Form and contrast perception fl 4
Vad är formperception?
Förmågan att uppfatta ett objekt visuellt via ljus som produceras på nätthinnan. Här är det viktigt att näthinnan är en del av hjärnan! och att 80% av vår sensoriska input är visuell
Beskriv den visuella vägen från retina till cortex.
Ljuset fångas i näthinnan
– Det träffar tappar och stavar (= fotoreceptorer).
– Tappar används för färg och detaljseende, stavar för mörkerseende.
Signal skickas vidare
– Först till bipolära celler (de kopplar ihop fotoreceptorer med nästa nivå).
– Sedan till ganglieceller. Dessa samlar upp informationen och deras långa utskott (axon) går ihop och bildar synnerven (nervus opticus).
Extra celltyper i näthinnan
– Horisontalceller: kopplar ihop flera fotoreceptorer åt sidan.
– Amakrinceller: kopplar ihop signaler mellan bipolära och ganglieceller.
– Dessa gör att ögat inte bara skickar signaler rakt uppåt, utan även horisontellt. Det skapar lateral inhibition = att kontraster och kanter förstärks.
Synnerven går till hjärnan
– Först till LGN (laterala knäkroppen) i thalamus = en ”omkopplingsstation”.
– LGN har 6 lager:
Magnocellulära (magno) → rörelse, snabb men grov bild.
Parvocellulära (parvo) → färg och detaljer, långsammare men exaktare.
Vidare till synbarken (V1)
– Via optiska strålningen leds signalen till V1 (primära synbarken) i bakhuvudet (occipitalloben).
– Här sker kant- och orienteringsdetektion = hjärnan börjar rita upp kanterna i bilden.
Vidare bearbetning
– Signaler skickas till extrastriata cortex (områden utanför V1):
V4 → färg och form.
V5 (MT) → rörelse och riktning.
Vad är ett receptivt fält?
Ett receptivt fält är det område i näthinnan vars belysning påverkar aktiviteten i en specifik gangliecell.
Ganglieceller har en center–surround-organisation:
On-center/off-surround: ljus i centrum → kraftig aktivering, ljus i omgivningen → hämning.
Off-center/on-surround: motsatsen.
Om man belyser rätt område (t.ex. centrum i ett on-center-fält) blir cellen superaktiv och skickar massor av signaler.
Om ljuset hamnar utanför det känsliga området → aktiviteten minskar (inhiberas).
Om hela fältet belyses samtidigt → effekterna tar ut varandra → cellen går tillbaka till baslinjeaktivitet(grundnivå, inte vilomembranspotential, men inte aktionspotential heller).
Dessa receptiva fält kallas ibland on- och off-celler, och de är avgörande för att upptäcka kanter och kontraster i synfältet.
Vad menas med center-surround organisation?
Center–surround-organisation innebär att gangliecellernas receptiva fält är uppdelade i två zoner: ett centrum och en omgivning (surround) som svarar på ljus på motsatt sätt.
ON-center-cell:
– Ljusstimulus i centrum → stark aktivering (fler aktionspotentialer).
– Ljusstimulus i omgivningen → hämning (minskad aktivitet).
OFF-center-cell:
– Ljusstimulus i centrum → hämning (färre aktionspotentialer).
– Ljusstimulus i omgivningen → stark aktivering.
Detta system gör att ögat är extra känsligt för kanter och kontraster snarare än för jämn belysning.
Varför är lateralinhibation avgörande för kantdetektion?
Lateral inhibition = celler hämmar sina grannar → kontraster förstärks → kanter blir tydligare. Utan detta skulle världen se suddigare ut, utan skarpa konturer.
Vad hände i Kufflers klassiska experiment 1953?
Han använde mikroelektroder för att kartlägga gangliecellers receptiva fält i kattens retina. Han visade att dessa hade en center–surround-organisation (ON-center eller OFF-center), vilket innebär att centrum och omgivning svarar motsatt på ljus. Hans fynd visade att kantdetektion och kontrastförstärkning börjar redan i ögat, inte först i hjärnan.
Kort sagt, han hittade on-off cellerna och att dessa har receptiva fält
Hur är LGN uppbyggt?
LGN är en omkopplingsstation i Thalamus. Här sorteras signaler från ögonen innan de skickas tillbaka.
Lager 1-2 består av mangoceller. Dessa ansvarar för snabba rörelser , ser stora saker och kontrast. Dessa är färgblinda. Tar emot info från STORA ganglieceller.
Lager 3-6 är parvocellulära. Tar emot info från SMÅ ganglieceller. Har hög upplösning och har hög färgkänslighet
Det finns också mellanlager som kallas Koniolager som hanterar blågul information.
Ipsilateral = samma sida.
– Signaler från ögats temporala (yttre) retina korsar inte, utan går till samma sidas LGN.
– Dessa hamnar i lager 2, 3, 5.
Kontralateral = motsatt sida.
– Signaler från ögats nasala (inre) retina korsar över i chiasma opticum.
– De går till motsatta sidans LGN.
– Dessa hamnar i lager 1, 4, 6.
