Auditive Informationsverarbeitung Allgemeine A PDF

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Mitschriften zum Vorlesung...

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AUDITIVE INFORMATIONSVERARBEITUNG

Physikalische Grundlagen des Hörens  

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Schallwelle= Luftdruckveränderung; Überlagerung verschiedener Sinuswellen (Dezibel = Maßeinheit für Schall) Schallwellenmerkmale: o Amplitude: setzt physikalischen Parameter in psychischen (Lautheitsempfindungen) um; niedrig vs. hoch  leise vs. laut o Frequenz (Hz): Anzahl der Schwingungszyklen  viel/ schnelle  hohe Tone, wenig/langsam  tiefe Tone  Von Menschen wahrnehmbarer Frequenzbereich: 16 Hz bis 20 kHz Eigenschaften natürlicher Schallquellen: o H3llkurve: Amplitudenveränderung eines Tones; Verlauf der Amplitude über die Zeit o Feinstruktur der H3llkurve: Frequenzanteile bzw. Frequenzveränderung eines Schalls über die Zeit o Rise time: Intonationsverlauf; meistens nur Hüllkurve bedeutend, außer in der lauten Umgebung auch Feinstruktur Klangfarbe: relativer Anteil der Obertöne der Schallmischung; wichtig für Zuordnen von Stimme zu Person Menschliche Stimme: alle unterschiedlich, wegen Grundton + verschiedene Anzahl von Obertönen; erkennen von Stimmer ist in Cluster gespeichert

Physiologische Grundlagen des Hörens   

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Auditives Sinnessystem wandelt Schwingungen (elektrische Signale) in neuronale Aktivierungsmuster um Schallwellen vom Außen- und Mittelohr gebündelt und verstärkt  im Innenohr treffen die Wellen auf Corti-Organ auf Basilarmembran in Cochlea  Haarzellen als Rezeptoren des auditiven Systems Tonotopie: Prinzip der Ortscodierung; die Frequenz eines Tones wird neuronal über die Stelle der Auslenkung auf der Basilarmembran codiert (benachbarte Neuronen reagieren auf ähnliche/benachbarte Frequenzen) Lokalisierung von Schallwellen: 1. Binaurales Hören: Lokalisierung von links/rechts = horizontal; geschieht unbewusst; interaulare Laufzeitunterschiede & Intensitätsunterschiede  Horizontale Lokalisierung der Quelle (rechts vs. links) binaural über ITDs und ILDs  wenn ein Schallsignal das linke Ohr etwa früher erreicht als das rechte (ITD) und mit höherer Intensität (ILD), bewegt sich die Schallquelle von links nach rechts o Interaural time differences (ITDs, Laufzeitunterschiede) o Interaural level differences (ILDs, Pegelunterschiede) 2. Monaurales Hören: Lokalisierung von oben/unten = vertikal; über Beugungen und Reflexionen im Außenohr; muss erst im Laufe des Lebens erlernt werden Ambiguitäten: Mehrdeutigkeit der Interpretation eines Schallsignals; Aktivierungsmuster lassen sich nicht korrekt/konkret zuordnen Entfernung: Abstandsinformation kann auch nur indirekt erschlossen werden

Der auditive Verarbeitungspfad – auditive Informationsverarbeitung   

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Hörbahn= aufsteigender auditiver Verarbeitungspfad zwischen cochlea und primären auditiven Cortex Informationen verlassen die Cochlea 3ber den Hörnerv bis Nucleus cochleari Bevor Cortex erreicht wird: hohe Anzahl von Schaltstellen  Oliva superior (obere Olivia)  Lemniscus lateralis (im Hirnstamm)  Colliculi inferiores (Mittelhirn)  Corpus geniculatum mediale (Teil des Thalamus)  primärer auditiver Cortex = Hörcortex (Areale 41, 42)  Ventraler Pfad zur Weiterverarbeitung: Erkennung, Identifizierung von Schallsignalen  Dorsaler Pfad: Lokalisierung von Schallquellen Hirnnerv VIII: Nervus vestibulocochlearis (Hör- und Gleichgewichtsnerv) Tonotopie kennzeichnet die Zellverbände entlang der Stationen des Verarbeitungspfades und im primären auditiven Cortex (Areal 41, 42)

