Intelligens Rendszerek Elmélete IRE 2/45/1

Átírás

1 Intelligens Rendszerek Elmélete 2 IRE 2/45/1

2 Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz IRE 2/45/2

3 A természetes idegi hálózatok specializáltak A hálózat típusa meghatározza a működést (nem univerzális!) Brodmann agyterületek IRE 2/45/3

4 Az elemzés területei A biológiai érzékelés alaptörvényei Információ feldolgozás és továbbítás az idegrendszerben Érzékszervek a bőrben Látás Hallás Fej-, és testhelyzet érzékelés Kémiai anyagok érzékelése (illat) IRE 2/45/4

5 Az érzékelés alapfogalmai Modalitás: Fokozott érzékenység a különböző ingerfajtákra Abszolút ingerküszöb: A legkisebb érzékelhető ingerintenzitás Relatív ingerküszöb: A legkisebb érzékelhető ingerváltozás Adaptáció: Hozzászokás az ingerhez Ingerelhetetlen (refrakter) állapot: (abszolút, relatív) Erős ingerlés után az érzéksejt nem reagál Frekvencia moduláció: Az ingerület frekvenciája az ingernagysággal arányos IRE 2/45/5

6 A testfelszín agykérgi (receptív) mezői IRE 2/45/6

7 Az idegsejtek típusai IRE 2/45/7

8 Idegsejt hálózatok és idegpályák IRE 2/45/8

9 Központi ideghálók (Emberi agyak keresztmetszeti képei) IRE 2/45/9

10 Az ingerület keletkezése IRE 2/45/10

11 Az érzéksejtek működése [mv] receptor axon Ingerküszöb Nyugalmi potenciál depolarizáció K+ Na + t Akciós potenciál Negatív utópotenciál Pozitív utópotenciál IRE 2/45/11

12 Az erős ingerlés hatása IRE 2/45/12

13 Az érzékelhető ingerintenzitás törvényei 1. Weber törvény ΔI k = I Erns Henrik Weber (1834) Szokásos jelölése: k = ΔΦ / Φ ΔI = Relatív ingerküszöb (ΔΦ) (éppen észrevehető inger intenzitás változás) I = inger intenzitás (Φ) k =konstans, értékei különböző inger modalitásoknál látás hallás nyomás ízlelés elektromos áramütés IRE 2/45/13

14 Az érzékelhető ingerintenzitás törvényei 2. Weber - Fechner törvény É= k * log (I) Gustav Theodor Fechner (1860) Szokásos jelölése: Ψ = k log (Φ) É= érzet intenzitás (Ψ) k = konstans I = inger intenzitás (Φ) IRE 2/45/14

15 Az érzékelhető ingerintenzitás törvényei 3. Stevens törvény É= k * (I/Ik) n I = inger intenzitás Ik = abszolút ingerküszöb Stanley Smith Stevens ( ) példák: inger n hangerő ~ 0.3 fényerő ~ 0.5 sósság ~ 1.3 édesség ~ 1.5 hőmérséklet ~ 1.6 áramütés ~ 3.5 IRE 2/45/15

16 Az érzékelhető ingerintenzitás 3. Példák a Stevens törvényre Weber - Fechner törvény É= k * log I + c IRE 2/45/16

17 Látás IRE 2/45/17

18 Az emberi látás jellemzői Érzéksejtjei: csapok, számuk: ~ 7 * 10 6, szín ( photopiás ) látás jól megvilágított tárgyak részleteinek látása: pálcikák, számuk: ~ 130 * 10 6, szürkületi ( scotopiás ) látás Abszolút ingerküszöb: 10-9 cd/m 2, fájdalom: 10 5 cd/m 2 Fényintenzitás értékek: Holdmentes csillagfény Erős holdfény Fehér papírlap kényelmes olvasáshoz Fehér papírlap teljes napfényben Izzólámpa szála ívfény 10 8 napkorong 10 9 Atombomba robbanás (első 3 ms) IRE 2/45/18

19 Színérzékelő csapok a retinában IRE 2/45/19

20 A csapok és pálcikák eloszlása a retinán IRE 2/45/20

21 Különböző csapok fényérzékenysége tritosz (kék) deuterosz (zöld) protosz (vörös) IRE 2/45/21

22 összegző Színek keverése kivonó IRE 2/45/22

23 Az emberi szem érzékenysége Csapok és pálcikák érzékenysége ingerküszöb IRE 2/45/23

24 Hallás Békésy György Nobel díj (1961) IRE 2/45/24

25 A csiga (cochlea) felépítése és működése Belső és külső szőrsejtek a csigában IRE 2/45/25

26 Hang ingerküszöb (phone skála) IRE 2/45/26

27 Hang receptora: Érzéksejtjei: A hallás jellemzői Corti szerv (emberben ~33 mm) belső és külső szőrsejtek Abszolút ingerküszöb: W/m 2 (1 khz), fájdalom: 10 W/m 2 Magas hangok a csiga bázisán, mély hangok a csiga csúcsán okoznak ingerületet Érzékelési tartomány: ember 16 Hz - 20 khz kutya 35 khz patkány 40 khz egér 98 khz delfin 100 khz Érzékelés tartomány (erősítés) kifejezés db-ben N [Bell] = log I 2 /I 1 N [dbell] = 10 * log I 2 /I 1 I 2 = maximális ingerintenzitás I 1 = ingerküszöb IRE 2/45/27