På så sätt får varje LGN information från båda ögon, men bara från den motsatta visuella hemifältet (höger LGN = vänster synfält, och tvärtom).
VIlken funktion har V1 (primära synbarken)?
V1 är den första delen av hjärnan som tar emot synsignaler i nackloben (occipitalloben). Här skapas en karta över synfältet så hjärnan vet var olika saker finns.
Cellerna i V1 är särskilt känsliga för linjer och kanter i olika riktningar (Hubel & Wiesel visade detta).
Därför är V1 startpunkten för att känna igen former, linjer och rörelser. Informationen skickas sedan vidare till andra synområden (V2–V6) för mer avancerad bearbetning, t.ex. av färg, rörelse och objektigenkänning.
Vilka två huvudströmmar går från V1 och vad gör de?
– Dorsala banan (”var”)
– Ventrala banan (”vad”
Vad är kontrastkänslighetsfunktionen (CSF)?
Ett mått på hur bra ögat är på att upptäcka kontraster.
För att testa detta använder man ofta ljusa och mörka ränder. Vid låg frekvens och är breda och tjocka ränder. Vid hög frekvens är det tunna och täta linjer.
Man mäter vid vilken kontrastinivå patienten kan se ränderna vid olika frekvenser och får på så sätt ett mått på kontrastkänsligheten.
Hur ser en vanlig kruva ut inom CSF?
Låg känslighet vid väldigt låga spatiala frekvenser (svårt att se mycket breda ränder).
Högst känslighet vid mellanfrekvenser (2–4 cykler/grad) → här ser ögat kontrast bäst.
Känsligheten faller kraftigt vid höga spatiala frekvenser (täta ränder, små detaljer).
Se bild
Vad är fördelen med CSF kliniskt gentemot ex snellentavlan?
Vanlig synskärpa (Snellen) testar bara hög spatial frekvens vid hög kontrast → missar problem vid lägre kontrast.
CSF avslöjar t.ex. försämring vid katarakt, glaukom, makuladegeneration.
Kontrastkänslighetsfunktionen visar hur känsliga vi är för kontraster av olika storlek/detaljnivå. Den ger en mer komplett bild av synförmågan än vanlig synskärpa.
Varför har CSF kurvan en topp vid just 2-4 cykler/grad?
Det finns tre faktorer som förklarar varför ögat inte klarar kontraster som är mindre än 2–4 cykler/grad:
Det optiska systemet (lins och hornhinna) sätter en gräns. De klarar inte att överföra kontraster som är mindre än så.
Tapparna i fovea har en fysisk begränsning. De är tätt packade men kan inte särskilja detaljer som är finare än 2–4 cykler/grad.
Lateral inhibition i gangliecellerna gör att vid för höga frekvenser blir kontrastskillnaderna så små att ögat inte längre kan uppfatta dem.
Bästa balans mellan retinal upplösning, optik och lateralinhibition
Varför sker en drop-off vid låga spatiala frekvenser?
Vid låga spatiala frekvenser är ränderna väldigt breda. Det betyder att ljuset täcker både centrum och omgivning i de receptiva fälten samtidigt.
Eftersom gangliecellerna är organiserade med center–surround (on/off), så reagerar centrum och omgivning på motsatt sätt. När båda stimuleras samtidigt tar deras signaler i stort sett ut varandra → resultatet blir nästan bara baslinjeaktivitet.
Effekten av detta kallas lateral inhibition, och den gör att ögat blir dåligt på att uppfatta kontraster när ränderna är för breda.
Varför sker en cut-off vid höga spatiala frekvenser?
1:optisk begränsning: Ljus sprids alltid lite i de yttre sgementen innan det träffar retina (sfärisk abberation, koma osv). Desto smalare ränderna är, desto mer suddas de ut innan de träffar näthinnan.
Höga spaltiala frekvenser gör att ränderna är väldigt tighta. Desto tightare frekvens är, desto svårare blir det för ögat att upfatta ränderna. Resultatet av det är att kontrasten minskar och att ögat inte längre kan skilja ljus delar från mörkar.
2:Fotoreceptorernas packning i fovea
– Tapparna sitter mycket tätt i fovea, men det finns en biologisk upplösningsgräns.
– När ränderna blir för täta hamnar både ljusa och mörka delar på samma fotoreceptor → signalen blir ”grå” istället för kontrast.
– Detta kallas en sensorisk begränsning.
Hur skiljer sig vanligt visus från CSF?
Visus testar den högsta spatiala frekvensen (minsta detaljer) vid 100 % kontrast.
CSF mäter känsligheten över flera frekvensnivåer och kontraster.
Vilka tester kan användas för kontrastkänslighet?
1: Vistech/Fact
Bygger på gratings (ränder) som varierar i spaltial frekvens och kontrast.
Patienten får säga åt vilket håll ränderna lutar (upp, vänster, höger).
– Resultatet plottas som en hel CSF-kurva med topp vid 2–4 cykler/grad. (den u kurvan man kommer se)
2. Pelli Robson chart
– Stora bokstäver (stora optotyper → låg spatial frekvens).
