Log in to StudySoup
Get Full Access to UM - PSY 425 - Study Guide - Midterm
Join StudySoup for FREE
Get Full Access to UM - PSY 425 - Study Guide - Midterm

Already have an account? Login here
Reset your password

UM / Psychology / PSY 425 / What does the visual system consist of?

What does the visual system consist of?

What does the visual system consist of?


School: University of Miami
Department: Psychology
Course: Psychobiology
Professor: Mccabe
Term: Spring 2015
Cost: 50
Name: Study Guide Exam II
Description: class notes all put together
Uploaded: 03/23/2017
27 Pages 180 Views 14 Unlocks

Study Guide

What does the visual system consist of?

Sensory Systems and Vision I

I. Sensory Systems – input side of the nervous system

A. Transduction

1. We have to be aware of our environment – language of the nervous system is  action potential – we convert the energy of our environment into action potentials B. Sensory Receptors

1. Transduction accomplished through these

2. Specialized cells designed to transduce one type of energy into another type of  energy

3. Limited to certain kinds of energy – depends of the characteristics of the sensory  receptor

a. Bats can hear up to 100000 hz (cycles per second) – humans only 20000 hz C. Receptor Potentials

1. All sensory receptors are electrically excitable tissue – at rest they have a resting  potential (~70mV) – when stimulated they generate a receptor potential (graded  impulses/potentials) that travels down the length of the cell membrane and creates a NT

What is the function of the vestibulospinal tract?

D. Adaptation – if the environmental stimulus persist, the receptor potentials get smaller  and smaller

1. Sensory systems designed to detect changing conditions

2. Not to be confused with habituation – a form of learning – not to respond to a  repetitive stimulus

E. Unique Properties of Receptor Membranes

1. The membrane of sensory receptor and the biochemistry of each cell is unique 2. Visual cells vs. auditory cells If you want to learn more check out How to construct a consumer price index?

F. Coding

1. Different sensations in neural impulses – how the nervous system takes action  potentials and analyzes it to make sense of the world

2. Spatial/Anatomical Coding – the brain segregates info anatomically to allow you  to process it – visual info goes to a visual pathway – auditory signals go to an  auditory pathway

What is the main function of the basal ganglia?

Don't forget about the age old question of What is lactose intolerance?

3. Temporal/Functional Coding – how the neurons are firing – quickly vs. slowly –  firing in couplets vs. triplets

a. Ensemble codes – two neurons that are firing synchronously in time or out of  phase with each cell

G. Sensory Encoding and Sensory Perception

II. Visual System­General

A. You have to be able to detect shapes, movement, colors, etc. Don't forget about the age old question of What war was basically fought for american imperial expansion?

B. Light Stimulus – form of electromagnetic energy characterized by the movement of  photons – wavelike fashion

1. Wavelength—Hue/color

a. High energy = short wavelengths (gamma, x­rays, ultraviolet)

b. Low energy = long wavelengths (infrared, radar, radio)

c. Humans can only see between 400 and 700 nm – visible spectrum – the only  light our eyes can transduce

d. Animals that can see ultraviolet – bees, salmon, reindeer, butterflies, birds e. Animals that can see infrared – snakes, polar bears, vampire bats, some  insects

2. Amplitude—Brightness

a. The size of the photon movement – larger and more dense amplitude appears  brighter If you want to learn more check out When did bacon's rebellion happen?

b. Human receptor can detect a single photon of light If you want to learn more check out What is the function of pulmonary circuit?

3. Purity—Saturation

a. Single wavelength of light – pure – saturated colors (red, yellow, blue) b. Mixture of wavelengths – less pure/saturated – blend of color – not as vibrant 

C. Optics

(washed out)

a. Optical portion – gathering in light waves and focusing on them so they reach  your receptors

b. Neural portion – transduction and coding

2. Sclera – the white of the eye – has blood vessels If you want to learn more check out What are the three types of decision making?

3. Cornea – outer portion of the eye – no blood vessels – made up of layers – fibrous protein and cells that are transparent – curved and bends light waves (acts as a  lens) – if its damage the proteins that are transparent become opaque (cataracts)

4. Aqueous Humor – fluid filled chamber that bathes the cornea on the inside and  delivers oxygen and nutrients – helps to cushion the eye

5. Iris – colored portion of the eye – contractile element under the control of the  autonomic nervous system

6. Pupil – hole in the middle of the eye that allows light to penetrate 

7. Lens – behind the pupil – made of transparent proteins and cells – soft and pliable – takes light and bends it so that it falls perfectly on the surface of the back of the  eye – can also become white and opaque

8. Ciliary Muscles—Accommodation – muscles that connect to the lens and bends  the lens of the eye to help focus light

9. Vitreous Humor – fluid filled chamber w/o blood vessels – cushions the eye 10. Retina – photosensitive surface – inner half of a hallow ball – light strikes in  focus

D. Focusing Disorders

1. Myopia—Nearsightedness – you can see object clearly up close but cannot focus  on objects at a distance – light gets over bent at a point in front of the retina –  reaches the retina out of focus – cornea bulges or eyeball is elongated

a. Astigmatism – when the cornea bulges more in one part of the eye than in  another

2. Presbyopia (presby ­ elderly) —Farsightedness – you can see at a distance but not  up close – light doesn’t get bent enough so it falls in focus behind the retina – as  you get older, the lens of your eyes stiffen 

3. Corrective Lens

a. Myopia – concave lens – light is scattered and focused perfectly on retina b. Presbyopia ­ convex lens – tightens light

c. Lasix – reshapes the cornea

III. Retina – neural portion of vision

A. Visual receptor ­ photoreceptors

1. Rods – rod like shape – capable of seeing in very dim light (sensitive) – not much  acuity – can’t see as clearly and sharply – scotopic vision

a. Achromatic – can’t see color

2. Cones – conical shape – works best in bright light conditions – high acuity –  photopic 

a. Chromatic – can see color

B. Fovea—distribution of rods and cones – only cones at the fovea (0 degrees) – as you  move away there are many rods (periphery)

