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Ohio State University
PSYCH 3310

01/26/2013 Vocab Nativism: The idea that the mind produces ideas that are not derived from external sources, and that we  have abilities that are innate and not learned Empiricism: The idea that all knowledge comes through the senses perception is the source of all knowledge about the world.   Each of our senses follows the same order of events: 1.Capturing physical energy 2.Physical stimulation 3.Transduction into neural signal: Sensation 4.Transmission of neural signal to the brain 5.Cortical Processing: Perception 6.Active feedback Synapse: The junction between neurons that permits information transfer Neurotransmitter: A chemical substance used in neuronal communication at synapses Dualism: The idea that mind has an existence separate from the material world of the body Materialism: The idea that the only thing that exists is matter, and that all things, including mind and  consciousness, are the results of interactions between bits of matter What most scientist believe to be true; what we will focus on in this class. Panpsychism: (Fechner) The idea that the mind exists as a property of all matter—that is, that all  matter has consciousness Absolute threshold: Minimum amount of stimulation necessary for a person to detect a stimulus  50% of the time. Two­point threshold: the minimum distance at which two stimuli (e.g., two simultaneous touches) can  be distinguished. More nerve endings on fingertips then arms so  the two­point threshold is smaller distance on  fingertips JND (just noticeable difference): The smallest detectable difference between two stimuli, or the  minimum change in a stimulus that can be correctly judged as different from a reference stimulus. also  known as difference threshold. Fechner’s law: Subjective sensation increases proportionally to the logarithm of the stimulus intensity  Psychophysical Methods 1.Method of constant stimuli: Many stimuli, ranging from rarely to almost always perceivable, are  presented one at a time. (Threshold: Value at which stimulus is perceived 50% of the time.)­ need more  trials/ patients then the other methods 2.Method of limits: The magnitude of a single stimulus or the difference between two stimuli is varied  incrementally until the participant responds differently. 3.Method of adjustment: Similar to the method of limits, but the participant controls the stimulus  directly. 4.Magnitude estimation: The participant assigns values according to perceived magnitudes of the  stimuli. 5.Cross­modality matching: The participant matches the intensity of a sensation in one sensory  modality with the intensity of a sensation in another. Signal detection theory: A psychophysical theory that quantifies the response of an observer to the  presentation of a signal in the presence of noise. Hit, Miss, Correct Rejection, False Alarm  Sensitivity: A value that defines the ease with which an observer can tell the difference between the  presence and absence of a stimulus or the difference between stimulus 1 and stimulus 2. d’ (d­prime): A measure of signal separability (sensitivity of the measurement). It tells us by how many  standard deviations the two signals are separated. It is defined as: Criterion: An internal threshold that is set by the observer. If the internal response is above criterion, the  observer gives one response (e.g., “yes, I hear that”). Below criterion, the observer gives another response  (e.g., “no, I hear nothing”). Receiver operating characteristic (ROC): In studies of signal detection, the graphical plot of the  hit rate as a function of thefalse alarm rate. Electroencephalography (EEG): measures electrical activity from populations of many neurons  using many electrodes on the scalp. Event­related potential (ERP): A measure of electrical activity from a subpopulation of neurons in  response to particular stimuli that requires averaging many EEG recordings. Magnetoencephalography (MEG): similar to EEG, but measures changes in  magnetic  activity  across populations of many neurons in the brain. Much more expensive than EEG. Functional magnetic resonance imaging (fMRI): A variant of MRI that makes it possible to  measure localized patterns of activity in the brain. Activated neurons provoke increased blood flow, which  can be quantified by measuring changes of oxygenated and deoxygenated blood to strong magnetic fields. Positron emission tomography (PET): allows us to define locations in the brain where neurons  are especially active, by measuring the metabolism of brain cells using safe radioactive isotopes. Light: A wave; a stream of photons, tiny particles that each consist of one quantum of energy Light can be:  Absorbed: Energy (e.g., light) that is taken up, and is not transmitted at all Reflected: Energy that is redirected when it strikes a surface, usually back to its point of origin Transmitted: Energy that is passed on through a surface (when it is neither reflected nor absorbed by  the surface) Refracted: Energy that is altered as it passes into another medium, (e.g., light entering water from the  air) Refraction is necessary to focus light rays and this is done by the lens The lens can change its shape, and thus alter the refractive power: Accommodation Astigmatism: A visual defect caused by the unequal curving of one or more of the refractive surfaces of  the eye, usually the cornea Cataracts: loss of transparency in lens (solved with silicone implants) Presbyopia: "old sight". Inability to accommodate nearby objects. Retinitis pigmentosa: A family of hereditary diseases that involve the progressive death of  photoreceptors and degeneration of the pigment epithelium But the resemblance stops at the RETINA, where transduction occurs. Light is transduced by rod and cone photoreceptors Photoreceptors: Cells in the retina that initially transduce light energy into neural energy Slice of the retina, about half the thickness of a credit card. photoreceptors in LAST LAYER, mostly because of the pigment epithelium (provide vital nutrients to the  