– Kontrasten minskar gradvis rad för rad.
– Mäter alltså bara kontrastkänslighet vid låg spatial frekvens.
– Enkel, kliniskt användbar, tar inte lång tid.
3: Mars chart
Samma som Peli Robson fast portabel
Ge exempel på sjukdomar och hur de påverkar CSF?
AMD (age-related macula degeneration)
- Förändringar i gula fläcken skadar macula där tapparna finns. Det leder i sin tur till att pat förlorar hög spaltial frekvens och får svårt med detaljseendet. Låga frekvenser såsom rumsorientering och stora objekt finns dock kvar tack vare att det mer går på perifieriseendet utanför makula. På så sätt kan AMD patienter fungerar bra praktiskt i vardagen men ha svårt för ex läsning
Katarakt- ”Katarakt orsakar spridning av ljus i linsen vilket försämrar kontrastkänsligheten, särskilt för låga och medelhöga spatiala frekvenser. Patienten upplever ofta bländning i starkt ljus samt dimsyn i dålig belysning, även om synskärpan kan vara relativt bevarad på Snellen-tavlan.”
Glaukom- gangliecellerna skadas och de receptiva försvinner. Ger både synbortfall som går perifeiert och inåt samt minskad kontrastkänslighet redan i ett tidigt stadie. Därför kan kontrasttest avslöja glaukom tidigt även om Snellen-synskärpan är normal.
Varför är periferin sämre på att se detaljer och kontrast?
I fovea är varje fotorecptor (tapparna) kopplade till varsin bipolär cell som i sin tur är kopplad till en egen gangliecell.
I periferin är massvis med fotoreceptorer kopplade till en gangliecell- hjärnan får därmed en gemensam bild och får svårt att upfatta alla detaljer med bara en gangliecell till massvis med fotoreceptorer
Varför är belysningen i undersökningsrummet viktig vid visustest?
Ströljus från rummet ”fyller i” de mörka delarna på tavlan → skillnaden mellan svart och vitt minskar → kontrasten sjunker.
Vad är Mach bands och varför uppstår de?
OM flera gråa fält är intill varandra kommer man uppleva kommer vi uppleva att det finns små mörka band på den mörka sidan och små ljusa band på den ljua. Detta är inte riktiga band utan en illusion skapad av hjärnan för att göra kanten ännu skarpare.
De uppstår p.g.a. lateral inhibition i retina, där center-surround fälten förstärker skillnaderna vid övergångar mellan ljus och mörker
Sker pga lateral inhibation i center surround fälten.
Vad är tilt aftereffect?
Om du tittar på steck lutande åt höger och sedan tittar på vertikala streck kommer du uppleva att dessa lutar på vänster.
Varför händer då detta?
V1 (primära synbarken) finns celler som är orienteringsselektiva – vissa celler reagerar starkast på vertikala linjer, andra på linjer lutade 45°, andra på horisontella osv.
När du tittar länge på en viss lutning → de cellerna tröttas ut (adapteras) och minskar sin aktivitet.
När du sedan tittar på neutrala (vertikala) linjer → de orienteringsselektiva cellerna för vertikalt är inte lika aktiva i förhållande till granncellerna → hjärnan tolkar det som en lutning åt motsatt håll.
Vilka olika typer av visuell aktivitet finns?
Det finns fyra typer av visuell aktivitet: detection (upptäcka ljus/mörker), resolution (lösa upp detaljer), recognition (känna igen objekt/bokstäver) och hyperacuity (uppfatta extremt små skillnader, t.ex. Vernier).
Förklara vertikal respektive horisontell signalöverföring?
Vertikal signalöverföring: raka vägen fotoreceptor → bipolär → gangliecell → synnerven. Den här vägen skickar informationen direkt utan att påverka grannceller.
Horisontell signalöverföring: horisontalceller (mellan fotoreceptorer och bipolära) och amakrinceller (mellan bipolära och ganglieceller) kopplar sidledes. De gör att grannceller kan påverka varandra → lateral inhibition → vi uppfattar kontraster, linjer och kanter tydligare.
beskriv horisontalceller, amakrinceller och bipolära celler och vad de har för funktion?
Horisontalceller
Ligger mellan fotoreceptorer och bipolära celler.
Jämför ljus från intilliggande fotoreceptorer.
Skapar lateral inhibition = förstärker skillnaden mellan ljusa och mörka områden.
Viktigt för kantdetektion och kontrast.
Amakrinceller
Ligger mellan bipolära och ganglieceller.
Ger sidokopplingar och kan ”stänga av” eller modulera signaler.
Hjälper till med rörelsedetektion, kontrastförstärkning och tidsaspekter (hur snabbt signaler reagerar).
Bipolära celler
Mellan fotoreceptorer och ganglieceller.
Tar emot signaler och kan vara ON eller OFF → de avgör om ljus i mitten (ON-center) eller ljus runtomkring (OFF-surround) ska excitera eller hämma gangliecellen.
De är nyckeln i center-surround organisationen.