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Kognition

-IQ ungefähr normalverteilte Persönlichkeitseigenschaft. -Werten über 130“hochbegabt” -Klassifikation aus einem kontinuierlichen Wertespektrum

Intelligenztest-Items (HAWIK) - Intelligenztests für Kinder und Jugendliche in einem Alter von 6 bis 16 Jahren - Themen: Bilderergänzen; Allgemeines Wissen; Zahlen-Symbol-Test; Gemeinsamkeiten finden; Allgemeines Verständnis; Bilderordnen; Rechnerisches Denken; Mosaik-Test; Wortschatz-Test; Figurenlegen; Zahlennachsprechen; Labyrinth-Test; Symbolsuche - Kritik: Falsche Antworten sind ein Zeichen für einen anderen/ neuen Blickwinkel —> nicht in der Lösung, also falsch. Kulturabhängigkeit des IQ-Konzepts - Frühe Tests (z.B. Army-Alpha-Test) waren nicht kulturfair, benachteiligten schwarze Amerikaner und Hispanics (hoher englischer Sprachanteil). - Heute gibt es sprachfreie Tests (z.B. Raven-Matrizen), die aber stark logisch orientiert sind. - Was als “intelligent” gilt, hängt stark vom kulturellen Bezugsrahmen ab: Unsere Arbeitskultur betont stark sprachliche und formale Intelligenzaspekte, weniger emotionale, körperliche oder musische Aspekte. Letztere Begabungen werden durch herkömmliche Tests unterschätzt. Mythen über Intelligenz 1. “Intelligenz misst nichts anderes als soziale Bevorteilung.” Stimmt nicht: Intelligenztests werden sehr sorgfältig konstruiert, so dass sie fair gegenüber Angehörigen verschiedener gesellschaftlicher Gruppen sind. Aber: Vollständige Kulturfairheit ist dadurch nicht garantiert. 2. “Verschiedene Gesellschaftsgruppen sind ungefähr gleich intelligent.” Stimmt nicht. Die durchschnittliche Intelligenz ist in den unteren Schichten tatsächlich geringer als in den oberen. 3. “Es gibt keine Hinweise darauf, dass der IQ tatsächlich vererbt wird.” Stimmt nicht. Allerdings gibt es eine Reihe von Missverständnissen darüber, was “Erblichkeit” bedeutet und welche Konsequenzen man daraus ziehen sollte. Zwillingsstudien Mit Zwillingsstudien kann man den relativen Anteil von Erb- und Umwelteinflüssen bestimmen: Eineiige Zwillinge

