ASPHI
Fondazione Onlus
La percezione sensoriale
Tecnologie per la disabilità – A.A. 2010/2011
Sommario
1.
2.
3.
4.
5.
2
L’uomo elaboratore di informazione
Il meccanismo della percezione
L’udito
La vista
Gli altri sensi
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Premessa: classificazione ICF delle funzioni
corporee
3
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Premessa: classificazione ICF delle funzioni
corporee
4
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’uomo elaboratore di informazioni
La percezione sensoriale
La psicologia cognitiva
“La psicologia cognitiva si occupa di tutti i processi
per mezzo dei quali l’input sensoriale viene
trasformato, ridotto, elaborato, immagazzinato,
recuperato ed infine utilizzato.”
L’uomo come elaboratore di informazione
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linguaggio
soluzione di problemi
ragionamento
decisione
percezione
attenzione
memoria
apprendimento
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’uomo elaboratore di informazione
L’informazione viene processata dal cervello dell’uomo
secondo una serie
Attenzione
di stadi ben definiti
Stimoli
Registri
sensoriali
Riconoscimento
di pattern
Decisione e
selezione della
risposta
Esecuzione della
risposta
Memoria a
breve termine
Memoria
Memoria a
lungo termine
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’uomo elaboratore di informazione
I problemi funzionali possono essere a qualunque livello
Attenzione
Stimoli
Registri
sensoriali
Riconoscimento
di pattern
Decisione e
selezione della
risposta
Esecuzione della
risposta
Memoria a
breve termine
Memoria a
lungo termine
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Memoria
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’uomo elaboratore di informazione
L’elaborazione dell’informazione può avvenire in due
modi
Elaborazione guidata dai dati
i dati in ingresso avviano gli stadi di elaborazione fino al
riconoscimento
Elaborazione guidata dai concetti
la conoscenza di una probabile interpretazione ci aiuta a
percepirla
In generale: contributo di entrambi i tipi di elaborazione
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Tecnologie per la disabilità
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Elaborazione guidata dai dati e dai concetti
http://www.mindmaptutor.com/
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Tecnologie per la disabilità
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FINISHED FILES ARE THE
RESULTS OF YEARS OF SCIENTIFIC
STUDY COMBINED WITH THE
EXPERIENCE OF MANY YEARS.
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Tecnologie per la disabilità
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Il meccanismo della percezione
La percezione sensoriale
Sensazione e percezione
Sensazione = impressione soggettiva, immediata e
semplice che corrisponde a una determinata intensità
dello stimolo fisico
Percezione = l’organizzazione immediata, dinamica e
significativa delle informazioni sensoriali, corrispondenti a
una data configurazione di stimoli, delimitata nello spazio
e nel tempo
Informazione
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Sensazione
Percezione
Tecnologie per la disabilità
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Limiti organici
Percepiamo solo forme di energia per cui abbiamo
recettori sensoriali
Recettori: cellule specializzate degli organi di senso che
traducono l’energia fisica in segnali elettrici che
raggiungono il cervello
http://www.medicalook.com/human_anatomy/organs/
Somatic_senses.html
L’energia deve essere
sufficientemente intensa per essere rilevata
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Esempio di ricettori
Ricettori dell’epidermide
Tatto
Temperatura
Dolore
Pressione
http://www.exploringnature.org/
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Tecnologie per la disabilità
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Quando rileviamo gli stimoli?
Psicofisica: studio della variazione delle sensazioni al variare
degli stimoli fisici
Anche la più semplice dimensione fisica è soggetta ad una
complessa analisi da parte del sistema nervoso
Metodo psicofisico
Relazioni non costanti
Stimoli con grandezze intorno alla soglia di percezione
Decisioni elementari
Presentazione ripetuta degli stimoli
Misura della soglia di percezione: lo stimolo è rilevato nel 50%
dei casi
Misura della discriminazione: il più piccolo cambiamento di
uno stimolo in grado di essere percepito
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Tecnologie per la disabilità
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Esempi di soglia di percezione
Senso
Quantità minima di stimolazione
Vista
La fiamma di una candela in una notte
serena e senza luna, a 45 km di distanza
Udito
Il ticchettio di un orologio a 6 m di
distanza in un ambiente quieto
Olfatto
Una goccia di profumo nel volume
equivalente a sei grandi stanze
Tatto
L'ala di una mosca che cade sulla guancia
dall'altezza di 1 cm
Gusto
Un cucchiaino di tè colmo di zucchero in
circa 9 litri d’acqua
La soglia di percezione in realtà varia in funzione del soggetto,
attenzione, esercizio, stato emotivo, …
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Tecnologie per la disabilità
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Legge della potenza di Stevens
Stanley Smith Stevens, 1956
Misura della soglia differenziale
S = giudizio sensoriale del soggetto
I = intensità dello stimolo
k = costante che dipende dall’unità
di misura scelta
S = k • In
S
n varia a seconda dello stimolo
I
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Tecnologie per la disabilità
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Legge della potenza di Stevens
