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Zusammenfassung der Vorlesung "Wahrnehmung" im FSS 2019 bei Prof. Bröder...

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Definition Allgemeine Psychologie Der Fokus liegt auf den allen Menschen gemeinsamen Prozessen, weniger auf individuellen Unterschieden oder deren Entwicklung. Die „Allgemeine Psychologie“ als einheitliches Theoriegefüge existiert nicht. Es gibt mehrere Forschungstraditionen, die sich mit den unterschiedlichen Grundfunktionen der Psyche beschäftigen. Diese Forschungsfelder teilen die Grundauffassungen des Universalismus, des Funktionalismus und des Experiments als Methode der Wahl. Definitionen und Gegenstandsbereich Kognition: alle Prozesse, die der Erkenntnisgewinnung des Organismus dienen (Wahrnehmung, Aufmerksamkeit, Lernen, Gedächtnis, Denken, Urteilen, Sprache, Handlungsplanung). Es ist nützlich, den Erkenntnisprozess als Aufnahme, Speicherung, Weiterverarbeitung und Weitergabe von Information aufzufassen. Ziel der kognitiven Psychologie ist es, Theorien über Informationsverarbeitungsprozesse aufzustellen, diese durch kontrollierte empirische Untersuchungen zu prüfen und ggf. die Erkenntnisse nutzbar zu machen. Rahmenmodell der Informationsverarbeitung

Methodische Zugangsweisen zur kognitiven Psychologie 1. Experimentelle kognitive Psychologie: Variation von Variablen, Beobachtung der Auswirkung auf Verhalten 2. Kognitive Neuropsychologie: genaue Dokumentation kognitiver Beeinträchtigungen nach lokalisierbaren Hirnschädigungen 3. Computermodellierung: Versuch der Nachbildung von Aspekten der Kognition durch Computerprogramme 4. Kognitive Neurowissenschaften: Korrelation zw. kognitiven Aktivitäten und neuronaler Aktivität Argumente gegen den „naiven Realismus“ als erkenntnistheoretische Position Andere Tierarten nehmen andere physikalische Aspekte der Realität wahr: -

Ultraschall (Fledermäuse, Katzen, Hunde) Infrarotstrahlung (diverse Giftschlangen) Ultraviolettstrahlung (Bienen, andere Insekten) Erdmagnetfeld (Zugvögel) Wasserbewegungsreize (Wasserwirbeltiere mit Seitenlinienorgan)

Man kann es sich an optischen Täuschungen klar machen, dass Sinnesdaten nicht unverfälscht eine „Realität“ abbilden, die wichtige Hinweise auf Arbeitsprinzipien unseres Sehsystems geben. Grundbegriffe Distaler Reiz: Physikalisches Reizereignis in der Außenwelt

Proximaler Reiz: Reizabbild an den Sinnesorganen bzw. sensorischen Zellen, die die Transduktion machen (z.B. Lichtverteilung auf der Retina oder Schwingungsmuster des Trommelfells) Transduktion: Umwandlung der Reizenergie in neuronale Impulse durch die Sinneszellen Bottom-Up-Prozesse: Reizgesteuerte Wahrnehmungs- und Analyseprozesse (proximaler Reiz führt zu Wahrnehmungseindruck Top-Down-Prozesse: Wissens- und erwartungsgesteuerte Einflüsse auf die Wahrnehmung (Anteil, den der Betrachter selbst beisteuert, um den Wahrnehmungseindruck hervorzurufen  Beitrag des Vorwissens/der Erwartung an der Wahrnehmung) Psychophysik: Untersuchung der gesetzhaften Zusammenhänge zwischen Reiz und Perzept (der Versuch, den physikalischen Reiz auf der einen Seite und unsere Wahrnehmung (bzw. eine Dimension der Wahrnehmung) desselben in Zusammenhang zu bringen Ziele der (klassischen) Psychophysik -

Ermittlung von Maßen der Sensitivität (Absolut- und Unterschiedsschwellen) Gesetzhafte mathematische Beziehungen zwischen physikalischem Reiz und Empfindungsstärke (Skalierung)

