Überblick

Grundlagen der Allgemeinen Psychologie:
Wahrnehmungspsychologie
Herbstsemester 2010
25.10.2010 (aktualisiert)
Prof. Dr. Adrian Schwaninger
Überblick
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
Wahrnehmung: Sinnesorgane
 Prozesse und Grundprinzipien
 Sehen
 Hören
 Propriozeption
 Tastsinn
 Geschmackssinn
 Geruchssinn
Wahrnehmung: Organisation und Interpretation
 Selektive Aufmerksamkeit
 Wahrnehmungstäuschungen
 Wahrnehmungsorganisation
 Wahrnehmungsinterpretation
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Hören



Schallwellen sind ringförmige Bänder sich komprimierender und sich ausdehnender Luft.
Unsere Ohren nehmen diese Veränderungen im Luftdruck wahr und wandeln sie in
neuronale Impulse um, die das Gehirn als Töne dekodiert.
Schallwellen unterscheiden sich in ihrer Frequenz und Amplitude, die wir als
Unterschiede in der Tonhöhe und der Lautstärke wahrnehmen.
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Akustische und auditorische Grundbegriffe
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



Für das Ohr ist die Schallwelle der adäquate Reiz. Ihre physikalische
Beschreibung heisst Akustik. Anatomische, biochemische und physiologische
Vorgänge beim Hören werden hingegen als auditorisch oder auditiv
bezeichnet.
Hörbare Schallwellen treten im täglichen Leben in der Regel als
Druckschwankungen der Luft auf. Ihre Frequenz wird in Hertz (Hz) angegeben,
d.h. in Anzahl Schwingungen pro Sekunde.
Mit dem Begriff Ton ist eine Sinusschwingung gemeint, die nur aus einer
einzigen Frequenz besteht. Töne sind im täglichen Leben eine Ausnahme.
Allerdings werden sie vom Arzt häufig als Stimulus bei Hörprüfungen verwendet.
Auch Musik setzt sich normalerweise nicht aus reinen Tönen, sondern aus
Klängen zusammen. Klänge bestehen in der Regel aus einem Grundton mit
mehreren Obertönen. Die Obertöne sind ein ganzzahliges Vielfaches der
Frequenz des Grundtones.
Die meisten Schallereignisse des täglichen Lebens sind keine Töne oder Klänge,
sondern umfassen praktisch alle Frequenzen des Hörbereiches. Hierzu zählt
auch die Sprache. Akustisch werden sie als Geräusch bezeichnet.
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Schalldruck und Schalldruckpegel
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
Die Stärke einer Schallwelle, d.h. ihre Amplitude heisst Schalldruck.
Der Schalldruck wird wie jeder Druck in Pascal angegeben:
Druck = Kraft / Fläche
P = F/A 1 Pa = 1 N/m2
Die grosse dynamische Breite des menschlichen Ohres führt bei Angabe
von Schalldruck zu umständlich grossen Zahlen. Daher wird in der Regel
der Schalldruckpegel angegeben. Seine Masseinheit ist das Dezibel
(dB), das praktisch anwendbare Zahlenwerte ergibt (siehe Tabelle auf
nächster Folie).
Der Begriff »Pegel« sagt aus, dass der zu benennende Schalldruck px
zu einem einheitlich festgelegten Bezugsschalldruck p0 in einem
bestimmten logarithmischen Verhältnis steht. Mathematisch ist der
Schalldruckpegel SPL (sound pressure level) definiert als:
SPL = 20 log px/p0 [dB]
Der Bezugsschalldruck p0 ist in der Nähe der Hörschwelle und beträgt
2×10–5 Pa.
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Schalldruck und Schalldruckpegel
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


