AP 1 - Das Auge - Zusammenfassung für Allgemeine Psychologie 1, Teil 3-7, aus dem WS 19/20 bei PDF

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Zusammenfassung für Allgemeine Psychologie 1, Teil 3-7, aus dem WS 19/20 bei Peter Wühr...

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Das Auge – Aufbau

Halbiertes Auge: Augapfel Äußerste Schicht: Lederhaut; dient zum Schutz des Auges, am vorderen Teil des Auges geht sie in die Hornhaut über Hornhaut: Glasklar und mit Tränenflüssigkeit benetzt, Aufgabe: Das ins Auge fallende Licht zu brechen --> Funktioniert durch Flüssigkeit in vordere und hinterer Augenkammer (zwischen Hornhaut und Linse) Hornhaut und Vorkammer übernehmen die stärkste Brechung/Bündelung des Lichtes und Linse übernimmt die Feinarbeit Brechung/Bündelung wichtig, um Objekte scharf sehen zu können, da kleines Bild der Umgebung ins Augeninnere auf die Netzhaut projiziert werden muss Netzhaut ermöglicht das Sehen, da dort das einfallende Licht abgebildet und in Nervenimpulse umgewandelt wird (Netzhaut vergleichbar mit Sensor einer Kamera) Nervenimpulse gelangen über den Sehnerv zum Gehirn Zwischen Leder- und Netzhaut befindet sich Aderhaut. Aderhaut enthält Blutgefäße und sorgt für die Versorgung des Auges mit Sauerstoff und Nährstoffen. Im vorderen Teil des Auges geht die Aderhaut in den Ziliarkörper über Ziliarkörper: stellt die Linse scharf/fokussiert, besteht aus Ringmuskel, welcher über Zonulafasern mit Linse verbunden ist --> verändert Form der Linse durch anspannen/lockerlassen Linse ist flexibel --> Ermöglicht zu verändern, wie stark das Licht sich bricht --> Licht muss unterschiedlich stark gebrochen werden, abhängig von Entfernung des fokussierten Gegenstandes. Dieser Vorgang nennt sich Akkommodation. Je näher das Objekt, desto angespannter der Ziliarmuskel. Iris (Regenbogenhaut) befindet sich auf der Linse. Pupille befindet sich im Mittelpunkt der Linse. Durch Pupille fällt Licht ins Augeninnere. Iris funktioniert wie ein Muskel und kann sich zusammenziehen, um Pupille zu vergrößern bei wenig Licht (oder andersrum). (Iris vergleichbar mit Blende einer Kamera) Vorderer Teil des Auges in zwei Teile aufgeteilt: Hintere und Vordere Augenkammer.

In beiden Kammern befindet sich Kammerwasser. Ziliarkörper produziert dieses Wasser (zunächst in der hinteren Augenkammer). Kammerwasser verlässt die vordere Augenkammer über den Schlemm-Kanal in die Venen. Durch Flüssigkeitsstrom wird Linse mit Nährstoffen versorgt und schädigende Substanzen können aus dem Augeninneren gespült werden. Durch diesen Mechanismus wird auch der Augeninnendruck bestimmt. Zu hoher Augeninnendruck kann zu grünem Starr führen. Zwischen Linse und Netzhaut befindet sich der Glaskörper. Diese gelartige Substanz besteht zu 98% aus Wasser und sorgt für die Form des Auges und sorgt für den Abstand zwischen Linse und Netzhaut.

