5.3: Maono

Malengo ya kujifunza

• Eleza anatomy ya msingi ya mfumo wa Visual
• Jadili jinsi fimbo na mbegu zinachangia katika mambo mbalimbali ya maono
• Eleza jinsi cues monocular na binocular hutumiwa katika mtazamo wa kina

Mfumo wa visual hujenga uwakilishi wa akili wa ulimwengu unaozunguka (Kielelezo 5.10). Hii inachangia uwezo wetu wa kufanikiwa kupitia nafasi ya kimwili na kuingiliana na watu muhimu na vitu katika mazingira yetu. Sehemu hii itatoa maelezo ya jumla ya anatomy ya msingi na kazi ya mfumo wa kuona. Kwa kuongeza, tutazingatia uwezo wetu wa kutambua rangi na kina.

Kielelezo 5.10 Macho yetu huchukua maelezo ya hisia ambayo inatusaidia kuelewa ulimwengu unaozunguka. (mikopo “juu kushoto”: mabadiliko ya kazi na “Rajkumar1220"/Flickr”; mikopo “juu kulia”: mabadiliko ya kazi na Thomas Leuthard; mikopo “katikati kushoto”: mabadiliko ya kazi na Demietrich Baker; mikopo “katikati ya kulia”: mabadiliko ya kazi na “Kaybee07"/Flickr; mikopo “chini kushoto”: mabadiliko ya kazi na” Isengardt” /Flickr; mikopo “chini ya kulia”: mabadiliko ya kazi na Willem Heerbaart)

Anatomy ya Mfumo wa Visual

Jicho ni chombo kikubwa cha hisia kinachohusika katika maono (Kielelezo 5.11). Mawimbi ya nuru hupitishwa kwenye kamba na kuingia jicho kupitia mwanafunzi. Kornea ni kifuniko cha uwazi juu ya jicho. Inatumika kama kizuizi kati ya jicho la ndani na ulimwengu wa nje, na linahusika katika kulenga mawimbi ya nuru yanayoingia jicho. Mwanafunzi ni ufunguzi mdogo katika jicho ambalo mwanga hupita, na ukubwa wa mwanafunzi huweza kubadilika kama kazi ya viwango vya mwanga pamoja na kuamka kihisia. Wakati viwango vya mwanga viko chini, mwanafunzi atapanuliwa, au kupanuliwa, ili kuruhusu mwanga zaidi kuingia jicho. Wakati viwango vya mwanga ni vya juu, mwanafunzi atazuia, au kuwa ndogo, ili kupunguza kiasi cha nuru inayoingia jicho. Ukubwa wa mwanafunzi unadhibitiwa na misuli iliyounganishwa na iris, ambayo ni sehemu ya rangi ya jicho.

Kielelezo 5.11 Anatomy ya jicho inaonyeshwa katika mchoro huu.

Baada ya kupita kupitia mwanafunzi, mwanga huvuka lens, muundo wa uwazi, ambao hutumikia kutoa lengo la ziada. Lens inaunganishwa na misuli inayoweza kubadilisha umbo lake kwa misaada katika kulenga mwanga unaoonekana kutoka vitu vya karibu au vya mbali. Katika mtu wa kawaida mwenye kuona, lens itazingatia picha kikamilifu kwenye indentation ndogo nyuma ya jicho inayojulikana kama fovea, ambayo ni sehemu ya retina, bitana nyeti ya jicho. Fovea ina seli maalum za photoreceptor zilizojaa sana (Kielelezo 5.12). Seli hizi za photoreceptor, zinazojulikana kama mbegu, ni seli za kuchunguza mwanga. Vipande ni aina maalumu za photoreceptors zinazofanya kazi bora katika hali ya mwanga mkali. Vipande ni nyeti sana kwa undani wa papo hapo na hutoa azimio kubwa la anga. Pia wanahusika moja kwa moja katika uwezo wetu wa kutambua rangi.

Wakati mbegu zinajilimbikizia katika fovea, ambapo picha huwa na kulenga, fimbo, aina nyingine ya photoreceptor, ziko katika salio la retina. Fimbo ni maalumu photoreceptors kwamba kazi vizuri katika hali ya chini mwanga, na wakati wao hawana azimio anga na rangi kazi ya mbegu, wao ni kushiriki katika maono yetu katika mazingira dimly lit na pia katika mtazamo wetu wa harakati juu ya pembezoni ya uwanja wetu Visual.