C. Cells in Retina

1. Rods and Cones – photoreceptors – connects longitudinally to bipolar cells 2. Bipolar Cells – connects longitudinally to ganglion cells

3. Ganglion Cells – connects to optical cells that leave the eye and goes to brain a. Outer plexiform layer – contains 

4. Horizontal Cells ­ outer plexiform layer – projects laterally – connects rods and  cones to bipolar cells horizontally

5. Amacrine Cells – inner plexiform layer – projects laterally – connects bipolar  cells and ganglion cells horizontally

6. At the fovea the ganglion cells and the bipolar cells are pulled back

D. Chemical transduction in Rods and Cones

1. The retina transduces light into action potentials in rods and cones by: a. In the dark, photoreceptors have ion channels that are help open by cGMP  (cyclic GMP) – allow the movement of sodium and calcium into the 

photoreceptor – depolarization – dark current ­ stimulates the bipolar cell to  release NT GABA – inhibits the ganglion cell from firing

b. In light – rhodopsin embedded in the membrane of photoreceptor (retinal and  opsin) – when light strike retinal it changes its structure and activates opsin  (g­protein coupled receptor) – activates the enzyme phosphodiesterase and  metabolizes cGMP – closes dark current channels (hyperpolarizing) – shuts  off the release of glutamate and GABA and ganglion cell is released from  inhibition which fires an action potential into the brain

c. Light hyperpolarizes photoreceptors

Vision II

I. Coding in Retina – map of world

a. Receptive Fields

b. Coding for Acuity

c. Coding for Sensitivity

d. Coding for Contour

e. Coding for Changes in Illumination (ON­OFF code)

1. Retina can detect a light being turned on or off depending on the 

visual field 

f. Coding for Movement

i. neighboring receptive field, moved  as it moves It activated receptive  field and ones that follow – all end up on a single nerve cell  excitation –  depolarize cell enough to fire it 

ii. summaitng activity 

II. Visual Pathway

a. Optic Nerve

b. Optic Chiasm­partial decussation

c. Optic Tract

d. Superior Colliculus­Visual Tracking

e. Lateral Geniculate­Visual Perception

1. laminar organization

2. Magnocellular vs Parvocellular layers

3. M­channel vs P­channel

III. Visual Cortex­ 

a. Primary visual cortex­­area 17

i. Striated crotex

ii. Calcarine fissure

b. Visuotopic organization­ map of visual wolrd superimposed on cells

1. – cells laid out in a spatial map of your visual world

2. info crosses over

3. is flipped upsidedown

4. and backwards

ii. bc of how the lense of your eye works

iii. brain sees everything upside down

iv. precise map

v. everycell in visual cotes responds to specific location in your visual world c. Columnar organization  basic feature of the whole cerebral cortex

1. Each cortical area has cells lining up 

ii. Hubel & Weisel – conceptualized how visual cortex organized = visual  model

1. Ocular dominance columns

a. Orientation columns – go doen

b. Ocular dominance columns – 90 degress to orientation 


i. Get input from one eye or the other 

c. Cell – special location, favored orientation, either left of 

right eye 

i. VERY specific! Task and orientation

ii. Chunk of tissue specific to location on the world

iii. Orientation column – favored orientation of lines – 

Simple, complex…

iv. Perpendicular – ocular dominance columns – input 

from right or left eye  lateral geniculate (ocular 


1. Monocular

2. Neurons project to layer 2,3 and share info 

for the first time

3. Layer 3 – first time vision become binocular

a. Fuse info from left and right eye= 

creates depth

Ex. Favor right but still repond to left

v. Layer 4: gets input from the thamalus

vi. Cylinders embedded in ocular dominance columns

1. Blobs – cylinders of cells embedded 

2. Respond to specific wavelength of light 


3. Code for color! 

2. Orientation columns

a. Simple Cells

i. Favor linear stimuli at a particular orientation

ii. Functional unit 

b. Complex Cells

i. Only favor linear stimuli at a particular orientation 

only when they are moving 

c. Hyper­complex Cells

i. Only favor linear stimuli at a particular orientation 

that are at a certain angle 

iii. Info goes from cell to cell that gets increasingly more complex

1. All these cells line up in a column down the cortex


d. Functions of Primary Visual Cortex

i. Analyse worl into short line segment of various orientations

1. Contours between light and dark

2. Important for visual discrimination

3. Seeing shapes, lines, edges, and contours of light

ii. Segregated info about color from form and movement

1. Code color differently from form and shape and movement of 


iii. Combined input from two eyes

1. = binocular vision  depth 

iv. Take all info and send it forward to higher visual areas

1. Surrounding primary are sencotary and tertitary cortez and beyond 

pathwayas that allow to code and see what objects are where 

spaces are 

Attention & Selective Perception

1. Relationship of attention and sensory encoding/perception

2. Global states of consciousness vs selective attention

a. Arousal

b. Cocktail party phenomenon

c. Broadbent model­­limited capacity system

3. Early vs late selection

a. Early selection – Broadbent

i. Broadbent 

1. Executive system controlling gate 

2. Info goes in gate  executive – decides what info gets through 

3. Limited capacity system 

a. Only certain info passes, other info gets filtered

ii. Filtering info before processed by brain 

iii. Stopping moment enter sensory system – not fully perceived

iv. Efficient but can affect perceptions of the world 

b. Late 

i. All inputs, attended and ignored input is fully perceived 

1. Everything is fully perceived 

ii. Doesn’t affect perception

iii. Bring all inputs in – all the way up the chain 

1. Once that happens then select which info we are going to attend to  c. Both mechanisms 

i. Use both to filter and process information 

ii. Concepts assume performance will suffer when there is a high information load 