photoreceptors). Photoreceptors: Cells in the retina that initially transduce light energy into neural energy. Rods: Photoreceptors that are specialized for night vision Cones: Photoreceptors that are specialized for daylight vision, fine visual acuity and color 90 million rods 4 million cones. Various regions of the retina interact via lateral inhibition: Horizontal cells and amacrine cells These form the horizontal pathway of information processing in the retina. The vertical pathway describes the information processing from the photoreceptors to the ganglion  cells:  Photoreceptors ­> bipolar cells ­> ganglion cells The Receptive Field On­center ganglion cell: response is high when light is on center  Off­center ganglion cell: response is high when light spot is in the surround Two mechanisms for dark and light adaptation:  Pupil dilation Photoreceptors and their replacement Neural circuitry of the retina accounts for why we are not bothered by variations in overall light levels rods: sensitive but slow cones: fast, wide range, but only after a minimum of light (10 photons per second). wiring: ganglion cells can still report activity as they sum­up what's going on at the photoreceptor level (plus  on­off surround differences). The visual system regulates the amount of light entering the eye (pupil), and ignores whatever variation in  overall light level is left over (ganglion cells). RODS can respond to one photon. But that uses up their photopigment and we have to wait until it is  replenished. In low light conditions, that works great, we have time to replenish each photopigment between  photons.  When light increases, the photopigments cannot regenerate fast enough, so the rods are bleached. We  become insensitive to changes in overall illumination. But, the cone system picks up: 10 photons per second (minimum light to see color) to 1 million photons per  second. the path of image processing from the eyeball to the brain? 1.Eye (vertical path) Photoreceptors Bipolar cells Retinal ganglion cells 2.Lateral geniculate nucleus 3.Striate cortex Acuity: The smallest spatial detail that can be resolved Measuring visual acuity: Eye doctors use distance (e.g., 20/20) Vision scientists use the smallest visual angle of a cycle of a grating Spatial Frequency: The number of cycles of a grating per unit of visual angle (usually specified in  degrees) Cycles per degree: The number of dark and bright bars per degree of visual angle Contrast: The difference in illumination between a figure and its background. Contrast Threshold = minimum difference in contrast for you to detect a pattern. Contrast Sensitivity = inverse of Contrast Threshold Contrast sensitivity function (CSF): a plot of the threshold contrast to detect the grating (as  opposed to seeing a uniform gray) as a function of spatial frequency.  Contrast sensitivity is the inverse of the contrast Threshold.  For 1 cycle / degree, the light must be 0.01 lighter than the background dark region (surface reflecting 1000  photons, the background reflecting 990). A contrast of 100% (All light vs No light) corresponds to a contrast sensitivity of 1. We can see about 60  cycles / degree at that sensitivity. 60 cycles per degree is 0.017 (as mentioned before). Patterns of stripes with fuzzy boundaries are quite common Trees in a forest, books on a bookshelf, pencils in a cup The edge of any object produces a single stripe, often blurred by a shadow, in the retinal image The visual system breaks down images into a vast number of components; each is a sine wave grating with  a particular spatial frequency This is called “Fourier analysis,” which is also how our perceptual systems deal with sound waves Phase: The phase of a grating refers to its position within a receptive field Not only is the spatial frequency important, but so is the phase Two lateral geniculate nuclei (LGNs). Axons of retinal ganglion cells synapse there. Relays between retina and cortex. 6 layered structure. Geniculate means bent. Bottom two layers have larger cells: MAGNOCELLULAR layers. Top four are PARVOCELLULAR (small in latin). Two types of layers in LGN: Magnocellular vs. Parvocellular MAGNO:  parasol system.  Fast, large moving objects PARVO: Midget system Details in static objects RETINAL PROJECTION The world is divided at the LGN: Left side ospace  goes right. Right side ofspace  goes left. But note: Botheyes  project to both LGNs! Each  layer: input from ONE eye. Each layer = organized map of half of the visual field Ipsilateral: Referring to the same side of the body (or brain) Contralateral: Referring to the opposite side of the body (or brain) LGN is not only a “relay” between eyes and visual cortex, it also receives information from a number of  other brain areas, functioning as a gate to the cortex. Striate cortex Also known as primary visual cortex or V1 Major transformation of visual information takes place in striate cortex It has about 200 million cells! MORE THAN 100 times the number in the LGN. Two important features of striate cortex:  Topographical mapping Dramatic scaling of information from different parts of visual field CORTICAL MAGNIFICATION 1 degree of visual angle at fovea is processed by 15 times more neurons than 1 degree of visual angle  just 10 degrees away from fovea. This makes sense, because acuity is lower at the periphery. Visual acuity declines in an orderly fashion with  eccentricity. One consequence of cortical magnification is that images in the periphery have much lower resolution than  images at fixation. This can lead to isual crowding : the deleterious effect of clutter on peripheral object detection. Stimuli that can be seen in isolation in peripheral vision become hard to discern when other stimuli are  nearby. This is a major bottleneck for visual processing. When we can’t see an object due to crowding, we have to move our eyes to look directly  at it with our high acuity foveal receptive fields. Selective Responsiveness: Orientation tuning: tendency of neurons in striate cortex to respond  opti
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