Chapter 4: Sensation and Perception

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Chapter 4: Sensation and Perception Synesthesia:  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 Perceive Sensation 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 Signals Sensing 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 longfocused in front of the retinanearsightedness (myopia) Eyeball shortfocused behind the retinafarsightedness(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 Color Sir 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 Perceive Binding problem: structure in ventral and dorsal visual streams are involved A 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 Anne Treisman The Role of the Parietal Lobe The 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 Organization Gestalt 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 vasereversible 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: closer 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 illusion This  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 Ear The 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 cortex The 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: frequency low high/ low a sound is (place code and temporal code)  most  important



Amplitude loudness



Timbre 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: topographic Four 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

Pain Although 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 itremenber The   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 attack Gate­control 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 Balance Sensations 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   fluid­ filled semicircular canals and adjacent organs located next to the cochlea in each inner  ear. The Chemical Senses: Adding Flavor The   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. Smell Olfaction 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. Taste The 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.