Sensitivitätsmessung Absolutschwelle: minimaler Energiebetrag eines Reizes, der eben noch wahrgenommen werden kann (z.B. minimale Intensität einer Lichtquelle, die eben noch sichtbar ist). Unterschiedsschwelle: minimaler Unterschied zwischen einem Standardreiz S 0 und einem Vergleichsreiz Si , der eben noch wahrnehmbar ist (nicht nur bezogen auf Intensität, auch auf andere Reizdimensionen wie Tonfrequenz, Farbmischung etc.)  Bsp.: Hörschwelle in Abhängigkeit von Frequenz – die Ruhehörschwelle ist abhängig von der Frequenz (zw. 2 kHz und 5 kHz) – für eine Sinnesmodalität gibt es nicht eine fixe Absolutschwelle, sondern ist noch von anderen Aspekten des Reizes abhängig (wie in diesem Fall die Frequenz). Bei niedrigen Frequenzen braucht es einen wesentlich höheren Schalldruck, um überhaupt eine Hörempfindung zu erzeugen. Konstanzmethode (Absolutschwelle) Prozedur: eine Reihe von schwellennahen Reizen werden in zufälliger Reihenfolge häufig dargeboten, jeder Reiz 1015x, und nach jedem Reiz gibt die Vp an, ob sie etwas wahrnimmt oder nicht (ja oder nein).

Bei einer idealen psychometrischen Funktion gibt es eine klare Schwelle, typischerweise jedoch gibt es eine langsam anwachsende WS, dann einen deutlichen Sprung und dann nochmal eine etwas langsam weiterwachsende WS. Die Definition der Absolutschwelle ist die Reizgröße, die in 50% der Fälle entdeckt wird (Point of Subjective Indifference PSI), der Punkt der maximalen Unsicherheit „war da was oder nicht?“. Wenn kein Reiz exakt auf der Schwelle liegt, legt man eine Kurve durch die ganzen Punkte und definiert die Schwelle auf dieser Kurve zwischen den Punkten. Grenz- und Herstellungsmethode

Hier werden auf- und absteigende Reizfolgen, beginnend entweder mit einem klar über- oder klar unterschwelligen Reiz, präsentiert/selbst hergestellt, bis der Reiz wahrgenommen bzw. nicht mehr wahrgenommen wird, was die Schwellenerkennung im Vergleich zur Konstanzmethode deutlich beschleunigt. Herstellungsmethode: Vpn stellen den Reiz selbst ein (z.B. Lichtintensität mit Dimmer) – sehr ähnlich zur Grenzm. Grenzmethode: heute als adaptive Schwellenmessung computergestützt. Es wird eine auf-/absteigende Reizfolge präsentiert. Wenn die Schwelle überschritten wird, drückt man auf einen Knopf, solange ein Reiz dargeboten wird, und hört auf, sobald der Reiz aufhört. Definition der Schwelle hier ist der Mittelwert der Kreuzungspunkte, also der Reize, wo die Antworttendenz umschlägt. Probleme aller Methoden -

Schwelle scheint nicht konstant zu sein, sondern zu fluktuieren (siehe psychometrische Funktion) Mögliche Antworttendenzen der Vpn werden nicht berücksichtigt (bedingt durch Erwartungen, Motivation etc.). Im Messergebnis sind Antworttendenzen und Sensitivität konfundiert

Antworttendenzen Antworttendenzen können Messergebnisse beeinflussen (Erwartungen, Motivationen, die die Tendenz, ja zu sagen, beeinflussen) und kommen immer dann ins Spiel, wenn die sensorische Information, die man hat, sehr unsicher ist, sprich: in der Nähe der vermuteten Schwelle. Ein liberales Antwortkriterium ist hierbei die Ja-Sage-Tendenz, während ein konservatives Antwortkriterium die Nein-Sage-Tendenz darstellt. Die Rate der Ja-Antworten vermischt Sensitivität und Antworttendenz. Signalentdeckungstheorie -

