Name: face recognition and upside-down faces
Uploaded: 2023-04-30T06:46:13.000Z
Duration: 6 min 13 s
Channel: JoVE
Description: Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-2.

The Inverted-face Effect

1. المعدات والمحفزات 
<ol>
	<li>تتطلب هذه التجربة جهاز كمبيوتر وبرنامج برمجة نصية للتجربة. </li>
	<li>بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب التجربة مجموعة كبيرة نسبيا من صور الوجه ، ويفضل أن تكون مع ظروف إضاءة مماثلة وبدون تعبيرات عاطفية. تتوفر العديد من قواعد بيانات هذه الصور مجانا على الإنترنت لأغراض البحث. المورد الجيد هو قاعدة بيانات الوجه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: http://web.mit.edu/emeyers/www/face_databases.html#oulu</li>
</ol>
2. التصميم
<ol>
	<li>قم بتجميع مجموعة من 80 صورة للوجه. قسمهم إلى نصفين ، إلى مجموعتين من 40. استخدم مجموعة واحدة في جزء التعرض العرضي من التجربة ، واحتفظ بالمجموعة الأخرى لاستخدامها كرقائق في جزء الاختبار.
	<ol>
		<li>لاحظ أن مجموعتيك يجب أن يكون لهما نفس النسب النسبية للذكور والإناث. بمعنى آخر ، إذا كان هناك 25 وجها ذكريا في مجموعة واحدة من 40 ، فيجب أن يكون هناك 25 وجها في المجموعة الأخرى أيضا. </li>
	</ol>
	</li>
	<li>برنامج التعرض العرضي
	<ol>
		<li>يتضمن الجزء الأول من التجربة تعريض المشارك بالمصادفة لمجموعة من 40 وجها من خلال مهمة تغطية. </li>
		<li>تبدأ التجربة بشاشة "جاهزة". يؤدي الضغط على مفتاح المسافة إلى بدء التعرض. </li>
		<li>بمجرد الضغط على مفتاح المسافة ، يتم عرض كل وجه من الوجوه ال 40 واحدا تلو الآخر لمدة 1 ثانية. بعد كل صورة، تظهر شاشة تقول "ذكر/أنثى؟". (تتمثل مهمة التغطية للمشارك في الإبلاغ عما إذا كان الوجه ذكرا أم أنثى).</li>
		<li>اضبط البرنامج للتقدم إلى الوجه التالي بعد أن يضغط المشارك على مفتاح M أو F (المقابل للذكر والإناث). الشكل 1 يرسم تسلسل الأحداث في مرحلة التعرض للتجربة. </li>
		<li>هذه المرحلة من التجربة هي ما مجموعه 40 تجربة - تجربة واحدة لكل وجه في المجموعة. </li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10209/10209fig1.jpg"> 
الشكل 1 . طرق نموذج ذاكرة التشفير العرضي المصممة لإثبات تأثير الوجه المقلوب. تتكون التجربة من جزأين. في الجزء الأول ، المسمى مرحلة الترميز العرضي ، يلاحظ المشاركون مجموعة من 40 وجها ، واحدا تلو الآخر ، ويطلب منهم ببساطة الإبلاغ عما إذا كان كل وجه ذكرا أم أنثى. في المرحلة الثانية ، يتم إعطاء المشارك اختبار ذاكرة مفاجئ. في كل تجربة ، يظهر وجهان جنبا إلى جنب. أحد الزوجين هو أحد الوجوه الموضحة في مرحلة التشفير ، والآخر ، المسمى الرقاقة ، هو وجه جديد ، لم يره المراقب من قبل. تتمثل المهمة في استخدام مفاتيح الأسهم اليمنى واليسرى للإشارة إلى الوجه في كل زوج هو الوجه الذي شوهد سابقا. بشكل حاسم ، تظهر نصف أزواج الوجه رأسا على عقب. مقياس الاهتمام هو دقة التقرير للجانب الأيمن لأعلى مقارنة بالوجوه المقلوبة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10209/10209fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. </a>
