Látás fiziológia 1 - mogi.bme.hu & OPTOMECHATRONIKAI TÁRGYA… · Röntgen sugárzás –...
Transcript of Látás fiziológia 1 - mogi.bme.hu & OPTOMECHATRONIKAI TÁRGYA… · Röntgen sugárzás –...
VÍZUÁLIS OPTIKAA látás evolúciója
Dr Wenzel Klára egyetemi magántanár
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Budapest, 2018
Az 1.rész tartalma:
1. A látás fiziológia2. A fény hatása az élő szervezetre3. A látás evolúciója
A látás fiziológia
A fény hatása az élő szervezetre
Az elektromágnenes spektrum
Az elektromágnenes spektrum
Az elektromágneses sugárzás hatása az élő szervezetere
1. Gamma sugarak – pusztító hatás; nincs rá érzékszervünk
2. Röntgen sugárzás – ártalmas / gyógyító / átvilágító; nincs rá érzékszervünk
3. Ultraibolya sugárzás; kémiai hatás; nincs rá érzékszervünk 1. UV „C” – 100 … 280 nm - retina pusztulás2. UV „B” – 280 … 315 nm - szemgyulladás, szemlencse károsodás3. UV „A” – 315 … 400 nm - barnulás, szem gyulladás
4. Látható sugárzás (fény); fotokémiai hatás; látás a szemmel
1. Infravörös sugárzás; hő érzékelés a bőr felülettel1. IR „A” – 0.75 … 1.4 µm - szemlencse károsodás2. IR „B” – 1,4 … 3,0 µm3. IR „C” – 3,0 µm … 15 µm
A szem evolúciójaA szem fejlődése a törzsfejlődés során
A szem
• Az egyszerű szem
– csak fényérzékelés; képalkotás nincs
• Az összetett szem
– A lencsés szem - a fényfelfogó szervek előtt egyetlen optikai lencse található (centrális projekció)
– A komplex vagy fazetta szem - számtalan önálló szem együttese, külön lencsével és fényfelfogó szervvel („mozaik-látás”)
A lencsés szem optikai elve
Az emberi szem és a digitális kamera hasonlósága
Az egyszerű szemtől az összetett szemig
Élő Planaria, két fényérzékeny ponttal(Hickman, 1979)
Lyukkamera elven alapuló primitív szem
Eye of the primitive mollusc, Nautilus.The most well known pin-hole camera in the Animalkingdom. From Hickman (1970)
Evoluciós lépések
Önálló szemek (ommatidák) alacsonyrendű élőlényeknél
Minden látó egység önálló képalkotó rendszerrel rendelkezik (komplex vagy fazetta-szem).
Az ommatidák száma néhány száz lehet. A látás mozaik-szerű.
1 Karneál lencse
2 Kristálykúp sejt
3 Kristály kúp
4 Pigment sejt
5 Központi sejt, rabdom
6 Látósejt
7 Idegrost
8 Retinuláris sejt
Dr. Bárány Nándor: A látás, Kézirat, Mérnöktovábbképző Intézet, 1963
Kagyló legyező-szemeSok egyszerű szem egymás mellett (mozaik szem)
S látó sejt
Sm a látó sejt magja
P pigment sejt
I látó ideg
Dr. Bárány Nándor: A látás, Kézirat, Mérnöktovábbképző Intézet, 1963
Szitakötő szemeFazetta-szem; a fazetták száma rovaroknál 45…30.000 is lehet
Bárány 1963Bárány 1963
Dr. Bárány Nándor: A látás, Kézirat, Mérnöktovábbképző Intézet, 1963
Mediterrán gyümölcslégy fazetta-szeme
Ecetmuslinca szeme
Összetett szemekPók szemének hosszmetszete
1 Látóideg
2 Irisz (fény szabályozás)
3 Pálcikák
4 Üvegtest (lencse-hatás!)
5 Retina sejtek
Dr. Bárány Nándor: A látás, Kézirat, Mérnöktovábbképző Intézet, 1963
Összetett szem (férgek szeme)Egy képalkotó rendszere van, amely az üvegtest mögötti
képfelvevő felületre leképezi a tárgyat.Akkomodáció során a szemlencse előre-hátra tolódik!