Wie sehen wir? Das Licht gelangt in unsere Augen, wird an der Hornhaut und dann der Linse gebrochen. → Deswegen werden die Gegenstände umgekehrt an unserer Netzhaut abgebildet. Dort befinden sich viele Fotorezeptoren. (ung. 126Mio.) Ihre Aufgabe ist es Licht in auswertbare Informationen bzw. elektrische Impulse umzusetzen. Mit diesen Elektrischen Impulsen kann dann das Gehirn was wir sehen rekonstruieren und ergänzen. Das Licht erreicht die Photorezeptoren. Deswegen lösen sie elektrische Impulse aus. Diese wandern dann über die Horizontal, Bipolare und Amagrienzellen zu den Ganglienzellen. Deren Vorsetze den Sehnerv bilden. Horizontale Zellen: Bilden eine Verbindung zwischen den verschiedenen Fotorezeptoren. So können manche elektrischen Impulse gehemmt oder verstärkt werden. (führt zu mehr Kontrast bei dem was wir sehen) Bipolaren Zellen: Sammelt die Impulse der Fotorezeptoren und leiten sie an die Ganglieenzellen weiter. Amakrienzellen: Formen und beeinflussen den Signalfluss zwischen den Bipolarenzellen und den Ganglienzellen. Ganglienzellen: Die Ganglienzellen leiten die elektrischen Signale dann zum Gehirn weiter. Sie bilden zusammen den Sehnerv. AN DEN FOTOREZEPTOREN WIRD DAS LICHT ALSO IN CHEMISCHE UND DANN IN ELEKTRISCHE SIGNALE UMGEWANDELT. UND SCHLIEßLICH MIT HILFE VON VERSCHIEDENEN ZELLEN ÜBER DEM SEHNERV AN DAS GEHIRN WEITERGELEITET. Fotorezeptoren: liegen sozusagen auf der Rückseite der Netzhaut. Das Licht muss erst durch alle anderen Zellen durch, um auf die Rezeptoren zu treffen. Die elekrischen Impulse wandern dann wieder in umgekehrte Richtung an den Rand zu den Augeninneren hin, von wo die Vorsetze der Ganglienzellen sie über den Sehnerv zum Gehirn leiten. Der Sehnerv muss also an einer Stelle durch die Rezeptoren durch zum Gehirn und genau an der Stelle durchtritt gibt’s den Blinden Fleck. Bei den Photorezeptoren gibt es zwei verschiedene Arten: die Stäbchen und die Zapfen. Zapfen: (ung. 6Mio.): Für das Farbsehen verantwortlich. Können auch durch sie scharf sehen. Brauchen aber eine gewisse Lichtstärke um aktiviert zu werden. → Bei wenig Licht sehen wir nur schwarz-weiß. Stäbchen: (ung 120Mio.): Fürs schwarz-weiß hell und dunkel sehen zuständig. Reagieren auch schon bei geringerer Lichtstärke.

Teil 3: Das visuelle System 1. Der visuelle Reiz – Das Licht  Das visuelle System verarbeitet Licht

     

Licht = elektromagnetische Wellen (380-760nm) Die Amplitude des Lichts bestimmt die subjektive Helligkeit Die Frequenz des Lichtes bestimmt das Farbempfinden Warum ist Licht überhaupt interessant? Weil Oberflächen, je nach Beschaffenheit, unterschiedliche Wellenlängen absorbieren bzw. Reflektieren Das Reflektierte Licht liefert Information über Art und Eigenschaften von Objekten