Zweieiige Zwillinge

Gemeinsam aufgewachsen

Gleiche Gene, gleiche Umwelt

Unterschiedliche Gene, gleiche Umwelt

Getrennt aufgewachsen

Gleiche Gene, unterschiedliche Umwelt

Unterschiedliche Gene, unterschiedliche Umwelt

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Wichtig: genetische Ähnlichkeit bezieht sich immer nur auf den Anteil der Gene, die von Mensch zu Mensch variieren können. Erblichkeit - Korrelation der IQs von Kindern und leiblichen Eltern: ca. 0.5 - 25 % der Variabilität im IQ wird durch die Intelligenz der Eltern erklärt, der Rest durch andere Einflüsse. - Heritabilitätsindex (Falconer-Formel): h2 = 2(reineiig-rzweieiig)= 2(.51-.18) = .66 —> Die Erblichkeit der Intelligenz ist somit ziemlich hoch, höher als die der meisten anderen Persönlichkeitseigenschaften. - Eine hohe Erblichkeit bedeutet lediglich, dass ein großer Teil der Variabilität des IQs in der Population durch genetische Faktoren erklärt wird. Einen individuellen IQ kann man damit nicht vorhersagen. - Erblichkeit hängt daher davon ab, wie variabel die Merkmale sind. Die Anzahl der Ohren ist zum Beispiel nicht erblich, weil es hier keine nennenswerte Variabilität in der Bevölkerung gibt. - Erblichkeit muss nicht zeitlich stabil sein. Wird die Umwelt mit der Zeit variabler, sinkt die Erblichkeit entsprechend. - hohe Erblichkeit bedeutet keinesfalls, dass das Merkmal unveränderlich ist! Beispiel: Haarfarbe. - Die Erblichkeit der Intelligenz sagt nichts darüber aus, ob Kinder z.B. durch Förderunterricht profitieren können. Genetik und Umwelt - Zwillingsstudien zeigen, dass der IQ eine erbliche Komponente hat. - Umwelt kann eine noch wichtigere Rolle spielen - Risikofaktoren wirken sich ungünstig auf die Intelligenz aus: z.B. Alkoholismus der Eltern, niedriger Sozialstatus, große Geschwisterzahl - Die Intelligenz ändert sich mit der Zeit, und die Änderung ist abhängig von der Umwelt. Schulkinder gewinnen ca. 5 IQ-Punkte im Jahr. Studien zeigen, dass dieser Zuwachs vor allem auf Bildungseinflüsse zurückgeht. - Derzeit nimmt die gemessene Intelligenz in Entwicklungsländern von Generation zu Generation zu, und zwar schneller als im Westen. Die Ursachen liegen aber in Bildung und Kultur, nicht in der Genetik. - Diese großen Veränderungen lassen sich nicht durch genetische Komponenten erklären, sondern nur durch Veränderungen in Bildungssystemen, Schuldauer, Erziehungsstilen, Wertschätzung für intellektuelle Fähigkeiten!

1. Visuelle Wahrnehmung Die Mehrdeutigkeit visueller Bilder (Schattenwurf- Schiff, das Objekt welches den Schatten wirft muss nicht ein Schiff sein) - Verschiedenste Objekte können dasselbe Bild auf der Netzhaut erzeugen. - Das visuelle System muss sich daher für eine „plausible“ Interpretation entscheiden.(am wenigsten verrückt, und stabile Interpretationen) - In einem strengen Sinne sind alle unsere Wahrnehmungen „falsch“, weil sie nur (Re-)konstruktionen der wirklichen Welt sind. Der Cortex Die Großhirnrinde (Cortex) ist für die komplexesten Hirnfunktionen zuständig. Sie wird in Frontal-, Temporal-, Parietal- und Okzipitallappen unterteilt und besitzt zahlreiche Windungen (Gyri) und Furchen (Sulci). 2 von 45

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Diencephalon (Zwischenhirn) Das Zwischenhirn umfasst Thalamus und Hypothalamus.Der Thalamus ist die wichtigste Zwischenstation der sensorischen Eingangssignale, z.B das Corpus Geniculatum Laterale (CGL). Der Hypothalamus reguliert das Hormonsystem über die Hypophyse („pituitary gland“).

Basalganglien Die Basalganglien regeln motorische Prozesse zusammen mit den motorischen corticalen Arealen und dem Cerebellum. Zerstörung von Zellen in der Substantia führt zu Parkinson-Symptomen.

Nigra

Limbisches System Das limbische System (mit der Amygdala)ist entscheidend für Motivation und Emotion. Hippocampus und parahippocampaler Cortex regeln die Enkodierung neuer Erinnerungen.

