第三講：眼睛的功能

出自KMU Wiki

目錄 1 The Eye and Seeing 1.1 Retinal Ganglion Cell 1.2 再見網膜結構 1.3 三種ganglion cells 1.4 Ganglion cells可能作啥？ 1.5 illusions 1.6 sensitivity vs resolution

The Eye and Seeing

• 網膜
  • 人
    • Photoreceptors
      • 數量
        • 1億多
      • 記錄
        • 資料壓縮->訊息傳遞

• topics
  • 資料壓縮 jpeg vs RAW
• Photoreceptor matrix
  • 如果接受器直接反應外界物理量
    • 人的視覺作啥？
    • 是直接反應外界物理量？
    • 原始貯存物理量

• 視覺要「處理」
  • Contrast（對比）
  • Color（色彩）
  • Edges（邊界）
  • Texture（質地）
  • ........

• Vision as InfoPro
  • 視覺是由
  • 外界光反射的分佈光源特性了解外界可能有
    • 我們需要的東西
    • 我們要避開的東西
    • 我們要逃離的東西
    • 知道這些東西空間中的關係

Retinal Ganglion Cell

• 今天的主角
  • 兩件須知（ganglion cell特性）
    • 不會吸收光線
    • 反應以動作電位（action potentials）方式表現
  • 雖然反應不複雜
  • 但其中有不少故事

• 第一件難題
  • 資料壓縮
  • 1億多個接受器
  • 125萬個ganglion cells
  • 單純計算十分之一（但不止）

• why and how?

• 測量ganglion cells
  • microelectrode（微小電極）
  • single cell recording
  • 單一神經記錄
  • spontaneous activity
  • 自主反應
  • ON response
  • 開反應
  • OFF response
  • 關反應

• Receptive Fields
  • 接受區
  • filter（過濾器）
  • computation
  • 計算
  • lateral inhibition
  • 側抑制
  • ON-center vs OFF-center （亮中心與暗中心）

再見網膜結構

• 網膜上中介細胞
  • Horizontal cells（水平細胞）
    • 可能lateral inhibition
  • Bipolar cells（雙極細胞）
    • 以glutamate為transmitter
    • 但receptor的分泌與光之有無恰好反向
  • Amacrine cells
    • feedback cells (?)
    • switch (?)

• Network運作
  • 示意圖
  • Computation
  • DoG curve (Difference of Gaussian curves)
  • Gaussian curves

• Receptive fields 大小
  • Retinal eccentricity （網膜偏心度 ）
  • 同一RF對不同大小的Sti.
  • 不同大小RF對不同大小Sti.

三種ganglion cells

• P cells
  • parvocelluar
• M cells
  • magnocelluar
• K cells
  • koniocelluar
    • 見table3.1 page 83

• cell size
  • P small
  • M large
  • K very small

• conduction velocity（傳遞速度）
  • P slow
  • M fast
  • K slow/variable

• cell population （細胞數量）
  • P 80%
  • M 10%
  • K ~10%

• spatial resolution （空間解析度）
  • P high
  • M low
  • K moderate

• Temporal resolution
  • P low
  • M high
  • K high

• contrast sensitivity
  • P low
  • M good
  • K modest

• color vision
  • P good
  • M poor
  • K ??

• 不只在網膜上不同，一直到更高層也不同
  • 管道？
  • 還有10%的ganglion cells
  • 可能往SC（下週再談）

• Box 3.2
  • Your daily dose of light
  • 與circadian rhythms（晝夜節律）有關
  • 人類是日行動物
  • 由photoreceptors分佈可推知

• 衛教插播
  • 生活規律
  • 曬太陽:)

Ganglion cells可能作啥？

• receptive fields
  • brightness / lightness

• brightness
  • 照度
  • 發光源所輻射出的能量
• lightness
  • 亮度
  • 反光物體所反射回來的能量

• center/surround antagonism

• Hermann Grid
  • why （可能的:p）
  • why not at fixation point

• Mach Bands
  • possible explanation
  • Vividness （逼真 ） of Mach bands
    • 在物體上的效果大於影陰上
    • 是cognitive influence ?

• Cognitive penetrability vs impenetrability（認知可穿透與認知不可穿透）

• center/surround
  • background intensity （背景強度）
• lightness constant
  • Constancy （恆常性）

• Box 3.3
  • Lightness constancy fails
    • 當有很「局部」的照明時
    • 環境亮度對比太大時
  • 可能破壞lightness constancy
    • lightness contrast
    • physically same:)
• vividness of simultaneous lightness contrast

illusions

• 錯覺給我們開了一扇窗戶
• 如果不錯
  • 可能有很多很多方法可以解決
    • 例如：hard copy
• 但有錯
  • 解決方法就較有限
    • 至少不能hard copy

sensitivity vs resolution

• 資料壓縮
• visual acuity與資料壓縮
  • convergence is the enemy of resolution
  • 壓縮是解析度的敵人
• sensation 與資料壓縮
  • convergence is the ally of sensitivity
  • 壓縮是敏感度的朋友
• spatial summation
• 空間總和
• duplex solution
  • 以相機：感光度是調底片感光度ASA

• trade-off resolution/sensitivity
  • box 3.4

• photopic system
• scotopic system
• mesopic
• temporal summation
• 時間向度的加成

• box 3.4 (p98)
  • Bloch's law
  • I x T = C
    • I intensity 強度
    • T time (0.05s ~ 0.1s) 時間
    • C constant visual effect 常數，視覺效果

• Sensitivity
  • photopic, scotopic, mesopic （明視覺、暗視覺、中介視覺）
• Resolution
  • ganglion cells 33% 集中 fovea
• Resolution for Real time
  • in reading
  • viewing distance
  • 1 shot resolution chart （一眼視覺解析度圖）

• Sensitivity 測量
  • scotopic vision
  • photopic vision

• Purkinje shift
  • 白晝：紅花較綠葉亮
  • 晚上：紅花較綠葉暗
  • 如何計算？
    • brightness=>lightness*sensitivity
    • 捲積（convolution）
    • f(x)*g(x) = ∫f(α)g(x-α)dα

• box3.6 page106
  • dark adaptation
  • 暗適應

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