2. Auge und Netzhaut a. Aufbau des Auges: Überblick i. Chorioidea: Aderhaut ii. Conjunctiva: Bindehaut iii. Cornea: Hornhaut iv. Fovea: Sehgrube (Ort des schärfsten Sehens) v. Iris: Regenbogenhaut vi. Papille: blinder Fleck (Austritt des Sehnervs) vii. Retina: Netzhaut viii. Sklera: Lederhaut b. Der blinde Fleck i. An der Papille befinden sich keine Photorezeptoren -> Wir können an dieser Stelle nichts sehen (“blinder Fleck”) c. Akkomodation des Auges i. Die natürliche Brechkraft der Augenlinse beträgt 58,6 Dioptrien ii. Mehr als 6 Meter entfernte Objekte werden scharf auf der Netzhaut abgebildet iii. Weniger als 6 Meter entfernte Objekte werden durch Veränderungen der Linse auf der Retina “scharf” gestellt iv. Die Fähigkeit zur Akkomodation nimmt mit dem Alter ab (-> Altersweitsichtigkeit) d. Aufbau der Netzhaut i. Pigmentepithel: Stützen und ernähren die Photorezeptoren ii. Photorezeptoren: Wandeln Licht in elektrische Signale um iii. Horizontalzellen, Bipolarzellen und Amakrine Zellen verbinden und verschalten die Rezeptoren mit den Neuronen iv. Ganglienzellen: Nervenzellen, deren Axone den Sehnerv bilden und zum Gehirn ziehen e. Photorezeptoren i. Die Retina enthält 2 Typen von Rezeptoren: Zapfen (ca. 6 Millionen) und Stäbchen (120 Millionen); ii. In der Fovea befinden sich nur Zapfen iii. Stäbchen können nur Helligkeiten unterscheiden & sind auf das Sehen bei schwachem Licht spezialisiert (Stäbchensehen -> Dämmerungssehen -> skoptopisches Sehen) iv. Zapfen können Farben unterscheiden und sind auf das Sehen bei hellem Licht spezialisiert (Zapfensehen -> Tagsehen -> photopisches Sehen) f. Hell- und Dunkeladaption i. Auge kann seine Empfindlichkeit bei Dunkelheit um ca. 6 Zehnerpotenzen steigern ii. d.h. bei Dunkelheit genügt ein Millionstel der Lichtenergie, die bei Tag benötigt wird iii. Zapfen adaptieren schneller als Stäbchen, ihre maximale Empfindlichkeit ist aber deutlich geringer g. Signalverarbeitung im Auge i. Rezeptive Felder: ii. Jedes Neuron, das mit Wahrnehmung befasst ist, hat ein rezeptives Feld iii. Das rezeptive Feld von Neuron N ist derjenige Bereich der Rezeptoroberfläche (hier: Netzhaut), deren Stimulation das Neuron N aktiviert iv. Form und Komplexität von rezeptiven Feldern bestimmen den Inhalt der Wahrnehmung v. Rezeptive Felder der Ganglienzellen (Netzhautneuronen):

vi. Typ On-Zentrum/Off-Surround: die Zelle wird aktiviert (feuert), wenn das Zentrum des rezeptiven Feldes (RF) gereizt wird; Die Zelle wird gehemmt, wenn die Periphere des RF gereizt werden vii. Type Off-Zentrum/On-Surround: die Zelle feuert, wenn die Peripherie des RF gereizt wird; die Zelle wird gehemmt, wenn das Zentrum des RF gereizt wird viii. Drei Arten von Ganglienzellen: Magnozellulärer Typ

Parvozellulärer Typ

Koniozellulärer Typ

(α -Zelle; MGangolionzelle) 10% der Ganglienzellen Große Zellkörper Erhalten v.a. Input von Stäbchen Große rezeptive Felder

(β -Zelle; PGangolionzelle) 80% der Ganglienzellen Kleine Zellkörper Erhalten v.a. Input von Zapfen Kleine rezeptive Felder

(γ-Zelle; KGanglionzelle) 10% der Ganglienzellen Klein und uneinheitlich Unterschiedliche Aufgaben Projizieren vor allem ins Mittelhirn

Reagieren Bewegung

Reagieren v.a. auf Farben und Muster

v.a.

auf

h. Die retinale Basis der Sehschärfe i. die Sehschärfe (Visus) = 1/α(αin Winkelminuten) ii. α ist der minimale Winkel zwischen 2 Objekten, bei dem diese noch einzeln wahrgenommen werden können iii. Zwei benachbarte Lichtpunkte, die 10m von unseren Augen entfernt sind, können gerade noch getrennt werden, wenn sie 1,5-2,0mm auseinander liegen; das entspricht einem α = 0,01°; iv. Die Sehschärfe hängt (a) von der Rezeptordichte auf der Retina und (b) von der Größe der rezeptiven Felder der nachgeschalteten Neurone ab

3. Die Sehbahn: a. Leitungen und Stationen: i. Nervus opticus: Retina -> Mittelhirn ii. Chiasma opticum: Hier kreuzen die Sehnerven der nasalen Gesichtsfelder iii. Präctale Region; colliculi superiores: visuelle Zentren im Mittelhirn iv. Tractus opticus: Mittelhirn -> Thalamus v. Corpus geniculatum laterale (CGL): visuelle Zentren im Thalamus vi. Radiatio opticus (Sehstrahlung): vom Thalamus zum Kortex

4. Der primäre visuelle Kortex a. Lage und Struktur der Sehrinde: i. Der primäre visuelle Kortex hat unterschiedliche Namen: primäre Sehrinde, area striata (gestreifter Kortex), V1 (visuelles Areal 1) ii. V1 befindet sich im Okzipitallappen der Großhirnrinde (Area 17 nach Brodmann)

b.

c.

d.