Kielelezo 5.12 Aina mbili za photoreceptors zinaonyeshwa kwenye picha hii. Vipande ni rangi ya kijani na viboko ni bluu.

Sisi sote tumeona unyeti tofauti wa fimbo na mbegu wakati wa kufanya mpito kutoka kwenye mazingira yenye mwangaza hadi kwenye mazingira ya dimly lit. Fikiria kwenda kuona filamu ya blockbuster kwenye siku ya wazi ya majira ya joto. Unapotembea kutoka kwenye kushawishi mkali kwenye ukumbi wa giza, unaona kwamba mara moja una shida kuona kitu chochote. Baada ya dakika chache, unaanza kurekebisha giza na unaweza kuona mambo ya ndani ya ukumbi wa michezo. Katika mazingira mkali, maono yako yaliongozwa hasa na shughuli za koni. Unapohamia kwenye mazingira ya giza, shughuli za fimbo zinatawala, lakini kuna kuchelewa kwa mpito kati ya awamu. Ikiwa viboko vyako havibadili mwanga ndani ya msukumo wa neva kwa urahisi na kwa ufanisi kama ilivyopaswa, utakuwa na shida kuona katika mwanga hafifu, hali inayojulikana kama upofu wa usiku.

Fimbo na mbegu zinaunganishwa (kupitia interneurons kadhaa) kwa seli za ganglion za retinal. Axons kutoka seli za ganglion za retina hujiunga na kuondoka kupitia nyuma ya jicho ili kuunda ujasiri wa optic. Mishipa ya optic hubeba maelezo ya kuona kutoka kwa retina hadi ubongo. Kuna hatua katika uwanja wa kuona unaoitwa doa kipofu: Hata wakati mwanga kutoka kwa kitu kidogo unalenga kwenye kipofu, hatuoni. Hatujui kwa uangalifu matangazo yetu ya kipofu kwa sababu mbili: Kwanza, kila jicho hupata mtazamo tofauti kidogo wa uwanja wa kuona; kwa hiyo, matangazo ya vipofu hayaingiliani. Pili, mfumo wetu wa kuona hujaza kipofu ili ingawa hatuwezi kujibu maelezo ya kuona yanayotokea katika sehemu hiyo ya uwanja wa kuona, sisi pia hatujui kwamba habari haipo.

Mishipa ya optic kutoka kila jicho huunganisha chini ya ubongo kwenye hatua inayoitwa chiasm ya optic. Kama Mchoro 5.13 unavyoonyesha, chiasm ya optic ni muundo wa umbo la X ambao unakaa chini ya kamba ya ubongo mbele ya ubongo. Katika hatua ya chiasm optic, habari kutoka uwanja wa kulia wa kuona (ambayo hutoka kwa macho yote) hupelekwa upande wa kushoto wa ubongo, na habari kutoka kwenye uwanja wa kushoto wa kuona hupelekwa upande wa kulia wa ubongo.

Kielelezo 5.13 Mchoro huu unaonyesha chiasm ya optic mbele ya ubongo na njia za lobe ya occipital nyuma ya ubongo, ambapo hisia za kuona zinatengenezwa kuwa maoni yenye maana.

Mara moja ndani ya ubongo, maelezo ya kuona yanatumwa kupitia miundo kadhaa kwenye lobe ya occipital nyuma ya ubongo kwa ajili ya usindikaji. Habari Visual inaweza kusindika katika njia sambamba ambayo kwa ujumla inaweza kuwa kama ilivyoelezwa kama “njia gani” na “wapi/jinsi” njia. “Njia gani” inahusika katika kutambua kitu na kitambulisho, wakati “wapi/jinsi njia” inahusishwa na eneo katika nafasi na jinsi mtu anaweza kuingiliana na kichocheo fulani cha kuona (Milner & Goodale, 2008; Ungerleider & Haxby, 1994). Kwa mfano, unapoona mpira unaendelea chini ya barabara, “njia gani” inatambua kitu gani, na “wapi/jinsi njia” hubainisha eneo lake au harakati katika nafasi.

Unafikiri nini?

