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Chapter 6

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University of Toronto Scarborough
Ted Petit

Chapter 6: Sensation and Perception  6.1: RGANIZATION OF  ENSORY  SYSTEMS    • Primary sensory cortex – first part of the cortex that receives information relayed from the sense through  the thalamus  o Of the visual cortical areas, this has the most direct access to the information provided by the  sensory systems   Sends this information to secondary sensory cortical areas • Secondary sensory cortex receives much of its information from the PSC  o Highly interconnected and also receives information from other areas of the secondary sensory  cortex  o Sends its information to the association cortex  • Sensory systems can be categorized into three organizing principles: o Characterized by hierarchical organization o Each level of the organization contains functionally distinct cortical areas o Processing of sensory information occurs in parallel throughout the cortex  Processing of information in Parallel • Initially, sensory systems were viewed as serial circuits  o If one part of the circuit was missing, then the flow of information was stopped at the point at  which the break occurred  • Information is actually transmitted throughout the sensory system in parallel  o Each level receiving some information from the level immediately below it and some information  levels below that  o Information flows through the levels of the sensory system rapidly and decreases the reliance of the  system on any one level of processing  • **Areas of the sensory system are very interconnected with each other (both within and between levels)  o Also descending connections between the levels   6.2:HE  VISUAL SYSTEM    Light: Stimulus for the Visual System  • Electromagnetic (EM) energy exists in a very wide range of frequencies o At very short wavelengths, EM energy forms high­energy gamma rays and X­rays  o At very long wavelengths, it forms low­energy radio waves  o In the middle, EM energy is visible to the human eye  • All EM is light which has two sources: o Either coming directly from something that is producing it (e.g. Sun)  o Or light that has traveled from a source to an object and is then reflected off the object or multiple  objects  • Different wavelengths of light are perceived as different colors  o Short wavelengths appear violet, blue, or green o Longer wavelengths appear orange or red  o Bee can detect lower frequencies of light (in UV range) than humans can  The Eye and Retina  • Light enters the eye through the pupil and is focused on the retina by the curvature of the cornea and fine­ tuned by the lens  • Retina is layered structure at the back of the eye that contains five different types of cells: o Receptors, horizontal cells, bipolar cells, amacrine cells, and retinal ganglion cells  • Receptors are responsible for converting light energy into neural responses  o Transmitted to the brain via the retinal ganglion cells  o Specialized and are active during different types of lighting conditions  • Amacrine and horizontal cells are responsible for lateral communication between the various cells  • Bipolar cells synapse on the receptors o Turn synapse on the retinal ganglion cells  Axons leave retina via optic nerve  • Rods typically active in low light levels and very sensitive to movement  • Cones active in medium to bright light and are responsible for high­acuity vision, or vision that provides rich  details and color  o Tend to synapse 1:1 on bipolar cells   Then synapse individually on retinal ganglion cells   Each retinal ganglion cell that synapses on a cone is quite sensitive to the activity of that  cone  • Refer to sides of the retina closest to the nose as nasal and the side closest to your temples as temporal  • Retinal ganglion cells in the nasal hemiretina project contralaterally to the lateral geniculate nucleus of the  thalamus  • Retinal ganglion cells in the temporal hemiretina project ipsilaterally to the LGN  • **Ensures that information about the right side of space from either eye stays together in the left LGN and  that information about the left side of space from either eye stays together in the right LGN  Retino­Geniculate­Striate System  • Begins in the eye and ends in the primary visual cortex  The Lateral Geniculate Nucleus of the Thalamus  • Top four layers of the LGN are composed of neurons that have small cell bodies and are referred to as the  parvocellular/P layers  o Responsive to color, detail, and stationary or slowly moving objects  o Retinal ganglion axons of P pathway belong to neurons that synapse on cones • Bottom two layers of LGN are composed of neurons with large cell bodies and are referred to as the  magnocellular or M layers  o Responds to movement and orientation but does not respond to color or detail  o Retinal ganglion axons of the M pathway belong to neurons that synapse on rods  Striate Cortex  • Information is transmitted ipsilaterally from the LGN to the primary visual cortex (V1) o Left LGN sends axons to left V1 and same with right  • Axons of LGN project and synapse on layer 4 of the cortex  o Layer 4 cells send projection to the other five layers of V1, mostly with the layers either  immediately above or below them  • Many of the cells in V1 are functionally segregated and respond only to specific features of the stimulus  • From V1, there are projections forward to the descriptively named areas of V2, then V3, then on to the V4  complex and then the middle temporal region (known as area MT) o MT sends its projections dorsally to the parietal lobe, and V4 complex sends its projections  ventrally to the temporal lobe • V1 receives projections from both the M and P pathways o Gateway to the higher cortical areas  o *Not all visual information gets projected to V1  Much of it is concerned with respond to color, movement, orientation, and other  information that is passed on through the M and P pathways   Cells in V1 may respond to stimuli presented to either retina, and they appear to compare  the position of the stimulus in the two eyes  • Called binocular disparity  • V2 categorized into three layers: thick, thin, and pale  o Thick stripes on V2 receive information from the M pathway and are primarily concerned with  movement  o Thin stripes in V2 receive information about color o Pale areas between thick and thin stripes receive information about color and orientation  o Cells respond selectively when the stimulus is moving  o Be sensitive to the depth of motion, or whether or not the object is moving away from or toward  you  o Adds further information about the nature of the stimulus  Addition of dimensionality that is not observed in the previous levels  • V3 receives information from the thick stripes in V2, and it receives some input directly from V1 (primarily  from M pathway)  o Responsive to movement and orientation and is functionally part of the M pathway  o Prefer specific velocities of motion o May be functionally involved in the tracking of moving objects through space  • Almost all visual input converges on the V4 complex o Receives information from V3 as well as V2 and the LGN  o Responsive to color and orientation and sends its projections ventrally to the temporal lobes for  further processing  o Two functional systems are present:   Color­selective system that probably plays a role in the perception of color  Spatially sensitive and orientation­sensitive system that plays a role in pattern recognition  • MT aka V5 is responsive to movement and orientation and sends its projections dorsally to the posterior  parietal cortex for further processing o Functionally relevant for analysis of movement  • Responsive means that AP potentials are produced by the neuron in response to a particular stimulus  Ventral and Dorsal Streams of Processing Visual Information The Ventral System • Area V4 is the origin  o Responsive to both color and patterns o Main output for neurons in V4 is the inferior temporal cortex and has more than one functional unit   There are cells that are very complex and tend to be selective for shape, color, or texture  • Cells that are selective for specific faces led to ventral system being labeled the  “what” pathway   Respond selectively to the object and appear to be unaffected by changes in position or  orientation  • As we move from the retina to the inferior temporal cortex, size of the receptive fields increases  o Neurons are more receptive to the global features of objects rather than just one feature  o Neurons in the inferior temporal cortex respond to the integrated features of the entire objects  Aids in identification   Neurons can “see” color   Figure­ground separation provides important cues about object identity and helps the  brain to construct a 3D percept of the world  The Dorsal System  • Area MT is the origin with exquisite sensitivity to movement, in both 2D and 3D space  • Features of the M pathway dominate main output for neurons in area MT is the posterior parietal cortex o Implicated in directing visual attention to specific points in space  • Often labeled the “where” p
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