<ol start="3">
	<li>برنامج مرحلة الاختبار
	<ol>
		<li>يتضمن جزء الاختبار من التجربة أيضا 40 تجربة. </li>
		<li>لكل تجربة ، اختر بشكل عشوائي أحد الوجوه القديمة وأحد الوجوه المحجوزة مسبقا (من نفس الجنس). ضع واحدة على الجانب الأيسر من الشاشة والأخرى على اليمين. </li>
		<li>تتمثل المهمة في أن يشير المشارك باستخدام مفتاح السهم الأيسر أو الأيمن إلى الوجوه الموجودة في الزوج التي شوهدت من قبل. </li>
		<li>التلاعب الحاسم هو أنه في نصف المحاكمات ، يتم تقديم الوجهين رأسا على عقب. </li>
		<li>قم بخلط التجارب المقلوبة والجانبين الأيمن بشكل عشوائي. </li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. تشغيل التجربة
<ol>
	<li>قبل بدء التجربة ، من الجيد أن تسأل المشارك عما إذا كان يعاني من أي إعاقات أو صعوبات بصرية معروفة ، وعلى وجه الخصوص ، إذا كان يعتقد أنه يواجه أي صعوبة في التعرف على الأشخاص. </li>
	<li>مقعد مشارك على بعد 60 سم من شاشة كمبيوتر العرض التقديمي. </li>
	<li>شرح مرحلة الترميز للمشارك على النحو التالي، دون ذكر مرحلة الاختبار القادمة:
	<ol>
		<li> "هذه تجربة حول إدراك الوجه. في كل تجربة ، سترى وجها واحدا لمدة ثانية واحدة ، متبوعا بشاشة سيطلب منك فيها تحديد جنس الوجه الذي رأيته للتو. اضغط على المفتاح M للذكور والمفتاح F للأنثى. قد تبدو المهمة سهلة للغاية ، لأننا نجري دراسة مع العديد من التجارب ، بعضها يتضمن محفزات سهلة التعرف عليها وبعضها يحتوي على محفزات معدلة رقميا وأكثر صعوبة. ستساعدنا النتائج مجتمعة على فهم ملامح الوجه المستخدمة للتعرف على جنس الوجه. سواء كان الأمر سهلا أو صعبا بالنسبة لك ، يرجى بذل قصارى جهدك. لا يوجد سوى 40 تجربة، وسيستغرق إكمالها أقل من خمس دقائق."</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ابدأ البرنامج ووقف في مكان قريب بينما يكمل المشارك هذه المرحلة من التجربة. </li>
	<li>عند الانتهاء من المشارك، قل ما يلي:
	<ol>
		<li> "شكرا لك على إكمال هذا الجزء من الدراسة. أود منكم الآن أن تقوموا بتجربة ثانية، تجربة ستستغرق أيضا خمس دقائق فقط. في كل تجربة ، سترى وجهين ، أحدهما على الجانب الأيسر من الشاشة والآخر على الجانب الأيمن. سيكون أحد الوجوه في كل زوج أحد الوجوه التي رأيتها للتو ، والآخر سيكون وجها جديدا ، وجها لم يظهر في مهمة الحكم التي قمت بها للتو. مهمتك الآن هي التعرف على الوجه "القديم" ، الذي ظهر في مهمة الحكم. استخدم مفتاح السهم الأيسر للإشارة إلى الوجه على اليسار، ومفتاح السهم الأيمن للوجه على اليمين. في بعض التجارب ، يظهر الوجهان رأسا على عقب. هذا غير ذي صلة - مهمتك دائما هي بذل قصارى جهدك للتعرف على الوجه الذي تعتقد أنك رأيته مرة واحدة بالفعل."</li>
		<li>الانتظار بينما يكمل المشارك اختبار الذاكرة. </li>
	</ol>
	</li>
</ol>