Esempio di esponenti
Stimolo
Luminosità
0,33
Intensità sonora
0,67
Lunghezza
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Esponente
Percezione “minore”
1
Calore
1,6
Scossa elettrica
3,5
Percezione “maggiore”
Tecnologie per la disabilità
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La percezione
L’energia dello stimolo (input) è trasformata in un
impulso nervoso
Apparati sensoriali: trasduttori
Organi separati per i
vari “sensi”
Sistema nervoso centrale:
elaboratore,
integratore
Organo “unico”
http://brainwaves.corante.com/
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Tecnologie per la disabilità
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Alcuni dati di fatto
Gli stimoli sono ricchi di informazione
I sensi hanno molto in comune ed interagiscono fra loro
Particolare sensibilità ai cambiamenti
Il sistema sensoriale di regola è molto efficiente ma può
essere “ingannato”
Cambiamento = potenziale pericolo…
La conoscenza preacquisita e le aspettative influenzano la
percezione
Illusioni: strumento utile e divertente per rivelare le
caratteristiche della percezione
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Tecnologie per la disabilità
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Le illusioni
Aiutano a “capire” come funziona la percezione
Griglia di Hermann
http://it.wikipedia.org/
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Tecnologie per la disabilità
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http://www.mcescher.altervista.org/
Le illusioni
Ambiguità di
intepretazione
Discordanza fra dati
e concetti
David Marr:
“percepire è costruire
un significato”
M.C. Escher, “Cascata”
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Tecnologie per la disabilità
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Il “cammino” della percezione
Corteccia associativa
Corteccia secondaria
Corteccia primaria
Centri sensoriali
del Sistema
Nervoso
Centrale
Nuclei intermedi (talamo)
Vie sensoriali afferenti
http://saluteolistica.blogspot.com/
Recettori sensoriali
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Tecnologie per la disabilità
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I recettori
Esterocettori
Raccolgono stimoli provenienti dall’ambiente esterno
Sono localizzati sulla superficie dell’organismo
Tradizionalmente classificati in recettori per la vista, l’udito, il tatto,
l’olfatto, il gusto
Enterocettori
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Raccolgono stimoli provenienti dall’ambiente interno
Sono localizzati in profondità
Viscerocettori: raccolgono stimoli dai visceri per coordinare la vita
vegetativa e quindi i processi omeostatici
Recettori dell’equilibrio: raccolgono informazioni sulla posizione e sui
movimenti di tutto il corpo
Propiocettori: raccolgono informazioni sulle posizioni relative e i
movimenti dei vari muscoli
Tecnologie per la disabilità
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Esterocettori
Convertono uno stimolo fisico o chimico in un potenziale
d’azione che trasmetterà le caratteristiche qualitative e
quantitative dello stimolo stesso al Sistema Nervoso Centrale
Sono “selettivi”: dedicati ad una specifica forma di energia
detta anche modalità sensoriale
Sono “altamente sensibili” perché possono amplificare gli
stimoli che ricevono
Potenziale di riposo del recettore: le sue variazioni possono
dare l’avvio alla trasmissione del segnale nervoso che
generalmente si comporta come un fenomeno “tutto o nulla”
Il tipo di sensazione dipende dalla via nervosa seguita
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Tecnologie per la disabilità
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Classificazione dei recettori
In base alla forma di energia per la quale sono
selettivamente sensibili
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Chemocettori (energia chimica)
Meccanocettori (energia meccanica)
Termocettori (energia termica)
Fotocettori (energia luminosa)
Elettrocettori (energia elettrica)
Recettori acustici (onde sonore)
Tecnologie per la disabilità
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Tipi di
cellule
Neuroni
modificati
Semplici
Complessi
Cellule
specializzate
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Tecnologie per la disabilità
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La trasmissione dello
stimolo
Se lo stimolo continua il
recettore cessa di reagire
al segnale
“Adattamento”
I recettori del dolore o
quelli legati alle funzioni
dell’equilibrio non si
adattano o si adattano
molto lentamente
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Tecnologie per la disabilità
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Organizzazione periferica
Un singolo neurone afferente con tutte le sue terminazioni
recettoriali è un’unità sensoriale
L’area del corpo che, se stimolata, genera attività in un’unità
sensoriale o in un altro neurone della via afferente è detto il
campo recettivo di quel neurone
L’ampiezza del campo recettivo varia inversamente alla densità
dei recettori
Un’alta densità recettoriale dà origine a piccoli campi recettivi,
che generano una maggiore acuità o abilità discriminativa
dell’input
La sovrapposizione di campi recettivi permette interazioni tra
inputs sensoriali e raffina la discriminazione sensoriale
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Tecnologie per la disabilità
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Organizzazione centrale
Vie sensoriali specifiche (afferenti primarie) trasmettono
informazione da un unico tipo di recettore sensoriale a
specifiche aree primarie riceventi della corteccia
cerebrale circa un unico tipo di stimolo.