1. Limited capacity system 

2. The more info, the more likely to make mistakes of what to filter 

and what to process

4. Involuntary vs voluntary attention

a. Attention involuntary – reflex 

i. Orienting response­­inferior and superior colliculi

1. Colliculi – quick and dirty brain stem type of attention

i. Get visual and auditory info, control muscles of 

trunk, head, face, eyes  allow to orient for stimulus

ii. Receive sensory info

iii. Relay to motor neurons

iv. Allow to orient, track and follow objects in space

b. Brain stem reflex 

c. Designed to put organism in contact with stimulus 

d. “what is it?!”

b. Voluntary attention­­searchlight analogy

i. Involved higher brain regions 

ii. Shift attention spatially

iii. Metaphor – search light analogy  ability to use internal serach light to  direct attention spatially somewhere in world 

5. Brain mechanisms in attention and selective perception

a. Electroencephalogram (EEG)

i. Attention

1. Working in a circuit

2. Filter, process diff types of info

3. Trying to understand how populations of neurons work together 


a. Noninvasive, used in humans; stick electrode on surface of 

scalp; picks up current in millions of nerve cells below 


i. Immediate responses

ii. Sucky spatial resolution 

iii. Don’t know where current is coming from 

b. Neurons generate current that penetrate scalp 

c. Info from EEG 

i. Synchronous activity – pop of neurons all fire at the

same time 

1. Sine waves

ii. Desynchronize– out of phase firing, neurons 

independently firing

1. Chicken scratch

d. Spontaneous EEG – tell you something about the global 

states of awareness/consciousness – nothing about selective


i. Alpha – relaxed, drowsy state (8­14 Hz)

ii. Theta – states of sleep, slow (4­7 hz)

iii. Delta – deep sleep, slow synchronous waves (<1 


iv. Beta – desynchronous, fast frequency waves, (> 25 


1. Same as awake and alert and attentive 

2. Processing information

3. Pattern seen during dreaming sleep

ii. Hence “paradoxical sleep” = REM

b. Evoked potentials (Event­related potentials­ERPs)

i. Potentials produced in brain that are related to event 

ii. How to visualize evoked­ potential among all the noise?

1. Do multiple trails –> summate 

a. Avoid habituation – maintain attention 

2. If not related to stimulus eventually will even out 

3. Wave – down then up

a. P1 component – first potitive wave 

i. Time: 70­90mili second

ii. Stimulus hits retine, process and travel into visual 


b. If stimulus is complex – P1 shifts and takes longer

c. M1 – going up (­)

d. P2 – down again (+)

e. M2 … 

iii. Use paradigm to study attention 

1. Trails ERPs

2. Tell subject to attend to the left 

a. Stimulus on the same side you are attending to – get a P1

3. Tell subject to attend to the right ­­ >

a.   Stimulus to left – P1 will be ½

4. difference­ showing you that somewhere in visual cortex there is a  process that is filtering the information out 

a. attending to stimulus = enhance response 

b. attend away from stimulus = blunted response 

c. Therefore ­­­ Something is acting as a filter! 

c. Visual ERPs and attention­­extrastriate cortex

i. early selection­descending filtering mechanisms

1. cells in cortext analyse input (in VII and VIII) 

a. decide if information is relevant of not

2. cortex directs thalamus

ii. reticular nucleus of the thalamus

1. neurons – inhibit LGN 

2. as information goes in if it inhibited in LGN

d. Modulation of visual cortex by other cortical regions

i. late selection­frontal and parietal influences

1. Fully perceive everything

2. P.P connect to PFC  pulmonary nucleus of thalamus 

ii. Pulvinar thalamic nucleus

1. Connected to entire visual system 

2. Posterior parietal with frontal – can direct/ instruct attention

e. Attention as a distributed process­Supervisory Attentional System i. Different mechanisms

1. All individual attentionala system 

2. Executive – who supervises  “supervisory attentional system” /  executive attention

a. Can shift attentional resources from one to another 

depending on the task at hand 

ii. “supervisory attentional system”

1. directs brain resources toward attention system – efficient 

processing and preforming task 

2. don’t know much about neural biology 

3. Anterior Cingulate cortex ** 

i. Frontal lobe, medial 

ii. Connected with limbic system and every part of the 


b. Function – monitoring brains performance 

1. Allocated resources and activities 

ii. Area lights up when there are problems 

iii. Thought it helps direct attention to where its needed

in the brain 

iv. Develops when growing up 

1. Ex. Autism, Attention Deficit Disorder 

iii. Can occur throughout the brain – circuits processing information in the  brain 

1. Each sensory system has its own attention mechanism 

6. Pathology ­ Neurological damage and attention

­ Neglect syndrome­ sensory neglect 

i. Ignore half of their sensory world

1. Side that’s contralateral 

ii. Hurt right – ignore left 

iii. Not sensory – can see everything 

iv. Not perceptual – can perceive

v. Attentional deficit – 

1. Brain not attending to stimuli in the left sensory world 

b. Posterior parietal lobe (asymmetry)

i. Perception problems 

ii. (right) 

c. Sensation/perception vs imagery—Italian experiments

i. Results: 

