2009-01-21

1

percepcja przestrzeni 4

fizjologia widzenia 1

Katedra Projektowania Środowiskowegodr Anna Awtuch

MoŜemy patrzeć oczami i słuchać uszami,

ale widzimy i słyszymy mózgiem i umysłem…

2009-01-21

2

układ wzrokowy

Widzenie jest złoŜonym procesem fizyczno-psychicznym, który składa się z trzech etapów:

• przyjęcia (wychwycenia) bodźca,

• jego przewodzenia oraz

• zebrania i poznania go.

Warunki te spełnia zbudowany i funkcjonujący prawidłowo układ wzrokowy. Układ ten składa się z umiejscowionej w oczodole gałki ocznej, która odbiera wraŜenia wzrokowe, przekazując je poprzez drogi wzrokowe do korowych ośrodków wzrokowych mózgu. W korowych ośrodkach wzrokowych odbierane są i przetwarzane impulsy, a następnie przesyłane do dalszych ośrodków mózgowych, tak aby mózg zareagował odpowiednią czynnością na bodziec wzrokowy.

Oczami odbieramy ok. 80% wszystkich informacji o otoczeniu i aŜ 10% kory mózgowej zaangaŜowanej jest w interpretację tych informacji.

rysunki Leonardo da Vinci

2009-01-21

3

połączenie oka z mózgiem

siatkówki obu oczu połączone są z korą wzrokową półkul mózgowych w obu częściach mózgu,>> nerwy wzrokowe obu oczu łączą się bezpośrednio przed wejściem do wgłębieniaczaszki, tworząc tzw. skrzyŜowanie wzrokowe; później dzielą się ponownie na dwarozgałęzienia, tzw. drogi wzrokowe, które łącząc się z ciałem kolankowatym bocznymprowadzą do obu części kory wzrokowej półkul mózgowych

SkrzyŜowanie wzrokowe jest miejscem, gdzie nerw wzrokowy z kaŜdego oka rozdziela się nadwie drogi wzrokowe w taki sposób, Ŝe kaŜda z nich zawiera włókna wzrokowepochodzące z obu oczu. W układzie tym lewa połowa kory wzrokowej przetwarzainformacje wizualne pochodzące z lewej strony siatkówki obu oczu (prawa strona polawidzenia), natomiast prawa połowa kory wzrokowej zajmuje się prawą stroną kaŜdej zsiatkówek (lewa strona (lewa strona pola widzenia).

„Narząd wzroku jest wysoko zorganizowanym analizatorem zmysłowym, którego czynność polega na odbieraniu wraŜeń promieniowania świetlnego.”

Za: G

rego

ry R

. L.,

Col

man

A.M

. „C

zuci

e i p

erce

pcja

”

2009-01-21

4

Gałkę oczną moŜna porównać do aparatu fotograficznego, gdzie obiektywem jest układ łamiący (optyczny) oka, a błoną, na której powstają obrazy, jest siatkówka.

Budowa gałki ocznejGałka oczna ma postać prawie kulistą, o przeciętnym wymiarze osi przednio-tylnej 25 mm,

osi poziomej 23 mm, objętości 6,5 cm3 i masie 7 g. Zbudowana jest z trzech błon:zewnętrznej błony włóknistej (twardówka i rogówka), środkowej naczyniowej (tęczówka,ciało rzęskowe, naczyniówka) oraz wewnętrznej czuciowej (siatkówka).

rysunek Leonardo da Vinci

2009-01-21

5

rogówka bierze udział w załamywaniu promieni świetlnych

Dzięki odpowiedniemu zawieszeniu, w zaleŜności od stanu napięcia obwódki rzęskowej - regulowanego przez mięśnie ciała rzęskowego - zmienia się kształt

soczewki na bardziej płaski lub wypukły.

Światło, odbite od oglądanego przedmiotu, przechodzi przez rogówkę oka, następnie przez otwór w tęczówce zwany źrenicą, potem przez soczewkę i ciałko szkliste i pada na siatkówkę, zbudowaną z czułych

na światło i barwę receptorów ( czopków i pręcików). Tutaj bodziec świetlny zostaje zmieniony na impuls nerwowy, przekazywany przez nerw wzrokowy do mózgu.

2009-01-21

6

Siatkówka składa się z więcej niŜ 100 milionów światłoczułych końcówek nerwowych dwojakiego rodzaju: pręciki i czopki. Pręcików jest około 120 milionów, natomiast czopków około 6 milionów.