Vie non-specifiche convogliano informazione da più di un
tipo di unità sensoriali alla formazione reticolare bulbopontina e al talamo
L’arrangiamento delle vie sensoriali dà origine a
convergenza o divergenza dell’input sensoriale
Ciò influenza la qualità della sensazione a livello conscio o
subconscio all’interno del Sistema Nervoso Centrale
Le vie sensoriali
La via olfattiva proietta dal
naso direttamente alla
corteccia
La via dell’equilibrio
proietta al cervelletto con
una diramazione alla
corteccia attraverso il
talamo
Tutte le altre vie passano
attraverso il talamo prima
di proiettare alle loro aree
corticali specifiche
Copyright © 2007 Pearson Education, Inc.
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Tecnologie per la disabilità
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Le vie sensoriali
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Tecnologie per la disabilità
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L’organizzazione funzionale del cervello
Le strutture cerebrali possiedono un’organizzazione
funzionale
http://www.colorado.edu/
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Tecnologie per la disabilità
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Le tecniche di brain imaging
Le tecniche di brain imaging rilevano le funzioni cerebrali
in vivo, permettondo di osservare cosa accade nel
cervello quando siamo impegnati in qualche azione, o
sottoposti a stimoli percettivi
La PET(Positron Emission Tomography), la SPECT (Single
Photon Emission computed Tomography) e la risonanza
magnetica funzionale sono tra le tecniche più usate
Queste tecniche misurano principalmente lafflusso di
sangue nelle varie regioni cerebrali
Le aree attive del cervello usano maggiore energia e
quindi richiedono un più elevato rifornimento di ossigeno
e glucosio
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
PET (Positron Emission Tomography)
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
I due emisferi del cervello
http://www.fisiokinesiterapia.biz/
Gli emisferi cerebrali destro
e sinistro sono quasi identici
e posti in maniera speculare
l’uno rispetto all’altro
Gli emisferi si scambiano
informazioni tramite un
fascio di fibre che li collega,
chiamato corpo calloso
L’emisfero sinistro
controlla i movimenti e la
sensibilità della parte destra
del corpo e viceversa: le
fibre nervose provenienti dai
due emisferi cerebrali si
incrociano a livello del
midollo allungato
Esiste una specializzazione
emisferica
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’udito
La percezione sensoriale
Lo stimolo uditivo
Il suono è prodotto dalle vibrazioni di un mezzo elastico
(aria, legno, …)
Le onde sonore possono essere descritte in termini di
frequenza ed ampiezza
La maggior parte dei
suoni è il risultato della
sovrapposizione di un
numero infinito di onde
con frequenza e ampiezza
variabili
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La frequenza
Un suono puro è costituito da un’onda sinusoidale di
frequenza costante
Si misura in hertz (Hz), dove 1 Hz caratterizza un
“evento” che occorre una volta in un secondo
http://www.cattolica.info/
40
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’ampiezza
Definisce la variazione massima della pressione dell’aria
http://www.cattolica.info/
Si misura in Pascal (N/m2)
Più spesso si fa riferimento all’ampiezza di un suono in
rapporto alla soglia uditiva dell’orecchio (20 p)
Tale rapporto si esprime in decibel (dB)
41
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Livelli audio
(decibel)
Scala logaritmica
Soglia di udibilità: 0 dB
Soglia del dolore: 120 dB
http://apritisangia.splinder.com/
42
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La sensibilità dell’orecchio
L’orecchio umano è sensibile a frequenze comprese fra 20
e 20000Hz
La massima sensibilità è per frequenze comprese fra 2000
e 5000 Hz
In realtà la facoltà dell’orecchio umano di distinguere i
diversi suoni dipende
43
Dalla frequenza
Dall’ampiezza
Dall’età (la sensibilità alle alte frequenze diminuisce con gli
anni)
Dai suoni uditi precedentemente (fenomeni di mascheramento,
bande critiche)
Tecnologie per la disabilità
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La soglia di udibilità
http://www.tangible-technology.com/
parlato
44
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Le variabili psicofisiche
Tonalità
Sensazione sonora
Attributo del suono che permette di collocarlo all’interno della scala
musicale (da basso ad alto)
In prima approssimazione è proporzionale al logaritmo della
frequenza
Attributo del suono che permette di collocarlo all’interno di una
scala da debole a intenso
Cresce con l’intensità del suono, ma è influenzata anche dal
contenuto spettrale
Timbro
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Attributo del suono che permette di distinguere due suoni che
hanno lo stesso tono e sensazione sonora
Permette di identificare gli strumenti musicali
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’orecchio
http://www.associazioneairs.it/
http://www.audika.it/
46
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’orecchio
L’orecchio esterno raccoglie le onde sonore e funzionando come un
imbuto le convoglia in uno stretto tubo, il condotto uditivo esterno, che va