Aufgaben/ Leistungen der auditiven Informationsverarbeitung 

Probleme bei der Lokalisation von Schallquellen: 2 Eigenschaften des akustischen Signals – Vergänglichkeit und quasitransparente Überlagerung der Signale o Vergänglichkeit: akustische Info = Veränderung über die Zeit (Flüchtiger: Charakter von Schallsignalen, d.h. akustische Information immer als Veränderung über die Zeit definiert  Anforderungen an zeitliche Aufmerksamkeit) o Überlagerung: auditive Szenenanalyse  Mischung mehrerer Schalle entzerren, um 1 Quelle zu analysieren (etwa die Stimme einer bestimmten Person vor Umgebungslärm, Melodielinie eines Instruments vor musikalischer Begleitung)

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Selektive Aufmerksamkeit: Aufmerksamkeit auf 1 Quelle, alle auszublenden  Mechanismen: zeitliche Aufmerksamkeitsausrichtung oder schärfen der rezeptiven Felder (Vorwissen über die Klangfarbe, etc. der Person) Warnfunktion: schwierig Aufmerksamkeit nicht auf Schalquellen richten; auch im Dunklen und beim Schlafen 1. Sequenzielle Verarbeitung sequenziell = über die Zeit erstreckend sensorische Gedächtnisfunktion: automatisch (funktioniert auch nicht bewusst)  verknüpft sequenzielle Ereignisse  Charakteristika: o Modalitätsspezifische Codierung: Auditives kann nicht in andere Modalitäten transformiert werden o Nichtkategoriale Repräsentationen: nicht alles gehörte kann man mit Worten beschreiben  keine vollständigen Begriffe zur Beschreibung der Inhalte des sensorischen Gedächt- nisses aufweisen o Viele Übereinstimmungen mit dem Kurzzeitgedächtnis  Kapazität und Lebensdauer o Art möglicher Interferenz:  Oft - retroaktive Interferenz: ein späterer Reiz beeinträchtigt die Verar- beitung des vorangegangenen Reizes  Selten- proaktive Interferenz: der vorangehende Reiz beeinträchtigt die Verarbeitung des nachfolgenden o Art der Aktivierung: Inhalte des sensorischen Gedächtnisses werden exogen aktiviert (ein Aufrechterhalten der Aktivierung durch Rehearsal, wie es für das Kurzzeitgedächtnis typisch ist, ist für Repräsentationen des sensorischen Gedächtnisses nicht möglich) o Integrationsphänomen: stellt die Abhängigkeit der Lautheit bei kurzen Schallen von der Dauer des Schalles dar (bis zu einer Dauer von ca. 200ms bewirkt eine Verlängerung des Schalles bei gleicher physikalischer Intensität eine Erhöhung seiner wahrgenommenen Lautheit) o Persistenzphänomen: die Überschätzung der Dauer von kurzen Schallen (wenn ein Schall länger als 10ms (aber kürzer als ca. 150 ms) ist, wird er (unter bestimmten Bedingungen) als ca. 150 ms lang beurteilt)  Diese beiden Phänomene verdeutlichen eine Grundfunktionen des auditiven sensorischen Gedächtnisses, nämlich die Integration von zeitlich benachbarter Reizinformation (wie sie etwa für die Kategorisierung von Konsonanten erforderlich ist) und die Verf3gbarhaltung von Information f3r weitere Verarbeitungsprozesse (wichtig beim Satzverstehen oder beim Nutzen von Information aus nicht beachteten Schallquellen) o Der kurze (prperzeptuelle) auditive Speicher: Speicherdauer von ca. 200 ms, für die Integrationsund Persistenzphänomene verantwortlich o Der lange (synthetisierte) auditive Speicher: Dauer etwa 10–30 s, statischere Form der Speicherung, die als Datenbasis für weitere Verarbeitung dient o prädiktive Codierung/Prädiktion: Vorhersage zukünftiger auditiver Infos basierend auf mentalen Modellen (Regularitäten in der Reizabfolge); vereinfacht Probleme der auditiven Wahrnehmung  falsche Vorhersagen werden zurückgemeldet+verbessern somit immer die Wahrnehmung 2. Aufmerksamkeitsausrichtung Ziel von unwillkürlichen bottom-up auditiver Aufmerksamkeitsablenkung: bestmögliche Anpassung an die Umwelt; Balance finden, zwischen Ausblenden+Fokussieren (auch zwischen 2 wichtigen Schallquel- len) Kriterien: Position der Schallquelle im Raum (definiert, wie gut man Aufmerksamkeit ausrichten kann), akustische Unterschiede (Stimmlage, Geschwindigkeit, Klangfarbe, etc.) Testung: Paradigma des dichotischen Hörens=linkes+rechtes Ohr verschiedene Geschichtennur besonders auffällige Laute werden im einen Ohr wahrgenommen, wenn man sich auf das andere konzentriert ‚attentional-trace-theory‘: Erkennung einer Schallquelle durch Vergleichen mit erwarteten Merkmalen, wenn übereinstimmt=match, wenn nicht, wird Analyse abgebrochen Täuschungen/Fehler: o Unintentional Deafness: Unaufmerksamkeitstaubheit analog zu Unaufmerksamkeitsblindheit (Simons & Chabris, 1999)  Beispiel (aus Koreimann et al., 2014): Sie hören im Folgenden einen kurzen Auszug aus einem klassischen Musikstück. Der Auszug enthält eine Reihe markanter Paukenschläge. Bitte zählen Sie auf wie viele Paukenschläge Sie kommen!  Im Originalexperiment gab es zwei Faktoren: Nur Zuhörer (Kontrollgruppe) vs. Paukenschläge zählen; Musiker vs. Nicht-Musiker