اكتشاف صعوبة معالجة الوجوه المقلوبة له العديد من التطبيقات. استفادت دراسات التصوير العصبي ، على سبيل المثال ، من التأثير لتحديد مناطق الدماغ المشاركة في معالجة الوجه المتخصصة. يتم إجراء فحوصات الدماغ عندما يشاهد المراقبون الوجوه المستقيمة والمقلوبة. ثم تتم مقارنة الاستجابات لنوعي المحفزات. كلتا المجموعتين من المحفزات لهما خصائص بصرية متشابهة جدا بشكل عام ، مما يؤدي إلى نشاط مماثل في معظم أنحاء النظام البصري. في منطقة واحدة من الدماغ ، تنتج الوجوه المستقيمة استجابة أكثر قوة من الوجوه المقلوبة ، مما يشير إلى أن الوجوه المق...

تأثير الوجه المقلوب

المصدر: مختبر جوناثان فلومباوم - جامعة جونز هوبكنز 
في الإدراك ، غالبا ما تكون القدرة على التعرف على المحفزات المعقدة وتفسيرها تبدو سهلة ولكنها تتطلب في الواقع معالجة معقدة ومكثفة. وذلك لأن المعالجة متخصصة ومؤتمتة لأنواع معينة من المحفزات المهمة جدا. من بين أفضل الأمثلة على هذه الظاهرة معالجة الوجه. لا يحاول الناس اكتشاف الوجوه والتعرف عليها. يبدو أنه يحدث. ومع ذلك ، فإن اكتشاف الوجوه وتمييزها عن بعضها البعض هو في الواقع مهمة حسابية متطلبة. 

تعتمد قدرات التعرف على الوجه البشري على الحسابات المتخصصة وشبكات الدماغ المخصصة. أحد المظاهرات البسيطة على ذلك هو تأثير الوجه المقلوب. يعد التعرف على الوجوه المقلوبة أصعب بكثير من التعرف عليها من الجانب الأيمن لأعلى ، لكن الشيء نفسه لا ينطبق على العديد من الأنواع الأخرى من الأشياء المرئية. يظهر تأثير الوجه المقلوب بعدة طرق. يعرض هذا الفيديو نموذجا لذاكرة التشفير العرضي للتحقيق في معالجة الوجه وتأثير الوجه المقلوب.

لتحليل النتائج ، ما عليك سوى حساب نسبة الوجوه التي حددها المشارك بشكل صحيح في التجارب ذات الوجوه المقلوبة (المقلوبة) والتجارب ذات الوجوه اليمنى لأعلى (منتصبة). قارن الأداء باستخدام رسم بياني شريطي ، كما هو موضح في الشكل 2 . بالنسبة لمعظم المراقبين العاديين بصريا ، ستكون الدقة أعلى بكثير مع الوجوه المستقيمة مقارنة بالوجوه المقلوبة. ومع ذلك ، فهذه مهمة صعبة ، وقد تجد أداء أقل من 0.9 حتى بالنسبة للوجوه المستقيمة. بالنسبة للوجوه المقلوبة ، قد يقترب الأداء من الصدفة ، 0.5 - ما سيسجله المراقب إذا خمن كل تجربة...

Source: Laboratory of Jonathan Flombaum&#8212;Johns Hopkins University
In perception, it is often the case that the ability to recognize and interpret ...