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f.

iii. V1 besteht aus 6 Schichten, die teilweise weiter unterteilt werden iv. Die Sehbahn vom Thalamus (CGL) tritt in Schicht IV ein Rezeptive Felder der Neuronen in V1: i. Hubel und Wiesel fanden drei Klassen von Neuronen, mit unterschiedlichen rezeptiven Feldern, in V1: ii. Orientierungssensitive Zellen (“einfache Zellen”) iii. Bewegungssensitive Zellen (“komplexe Zellen”) iv. Längensensitive Zellen (“hyperkomplexe Zellen”) Orientierungssensitive Zellen: i. Die rezeptiven Felder sind in einen erregenden und einen hemmenden Teil gegliedert ii. Die rezeptiven Felder sind klein und länglich (nicht rund) iii. Sie reagieren bevorzugt auf Linien mit einer bestimmten Orientierung an einem bestimmten Ort iv. Detektoren für ruhende Kanten Bewegungssensitive Zellen i. Die rezeptiven Felder sind in einen erregenden und einen hemmenden Teil gegliedert ii. Sie reagieren bevorzugt auf Linien mit (a) einer bestimmten Orientierung, die sich (b) in eine bestimmte Richtung bewegen iii. Detektoren für sich bewegende Kanten Längensensitive Zellen i. Die rezeptiven Felder sind in einen erregenden und einen hemmenden Teil gegliedert ii. Die rezeptiven Felder sind sehr groß iii. Sie reagieren bevorzugt auf Linien einer bestimmten Länge iv. Detektoren für Ecken bzw. Komplexe Konturen Die Säulenstruktur des Kortex i. Orientierungssäulen bevorzugen Reize mit einer bestimmten Orientierung an bestimmten Orten ii. Augendominanzsäulen umfassen einen Satz von Orientierungssäulen für einen Ort im Blickfeld eines Auges iii. Hypersäulen umfassen zwei Augendominanzsäulen für konvergierende Netzhautpunkte iv. Blobs sind farbsensitive Einheiten in V1

5. Höhere visuelle Areale des Gehirns: a. Überblick: i. Die visuelle Verarbeitung beim Menschen ist sehr komplex ii. Viele kortikale und subkortikale Gebiete des Gehirns beschäftigen sich mit der Analyse visueller Informationen b. Dorsale und ventrale Verarbeitungsbahnen

i. Dorsale Bahn (V1 -> Parietallappen): Fortsetzung der magnozellulären Bahn, räumliche und sensomotorische Verarbeitung (Wo- bzw. Wie-Bahn) ii. Ventrale Bahn (V1 -> Temporallappen): Fortsetzung der parvozellulären Bahn, Klassifikation und Identifikation von Objekten (Was-Bahn)

6. Störungen des Sehens a. Neuropsychologie: Untersucht kognitive Defizite nach einer erworbenen (nicht angeborenen) Hirnschädigung b. Eine zentrale Störung des visuellen Erkennens heißt Agnosie i. Formagnosie: zentrale Störung der Konturwahrnehmung ii. Apperzeptive (integrative) Agnosie: zentrale Störung der Integration von globalen Umrissen und lokalen Details iii. Assoziative Agnosie: zentrale Störung der Verbindung zwischen Wahrnehmung und Gedächtnis iv. Prosopagnosie: zentrale Störung der Wahrnehmung von Gesichtern

7. Lernfragen a. Skizzieren Sie den Aufbau des Auges. b. Beschreiben Sie die verschiedenen lichtempfindlichen Rezeptoren auf der Netzhaut. c. Was ist ein rezeptives Feld? Beschreiben Sie zwei verschiedene Arten von rezeptiven Feldern. d. Nennen Sie die wichtigsten Stationen der visuellen Informationsverarbeitung vom Auge zur Großhirnrinde. e. Beschreiben Sie drei Typen von visuellen Zellen, die Hubel und Wiesel im primären visuellen Cortex (von Affen) fanden. f. Beschreiben Sie Verlauf und Funktion des „ventralen“ und „dorsalen“ Pfades der visuellen Informationsverarbeitung.

