Chapter 4: Sensation and PerceptionSynesthesia:  when   most   of   us   see   letters   printed   in   black.   Some   people   with synesthesia link their perceptions of letters with certain colors and perceive letters as printed in different colors.The perceptual experience of one sense that is evoked by another.Vision is predominant among our senses.

Our Senses Encode the Information Our Brains PerceiveSensation  is simple stimulation of a sense organ. It is the basic registration of light, sound, pressure, odor, or taste as parts of your body interact with the physical world. After a sensation registers in your central nervous system, perception  takes place at the level of your brain: It is the organization, identification, and interpretation of a sensation in order to form a mental representation.Transduction:  What takes place when many sensors in the body convert physical signals from the environment into encoded neural signals sent to the central nervous system. Vision: light reflected from surface Audition: vibrations cause changes in air pressure Touch:   pressure   of   a   surface   against   the   skin   signals   its   shape,   texture   and 

temperature Taste and Smell: molecules dispersed in the air or dissolved in saliva

In the mid­1800s, the German scientist and philosopher Gustav Fechner developed an approach to measuring sensation and perception called psychophysics: methods that measure the strength of a stimulus and the observer’s sensitivity to that stimulus.

The simplest quantitative measurement in psychophysics is the  absolute threshold, the  minimal   intensity  needed   to   just  barely  detect   a   stimulus.  From  the  observer perspective 

As   a   way   of   measuring   this   difference   threshold,   Fechner   proposed   the  just noticeable difference, or JND, the minimal change in a stimulus that can just barely be detected. The JND is not a fixed quantity; rather, it is roughly proportional to the  magnitude of the stimulus. This relationship was first noticed in 1834 by the German physiologist Ernst Weber; now called  Weber’s law, it states that the just noticeable difference of a stimulus is a constant proportion despite variations in intensity. Signal detection theory  holds  that   the response to  a  stimulus  depends both on a person’s sensitivity to the stimulus in the presence of noise and on a person’s decision criterion. 

• Respond bias: predisposition to act/ no act

Sensory adaptation: the observation that sensitivity to prolonged stimulation tends to decline over time as an organism adapts to current conditions.

At time passes, nerve endings in the skin under your wristwatch send fewer signals to the brain and you become able to feel the watch is called sensory adaption.

Vision I: How the Eyes and the Brain Covert Light Waves to Neural SignalsSensing light

Light that reaches the eyes passes first through a clear, smooth outer tissue, called the cornea, and then through the pupil, a hole in the colored part of the eye. This colored part is the  iris, a translucent, doughnut­shaped muscle that controls the size of the pupil and hence the amount of light that can enter the eye. Immediately behind the iris, muscles inside the eye control the shape of the lens to bend the light again and focus it onto the retina, light­sensitive tissue lining the back of the eyeball.Accommodation: the process by which the eye maintains a clear image on the retina.Eyeball longàfocused in front of the retinaànearsightedness (myopia)Eyeball shortàfocused behind the retinaàfarsightedness(hyperopia)

Photo transduction in the Retina          Two types of photoreceptor cells in the retina

• Cones:  detect color, operate under normal daylight conditions, and allow us to 

focus on fine detail

• Rods: become active under low­light conditions for night vision. Only gray

Fovea: an area of the retina where vision is the clearest and there are no rods at all.The photoreceptor cells send signals to the oddly shaped bipolar cells; bipolar cells in turn transmit signals to retinal ganglion cells, which organize the signals and send them to the brain.

Perceiving ColorSir Isaac Newton pointed out around 1670 that color is not something “in” light. In fact, color is nothing but our perception of wavelengths.

• Shortest visible wavelengths: purple

• Longest visible wavelengths: red

Three primary colors of light: red green blue.A genetic disorder in which one of the cone types is missing—and, in some very rare cases, two or all three—causes a color deficiency. Color deficiency is often referred to as color blindness.