نحن لا نحاول اكتشاف الوجوه والتعرف عليها - يحدث ذلك بالمصادفة. بشكل مثير للإعجاب ، من أجل التعرف الناجح ، يجب أن تحدث حسابات معقدة ومتطلبة في شبكات الدماغ المخصصة لدمج ميزات منفصلة في وجه متماسك. في حين أن التعرف على الوجوه على الجانب الأيمن لأعلى أمر سهل نسبيا ، إلا أن التعرف عليها في وضع مقلوب أكثر صعوبة ، على الرغم من أن هذا ليس صحيحا بالنسبة لأنواع أخرى من الأشياء المرئية. غالبا ما يشار إلى هذا باسم تأثير الوجه المقلوب ، ويستخدم في التجارب المصممة للتحقيق في كيفية حدوث التعرف على الوجوه من الناحية المعرفية وفي الدماغ. سيوضح هذا الفيديو كيفية التصميم والتنفيذ ، بالإضافة إلى كيفية تحليل وتفسير تجربة تبحث في تأثير الوجه المقلوب عبر نموذج ذاكرة التشفير العرضي. في هذه التجربة ، يطلب من المشاركين الحكم على وجوه الذكور والإناث في مرحلتين مختلفتين: التعرض العرضي والاختبار. خلال الجزء الأول من التعرض العرضي ، يظهر للمشارك مجموعة من 40 وجها ، واحدا تلو الآخر لمدة 1 ثانية لكل منها. بعد عرض كل صورة ، يطلب من المشارك الإبلاغ عما إذا كانت ذكرا أم أنثى عن طريق الضغط على مفتاح مرتبط. تحاكي هذه العملية قدرتنا الطبيعية على معالجة الوجوه - بالمناسبة ، دون معرفة ذلك. ثم ، في مرحلة الاختبار الثانية ، يظهر للمشارك وجهين جنبا إلى جنب. يتم اختيار أحدهما بشكل عشوائي من جزء التعرض العرضي والآخر ، المسمى الرقاقة ، متطابق مع الجنس ولم يسبق للمشارك رؤيته من قبل. يتم أيضا خلط الوجوه في فترة الاختبار بشكل عشوائي ، نصفها مقلوب والنصف الآخر ، الجانب الأيمن لأعلى. يطلب من المشارك تحديد أي من الاثنين شوهد سابقا. في هذه الحالة ، المتغير التابع هو عدد الوجوه التي تم تحديدها بشكل صحيح - مقياس بسيط لدقة الذاكرة - عبر الاتجاهات المستقيمة والمقلوبة. من المتوقع أن يؤدي المشاركون أداء أفضل في تذكر الوجوه التي شوهدت سابقا عندما تظهر في وضع مستقيم ، بدلا من المقلوبة. يعرف الأداء الضعيف عند تحديد الوجوه المقلوبة باسم تأثير الوجه المقلوب. قبل البدء في التجربة ، تحقق من أن المشارك ليس لديه أي إعاقات بصرية معروفة أو صعوبة في التعرف على الأشخاص. للبدء ، اجلس المشارك على بعد 60 سم من كمبيوتر العرض التقديمي. اشرح التعليمات الخاصة بمرحلة التعرض العرضي دون ذكر مرحلة الاختبار القادمة. ابدأ البرنامج ووقف في مكان قريب بينما يقوم المشارك بتنفيذ المرحلة الأولى من التجربة ويكمل 40 تجربة في فترة 5 دقائق. لاحظ أنهم يرون وجها واحدا لمدة 1 ثانية ، ويحددون جنس الوجه بالضغط على مفتاح "M" للذكور أو "F" للأنثى. بعد المرحلة الأولية ، اشكر المشارك على إكمال هذا الجزء من الدراسة وإبلاغهم بالتعليمات الخاصة بمرحلة الاختبار التالية. مرة أخرى ، ابدأ البرنامج ووقف في مكان قريب أثناء إكمال مرحلة الذاكرة الثانية المكونة من 40 تجربة. في هذا الجزء ، لاحظ أن المشارك يضغط إما على مفتاح السهم الأيسر أو الأيمن للإشارة إلى الوجه الذي تمت ملاحظته سابقا. لتحليل البيانات ، ما عليك سوى حساب نسبة الوجوه التي تم تحديدها بشكل صحيح ورسم نتائج دقة الذاكرة حسب نوع التجربة: منتصبة مقابل مقلوبة. لاحظ أنه بالنسبة لمعظم المشاركين العاديين بصريا ، تكون الدقة أعلى بكثير عند تحديد الوجوه المستقيمة بدلا من المقلوبة ، مما يدل على تأثير الوجه المقلوب. يشير الأداء الضعيف مع النماذج المقلوبة - الصدفة القريبة - إلى أن آليات معالجة الوجه المتخصصة مضبوطة للاستفادة من حقيقة أنها دائما ما تكون من ذوي الخبرة في اتجاه مستقيم. الآن بعد أن أصبحت على دراية بالتعقيد الذي ينطوي عليه معالجة الوجوه المقلوبة ، دعنا نفحص سيناريوهات بحثية إضافية حيث يمكن تطبيق التأثير. استخدمت دراسات التصوير العصبي تأثير الوجه المقلوب لتحديد مناطق الدماغ المشاركة في معالجة الوجه المتخصصة. تنتج الوجوه المستقيمة استجابة عصبية أقوى في منطقة الوجه المغزلي ، أو FFA ، من الوجوه المقلوبة ، مما يشير إلى أن الوجوه المقلوبة تفشل في إشراك الخلايا العصبية المتخصصة في معالجة الوجه. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي تلف الدماغ في FFA إلى اضطراب يعرف باسم prosopagnosia - عدم القدرة على التعرف على الوجوه ، بما في ذلك وجوهك. غالبا ما تستخدم المهمة لتشخيص عمى الوجه ، حيث يواجه الأفراد المصابون بالعمى عادة صعوبة كبيرة في تحديد الوجوه اليمنى ، كما يفعلون مع تلك المقلوبة. لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتأثير الوجه المقلوب. الآن يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصميم وإجراء هذا النوع من التجارب من خلال تنفيذ ترميز سلسلة من الوجوه واستعادة الوجوه المألوفة عن طريق الذاكرة. يجب أن تعرف أيضا كيفية تحليل النتائج وتفسيرها. شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