all’interno dell’orecchio
Alla fine del condotto uditivo esterno c’è la membrana del timpano
Il timpano è una membrana sottile che vibra quando viene colpita dalle
onde sonore
Il timpano è collegato ad una serie di tre ossicini, martello, incudine e staffa,
che si trovano all’interno dell’orecchio medio
La catena ossiculare trasmette le vibrazioni sonore in un piccolo organo
all’orecchio interno detto coclea (o chiocciola), una struttura di circa 0.5cm
per 1 cm che ha la forma del guscio della chiocciola
L’orecchio interno contiene una soluzione salina che trasmette i
cambiamenti di pressione all’interno della coclea
Dentro la coclea si trovano le cellule ciliate che traducono le vibrazioni
sonore in impulsi nervosi e li trasmettono al nervo acustico
Il nervo acustico (ottavo nervo cranico) porta il messaggio sonoro fino al
cervello, dove il suono viene interpretato
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La coclea
Composta essenzialmente da una spirale ossea collegata
ad un canale cocleare
Compie 2 giri e 3/4 attorno
al proprio asse che prende
il nome di modiolo
Il canale cocleare è diviso
longitudinalmente da due
membrane, la membrana
basilare e la membrana
vestibolare (o di Raissner)
http://www.audioprotesisti.org/
48
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La membrana basilare
Ha dimensioni crescenti e rigidezza decrescente (dalla finestra
ovale all’apice)
Reagisce alla pressione esercitata dall’onda sonora creando
un’onda progressiva che si sposta dalla finestra ovale all’apice
Lo spostamento massimo
dipende dalla frequenza
del suono
Alte frequenze:
massimo
vicino alla
finestra ovale
Basse frequenze:
massimo
vicino all’apice
http://www.cs.indiana.edu/
49
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’organo del Corti
Sulla membrana basilare è posto l’Organo del Corti, il vero
organo neuro-sensoriale uditivo, responsabile della trasduzione
dell'impulso cinetico in elettro-chimico
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’organo del Corti
Costituito da cellule di sostegno e da cellule sensitive
acustiche che rappresentano i recettori uditivi, le cellule
ciliate
51
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Le cellule ciliate
Sono dotate di ciglia
Si divisono in cellule ciliate esterne, circa 20.000, e
cellule ciliate interne, circa 3-4.000)
Sopra l’organo del Corti è posta la membrana
tettoria che sovrasta i peli delle cellule acustiche
Quando la base del condotto cocleare vibra
(membrana basilare) determina un avvicinamento
dei peli alla membrana tettoria che causa
l’attivazione delle cellule acustiche
Lo stato di eccitazione viene trasmesso ai centri
acustici del cervello tramite le fibre nervose del
nervo acustico cocleare
Le cellule ciliate interne, seppure in numero minore
rispetto a quelle esterne, sono le vere cellule
uditive: sono loro che, liberando un particolare
neurotrasmettitore, il glutammato, attivano le fibre
nervose afferenti che trasportano l’informazione
sensoriale dall’organo del Corti verso il cervello
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Tecnologie per la disabilità
http://www.unmc.edu/
A.A. 2010/2011
La percezione dello spazio uditivo
Localizzazione di una sorgente sonora
Il meccanismo fondamentale si basa sul fatto di avere due
orecchie
Tramite l’ascolto binaurale il sistema percettivo è in grado di
confrontare le caratteristiche fisiche del suono che perviene
alle due orecchie e di ricavare, da tale confronto, informazioni
sulla posizione della sorgente che l'ha generato
I segnali che arrivano alle due
orecchie presentano delle
differenze
http://www.audiosonica.com/
53
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Ascolto binaurale
Differenza di tempo (fase)
Differenza di ampiezza
La distanza dalla sorgente sonora delle due orecchie è diversa, e ciò si traduce
in una differenza nel tempo di arrivo di ciascun segnale
Naturalmente ciò implica una differenza di fase in quanto ritardo in tempo e
differenza di fase sono intrinsecamente correlate
Le ampiezze dei due segnali sono diverse sia perché l’ampiezza diminuisce
all’aumentare della distanza sia perché il segnale che deve raggiungere l’orecchio
più lontano deve aggirare l’ostacolo della testa e nel fare ciò perde energia
Inoltre le frequenze più alte non riescono a superare l’ostacolo quindi i due
segnali differiranno anche per il contenuto in frequenza
Questo è il motivo per cui risulta difficile individuare la direzione di provenienza
delle basse frequenze: queste sono in grado di oltrepassare gli ostacoli senza una
perdita di energia rilevante e dunque i suoni che arrivano alle due orecchie sono
pressoché identici
Differenza nel contenuto armonico
54
Una delle due onde deve “girare attorno” alla testa per raggiungere l’orecchio
più lontano
Ciò comporta una leggera perdita sulle alte frequenze a causa della diffrazione
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Disturbi della funzione uditiva
Sordità: perdita totale delle capacità uditive
Ipoacusia o compromissione dell’udito: perdita parziale, con livelli
che vanno da leggera a moderata, grave, profonda
Se il disturbo interessa un solo orecchio si definisce unilaterale.
