Intelligens Rendszerek Elmélete Dr. Kutor László
Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz http://mobil.nik.bmf.hu/tantargyak/ire.html Login név: ire jelszó: IRE07 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/1
A természetes idegi hálózatok specializáltak A hálózat típusa meghatározza a működést (nem univerzális!)
„Brodmann” agyterületek 2009. ősz
BMF NIK,
http://spot.colorado.edu/~dubin/talks/brodmann/brodmann.html Dr. Kutor László
IRE 2/2
Az elemzés területei A biológiai érzékelés alaptörvényei Információ feldolgozás és továbbítás az 2009. ősz
idegrendszerben Érzékszervek a bőrben Látás Hallás Fej-, és testhelyzet érzékelés Kémiai anyagok érzékelése (illat)
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/3
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
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/4
A testfelszín agykérgi (receptív) mezői
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/5
Az idegsejtek típusai
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/6
Idegsejt hálózatok és idegpályák
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/7
Központi ideghálók (Emberi agyak keresztmetszeti képei)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/8
Az ingerület keletkezése
2009. ősz
BMF NIK,
IRE 2/9
Dr. Kutor László
Az érzéksejtek működése [mV] 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70
receptor
axon
K+ Na +
t
Akciós potenciál Negatív utópotenciál Pozitív utópotenciál
Ingerküszöb Nyugalmi potenciál
depolarizáció
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/10
Az erős ingerlés hatása
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/11
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 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/12
Az érzékelhető ingerintenzitás törvényei 2. Gustav Theodor Fechner (1860)
Weber - Fechner törvény
É = k * log (I) Szokásos jelölése: Ψ = k log (Φ)
É = érzet intenzitás (Ψ) k = konstans I = inger intenzitás (Φ)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/13
Az érzékelhető ingerintenzitás törvényei 3. Stevens törvény
É = k * (I/Ik)n
Stanley Smith Stevens (1906-1973)
I = inger intenzitás Ik = abszolút ingerküszöb
példák: inger hangerő fényerő sósság édesség hőmérséklet áramütés 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
n ~ 0.3 ~ 0.5 ~ 1.3 ~ 1.5 ~ 1.6 ~ 3.5
IRE 2/14
Az érzékelhető ingerintenzitás 3. Példák a Stevens törvényre
Weber - Fechner törvény
É = k * log I + c
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/15
Látás
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/16
Az emberi látás jellemzői Érzéksejtjei:
csapok, számuk: ~ 7 * 106, szín („photopiás”) látás jól megvilágított tárgyak részleteinek látása: pálcikák, számuk: ~ 130 * 106, szürkületi („scotopiás”) látás Abszolút ingerküszöb: 10-9 cd/m2, fájdalom: 105 cd/m2 Fényintenzitás értékek: Holdmentes csillagfény 10-6 – 10-4 Erős holdfény 10-3 – 10-1 Fehér papírlap kényelmes olvasáshoz 10-1 -102 Fehér papírlap teljes napfényben 103 - 104 Izzólámpa szála 106 – 107 ívfény 108 napkorong 109 Atombomba robbanás (első 3 ms) 1010 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/17
Színérzékelő csapok a retinában
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/18
A csapok és pálcikák eloszlása a retinán
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/19
Különböző csapok fényérzékenysége tritosz (kék) deuterosz (zöld) protosz (vörös)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/20
Színek keverése összegző
2009. ősz
kivonó
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/21
Az emberi szem érzékenysége Csapok és pálcikák érzékenysége
2009. ősz
ingerküszöb
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/22
Hallás
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
Békésy György Nobel díj (1961)
IRE 2/23
A csiga (cochlea) felépítése és működése Belső és külső szőrsejtek a csigában
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/24
Hang érzékenység (phone skála)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/25
A hallás jellemzői Hang receptora: Érzéksejtjei:
Corti szerv (emberben ~33 mm)
belső és külső szőrsejtek
Abszolút ingerküszöb: 10-12 W/m2 (1 kHz), fájdalom: 10 W/m2 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 I2/I1 N [dBell] = 10 * log I2/I1 I2 = maximális ingerintenzitás I1 = ingerküszöb 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/26
Fejhelyzet és szöggyorsulás érzékelése az állatokban
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
Egyensúly (fej szöggyorsulás) érzékelés
IRE 2/27
Bárány Róbert Nobel díj (1914)
Félkörös ívjáratok
Utricukus Sacculus
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/28
A hallás és egyensúlyozás érzékszerve a halántékcsontban halántékcsont
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/29
Fejhelyzet érzékelés
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/30
Az érzőszőrök elhelyezkedése „crista” A félkörös ívjáratok „cristáiban”
2009. ősz
BMF NIK,
Az otolith szervekben
Dr. Kutor László
IRE 2/31
Az érzéksejtek működése
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/32
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°/sec2 Nyugalmi tüzelési frekvencia: 100 – 300 Hz 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/33
Testhelyzet érzékelése, szabályozása (Gamma hurok elve)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/34
A bőr érzéksejtjei Inger modalitások: Nyomás Tapintás Vibráció Hő Fájdalom 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/35
Receptív mező (kétpont küszöb)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/36
Bőr érzékszervek jellemzői 1. Test-szőrök, mint érzékelők: A szőrtüszőt körülvevő idegvégződések az emelő hatás miatt a legkifinomultabb tapintásra (légmozgásra is) érzékenyek. 3-5o szőr-szögelhajlás ingerületet eredményez.
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/37
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
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/38
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)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/39
A szaglás • A kommunikáció legősibb formája (feromonok!) • Sok állatnál a legfontosabb érzék (pl. rovarok, cápák, hiénák,…) • Az emberi viselkedést is jelentősen befolyásolja
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/40
Szaglás
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/41
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 cm2 (a kutyáé 120 cm2) 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)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/42
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) 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/43
Kérdések • Milyen viszonyban áll az embernél az ingerek nagysága és a kiváltott érzet nagysága?
• Milyen arányban szerzi az ingereket a különböző érzékszerveivel az ember?
• Milyen tényezőktől függ az ingerek érzékelésének színvonala?
• Hogyan hatnak az érzelmekre az illatok? 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 2/44