Psychology

علم النفس

Sensation and Perception

الإحساس والإدراك

face recognition and upside-down faces

Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

Face Recognition and Upside-Down Faces

color afterimages

Color Opponency and Afterimages

Color afterimages show how the brain uses opponent color signals to process vision. Human color vision can separate millions of hues, even though it depends on fairly simple hardware. A key part of that ability comes from an opponent system in the brain. In an opponent system, the presence of one kind of color signal is treated as evidence for the absence of another. The absence of one signal can also count as evidence for the other. For example, some brain cells respond when blue is present...

finding your blind spot and perceptual filling-in

finding-your-blind-spot-and-perceptual-filling-in

How the Brain Fills In the Blind Spot

The blind spot is a gap in vision created by the retina and optic nerve. The retina contains light-sensitive cells that detect light and send signals to the brain through the optic nerve, a bundle of neural fibers. In each retina, there is one area in the periphery where these outputs collect and the optic nerve exits. That spot has no photosensitivity, so light that lands there does not create a signal. This means humans have a blind spot, or a place in the visual field where incoming stimuli...

perspectives on sensation and perception

Sensory Illusions in Perception

Sensation and perception explain how the brain turns sensory signals into what we see, hear, feel, and taste. Sensation is the process of transducing signals from sensory organs, such as the eyes. Perception is how the brain interprets those messages. This field has a long history that reaches back to the 19th century. During that time, scientists made major progress in understanding the properties of light and how they connect to the visual system. Those findings helped shape modern ideas...

motion-induced blindness

Visual Awareness Through Motion Illusion

Visual awareness and motion-induced blindness show how the brain shapes what people see. In visual perception and sensation, what appears in the world is not a direct copy of physical reality. People may miss real objects, see things that are not there, or see them in a distorted way. Scientists use the word awareness to mean what people actually perceive. To study awareness, vision researchers often rely on illusions and misperceptions. These cases help reveal how the brain builds experience...

the rubber hand illusion

Body Mapping and the Rubber Hand Illusion

The Rubber Hand Illusion shows how the brain builds a map of the body in space. This body map helps people reach for objects, walk without hitting obstacles, and sit down without missing a chair. It depends on proprioception, which is the brain's sense of where the limbs are based on control and feedback signals. The brain does not rely on proprioception alone. It also uses vision, touch, and even sound to represent body parts in space. The classic illusion, first described by Botvinick and...

the ames room

How the Ames Room Warps Depth

The Ames Room is a visual illusion that changes how people judge depth and size. It is built to show how the brain uses assumptions to recover three-dimensional space from a two-dimensional image on the retina. The retina is the light-sensitive tissue inside the human eye. Light from objects in the world reflects onto the retina and creates patterns of stimulation. Objects that are side-by-side in the world usually create side-by-side stimulations on the retina. Distance is harder to recover,...