Teil 4: Farbensehen Überblick: Der Verlust des Farbsehens ist relativ selten, wird aber von den Betroffenen als große Beeinträchtigung erlebt

1.

Grundlagen des Farbensehens a. Physikalische Grundlagen des Farbensehens: i. Isaac Newton (1704): ließ Lichtstrahl durch Prisma fallen und beobachtete, dass sich Sonnenlicht beim Austritt in einen Farbfächer aufspaltete ii. Unterschiedliche Wellenlängen des sichtbaren Lichts (380-760nm) werden als unterschiedliche Farben gesehen iii. Die Farbe einer festen Oberfläche hängt von zwei Faktoren ab: (a) Spektralverteilung der Lichtquelle; (b) Reflektanz des Gegenstands iv. Reflektanz: Der Anteil des einfallenden Lichts, den ein Gegenstand reflektiert. Der Rest wird absorbiert oder durchgelassen v. Die Reflektanz einer Oberfläche lässt sich durch die spektrale Reflektanzkurve darstellen vi. Die Farbe von durchsichtigen Stoffen (Flüssigkeiten, Glas, Kunststoffe, usw.) hängt ebenfalls von zwei Faktoren ab: (a) Spektralverteilung der Lichtquelle; (b) Transmissionseigenschaften des Stoffes vii. Die Farbe von durchsichtigen Stoffen hängt davon ab, welche Wellenlänge sie durchlassen viii. Die Farbigkeit durchsichtiger Stoffe wird durch die spektrale Transmissionskurve dargestellt

2.

Die Farbempfinden a. Achromatische Farben: Schwarz, Weiß und Grauschattierungen b. Chromatische Farben: Blau, Rot, Grün und Gelb c. Farben variieren auf drei Dimensionen: i. Farbton: Menschen können ca. 200 Farbtöne unterscheiden ii. Intensität (Helligkeit der Farbe): Menschen könne ca. 500 Intensitätsgrade unterscheiden iii. Sättigung (Reinheit der Farbe): Menschen können ca. 20 Sättigungswerte unterscheiden iv. Menschen könne demnach 200 x 500 x 20 = 2 Millionen Farben unterscheiden d. Alle Farben, die wir unterscheiden können, lassen sich mit den Begriffen rot, gelb, grün, blau und ihren Kombinationen beschreiben i. Grundfarben: rot, gelb, grün und blau ii. Die Grundfarben und daraus gebildete Mischfarben lassen sich in einem Farbkreis anordnen iii. Die einander gegenüberliegenden Grundfarben nennt man auch Komplementärfarben

3.

Funktionen des Farbensehens a. Funktionen und Nutzen des Farbensehens: i. Erleichterung der perzeptuellen Gliederung einer Szene ii. Erleichterung der Objekterkennung iii. Signalfunktion (Bestimmte Farben haben bestimmte – angeborene oder erlernte – Bedeutungen)

4.

Psychophysik des Farbensehens a. Psychophysik untersucht die Beziehungen zwischen physikalischen Reizen und psychischen Empfindungen b. Wichtige Vertreter: Gustav Th. Fechner, Ernst H. Weber c. Im 19. Jht. wurden auf der Grundlage psychophysischer Beobachtungen zwei Theorien des Farbensehens entwickelt: i. Dreifarbentheorie (trichromatische Theorie) von Thomas Young und Hermann von Helmholz ii. Gegenfarbentheorie von Ewald Hering iii. Beide Theorien wurden im 20. Jht. durch neurophysiologische Daten bestätigt d. Die Dreifarbentheorie von Young und Helmholtz i. Ging aus den Ergebnissen von Farbmisch-Versuchen hervor ii. Methode: Durch Mischen von zwei oder mehr Farben eine vorgegebene Farbe herstellen iii. Ergebnis: Aus drei (verschiedenen) Farben kann im Prinzip jede beliebige Farbe durch Mischung erzeugt werden iv. -> Farbwahrnehmung beruht auf drei Rezeptorsystemen mit jeweils unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit e. Die Gegenfarbentheorie von Hering i. Ausgangspunkt: Die Dreifarbentheorie kann eine Reihe von Pänomenen der Farbwahrnehmung nicht erklären: Effekte beim Vorstellen von Farben, Nachbilder in der Komplementärfarbe, Simultankontraste in der Komplementärfarbe, Blindheit für Paare von Komplementärfarben ii. Schlussolgerung, dass Rot und Grün sowie Blau und Gelb Farbpaare bilden iii. Gegenfarbtheorie postuliert drei Mechanismen der Farbwahrnehmung, die jeweils entgegengesetzt auf Licht unterschiedlicher Intensität oder Wellenlänge reagieren iv. Schwarz (-) & Weiß (+) - Mechanismus v. Rot (+) & Grün (-) - Mechanismus vi. Blau (-) & Gelb (+) - Mechanismus

5.

