Allgemeine Psychologie I Vorlesung 4

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Allgemeine Psychologie I
Vorlesung 4
Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods
University of Fribourg
1
Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR
28.10.15
Allgemeine Psychologie I
2
Woche
Datum
Thema 1
FQ
20.2.13
Einführung, Verteilung derTermine
1
1.10.15
Einführung und Grundlagen
2
8.10.15
Wahrnehmung / Visuelle Wahrnehmung I
3
15.10.15
Psychophysik (Dr. Thomas Schreiner)
4
22.10.15
Visuelle Wahrnehmung II
5
29.10.15
Auditive Wahrnehmung
6
5.11.15
Schmerz, Geruch, Geschmack
7
12.11.15
Aufmerksamkeit
8
19.11.15
Exekutive Kontrolle
9
26.11.15
Arbeitsgedächtnis I
10
3.12.15
Arbeitsgedächtnis II
11
10.12.15
Langzeitgedächtnis I
12
17.12.15
Langzeitgedächtnis II
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Klausur: Beispielfragen
3
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Psychophysik
Das Weber’sche Gesetz
}
}
Beispiel Gewichte
Weber’sche Gesetz: ΔR = k×R
4
mit k: Weber Konstante
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Visuelle Wahrnehmung
5
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Wellenlänge und Amplitude
}
Die Wellenlänge bestimmt den Farbton (z.B. blau, grün, etc.).
}
Die Intensität des Lichts (Energiemenge / Amplitude von Lichtwellen)
bestimmt die Leuchtkraft der Farben.
6
Wellenlänge in Nanometer
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Retina
(ca. 6 mio)
Horizontale
zelle
amakrine
Zelle
(ca. 120 mio)
7
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Zapfen und Stäbchen
Die beiden Arten von Rezeptoren in der Netzhaut (Retina) sind die
Stäbchen und die Zapfen.
}
}
Sie unterscheiden sich in Bezug auf Gestalt,Anzahl,Verbindungen zum Gehirn, Funktion
und Lage auf der Netzhaut.
Zapfen
Stäbchen
6 Mio
120 Mio
Oft 1:1 Übertragung
Viele Stäbchen auf
eine Bipolarzelle
Funktion
Detailliertes
Tagessehen und
Farbensehen
Sehen bei wenig
Licht, kein
Farbensehen
Lage auf der
Netzhaut
Zentrum (Fovea)
Peripherie
Anzahl
Stäbchen
Verbindungen
zum Gehirn
Zapfen
Zapfen und Stäbchen unter dem
Elektronenmikroskop
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Zapfen und Stäbchen
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Dunkeladaptation
}
Im Dunklen weiten sich sofort die Pupillen
}
}
Schneller Anstieg der Dunkeladaptation
}
}
}
mehr Licht in Peripherie des Auges (Stäbchen).
Adaptation der Empfindlichkeit der Zapfen (und Stäbchen)
in den ersten 5 min
Nach ca. 10 min übernehmen die Stäbchen das Sehen
}
Kohlrausch-Knick: Zeitpunkt, bei dem Stäbchen
empfindlicher sind als Zapfen
}
maximale Lichtempfindlichkeit nach ca. 30 min
Demonstration zum ausprobieren:
1.
Rechtes Auge abdecken, 20 min warten.
2.
Zimmerbeleuchtung so stark verdunkeln, dass man mit dem
offenen Auge ein Buch noch knapp lesen kann.
3.
Rechtes Auge öffnen -> mit diesem Auge kann man das
Buch perfekt lesen.
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Dunkeladaptation
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Blinder Fleck
}
An der Stelle, wo Sehnerv das Auge verlässt sind keine
Rezeptorzellen vorhanden.
}
}
}
Demonstration
}
Schliessen Sie das linke Auge und fokussieren Sie den
schwarzen Punkt.
}
Variieren Sie den Abstand zur unten stehenden Abbildung bis
sie das Auto nicht mehr sehen.
Im Alltag bemerken wir den blinden Fleck nicht
}
12
Dadurch entsteht der blinde Fleck.