inattentional blindness

Visual Attention and Missed Objects

Visual attention helps determine which parts of the visual world the brain processes and how well it processes them. Because attention is limited, people cannot take in everything at once, even when an object is right in front of them. Researchers began showing this effect in the 1960s. Ulrich Neisser demonstrated that people can miss visible objects when their attention is distracted. Later, in the 1980s and 1990s, Arien Mack and Irvin Rock built on that work and developed a simple way to...

spatial cueing

Measuring Visual Attention with Cues

Visual attention is the limited ability to focus on some information while ignoring other stimuli in the environment. It is studied in many senses, including vision, hearing, touch, taste, and smell. Researchers most often examine it in vision because it is easy to test with controlled displays. A common method is the spatial cueing paradigm. In this task, a cue appears to guide attention toward one location, and researchers measure what happens when attention is focused there instead of...

the attentional blink

Measuring Visual Attention Lapses

Visual attention is needed to recognize a stimulus. Early in vision, objects are not seen as whole objects. They are processed as features such as lines, corners, texture changes, color, and light. Attention helps later processing combine those features into something the brain can identify. This makes attention a major topic in vision research. A key question is how people sustain attention over time. Sustained attention means keeping focus from moment to moment. It takes effort, especially...

crowding

Peripheral Vision and Letter Crowding

Peripheral vision and letter crowding are shown in this high school science video. The lesson connects how the eye samples light with why objects are harder to recognize at the edge of vision. Human vision depends on light-sensitive neurons in the back of the eye called the retina. These neurons are rods and cones, named for their shapes. They are not spread evenly across the retina. The center region, called the macula, has a dense pack of cones. Cones are especially concentrated in the...

the inverted-face effect

Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

the mcgurk effect

How Lip Reading Shapes Speech Perception

Speech perception depends on both hearing and vision. In many face-to-face conversations, the mouth gives strong visual clues about what a person is saying. Those clues can help the brain sort out speech sounds that are hard to hear clearly. This reliance on visual input is one reason spoken language is easier to understand when the speaker’s face is visible and close up. The mouth can sometimes provide better information than the sound alone. When the brain combines what it sees with what it...

just-noticeable differences

Measuring Size Changes with JND

Psychophysics studies how physical changes become neural signals and mental ideas about magnitude. A key idea in this field is the just-noticeable difference, or JND. A JND is the smallest change people can perceive. Size is a clear way to study JND. Small changes in a child’s height may go unnoticed from day to day. After a longer absence, such as a return from sleep-away camp or a visit after many weeks, those same small changes can seem obvious because they have added up. Researchers...

the staircase procedure for finding a perceptual threshold

the-staircase-procedure-for-finding-a-perceptual-threshold

Measuring Auditory Thresholds with Staircase Testing

Psychophysics studies how the physical strength of a stimulus relates to what people actually perceive. It focuses on perceptual thresholds, which are the smallest amounts of stimulation a person can sense. Examples include the brightness needed to see a light, the pressure needed to feel touch, and the softness of a sound that can still be heard. The staircase procedure is an efficient method for finding a perceptual threshold. Here, the stimulus is adjusted step by step based on a person’s...

object substitution masking

Visual Masking with Object Substitution

Visual masking describes cases where one image is presented, but an observer does not perceive it because a second image appears. In vision science, this kind of interference helps researchers study how the brain selects and stores visual information. Object substitution masking is a surprising form of visual masking. It became an important topic in vision research after it was discovered relatively recently, around 1997, by Enns and Di Lollo. The effect has been studied because it shows that...

sensation and perception

This collection delves into a variety of procedures to study how the brain processes our complex sensory world and solves problems confronting conscious awareness and visual, tactile, and auditory perception. 

Explore how the brain processes faces and why upside-down faces are harder to recognize. Learn the inverted-face effect through incidental memory testing.

Face Recognition and Upside-Down Faces | JoVE K12

Jonathan Flombaum

Overview

Experimental Design

Running the Experiment

Representative Results

Applications

Summary

Characteristics of Life

Biology is a natural science that studies life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, ...

https://cloudfront.jove.com/files/media/science-education/science-education-thumbs/10647.jpg

Cell Structure

Background
Cells represent the most basic biological units of all organisms, whether it be simple, single-celled organisms like bacteria, or large, ...

