视觉神经生理学

*,*,*,浙江大学 信息学部 光电信息工程学系,2014-10-11,章海军,浙江大学本科课程,视觉信息应用技术,第三章 视觉神经生理学,系统,1,实践：,观察,(,或拍摄,),瞳孔,直径变化,你看了吗,?,2,复习：,视觉光学系统的结构,角膜、房水、(瞳孔)、晶状体、玻璃体、(视网膜),3,远视眼：,平行光线聚焦在,视网膜后,近视眼：,平行光线聚焦在,视网膜前,正立像？,倒立像？,Why?,O,O,O,O,4,5,6,第三章 视觉神经生理学系统,3.1,视觉神经生理学系统概述,3.2,视网膜的信息传递,3.3,视觉通路与视皮层,3.4,视觉电生理,3.5,中心视野与周边视野,7,3.1,视觉神经生理学系统概述,视觉系统,，包括从角膜到视网膜的,视觉光学系统,，以及从视网膜到视皮层的,视觉神经生理学系统,两大部分。,8,身高,1.6,米的人站在,20,米远处，其在观察者视网膜上的像的高度约为多少？,20 m,0.02 m,1.6 m,1.6mm,9,相距,20,米的两个人，能够互相看清楚对方的眼睛吗？,视觉神经生理学系统,视锥细胞直径,24,m,视觉光学系统,眼睛像尺寸约,25,m,，,4,视角,3-0,10,11,视觉的形成过程示意图,视,皮,层,晶状体,角膜,视神经,视网膜,视觉通路,12,3.2,视网膜的信息传递,外界光线经眼球光学系统投射到视网膜上，由视网膜的,视细胞,将光信号转换成电信号，并经,双极细胞,、,神经节细胞,和,视神经纤维,将信号传递出眼球，再逐级传递到视皮层形成视觉。,13,视网膜的“倒长”结构,14,生理盲点,注视点,？,15,16,3.2.1,视细胞,（,a）,视锥细胞,（,b）,视杆细胞,外段,内段,核部,突触,视色素,视细胞：,视网膜上的光感受细胞，分为,视锥与视杆细胞,700,万个,1.2,亿个,17,视锥细胞,约,700,万个,视杆细胞,约,1.2,亿个,每平方毫米,约,1416,万个,3-00,18,视,细胞,形态,数量,分布,视色素,功能,主管视觉,视锥,细胞,锥状,黄斑区,紫蓝质,明,视觉,视杆,细胞,杆状,周边区,紫红质,暗,视觉,视细胞及其功能,(,分工,),比较表,分辨,颜,色,细节,不能,光敏感,运 动,700万,1.2亿,19,无脊椎动物,（去极化）,脊椎动物,（超极化）,视细胞的光反应,20,21,22,视细胞在视网膜上的位置,23,视细胞在视网膜上的位置,24,视锥细胞对颜色的感知,25,3.2.2,视网膜的细胞连接,纵向连接：,视细胞,双极细胞,神经节细胞,横向连接：,水平细胞、无足细胞,（,有利于运动视觉,）,视杆细胞,视锥细胞,双极细胞,神经节细胞,26,横向信息交流,27,视网膜的结构与信息传递，,光线方向？,视,细胞,双极细胞,神经节,细胞,Photo-receptor,Bipolar cell,Ganglion cell,视,神经,水平,细胞,无足,细胞,Horizontal cell,Amacrine cell,Optic nerve,图,3-6,，删此神经节细胞,28,3-1,29,3.3,视觉通路,视觉通路,：由,视神经、视交叉、视束、外侧膝状体、视放射、视皮层,(,视中枢,),组成。,30,视觉通路（,Visual pathway,）,视神经,视交叉,视 束,视放射,外侧,膝状体,视皮层,31,3.3.1,视神经纤维,视神经纤维：,神经节细胞的轴突，人眼平均视神经纤维数,为,(10.08,1.61),10,5,，视神经纤维平均直径,0.99,0.04,m,，,视神经盘面积仅为,2.28,0.61mm,2,。,23mm,2,100,万根,32,视神经纤维长度？,最长的神经纤维长度？,坐骨神经,1.2 m,10-,厘米量级,33,压迫颅内视神经,34,35,神经细胞,Nerve cell,树突,Dendrites,突触,轴突,Axon,神经纤维,nerve fiber,神经细胞间的信号传递,Axon,Dendrites,36,毒品与中毒？,37,视神经纤维的传输速率,单根视神经的传输速率：,5 Bit/s,（报道数据）,单眼视神经的传输速率：,5 MB/s,（报道数据）,如果这样计算,每秒,25,帧,分辨率,1280*720,RGB,三色,看电影时视觉,每秒传输,GB,量级,Why,？,38,信息整合,复杂而有序,39,光照,视细胞、双极细胞、神经节细胞的电反应,感受野,光敏面,40,光敏元件的光敏面,光敏元件,41,3.3.2,视交叉,视交叉：,来自鼻侧的那部分视神经进行交叉，其信息最终,到达对侧的那一半大脑视皮层。