Maadili ya Utafiti Kutumia Wanyama

David Hubel na Torsten Wiesel walipewa Tuzo ya Nobel ya Tiba mwaka 1981 kwa utafiti wao juu ya mfumo wa kuona. Walishirikiana kwa zaidi ya miaka ishirini na kufanya uvumbuzi muhimu kuhusu neurology ya mtazamo wa kuona (Hubel & Wiesel, 1959, 1962, 1963, 1970; Wiesel & Hubel, 1963). Walisoma wanyama, hasa paka na nyani. Ingawa walitumia mbinu kadhaa, walifanya rekodi kubwa za kitengo, wakati ambapo electrodes ndogo ziliingizwa kwenye ubongo wa mnyama ili kuamua wakati kiini kimoja kilichoanzishwa. Kati ya uvumbuzi wao wengi, waligundua kwamba seli maalum za ubongo huitikia mistari yenye mwelekeo maalum (unaoitwa utawala wa ocular), na walipanga ramani jinsi seli hizo zinapangwa katika maeneo ya gamba la kuona linalojulikana kama nguzo na hypercolumns.

Katika baadhi ya utafiti wao, wao sutured jicho moja ya kittens watoto wachanga kufungwa na kufuatiwa maendeleo ya maono kittens '. Waligundua kulikuwa na kipindi muhimu cha maendeleo kwa maono. Kama kittens walikuwa kunyimwa pembejeo kutoka jicho moja, maeneo mengine ya gamba yao Visual kujazwa katika eneo ambayo ilikuwa kawaida kutumika na jicho kwamba alikuwa kushonwa imefungwa. Kwa maneno mengine, uhusiano wa neural uliopo wakati wa kuzaliwa unaweza kupotea ikiwa wananyimwa pembejeo ya hisia.

Unafikiria nini kuhusu kushona jicho la kitten limefungwa kwa utafiti? Kwa watetezi wengi wa wanyama, hii inaonekana kuwa ya kikatili, ya matusi, na isiyo na maadili. Nini kama unaweza kufanya utafiti ambayo itasaidia kuhakikisha watoto na watoto waliozaliwa na hali fulani wanaweza kuendeleza maono ya kawaida badala ya kuwa kipofu? Je, unataka kuwa utafiti kufanyika? Je, unaweza kufanya utafiti huo, hata kama maana ya kusababisha madhara kwa paka? Je, unafikiri njia sawa kama ungekuwa mzazi wa mtoto kama huyo? Nini kama ulifanya kazi katika makazi ya wanyama?

Kama karibu kila taifa lingine la viwanda vingi, Marekani inaruhusu majaribio ya matibabu kwa wanyama, na mapungufu machache (kuchukua haki ya kisayansi ya kutosha). Lengo la sheria zozote zilizopo si kupiga marufuku vipimo hivyo bali kupunguza mateso ya wanyama yasiyohitajika kwa kuanzisha viwango vya matibabu ya kibinadamu na makazi ya wanyama katika maabara.

Kama ilivyoelezwa na Stephen Latham, mkurugenzi wa Kituo cha Interdisciplinary kwa Bioethics katika Yale (2012), inawezekana mbinu za kisheria na udhibiti wa kupima wanyama kutofautiana juu ya mwendelezo kutoka kanuni imara ya serikali na ufuatiliaji wa majaribio yote kwa upande mmoja, kwa mbinu binafsi umewekwa ambayo inategemea maadili ya watafiti katika upande mwingine. Uingereza ina mpango muhimu zaidi wa udhibiti, wakati Japan inatumia mbinu ya kujitegemea. Njia ya Marekani ni mahali fulani katikati, matokeo ya kuchanganya taratibu za mbinu mbili.

Hakuna swali kwamba utafiti wa matibabu ni mazoezi muhimu na muhimu. Swali ni kama matumizi ya wanyama ni muhimu au hata bora ya kuzalisha matokeo ya kuaminika. Mbadala ni pamoja na matumizi ya hifadhidata ya mgonjwa na madawa ya kulevya, majaribio virtual dawa, mifano ya kompyuta na uigaji, na mbinu noninvasive upigaji picha kama vile imaging resonance magnetic na scans computed tomography (“Wanyama katika Sayansi/Alternatives,” n.d Mbinu nyingine, kama vile microdosing, hutumia binadamu si kama wanyama wa mtihani bali kama njia ya kuboresha usahihi na uaminifu wa matokeo ya mtihani. Katika mbinu za vitro kulingana na tamaduni za kiini na tishu za binadamu, seli za shina, na mbinu za kupima maumbile pia zinazidi kupatikana.