Pręciki są rozmieszczone na całej siatkówce, poza Ŝółtą plamką, w centrum osi wzrokowej. Pręciki są wysoce światłoczułe i głównie odpowiedzialne za wykrywanie kształtu i ruchu.

Czopki skoncentrowane są właśnie w Ŝółtej plamce i występują dość rzadko w pozostałej części siatkówki. Czopki są mniej wraŜliwe na światło, ale posiadają zdolność rozróŜniania kolorów. UmoŜliwiają one nam równieŜ postrzeganie drobnych szczegółów.

Siatkówka składa się z więcej niŜ 100 milionów światłoczułych końcówek nerwowych dwojakiego rodzaju: pręciki i czopki.

Siatkówka ma połączenia nerwowe z całym układem mięśniowo-szkieletowym, pozwala to na odruchową reakcję ustroju pod wpływem bodźca wzrokowego, np. uchylenie się przed spadającym na nas przedmiotem, zwęŜenie źrenicy pod wpływem olśnienia i odwrócenie głowy od źródła światła z zamknięciem powiek.

za: http://is.umk.pl/~duch/Wyklady/Mozg/09-1-wzrok.htm

2009-01-21

7

Pręcików jest około 120 milionów, natomiast czopków około 6 milionów.

ślepa plamka

Ślepa plamka – miejsce niewraŜliwe na bodźce świetlne; jeŜeli obraz pada na to właśnie miejsce – jest niewidoczny.

Na kartce narysuj krzyŜyk, w odległości 9 cm na prawo od niego duŜą kropkę. Gdy patrzymy prawym okiem z odległości wyciągniętej ręki na krzyŜyk (zakrywszy lewe oko), przesuwając jednocześnie kartkę, to w pewnym momencie zauwaŜymy, Ŝe kropka zniknie z naszego pola widzenia. Dzieje się tak w chwili, kiedy obraz kropki padnie na ślepą plamkę.

W normalnym widzeniu nie dostrzegamy luki (dwuoczne widzenie, ruchy gałek, psychologiczna tendencja do uzupełniania)

2009-01-21

8

Refrakcja

Zdolność i siła załamywania promieni świetlnych przez

układ optyczny oka nazywa się łamliwością lub refrakcją

Wiązka promieni wpadająca do oka i dąŜąca do siatkówki musi przejść przez cały układoptyczny oka (rogówka, komora przednia, soczewka i ciało szkliste) i na poszczególnychjego elementach ulega załamywaniu.

• W układzie tym rogówka najsilniej załamuje światło i na nią przypada 2/3 mocy optycznej.

• Drugim waŜnym elementem jest soczewka, która w spoczynku ma 1/3 mocy optycznej.Reszta ośrodków optycznych oka nie ma tak istotnego znaczenia w refrakcji oka.

ŚWIAT DO GÓRY NOGAMI...

Obraz przedmiotu na siatkówce jestodwrócony "do góry nogami",co wynika z fizycznej budowyoka (soczewka odwracaobraz). W pierwszych dniachŜycia mózg człowieka uczy sięwidzieć prawidłowy obrazobracając go, aby wpóźniejszym Ŝyciu robić toautomatycznie. Oznacza to, Ŝeniemowlę widzi świat"postawiony na głowie" idopiero po pewnym czasiezaczyna widzieć normalnie (jestto przyczyną niezbyt dobrejkoordynacji ruchowej uniemowląt)

2009-01-21

9

światło widzialne

Światło jest to promieniowanie elektromagnetyczne odługości fali w zakresie od 380 do 780 nm . Na tęczęść widma promieniowania elektromagnetycznegoreaguje oko ludzkie (zakres określany jakopromieniowanie widzialne).

Oko ludzkie nie jest jednakowo wraŜliwe nawszystkie długości fali promieniowania widzialnego –największą wraŜliwość wykazuje na środkowedługości w podanym zakresie, a więc około 550 nm.

widzenie nocne - w odbieraniu bodźców świetlnych biorą udział wyłącznie pręciki: człowiek widzi świat pozbawiony barw (jak na

czarno-białym filmie); wyłącznie rozróżnianie stopnia jasności elementów otoczenia; znacznie spada rozdzielczość oka na

rozpoznawanie szczegółów obrazu

widzenie dzienne – w rozpoznawaniu bodźców świetlnych biorą wówczas udział wyłącznie czopki (receptory umożliwiające

widzenie barwne), nie biorą natomiast udziału pręciki (rozpoznające różnice natężenia światła tylko w ciemności, robiące

to monochromatycznie); widzenie dzienne zapewnia największą czułość dla długości fali, odpowiadającej kolorowi żółtemu

(ewolucja dostosowała nas do charakterystyki promieniowania naszej gwiazdy - Słońca) co odpowiada długości fali świetlnej 555

nm (widzenie nocne – przesunięcie w kierunku fioletu)

2009-01-21

10

widzenie barwne

Człowiek posiada trzy rodzaje czopków, odpowiedzialnych za widzenie barw. Są one wraŜliwe na światło czerwone, zielone i niebieskie.