Steigt der Schalldruckpegel um 20 dB, so hat sich der Schalldruck tatsächlich
verzehnfacht.
Bei 80 dB sind bereits 4 Verzehnfachungsschritte
g
((80/20=4)) erreicht. Der
Schalldruck ist daher um 104, also um das zehntausendfache gesteigert.
100 dB entspricht gemäss EU
Zunahme des Norm der Maximallautstärke
Schalldruckpegel (SPL)
Schalldruckes
von MP3 Playern.
1 Bezugsschalldruck
Längerfristige Schalleinwirkung
1,41 mittlere Hörschwelle bei 1000 Hz
von über 85 dB kann zu Hör10 ländliche Ruhe
schäden führen.
100 leises Gespräch
p
Bei 100 dB kann bereits nach
1000
normales
Gespräch
80 Minuten ein Hörschaden
10000
lauter
Straßenlärm
auftreten.
(Nach Schmidt & Schaible, 2006)
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100000 lauter Industrielärm
1000000 Schuss, Donner
10000000 Düsentriebwerk
dB
0
3
20
40
60
80
100
120
140
6
3
Isophone (Kurven gleicher Lautstärkepegel in Phon). Hörflache (gelb) und Hauptsprachbereich (orange). Beachte, dass per definitionem Phon und Dezibel nur bei 1 kHz übereinstimmen.
(Nach Schmidt & Schaible, 2006)
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Hörrinde
(auditorischer Kortex)
im Temporallappen
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www.psychologie.uzh.ch/vicoreg
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Vom Ohr zum Gehirn
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
Das äussere Ohr ist der sichtbare Teil des Ohrs. Das Mittelohr ist die
Kammer zwischen dem Trommelfell und der Kochlea. Das Innenohr
besteht aus der Kochlea, den Bogengängen und den Sacculi des
Vestibularapparats.
Mit Hilfe einer mechanischen Kettenreaktion werden die Schallwellen
durch den Gehörgang geleitet und rufen am Ende geringfügige
mechanische Schwingungen des Trommelfells hervor.
Die Knöchelchen des Mittelohrs (Hammer, Amboss und Steigbügel)
verstärken die Schwingungen und übertragen sie auf die mit Flüssigkeit
gefüllte Kochlea.
g
Dadurch, dass die Basilarmembran in wellenartige Bewegungen
versetzt wird, die durch Druckveränderungen in der Kochlearflüssigkeit
verursacht werden, werden die winzigen Haarzellen bewegt, durch die
wiederum Nervenimpulse ausgelöst werden, die über den Thalamus an
den auditorischen Kortex im Gehirn gesandt werden.
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Haarzellen der Kochlea
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

Die durch den Schall erzeugten
Schwingungen der hier dargestellten 50-60 Flimmerhaare an
der Spitze einer Haarzelle lösen
ein elektrisches Signal aus.
Die Kochlea enthält etwa 16‘000
Haarzellen.
Bereits kurze Einwirkung von sehr
lauten Geräuschen (z.B. Gewehrschuss direkt neben dem Ohr)
oder langfristige Einwirkung über
85 dB kann zu Schädigungen der
Haarzellen und der Hörnerven
führen.
Faustregel: Lärm, Musik etc. vermeiden, wenn man sich dabei nicht mehr
normal unterhalten kann.
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Basilarmembran und Wanderwelle
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
Je höher der Ton, desto näher am
Steigbügel befindet sich der Ort des
Wanderwellenmaximums.
Das Wanderwellenmaximum für hohe
Töne entsteht an der Kochleabasis; je
mehr die Tonhöhe abfällt, umso mehr
nähert sich der Ort des Wanderwellenmaximums der Kochleaspitze.
Die Folge ist, dass eine einzelne Tonfrequenz nur an einem bestimmten
Ort (nämlich dem Ort des Wanderwellenmaximums) einige wenige
Haarzellen reizt.
Unterschiedliche Tonhöhen reizen
damit unterschiedliche Haarzellen
entlang der Basilarmembran.
Aus http://labspace.open.ac.uk)
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Orts- und Frequenztheorie
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
In der Ortstheorie wird angenommen, dass unser Gehirn eine bestimmte Tonhöhe
dadurch interpretiert, dass es die Lage des Punktes (deshalb „Ortstheorie“)
dekodiert, an dem eine Schallwelle die Basilarmembran der Kochlea stimuliert hat
(b i
(basierend
d auff d
dem O
Ortt d
des W
Wanderwellenmaximums).
d
ll
i
)
In der Frequenztheorie wird angenommen, dass das Gehirn die Anzahl und die
Frequenz (deshalb „Frequenztheorie“) der Nervenimpulse dechiffriert, die im Hörnerv
zum Gehirn wandern.
Die Forschung hat beide Theorien bestätigt, aber für unterschiedliche Hörbereiche.
Mit Hilfe der Ortstheorie lässt sich nicht gut erklären, wie wir tiefe Töne hören können
(die nicht auf der Basilarmembran verortet werden können), aber sie bietet eine
Erklärung dafür, wie wir hohe Töne wahrnehmen.
Mit Hilfe
Hilf d
der F
Frequenztheorie
th i lä
lässtt sich
i h nicht
i ht gutt erklären,
klä
wie
i wir
i h
hohe
h Tö
Töne hö
hören
(einzelne Neuronen können nicht schnell genug feuern, um die notwendige Anzahl
von Spannungsspitzen hervorzubringen). Die Frequenztheorie liefert jedoch eine
Erklärung dafür, wie wir tiefe Töne wahrnehmen.
Eine Kombination aus beiden Theorien erklärt, wie wir Töne im mittleren Bereich
hören.
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Lokalisation einer Geräuschquelle
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
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Schallwellen treffen auf das eine Ohr früher und
intensiver als auf das andere (Zeit- und
Lautstärkeunterschiede).
Weil die Schallgeschwindigkeit 1200 km pro
Stunde beträgt und weil die Ohren nur ca. 15 cm
auseinanderliegen sind diese Zeit- und
Lautstärkeunterschiede extrem gering.
Mit Hilfe von Parallelverarbeitung analysiert das
Gehirn solche winzigen Unterschiede in Bezug
auf die Töne, die von den beiden Ohren
aufgenommen werden, und berechnet die
Schallquelle.
Schallquelle
Geräusche, welche gleich weit von beiden Ohren
entfernt sind (vor, über, hinter oder unten uns)
können schlechter lokalisiert werden. Das ist
auch der Grund, weshalb man den Kopf
manchmal leicht schief legt, um Geräusche
besser zu lokalisieren.
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Schwerhörigkeit
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