Aufbau von Nervenzellen - Neurone bestehen aus Zellkörper, Dendriten, einem Axon und präsynaptischen Endigungen - Jeder Bereich hat eine ganz bestimmte Aufgabe bei der Signalübetragung - Der Zellkörper ist das Stoffwechselzentrum der Zelle - Dendriten und Zellkörper empfangen Information von anderen Zellen - Über das Axon wird Information an andere Zellen weitergegeben Licht Das Sehsystem ist empfindlich für elektromagnetische Strahlung in einem eng umgrenzten Bereich von Wellenlängen. Nur für Strahlung dieser Wellenlängen besitzen wir Rezeptoren. Andere Tierarten können jedoch UVoder Infrarot- Strahlung wahrnehmen. 3 von 45

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Anatomie des Auges Auf der Netzhaut entsteht ein umgekehrtes Abbild unserer Umwelt. Das Auge ist aber keine gute “Kamera”: Durch wiederholte Lichtbrechung und -beugung ist das Bild auf der Retina unscharf. Das retinale Netzwerk Die Photorezeptoren (Zapfen und Stäbchen) liegen auf der lichtabgewandten Seite der Netzhaut. Ihre Signale werden durch ein Geflecht von Zellen an die Ganglienzellen weitergegeben. Die Art der Verschaltung beeinflußt Lichtempfindlichkeit und räumliche Auflösung des Auges, und sie verstärkt den Bildkontrast.

Zwei Rezeptorsysteme

Farbensehen ist trichromatisch 3 Zapfenrezeptoren —> 3-dimensionaler Farbraum

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Farbenblindheit - Bestimmte Zapfentypen fehlen: Dichromaten haben noch zwei, Monochromaten noch einen - Vor allem Männer sind betroffen: auf eine fehlerhafte Kopie des X-Chromosoms zurückzuführen - Für Rot-Grün-Blinde (häufigste Form) sind rote und grüne Farben nicht unterscheidbar (blau-Gelb Schwäche) Rezeptorverteilung

- In der Fovea befinden sich nur Zapfen. - Am “blinden Fleck” gibt es keine Rezeptoren: dort tritt der Sehnerv aus. - Die Dichte der Zapfen nimmt zur Peripherie hin rasch ab, es gibt aber überall Zapfen. - Es gibt mehr Stäbchen (100 Mio.) als Zapfen (5 Mio.) - In der Fovea sind die Rezeptoren dichter gepackt. - Folge: wir kommen mit weniger Zapfen aus, müssen dafür aber unsere Augen bewegen!

Blickbewegung

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Retino-kortikale Bahnen

Die Sehbahnkreuzung (chiasma opticum) sorgt dafür, daß die linke Hälfte des visuellen Feldes in der rechten Gehirnhälfte verarbeitet wird (und umgekehrt) Rezeptive Felder im visuellen Kortex - Das visuelle Feld einer Zelle ist der Bereich des visuellen Feldes, auf den die Zelle reagiert. Viele Zellen werden nur durch ganz spezielle Reize erregt. - Im primären visuellen Cortex sind solche Reizmerkmale systematisch und topographisch angeordnet (“Eiswürfel- Modell”). Mid-level vision: Gestaltgesetze und perzentuelle Organisation

Optische Täuschungen

Raumfrequenz - Kanäle und die Müller-Lyer-Täuschung

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Psychophysik - Die Psychophysik beschreibt den Zusammenhang zwischen Reiz und subjektiver Empfindungsstärke. Sie entwickelt auch Theorien und mathematische Modelle für diese Zusammenhänge. - Entdeckungsschwelle: Stärke, bei der ein Reiz in 50 % der Fälle entdeckt wird. - Diskriminationsschwelle: Stärke des Unterschieds zweier Reize, die zu 75 % korrekten Klassifikationsleistungen führt. - Vorsicht: Unterhalb der Schwelle ist ein Reiz nicht unbedingt “unsichtbar” oder “unbewußt”, sondern wird einfach nur seltener als 50 % der Fälle entdeckt. Entdeckungs-Experiment

- In jedem Versuchsdurchgang wird ein schwacher Reiz präsentiert. Die Versuchsperson muss entscheiden, ob der Reiz da ist oder nicht.

Weber’s Law

- Weber (1864): Der gerade merkliche Unterschied zwischen zwei Reizen ist proportional zur Größe dieser Reize.