Due grandi categorie dal punto di vista clinico-audiometrico, in base
alla localizzazione del problema:
Ipoacusia di trasmissione: è causata da malformazioni, traumi ma
soprattutto processi infiammatori a carico dell’apparato di
trasmissione dei suoni nell’orecchio esterno e medio
L’esempio più classico è l’infezione dell’orecchio medio nell’infanzia
(otite), che generalmente non provoca deficit gravi dell’udito (non oltre i
50-55 dB)
Ipoacusia neurosensoriale: dovuta a problemi dell’orecchio interno o
del nervo acustico, che riducono la percezione di alcune frequenze e
fanno sì che i suoni appaiano distorti
55
Tra le cause più frequenti ci sono l’esposizione a rumori e
l’invecchiamento
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Impianto cocleare
Dispositivo che consente di sentire ad adulti e bambini
affetti da sordità profonde
Fornisce degli impulsi elettrici direttamente alle fibre del
nervo acustico bypassando le cellule dell’orecchio interno
(cellule ciliate) danneggiate
Gli impulsi una volta raggiunto il cervello vengono
interpretati come suoni
Non è un apparecchio acustico, che semplicemente amplifica i
suoni
Può essere applicato in quei soggetti che presentano
un’ipoacusia neurosensoriale grave o profonda bilaterale,
con scarso o nessun beneficio dall’utilizzo di una protesi
acustica e con forti motivazioni ed aspettative
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Impianto cocleare
È costituito da una parte interna costituita dal ricevitore/
stimolatore con il filo porta elettrodi (array) …
http://www.infosordita.it/
57
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Impianto cocleare
… ed una parte esterna costituita dall’elaboratore del
linguaggio e l’headset (microfono, antenna, cavo di
collegamento)
http://www.infosordita.it/
58
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Per curiosità
Effetti e illusioni acustiche
59
http://fisicaondemusica.unimore.it/Effetti_e_illusioni_acustiche.
html
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La vista
La percezione sensoriale
Lo stimolo visivo
La luce fa parte dello spettro elettromagnetico
L'occhio umano è sensibile a lunghezze d’onda comprese fra
400 nm (violetto) e 700 nm (rosso)
400nm
700nm
I colori che noi vediamo non sono un’unica onda, ma una
combinazione di onde e quindi di differenti colori
Stimolo fisico: descritto da lunghezza d’onda, purezza e
ampiezza
Percezione: descritta da angolo cromatico, saturazione e
luminosità
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Il colore
Il colore di un oggetto è determinato dal tipo e dalla
quantità di luce che assorbe
http://teachers.wlps.net
http://www.valdosta.edu/
62
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Definizioni percettive
Tinta o angolo cromatico
Corrisponde al nome che comunemente viene usato per
definire una certa sensazione di colore,
come rosso, giallo, verde, ...
Legata alla lunghezza d’onda dominante
http://gimp.linux.it/
63
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Definizioni percettive
Saturazione
64
Esprime la percentuale di bianco diluita nel colore puro
I colori puri sono saturi al 100% , mentre per i grigi il valore di
saturazione è nullo
Legata al rapporto fra l’energia relativa alla frequenza
dominante e l’energia totale
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Definizioni percettive
Brillantezza
Luminosità
Corrisponde all’energia luminosa associata ad un oggetto emittente
Corrisponde all’energia luminosa associata agli oggetti riflettenti
Legate all’intensità (relazione ~logaritmica)
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Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La visione
Trasduttore: occhio
Recettori: sulla
retina
Trasmissione
neurale: nervo
ottico
Incrocio nel
chiasma ottico
http://scienceblogs.com/
Corteccia visiva
(lobo occipitale)
66
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’occhio
Palpebra: protezione dell’occhio
Sclera (bianca): strato di connettivo fibroso
Cornea (trasparente)
Pupilla: foro d’entrata
Regolazione
dell’apertura
(muscoli radiali
e circolari)
Iride: diaframma
pigmentato
67
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
L’occhio
Cristallino: lente biconvessa che fa convergere i raggi
luminosi sulla retina
Sospeso da
legamenti
sospensori
Fovea: piccola
porzione della
retina, in cui è
massima l'acuità visiva
68
ha un diametro inferiore al mezzo
millimetro, corrispondente ad un angolo visivo
di un solo grado
Tecnologie per la disabilità
http://retina.umh.es/
A.A. 2010/2011
La retina
È la più interna delle tre
tuniche che costituiscono
la parete del bulbo oculare
È una membrana sottile,
delicata, e trasparente,
leggermente rosea perché
vascolarizzata
È deputata alla ricezione
degli stimoli luminosi e alla
loro trasformazione in
segnali nervosi che, quindi,
vengono trasmessi fino alle
strutture cerebrali
Contiene i fotocettori,
sensibili alla luce
I fotocettori (o fotorecettori)
Coni e bastoncelli contengono pigmenti sensibili alla luce che,
per effetto delle radiazioni luminose, subiscono trasformazioni
biochimiche
I coni permettono la visione dei colori
(3 tipi di pigmenti) in condizioni di buona
illuminazione
Sono circa 7 milioni, concentrati nella fovea
I bastoncelli permettono la visione
in bianco e nero in condizioni di scarsa
illuminazione
Sono circa 125 milioni, distribuiti sulla retina
(nessuno nella fovea)
Hanno 1 solo tipo di fotocettore (rodopsina)
http://www.iapb.it/
70
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Distribuzione spaziale dei fotocettori
http://www.uxmatters.com/
In corrispondenza del nervo ottico c’è un’area priva di fotocettori
“Punto cieco”
71
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Sensibilità alla luce