1. Gömb alakú szemlencse2. Mellék retina3. Idegsejt4. Üvegtest nyúlványai5. Üvegtest (folyékony
töltőanyag)6. Mirigysejtekkel termelt anyag7. 1-2-5 Összetett optikai
lencséhez hasonló hatás
Bárány 1963
Az evolúció egyik fázisa: áttérés a vízi életmódról a szárazföldi életmódra
Cápa szeme – lapos elülső felület, gömb alakú szemlencse
Béka szeme – előre domborodó elülső felület, laposabb szemlencse. Szárazon rövidlátó, vízben távollátó. Alkalmazkodáskor a szemlencsét előre-hátra tolja.
Bárány 1963
Az emberi szem
Az emberi szem legfontosabb részei
Madár szemének legfontosabb részei
A lencsés szemek egységes felépítésűek a gerinceseknél.
A szem legfontosabb részei is hasonlóak, kisebb egyéni variációkkal.
A szem alakjának variációi A méretek sem azonosak!(Biological Vision)
-- ember-- ökörszem-bagoly-- tündér bagoly-- macska-- denevér-- cormorán-- galamb-- vörös vércse-- bálna-- mókus-- ló-- delfin-- szarvas
A baglyok szeme teleobjektív-szerű , az énekes madarak szeme nagylátószögű objektívhez hasonló.
A retina; csapok és pálcák
Az ember látómezejeMonokuláris, binokuláris és sztereo látómező
Szemünk látómezeje 180 fok körüli, de ennek csak a középső, mintegy 60 fokos részén látunk részleteket, a széleken pedig csak a mozgásokat érzékeljük.
A binokuláris látás ezért csak középen alakul ki.
A sztereo látás csak a látómező középső, legélesebb területén működik.
A látómező nagysága a szem alakjától függ
A ragadozó madarak látómezeje keskeny, a szemek előre néznek. A két szem látómezeje fedi egymást (jó tér-látás)
A zsákmány-állatok látómezeje széles, lehetőleg az egész környezetre kiterjed. A szemek oldalra néznek.A két szem nem ugyanazt látja.
A szemlencse hagyma-szerű koncentrikus rétegekből áll.(Biological Vision)
A szemlencse anyagának struktúrája
Bárány után
A Helmholtz-féle sugárkoszorú
Bárány nyomán
Az irisz vagy szivárvány hártya
Fontos szerepe: kizárja a szórtn fényt.Színét a benne lévő pigment anyagok adják.
A kék szem különleges: A vizes közegben jelenlévő protein, zsiradék, illetve rostos szövet finom keverékén történő fényszóródás következménye a szem kék színe. Nemcsak embereknél gyakori, hanem néhány állatnál, például a sziámi macskánál is megfigyelhető. A szivárványhártyáról való szóródással létrejövő szép kék szín kialakulását háttérként segíti a sötét melanint tartalmazó uvea réteg.
Különböző színű szemek
A pupilla
Szerepe:1. A fény mennyiség szabályozása2. A retina védelme (automatikus, akarattól független működés)3. Az optikai képalkotás befolyásolása (l. fényelhajlás kerek lyukon illetve keskeny résen)
Alakja:1. Kör (nem tud teljesen bezáródni)2. Keskeny rés (teljes zárás is lehetséges)3. Összetett
Macska szeme világos és sötét környezetben
Nautilus kulcs-luk szeme
Héja szeme
A színes látás minden állatnál 4 féle pigment által alakul ki. Az UV-ben két féle módosulat is
lehetséges. Az érzékenységi maximumok hullámhossza 342, 437, 532, és 625 nm.+/- 2 nm.
A 4 féle pigmentből az egyes állatok nem mindegyiket használják. Pl. a macskák az UV-t a kéket és a zöldet, a lepkék mind a négyet és két féle UV-t (ezek ötszín-látók!), az ember háromszín látó (vörös, zöld, kék).
Az ember vörös érzékelőjének maximális érzékenysége 570 nm-nél, zöld érzékelőjének 543 nm-nél és kék érzékelőjének 442 nm-nél van (CIE, Stockmann-Sharpe). Az eltéréseket a szem optikai közegeinek szűrő hatása okozza. A szemlencse az UV érzékenységet teljesen kiszűri.
Az agy evolúciójaA szem evolúciója során az agy a látással párhuzamosan fejlődik.