1. Walk in south – describe right (east buildings), ignore left (west 


2. Walk in north  ­ describe right (west buildings), ignore left (east 


ii. Findings –

1. All the information is there, neglect  

2. Know where building are

3. Attentional process of some kind 

Motor Systems­Spinal and Peripheral Mechanisms

I. Input systems 

II. Behavior is due to output side of the nervous system

a. Control of muscle and movement in our body

b. Large scale to fine detailed movements

c. All highly coordinated

d. Dependent upon NS for control of various organs of body 

III. Motor activity­­output side

a. Simple reflexes –highly stereotypic, same every time, unlearned motor responses

i. Coordinated 

ii. Hardwired into NS

iii. Present from birth

iv. No need to learn

v. Property of NS

vi. Ex. Coughing, sneezing, swallowing, blinking, knew jerk reflex, etc b. Postural adjustments – 

i. Posture – sitting, laying down. Standing

ii. Require diff motor activity – “tonic” activity 

1. To increase muscle tone over a long period of time 

2. Aka to stand up, activate muscles in legs, butt and neck

a. Muscles must maintain tone “tension” for extended period 

of time

iii. Unlearned, automatic motor activity

iv. Conscious voluntary control

v. Once action initiated, all automated – don’t have to think about it vi. Hardwired motor program

c. Locomotion – movement 

i. Coordinated pattern of motor activity that is designed to propel the  organism

ii. Move forward or backward

iii. Ex. Walking, running, crawling, swimming, etc.

iv. All involve coordinated pattern of activity among limbs

v. Hardwired into nervous system

1. Has to do with maturation – babies can’t because they lack 


2. Motor program is there, but can’t support their bodies 

vi. Generated by pattern­generation (circuits of neurons in spinal cord and  brainstem) 

1. Allowing sequential movement of limbs

d. Sensory orientation – 

i. Hardwire, relflex, part of repertoire of reflexive motor behaviors ii. Ex. Orienting reflex­ reflex designed to put organism in contact with  stimulus

1. Controlled by colliculi

e. Fixed action patterns

i. Specie specific complex motor actions

ii. Hardwired into organisms NS are chaines of behavior that tend to be very  adaptive (specie specific)

iii. Rhythmic and automatic 

iv. Ex. Courtship behaviors, grooming, nest building, web spinning f. Acquired skills

i. Learned motor behaviors

ii. Acquired through experience

iii. Require different nerval circuity to learn behavioral and complex chains of behaviors (motor programs) 

iv. Ex. Swinging a golf club

IV. Muscle movement – 

i. Every animal has the ability to move

ii. Definition of animal life

iii. Critical for survival – reacting the environmetna 

iv. In humans accomplished by diferent types of muslces 

1. Smooth muscle – found in organs of the body 

a. Provide physiological function allow organs to contract and

move thigns around

2. Cardiac muscle – special muscle

a. Does not fatigue 

b. Skeletal muscles drive bone movement

1. Skeletal muscle  ** behavior

a. Striated muscles that are attached to bones by tendons 


b. Made up of individual muscle fibers 

c. Muscles arranged in pairs­ to pull and push

i. Coordination between flexors and extensors 

Reciprocal innervation 

c. Flexors vs extensors

a. Biceps – reflexor, bends/reflex limb

b. Triceps – extensor, straighten/extend


c. When bicep contracts, tricep is 

inhibited (unable to contract) 

d. Contraction vs relaxation

a. Limited repertoire:

i. Contract­ gets shorter, exerts pulling force on bones

1. Come in pairs = pushing and pulling

2. Ex. Biceps and triceps

ii. Relax – 

1. Pushing behaviour

V. Neural aspects of muscle activity

a. Alpha motor neurons

b. In ventral horn – motor neurons project out to the muscle 

i. 95% alpha motor neurons – most neurons that control muscles

1. “final common pathway” to the muscle

2. wherever motor commands are coming from, all funnel down to 

pool in horn and info travels down to the muscle

3. final pathways carrying motor commands to muscles

c. Innervation ratio

d. Motor units

1. Single motor neuron and all of the fibers that it innervates

2. Groups of fibers fires as a ‘unit’

3. Multiple motor units = motor neuron pool

e. Neuromuscular junction – point where alpha motor neuron meet muscle fiber 1. Single alpha motor neuron can branch and innervate different 

populations of muscles fibers 

2. Ratio between motor neurons and muscles fibers can vary 

a. High innervation ratios 1:1000

i. Crude gross control over muscles

ii. Innervating large areas of muscle with a single 

motor neurons

iii. Ex. Quadriceps, back muscles 

b. Low innervation ratios 1: 10

i. Ex. Facial muscles, fingers

ii. Precise, fine motor control

ii. End Plate

1. where the contact is made

2. location of ACH receptor in post­synaptic cleft

3. density of ACH receptors

a. nicotinic receptors– transmitter gated ion channels

i. Na moves inside muscle fiber through ion channel

ii. Fibers is depolarized and produced a graded 

potential – end plate potential

iii. Travels both direction down the membrane of the 

muscle fiber

iii. Acetyl Choline (ACH)

1. neurotranmistter released by alpha motor neuron

iv. end plate potential (EPP)

1. graded potential

2. the more Na, the larger the EPP

3. bigger than EPSP – look like AP’s

v. Drug Actions

1. curare & snake venoms – bind to nicotinic receptors, prevent ACH 

to activate, shuts down neuro muscular junction = paralysis

2. Venom – continuous, sudden release of ACH = neuromuscular 

synapses fire out of control, no control of muscles = fatal

vi. Ca++ influx

vii. Actin & Myosin

VI. Excitation, contraction coupling

a. Electric message (neural impulse) transduced into  contraction of muscle i. How nervous system commands contraction and relaxation 

b. EPP moving down muscle fiber

i. Causes intracellular Ca to be released 

c. Mobilized Ca from inside muscle fiber 

i.  trigger a biochemical reaction – movement of two thread=like proteins  inside the muscle fiber 