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Ergebnisse von Simons & Chabris (1999): bei Konzentration auf 1 Reiz (Paukenschläge) überhört man einen anderen (Saxophonsolo, welches nicht hineinpasst)  Beispiel 2: Probanden konzentrierten sich auf Gesprächsinhalt+bemerkten nicht, dass der Gesprächspartner wechselte ‚waxing and waning‘: eine stetige Zu- und Abnahme der Aufmerksamkeit, die einer rhythmischen Schwingung gleicht (Jones und Boltz 1989; Henry und Herrmann 2014)  Es scheint nicht möglich zu sein, einer Schallquelle ein kontinuierlich gleichbleibendes Maß an Aufmerksamkeit zuzuwenden 

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Auditive Szenenanalyse (Bregman, 1990) = Prozess, bei dem die Mischung auditiver Signale in die zugrunde liegenden Schallquellen sortiert wird = aus Mischung mehrerer Schallquellen einzelne extrahieren Wenn ein auditiver Strom (‚auditory stream‘) das Ohr erreicht, wie können einzelne Schallquellen unterschieden werden?  auditive Szenenanalyse Wie werden Schallsignale gruppiert?  Zentrale Mechanismen: Segregation & Integration Bergamnn – Theorie der Heuristiken:  Bottom Up Heuristiken = auditive Gestaltgesetze  Top Down: Vorannahmen/Erwartungen in bestimmter Umgebung Gestaltgesetze formulieren abstrakte Prinzipien dafür, ob bestimmte Schallanteile in der Wahrnehmung integriert (als getrennt empfunden/ verschiedenen Schallquellen zugeordnet) oder segregiert (als zusammen gehörig empfunden/ ein oder derselben Schallquellen zugeordnet) werden die Entscheidung beruht auf Schallmerkmalen (Ort, zeitliche Verschiebung, harmonische Struktur) Instante/simultane + sequenzielle Gestaltgesetze 1. Gesetz der Nähe 2. Gesetz der Vhnlichkeit 3. Gesetz der guten Fortsetzung 4. Gesetz des gemeinsamen Schicksals

Kontinuitätsillusion (picket-fence-effect): Resultat des 2. Gesetzes; Signale warden als kontinuierlich empfunden, obwohl sie es nicht sind (wenn dazwischen Rauschen ist, da die „wichtige“ Quelle extrahiert + fortgesetzt wird

