Modelización de la Sensibilidad Espacial en el Sistema Visual

Modelización de la Sensibilidad Espacial Neuronal

¿Cómo se modeliza la sensibilidad espacial de una célula de la retina? ¿Y la de una célula de la corteza visual? ¿Cuántos parámetros hay que ajustar en cada caso, a partir de las respuestas de la célula medidas experimentalmente?

Retina

Los campos receptivos (CR) de las células ganglionares y del LGN, y buena parte del córtex estriado, tienen simetría circular. Para cualquier punto de luz encendido a una misma distancia del centro, producen igual respuesta. La función que describe cómo cambia la respuesta con la distancia al centro (o con las coordenadas x e y del estímulo si el CR no tuviera simetría circular) se denomina sensibilidad espacial.

La forma típica de la sensibilidad espacial de dos mecanismos centro-periferia es la siguiente: (formula1) donde AC, AP y σC, σP son las amplitudes y las desviaciones estándar, respectivamente, de los dos mecanismos. La sensibilidad espacial de la célula es la suma de las sensibilidades de tales mecanismos. Si un mecanismo, por ejemplo, el centro, actúa de manera excitatoria y el otro, la periferia, de manera inhibitoria, la suma (signo incluido) será la diferencia entre las gaussianas.

CR = (formula2)

El mecanismo al que denominamos periferia responde desde su propio centro, que se encuentra en la misma posición que el del mecanismo al que denominamos centro. Esta respuesta espacial de una célula es lo que se conoce como modelo de Rodiek.

Parámetros a ajustar en la Retina:

• AC
• AP
• σC
• σP

Córtex Visual

En el córtex, la función del CR ya no coincide con el modelo de Rodiek. La sensibilidad espacial se puede describir como una sinusoide modulada por una gaussiana bidimensional de base elíptica que se ajusta con la función de Gabor bidimensional.

(formula3) (La función de Gabor bidimensional consta de una sinusoide modulada por una gaussiana bidimensional).

Parámetros a ajustar en el Córtex Visual:

• tg(θ) = fy/fx: es la orientación de la gaussiana.
• φ: indica la posición relativa de la sinusoide y la forma del CR.
• σ: indica el tamaño del CR.

Experimentos de Sintonización en el Sistema Visual

Cita y describe brevemente 4 experimentos que pongan de manifiesto la existencia de mecanismos sintonizados en frecuencia y orientación en el sistema visual (SV).

• Post-efectos clásicos de anchura e inclinación: El observador se adapta a una barra blanca de 3 mm sobre un fondo blanco y luego se le muestra otra barra con la misma orientación a la que tiene que ajustar el ancho para que coincida con la anterior.

  Si la barra del test es más ancha que la del adaptador, se percibe con una anchura mayor; el test se aleja del adaptador. Si la frecuencia del adaptador es menor que la del test, la frecuencia percibida tiende a aumentar.

• Post-efecto de frecuencia (en visión monocular): La parte superior de la retina se adapta a una red de frecuencia alta y la parte inferior a frecuencias menores. Si después se adapta a otras redes con las mismas frecuencias, verá que la parte superior de la retina se adapta a frecuencias bajas y la parte inferior de la retina a frecuencias altas.

• Post-efecto de orientación: Es igual al experimento de post-efecto de frecuencia, pero en lugar de cambiar las frecuencias, variamos la orientación.

• Post-efecto de fase: Hay 4 imágenes. El observador se adapta a las imágenes de la izquierda. Al ver luego las de la derecha, las líneas de arriba se ven más estrechas y las de abajo más anchas.

Sensores de V1 y Dominio Frecuencial

Haz un dibujo mostrando cómo los sensores de V1 recubren el dominio frecuencial (fx, fy), y enuncia las características esenciales de dichos sensores.

(Nota: No es posible incluir un dibujo en este formato. A continuación se describen las características esenciales de los sensores de V1).

Características esenciales de los sensores de V1:

• La anchura de banda crece proporcionalmente en octavas con la frecuencia de sintonizado.
• Los filtros de frecuencia espacial son más grandes a mayor frecuencia de sintonizado. A medida que me alejo (del centro visual), el sensor (campo receptivo) se va haciendo más grande.
• La anchura de la banda en orientación es la misma, independientemente de la frecuencia de sintonizado.
• La anchura de la banda de orientación es de 30º y la anchura de banda en frecuencia es el tamaño de cada sensor (en el dominio frecuencial).
• Los centros de las elipses (que representan la frecuencia óptima de cada sensor) están equiespaciados en octavas.