Schallleitungsschwerhörigkeit ist eine Folge einer Schädigung des
mechanischen Systems, das die Schallwellen an die Kochlea überträgt.
 Bsp.
Bsp 1: Loch im Trommelfell
Trommelfell.
 Bsp. 2: Beeinträchtigung der Gehörknöchelchen im Mittelohr
(Hammer, Amboss und Steigbügel) Schwingungen weiterzuleiten.
Schallempfindungsschwerhörigkeit (oder Nervenschwerhörigkeit) ist
die Folge einer Schädigung von Haarzellen in der Kochlea oder von
damit verbundenen Nerven.
Diese Probleme können durch Krankheiten und Unfälle hervorgerufen
werden aber altersbedingte Störungen und dauernde Konfrontation mit
werden,
lauten Geräuschen sind die häufigeren Ursachen von Schwerhörigkeit,
vor allem von Nervenschwerhörigkeit.
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Schwerhörigkeit, Alter und digitale Hörhilfen
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Ältere Menschen hören niedrige Frequenzen meist besser als hohe Frequenzen.
Der Hörverlust ist auf die Nervendegeneration am Anfang der Basilarmembran
zurückzuführen (vgl. Ortstheorie).
Digitale Hörhilfen verbessern die Hörfähigkeit durch Verstärkung der Schwingungen bei
Frequenzen (im Allgemeinen die hohen Frequenzen), die unser Gehör am schlechtesten
wahrnimmt, sowie durch Komprimierung der Geräusche (Verstärkung der leisen, nicht aber
der lauten Töne).
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Kochleaimplantate
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

Ein Kochleaimplantat ist ein
elektronisches Gerät, welches
Geräusche in elektrische Signale
umwandelt.
d lt
Es wird an unterschiedlichen Stellen mit
dem Hörnerv in der Kochlea verbunden.
Diese Geräte können gehörlosen
Kindern dabei helfen, einige Töne zu
hören und die Verwendung der
gesprochenen Sprache zu erlernen.
Kochlearimplantate sind am wirkungsvollsten wenn die Kinder noch klein sind
vollsten,
(Vorschulalter).
Im Jahre 2003 hatten weltweit 60‘000
Menschen Kochleaimplantate und
mehrere Millionen waren potentielle
Kandidaten für ein solches Implantat.
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Sensorische Kompensation
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
Menschen die einen Sinneskanal
verlieren, können dies durch eine
Verbesserung ihrer anderen
sensorischen Fähigkeiten teilweise
ausgleichen.
Extrembeispiel:
Die Schottin Evelyne Glennie ist seit
dem Alter von 12 Jahren völlig taub. Sie
ist hauptberuflich Percussion-Solistin.
Die Beziehung zu ihren Instrumenten
stellt sie über den Tastsinn her (sie tritt
ohne Schuhe auf), die Beziehung zum
Dirigenten über ihr scharfes
Sehvermögen.
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Überblick
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Wahrnehmung: Sinnesorgane
 Prozesse und Grundprinzipien
 Sehen
 Hören
 Propriozeption
 Tastsinn
 Geschmackssinn
 Geruchssinn
Wahrnehmung: Organisation und Interpretation
 Selektive Aufmerksamkeit
 Wahrnehmungstäuschungen
 Wahrnehmungsorganisation
 Wahrnehmungsinterpretation
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Propriozeption
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