In condizioni di scarsa illuminazione
http://www.phys.ufl.edu/
72
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
I coni
Contengono tre proteine fotorecettrici diverse (opsine con
alcuni aminoacidi di differenza) una sensibile soprattutto al
rosso, una al verde e una al blu
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Ogni cellula a cono
esprime un solo tipo
di recettore opsina,
capace di assorbire la
luce in una regione
dello spettro
L’uomo distingue
colori e sfumature
integrando i segnali
che provengono dai tre
tipi di coni
73
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Sintesi additiva dei colori
Mescolanza di luci colorate
Punto di partenza: nero,
cioè assenza di luce
Colori primari: rosso, verde, blu
La mescolanza di due colori primari
produce un colore secondario
Colori secondari: giallo, magenta e ciano
Usata nei monitor RGB
http://www.ilcorto.it/
Es: monitor LCD
http://www.mirai.eu/
74
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Colori complementari
I colori complementari sono mutuamente esclusivi
Quando la miscela di due radiazioni dà luce bianca, i
colori sono complementari
verde & magenta
rosso & ciano
blu & giallo
http://www.hintsandthings.co.uk/
75
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Effetti consecutivi
76
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Griglia di Hermann
Fenomeno dell’inibizione laterale
77
L’intensità di un punto percepita dall’occhio non è semplicemente
quella percepita da un singolo neurone, ma è il risultato
dell’interazione di un gruppo di recettori che costituiscono il campo
recettivo
Il centro del campo recettivo ha valore eccitatorio sul segnale
nervoso prodotto, mentre i recettori circostanti hanno attività
inibitoria
Poiché nella griglia di
Hermann il punto di
incrocio tra due linee è
circondato da un’intensità
luminosa totale maggiore,
rispetto agli altri punti delle
linee, ciò comporta un
maggiore effetto inibitorio
dovuto ai recettori periferici
e l’area appare più scura
http://it.wikipedia.org/
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Disturbi nella percezione dei colori
Tricromatismo = visione normale
Dicromatismo = mancanza di uno dei 3 tipi di ricettore
Monocromatismo = impossibilità della visione a colori
Il termine comunemente usato, “daltonismo”, prende origine
da John Dalton, un fisico e chimico inglese che nel 1798
descrisse un’anomalia congenita della visione dei colori di cui
era affetto lui stesso.
Possono essere congeniti o acquisiti
Alcuni difetti congeniti (visione rosso-verde) sono piuttosto
comuni
Legati ad un gene recessivo
Nei Caucasici, circa l’8% della popolazione maschile e lo 0,5% di
quella femminile, mentre il 15% della popolazione femminile è
portatrice sana (eterozigote)
Molto meno frequente negli altri gruppi di popolazione (3-4%)
Disturbi nella percezione dei colori
Raggruppati in quattro grandi classi
Acromatopsia (o monocromatismo dei bastonceli): difetto
generalizzato in tutti i coni, indipendentemente dal tipo
Cecità ai colori completa o parziale, acuità visiva ridotta, fotofobia,
nistagmo (movimenti oscillatori, ritmici e involontari dei globi
oculari)
Può essere congenita (genetica, trasmessa come carattere
autosomico dominante), degenerativa (distrofia dei coni) o cerebrale
Monocromatismo dei coni blu: i coni si sviluppano
normalmente, ma la retina non è in grado di produrre né il
pigmento verde né quello rosso, per cui solo i coni sensibili al
blu funzionano normalmente
Aspetti clinici simili all’acromatopsia ma meno severi
Difetto (molto raro) trasmesso con ereditarietà recessiva associata
al cromosoma X
Disturbi nella percezione dei colori
Tritanopia: rara anomalia associata a mutazioni del gene
delle opsine dei coni blu
Difetti nella discriminazione dei colori a bassa frequenza (blugiallo), acuità visiva normale
Congenita (genetica, trasmessa come carattere autosomico
dominante)
Difetti legati alla visione del rosso-verde
I più comuni
Difetti trasmessi con ereditarietà recessiva associata al
cromosoma X
Suddivisi in quattro classi basate sulla severità e sul tipo di
fotorecettore coinvolto (gene delle opsine dei coni verdi o dei
coni rossi)
Disturbi dei recettori rosso-verde
Difetti severi: presenza di due tipi di fotoricettori, visione
dicromatica
Protanopia: solo coni blu e verdi, nessun cono rosso funzionante
(~1% della popolazione caucasica maschile)
Deuteranopia: solo coni blu e rossi, nessun cono verde funzionante
(~1% della popolazione caucasica maschile)
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
81
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Disturbi dei recettori rosso-verde
Difetti più leggeri: presenza dei tre tipi di fotoricettori, visione
tricromatica anomala
82
Protanomalia: coni blu e verdi normali, più coni simil-verde anomali
(~1% della popolazione caucasica maschile), diminuita sensibilità al
rosso
Deuteranomalia: coni blu e rossi normali, più coni simil-rosso
anomali (~5% della popolazione caucasica maschile), diminuita
sensibilità al verde
Tecnologie per la disabilità
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
A.A. 2010/2011
Riepilogo
Classe
Coni
Visione normale
B
G
Protanopia
B
G
Protanomalia
B
G
Deuteranopia
B
Deuteranomalia
B
Tritanopia
Monocromatismo dei coni blu
Frequenza
R
1%
G
1%
R
1%
R
R
5%
G
R
~1 su 103
B
Acromatopsia
83
~1 su 105
~1 su 3x104
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Test di Ishihara
http://www.colour-blindness.com/
84
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
Impianto retinico o retina artificiale
Ha lo scopo di “sostituire” i fotoricettori della retina danneggiata,
così da ripristinare un’adeguata sensazione luminosa.