Augenwegungen / Sakkaden, binokulares Sehen
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Augenbewegungen: Sakkaden
}
Unsere Augen sind in ständiger Bewegung
}
Typen von Augenbewegungen
}
Sakkaden: Blicksprünge (bis zu dreimal pro Sekunde)
}
}
Fixation: Augen “ruht” auf einem Objekt
}
}
Kontinuierliche Bewegung eines Objekts
Funktion von Augenbewegungen
}
}
Interessantes Objekt auf Netzhaut abbilden
Eigenbewegung der Augen / des Körpers kompensieren
}
}
Ausführung von Mikrosakkaden
Glatte Augenfolgebewegungen
}
}
Dauer: ca. 30-50 ms
Optokinetische Augenbewegungen und vestibulo-okularer Reflex
Messung von Augenbewegung: Eye tracker
}
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https://www.youtube.com/watch?v=L7m3liNrvrs&index=3&list=PL74536C3C9C4E4E5
5
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Vom Auge zum Kortex
Informationen aus
dem linken eigenen
Gesichtsfeld werden
von beiden Augen
registriert,
und im rechten
visuellen Cortex
verarbeitet
•
Sehnerv (Axone der
Ganglienzellen)
Sehnerven-kreuzung
(Chiasma opticum)
Und umgekehrt
Tractus opticus
•
kontra-laterale
Verarbeitung
Radiatio optica
Sehzentrum des Thalamus
(Corpus geniculatum
laterale, CGL)
(Nach Frisby, 1979)
14
Sehrinde (= striärer Cortex oder primärer
visueller Cortex, V1)
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Rezeptive Felder (RF)
}
Rezeptives Feld
}
}
Bereich der Netzhaut (Photorezeptorfläche), von dem aus die Aktivität einer Zelle
beeinflusst wird
Abhängig von der Verschaltung der retinalen Zellen
}
Rezeptiven Felder der Ganglienzellen bestehen aus einem Zentrum und einem
Umfeld.
}
Im primären visuellen Cortex (V1) findet man Neurone (Nervenzellen) mit
Orientierungsspezifität
}
Antwort der Zellen auf Lichtbalken einer bestimmten Orientierung
Simple Cell in V1
Zellen in Retina
CGL und V1
-
+ Nach Hubel & Wiesel, 1962
15
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Rezeptive Felder in der Retina
}
}
Rezeptives Feld (RF)
}
Bereich der Netzhaut (Photorezeptorfläche), der die Aktivität einer Zelle beeinflusst
}
Abhängig von der Verschaltung der retinalen Zellen
Rezeptiven Felder der retinalen Ganglienzellen bestehen aus einem Zentrum und
einem Umfeld.
}
}
}
}
On-Center Zellen: Lichtreiz in das Zentrum des RF aktiviert Zelle, Licht im Umfeld hemmt
sie
Off-Center Zellen: Lichtreiz in das Zentrum hemmt Zelle, Licht in das Umfeld erregt sie
Gleichzeitige Belichtung des Zentrums und Umfelds führt nur zu einer sehr schwachen
Erregung
RF einer
Laterale Hemmung
}
}
Dient der Kontrastverstärkung, verstärkt Schärfe des Bildeindrucks
Mach-Bänder (E. Mach)
Kortikaler Vergrösserungsfaktor
}
-
+ -
Grosser Teil der Ganglienzellen verarbeitet Information aus der Fovea
}
16
-
Benachbarte Ganglienzellen hemmen sich gegenseitig
}
}
On-Center-Zelle
In CGL und V1: ca. 50% aller Zellen repräsentiert die Fovea
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Rezeptive Felder in der Retina
}
Mach-Bänder (E. Mach)
}
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Enstehung durch laterale Hemmung der Ganglienzellen an den
Farbübergängen
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Laterale Hemmung
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RF im primären visuellen Kortex
}
Zellen im primären visuellen Kortex (V1)
}
}
Neuronen antworten nicht / nur schwach auf
punktförmige Lichtreize
Starke Erregung bei kurzen Lichtstreifen
}
}
Nobelpreis 1981: David Hubel und Torsten Wiesel
Einfache Zellen:
}
Längliche rezeptive Felder
}
erregende Zonen in der Mitte und flankierende hemmende
Zonen
}
Reaktion auf Lichtstreifen oder Balken einer bestimmten
Orientierung
}
Tuning-Kurve der Zelle: Je besser die Orientierung des
Nachdie
Hubel
& Wiesel, 1962
Lichtreizes passt, desto stärker
Zellantwort
}
Meist zusätzlich Präferenz für bestimmte Bewegungsrichtung
Entstehen durch einfache Zusammenschaltung ringförmiger
rezeptiver Felder
}
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Simple Cell in V1
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Zellen mit Orientierungsspezifität
Zellantwort
Reiz