The Visual Brain:

• Ventral   stream:   travels   across   the  occipital   lobe   into   the   lower   levels  of   the 

temporal   lobes  and  includes  brain  areas   that   represent  an  object’s   shape and identity. Recognition/ identification

• Dorsal stream: travels up from the occipital lobe to the parietal lobes, connecting 

with brain areas   that  identify the location and motion of an object.   (Aiming, reaching or tracking with the eyes) visually guide behavior

− cornea, pupil, retina

− Cones, rods, retinal ganglion cell

− Optical nerve, blind spot

− Reception field

− Thalamus, occipital lobe V1, ventral and Dorsal steam

Vision II: Recognizing What We PerceiveBinding problem: structure in ventral and dorsal visual streams are involvedA phenomenon that concerns how features are linked together so that we see unified objects in our visual world rather than free­floating or miscombined features.

Illusory conjunction:  a perceptual mistake in which features from multiple objects are incorrectly combined.

Feature integration theory: The idea that focused attention is not required to detect the   individual   features   that   comprise   a   stimulus   but   is   required   to   bind   those individual features together àAnne Treisman

The Role of the Parietal LobeThe binding process makes use of feature information processed by structures within the ventral visual stream. But because binding involves linking together features that appear at a particular spatial location, it also depends critically on the parietal lobe in the dorsal stream.Transcranial   magnetic   stimulation   (TMS)  is   a   benign   technique   that   involves placing a powerful pulsed magnet  over  a person’s  scalp,  which  temporarily  alters neuronal activity in the brain.Perceptual Constancy: A perceptual principle stating that even as aspects of sensory signals change, perception remains consistent.

Principles of Perceptual OrganizationGestalt perceptual grouping rules

• Simplicity: clearly explain

• Closure: tend to fill in missing elements

• Continuity:  same orientation

• Similarity: similar in color, lightness, shape or texture

• Proximity: close together

• Common fate: single image that move together

Edgar Rubin: Rubin vaseàreversible figure­ground relationship

Monocular depth cues: Aspects of a scene that yield information about depth when 

viewed with only one eye.  Size and linear

• Linear perspective: parallel line converge

• Texture gradient: grow small (far)

• Interposition: blocking is nearer to blocked object

• Relative height in the image: closerà lower

Binocular disparity: the difference in the retinal images of the two eyes that provides information about depth.Motion perception is subject to sensory adaption. E.g waterfall illusionThis  perception of  movement  as  a   result  of  alternating signals  appearing  in  rapid succession in different locations is called apparent motion. (flashing light)

Change blindness: A phenomenon that occurs when people fail to detect changes to the visual details of a scene.Inattentional   blindness:  a   failure   to   perceive   objects   that   are   not   the   focus   of attention.

Audition: More Than Meets the EarThe sense of hearing is all about sound waves—changes in air  pressure unfolding over time

• The frequency of the sound wave, or its wavelength depends on how often the 

peck  in  air  pressure  passes   the ear  or  a  microphone,  measured  in  cycles  per seconds. Pitch: how high or low sound is identify sound

• The amplitude of a sound wave refers to its height. Amplitude corresponds to 

loudness, or a sound’s intensity. 

• Differences in the complexity of sound waves correspond to timbre, a listener’s 

experience of sound quality or resonance

Sensing Sound

The Human Ear

The pinna funnels sound waves into the auditory canal to vibrate the eardrum at a rate that corresponds to the sound’s frequency. In the middle ear, the ossicles pick up the eardrum vibrations, amplify them, and pass them along by vibrating a membrane at the surface of the fluid­filled cochlea in the inner ear. Here fluid carries the wave energy   to   the   auditory   receptors   that   transduce   it   into   electrochemical   activity, exciting the neurons that form the auditory nerve, leading to the brain.Cochlea: A fluid­filled tube that is the organ of auditory transduction.Basilar membrane: A structure in the inner ear that undulates when vibrations from the ossicles reach the cochlear fluid.Hair cells: Specialized auditory receptor neurons embedded in the basilar membrane. Sounds are ultimately transduced by movements of the hair cells

Area A1: a portion of the temporal lobe that contains the primary auditory cortexThe place code, used mainly for high frequencies, is active when the cochlea encodes different frequencies at different locations along the basilar membrane. A  temporal code  registers  low frequencies via  the firing rate  of action potentials 

entering the auditory nerve.