Schematicamente
consta di una griglia
di micro-elettrodi
(fotorecettori artificiali)
che vengono attivati
dalla stimolazione
luminosa e danno così
via all’attivazione del
segnale luminoso che
percorre la via ottica
fisiologica fino alla
corteccia visiva
http://www.visioeng.it/
85
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
http://www.visioeng.it/
Impianto retinico o retina artificiale
Fattore indispensabile per procedere con l’impianto: retina
danneggiata ma nervo ottico sano (es: retinite pigmentosa)
Stima:
http://www.visioeng.it/
86
Tecnologie per la disabilità
A.A. 2010/2011
La corteccia visiva
Il termine corteccia visiva si riferisce principalmente alla
corteccia visiva primaria (nota anche come corteccia striata o
V1)
possiede una mappa molto ben definita dell'informazione spaziale
nella visione:
“ingrandimento corticale”
L'area V1 invia
informazioni a
molte aree visive
secondarie a cui
sono stati
attribuiti
svariati nomi
( V2,V3,V4,V5...)
http://www.iapb.it/
87
Tecnologie per la disabilità
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Cecità
Percezione ottico-visiva ridottissima o nulla (cecità
parziale o totale
88
Congenita
Derivata da gravi affezioni dell’apparato visivo: cataratta (rende
opaco il cristallino), degenerazione maculare legata all’età
(colpisce la zona centrale della retina), glaucoma (provoca un
danno cronico e progressivo del nervo ottico e dello strato
delle fibre nervose retiniche), …
In seguito a traumi: distacco della retina
Tecnologie per la disabilità
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Gli altri sensi
La percezione sensoriale
Il tatto
Su ogni centimetro quadrato di pelle si trovano mediamente
circa 130 recettori tattili
http://www.benessere.com/
90
Tecnologie per la disabilità
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Il tatto
Cellule di Merkel o sensori proporzionali (sensori P),
Corpuscoli di Meissner o sensori differenziali (sensori D)
Non reagiscono a una pressione persistente, ma solo a variazioni di
pressione: rispondono in modo particolarmente intenso alle
variazioni di pressione sulla cute, ma reagiscono poco se questa
rimane costante
Corpuscoli di Ruffini o sensori proporzionali - differenziali
(sensori PD)
Registrano semplicemente la pressione esercitata sulla cute
Reagiscono maggiormente agli stimoli veloci che a quelli lenti, ma
non si adattano mai completamente: misurano la tensione del derma
e sono ancora più sensibili alle variazioni di tensione
Corpuscoli di Vater-Pacini o sensori di accelerazione (sensori
PC)
91
Rispondono solo a stimoli tattili che variano rapidamente, ad
esempio le vibrazioni
Tecnologie per la disabilità
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Disturbi della sensibilità tattile
Possono essere associati a tutte le condizioni patologiche che
comportino lesioni delle vie o dei centri nervosi relativi, o
possono comparire anche in malattie generali dell’organismo
Possono essere più o meno estesi
Ipoestesia: riduzione della sensibilità
Anestesia: scomparsa della sensibilità
Iperestesia: aumento abnorme della sensibilità
Parestesia: alterazioni qualitative della sensibilità
Le lesioni della corteccia cerebrale parietale comportano
disturbi negli aspetti più complessi della sensibilità tattile, con
perdita della capacità di riconoscere la forma e la natura degli
oggetti mediante la palpazione ad occhi chiusi (astereognosia o
agnosia tattile)
92
Tecnologie per la disabilità
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Il gusto
I chemorecettori del gusto, le gemme gustative, sono
distribuite nel cavo orale (palato, arcate palatine, faringe e
laringe), con una maggiore concentrazione sulla superficie
dorsale della lingua
Le gemme gustative, riunite in gruppi da 1 a 5, formano le
papille gustative
Ciascuna gemma è costituita da 40-50 cellule con la
capacità di trasmettere il segnale chimico percepito in
impulso nervoso, che fibre nervose ad esse connesse
trasporteranno fino al cervello
93
Tecnologie per la disabilità
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Il gusto
Quattro tipi di papille gustative: fungiformi, foliate,
circumvallate e filiformi (che però non contengono recettori
gustativi)
http://library.thinkquest.org/
94
Tecnologie per la disabilità
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Il gusto
Il gusto dipende dalla percezione sinergica di cinque gusti
fondamentali: amaro, aspro, dolce, salato e umami (sapore di
glutammato)
