Das sensorische Gedächtnis beim Hören Einleitung: Gedächtnismodelle Diskussion sensorischer Stimuli Akategorialer auditiver Stimulus: weißes Rauschen Ähnlichkeiten auditives Gedächtnis / kategoriales KZG Lebensdauer Kapazität Interferenz Gegenstand und Mechanismus des auditiven Gedächtnisses Auditives Gedächtnis bei Wüstenrennmäusen und Katzen Unterschiede auditives Gedächtnis / kategoriales KZG rehearsal Einleitung: Gedächtnismodelle Ikone ... Echogedächtnis sensorische Register Kurzzeitgedächtnis Langzeitgedächtnis Atkinson & Shiffrin (1968) Cowan (1984): Speicher kurze sensorische • kurzer auditiver Speicher: Langzeitgedächtnis Phänomene bis 200 ms Maskierung Areale •sensorische Informationsintegration •...Persistenz KZG Aufmerk• ... • langer auditiver Speicher (ca. 10 s): samkeit • ... Teilbericht •semantische SuffixeffekteAreale periodisches Rauschen Shiffrin & Schneider (1977) Cowan (1988, 1995) zentrale Exekutive Einleitung: Gedächtnismodelle sensorisches Gedächtnis kategoriales KZG kurze sensorische Speicher kurze sensorische Speicher sensorische ... • Areale sensorische Areale ... • ... • ... semantische ... • ... • semantische Areale Areale ... ... sensorische Areale ... semantische ... Areale ... Hypothesen (nach Cowan, 1988) • Das KZG ist eine Software, die auf unterschiedlicher Hardware läuft. • Das Echogedächtnis ist KZG auf auditiven Arealen. Ähnlichkeiten und Unterschiede von Echogedächtnis und KZG Stimuli für Experimente zum sensorischen Gedächtnis • eindimensionale Stimuli – visuell: Helligkeit, Orientierung, Länge... – auditiv: Lautstärke, Tonhöhe, ... • wenigdimensionale Stimuli – visuell: Farbe, Shepard-Formen, ... – auditiv: Klangfarbe, amelodiöse Tonsequenzen, ... • semantisches Material – visuell: Buchstaben, Silben, Worte – auditiv: Phoneme, Silben, Worte, Melodien, Akkorde • komplexe, hochdimensionale, akategoriale Stimuli – visuell: Zufallspunktemuster, ... – auditiv: Rauschen Digitales weißes Rauschen Amplitude Akategorialer Stimulus: Rauschen |—| Zeit e 5 s = 10 x 10,000 Ziffern Amplitude = 3.141... e = 2.718... 5 s = 100,000 Ziffern Periodisches weißes Rauschen Dt = 1/20000 sec Zeit www.periodic-noise.de Lebensdauer des Echogedächtnisses • Maximale Zyklen für periodisches Rauschen – 20 VPn, Perioden 0.5 - 20 Sekunden, 3 Durchgänge Richtige Detektionen [%] 100 periodisches Rauschen KZG Peterson & Peterson 50 0 0 5 10 Periodenlänge [s] 15 20 • Brown (1958) / Peterson & Peterson (1959): – Konsonantentrigramme wiedergeben, während Behaltensintervall rückwärts zählen Lebensdauer für kategoriale Information zusammen mit Lutz Munka • Sind Brown/Peterson&Peterson-Daten kategorial? Prozent korrekt 100 2403 NTZ 5161 80 3 Zeilen 3-stellig, 7 s 2 Zeilen 4-stellig, 4 s periodisches Rauschen 60 B * C D 40 ??? 7564 F * G H 20 0 0 3 6 9 12 15 Retentionsintervall [Sekunden] 18 Kapazitätsbeschränkung zusammen mit Lutz Munka • Miller (1956): The magical number seven plus or minus two. • Cowan (2001): The magical number four in short-term memory. – – – – 10 VPn, Auswahl von ca. 10 optimalen 200-ms Segmenten pro VP Präsentation als semiperiodisches Rauschen, Zyklen mit 3 - 5 Segmenten Paarvergleich. Einzelversuch: 2 intakte Zyklen, 1. Test, intakter Zyklus, 2. Test ohne (7783 EV) / mit (5454 EV) Randomisierung der Reihenfolge zwischen EV F E D A B C D E F A B C D E F A B C E A B C D E F A B C D E F E D C A B F E D C A ?1 Daten ?2 post hoc Wahrscheinl. Modell mit 3 Parametern: Segmente im Zyklus: 3reg 4reg 5reg 3ran 4ran 5ran 50 0 1 2 3 4 5 6 davon ausgetauscht 7 – Kapazität, ganzzahlig – Zuverlässigkeit des Einzelsegmentes – Zuverlässigkeit der Gesamtantwort post hoc Wahrscheinlichkeit für Kapazität maximal bei 3 regulär zufällig 0 log(p(H|R)) Prozent korrekt 100 -5 -10 -15 -20 -25 1 2 3 4 Kapazität 5 6 Interferenz • im klassischen „sensorischen Register“: hoch • im KZG (solange im Kapazitätslimit): • im langen auditorischen Speicher: niedrig niedrig – Averbach & Coriell (1961): Ikone überschreibbar Hauptaufgabe (Ja/Nein) Behaltensintervall: 8,25 s Störaufgabe Prozent korrekt 100 50 Zufallsniveau Hauptaufgabe Störaufgabe 0 keine visuelle Interferenz auditive Inhalte des Echogedächtnisses • Was ist eigentlich der Erinnerungsgegenstand des Echogedächtnisses? Gibt es Leben auf dem Mars? Marszeichnungen Viking, 1976 Leo Brenner, 1899 Zufallsstimuli Basisperzepte ??? Inhalte des Echogedächtnisses • Neurophysiologie: Spektrotemporale rezeptive Felder in A1 7 octaves above 110 Hz 6 5 4 3 2 1 0 -150 -50 50 ms a-b) de Charms, unpublished data, c-e) de Charms et al., 1998 • Verhalten: Spektrotemporale Optimalstimuli für Basisperzepte in weißem Rauschen 7 octaves above 75 Hz 6 5 4 3 2 1 0 0 100 200 ms • EEG: Frühe temporale Aktivierung Mechanismen des Echogedächtnisses • Versuch, Perioden mit hochsignifikanten Segmenten zu füllen, scheitert. Kapazität: 3 Segmente Gegenseitige Hemmung kurze sensorische Speicher ... sensorische Areale ... semantische ... Areale ... • kurzer sensorischer Speicher = Anfangsphase? “four winners take all” Echogedächtnis bei Tieren • Wüstenrennmäuse (Kooperation mit Holger Schulze, Magdeburg) • Naive Tiere (N=21, 4 pro Gruppe): – shuttle box, go/no-go task – Periodenlänge 20...100 ms – 60 EV pro Tag Trainingsleistung 30 25 20 ms 20 15 40 ms 10 60 ms 80 ms 100 ms 5 0 0 5 10 15 Trainingsdauer [Tage] • Hochtrainierte Tiere (N=2), Periode wird bei guter Leistung verlängert: – 160 Tage Training (9600 EV!) – maximal 400 ms 20 Echogedächtnis bei Tieren • Katzen (Kooperation mit Peter König, Zürich) – – – – Stimulus: fortlaufendes weißes Rauschen, darin eingebettet 1.8-s (...) PR „patches“ go/no-go task: Tastendruck. Feedback bei Treffern (Futterpumpe, Licht) und falschen Alarmen (verbal “Nein”) Periodenlänge 20... ms, ca. 50 EV pro Sitzung (9-118 ) Echogedächtnis bei Tieren • Leistung im allometrisch gewichteten Vergleich 4 man extended training brief training 1394 ms 3 2.5 cat 10 log (maximum RN period [ms]) 3.5 gerbil 2 1.5 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 log10 (brain weight [g] / body weight [g] 0.667 -0.2 ) 0 Rehearsal zusammen mit Kathrin Hahn • Demany, L., Clément, S., & Semal, C. (2001). Does auditory memory depend on attention? In D. J. Breebaart, A. J. M. Houtsma, A. Kohlrausch, V. F. Prijs, & R. Schoonhoven (Eds.), Physiological and Psychophysical Bases of Auditory Function. Maastricht: Shaker Publishing BV. Sensorisches Rehearsal Rehearsal von Tonhöhe Shepard-Töne (Tonklasse gut definiert, Oktave mehrdeutig) • S1-S2 Paradigma, 6 s (0.5 s) Retentionsintervall, • 3 Instruktionen: kein / stilles / offenes Rehearsal • Tonaufnahme während offenem Rehearsal. Kategoriales Rehearsal Rehearsal zusammen mit Kathrin Hahn 1 0.5 0 -15 -10 -5 0 5 10 15 Frequenzunterschied [cent] Durchschnittswerte 3 VPn 0.5 s 4.9 0.5 cent 6.0 s kein Reh.: 10.3 1.7 cent 6.0 s stilles Reh.: 9.0 1.5 cent 6.0 s offenes Reh.: 11.8 0.4 cent vorhersagender Singfehler bei offenem Rehearsal gemittelt über 2 VPn 9/3 emU 2 richtig falsch S1-S2 30 Singfehler F0/F(S1) [cent] Antwort "S2 war höher" 0.5 s 6 s kein Reh. 6 s stilles Reh. 6 s offenes Reh. Singtonhöhe 1 VP bei offenem Rehearsal, S2 4 cent tiefer als S1 vorhersagender Fehler [emU] Beispielsdaten 1 VP 20 10 0 -10 -20 3/3 emU 1 0 -30 0 1 2 3 4 Zeit [s] 5 6 0 1 2 3 4 Zeit [s] 5 6 Fazit • Einleitung: Gedächtnismodelle v.a. Cowan, nach Shiffrin&Schneider • Diskussion sensorischer Stimuli – Akategorialer auditiver Stimulus: weißes Rauschen • Ähnlichkeiten auditives Gedächtnis / kategoriales KZG – Lebensdauer 5-10 Sekunden – Kapazität N=3 – Interferenz gering • Gegenstand und Mechanismus des auditiven Gedächtnisses Gegenstand: Mechanismus: Frequenzkanten, Transientendetektoren, Doppelkanten... “four winners take all” • Auditives Gedächtnis bei Wüstenrennmäusen und Katzen bis 400 ms • Unterschiede auditives Gedächtnis / kategoriales KZG – rehearsal funktioniert nicht für Tonhöhen