− Pitch: frequencyà low high/ low a sound is (place code and temporal code)  most 

important

− Amplitudeà loudness

− Timbreà sound quality

Temporal lobe

The Body Senses: More Than Skin Deep Haptic   perception:  The   active   exploration   of   the   environment   by   touching   and grasping objects with our hands. Representation: topographicFour types of receptors  located under the skin’s surface enable us to sense pressure, texture, pattern or vibration against the skin.Thermoreceptors, nerve fibers sense cold and warmth

Three important principles:

• The left half of the body is represented in the right half of the brain and vice 

versa. This is known as contralateral organization.

• More of the brain is devoted to parts of the skin surface that have greater spatial 

resolution. 

• The   “what”   system   for   touch   provides   information   about   the   properties   of 

surfaces and objects; the “where” system provides information about a location in external space that is being touched or a location on the body that is being stimulated. “What” and “where” touch pathways involve areas in the lower and upper parts of the parietal lobe

PainAlthough pain is  arguably  the least  pleasant  of  sensations,   this  aspect  of  touch is among the most important for survival: Without the ability to feel pain, we might ignore infections, broken bones, or serious burns.Tissue damage is transduced by pain receptors. Fast­acting A­delta fibers transmit the initial sharp pain one might feel right away from a sudden injury, and slower C fibers transmit the longer­lasting, duller pain that persists after the initial injury. Protecting from over doing itàremenberThe   location  and   type  of  pain  we   experience   is   indicated  by   signals   sent   to   the somatosensory cortex.Referred pain  occurs  when sensory  information   from  internal  and external  areas converges on the same nerve cells in the spinal cord. E.g. heart attackGate­control theory holds that signals arriving from pain receptors in the body can be   stopped,   or   gated,   by   interneurons   in   the   spinal   cord  via   feedback   from   two directions.The fact that a mild surface pain can greatly reduce more agonizing pain in consistent.

Body Position, Movement, and BalanceSensations related to position, movement and balance depend on stimulation produced within our bodies.Receptors in the muscles, tendons, and joint signal the position of the body in space.Maintaining  balance  depends  primarily  on  the  vestibular system,   the  three   fluid­filled semicircular canals and adjacent organs located next to the cochlea in each inner ear.

The Chemical Senses: Adding FlavorThe   chemical   senses   of   olfaction   (smell)   and   gustation   (taste)   respond   to   the molecular structure of substances floating into the nasal cavity or dissolving in saliva. Smell and taste combine to produce the perceptual experience we call flavor.

SmellOlfaction is the least understood sense and the only one  directly connected to the forebrain,   with   pathways   into   the   frontal   lobe,   amygdala,   and   other   forebrain structures.Olfactory receptor neurons (ORNs): Receptor cells that initiate the sense of smell.Olfactory bulb: A brain structure located above the nasal cavity beneath the frontal lobes.Along   the   roof   of   the   nasal   cavity,   odorant   molecules   dissolve   in   the   mucous membrane that forms the olfactory epithelium. Odorants may then bind to olfactory receptor neurons (ORNs) embedded in the epithelium. ORNs respond to a range of odors and, once activated, relay action potentials to their associated glomeruli in the olfactory   bulb,   located   just   beneath   the   frontal   lobes.  The   glomeruli   synapse   on neurons   whose   axons   form   the   olfactory   nerve,   which   projects   directly   into   the forebrain.

Pheromones: Biochemical odorants emitted by other members of its species that can affect an animal’s behavior or physiology.

TasteThe  tongue is  covered with  thousands of  small  bumps,  called papillae,  which are easily visible to the naked eye. Within each papilla are hundreds of taste buds, the organ of taste transduction.Five main types of taste receptors: salt, sour, bitter, sweet and umami.Umami:   discovered   Japanese   scientist,   evoked   by   foods   containing   a   high concentration of protein.