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Messmethode, um Diskriminationsfähigkeit/Sensitivität und Antworttendenz separat zu erfassen Prozedur: in X% der Durchgänge Darbietung eines schwellennahen Reizes konstanter Intensität, in 100-X% der Fälle wird kein Reiz dargeboten (sog. catch trials) Die Hits und Misses sowie die FA und die CR-Raten ergänzen sich jeweils zu 1 Je höher die FA-Rate, desto liberaler die Antworttendenz Wenn HIT = FA, ist die Sensitivität offenbar 0 Informativ sind die Hits und FA-Rate - der Beobachter testet die H0 gegen die H1, dazu steht ihm als informative Stichprobe nur seine innere Empfindung zur Verfügung Annahmen: - Entscheidung wird anhand eines internen sensorischen Kontinuums (interne Antwort) getroffen, also einer inneren Skala, auf der wir festlegen, wie stark die Empfindung war  wir legen ein Kriterium K fest - Sowohl catch trials (R), als auch Signale (S+R) lösen Empfindungen auf diesem Kontinuum aus (Nervensystem produziert immer in irgendeiner Form Empfindungen – daher hängt unsere innere Empfindung nicht nur vom externen Reiz ab, sondern auch vom Zustand unseres Nervensystems und so entstehen auch in catch trials Empfindungen  die von Signalen ausgelösten Empfindungen sind aber stärker als die von catch trials Ob die Empfindung von R oder von S+R ausgelöst wurde, wird anhand des Kriteriums K entschieden (wie bei Hypothesenprüfung ein Signifikanzniveau festlegen) Der Abstand der Kurven sagt, wie gut meine Diskriminationsfähigkeit ist bzw. wie wenig Unsicherheit ich habe  auseinanderziehen der Kurven führt zu einem immer kleiner werdenden Bereich der Auslasser/Falscher Alarme  damit wird der Bereich der Unsicherheit kleiner und somit die Diskriminationsfähigkeit besser

d‘ = Maß für die Sensitivität = Abstand der Kurvenmaxima, „Empfindungskontinuum“ c = Maß für die Antworttendenz = Lage des Antwortkriteriums -

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Liberales Antwortkriterium: viele FA, damit wird die Hälfte der Rauschenverteilung fälschlicherweise als Signal klassifiziert, aber dafür werden auch viele Treffer produziert Zunehmend konservativ = Kriterium zunehmend nach rechts verschoben  immer noch der gleiche Kurvenabstand, aber kleinere Flächen FA und kleinere Flächen HITS – man nimmt mehr Verpasser in Kauf, wenn man ein strengeres Kriterium anlegt „neutrales Kriterium“, wenn die HIT-Rate der CR-Rate entspricht – ausgeglichenes Risiko Je weiter man das Kriterium nach rechts verschiebt, desto konservativer wird es und desto geringer HIT Wenn man statt dem Kriterium die Sensitivität steigert nimmt die HIT-Rate zu, während die FA-Rate abnimmt

ROC-Kurven (receiver operating characteristics) Theoretische ROC-Kurven sind die Vorhersagen über den Verlauf von Hits vs. Fas, wenn man das Kriterium entlang des sensorischen Kontinuums von konservativ nach liberal verschiebt. Empirische ROC-Kurven erhält man, wenn man die Antworttendenz (sprich: das Kriterium) experimentell manipuliert und die Hits vs. FAs abträgt. Unterschiedsschwellen Unterschiedsschwelle ∆S: eben noch wahrnehmbarer Unterschiedsbetrag zwischen zwei Reizen (auch jnd = just noticeable difference) – kann sich auf Reizintensität, aber auch auf andere quantitative Reizdimensionen beziehen Konstanzmethode -