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https://www.youtube.com/watch?v=C
w5PKV9Rj3o
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RF im primären visuellen Kortex
}
Komplexe Zellen
}
}
Selektive Reaktion auf bestimmte Orientierung, unabhängig von genauer
Lage im rezeptiven Feld
Hyperkomplexe Zellen
}
}
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Maximale Erregung bei Streifen, Ecken oder Winkeln
Bestimmte Länge und bestimmte Bewegungsrichtung
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Spezifität von Nervenzellen
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Die Organisation von V1
}
Organisation des primären visuellen Kortex (V1)
}
Orientierungssäulen
}
}
6 verschiedene Schichten, davon eine Eingangs- und eine Ausgangsschicht
Zellen, die übereinander liegen haben ähnliche rezeptive Felder
¨
}
Nebeneinander liegende Orientierungssäulen zeigen nur leichte
Veränderungen der Orientierungsspezifität
¨
}
}
Gleiche Position im visuellen Feld und Orientierung
Windmühlenartige Anordnung, jede Orientierung nur einmal
Augendominanzsäulen
Eiswürfelmodell
}
Primären visuellen Kortex besteht aus Hypersäulen (ca 1 mm2)
}
}
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2 Augendominanzsäulen + vollständiger Satz von Orientierungen
Hypersäulen als Verarbeitungsmodul für einen Auschnitt des visuellen Feldes
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Die Organisation von V1
}
Das Eiswürfelmodell
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Primärer visueller Kortex (V1)
Farbverarbeitung (Blobs)
Simple Cells: Zellen,
die auf hell-dunkel
Unterschiede einer
bestimmten Orientierung reagieren
(Nach Gazzaniga et al., 1998)
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Kortikale Areale
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Aus http://thebrain.mcgill.ca
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Verarbeitung im visuellen Kortex
}
Retinotrope Karten in der Retina, CGL und V1
}
Benachbarte retinale Ganglienzellen haben überlappende rezeptive Felder
}
}
}
Direkte räumliche Abbildung des optisches Bildes in den Zellen
Areale V2 und V3
}
}
}
Fortsetzung der Verarbeitung von Form, Bewegung, Farbe aus V1
Retinotrope Anordnung
Komplexere Verarbeitung: Zellen reagieren auf Konturen
}
}
Entstehung von Scheinkonturen
Areal V4
}
}
}
Projizieren zu benachbarten Zellen im CGL und V1
Farb- und orientierungsspezifische Zellen
Reaktion auf komplexe geometrische Muster
MT / Nachbarareale
}
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Einfache und komplexe Bewegungsmuster
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Scheinkonturen
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Parallelverarbeitung von Bewegung,
Farbe, Form, Position und Tiefe
}
Parallelverarbeitung
}
}
Unterdimensionen des Sehens
}
werden von verschiedenen neuronalen Netzwerken verarbeitet
}
Bewegung, Farbe, Form, Position und Tiefe
Verarbeitung getrennt und gleichzeitig
}
}
natürliche Methode der Informationsverarbeitung im Gehirn
Andere neuronale Netzwerke führen die Informationen zusammen
}
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Weitere Verarbeitung (z.B. Vergleich mit gespeicherten Informationen etc.)
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Parallelverarbeitung von Farbe,
Bewegung, Form und Tiefe
Colliculus
Superior (CS)
ITC
(Aus Eysel, 2006)
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Magno- und Parvozellen
}
Corpus geniculatum laterale (CGL)
}
Teil des Thalamus
}
}
Organisation in 6 Schichten
}
}
Thalamus als Umschaltzentrale für verschiedene Sinnesmodalitäten
Jede Schicht enthält vollständige retinotrope Karte
Magno – Zellen
¨
}
}
}
Relativ grosse rezeptive Felder, nahezu farbunempfindlich
Liefern schnelle, kurz anhaltende Signale, wichtig für Bewegungsinformation
Parvo-Zellen
¨
}
}
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Retina: M-Zellen
Retina: P-Zellen
Kleine rezeptive Felder, farbselektiv
Wichtig für hochauflösendes Sehen von Form und Farbe
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