,人 类：,半,半交叉,一般动物：,部分不交叉,低等动物：,完全交叉,功效和用途：,有共同的视野,立体视觉等,42,43,44,45,完全交叉,46,部分交叉,47,部分交叉,48,兔子眼中的世界？,49,3.3.3,视束,视束：,视交叉与外侧膝状体之间的那段视神经纤维束，称,为视束。,右侧视束,由来自,右眼颞侧的视神经,和,左眼鼻侧的,视神经,组成；,左侧视束,由来自左眼颞侧的视神经和右眼鼻,侧的视神经组成。,视束的损伤,可能,导致偏盲（,hemianopsia,）,50,3.3.4,外侧膝状体及视放射,外侧膝状体,是视觉的皮质下中枢，位于大脑脚外侧，视丘枕的下外面，为间脑（后丘脑）的一部分， 视觉信息在此进行中继转换 。,视放射,是来自外侧膝状体的神经纤维。,鼻侧的一半视神经纤维交叉到对侧的外侧膝状体，另一半不交叉的视神经纤维各自直达同侧的外侧膝状体。视网膜左半边的信息，到达左侧的外侧膝状体，视网膜右半边的信息，到达右侧的外侧膝状,体。,51,3.3.5,视皮层,视皮层（视觉中枢）,位于大脑左右两半球的后部，它相当于,Brodmann,大脑机能分区定位图的,17,区，以及部分,18,区和,19,区。狭义而言，只有,17,区才称为视区。,18,17,19,52,53,敲击后脑，为何会眼冒金星？,敲击视皮层产生的电脉冲与,实际看到星星时一样,54,大脑视皮层（视中枢）,视,区,18,19,17,55,正确的睡眠姿势,56,57,正确的睡眠姿势,利于心脏和视中枢,58,视皮层,(,视中枢,),的信息处理,视神经一部分直接到达中脑上丘，完,成,瞳孔对光的生理反射,。,主动、被动,来自视觉通路的信息，到达位于大脑左右半球,后部的,视皮层,(,视中枢,),，,Brodmann,大脑机能定,定位图的,17区,，部分,18,区和部分,19区,。,视觉中枢神经细胞：圆形对称型细胞,简单型,细胞,复杂型细胞,超复杂型细胞,教皇细,胞,。,59,视觉,通路,60,简单细胞,61,复杂细胞,62,超复杂细胞,63,3.4,视觉电生理,把微电极插入活体动物的视网膜或视神经，记录在一定光照下产生的电信号的方法，称为视觉电生理,。,（,实际操作时，并非将电极插入）,视觉电生理,眼电图（,EOG,）,视网膜电图（,ERG,）,视觉诱发反应（,VER,）,64,65,66,相关技术,脑电图的检测,67,脑电波控制,68,意念,(,脑电波,),控制飞机,Whats New,69,眼电图,（,EOG）,测量视网膜静息电位,。,视网膜电图,（,ERG）,测量视网膜对光刺激产生的梯度反应,。,视觉诱发反应,（,VER）,测量视区皮质对视觉刺激引起的电反应,。,70,实例：,视觉诱发反应综合测试,请读出字的“,颜色,”，而不是字的“,发音,”,红,橙,黄,绿,青,蓝,紫,71,3.5,视野,中心视野与周边视野,视野,眼睛所看到的范围。视野分为,周边视野,(,球面,视野,),与,中心视野,(,平面视野,),。,特点：,上下窄，水平宽。,72,视野很开阔,73,视野受限制,74,3.5.1,中心视野, 中心视野,：,围绕注视点,30,视角,内,的视野，也称,平面,视野,。,其中：,黄斑部的视野范围约为,5,，,中央凹的视野范围约为,1,20,，,中心视野颞侧,15.5,处为生理盲点。,3-2,飞蚊症？,视野中移动的黑点和黑区等,75,3.5.2,周边视野, 周边视野,：,中心视野以外的视野，广义地，眼睛注,视某一点时的整个范围，也称球面视野。,分为,单眼视野,和,双眼视野,（可达,124,视角），,又分为静态视野和动态视野。,视野检查作用：,早期诊断视网膜脱落、青光眼、偏盲、黄斑部病,变等,76,人类的双眼视野,77,金茂大厦,88,层,高,420.5,米,离金茂大厦多远才能看整体？,78,在什么情况下，可就近,将金茂大厦完整呈现在视野中,79,80,81,82,马的单眼与双眼视野,83,家猪的双眼视野,84,鸟禽类的双眼视野,85,猫头鹰的双眼视野,86,3-3,87,人眼动态视野与速度的关系,在,静止状态下，160180度；,时速40公里时，90度100度；反应距离,12米,。,时速60公里时，80度90度；反应距离,17米,。,时速80公里时，60度70度；反应距离,22米,。,时速100公里时，40度；反应距离,28米,。,时速140公里时，20度？反应距离,39米,。,3-4,88,人眼的动态视野与速度之间的关系, 3-5,89,To be continued,90,