- Wenn man ein Gewicht von 1000 g um 100 g erhöhen muß, um den Unterschied -

gerade zu spüren, dann muß man ein Gewicht 2000 g um 200 g erhöhen: Unterschiedsschwelle ΔS = k · S Vorsicht: diese Regel gilt nicht für sehr schwache Reize.

Stevens’ Law Die Empfindungsstärke ist eine Potenzfunktion der Reizintensität: E = b · Sa -Für jede Reizdimension gibt es eine charakteristische Stevens-Konstante a. (Die Konstante b dient nur zur Skalierung auf die richtige Maßeinheit). -Die Stevens-Konstante für die wahr- genommene Linienlänge liegt etwa bei 1. Linienlängen werden also fast unversehrt wahrgenommen. -Man kann das Gesetz auch so aus- drücken (a ist dann die Steigung einer Gerade): -log E = a · log S + log b

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Kognition Signal-Entdeckungs-Theorie

- Erlaubt die Zerlegung der Entdeckungsleistung in Sensitivität und Antwortneigung (Response Bias).

- Hohe Sensitivität: Viele Treffer, wenige falsche Alarme - Konservative Antwortneigung: wenige Treffer, vermeidet aber falsche Alarme - Progressive Antwortneigung: viele Treffer, macht aber auch viele falsche Alarme Green & Swets (1966) und Macmillan & Creelman (2005) - jede Kurve: Wahrscheinlichkeitsverteilung der subjektiven Evidenz für einen Reiz - ohne Reiz gibt es nur “Rauschen”, mit Reiz kommt ein “Signal” dazu - Sensitivität (d') = Abstand der beiden Verteilungen - liegt die Evidenz oberhalb des Entscheidungskriteriums, antwortet man mit “ja” - Kriterium weit rechts = konservativ, weit links = progressiv Entscheidungsmodelle und Criterion Content - Zu jeder Experimentalsituation gibt es spezialisierte psycho- physische Modelle (MacMillan & Creelman, 2004). Sie müssen berücksichtigen, welche Information die Versuchsperson in einer bestimmten Aufgabe nutzt und welche Strategien sie dabei verwendet. - Criterion Content: Diejenige Reizinformation, die ein Beobachter tatsächlich nutzt, um die Aufgabe zu lösen (Kahneman, 1968). - Anwendungen der Psychophysik: Farbtechnologien wie Monitore und Drucker; Hörgeräte und Neuroprothesen; Musikaufnahmen und Konzerthallen Wahrnehmung von räumlichen Beziehungen Außerdem: Tiefensehen (auf kurze Entfernung), Bewegungsparallaxe, Texturgradienten, Dunst und Blauverschiebung

Eigenbewegung macht Raumbeziehungen eindeutig

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Das Problem der Größenkonstanz

Beispielfall: Wahrnehmung von Helligkeit (Bridget Riley Arrest 1 (1965))

Helligkeitswahrnehmung und Helligkeitskonstanz

q, r: unterschiedliche Reflektanzen p, q: gleiche Reflektanz, verschiedene Luminanz p, r: gleiche Luminanz, verschiedene Reflektanz

- Auf der Retina gegeben ist nur die Luminanz: Luminanz = Reflektanz · Illuminanz L(x,y) = R(x,y) · I(x,y) - Interessiert ist das System an der Reflektanz: R(x,y) = L(x,y) / I(x,y) Die Rolle der Beleuchtung Zwei Flächen gleicher Luminanz: Interpretation der Beleuchtung bestimmt, welcher die höhere Lightness zugeordnet wird. Nötige Annahmen: Geometrie der Oberfläche, Anordnung von Lichtquellen usw.

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Helligkeitsillusionen zeigen also, daß das System das Luminanzbild in Reflektanz- und Illuminanzanteile zerlegt: Es interpretiert nicht die Brightness einer Fläche, sondern die Lightness! Die Rolle der Transparenz: Adelson’s „Snake Illusion“

Klassischer Simultankontrast (schwacher Effekt)

Das visuelle System zerlegt das Luminanzbild in Reflektanzund Transparenzanteile: Wie hoch muß die Lightness der Flächen hinter dem transparenten Film sein?

