn《P.86 Figure4.22
+*color
+**blobs cell 泡泡細胞
+*Columns and hypercolumns
+**Hypercolumn by De Valois and De Valois
+=== Representation in V1 ===
+*Representation
+**假想在各層次之資訊表達的方式
+**亦可視為「計算過程」
+***希望把資訊由硬體（大腦）獨立出來，即可由不同的硬體（如電腦）表現同質的東西
+**實際表現
+***大腦神經興奮情況
+*Representation示意圖《P.87 Figure4.24
+*或許可能的腦內實際 《P.87 Figure4.25
+=== Streams ===
+*Neural Pathway
+**大腦中資訊流向
+**What, Where and How
+*Dorsal pathway
+**Where and How
+*Ventral pathway
+**What
+*Brain Ablation《P.88 Figure4.26
+*Visual pathway《P.88 Figure4.27
+[[知覺心理學 | 回上頁]]

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