– Dla człowieka (i innych naczelnych) system czopków umoŜliwia rozróŜnianie barw niezaleŜnie od zmieniającej się jasności.

– Dzięki posiadaniu czopków wraŜliwych na światło niebieskie człowiek jest w stanie oceniać odległość na podstawie perspektywy powietrznej.

– Czopki są aktywne jedynie w świetle dziennym

widzenie zmierzchowe

• Widzenie o zmierzchu realizowane jest przez pręciki (w ciemności waŜna ekspozycja nabodźce peryferyczne); adaptacja pręcików do ciemności przebiega wolno - dopiero po 8minutach osiągają tą samą wraŜliwość co czopki, następnie jednak ich wraŜliwość jestwiększa.

• Pełna adaptacja do widzenia w ciemności zajmuje około 15-20 minut.

• W procesie widzenia pigmenty w światłoczułych komórkach ulegają rozkładowi. Donormalnego widzenia niezbędna jest ich ponowna produkcja.

2009-01-21

11

Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”

adaptacja

Widzenie nie jest procesem natychmiastowym (potrzebny jest czas, aby nastąpiła reakcja, akiedy zaniknie, wraŜenie utrzymuje się jeszcze chwilę (dziesiętne części sekundy)

Bezwładność wzroku - oko jest zdolne przechowywać wraŜenie wzrokowe w czasie mniejwięcej 0,1 sekundy - fakt ten wykorzystywany jest w kinie, gdzie wyświetlane są kolejnenieruchome kadry filmu z prędkością 25 klatek na sekundę; podczas widzenia mózg pełnirolę korygującą, sprawia, Ŝe dwa jednakowe przedmioty znajdujące się niedaleko nas, ale wróŜnych odległościach nie wydają się nam róŜne rozmiarami

Adaptacja, czyli zdolność dostosowywania się wraŜliwości siatkówki do warunkówoświetlenia (regulacja fotochemiczna). Czas adaptacji jest tym dłuŜszy, im większy jeststosunek luminancji (światło księŜyca i słońca zmienia się w stosunku 1:10000000).

2009-01-21

12

Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”

akomodacja oka

Akomodacja, czyli zdolność nastawcza układu optycznego oka (soczewki) umoŜliwiającawidzenie ostre z róŜnej odległości. Przyjmuje się dwa charakterystyczne połoŜeniasoczewki:

• punkt bliŜy, czyli najbliŜszy punkt o dobrej ostrości oka,

• punkt dali, czyli najdalszy punkt o dobrej ostrości oka.

Na akomodację ma wpływ: wiek, zmęczenie i natęŜenia oświetlenia, punkt dali się przybliŜa, a bliŜy – oddala.

W zaleŜności od wieku punkt bliŜy kształtuje się następująco:

wiek 16 32 44 50 60

połoŜenie punktu bliŜy (cm)

8 12,5 25 50 100

2009-01-21

13

akomodacja soczewki

Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”

ostrość widzenia

Ostrość widzenia – rozpoznawanie obserwowanych szczegółów.

Punktem odniesienia jest moŜliwość rozpoznawania dwóch elementów (punktowych) pod kątem1 minuty łukowej z odległości 5 m, lub 10 sekund kątowych widzianej z odległości 10 m.Ostrość widzenia zmienia się wraz z warunkami ciąŜenia. Przy braku ciąŜenia ostrość jestnajwiększa, gdyŜ warunki te ułatwiają ciągłą oscylację gałki ocznej (tzw. fiksacja).

2009-01-21

14

oko dalekowzroczne - promienie załamane w układzie optycznym ogniskują się pozasiatkówką > soczewka skupiająca przesuwa ognisko na siatkówkę

oko krótkowzroczne - promienie światła załamane w układzie optycznym ogniskują sięprzed siatkówką > soczewka rozpraszająca przesuwa ognisko na siatkówkę

Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”

pole widzenia

Pole widzenia człowieka moŜna podzielić (nieco arbitralnie) na 3 strefy:

– obszar centralny - odpowiadający dołkowi centralnemu, umoŜliwiający ostre widzenie, rozpoznawanie symboli (obejmuje 1-1,5 stopnia; informacja przekazywana do mózgu przez tzw. kanał parwocelularny);

– obszar wokółcentralny, w którym ostrość widzenia jest zmniejszona (obejmuje 3-5 stopni);

– obszar peryferyczny - widzenie jest mało precyzyjne, jednak obszar ten jest wraŜliwy na kontrast i ruch (czas reakcji na zdarzenia jest bardzo krótki - dzięki transmisji przez kanał magnocelularny).

