Intelligens Rendszerek Elmélete 2 IRE 2/45/1
Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz http://uni-obuda.hu/users/kutor/ IRE 2/45/2
A természetes idegi hálózatok specializáltak A hálózat típusa meghatározza a működést (nem univerzális!) Brodmann agyterületek http://spot.colorado.edu/~dubin/talks/brodmann/brodmann.html IRE 2/45/3
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
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
A testfelszín agykérgi (receptív) mezői IRE 2/45/6
Az idegsejtek típusai IRE 2/45/7
Idegsejt hálózatok és idegpályák IRE 2/45/8
Központi ideghálók (Emberi agyak keresztmetszeti képei) IRE 2/45/9
Az ingerület keletkezése IRE 2/45/10
Az érzéksejtek működése [mv] receptor axon 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 -60-70 Ingerküszöb Nyugalmi potenciál depolarizáció K+ Na + t Akciós potenciál Negatív utópotenciál Pozitív utópotenciál IRE 2/45/11
Az erős ingerlés hatása IRE 2/45/12
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 0.079 hallás 0.029 nyomás 0.022 ízlelés 0.083 elektromos áramütés 0.013 IRE 2/45/13
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
Az érzékelhető ingerintenzitás törvényei 3. Stevens törvény É= k * (I/Ik) n I = inger intenzitás Ik = abszolút ingerküszöb Stanley Smith Stevens (1906-1973) 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
Az érzékelhető ingerintenzitás 3. Példák a Stevens törvényre Weber - Fechner törvény É= k * log I + c IRE 2/45/16
Látás IRE 2/45/17
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 10-6 10-4 Erős holdfény 10-3 10-1 Fehér papírlap kényelmes olvasáshoz 10-1 -10 2 Fehér papírlap teljes napfényben 10 3-10 4 Izzólámpa szála 10 6 10 7 ívfény 10 8 napkorong 10 9 Atombomba robbanás (első 3 ms) 10 10 IRE 2/45/18
Színérzékelő csapok a retinában IRE 2/45/19
A csapok és pálcikák eloszlása a retinán IRE 2/45/20
Különböző csapok fényérzékenysége tritosz (kék) deuterosz (zöld) protosz (vörös) IRE 2/45/21
összegző Színek keverése kivonó IRE 2/45/22
Az emberi szem érzékenysége Csapok és pálcikák érzékenysége ingerküszöb IRE 2/45/23
Hallás Békésy György Nobel díj (1961) IRE 2/45/24
A csiga (cochlea) felépítése és működése Belső és külső szőrsejtek a csigában IRE 2/45/25
Hang ingerküszöb (phone skála) IRE 2/45/26
Hang receptora: Érzéksejtjei: A hallás jellemzői Corti szerv (emberben ~33 mm) belső és külső szőrsejtek Abszolút ingerküszöb: 10-12 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
Fejhelyzet és szöggyorsulás érzékelése az állatokban IRE 2/45/28
Egyensúly (fej szöggyorsulás) érzékelés Bárány Róbert Nobel díj (1914) Félkörös ívjáratok Utricukus Sacculus IRE 2/45/29
A hallás és egyensúlyozás érzékszerve a halántékcsontban halántékcsont IRE 2/45/30
Fejhelyzet érzékelés IRE 2/45/31
Az érzőszőrök elhelyezkedése crista A félkörös ívjáratok cristáiban Az otolith szervekben IRE 2/45/32
Az érzéksejtek működése IRE 2/45/33
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: 100 300 Hz IRE 2/45/34
Testhelyzet érzékelése, szabályozása (Gamma hurok elve) IRE 2/45/35
A bőr érzéksejtjei Inger modalitások: Nyomás Tapintás Vibráció Hő Fájdalom IRE 2/45/36
Receptív mező (kétpont küszöb) IRE 2/45/37
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
Bőr érzékszervek jellemzői 2. Pacini-test: A bőr alatti zsírszövetekben elhelyezkedő, nyomás érzékeny, vibráció érzékelő Gyorsan adaptálódik Receptív területe 10 mm Vibráció válasza: 64-400Hz 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
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. 100-150 ms-ig tartó bőr deformáció ingerületet vált ki Szabad idegvégződések: Magas ingerküszöbű, nem ingerspecifikus érzékelő (fájdalom) IRE 2/45/40
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
Szaglás IRE 2/45/42
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: 60 000 (800 parfüm) IRE 2/45/43
Illat rendszerek Carl von Linné (1707-1778) 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
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