Propriozeption beinhaltet folgende Sinne:
 Kraftsinn: Kraftaufwendung bzw. Gewicht.
 Positionssinn:
P iti
i
St ll
Stellung
einzelner
i
l
Kö
Körperteile.
t il
 Kinästhesie: Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung
einzelner Gliedmassen.
 Vestibulärer Sinn: Bewegung und Lage des Körpers im Raum,
Gleichgewichtsfunktion.
Propriozeption basiert auf Signalen von Muskeln, Sehnen- und
Gelenkmechanosensoren sowie auf Signalen vom Vestibularogan.
Der Kraftsinn erlaubt es uns, z. B. die Schwere gehobener Gewichte
mit etwa 3% Genauigkeit abzuschätzen. Hautsensoren scheinen bei
dieser Sinnesleistung eine geringe Rolle zu spielen, da die Schätzung
schlechter wird, wenn man die Gewichte auf die Hand legt, während sie
auf einer Unterlage ruht.
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Propriozeption
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

Sensoren aus den Gelenken selbst melden nur extreme
Gelenkstellungen und gehören zum überwiegenden Teil zur
G
Gruppe
der
d Nozizeptoren
N i
t
(S
(Schmerzsensoren).
h
)
Injektion eines Lokalanästhetikums in ein Gelenk beeinflusst
den Positionssinn kaum. Auch die Implantation künstlicher
Hüftgelenke verändert die Wahrnehmung der Position des
Beines nur wenig.
Für die Kinästhesie wichtig sind v.a. Signale von Sensoren
in den Sehnen und den Muskeln. Hautsensoren sind für die
Kinästhesie nicht wichtig, da Lokalanästhesie der Haut über
den Gelenken diesen Sinn kaum beeinflusst.
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Vestibulärer Sinn




Der Gesunde ist sich der normalen Funktion der Vestibularorgane
normalerweise nicht bewusst und bemerkt sie im täglichen Leben
nicht.
nicht
Funktionsstörungen hingegen werden z. T. sehr dramatisch
wahrgenommen. Zumeist äussern sie sich als Schwindel oder
Gangunsicherheit bis hin zur Unfähigkeit zu stehen.
Die wichtigste Aufgabe der Vestibularorgane ist die
Gewährleistung der Gleichgewichtsfunktion. Sie erlaubt uns
g
Menschen den aufrechten Gang.
Dazu finden sich in jedem Innenohr 3 Bogengangsorgane sowie 2
Maculaorgane (Utriculus und Sacculus). Diese 5 Organe einer
jeden Seite sind hochspezialisierte Sinnesorgane, um
Translations- und Drehbeschleunigungen zu messen.
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Vestibularorgane
Utriculus
Sacculus
(Nach Schmidt & Schaible, 2006)
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Translations- und Drehbeschleunigungen


Mithilfe der jeweils 2 Maculaorgane (Utriculus und Sacculus) jedes Ohres
können wir Translationsbeschleunigungen empfinden. Beispiele:
 Beschleunigen
g oder Bremsen ((negative
g
Beschleunigung)
g g) eines Autos oder
Flugzeuges
 Anfahren oder Bremsen eines Liftes
 Auf- oder Abstieg eines Flugzeuges
 Sprünge und Stürze
Die Bogengänge dienen der Empfindung von Drehbeschleunigungen.
 Die 3 Bogengänge jedes Innenohres sind dreidimensional angeordnet,
sodass für jede Raumrichtung gewissermassen ein Bogengang »zuständig«
ist.
 Jede beliebige Winkelbeschleunigung in diesen Raumdimensionen
produziert dadurch ein spezifisches Aktivitätsmuster, das aus einer
jeweiligen spezifischen Kombination von Aktivitätssteigerungen und
Aktivitätshemmungen der jeweils zugehörigen Nervenfasern besteht.
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Drehbeschleunigungen




Eine Kopfdrehung bewirkt eine Drehung der Bogengänge.
Die Flüssigkeit der Bogengänge (Endolymphe) und die Cupula bleiben
zurück
zurück.
Dadurch werden Haarzellen
ausgelenkt, was zu elektrischen
Signalen im Nervus vestibularis
Bogengang
führt.
mit
Demonstration: Drehen Sie sich
Endolymphe
Cupula
schnell im Kreis und bleiben Sie
dann plötzlich stehen
stehen. Die EndoEndo
lymphe dreht noch eine Weile
weiter, was zur Empfindung
führt, man würde sich noch weiter drehen.
(Nach Schmidt & Schaible, 2006)
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Gleichgewicht
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
Neben den Informationen der
insgesamt 10 Vestibularorgane
erreichen
i h auch
h andere
d
propriozeptive Informationen und
visuelle Informationen das Gehirn.
Aufgrund all dieser Informationen
wird die Aktivität von Skelett- und
Augenmuskulatur mittels Reflexen
so gesteuert,
t
t dass
d
sich
i hd
der Kö
Körper
im Gleichgewicht hält.
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