Prozedur: Ein Standardreiz S 0 wird zusammen bzw. sukzessive mit größeren und kleineren Vergleichsreizen S i dargeboten (in zufälliger Reihenfolge), die Vp muss entscheiden, ob S i größer oder kleiner als S 0 ist Pragmatische Schwellendefinition: die Hälfte des Intervalls zwischen den Reizgrößen mit 25% bzw. 75% „größer“-Antworten – der PSE (point of subjective equality) von 50% der größer-Antworten liegt nicht notwendig genau bei S 0

Weber’sches Gesetz -

Messung der Unterschiedsschwellen für versch. Standardreize S 0 (Gewichte) – Unterschiedsschwellen ∆S sind nicht konstant! Über weite Bereiche von Reizgrößen proportional zum Standardreiz  ∆S = k * S  S muss nicht um bestimmten Betrag, sondern um bestimmten Faktor verändert werden, damit der Unterschied gerade wahrnehmbar ist (k= Weber-Konstante, misst Unterscheidungsfähigkeit einer Sinnesmodalität)  Weber-Konstante: Quotient aus Schwelle und Standardreiz = Faktor, um den die Schwelle verändert werden muss  misst die Unterscheidungsfähigkeit – je kleiner k, desto sensibler ist man für Unterschiede der Reizintensität - Weber’s Gesetz funktioniert nur für mittlere Reizintensitäten recht gut, insb. die Unterschiedsschwelle wächst etwas langsamer als vom Weber-Gesetz vorhergesagt („Near-Miss to Weber’s Law“) Empfindungsskalierung – Fechner Empfindungsstärke: Anzahl von Unterschiedsschwellen, die wir von der Absolutschwelle nach oben gehen = man muss ausrechnen, wie viele Unterschiedsschwellen ein Reiz über der Absolutschwelle liegt = Maß für Empfindungsstärke (Annahme: Unterschiedsschwellen fühlen sich an jeder Stelle des Kontinuums gleich an, nämlich gerade eben merklich) Weber-Fechner-Gesetz: -

Die Proportionalität, die Weber gesehen hat, gilt nur approximativ (Faktor nicht ganz konstant) – bei sehr kleinen und sehr großen Reizgrößen gilt Weber nicht Was für die Empfindungsstärke gelten sollte in Abhängigkeit von der Reizstärke wenn Weber’s Gesetz gilt (Axiom: die Unterschiedsschwelle steigt proportional mit dem Standardreiz) und Zusatzannahme über den

Empfindungsunterschied (Unterschiedsschwelle = Reizbetrag, der gerade noch zwischen zwei Reizen wahrnehmen kann = der kleinste Empfindungsunterschied, den wir haben können  hier als Einheit, in der Empfindungsstärke gemessen wird  Empfindungsstärke = Anzahl von Unterschiedsschwellen, die wir von der Absolutschwelle nach oben gehen)  Unterschiedsschwellen fühlen sich an jeder Stelle des Empfindungskontinuums gleich an, nämlich gerade eben merklich  Weber-Fechner-Gesetz: Empfindungsstärke eines Reizes S logarithmische Funktion der Reizstärke S, a und b Konstanten der jeweiligen Modalität in der gemessen wird und sind deshalb vom Weberquotienten abhängig (der Prozentsatz, um den sich ein Reiz verändern muss, damit man gerade eben den Unterschied wahrnehmen kann  je kleiner dieser Prozentsatz, desto sensitiver ist die Sinnesmodalität für eine Reizveränderung, wenn man z.B. den Reiz um 40% verändern muss, um gerade eben eine Unterscheidung wahrzunehmen, ist das relativ unempfindlich)  Logarithmische Funktion = negativ beschleunigt  angefangen bei der Absolutschwelle kann man immer mehr Unterschiedsschwellen nach oben gehen und man braucht für jede Unterschiedsschwelle, die man nach oben geht, immer größere Reizstärken = Weber’sches Gesetz: Unterschiedsschwelle wird größer, je weiter man sich auf dem Reizkontinuum nach rechts entfernt Neuron und Synapse Signalweiterleitung: - Innerhalb des Neurons elektrisch (Ionenströme) - Zwischen Neuronen (an Synapse) chemisch Aktionspotenziale - Nach Reizung eines Neurons über eine kritische Schwelle wird ein AP ausgelöst und entlang des Axons weitergeleitet - APs laufen immer gleichförmig ab, die Aktivität eines Neurons wird durch die Frequenz der APs angezeigt Absolute Refraktärzeit: ca. 2ms (es kann kein weiteres AP erzeugt werden)  maximale Feuerrate: ca. 500 Hz Relative Refraktärzeit: ca. 1,5-3ms nach absoluter Refraktärzeit Nervenzelle = Prozessor (verarbeitet viele einkommende Signale – Summation; leitet an viele nachfolgende Prozessoren weiter) Licht und Auge -