Ist hier eine Konstanzleistung im Spiel? Farbkonstanz Verschieden starke Kontrastkanten werden bei Blickbewegungen unterschiedlich schnell signalisiert. Dadurch entstehen illusorische Bewegungssignale, die über das gesamte Blickfeld hinweg miteinander vernetzt werden (Backus & Oruc, 2005). Unmögliche Wahrnehmungen Manche Konstanzannahmen sind so tief in unserem visuellen System verankert, daß wir abweichende Reize buchstäblich nicht sehen können. Zum Beispiel sind wir nicht in der Lage, eine Gesichtsmaske als hohl wahrzunehmen.

2. Auditive Wahrnehmung Schall • Schall: Schwankungen des Luftdrucks im hörbaren Frequenzbereich • Schalldruck: Kraft pro Fläche in Mikropascal (1 µPa = 1/1.000.000 N/m2) • Kleinste wahrnehmbare Änderung des Schalldrucks: ca. 20 µPa. • Schmerzgrenze: ca. 100 Mio. µPa. • Schallgeschwindigkeit in Luft: 344 m/s • Schallgeschwindigkeit in Salzwasser: 1500 m/s Schalldruck in Dezibel - Um die in der Psychoakustik auftretenden Schalldruckwerte zwischen 20 und 108 µPa bequemer darstellen zu können, benutzt man meist eine logarithmische Darstellung relativer Schalldruckwerte. 10 von 45

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- Der Schalldruck wird dazu auf einen Bezugswert relativiert und der daraus hervorgehende Quotient logarithmiert: L(p) = 20 log (p/p0) = 20 log (p / 20 µPa)

- Diese Größe heißt Dezibel (dB). Sie ist die Maßeinheit des Schalldruckpegels (sound pressure level, SPL).

- Jede Zunahme um 6 dB entspricht einer Verdopplung des Schalldrucks.

Sinustöne sind die Bausteine unserer Wahrnehmung:

-Amplitude bestimmt die wahrgenommene Lautstärke - Frequenz bestimmt die wahrgenommene Tonhöhe Schall und Wahrnehmung - Lautstärke: Bei konstanter Frequenz nimmt die Lautstärke mit der Amplitude eines Tons zu - Tonhöhe: Niedrige Frequenzen werden als tiefer wahrgenommen als hohe - Lokalisation: Durch die Auswertung der Unterschiede im linken und rechten Ohr lässt sich feststellen, von welcher Stelle im Raum ein Ton kommt - Klangfarbe: Komplexe Töne klingen oft (bei verschiedenen Instrumenten) unterschiedlich, auch wenn sie die gleiche Tonhöhe haben. Die Klangfarbe hängt vom Mischungsverhältnis der Obertöne ab. Obertöne (harmonics) Reine Töne: einfache Sinusschwingungen Obertöne: ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz Klänge: überlagerte Sinusschwingungen Geräusche: unorganisierte Schallereignisse Oktavenskala (nach Shepard) Wenn man die Noten der Tonleiter auf einer aufsteigenden Spirale abbildet, kann man die Wahrnehmung der Tonhöhe in der Musik und der Ähnlichkeit oktavverwandter Töne graphisch darstellen. Eine Oktave entspricht immer einer Verdopplung der Frequenz.

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Kognition Kurven gleicher Lautheit

Psychophysik statt Physik: Wahrgenommene Lautheit wird in „Sone“ gemessen

Eine Erhöhung des Schalldruckpegels um ca. 10 dB führt zu einer Verdoppelung der wahrgenommenen Lautheit.