28 Fejhelyzet és szöggyorsulás érzékelése az állatokban IRE 2/45/28

29 Egyensúly (fej szöggyorsulás) érzékelés Bárány Róbert Nobel díj (1914) Félkörös ívjáratok Utricukus Sacculus IRE 2/45/29

30 A hallás és egyensúlyozás érzékszerve a halántékcsontban halántékcsont IRE 2/45/30

31 Fejhelyzet érzékelés IRE 2/45/31

32 Az érzőszőrök elhelyezkedése crista A félkörös ívjáratok cristáiban Az otolith szervekben IRE 2/45/32

33 Az érzéksejtek működése IRE 2/45/33

34 A fejhelyzet (egyensúly) érzékelés jellemzői Emberben az első teljesen kifejlődő érzékszerv Érzékszervei: Statikus fejhelyzet: Otolith szervekkel Utriculus (tömlőcske) Sacculus (zsákocska) Ingere: fejhelyzet + vibráció 400 Hz-ig Dinamikus fejmozgás (szöggyorsulás): Fékörös ívjáratok Ingere: lassú rezgés, gyors fej elfordulás Érzékelési tartomány (rezgés) : 0.08 Hz 32 Hz Érzékenységi küszöb: 0.1 /sec 2 Nyugalmi tüzelési frekvencia: Hz IRE 2/45/34

35 Testhelyzet érzékelése, szabályozása (Gamma hurok elve) IRE 2/45/35

36 A bőr érzéksejtjei Inger modalitások: Nyomás Tapintás Vibráció Hő Fájdalom IRE 2/45/36

37 Receptív mező (kétpont küszöb) IRE 2/45/37

38 Bőr érzékszervek jellemzői 1. Test-szőrök, mint érzékelők: A szőrtüszőt körülvevő idegvégződések az emelő hatás miatt a legkifinomultabb tapintásra (légmozgásra is) érzékenyek. 3-5 o szőr-szögelhajlás ingerületet eredményez. IRE 2/45/38

39 Bőr érzékszervek jellemzői 2. Pacini-test: A bőr alatti zsírszövetekben elhelyezkedő, nyomás érzékeny, vibráció érzékelő Gyorsan adaptálódik Receptív területe 10 mm Vibráció válasza: Hz Ruffini-végkészülék: A bőr mélyebb rétegében található, a bőr felszínnel párhuzamos elmozdulást (nyújtást) érzékeli. Vibráció válasza: 1-16 Hz Kiterjedt receptív területű Meissner-test: A bőr felszíni rétegeiben a nyomást érzékeli Receptív területe 3-4 mm Vibráció válasza: 8-64 Hz IRE 2/45/39

40 Bőr érzékszervek jellemzői 3. Merkel-diszk (tárcsa): A bőr felszínéhez közel, nyomás (élek, alakzatok) érzékelését végzi Vibrációs válasza: 2-32 Hz Receptív területe: 3-4 mm A bőr nyomásérzékenységi küszöbe: 0,5 mikrométer ms-ig tartó bőr deformáció ingerületet vált ki Szabad idegvégződések: Magas ingerküszöbű, nem ingerspecifikus érzékelő (fájdalom) IRE 2/45/40

41 A szaglás A kommunikáció legősibb formája (feromonok!) Sok állatnál a legfontosabb érzék (pl. rovarok, cápák, hiénák, ) Az emberi viselkedést is jelentősen befolyásolja IRE 2/45/41

42 Szaglás IRE 2/45/42

43 Az emberi szaglás jellemzői A közvetlen agyi kapcsolatok az ősi agyterületekhez az un. limbikus rendszerhez Br. területek: 23, 24, 27, 28, 33 Főbb funkciói: érzelmek szabályozása, emlékezés és tanulás vegetatív szabályozás, szexuális szabályozás A szaglóhám mérete ~4 cm 2 (a kutyáé 120 cm 2 ) A feromonok (androstenone és az androstedione) is hatnak az emberre Komplex emlékezet-aktivációt tud kiváltani Szerepet játszik a társválasztásban is Megkülönböztethető illatok száma: (800 parfüm) IRE 2/45/43

44 Illat rendszerek Carl von Linné ( ) botanikai hasonlatok Lorry: kámforos, narkotikus, éteres, illó savas, lúgos Bain: tiszta, friss, nyomasztó, undorító, édes, büdös, csípős, éteres, kozmás, étvágygerjesztő Zwardemacker: éters, aromatikus, balzsamos, ámbra-mósusz, alikakodil, égett, kapril, ellenszenves, undorító Henning: fűszer, virág, gyümölcs, gyanta, égett, rothadó Haarmann-Reiner (H&R) női illatok: virágos (zöld, gyümölcs, friss, virágos, aldehides, édes) orientális (ámbrás, fűszeres) ciprus (gyümölcs, virágos-animális, virágos, friss, zöld) férfi illatok: levendula (friss, fűszeres) fougčre páfrány, haraszt (friss, virágos, fás, ábrás) ciprus (fás, bőr,, fenyő, friss, zöld) citrus (virágos, friss, zöld) IRE 2/45/44

45 Kérdések Milyen viszonyban áll az embernél az ingerek nagysága és a kiváltott érzet nagysága? Milyen arányban szerzi az ingereket a különböző érzékszerveivel az ember? Hogyan hatnak az érzelmekre az illatok? IRE 2/45/45