Neurophysiologie des Farbensehens a. Dreifarbentheorie: Rezeptoren und Pigmente i. Ab 1960 wurden drei Farbrezeptoren im menschlichen Auge nachgewiesen

ii.

Drei Zapfenpigmente mit Absorptionsmaxima im kurzwelligen (419nm), mittelwelligen (531nm) und langwelligen (558nm) Bereich b. Gegenfarbentheorie: Aktivität antagonistischer Neurone i. In den 50er und 1960er Jahren wurden antagonistische Farbzellen in der Netzhaut on Fischen und im CGL von Affen gefunden ii. In der Retina entstehen Gegenfarbzellenaus der Verschaltung der Signale von Rezeptoren auf die nachfolgende Neurone (Ganglienzellen) iii. Der Farbton “gelb” entsteht durch die Kombination der Signale mittelwelliger und langwelliger Rezeptoren iv. In den 1980er Jahren wurden antagonistische Farbzellen im V1 von Affen gefunden v. Doppelte Gegenfarbzellen antworten bevorzugt auf Kontraste von Gegenfarbpaaren (z.B. rotes Objekt vor grünem Hintergrund)

6.

Störungen und Test des Farbensehens a. Der Ishihara Test i. Nach dem japanischen Augenarzt Shinobu Ishihara ii. Diagnostiziert Rot-Grün- und Blau-Gelb-Schwäche iii. Die Farbtafeln sind aus isoluminanten (gleich hellen) Farbpunkten aufgebaut, die sich nur im Farbton unterscheiden b. Retinale Farbenblindheit i. Monochromasie (völlige retinale Farbenblindheit) 1. Prävalenz: ca. 1 Person aus 100.000 2. Patienten besitzen gar keine funktionsfähigen Zapfen 3. es werden keine Farben gesehen 4. auch die Sehschärfe ist deutlich reduziert ii. Dichromasie (Rot-Grün-Blindheit) 1. Prävalenz: ca. 2% der Männer, ca. 0,05% der Frauen 2. tritt in verschiedenen Varianten auf 3. Patienten sehen nur blau und gelb (kein rot oder grün) 4. beruht auf einem Gendefekt auf einem X-Chromosom iii. Kortikale Farbenblindheit 1. Kortikale Farbenblindheit (corticale Achromatopsie) liegt vor, wenn die Zapfenfunktion intakt ist und die Farbwahrnehmung durch kortikale Ausfälle gestört ist.

7.

Lernfragen a. Von welchen Faktoren hängt die Wahrnehmung der Farbe von festen Oberflächen ab? b. Von welchen Faktoren hängt die Wahrnehmung der Farbe von durchsichtigen Stoffen und Flüssigkeiten ab? c. Skizzieren Sie die Dreifarben-Theorie des Farbensehens. d. Skizzieren Sie die Gegenfarbentheorie des Farbensehens. e. Warum können wir die Farbe „gelb“ sehen, obwohl wir keinen Gelb-Rezeptor auf der Retina haben? f. Beschreiben Sie eine Form der Farbenblindheit.

Teil 5: Die visuelle Wahrnehmung von Objekten

1.

Probleme der Objektwahrnehmung a. Wahrnehmung von Objekten =/= Erkennen von Objekten b. Wahrnehmung: Die Konstruktion der internen (kognitiven) Repräsentation eines externen Objekts (Perzept) c. Erkennen: Die Klassifikation bzw. die Identifikation des Perzeptes auf der Basis von Wissen

d. e.

Wir können DInge wahrnehmen, ohne sie zu erkennen Problem der inversen Optik: i. Inverse ...