1. Thread­like proteins 

a. Found in fibrils (inside muscles)

b. Thick protein filament – myosin

c. Thin protein filament – actin

d. Arranges parallel and opposite to each other 

e. Connected by cross­bridges 

i. Relaxed – fillments streatched

ii. Ca influx – causing cross­bridges to being “rowing”

 fillamente will walk across each other = 


VII. Autoregulation of muscle tone

i. Muscles can regulate their own tension

ii. Involved in reflex feedback loop with spinal cord

iii. Every skeletal muscle has sensory organs embedded within muscle fiber  b. Extrafusal vs Intrafusal fibers

i. Extrafusal muscle fibers – 

ii. Intrafusal muscle fibers 

1. Arranged in parallel, connected to extrafusal muscle fibers

2. Stretch receptors are wrapped around fibers

3. Stretch receptor = connected to sensory neurson that goes back to 

spinal cord (dorsal pathway)

a. Wrapped around intrafusal fiber

b. Activated at time of pressure

c. Actives sensory neuron 

c. spindle organ – 

i. muscle spindle

ii. little encapsulated device

iii. within spindle are different kinds of muscle fibers 

1. intrafusal muscles fibers

d. gamma motor neurons – go back out to intrafusal muscle fibers

i. Brain wait to change – brain uses pathway via:

1. Taking advantage of the reflex 

ii. Descending neurons from brain ­ activate gamma  gamma fired

1. Extrafusal fibers doing nothing 

iii. when gamma motor neuron fired  intafrusal fiber contracts  activates  stretch receptor

iv.  activate sensory neuron  activate interneurons  activate gamma/  alpha  extrafusal and intrafusal fibers contract = increase muscle tension e. Golgi tendon organs

i. Stretch receptor 

ii. Located in fibrous connections of skeletal muscle and bone ( in tendons)  iii. Hence the name “golgi tendon organs”

iv. Function – protective mechanisms to keep muscle from getting over 


v. Located – in series, at the end 

1. Detect stretch

vi. Work

1. When muscle contracts, exerts pulling force on tendons

a. Golgi tendon organ Detected  sensory neuron  spinal 


b. Sensory neuron synapse with inhibitory interneuron  fired 

and inhibit alpha motor neuron back to muscle fiber 

= gigantic break 

vii. When you contract too forcefully, golgi tendon designed to stop it

1. i.e. protective mechanism 

2. Can cause break bone, rupture tendon

VIII. Recurrent inhibition 

i. Another protective mechanism


b. Renshaw cells – 

i. Connected to alpha neuron

ii. Feed back onto alpha motor neuron and inhibits it from firing for brief  period of time

iii. Recurrent inhibition – brief moment of silence of action potentials

1. Keeps alpha from firing continuously

2. Prevent overstimulation, locking up, damage 

Motor Systems II

Central Motor Systems

I. Overview

a. Allow for goal directed movement and learning 

i. New motor skills

ii. Involves higher brain system

A. Hierarchical control  each involved with different system of central 

motor control

i. At each level guided by sensory feedback

ii. “sensory­motor system” 

1. not good motor control without sensory 


2. Cortical association areas, basal ganglia

i. Concerned with motor strategy

ii. What is the goal of the movement? 

iii. What is the motor strategy that best achieves that 


iv. Feedback­ mental image of body and its 

relationship to external space

1. Know where limbs, bosy are in space 

relative to outside world

2. In highest level 

3. Primary motor cortex, & cerebellum

i. Concerned with motor tactics 

ii. What is the spatial and temporal sequence of muscle

contractions requited to smoothly and accurately 

achieve the goal?

iii. Sensory feedback

1. Tactical decisions based on memories of 

past movements 

2. Can alter motor learning

4. Brain stem motor nuclei, spinal cord

i. Lowest level

ii. Concerned with motor execution

iii. Sensory feedback

1. Used to maintain posture, muscle tone, 

before and after each movement 

Ex. Activate neurons pools and interneuron that will actually generate these goals directed  movement

iv. How is it you make adjustment to posture?

­ Pitcher – cortex brain receiving sensory info

o State of the body

o Posture

o The tone of all muscle in body

o Position of limbs

o Visual info – catcher, catcher mitt, batter (right or left)

o Sound – 

o Everything coming into cortex

­ Devise goal – strategy for the next set of movement

­ Goals: through pitch for strike, have batter swing and miss

o Cortex and basal ganglia shift through various option

o Info based on past experience

 Learning has to have occurred

o Selects strategy

­ Send command to motor cortex and cerebellum

o Has the tactics to carry out the pitch

o Motor program that individual has learned 

o Though pitch, move body to position where he ca deliver pitch and throw ­ Send command to motor neuron pools  muscles 

o Execute in specific spatial temporal sequence 

­ At each point, sensory information, feedback is critical to carrying out action  o Grabbing pen

o Getting sensory feedback, muscle feedback (where limb is space)

o Updating motion as it happen 

 Alter it in real time

o Reliance on sensory information, generally refer to “sensory motor system”  Don’t operate in vacuum

 Intimately connected to sensory system that help guide actions

∙ In real time 

∙ Due to sensory feedback

 However, some movements are too fast a movement cant be altered

∙ Not enough time for sensory feedback 

∙ “ballistic movements”

∙ here, sensory movement help guide future movement

o learning

o ex. Pitch  alter motor program for pitch so next time willn

elisghtly different and maybe get a different results 

II. Descending motor tracts – how does info get to motor neurons in spinal cord a. Brain communicate through two main descending systems:

A. Lateral pathway – control the distal musculature 

1. Limbs

2. Under direct coriticol control

3. Cerebral cortex directly control these pathways

4. Corticospinal tract

i. Pyrametal tract

ii. One of the most important pathways in your body

iii. Connects motor (primary) cortex to the alpha motor 

neurons in your spinal cord

iv. When cerebral cortex makes decision ot move, there

are huge neurons in frontal lobe that send axons 

down in bundle

1. Travel all the way throught the brain

2. Get to medulla 

3. 90% fibers cross over opposite insde

4. continue to descend all the way down to 

spinal cord

a. do not synpase

5. at various levels, will leave and project into 

ventral horn and synapse with alpha motor 


v. Direct system

vi. Control most of our voluntary behavior

5. Rubrospinal tract

i. Originate in red nucleus (midbrain)

ii. Descend in parallel down to spinal cord

iii. Parallel pathway to corticopianl tract

iv. Indirect – synapse in the middle

v. In humans

1. Deemphasized

2. B/c corticospinal tract controls muscles of 

arms of legs 

vi. Damage to corticospinal tract  over time possible 

rubropsinal can take over some of the function 

1. Limited recovery of function following 

injury to corticospinal tract

2. Built in redundancy 

B. Ventromedial pathway – control the proximal muscles of your body 1. Trunk, neck, possibly part of legs (larger muscles)

2. Large core muscles 

3. “axial” muscle

i. allow rotation

4. Girdle muscle

i. Around pelvis and trunk

5. Under brain stem control

i. Not very voluntary 

ii. Mainly reflect control

6. Vestibulospinal Tracts

i.  Originate in pons and medulla 

1. vestibular nuclei 

2. neurons that descend from vestibular nuclei 

(ventrally mediall) through spinal cord

3. control core muscle

4. large muscle of legs 

ii. “Vestibulo” – motor pathways designed to maintain

balance against gravity

1. maintain and upright posture 

2. in movement and stationary position 

iii. Interact with cerebellum – balance 

1. Cerebellum help control neurons 

7. Tecto­spinal Tracts

i. Tectum­ colliculi 

ii. Originated in superior colliculus 

1. Get sensory info

2. Connect to motor neurons

3. Descend to spinal cord 

4. Control muscle and allow orientating things 

in space

iii. Neuron descend through brain down to spinal cord

iv. Synapse on neurons that control muscles trunk, 

neck, etc

v. Involved in sensory orienting reflex

8. Lateral (Pontine) reticulo­spinal tracts 

i. Activate muscles

ii. Originate in reticular formation 

iii. Descending fiber to spinal cord 

1. Control anti­gravity muscles

2. Muscles that allow you to maintain posture

3. Important system for maintaining system

4. Activating large muscles to help you stay 


9. Medial (Medulary) reticulo­spinal tracts

i. Liberates muscles so they can be used for other 


ii. Systems work together

iii. Originate in reticular formation 

iv. Descending fiber to spinal cord 

1. Control anti­gravity muscles

2. Muscles that allow you to maintain posture

3. Important system for maintaining system

4. Activating large muscles to help you stay 


III. Planning of movements by the cerebral cortex

a. Area 4 ­ primary motor cortex

i. The output of the cerebral cortex

ii. Cortex made decision about movement or behavior

iii. Info sent to area 4 

iv. Contain neurons that make up corticospinal tract 

v. Go through spinal cord and arry commands for movement 

vi. Projection neurons that go down tot the spinal cord

b. Bradman Area 6 – 

A. Particularly interesting

B. Between what you intend to do and how you are going to carry it 


C. Neurons seem to hold motor command for a brief instant until  ready to initiate the behavior 

1. “ready, set go” 

i. ready – interplay between cortical area, shifting 

though strategies, determining movement 

ii. arrival of strategy  sent to area 6

iii. Area 6 = set 

1. Fire wildly right before movement happens 

2. Hold motor command until they are ready to

be initiated 

iv. Go – 

1. What initiate goal directed movement? 


D. SMA and PMA ­> secondary motor cortex

1. Tend to be sent to area 4

ii. Pre­motor area

iii. Supplementary motor area

A. Anatomy of cortical sensorimotor regions

c. Area 8: frontal eye fried

i. Cortical region that controls muscles around the eyes

ii. So that you can voluntarily control eye movements 

d. Pre­front Cortex * (PFC)

i. Made up of a lot of 

ii. Association cortex 

iii. Involved in abstract thought, decision making, anticipating consequences  on actions, being able to inhibit your behavior

iv. High order motor control 

e. All areas above get input from parietal lobe

i. Areas 1,2,3 – primary somatosensory cortex

A. Have maps of your body 

B. Of all the neurons that correspond to different part of your body C. Code internal space 

D. Getting info of the  state of your muscle – contracted or relaxed E. Info about where limbs are in space

ii. Below temporal lobe is the secondary somatosensory cortex

iii. Behind somatosensory cortex

A. Areas 5 & 7 – posterior parietal lobe

1. Info about external space

2. Where are thing in the world relative to your body

iv. Info sent forward to all the areas  sensory motor integration!!  f. Flow of info

i. Somatosensory info come in

ii. Sent to prefrontal cortex 

iii. Area 6 

iv. Area 4 – primary motor cortex

A. Lay out a map of the body

v. Spinal cord 


IV. Basal Ganglia

a. Subcortical structure 

i. Striatum – input structure

A. Caudate – reverse C shape

B. Putamen – inside of it = Globus Pallidus

ii. Globus Pallidus (pallidum)

A. Output structure – send info out 

B. Directly or indirectly to the Thalamus (gatekeeper to the cortex) 

1. Specifically, go to motor control region (ventrolateral 


C. Ventra lateral projects back into cortex to Area 6 (premotor 

supplementary motor in area 6)

1. Motor commands are released 

2. To area 4 – info down to spinal cord 

3. Action!

b. Interact with cerebral cortex 

c. Provides the “go” in movement needed to initiate goal­directed movement i. Involved a loop of neurons

ii. Motor areas in frontal lobe

iii. Somatosensory areas in parietal lobe 

iv. Send descending fiber to basal ganglia (go into striatum – caudate and  putamen) 

A. Info goes to Globus pallidus

B. Ventra lateral projects back into cortex to Area 6 (premotor 

supplementary motor in area 6)

1. Motor commands are released 

2. To area 4 – info down to spinal cord 

3. Action!

C. Motor loop with cortex via VL thalamus

1. Go signal that allows to initiate goal­directed movement 

2. Important go signal b/c of pathology 

3. People who have disorders of the basal ganglia have 

difficulty initiating goal directed movement

1. Parkinson's Disease

2. Can initiate voluntary goal direct movement 

3. But have reflexive 

4. Akinesia, bradykinesia, postural rigidity, 


4. Role of basal ganglia in voluntary movements

d. Aka funnel 

V. Initiation of movement by the primary motor cortex

A. Connections with other motor areas

B. Coding for movement force & direction

Not enough to command muscle to contract 

Need a detailed sequence of muscle contraction 

 Each timed with detailed precision

Function to provide info an guidance is the job of the cerebellum!