2009-01-21

15

pole widzenia

ok. 1.5 ° - obszar widzenia ostrego. Złudzenie, Ŝe patrząc na duŜy obiekt widzimy go dokładnie w całości to efekt precyzyjnego mechanizmu, który umoŜliwia przenoszenie wzroku na najbardziej istotne elementy.

dołek centralny

percepcja przestrzeni 5

fizjologia widzenia 2

Katedra Projektowania Środowiskowegodr Anna Awtuch

2009-01-21

16

Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”

Mączyńska-Frydryszek A., Jaskólska-Klaus M., Maruszewski T., „Psychofizjologia widzenia”

2009-01-21

17

http:/people.csail.mit.edu/fredo/ArtAndScienceOfDepiction/5_ActiveVision/activevision.html

2009-01-21

18

http:/people.csail.mit.edu/fredo/ArtAndScienceOfDepiction/5_ActiveVision/activevision.html

Ruchy oczu

3 podstawowe rodzaje ruchów oczu:

1. ruchy skokowe (sakkadowe) – średnio 3 ruchy na sekundę - zjawisko „obmacywania” przedmiotu wzrokiem

2. ruchy zbaczające – powodują przesuwanie się obrazu z dołka centralnego siatkówki (okolica najostrzejszego widzenia); amplituda rzędu 5 lub więcej minut kątowych (dosyć wolne, trwają nawet do 10 sec)

3. drganie / drŜenie – częstotliwość od 30 do 70 cykli na sekundę, amplituda 15-20 sekund kątowych

2 i 3 – mimowolne i niezaleŜne od siebie w obojgu oczach

2009-01-21

19

http://www.personal.psu.edu/users/e/l/elm173/schlwork/semester3/psych

http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm

2009-01-21

20

http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm

http://www.owlnet.rice.edu/~psyc351/Images/VisualPathways.jpg

2009-01-21

21

konwergencja oczu

ZbieŜność oczu (konwergencja), czyli zdolność kierowania obojga oczu ma jeden punkt. Przyprawidłowej reakcji na obu gałkach powstają dwa obrazy, które nakładają się na siebie izostają skojarzone jako pojedynczy obraz.

DLACZEGO CZŁOWIEK MA PARĘ OCZU?

Gdy patrzymy na przedmiot ustawiony bardzo daleko od nas osie patrzenia obu oczu ustawionesą prawie równolegle. JeŜeli przedmiot ten będziemy zbliŜali w naszym kierunku, to mięśniegałek ocznych będą zmieniać połoŜenie gałek, tak aby osie widzenia podąŜały za tymprzedmiotem, a tym samym przecięły się. Zjawisko to nosi nazwę konwergencji. Im bliŜejoczu znajdzie się przedmiot, tym osie patrzenia przetną się pod większym kątem. Analizującten kąt, mózg człowieka wnioskuje o odległości obserwowanego przedmiotu od oczu. Gdybyzatem człowiek wyposaŜony był w tylko jedno oko, bardzo trudno byłoby mu określaćodległość obserwowanego przedmiotu od siebie.

2009-01-21

22

ZASADY STEREOSKOPOWEJ GŁĘBI(za: T. Górska, A. Grabowska, J. Zagrodzka (red), Mózg a zachowanie, PWN, 2005)

2009-01-21

23

dwuoczna rozbieŜność/nierówność

A B C

D

ABDC ADBC

http://www.owlnet.rice.edu/~psyc351/imagelist.htm

2009-01-21

24

Za: Gregory R. L., Colman A.M. „Czucie i percepcja”

2009-01-21

25

ZŁOTE ZIARNO (HIRANYAGARBHA, 1775 - 1800) INDIE

http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm

2009-01-21

26

ZAŚNIĘCIE (USPIENIJE, 1370 - 1380) Teofan Grek http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm

http://www.owlnet.rice.edu/~psyc351/Images/VisualPathways.jpg

2009-01-21

27

http://pedagog.umcs.lublin.pl/~wafra/okulograf.htm

2009-01-21

28

http://insight.med.utah.edu/Webvision/index.html