Un tempo si credeva che le papille
gustative che si trovano nelle diverse
zone fossero differenti le une dalle altre
“Mappe”: una semplificazione eccessiva
http://classe2c.pbworks.com/
Recenti studi di elettrofisiologia
dimostrano invece che tutti i recettori gustativi sono più o
meno strutturalmente simili e che ogni recettore è in grado di
venir stimolato da sapori diversi
95
Tecnologie per la disabilità
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Il gusto
Ciascuna gemma gustativa pur essendo in grado di rispondere
a tutti i sapori fondamentali possiede una sua “preferenza” che
la rende in grado di essere stimolata anche da bassissime
concentrazioni del suo sapore preferito
Le gemme per il dolce sono particolarmente concentrate sulla punta
della lingua, per l’amaro alla base, per l’acido sui bordi, mentre la
sensibilità per il salato sarebbe distribuita uniformemente su tutta la
superficie della lingua
Esempi di soglia
di percezione
M = mole, quantità di sostanza che
contiene un numero di Avogadro di
particelle (6,022 1023 )
96
Gusto
Sostanza
Soglia
Salato
Cloruro di sodio
0,01 M
Acido
Acido cloridrico
0,0009 M
Dolce
Saccarosio
0,01 M
Amaro
Chinino
0,000008 M
Umami
Glutammato
0,0007 M
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Disturbi del gusto
Ageusia: perdita completa della sensibilità al gusto
Può essere parziale (insensibilità al dolce, salato, …) o totale
Disgeusia: alterazione del senso del gusto
Ipergeusia: sensibilità in eccesso
Ipogeusia: sensibilità in difetto
Molteplici cause, congenite o acquisite
97
Assenza totale o parziale dei recettori gustativi
Processi tossinfettivi sia locali che generali e malattie neuro-endocrine
Affezioni del sistema nervoso, ad esempio lesione del nervo trigemino e
glossofaringeo, paralisi facciale
Traumi cranici, neoplasie, dermopatie
Tabagismo, carenze vitaminiche, effetti collaterali di alcuni farmaci
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L’olfatto
La mucosa olfattiva è situata nel tetto delle cavità nasali
Gli assoni delle cellule sensoriali primarie della mucosa
olfattiva penetrano nella lamina cribrosa tramite fori e
prendono contatto con i grossi neuroni del bulbo
olfattivo
Molte centinaia di cellule sensoriali prendono contatto
con una sola cellula nervosa
Un odore viene riconosciuto solo quando tutte le cellule
sensoriali contigue scaricano contemporaneamente
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Tecnologie per la disabilità
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L’olfatto
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Tecnologie per la disabilità
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L’olfatto
Tutti i tentativi di classificare le qualità olfattive sono
finora falliti
In passato si pensava che ogni odore potesse essere
descritto con appena sette caratteristiche distintive
(canfora, muschio, fiori, menta, etereo, pungente, putrido)
Attualmente si sa che esistono almeno 50 differenti
“odori primari”, ma il nostro linguaggio non ci permette
di descrivere correttamente le sensazioni provate
È certo che la capacità olfattiva dell’uomo è
assolutamente insignificante in rapporto a quella degli
animali, i quali sono in grado di distinguere migliaia di
odori
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Tecnologie per la disabilità
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L’olfatto
“Ruota”degli odori
Usata nella
degustazione
del vino
http://blog.aivia.it/
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Disturbi dell’olfatto
Modificazioni qualitative
Modificazioni quantitative
Parosmia: percezione di un odore che non esiste nell’ambiente (allucinazione
olfattiva) oppure percezione erronea di un odore reale
Iperosmia: aumentata percezione degli odori
Iposmia: diminuita percezione degli odori
Anosmia: perdita totale della percezione degli odori
Possono dipendere da
102
Cause meccaniche (rinite allergica, rinite vasomotoria, polipi etmoidali, tumori
nasali e rinofaringei che impediscono all'aria inspirata di raggiungere e stimolare
l'area olfattiva)
Cause traumatiche (fratture dell'etmoide, traumi occipitali o frontali con
strappamento per contraccolpo dei nervi olfattivi)
Cause infettive (tifo, riniti, sinusiti, influenza)
Atrofia della mucosa olfattiva (rinopatia atrofica ozenatosa)
Disendocrinie (acromegalia, ipotiroidismo)
Processi morbosi del sistema nervoso centrale (processi neoplastici o
degenerativi)
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