VI. Cerebellum

a. Handing off the back of the brain stem

i. Provides a lot of important info for motor control/ movement 

ii. Seen with dysfunction of the cerebellum: 

A. Disorders of the cerebellum

1. Dysynergia – unfractionated movements  

i. Movement are uncoordinated 

ii. Don’t get synergistic movement that should be seen

2. Dysmetria ­ 

i. Cant close eyes and touch nose

ii. Don’t measure movemtn properly

iii. Lack of coordination

3. Affects balance

B. Sobriety test are cerebellar functions

1. Ethanol impacts cerebellum functions

C. Functional divisions

1. Vermis –  anatomical 

i. Related to a functional distinction – 

2. Spinocerebellum – posture

i. Within neurons that interact with brain stem

1. Important for regulating posture

2. Motor programs that control the large 

muscles of back, butt and legs needed for 


3. Nodulous & Flocculus – anatomical name 

i. Vestibulo cerebellum – functional name 

ii. Interact with vestibular nucleus in brain stem 

iii. Important for balance, and maintain your head in a 

fixed position

D. Lateral Hemispheres ­ anatomical

1. Cerebro cerebellum – functional

i. Interact with cerebral cortex 

ii. Using circuit (loop) like that of the basal ganglia 

iii. Loops:

1. Motor and parietal area  brain stem 

cerebellum,  cerebro cerebellum (via 

thalamus)  cortex 

iv. Guides cortex with respect to strength, timing and 

accuracy of movements 

1. System for motor guidance 

v. Neurons in cerebellum provide info that gives your 

movement precision

vi. Make movement fluid and continuous 

1. Timing and sequencing to make complex, 

fluid movements 

vii. Also critical for motor learning 

1. Cerebro cerebellum – always analyzing 


2. Comparing what you intended to do with 

what you actually did

a. If it doesn’t measure up, circuit it 


b. Experience produces changes in the 

cerebellar circuit 

c. = motor learning!

a. Loop with cerebral cortex via VL thalamus

E. Role of cerebellum in planned movements

F. Motor programming­role of motor learning

Emotions, Stress and Coping  

Aspects of Emotions

∙ Subjective- feelings cognition

∙ Physiological changes --> behavior and physiological responses

Purpose of Emotions - serve important adaptive function  

∙ Built in through evolutionary mechanisms to ensure survival  ∙ Built in circuits, features into brain that help survive

∙ Emotions are viewed as motivational states --> that drive our behavior  towards some goal or away from some danger  

o Make you behave in a certain way

o Toward good, away from bad

∙ Shaped through evolutionary mechanisms

o Ex. Attacks from preditors

o Suggests unpleasant events are in your brain as a defense against  costly events

o Protect you from bad - anger, anxiety, fear

o occurs after loss -sadness  

∙ Make you look at your behavior

∙ "am I manifesting some maladaptive behavior, do I need to  change my behavior to not feel this sadness?"

∙ Gets you to change your behavior  

Neural Basis of Emotion

∙ Hypothalamus plays role in emotional behavior  

o Elicit emotional responses form animals depending what part of  hypothalamus you stimulate

∙ Ex. Cat anger - sham rage

o reflexive, hardwired emotion

o Perfect position to organize and control the bodily responses seen in  emotional behavior  

o Autonomic nervous system responses, hormonal responses, behavioral responses

∙ Periaqueductal Grey (PAG)

o Older part of brain

o Similar function to hypothalamus

o Further down in brain

o Stimulate regions - unconscious, unlearned reflexive emotional  behavior (same as hypothalamus)

o Both types probably innate emotion, that is wired into the brain stem  ∙ Scary things -- > trigger response

 No careful evaluation  

 Quick reflex in brain steam --> emotional response --> get away from danger  

∙ Quick and dirty, adaptive, hardwired

∙ Learn emotional responses --> learn to beocme angry, fearful, not necesairly  part of brain stem  

o To preform more detailed consiouc evaluation of things

o Higher brain circutry (than hypothalamus and PAG)

o Subjectively feel and experience an emotion  

o Broca!  

∙ Invomplete ring of tissue on medial surface of brain

∙ Forming reverse C-shape --_ "le grand lobe limbic"

∙ Limbic -> border/ rim

 Ring of tissue that is on the border, inner rim of brain   Thought might have some role in emotional behavior  ∙ Observation unnoticed

o 1950's McLean wrote book: "the Triune Brain"