Licht = sichtbarer Teil des Spektrums elektromagnetischer Strahlung

Aufbau der Netzhaut -

Auge als Lochkamera  Abbildung auf dem Augenhintergrund umgedreht Zapfen und Stäbchen sind die Rezeptoren, die das Licht empfangen und die Transduktion bewerkstelligen (die Umwandlung der Lichtimpulse in Nervenimpulse)  verschaltet mit diversen weiteren Nervenzellen, die dann in Ganglien enden, die ihre Axone in den Sehnerv weiterleiten, die Rezeptoren sind dem Licht abgewandt - In der Netzhaut findet schon die Verschaltung statt zwischen Rezeptoren und weiteren Nervenzellen, es findet sehr viel Verarbeitung statt – Horizontalzellen(in der Abbildung lila) verbinden verschiedene Rezeptoren miteinander, sodass zwischen diesen Signale ausgetauscht werden können, Bipolarzellen (grün) sind die Zellen, die die Information von den Rezeptoren weiterleiten zu den Ganglienzellen (Ganglienzelle = Neuron, das am Ende der retinalen Verarbeitung über ihr Axon die vorverarbeitete Information weiter ins Gehirn leitet), Amakrinzellen  im Wesentlichen wie die Horizontalzellen, verbinden versch. Ganglien und Bipolarzellen (nicht nur Informationsfluss in eine Richtung, Ganglienzellen stehen auch miteinander in Kommunikation)

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Zapfen: vor allem in der Fovea Centralis, photopisches scharfes Sehen (Detailanalyse) Stäbchen: vor allem in der Netzhautperipherie, skotopisches Sehen & Bewegungsdetektion Dunkeladaptation: Prozess des Übergangs vom photopischen zum skotopischen Sehen, Augen werden lichtempfindlicher, je länger man sich im Dunkeln aufhält – beim Kohlrausch-Knick ist die maximale Lichtempfindlichkeit der Zapfen, danach steigt nur noch die Empfindlichkeit der Stäbchen  Detailsehen nimmt im Dunklen ab

Eigenschaft Rezeptoren Ort auf Retina Detailschärfe Sensitivität rezeptive Felder Konvergenz -

photopisches Sehen 4-5 Mio. Zapfen überall, konzentriert in Fovea hoch gering klein gering, P-Zellen

skotopisches Sehen 90 Mio. Stäbchen in der Netzhautperipherie gering hoch groß hoch, M-Zellen

Stäbchen: höhere Empfindlichkeit und geringere räumliche Auflösung durch mehr Konvergenz  Konvergenz bedeutet, dass viele Stäbchen auf eine Ganglienzelle konvergieren – damit ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein AP ausgelöst wird, sehr hoch, aber es kann nicht genau bestimmt werden, wo der Lichtreiz herkam – im Gegensatz zu den Zapfen, wo nur ein Zapfen auf ein Ganglion konvergiert und daher zwar ein starker Reiz kommen muss, dafür aber genau verortet werden kann

Retinaler Mechanismus: laterale Hemmung Untersch. Rezeptoren auf der Retina hemmen gleichzeitig ihre Nachbarn bei Erregung  geschieht durch die Horizontal- und amakrinen Zellen (also durch die Zellen, die die Rezeptoren und Ganglien bzw. Ganglien untereinander verschalten)  laterale Hemmung scheint für Konturverstärkung eine Rolle zu spielen: Konturen (bzw. unsere Wahrnehmung davon ) werden akzentuiert (wichtige Information zur Objektseparierung) . -