Leo, katika ngazi ya ndani, kituo chochote kinachotumia wanyama na kupokea fedha za shirikisho lazima iwe na Kamati ya Taasisi ya Huduma ya Wanyama na Matumizi (IACUC) inayohakikisha kwamba miongozo ya NIH inafuatiwa. IACUC lazima iwe pamoja na watafiti, watendaji, mifugo, na angalau mtu mmoja asiye na uhusiano na taasisi: yaani, raia anayehusika. Kamati hii pia hufanya ukaguzi wa maabara na itifaki.

Rangi na Mtazamo wa kina

Hatuoni dunia katika nyeusi na nyeupe; wala hatuioni kama pande mbili (2-D) au gorofa (urefu tu na upana, hakuna kina). Hebu tuangalie jinsi maono ya rangi yanavyofanya kazi na jinsi tunavyoona vipimo vitatu (urefu, upana, na kina).

Rangi Vision

Watu wenye kuona kawaida wana aina tatu za mbegu ambazo zinapatanisha maono ya rangi. Kila moja ya aina hizi za koni ni maximally nyeti kwa wavelength tofauti ya mwanga. Kwa mujibu wa nadharia ya trichromatic ya maono ya rangi, iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.14, rangi zote katika wigo zinaweza kuzalishwa kwa kuchanganya nyekundu, kijani, na bluu. Aina tatu za mbegu ni kila kupokea kwa moja ya rangi.

Kielelezo 5.14 Takwimu hii inaonyesha unyeti tofauti kwa ajili ya aina tatu koni kupatikana katika mtu wa kawaida-kuona. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Vanessa Ezekowitz)

Unganisha Dhana

Upofu wa rangi: Hadithi ya kibinafsi

Miaka michache iliyopita, nilivaa kwenda kwenye kazi ya umma na kutembea jikoni ambako binti yangu mwenye umri wa miaka 7 ameketi. Alinitazama, na kwa sauti yake kali, akasema, “Huwezi kuvaa hilo.” Niliuliza, “Kwa nini?” na yeye aliniambia rangi ya nguo zangu hazikufanana. Alikuwa alilalamika mara kwa mara kwamba nilikuwa mbaya katika vinavyolingana mashati yangu, suruali, na mahusiano, lakini wakati huu, yeye akapiga hasa hofu. Kama baba mmoja asiye na mtu mwingine kuuliza nyumbani, nilitupeleka kwenye duka la karibu la urahisi na kumwuliza karani wa duka ikiwa nguo zangu zimefanana. Alisema suruali yangu ilikuwa rangi ya kijani, shati yangu ilikuwa nyekundu machungwa, na tie yangu ilikuwa kahawia. Alitazama quizzically yangu na kusema, “Hakuna njia ya nguo yako mechi.” Zaidi ya siku chache zijazo, nilianza kuuliza wenzangu na marafiki kama nguo zangu zimefanana. Baada ya siku kadhaa za kuambiwa kuwa wafanyakazi wenzangu walidhani tu nilikuwa na “mtindo wa kipekee,” Nilifanya miadi na daktari wa jicho na ilijaribiwa (Kielelezo 5.15). Ilikuwa ni kwamba nimeona kwamba nilikuwa colorblind. Siwezi kutofautisha kati ya wiki nyingi, kahawia, na reds. Kwa bahati nzuri, isipokuwa kutojua kuwa wamevaa vibaya, upofu wangu wa rangi hudhuru maisha yangu ya kila siku.

Kielelezo 5.15 Mtihani wa Ishihara unatathmini mtazamo wa rangi kwa kutathmini kama watu wanaweza kutambua namba zinazoonekana kwenye mduara wa dots za rangi na ukubwa tofauti.

