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The Beginnings of Perception.docx

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Elizabeth Olds

The Beginnings of Perception Light and Focusing ­ The ability to see an object depends on information contained in light reflected  from that object into the eye Light: The Stimulus for Vision ­ Vision is based on visible light, band of energy within the electromagnetic  spectrum ­ Electromagnetic spectrum is a continuum of electromagnetic energy that is  produced by electric charges and is radiated as waves ­ Wavelength is the distance between the peaks of the electromagnetic waves;  energy in the spectrum o Expand from short gamma rays (10 ­12m) to long radio waves (10 )m ­ Visible light is the energy within the electromagnetic spectrum that humans can  perceive o Wavelengths range from 400­700nm o Photon is the smallest packet of light energy The Eye ­ Eyes contain receptors for vision ­ First eyes were on worms that could only detect light and dark, not images ­ Light reflected from objects enter the eye through the pupil and is focused by the  cornea and lens to form sharp images of the objects on the retina ­ The retina is the network of neurons that cover the back of the eye and that  contain the receptors for vision ­ The rods and cones contain light­sensitive chemicals called visual pigments that  react to light and trigger electrical signals  ­ Signals from the receptors flow through the network of neurons that make up the  retina and emerge from the back of the eye in the optic nerve, which conducts  signals toward the brain ­ The cornea, lens, receptors, and neurons, shape what we see by two  transformations: o The transformation from light reflected from an object into an image of  the object o The transformation from the image of the object into electrical signals Light is Focused by the Eye ­ Light is reflected into the eye and is focused onto the retina by the cornea and  lens ­ The Cornea is the transparent film covering the front of the eye o Controls 80% of eyes focusing power, but cannot adjust focus ­ The Lens is the transparent focusing element at the front of the eye behind the  cornea  o Controls 20% of eyes focusing power, can change its shape to adjust the  eyes focus for objects o Change in shape is achieved by the ciliary muscles increasing curvature ­ Understanding why the eye needs to adjust by considering people with 20/20  vision. If the object is far, light rays are parallel when entering the eye and are  brought to a focus on the retina. If object moves closer, light rays enter the eye at  an angle, which pushes the focus back and object is blurred. Therefore  accommodation needs to occur ­ Accommodation is the change in the lens’s shape that occurs when the ciliary  muscles at the front of the eye tighten and increase the curvature of the lens so  that it gets thicker and focused ­ Near point is the distance at which your lens can no longer accommodate to bring  close objects into focus  Loss of Accommodation With Increasing Age ­ Presbyopia (old eye) is when the distance of the near point increases as a person  gets older o Near point for 20yr olds is 10cm, 30yr olds is 14cm, 40yr olds 22cm, 60yr  olds 100cm o Loss of ability to accommodate occurs because the lens hardens and the  ciliary muscles weaken o Solution: view things at a farther distance or get glasses Myopia ­ Myopia or nearsightedness is an inability to see distant objects clearly ­ Myopic optical system brings parallel rays of light into focus at a point in front of  the retina, so the image that reaches the retina is blurred. This is caused by two  factors: o Refractive myopia in which the cornea and/or the lens bends the light too  much o Axial myopia in which the eyeball is too long ­ Far point is the distance at which light becomes focused on the retina; when  object reaches far point, a person with myopia can see clearly ­ Solution: obtain glasses/corrective lens’s which bend incoming light so that it is  focused as if it were at the far point ­ Laser­assisted in situ keratomileusis surgery to change the shape of the cornea  Hyperopia ­ Hyperopia or farsightedness can see distant objects clearly but has trouble  seeing nearby objects ­ In the hyperopic eye, the focus point for parallel rays of light is located behind the  retina because the eyeball is too short. Sometimes headaches and eye strain occur  because of the constant need to accommodate  ­ Focusing an image on the retina is the initial step, the image gets processed in the  brain Receptors and Perception ­ Light entering visual receptors triggers electrical signals when the light is  absorbed by light­sensitive visual pigment molecules in the receptors Transforming Light Energy into Electrical Energy ­ Transduction is the transformation of one form of energy into anther form of  energy ­ Light energy into electrical energy occurs within the rods and cones ­ Visual pigment