第四講：大腦與視覺

出自KMU Wiki

The Brain and Seeing

• 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？

• Optic Nerve
• 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）
  • lateral projection
    • visual field（視野）

• Superior colliculus（上丘）
  • location
    • 上丘位於腦幹頂部
  • function
    • Multimodal（多感道） input
    • 控制眼睛移動。
  • receptive field property（特性）
    • lose center surround
  • Phylogenetic（系統發生） – old
    • 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刺激方向有重要作用。
      • 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。

• Lateral Geniculate Nucleus（側膝核）
  • location
    • 側膝核位於Thalamus（視丘）中，是它的其中一部分。
  • Shape
    • 形狀就好像一個彎曲的膝蓋 (Geniculate)
• 側膝核分為六層，由細胞體組成。以細胞體大小分為大細胞層 (Magnocellular layers) 和小細胞層 (Parvocellular layers) 。
  • Magnocellular layers
    • Layer 1,2 large-cell layers
    • Magnus Latin words mean『large』
  • Parvocellular layers
    • Layer 3,4,5,6 small-cell layers
    • Parvus Latin words mean 『small』
  • K cells
    • Sandwiched between 各layers
  • Layers
    • 從內到外
    • 1,2,3,4,5,6
    • 每一層與同側纖維 (Ipsilateral fibers) 或對側纖維 (Contralateral fibers) 連接。

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

• receptive fields properties of LGN
  • 形狀
    • center surround
  • lateral inhibition
    • 有較強的側抑制效果
  • 刺激特性
    • color
      • all parvocellular
      • color opponent (red/green, blue/yellow)
    • acuity
      • fovea附近敏感度小
      • magnocellular敏感度會比parvocellular大
    • temporal variation
      • magnocellular cells反應快
  • K cell?
    • • multimodal (sound)
      • input from superior colliculus

• Possible function of the LGN
  • relay of visual information
    • Input from Reticular activating system（網狀刺激系統）
      • attention?? arousal??
    • Input from Superior colliculus (K cells)
      • shut down vision under rapid eye movement
    • Feedback loop from Visual cortex（視覺皮質區）
      •  ?????
      • sorting operation??

• Visual cortex
  • occipital lobe（枕葉）
  • cortical blindness（皮質視盲）
    • Scotomas（暗點）
    • Gordon Holmes
      • world war I
      • 腦傷
  • topographic maps（地形圖）
  • cortical magnification（皮質放大）

• 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

• response of single cell
  • Hubel and Wiesel

• Function of V1 cell
  • orientation selectivity（傾斜選擇性）
    • simple cells
  • preferred orientation（傾斜的喜好）

• oblique effect傾斜效果
  • 有些人不會有效果 meridional amblyopia（經線性弱視 ）
  • 有些人比較沒有效果，可能與astigmatism有關
    • Meridional amblyopia （經線性弱視 ）
  • Why oblique effect?
    • 可能較多horizontal- and vertical-oriented contours in environments
    • Neural plasticity（神經可塑性）

• complex cells
  • select direction

• ocular dominance（單眼優勢）
  • technic 2-DG
  • binocular cells 雙眼細胞
    • 其實V1大部分是binocular cells
    • binocular disparity 雙眼像差
      • 雙眼影像位置不見得對應

• Hypercolumn 超柱型組織
  • column的組合體
    • color
      • blobs cell 泡泡細胞
  • Hypercolumn by De Valois and De Valois

• orientation
  • 受刺激後腦內反應 （請參見color plate 1）

• beyond V1
  • 超複雜系統
    • parietal stream 顱頂
      • dorsal stream 背側
      • M pathway
    • temporal stream 顳
      • ventral stream 腹側
      • P pathway
  • M
    • V2, V3, MT
  • P
    • V2, V4
  • larger receptive field
  • retinotopic map
  • position invariance
  • feedback loop

• Duality of visual processing 視覺歷程的雙重性
  • 1960's
    • Ambient（周遭） and focal（中心）
  • 1980's
    • Parietal stream (where) and temporal stream (what)
    • Dorsal stream and ventral stream
    • M pathway and P pathway

• P and M
  • Schiller and Logothetis (1990) paradigm (with lesion technic)
    • result
  • Specialized visual area
    • 不能主動lesion，只能觀察腦傷病人
    • Damage in interior part of the occipital lobe near junction with temporal lobe
      • Achromatopsia（無辨色能力）—loss of color vision
    • Damage to specitic portions of temporal lobe
      • Prosopagnosia（臉型失認）—inablility to face recognition
    • Damage in MT
      • Akinetopsia（動態失認）—cannot see motion
  • relating neurophysiology
    • Phosphene（光幻視 ）
      • see light in complete darkness
    • visual hallucination（視幻覺）
    • transcranial magnetic stimulation 穿顱磁刺激
      • 強力磁場引發scotoma

• What cortical cells do?
  • feature detector（特徵偵測器）? (Barlow, 1972)
    • ambiguity problem（模糊問題）
  • Collaboration 合作
    • tilt aftereffect （傾斜後效 ）(adaptation（適應）)
    • tilt aftereffect 可能的解釋
    • sparse coding 稀疏編碼

• high order vision
  • vision is constructive（視覺是建構的）
  • context dependent 情境相依
  • integration of local features（整合局部特徵）

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