Mach-Bänder: An Übergängen zw. hellen und dunklen Flächen scheint die dunkle Fläche noch dunkler, die helle noch heller zu sein

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Simultankontrast Hermann-Gitter:  Dunkle Flecken an den Kreuzungsstellen, aber immer da nicht, wo man fixiert, sondern eher in der Peripherie  Neuron A liegt genau auf der Kreuzungsstelle, bekommt eine eigene Erregung durch den hellen Stimulus, für das es zuständig ist, aber es bekommt auch laterale Hemmung von allen Seiten von den Neuronen, die für die anderen hellen Bereiche zuständig sind; bei Neuron B geschieht nur Hemmung von oben und unten – damit hätte B relativ zu A eine stärkere neuronale Antwort – an den Kreuzungspunkten kommt mehr Hemmung zusammen, hier entsteht also der Eindruck eines dunklen Flecks  Der Punkt, den wir fixieren, fällt auf die Fovea, und die ist voller Zapfen, die jeweils eigene Ganglienzellen zur Signalweiterleitung haben (hier wenig Konvergenz und wenig laterale Inhibition) ABER: laterale Hemmung ist nicht die ganze Erklärung! Es spielen offenbar zentrale Mechanismen eine Rolle: man muss davon ausgehen, dass die Färbung eines Objekts, wie wir sie wahrnehmen, nicht nur durch rein retinale Mechanismen erklärbar ist, sondern dass Objektwahrnehmung vorgeschaltet ist und Farbwahrnehmung danach stattfindet

Rezeptive Felder -

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Korrespondierender Bereich auf der Retina, dessen Stimulation zu einer Antwortveränderung im entsprechenden Ganglion führt, entsteht durch Konvergenz  mehrere Rezeptoren konvergieren in kreisförmiger Struktur auf dasselbe Ganglion Methode: Einzelzellableitung einer Ganglienzelle (Elektrode ins Ganglion piksen und Aktionspotenziale ableiten)  damit kann man das rezeptive Feld dieser Ganglienzelle vermessen – Reizung versch. Netzhautbereiche und die Bereiche, auf denen man eine Aktivitätsveränderung des Neurons feststellt, nennt man rezeptive Felder Aufbau rezeptives Feld: konzentrisch/kreisförmig, in der Mitte ein sog. on-Zentrum (Ganglion reagiert am meisten, wenn das Zentrum des Feldes gereizt wird) und off-Bereich außen (Ganglion wird gehemmt, wenn rezeptives Feld hier gereizt wird) Wenn ein Licht deutlich erhellt wird, kann man eine Reaktion erzwingen, aber Ganglion kann dann nicht unterscheiden, ob es einfach nur eine kleine intensive oder eine große Lichtquelle ist – in einer Ganglienzelle sind demnach Intensitäts- und Ortsinformation konfundiert  wenn rezeptive Felder für untersch. Ganglienzellen sich überlappen wie z.B. in der Retina, ist die Gesamtantwort (Aktivitätsmuster benachbarter Ganglienzellen) wieder eindeutig  relative Antwort der Ganglienzellen codiert Information über Ort und Intensität der Reizung = across fiber pattern coding Rezeptive Felder können unterschiedlich groß sein – manche Ganglienzellen sprechen besonders stark auf bestimmte räumliche Frequenzen an (räumliche Frequenz = Wechsel zwischen dunklen und hellen Gebieten)  ein rezeptives Feld ist abgestimmt auf eine besondere räumliche Frequenz, und wenn das on-Zentrum in den hellen Bereich fällt und das off-Zentrum in den dunklen Bereich, wird eine maximale Feuerfrequenz erzeugt; wenn Teile des hellen Bereichs auch in den off-Bereich fallen, führt dies zu einer geringeren Antwort  Wichtig für Szenenanalyse –...