4. Ambiguität und Multistabilität Zweite wichtigste Strategien des auditiven Systems neben den Heuristiken Funktionsweise: mehrere Möglichkeiten (von Schallmischungen) offenhalten, um Schallquelle zuzuordnen o Integrierte Konfiguration: eine Interpretation, in der nur eine Schallquelle das gesamte Schallsignal erklärt o Segregierte Konfiguration: eine andere Interpretation, in der sich zwei Schallquellen abwechseln Ambiguität = mehrdeutige Schallquelle; Voraussetzung für Multistabilität Bi- und Multistabilität = wechseln zwischen 2 oder mehr Konfigurationen; nicht das Signal, sondern unsere Wahrnehmung ändert sich

Psychophysiologische Korrelate auditiver Verarbeitung  

Magnetenzephalographie - MRT: Messungen des Hörens vor der Geburt im Mutterleib Elektroenzephalographie - EEG: zu welchen Hörleistungen Neugeborene bereits in der Lage sind o Messungen bei Neugeborenen  können bereits Veränderung in gleichförmigen Tönen erkennen o Auditive Verarbeitungsleistung von Komapatienten, um Prognosen über den Verlauf des Komas abzuleiten (ob die messbare Korrelate auditiver Verarbeitung im EEG darauf hindeuten, dass der Patient Unterschiede zwischen verschiedenen Hörreizen erkennen kann) o Jeder Hörreiz löste eine bestimmte Abfolge von Komponenten im ereigniskorrelierten Potential (EKG) aus  die man durch Mittelung der Hirnaktivität auf viele Präsentationen des Reizes sichtbar machen kann: 1. Hirnstammantworten (1-10ms nach Reizbeginn): geringe Amplitude fordern mehr Ereignispräsentationen, um sich vom Hintergrundrauschen abzuheben  entstehen auf subcorticalen Verarbeitungsstufen (bezeichnet mit I-VII)  ihre Morphologie wird beeinflusst durch: Eigenschaften eines Schalls (Intensität, Frequenzzusammensetzung, Hüllkurve) und Eigenschaften der Versuchsperson (Geschlecht, Alter, Körpertemperatur) ABER nicht durch Aufmerksamkeit/Wachheit (Hirnstammpotentiale bleiben auch beim Schlafen gleich)  komplexe Hirnstammantwort (‚complex auditory brainstem response‘): frühe Reaktion des auditiven Systems (existieren neben den 7 Hirnstammkomponenten); vom Colliculi inferiores generiert; zeigt sich als Reaktion auf komplexe Reize (Musik, Sprache)  die Antwort hat große Vhnlichkeit zur induzierten Frequenz (nur leicht zeitverschoben)  wenn man also das EEG-Signal der Antwort als Tondatei abspielt, hört man die Musik, etc.  Ausmaß der Vhnlichkeit hängt von vielen Faktoren ab (die keinen Einfluss auf die einfacheren Antworten haben): Aufmerksamkeit, Musikalität, etc.  früher Einfluss auf die Wahrnehmung  Erkenntnis: auditive Verarbeitung entsteht durch Wechselspiel von Bottom-up- & Topdown-Informationseinfluss 2.

‚Middle latency responses‘: 10-50ms  entstehen auf thalamocorticalen Verarbeitungsstufen  werden in unterschiedliche Peaks mit verschiedenen Generatoren eingeteilt (N0, P0, Na, Pa, Nb, Pb, etc.)  ca. 20ms: Aufmerksamkeit und Erwatung wirken sich auf MLR-Amplituden aus (z.B. selbstgenerierte Hörreiz rufen abgeschwächtere MLR-Komponenten auf, als fremdgenerierte  weil es erwartet wurde)  vermutlich top-down (aber siehe S.66)