are contained in the outer segment, which contains light sensitive  visual pigments ­ Visual pigments have two parts: o Opsin: large protein  o Retinal: small protein  ­ When retinal and opsin combine, the resulting molecule absorbs visible light ­ When the visual pigment absorbs a photon, the retinal changes from being bent to  straight, this is called isomerization  ­ Isomerization creates a chemical chain reaction that activates thousands of  charged molecule to create electrical signals in receptors ­ Isomerizing one visual pigment molecule causes a chain of chemical reactions  which releases charged molecules resulting in activation of the receptor   ­ Visual pigments help determine how well our eyes adjust in the dark Adapting to the Dark ­ Dark Adaptation is increasing the sensitivity to light in the dark  ­ Distribution of the Rods and Cones o The ratio of rods and cones depends on the location in the retina o The fovea only contains cones; the objects image falls on the fovea  o The peripheral retina contains both rods and cones; it contains many more  rods than cones ­ Macular degeneration, common in old people, destroys the cone­rich fovea and  a small area that surrounds it. This creates a blind region in central vision ­ Retinitis pigmentosa is a degeneration of the retina that is passed from one  generation to the next. It first attacks the peripheral rod receptors and results in  poor peripheral vision. Eventually the foveal cone receptors are also attacked  resulting in blindness  ­ The blind spot has an absence of receptors which is where the optic nerve leaves  the eye ­ Demonstration: Look at cross, circle will disappear. The blind spot is located off  to the side of our visual field where objects are not in sharp focus. We don’t see  the blind spot because of the mechanism in the brain that fills in the place where  the image disappears  ­ Dark adaptation curve is the function relating sensitivity to light to time in the  dark, beginning when the lights are extinguished   ­ Measuring the dark adaptation curve: observer looks at a fixation point, its image  falls on the fovea, so image of test light falls on the peripheral retina; measures  the threshold by adjusting the intensity of light with a knob; high threshold  corresponds to a low sensitivity; sensitivity measured in the light is called the  light­adapted sensitivity because it is measured while the eyes are adapted to the  light; Dark­adapted sensitivity is the sensitivity at the end of the dark­adaptation  ­ Sensitivity = 1/threshold  ­ As adaptation proceeds, the observer becomes more sensitive to the light (graph:  movement down means increase in sensitivity) ­ Dark­adapted sensitivity is 100,000 times greater than the light­adapted sensitivity ­ Rod Monochromates are people who do not have any cones due to a genetic  defect  ­ When the lights are turned off, we see with our cones first and then our rods ­ Visual pigment regeneration occurs more rapidly in the cones than the rods  which is why it takes 5min for the cones to reach their maximum sensitivity and  20min for the rods to reach it ­ Visual pigment bleaching is when the opsin separates from the retinal and causes  the molecule to become lighter in colour  ­ This means that in most normal light levels, your eye always contains some  bleached visual pigment and some intact visual pigment. When you turn out the  lights, the bleached visual pigment continues to regenerate, but there is no more  isomerization, so eventually your retina contains only intact (unbleached) visual  pigment molecules. ­ Rushton’s measurements showed that cone pigment takes 6 minutes to regenerate  completely, whereas rod pigment takes more than 30 minutes. ­ He found that the rate of cone dark adaptation matched the rate of cone pigment  regeneration and the rate of rod dark adaptation matched the rate of rod pigment  regeneration ­ These results demonstrated two important connections between perception and  physiology: o Our sensitivity to light depends on the concentration of a chemical—the  visual pigment. o The speed at which our sensitivity increases in the dark depends on a  chemical reaction—the regeneration of the visual pigment. ­ This condition, called detached retina, can occur as a result of traumatic injuries  of the eye or head, as when a baseball player is hit in the eye by a line drive.  When this occurs, the bleached pigment’s separated retinal and opsin can no  longer be recombined, and the person becomes blind in the area of the visual field  served by the separated area of the retina. ­ The differences in the rod and cone responses to the spectrum have been studied  by measuring the spectral sensitivity of rod vision and cone vision, where  spectral sensitivity is the eye’s sensitivity to light as a function of the light’s  wavelength. Spectral Sensitivity ­  Spectral sensitivity curves  —the relationship b
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