Aina fulani za upungufu wa rangi ni chache. Kuona katika kijivu (tu vivuli vya nyeusi na nyeupe) ni nadra sana, na watu wanaofanya hivyo tu wana fimbo, maana yake wana uchungu mdogo sana wa kuona na hawawezi kuona vizuri sana. Ukosefu wa kawaida wa X-unaohusishwa na kurithi ni upofu wa rangi nyekundu-kijani (Birch, 2012). Takriban 8% ya wanaume wenye heshima ya Ulaya Caucasian, 5% ya wanaume wa Asia, 4% ya wanaume wa Afrika, na chini ya 2% ya wanaume wa asili wa Marekani, wanaume wa Australia, na wanaume wa Polynesia wana upungufu wa rangi nyekundu-kijani (Birch, 2012). Kwa kulinganisha, asilimia 0.4 tu katika wanawake kutoka asili ya Ulaya ya Caucasian wana upungufu wa rangi nyekundu-kijani (Birch, 2012).

Nadharia ya trichromatic ya maono ya rangi sio nadharia pekee - nadharia nyingine kuu ya maono ya rangi inajulikana kama nadharia ya mchakato wa mpinzani. Kwa mujibu wa nadharia hii, rangi ni coded katika jozi mpinzani: nyeusi-nyeupe, njano-bluu, na kijani-nyekundu. Wazo la msingi ni kwamba baadhi ya seli za mfumo wa kuona hufurahishwa na rangi moja ya mpinzani na kuzuiwa na nyingine. Hivyo, kiini kwamba alikuwa msisimko na wavelengths kuhusishwa na kijani itakuwa imezuiwa na wavelengths kuhusishwa na nyekundu, na kinyume chake. Moja ya matokeo ya usindikaji mpinzani ni kwamba hatuna uzoefu wa kijani-reds au rangi ya njano-blues kama rangi. Mwingine maana ni kwamba hii inasababisha uzoefu wa hasi afterimages. Picha ya ufuatiliaji inaelezea kuendelea kwa hisia za kuona baada ya kuondolewa kwa kichocheo. Kwa mfano, unapotazama jua kwa ufupi na kisha ukiangalia mbali nayo, bado unaweza kuona doa ya mwanga ingawa kichocheo (jua) kimeondolewa. Wakati rangi inashiriki katika kichocheo, pairings rangi kutambuliwa katika nadharia mpinzani mchakato kusababisha afterimage hasi. Unaweza kupima dhana hii kwa kutumia bendera katika Kielelezo 5.16.

Kielelezo 5.16 Stare katika dot nyeupe kwa sekunde 30-60 na kisha hoja macho yako kipande tupu ya karatasi nyeupe. Unaona nini? Hii inajulikana kama afterimage hasi, na inatoa msaada empirical kwa mpinzani mchakato nadharia ya maono rangi.

Lakini nadharia hizi mbili-nadharia trichromatic ya maono ya rangi na nadharia-mpinzani mchakato nadharia-si pande kipekee. Utafiti umeonyesha kwamba wao tu kuomba ngazi mbalimbali za mfumo wa neva. Kwa usindikaji wa kuona kwenye retina, nadharia ya trichromatic inatumika: mbegu zinasikika kwa wavelengths tatu tofauti ambazo zinawakilisha nyekundu, bluu, na kijani. Lakini mara ishara inapita nyuma ya retina njiani kwenda kwenye ubongo, seli hujibu kwa njia inayofanana na nadharia ya mpinzani wa mchakato (Ardhi, 1959; Kaiser, 1997).

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii kuhusu mtazamo wa rangi ili ujifunze zaidi.

Mtazamo wa kina

Uwezo wetu wa kutambua mahusiano ya anga katika nafasi tatu-dimensional (3-D) inajulikana kama mtazamo wa kina. Kwa mtazamo wa kina, tunaweza kuelezea mambo kama kuwa mbele, nyuma, juu, chini, au upande wa mambo mengine.