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‘Late latency responses’ (späte Antworten): >50ms  Obligatorische (P1-N1-P2-Komplex) und nicht-obligatorische Komponenten  nicht-obligatorische=Reaktion auf 2 Reize oder 1 Reiz in unterschiedlichen Bedingungen  nach Donders’schen Subtraktionslogik: psychologische Prozesse gehen mit einigen EKP einher  Beispiele: ‚mismatch negativity‘ (MMN) = Erwartungsverletzung; Verarbeitungsunterschied zwischen erwartetem (prädiktivem) und unerwartetem Reiz (Unterschied=Zeit zur Erkennung und Korrektur) ‚processing negativity‘ (PN) = ‚match‘ - Übereinstimmung von Schallsignal und Aufmerksamkeitsspur (Erwartung) ‚object-related negativity‘ (ORL) = Erkennen 2 Schallquellen einer Schallmischung; wird automatisch (ohne bewusste Aufmerksamkeit ausgelöst)

Störungen des Hörens und mögliche Kompensationen 

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Sensorineuraler Hörverlust (=Schwerhörigkeit)

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Ursachen: Alter, Lärmexposition - große Prävalenz in der Bevölkerung

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Physiologie: verschlechterte periphere Eingangssignale (weniger Sensitivität und Selektivität der Codierung auf der Cochlea) und veränderte zentrale Verarbeitung (oft aus der Verschlechterung der Eigangssignale resultierend)

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Auslöser  periphere Faktoren:

Verlust von Haarzellen (durch Alter/Lärm)  Vnderung der absoluten Hörschwelle (mit Reintonau- diometrie untersucht)  versteckter Hörverlust = Degeneration von Synapsen zwischen Haarzellen und Hörnerv  Degeneration des Hörnervs (kann nicht mit Reintonaudiometrie erfasst werden, da keine Vnderung der a.H. vorliegt; a.H. verschlechtert sich zwar für kurze Zeit bei Lärmexposition, wandert dann aber wieder zurücktrotzdem Schädigung, wegen der Synapsen, deswegen können auch Leute mit hoher a.H. schlecht hören) o Konsequenzen: Schwierigkeiten im Sprachverständnis (speziell bei vielen Schallquellen), sozialer R3ckzug (psychische Konsequenzen und Einbußen kognitiver Leistungen) o Konsequenz des versteckten Hörverlusts: Tinnitus  objektiver: für andere wahrnehmbar, wegen Pulsieren des Blutes/Zucken des Mittelohrmuskels  subjektiver: nur für einen selbst wahrnehmbar, entsteht vermutlich wegen (verstecktem) Hörverlust und Reaktion des Gehirns auf dadurch veränderte peripheren Eingangssignale oder durch Stress Amusia: Defizit in Tonhöhen und Melodiewahrnehmung; tritt oft mit Prosopagnosie (Unfähigkeit bekannte Gesichter zu erkennen) auf Deaf hearing (vgl. Blindsicht): trotz Taub-/Blindheit Töne/Bewegungen wahrnehmen können Auditiver Neglect: ausbleibende Wahrnehmung auditiver Reize (gibt es bei allen Sinnen) Kompensationen: o Hörgeräte: bei klassischem sensoneuralem Hörverlust; Schallsignale werden verstärkt (individuell auf nötige Frequenzen angepasst; kann auch selektive Aufmerksamkeit + Störgeräuschunterdrückung) o Cochleaimplantat: wandelt Schall direkt in elektrische Stimulation um; Gehirn lernt Stim. zu verarbeiten 

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Beispiel: Pr3fungsfrage Was passiert im Zuge der Auditiven Szenenanalyse (ASA, auditory scene analysis)? a) b) c) d)

Die Bestimmung der dramaturgischen Effekte von Filmmusik. Die tonotope Organisation der Frequenz von Schallquellen. Die Bestimmung der räumlichen Position einer sich bewegenden Schallquelle. Die Zergliederung der Schallmischung in einzelne Schallquellen.

Was passiert im Zuge der Auditiven Szenenanalyse (ASA, auditory scene analysis)? a) b) c) d)

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Die Bestimmung der dramaturgischen Effekte von Filmmusik. Die tonotope Organisation der Frequenz von Schallquellen. Die Bestimmung der räumlichen Position einer sich bewegenden Schallquelle. DieZergliederungderSchallmischungineinzelneSchallquellen....