Fledermäuse könne Richtungshören Interaurale Zeitdifferenz Bei Tönen, die nicht genau vor oder hinter dem Beobachter entstehen, besteht eine Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Ohren. Der Schall erreicht zuerst das nähere Ohr. Diese Zeitdifferenzen liegen im Bereich von Mikrosekunden, können aber trotzdem von Neuronen im auditorischen System erkannt werden. Der Hörschatten Hochfrequente Töne von der dem Ohr entfernten Seite fallen in einen Hörschatten. Der Pegel dieser Töne wird abgeschwächt. Tiefe Frequenzen sind davon nicht betroffen, deshalb kann man sie schwer orten.

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Interaurale Pegeldifferenz

Vertikale Lokalisation Unterschiede in der Elevation einer Tonquelle führen zu leicht unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen, weil sich der Schall an der Ohrmuschel unterschiedlich bricht: Von oben kommen mehr Baß und Diskant, von unten mehr mittlere Frequenzen. Druckausbreitung im Mittel und Innenohr Die drei Gehörknöchelchen übertragen die Vibrationen des Trommelfells auf das ovale Fenster des Innenohrs (von Luft auf Wasser in der Cochlea). Dabei wird der Schalldruck um einen Faktor von 20-50 verstärkt. Wenn laute Geräusche antizipiert werden können, können Muskeln die Schallleitung reduzieren. Rezeptorzellen: innere und äußere Haarzellen Wenn sich eine Welle entlang der Basilarmembran ausbreitet, wird diese relativ zum Cortischen Organ bewegt. Diese relative Bewegung verbiegt die inneren Haarzellen, was wiederum eine Erregung der Rezeptoren erzeugt.

Ortstheorie der Frequenz- Codierung Der Ort der maximalen Auslenkung codiert die Tonhöhe. Dieses Prinzip stößt auf Grenzen: In komplexen Klängen überlagern sich viele solche Schwingungen (z.B. Obertöne). Volleytheorie der Frequenzcodierung - Bei hohen Frequenzen reicht die Ortscodierung nicht mehr aus. Hier spielt der Rhythmus eine Rolle, mit der die Ganglienzellen Aktionspotentiale abgeben. - Dabei können auch mehrere Zellpopulationen zusammenspielen (Volley- Prinzip). - Vorteil: Es können mehrere Frequenzen gleichzeitig signalisiert werden! 13 von 45

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Die auditorischen Bahnen

Tonotopie im Hörsystem Beim Hören finden auf mehreren Stufen im Gehirn Analyseprozesse akustischer Signale statt. Sie sind die Grundlage nachfolgender Dekodierung, beim Menschen insbesondere für das Verstehen von Sprache. Der Begriff der Tonotopie, bezieht sich auf die erste Hauptstufe der Schallanalyse. Synästhesie

Auditorische Gruppierung Verschiedene Geräuschquellen vermischen sich zunächst im Ohr und müssen später wieder in verschiedene Ströme zerlegt werden. Gestaltgesetze des Hörens Ähnlichkeit: z.B. durch Notenwerte Nähe: Vermeidung von großen Intervallsprüngen innerhalb der Melodie Gute Fortsetzung: Melodien können sich „kreuzen“ Prägnanz: feststehende Wendungen, Phrasen, Akkordfolgen

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3. Gedächtnissysteme Klassifikation von Gedächtnisarten

Sensorisches Gedächtnis: Sperlings PartialReportParadigma

Sperling (1960): Buchstabenmatrix wird kurz präsentiert. Der genaue Inhalt verschwindet schnell aus dem Gedächtnis: nur etwa eine Zeile kann erinnert werden. Gibt man jedoch kurz nach der Präsentation die Zeile an, die wiedergegeben werden soll, dann zeigt sich, dass alle Zeilen für kurze Zeit (ca. eine halbe Sekunde) verfügbar bleiben, bevor die Erinnerung verblasst („Teilberichtsvorteil“)!

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Die Kurzlebigkeit des Kurzzeitgedächtnisses Petersen Task: - 3 Konsona...