Dunia yetu ni tatu-dimensional, hivyo ni busara kwamba uwakilishi wetu wa akili wa ulimwengu una mali tatu-dimensional. Tunatumia cues mbalimbali katika eneo la kuona ili kuanzisha hisia yetu ya kina. Baadhi ya haya ni cues binocular, ambayo ina maana kwamba wanategemea matumizi ya macho yote mawili. Mfano mmoja wa cue ya kina cha binocular ni kutofautiana kwa binocular, mtazamo tofauti kidogo wa ulimwengu ambao kila macho yetu hupokea. Ili kupata mtazamo huu tofauti, fanya zoezi hili rahisi: kupanua mkono wako kikamilifu na kupanua moja ya vidole vyako na uzingatia kidole hicho. Sasa, funga jicho lako la kushoto bila kusonga kichwa chako, kisha ufungue jicho lako la kushoto na ufunge jicho lako la kulia bila kusonga kichwa chako. Utaona kwamba kidole chako kinaonekana kuhama kama unavyobadilisha kati ya macho mawili kwa sababu ya mtazamo tofauti kidogo kila jicho lina kidole chako.

Filamu ya 3-D inafanya kazi kwa kanuni sawa: glasi maalum unazovaa huruhusu picha mbili tofauti zilizopangwa kwenye skrini ili kuonekana tofauti na jicho lako la kushoto na la kulia. Kama ubongo wako unavyofanya picha hizi, una udanganyifu kwamba mnyama anayeruka au mtu anayeendesha anakuja kwako.

Ingawa tunategemea cues za binocular ili kupata kina katika ulimwengu wetu wa 3-D, tunaweza pia kutambua kina katika safu za 2-D. Fikiria juu ya uchoraji wote na picha ambazo umeona. Kwa ujumla, unachukua kina katika picha hizi ingawa kichocheo cha kuona ni 2-D. Tunapofanya hivyo, tunategemea cues kadhaa za monocular, au cues zinazohitaji jicho moja tu. Ikiwa unafikiri huwezi kuona kina kwa jicho moja, kumbuka kuwa huna mapema katika mambo wakati unatumia jicho moja tu wakati unatembea-na, kwa kweli, tuna cues zaidi ya monocular kuliko cues binocular.

Mfano wa cue monocular itakuwa kile kinachojulikana kama mtazamo linear. Mtazamo wa mstari unahusu ukweli kwamba tunaona kina tunapoona mistari miwili inayofanana ambayo inaonekana kugeuka kwenye picha (Kielelezo 5.17). Baadhi ya cues nyingine za kina za monocular ni kuingiliana, kuingiliana kwa sehemu ya vitu, na ukubwa wa jamaa na ukaribu wa picha kwenye upeo wa macho.

Kielelezo 5.17 Tunaona kina katika takwimu mbili-dimensional kama hii kwa njia ya matumizi ya cues monocular kama mtazamo linear, kama mistari sambamba converging kama barabara nyembamba katika umbali. (mikopo: Marc Dalmulder)

KUCHIMBA ZAIDI: stereoblindling

Bruce Bridgeman alizaliwa na kesi kali ya jicho lavivu ambayo ilisababisha kuwa stereoblind, au hawezi kujibu cues binocular ya kina. Alitegemea sana cues za kina cha monocular, lakini hakuwahi kuwa na shukrani ya kweli ya asili ya 3-D ya ulimwengu unaozunguka. Haya yote yalibadilika usiku mmoja mwaka 2012 wakati Bruce alikuwa akiona filamu akiwa na mke wake.

Movie wanandoa walikuwa wanakwenda kuona alipigwa risasi katika 3-D, na hata kama alidhani ilikuwa ni kupoteza fedha, Bruce kulipwa kwa glasi 3-D wakati yeye kununuliwa tiketi yake. Mara tu filamu ilianza, Bruce alivaa glasi na akapata kitu kipya kabisa. Kwa mara ya kwanza katika maisha yake alifahamu kina cha kweli cha ulimwengu unaozunguka. Kwa kushangaza, uwezo wake wa kutambua kina uliendelea nje ya ukumbi wa sinema.

Kuna seli katika mfumo wa neva ambazo huitikia cues kina cha binocular. Kwa kawaida, seli hizi zinahitaji uanzishaji wakati wa maendeleo mapema ili kuendelea, hivyo wataalam ukoo na kesi Bruce (na wengine kama wake) kudhani kwamba wakati fulani katika maendeleo yake, Bruce lazima kuwa na uzoefu angalau muda mfupi wa maono binocular. Ilikuwa ya kutosha kuhakikisha uhai wa seli katika mfumo wa visual uliowekwa kwa cues binocular. Siri sasa ni kwa nini ilichukua Bruce karibu miaka 70 kuwa seli hizi zimeanzishwa (Peck, 2012).