A látás fejlődése egyre nagyobb agy-kapacitást igényel
Az agy hármas tagozódása:
1.Nyúlt velő, kisagy – az agy legősibb része – az automatikus mozgás központja
2.Középagy - az ösztönös viselkedés központja
3.Előagy – a magasabbrendű agyfunkciók (gondolkodás, látás) központja
4.(Sagan nyomán)
Az emberi agy hármas tagozódása
1. Agytörzs; közép agy - az automatikus mozgások központja („hüllő-komplexum”), több száz millió évvel ezelőtt fejlődött ki.
2. Limbikus rendszer - az ösztönös cselekvések és az erős érzelmek központja, kb. 150 millió évvel ezelőtt fejlődött ki.
3. Neokortex – a legmagasabb szintű, legutolsó időben kifejlődött cselekvések központja (látás, beszéd, gondolkodás), néhány millió évvel ezelőtt fejlődött ki.
(Sagan nyomán)
Nyúl, macska és majom agyának sematikus rajza
A sötét, pontozott térség a limbikus rendszer, a fehér, barázdált területek a neokortexet ábrázolják,.A magasabb rendű emlősök neokortexe viszonylag nagy. Legnagyobb az emberé (és a delfiné, meg a bálnáké). A legutóbbi évmilliókban fejlődött ki rohamosan).
(Sagan nyomán)
Az emberi agy oldalnézetének sematikus rajza
(Sagan nyomán)
A neokortex uralkodik, mellette a kisebb limbikus rendszer és az agytörzs vagy hátsóagy egészen eltörpül
A külvilág feltérképezésének
sematikus ábrázolása a neokortex két féltekéjében
A szemből érkező képi információt az agy a legapróbb részletekig szétbontja és analizálja, majd ismét összerakja, értelmezi és elraktározza. Minden emlék (képi, hang, stb) örökre megőrződik és (elméletileg) előhívható.
A szemünkkel nézünk, az agyunkkal látunk!
Ajánlott irodalom
• Wenzel, K.: Vizuális optika, Előadás vázlatok, 2018.
• James T. Fulton: Excerpts from Processes in Biological Vision, Internet, 2002
• Livingstone, M.: Vision and Art – The Biology of Seeing, Abrams, New York, 2002.
• Gegenfurtner , K.R. & Sharpe, L. T.: Color Vision from Genes to Perception. Cambridge University Press 1999;
• Wyszecki-Stiles: Color Science, Wiley, 1966
• Brian A. Wandell: Foundations of Vision, Sinauer Inc., 1995.
• D. D. Hoffmann: Visual Intelligence, W. W. Norton & Co., 1998.
• Jennifer Birch: Diagnosis of Defective Colour Vision, Butterworth-Heinemann, 1998.
• Rose, S.: A tudatos agy, Gondolat, Budapest, 1983
• Gregory, R.L.: Eye and Brain, Princetown University Press, 1997.
• Gregory, R.L., & Hombach, E.H.: Illuzió a természetben és a művészetben, Gondolat Kiadó, Budapest, 1982.
Ajánlott irodalom
• Sagan, C.: Az éden sárkányai; tűnődések az emberi intelligencia evoluciójáról, Európa Könyvkiadó, Budapest, 1977.
• Szilas László: A látszerész, Műszaki Könyvkiadó, 1976
• Vörösmarthy Dániel: A szem optikája, Medicina Kiadó, 1974.
• Gregory: The Intelligent Eye, McGraw Hill, 1971
• Leonardo: A festészetről, Corvina, 1967
• Németh: Seurat, Corvina, 1966
• Patócs-Vajay-Hargittai: Szemüvegek, Műszaki Könyvkiadó, 1965.
• Bárány, N.: A látás, Mérnöki Továbbképző Intézet, 1963.
• Boros, Kettesy, Kukán: Szemészet, Medicina kiadó, 1962.
• Schober: Das Sehen, Verlag für Fachliteratur, 1950
• Bernolák Kálmán: A fény, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981
• Budó-Mátrai: Kísérleti Fizika III., OPTIKA, Tankönyvkiadó, Budapest, 1977
• Ábrahám György: Optika, Pánem-McGraw-Hill, 1998
• Alberth Béla: Szemészet, Medicina Kiadó, 1995.
VÉGE