شبكية
وظيفة > الترميز المكاني

عندما ترسل شبكية العين نبضات عصبية تمثل صورة للدماغ، فإنها تقوم بترميز (ضغط) تلك النبضات مكانيًا لتناسب القدرة المحدودة للعصب البصري. يعد الضغط ضروريًا نظرًا لوجود خلايا مستقبلة للضوء أكثر بمئة مرة من الخلايا العقدية. يتم ذلك من خلال «علاقة الديكور»، والتي يتم تنفيذها بواسطة «الهياكل المركزية - المحيطية»، والتي يتم تنفيذها بواسطة الخلايا ثنائية القطب والخلايا العقدية.
هناك نوعان من الهياكل المركزية - المحيطية في شبكية العين - في المركز وخارج المركز. في المراكز لها مركز مرجح إيجابياً ومحيط مرجح سلبيًا. خارج المراكز عكس ذلك تمامًا. يُعرف الترجيح الإيجابي بشكل أكثر شيوعًا باسم الترجيح المثير، والوزن السلبي مثبط.
هذه البنى المركزية المحيطة ليست ظاهرة ماديًا، بمعنى أنه لا يمكن للمرء رؤيتها عن طريق تلطيخ عينات من الأنسجة وفحص تشريح الشبكية. تعتبر الهياكل المركزية - المحيطية منطقية (أي مجردة رياضياً) بمعنى أنها تعتمد على قوة الاتصال بين الخلايا ثنائية القطب والخلايا العقدية. يُعتقد أن قوة الاتصال بين الخلايا ناتجة عن عدد وأنواع القنوات الأيونية المضمنة في المشابك بين الخلايا ثنائية القطب والخلايا العقدية.
الهياكل المركزية - المحيطية مكافئة رياضيًا لخوارزميات اكتشاف الحواف التي يستخدمها مبرمجو الكمبيوتر لاستخراج أو تحسين الحواف في صورة فوتوغرافية رقمية. وبالتالي، تقوم شبكية العين بإجراء عمليات على النبضات التي تمثل الصورة لتحسين حواف الكائنات داخل مجالها البصري. على سبيل المثال، في صورة كلب وقطة وسيارة، فإن حواف هذه الكائنات هي التي تحتوي على معظم المعلومات. من أجل وظائف أعلى في الدماغ (أو في جهاز كمبيوتر لهذا الأمر) لاستخراج وتصنيف أشياء مثل الكلب والقط، فإن شبكية العين هي الخطوة الأولى لفصل الأشياء المختلفة داخل المشهد.
على سبيل المثال، المصفوفة التالية في قلب خوارزمية الكمبيوتر التي تنفذ اكتشاف الحواف. هذه المصفوفة هي الكمبيوتر المكافئ لبنية المركز المحيطي. في هذا المثال، سيتم توصيل كل مربع (عنصر) داخل هذه المصفوفة بمستقبل ضوئي واحد. المستقبل الضوئي في المركز هو المستقبل الحالي الذي تتم معالجته. يُضرب المستقبِل الضوئي المركزي في عامل الوزن +1. المستقبلات الضوئية المحيطة هي «أقرب الجيران» إلى المركز ويتم ضربها في القيمة −1/8. يتم حساب مجموع هذه العناصر التسعة أخيرًا. يتكرر هذا الجمع لكل مستقبل ضوئي في الصورة عن طريق الانتقال من اليسار إلى نهاية الصف ثم إلى السطر التالي.
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
-1/8: -1/8
| -1/8 | +1 | -1/8 |
-1/8: -1/8
المجموع الكلي لهذه المصفوفة هو صفر، إذا كانت جميع المدخلات من المستقبلات الضوئية التسعة من نفس القيمة. تشير النتيجة الصفرية إلى أن الصورة كانت موحدة (غير متغيرة) داخل هذا التصحيح الصغير. تعني المبالغ السلبية أو الإيجابية أن الصورة كانت متغيرة (متغيرة) داخل هذه الرقعة الصغيرة المكونة من تسعة مستقبلات ضوئية.
المصفوفة أعلاه ليست سوى تقريب لما يحدث بالفعل داخل شبكية العين. الاختلافات هي:
المثال أعلاه يسمى «متوازن». المصطلح «متوازن» يعني أن مجموع الأوزان السالبة يساوي مجموع الأوزان الموجبة بحيث تلغي تمامًا. تكاد تكون خلايا العقد الشبكية غير متوازنة تمامًا.
الجدول مربع بينما الهياكل المركزية - المحيطية في الشبكية دائرية.
تعمل الخلايا العصبية على قطارات سبايك تتحرك أسفل محاور الخلايا العصبية. تعمل أجهزة الكمبيوتر على رقم فاصلة عائمة واحد وهو ثابت بشكل أساسي من كل بكسل إدخال. (بكسل الكمبيوتر هو في الأساس مكافئ لمستقبلات ضوئية بيولوجية.)
تقوم شبكية العين بإجراء كل هذه الحسابات بالتوازي بينما يعمل الكمبيوتر على كل بكسل واحدًا في كل مرة. لا تقوم شبكية العين بإجراء عمليات جمع متكررة وتتحول كما يفعل الكمبيوتر.
أخيرًا، تلعب الخلايا الأفقية والأماكرين دورًا مهمًا في هذه العملية، لكن هذا غير موضح هنا.
فيما يلي مثال لإدخال صورة وكيف سيعدلها اكتشاف الحافة.
بمجرد أن يتم تشفير الصورة مكانيًا بواسطة الهياكل المركزية المحيطة، يتم إرسال الإشارة على طول العصب البصري (عبر محاور الخلايا العقدية) عبر التصالب البصري إلى LGN (النواة الركبية الجانبية). الوظيفة الدقيقة لـ LGN غير معروفة في هذا الوقت. ثم يتم إرسال خرج LGN إلى الجزء الخلفي من الدماغ. على وجه التحديد، «يشع» خرج LGN إلى القشرة البصرية الأولية V1.
تدفق إشارة مبسط: مستقبلات ضوئية ← ثنائي القطب ← عقدة ← شياسم ← LGN ← قشرة V1