Visualizing Onion and Cheek Cells
ExpandImmediately before the experiment, wash and peel onion bulbs for the class.
Remove the entire brown outer skin and ...

Visualizing Onion and Human Cells
ExpandIn this experiment you will prepare different types of cells from a plant and animal, onion and human ...

What are Cells?

Cell Diversity

The concept of a cell started with microscopic observations of dead cork tissue by Robert Hooke in 1665. Hooke coined the term &#34;cell&#34; based on the ...

Cytoplasm

The cytoplasm consists of organelles and a framework of protein scaffolds called the cytoskeleton suspended in an aqueous solution, the cytosol. The ...

The Nucleus

The nucleus is a membrane-bound organelle that acts as a control center in a eukaryotic cell. It contains chromosomal DNA, which controls gene expression ...

The Central Dogma

The DNA Helix

Nucleic Acids

DNA as a Genetic Template

Structure of a Gene

A gene is the fundamental unit of heredity. Every individual has two copies of each gene, one inherited from each parent. Although most people contain the ...

Chromosome Structure

Base-pairing and DNA Repair

What is Gene Expression?

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is comprised&#160; of nucleotides and proteins are ...

RNA Structure

The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Translation

Translation is the process of synthesizing proteins from the genetic information carried by messenger RNA (mRNA). Following transcription, it constitutes ...

Ribosomes

Ribosomes translate genetic information encoded by messenger RNA (mRNA) into proteins. Both prokaryotic and eukaryotic cells have ribosomes. Cells that ...

Protein and Protein Structures

Proteins: From Genes to Degradation

From DNA to Protein

The flow of genetic information in cells from DNA to mRNA to protein is described by the central dogma, which states that genes specify the sequence of ...

Protein Folding

Proteins are chains of amino acids linked together by peptide bonds. Upon synthesis, a protein folds into a three-dimensional conformation, critical to ...

An Overview of Gene Expression

Gene expression is the complex process where a cell uses its genetic information to make functional products. This process is regulated at multiple ...

an-introduction-to-caenorhabditis-elegans

An Introduction to Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans is a microscopic, soil-dwelling roundworm that has been powerfully used as a model organism since the early 1970&rsquo;s.  It was ...

An Overview of Genetic Analysis

An organism&#8217;s physical traits, or phenotype, are a product of its genotype, which is the combination of alleles (gene variants) inherited from its ...

An Introduction to Cell Death

Necrosis, apoptosis, and autophagic cell death are all manners in which cells can die, and these mechanisms can be induced by different stimuli, such as ...

An Overview of Genetic Engineering

Genetic engineering &#8211; the process of purposefully altering an organism&#8217;s DNA &#8211; has been used to create powerful research tools and model ...

An Introduction to Cell Division

Cell division is the process by which a parent cell divides and gives rise to two or more daughter cells. It is a means of reproduction for single-cell ...

An Overview of Genetics and Disease

Many human diseases are associated with mutations or variations in genetic sequences. Some of these genetic variants are heritable, passed down from ...

an-introduction-to-cellular-and-molecular-neuroscience

An Introduction to Cellular and Molecular Neuroscience

Cellular and molecular neuroscience is one of the newest and fastest growing subdisciplines in neuroscience. By investigating the influences of genes, ...

Annexin V and Propidium Iodide Labeling

Staining with annexin V and propidium iodide (PI) provides researchers with a way to identify different types of cell death&#8212;either necrosis or ...

an-introduction-to-developmental-genetics

An Introduction to Developmental Genetics

Development is the complex process through which a single-celled embryo transforms into a multicellular organism. Developmental processes are guided by ...

Bacterial Transformation: Electroporation

The term &#x201C;transformation&#x201D; refers cellular ingestion of foreign DNA.  In nature, transformation can occur in certain types of bacteria.  In ...

an-introduction-to-molecular-developmental-biology

An Introduction to Molecular Developmental Biology

Molecular signals play a major role in the complex processes occurring during embryonic development. These signals regulate activities such as cell ...

bacterial-transformation-the-heat-shock-method

Bacterial Transformation: The Heat Shock Method

Transformation is the process that occurs when a cell ingests foreign DNA from its surroundings. Transformation can occur in nature in certain types of ...

an-introduction-to-saccharomyces-cerevisiae

An Introduction to Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae (commonly known as baker&rsquo;s yeast) is a single-celled eukaryote that is frequently used in scientific research.  S. ...

