Biológia | Felsőoktatás » Dr. Kutor László - Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz

Intelligens Rendszerek Elmélete dr. Kutor László Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz http://mobil.nikbmfhu/tantargyak/irehtml Login név: ire jelszó: IRE07 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/1 A természetes idegi hálózatok specializáltak A hálózat típusa meghatározza a működést (nem univerzális!) „Brodmann” agyterületek 2008. ősz BMF NIK, http://spot.coloradoedu/~dubin/talks/brodmann/brodmannhtml dr. Kutor László IRE 2/2 Az elemzés területei Š A biológiai érzékelés alaptörvényei Š Információ feldolgozás és továbbítás az Š Š Š Š Š 2008. ősz idegrendszerben Érzékszervek a bőrben Látás Hallás Fej-, és testhelyzet érzékelés Kémiai anyagok érzékelése (íz, 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 ingernagysággal az ingerület frekvenciája arányos 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/4 Agykérgi érzékelő (receptív) mező 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/5 Az idegsejtek típusai 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/6 Idegsejt hálózatok és idegpályák 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/7 Központi ideghálók 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/8 Az ingerület keletkezése 2008. 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 + Akciós potenciál Negatív utópotenciál Pozitív utópotenciál Ingerküszöb Nyugalmi potenciál depolarizáció 2008. ősz BMF

NIK, dr. Kutor László IRE 2/10 Az erős ingerlés hatása 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/11 Az érzékelhető ingerintenzitás 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 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/12 Az érzékelhető ingerintenzitás 2. Gustav Theodor Fechner (1860) Fechner törvény É = k * log (I) Szokásos jelölése: Ψ = k log (Φ) É = érzet intenzitás (Ψ) k = konstans I = inger intenzitás (Φ) 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/13 Az érzékelhető ingerintenzitás 3. Stanley Stevens (1953) Stevens törvény 2008. ősz É = k * In BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/14 Az érzékelhető

ingerintenzitás 3. Weber - Fechner törvény É = k * log I + c 2008. ősz BMF NIK, IRE 2/15 dr. Kutor László A bőr érzéksejtjei Inger modalitások: Nyomás Tapintás Vibráció Hő Fájdalom 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/16 Receptív mező (kétpont küszöb) 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/17 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. 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/18 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 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/19 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) 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/20 Látás 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/21 Fényérzékelő csapok 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/22 A csapok és pálcikák eloszlása a retinán 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE

2/23 Az emberi szem fényérzékenysége Csapok és pálcikák érzékenysége 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/24 Az emberi látás jellemzői Érzéksejtjei: csapok: ( 6 * 106 ) szín („photopiás”) látás jól megvilágított tárgyak részleteinek látása: pálcikák: ( 6 * 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 tgeljes napfényban 103 - 104 Izzólámpa szála 106 – 107 ívfény 108 napkorong 109 Atombomba robbanás (első 3 ms) 1010 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László Hallás 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/25 Békésy György Nobel díj (1961) IRE 2/26 A csiga (cochlea) működése Belső és külső szőrsejtek a csigában 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/27 Hang érzékenység

(phone skála) 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/28 A hallás jellemzői Hang receptora: Érzéksejtjei: Corti szerv (emberben 33 mm) belső és külső szőrsejtek Abszolút ingerküszöb: 10-12 W/m2 (1 kHz), fájdalom: 1010 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 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László Egyensúly érzékelés 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/29 Bárány Róbert Nobel díj (1914) IRE 2/30 A hallás és egyensúlyozás érzékszerve Halántékcsont (Os temporális) 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/31 Fejhelyzet érzékelés az állatokban 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/32 Fejhelyzet

érzékelés 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/33 Az érzőszőrök elhelyezkedése „crista” A félkörös ívjáratok „cristáiban” 2008. ősz BMF NIK, Az otolith szervekben dr. Kutor László IRE 2/34 Az érzéksejtek működése 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/35 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: 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 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/36 Testhelyzet érzékelés, szabályozás (Gamma hurok elve) 2008. ősz BMF NIK, dr. Kutor László IRE 2/37 Szaglás 2008. ősz BMF NIK, dr.

Kutor László IRE 2/38