∙ Three-parted brain

∙ Human brain made up of three distinct parts  

 Reptilian brain - shared with reptiles, brainstem

∙ Stereotypic unlearned, reflexive behavior

 Old mammalian brain - the limbic system

∙ For experience and expression of emotions  

∙ Frees organism from purely stereotypic behavior

∙ Allows to learn emotional behavior

∙ Produce and consciously experience emotional  


∙ Admitted got ideas of Limbic system --> James  


∙ Who proposed circuit for emotional behavior

 New mammalian brain - neocortex

∙ Suggested, this is for problem solving and rational  thought

∙ Limbic system - Papez circuit 

o Trying to explain experience of emotional  

∙ Expression of emotion in hypothalamus  

∙ Separates feeling and expression of emotion *** very important   1st attempt to draw a circuit for emotion

o Made up of interconnected structures

∙ Hippocampus

∙ Amygdala

 Left out in Papex circuit

 Yet, we know of amygdala's involvement in emotion

∙ Cingulate cortex - paleocortex  

 Center of experience of emotion

 Bidirectional interaction with neocortex  

∙ Where emotioanl memories are stores

∙ This interaction ehlp to "color" your experience of  emotion

∙ Septal Nuclei

∙ Hypothalamus (parts)

∙ Thalamus (Parts)

∙ Major pathways and fiber tracks

 Fornix

∙ Olfactory system

∙ Didn’t talk much about pre-frontal cortex

 We know pre-frontal cortex plays role in regulation of  emotion

∙ Most likely inhibitory circuits --> higher brain

∙ Humans have the ability to regulate our emotions

o Behavioral expression

o Subjective feelings

∙ Kluver-Bucy syndrome

o Damage in amygdala

o Characterized  

∙ Flat affect

∙ Increase sexual behavior

∙ Oral fixations

∙ Lack of fear!  

o Implicated amygdala in fear and anxiety  

∙ Frontal lobes - the tale of Phineas Gage

o Emotional laibility

∙ Had poor control and regulation over his emotions

o Ability to inhibit and regulate emotions gone

o Severed connections between frontal lobe and lower brain stem  structures that produce the emotional behavior  

o Thus, proving frontal cortex plays important role controlling lower parts of the brain that are producing emotion

∙ Ppt. revised circuit  

o Yet, emotional behavior more complicated  

o People focus more on emotional sub circuits --> mediate specific  emotions  

∙ Happiness and contentment

∙ Rather than fear and anxiety  

∙ Facial Expressions - form of nonverbal communication

o Tell you state of individual of how they are feeling

o Distinct facial expressions that go along with emotions

∙ Seem to be universal  

∙ Originally described by Darwin

o Two neural circuits that control facial expressions

∙ Differences in neural circuitry

∙ Voluntary :

Facial muscles movements VII - facial nerve  

 Originates in facial nucleus

 Directly controlled by the primary motor cortex -> involved in  voluntary motor expression

∙ Controls facial nerve

∙ Control facial muscles  

∙ Spontaneous:

Basal Ganglia - control facial nerve

 Involved in spontaneous facial expression

 Seen during emotional behavior

 Subcortical, not conscious

 Brain producing program of muslce contractions that lead to  particular facial expression

Other Systems

I Appetitive Motivational Circuit  

∙ Seems to involve dopamine pathways -  

o Originate in ventral tegmental areas

∙ Mesolimbic - limbic

∙ Mesocortical - frontal lobe

o Interact with Nucleus Accumbens  

o Activate circuit = positive emotion

∙ Pleasure, euphoria

 May go array in depression - cant experience pleasure ∙ Reinforces behavior as we move towards some goal

∙ System get hijacked with certain drugs, addictive behaviors, rat  stimulation!

I Emotional Sub System - Anger Hostility Agression

∙ System involved in anger hostility and aggression

∙ medial prefrontal cortex projecting to amygdala to hypothalamus to  PAG and down tot spinal cord  

∙ Seems to involved in rage anger, hostility

∙ Can be adaptive response  

∙ If you stimulate any structure = aggressive angry hostile behavior ∙ All areas controlled by 5-HT ==> serotonergic system

∙ When dysregulated then activity in structures above emerges ∙ See people who are irritable hostile, impulsive, angry

∙ No regulatory control

I Circuit for Fear & Anxiety

a Best studied

b Fear- fear of specific stimulus, thing

i Response to known threat

b Anxiety - anticipatory, vague sense of apprehension that there is danger  or something bad could happen

c Need control, be able to elicit fear -- IN LAB

i Need a paradigm  

ii "Pavlovian fear conditioning"

1 Take an aversive stimulus, nasty that organism doesn't like very  much

2 Noxious stimulus - US (Unconditioned stimulus)

a Produce a reflex  

b UR- unconditioned response vary = "fear responses"

i Autonomic response - heart rate, blood pressure,  

pupillary responses

ii Hormonal response - catecholamine's, cortisol

iii Behavioral responses - freezing (potentiated startle)  

2 Pair neutral stimulus with US

3 CS + US --> associate tone and air puff = fear

a Play the tone = animal gives you fear responses

b Suggests, LEARNED to become fearful of stimulus

b Retrograde approach - notice all responses head back to amydgala  i Suggesting, area is critical for fear and anxiety responses

ii Without amygdala there is no fear

iii Associate the two stimuli =  

1 In thalamus animal learns to associate two stimuli -->  

information converges in the thalamus  

a Makes sensory associations  

b Projection from thalamus to amydgala

ii Circuit can teach fear

1 Fear memories don’t extinguish well

ii Important that the entire circuit is sub cortical --> can learn to be  fearful without being consciously aware  

1 PTSD, Phobias  

∙ Fear Conditioning Circuitry

o Fear conditioning paradigm  

o Strategy-building a circuit

o Role of the amygdala in fear and anxiety  

o Subcortical pathways in fear

o LeDoux-Davis model

Stress and Coping

∙ Definition of Stress and Stressors

∙ Stress can be beneficial  

∙ Distress

Life events as stressors

Cannon-Fight or Flight

∙ Sympathetic nervous system - adrenaline

Selye- General Adaption Syndrome

∙ Alarm - SAM system

∙ Resistance - cortisol

∙ Exhaustion - susceptibility to disease

Generality and Specificity of Stress

∙ Active Coping

Page Expired
It looks like your free minutes have expired! Lucky for you we have all the content you need, just sign up here