Cell Cycle Analysis

Cell cycle refers to the set of events through which a cell grows, replicates its genome, and ultimately divides into two daughter cells through the ...

An Introduction to Transfection

Transfection is the process of inserting genetic material, such as DNA and double stranded RNA, into mammalian cells. The insertion of DNA into a cell ...

Chromatin Immunoprecipitation

Histones are proteins that help organize DNA in eukaryotic nuclei by serving as &#8220;scaffolds&#8221; around which DNA can be wrapped, forming a complex ...

An Overview of Epigenetics

Since the early days of genetics research, scientists have noted certain heritable phenotypic differences that are not due to differences in the ...

community-dna-extraction-from-bacterial-colonies

Community DNA Extraction from Bacterial Colonies

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba - The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Traditional methods of analysis ...

Cytogenetics

Cytogenetics is the field of study devoted to chromosomes, and involves the direct observation of a cell&#8217;s chromosomal number and structure, ...

embryonic-stem-cell-culture-and-differentiation

Embryonic Stem Cell Culture and Differentiation

Culturing embryonic stem (ES) cells requires conditions that maintain these cells in an undifferentiated state to preserve their capacity for self-renewal ...

DNA Gel Electrophoresis

DNA gel electrophoresis is a technique used for the detection and separation of DNA molecules. An electric field is applied to a gel matrix comprised of ...

Enzyme Assays and Kinetics

Enzyme kinetics describes the catalytic effects of enzymes, which are biomolecules that facilitate chemical reactions necessary for living organisms. ...

DNA Ligation Reactions

In molecular biology, ligation refers to the joining of two DNA fragments through the formation of a phosphodiester bond.  An enzyme known as a ligase ...

explant-culture-for-developmental-studies

Explant Culture for Developmental Studies

Explant culture is a technique in which living cells or tissues are removed from an embryo for continued development outside of the organism. This ex vivo ...

DNA Methylation Analysis

Methylation at CpG dinucleotides is a chemical modification of DNA hypothesized to play important roles in regulating gene expression. In particular, the ...

Expression Profiling with Microarrays

Microarrays are important tools for profiling gene expression, and are based on complementary binding between probes that are attached to glass chips and ...

Density Gradient Ultracentrifugation

Density gradient ultracentrifugation is a common technique used to isolate and purify biomolecules and cell structures. This technique exploits the fact ...

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET)

F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) is a phenomenon used to investigate close-range biochemical interactions. In FRET, a donor photoluminescent ...

detecting-environmental-microorganisms-with-polymerase-chain-reaction

Detecting Environmental Microorganisms with the Polymerase Chain Reaction and Gel Electrophoresis

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba - Arizona University
Demonstrating Author: Bradley Schmitz
Polymerase chain reaction (PCR) is ...

Gel Purification

Gel purification is used to recover DNA fragments after electrophoretic separation. DNA recovery from an agarose gel includes three basic steps: binding, ...

Detecting Reactive Oxygen Species

Reactive oxygen species are chemically active, oxygen-derived molecules capable of oxidizing other molecules. Because of their reactive nature, there are ...

Gene Silencing with Morpholinos

Morpholino-mediated gene silencing is a common technique used to study roles of specific genes during development. Morpholinos inhibit gene expression by ...

development-and-reproduction-of-the-laboratory-mouse

Development and Reproduction of the Laboratory Mouse

Successful breeding of the laboratory mouse (Mus musculus) is critical to the establishment and maintenance of a productive animal colony. Additionally, ...

Genetic Crosses

To dissect genetic processes or create organisms with novel suites of traits, scientists can perform genetic crosses, or the purposeful mating of two ...

Construct an explanation based on evidence for how the structure of DNA determines the structure of proteins which carry out the essential functions of life through systems of specialized cells.

HS-LS1-1.

Face Recognition and Upside-Down Faces

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards