2_ Wahrnehmung
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2. WAHRNEHMUNG Sinnessysteme (im Überblick): Sinne Sehen (Visuelles System) Hören (Akustisches System) Geruchsinn (Olfaktorisches System) Geschmacksinn (Gustatorisches System) Hautsinne (Somatosensorisches System) Reize Lichtwellen Farben, Formen, Retina Räum-lichkeit Zapfen in der Gestalten, Töne, Klänge, Riechstoffe Nase Riechzellen im Düfte (z.B. Geschmacksstoffe Berührung kraft) System) Stäbchen, Haarzellen in der System) (Kinästhetisches Empfindungen Ohr Krafteinwirkungen Bewegungssinn Auge Rezeptoren Schallwellen Gleichgewichtssinn (Vestibuläres Sinnesorgan (z.B. Schwer- Muskel- bewegungen Zunge Haut Innenohr Basilarmembran Geräusche Riechepithel der blumig, faulig, Geschmacks- Geschmacks- Nase stechend …) knospen der empfindungen Nervenenden in Berührung, Zunge der Haut Haarzellen in d. Bodengängen (z.B. sauer …) Schmerz, Wärme, Kälte Bewegung im Raum, des Ohres Empfindung der Muskeln, Nervenfasern im Bewegung und Gelenke apparat Sehnen und Bewegungs- Schwerkraft Orientierung von Körperteilen im Raum 2.1 Visuelle Wahrnehmung 2.1.1 Adaption „All organisms, whether bacteria, oak trees, or whales, must be adapted to their environment if they are to survive and reproduce. … In Order for its movement to be regulated by the environment, an animal must be able to detect structures and events in its surrounding”. 2.1.2 Gibson (1979) - JAMES J. GIBSON (1904-1979): „Ökologischer Ansatz visueller Wahrnehmung“ „Principles of Direct Perception“: • • All the information necessary for accurate perception is contained in the environment Perception is immediate and spontaneous • Perception and action cannot be separated, perception guides action and action generated more new perceptual information … Im Bild vorhandene Texturgradienten / optische Flussmuster sind Tiefenhinweise für eine räumliche Interpretation 2.1.3 Marr (1982) - DAVID C. MARR (1945-1980): „Computational Theory of Vision“ Dreidimensionale Betrachtung in Stufen: 1. Primär-Skizze = Erster Entwurf, in dem durch Analyse der Helligkeitsänderungen Kanten, zusammenhängende Flächen und Oberflächenstrukturen nach Art einer Strichzeichnung erkannt werden (Lichtintensitätswechsel, Fourier-Analyse) 2. 2 ½ D Skizze = Vektordarstellung der räumlichen Orientierung von Flächen auf- grund binokularer Wahrnehmung (Erstes grobes Bild der dreidimensionalen Welt) 3. 3 D – Modell = Ergibt mit der Querdisparation der beiden retinalen Bilder eine genaue Information über die Tiefe, sodass die Wahrnehmung trotz aller Augenund Körperbewegungen stabil bleibt 2.1.4 Biologische Grundlagen visueller Wahrnehmung 2.1.4.1 Auge Licht als physikalischer Reiz für optische Wahrnehmungen dringt durch die schützende Hornhaut in das Auge ein, Die Lichtmenge wird von der Pupille quantitativ reguliert und von der Linse visuell so gebündelt, dass auf dem Augenhintergrund, d. Netzhaut (Retina) ein scharfes (umgekehrtes) Bild des Reizes entsteht … … In der Netzhaut: • • 120 Millionen Stäbchen (Peripherie) Hell-Dunkel-Wahrnehmungen 6 Millionen Zapfen (Zentrum) Farbwahrnehmung 2.1.4.2 Sehnerv – Thalamus – Sehstrahlung Visuelle Information der Augen wird über die (teilweise kreuzenden) Sehnerven in die lateralen Thalami (Corpus geniculatum laterale) geleitet und mündet danach über die Sehstrahlung in den primären Sehkortex (Calcarina), in dem linkshemisphärisch das rechte Gesichtsfeld und rechtshemisphärisch das linke Gesichtsfeld abgebildet wird … … Von den Sehnerven zweigen Nervenbahnen ab, die in jene Kerngebiete des Hirn- stammes führen (prätektale Region, Vierhügelplatte, pontine Retikulärformation), in denen gemeinsam mit dem Frontalkortex die Augenbewegungen reguliert werden 2.1.4.3 Gehirn (1) Visuelle Information wird im Cortex parallel nach den Aspekten Farbe, Bewegung, Form und Tiefe verarbeitet (2) Simultan ablaufende kortikale Verarbeitung visueller Reize mit einem parietalen Pfad zur Lokalisation des Reizgeschehens (Wo?) und einem temporalen Pfad zu dessen Interpretation (Was?) … … V1, V2, V3 und V4 sind primäre, sekundäre und tertiäre visuelle Projektionsfelder im Cortex, V5 (MT: mediotemporales Areal) ist ein Areal zur Richtungs- / Geschwindigkeitsbestimmung 2.1.4.4 Rezeptive Felder im Auge Durch die laterale Verschaltung der Netzhautzellen hat jede Ganglienzelle ein relativ großes Einzugsgebiet – das Gebiet, das alle auf eine individuelle Ganglienzelle wirkenden Netzhautzellen umfasst, nennt man rezeptives Feld […] 2.1.4.5 Laterale Inhibition – „Spillmann-Täuschung“ Die Netzhaut kann den Unterschied in der Lichtintensität zweier nah beieinander liegender Punkte übertreiben – sie kann den Kontrast verstärken; dies geschieht durch die Hemmung der Aktivität benachbarter Photorezeptoren und Ganglienzellen: durch laterale Inhibition […] 2.1.4.6 Kortikale Detektoren = Zellen, die durch bestimmte Reizmerkmale aktiviert werden […] 2.1.5 Gestaltwahrnehmung - Gestaltgesetze („Kohärenzfaktoren“): a) Nähe b) Ähnlichkeit c) Kontinuität d) „Gute Gestalt“ e) Gruppierung f) Verbundenheit g) Synchronizität - Figur-Hintergrund-Unterscheidung: a) Umschlossenheit b) Symmetrie c) Ausbauchung (Konvexität) d) Querstreifung e) Helle Flächen (Bsp.: Schwarze Vielecke = „THE“ […] / „Phantomfiguren“) 2.1.6 Objektwahrnehmung Komponenten von Objektwahrnehmungen: Repräsentation von Objekten anhand von verallgemeinerten Kegeln („cones“) - IRVING BIEDERMAN: „Recognition-by-components Theory“ (Welches sind die geometrischen Grundelemente der Objekterkennung?): • „Geons“ (geometric icons) sind grundlegende Komponenten von Figuren • Es gibt etwa 36 unterschiedliche Geone (ähnlich wie es 44 Phoneme in d. Sprache • Konkave (nach innen gewölbte) Konturverläufe führen zu einer Segmentierung gibt): Blöcke, Zylinder, Bögen, … von Figuren (Ecken, Einschnitte, Einbuchtungen, Einschnürungen): „Eckendetektion“ (Sprachsegmentierung: diES, erS AtZ Is tsCHwI – eRIgz ulES en) … aufeinander folgende Phasen der kognitiven Re-/Konstruktion von Objekten: 1. Kodierung von Ecken (von konkaven Bereichen in Konturen) 2. Identifikation von Komponenten (z.B. von Geonen) 3. Gruppierung von Figurelementen zu Figuren höherer Ordnung (z.B. Gestalten) 4. Vgl. der konstruierten Figuren mit gespeicherten Figuren / Strukturen (z.B. Objekten) 5. Zugriff auf semantisches Wissen (z.B. Material, Gewicht) - Beleuchtungseffekte Die Struktur ist bzgl. der horizontalen Mittelachse exakt sym- metrisch, dennoch erscheinen Kreise, deren obere Hälfte hell ist, nach vorne ausgebaucht und solche, die im unteren Bereich hell sind, als Kuhlen; wenn man die Seite auf d. Kopf dreht, kehren sich die vermeintlichen Ausbauchungen um - ULRIC NEISSER: „Analyse durch Synthese“ (z.B. Sternbilder) 2.1.7 Gesichtswahrnehmung - BRUCE / DESIMONE / GROSS (1981): Antworten eines Neurons im inferotemporalen Cortex eines Affen; dieses Neuron antwortet am besten auf ein vollständiges Gesicht; entfernt man in der Darstellung die Augen, so sinkt die Antwortrate; auf zufällig verteilte Liniensegmente antwortet das Neuron nicht - Eye Memory: • • • Einzelmerkmal (isolated features) Konfiguration (configurations, relations) Gesamteindruck (abstract holists) - „Gesichtsinversions-Effekt“ = Um 180° gedrehte Abbildungen von Gesichtern werden schwerer wieder erkannt - „Thatcher-Gesichter“ = Gesichtsaufnahmen werden auf d. Kopf stehend dargeboten, wobei Mund und meistens auch die Augen in normaler Position (= um 180° gedreht) in das Gesicht projiziert sind - „nature“ vs. „nurture“ = natürliche Veranlagung gegen Entwicklungsumwelt 2.1.8 Raumwahrnehmung Tiefencues (im Überblick): Monokulare Tiefencues Binokulare Tiefencues Verdeckung von Objekten Querdisparation Akkomodation der Augen Relative Größe Bewegung der Objekte (Optische Flussmuster) Höhe im Gesichtsfeld Konturschärfe und Kontrast Texturgradienten Konvergenz der Augen (Retinale Disparität) Informationen für räumliche 0–2m Akkomodation der Augen X Verdeckung von Objekten X Tiefe Konvergenz der Augen Relative Größe Bewegung der Objekte (Flussmuster) Querdisparation (Retinale Disparität) 2 – 30 m über 30 m X X X X X X X X Höhe im Gesichtsfeld Konturschärfe und Kontrast Texturgradienten X X X X X X X X X 2.1.8.1 Akkomodation und Konvergenz der Augen Unterscheidung: • • gekreuzte Querdisparation = Objekte, die vor dem Horopter liegen ungekreuzte Querdisparation = Objekte, die hinter dem Horopter liegen … Abbildungen auf der Netzhaut bewegen sich nach innen (zur Nase hin), wenn sich das Objekt entfernt („Horopter“ griechisch: hóros = Grenze; optēr = Späher) 2.1.8.2 Verdeckung von Objekten (Höhe im Gesichtsfeld) Durch die Verdeckung wird angezeigt, dass die Vase hinter dem trichterförmigen Glas steht […] 2.1.8.3 Relative Größe von Objekten Wir nehmen die relativen Tiefen dieser drei Tennisbälle entsprechend ihrer Größe wahr […] 2.1.8.4 Bewegung von Objekten (Optische Flussmuster) Visuelle Flussmuster bei verschiedenen Eigenbewegungen / Fixationspunkten […] (Bsp.: Zugfahrt) 2.1.8.5 Retinale Disparität – Querdisparation Lichtstrahlen von Objekten, die sich näher/ferner vom fixierten Objekt befinden, fallen auf „disparate“ (= einander in beiden Augen nicht entsprechende) Netzhautstellen (Bsp.: „3-D-Filme“ / „Autostereogramme“ bzgl. retinaler Disparität) 2.1.8.6 Relative Höhe Unter sonst gleichen Bedingungen werden … • Objekte unter dem Horizont, die im Gesichtsfeld weiter oben erscheinen, als • Objekte über dem Horizont, die im Gesichtsfeld weiter unten erscheinen, als weiter entfernt gesehen weiter entfernt gesehen 2.1.8.7 Konturschärfe und Kontraste Wirkung der atmosphärischen Perspektive = Mit größerer Entfernung erscheinen die Berge (s. Abb.) unschärfer […] 2.1.8.8 Texturgradienten nach oben verengende Punktmuster, deren regelmäßiger Verlauf mit immer schmäler werdenden Abständen eine zunehmende Entfernung der Punkte vom Betrachter simuliert (andere Bsp.: „Visual Cliff“ / „Die Verkündung“ (Romano) = Linien, die in der Wirklichkeit parallel verlaufen, laufen im Unendlichen an einem Fluchtpunkt zusammen) 2.1.8.9 Täuschungen Versuch des Gehirns, flächige Darstellungen unter Heranziehung von Tiefenhinweisen räumlich zu interpretieren; es entstehen Verzerrungen von Figuren / unmögliche Körperbeziehungen / simulierte Raumeindrücke aufgrund von: • • • überlagerten Texturgradienten vorgetäuschten Überlappungen von Flächen künstlich erzeugten disparaten Netzhautbildern mittels speziell berechneter zweidimensionaler Muster … Bsp.: • • • „Impossible Figures“ ( Eschers Lithographie „Treppauf / Treppab“) Ames’scher Raum ( Form des Raumes lässt beide Frauen unterschiedlich groß erscheinen) Höheneinschätzung ( Flugzeug) • • • • Größenschätzung ( Kinder unterschätzen die Größe entfernter Gegenstände) Mondtäuschung ( Mond scheint über dem Horizont größer zu sein als im Zenit) Entfernungsschätzung ( Wahrgenommene / Tatsächliche Größe) Spiralentäuschung 2.1.9 Bewegungswahrnehmung Trotz ständiger Kopf-, Augen- und Körperbewegungen entsteht ein stabiler visueller Wahrnehmungseindruck: Optokinetischer / Vestibulookulärer Reflex (z.B. Druck auf das Auge, Schwindelgefühle nach heftigem Schaukeln / Walzertanzen) (Arten visueller Wahrnehmung: Goldstein s. 284 Abb. 8.11) 2.1.9.1 Augenbewegungen (bei Fixierung von Punkten) 1. Nystagmus (Tremor) 2. Drift 3. Mikrosakkaden 4. Sakkadensprung (2 – 3 pro sec, ca. 5’ – 15°) (Sakkaden Bildunterdrückung!) … Blickbewegungsregistrierung („eye tracking“) … Fovea centralis: ca. 1,5 mm (Sehwinkel: ca. 5°) 2.1.9.2 Stabilisierte Netzhautbilder („stabilized retinal images“) Totale Stabilisierung eines Bildes führt zum „subjektiven Augengrau“ 2.1.9.3 Reafferenzprinzip (Holst & Mittelstaedt, 1950) Druck auf das Auge führt zu einer Bildverschiebung (Goldstein, s. 294 Abb. 8.24) 2.1.9.4 Phi-Phänomen Zwei in Nachbarschaft kurz hintereinander aufleuchtende Lichtpunkte werden als bewegt wahrgenommen […] 2.1.9.5 Bewegungsdetektoren Modell eines einfachen Bewegungsdetektors: Aus den Eingangssignalen kann durch Verzögerungsglieder, Multiplikatoren und Differenzbildung ein richtungsspezifisches Bewegungssignal ermittelt werden 2.1.9.6 Biological Movements Personen, die mit schwarzem Trikot bekleidet sind, an Rumpf und Extremitäten 12 schwache leuchtende Lämpchen angebracht haben u. sich in einem völlig abgedunkeltem Raum herumbewegen, können von Betrachtern innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde als „Mensch in Bewegung“ identifiziert werden 2.1.9.7 Bessere Wahrnehmung bewegter Objekte Der Vogel wird „getarnt“, wenn man über das Blatt mit seiner Umrisslinie eine durch- sichtige Folie mit Zufallslinien legt; Bewegt man das Blatt mit der Umrisslinie des Vogels relativ zu diesen Linien, wird der Vogel wieder sichtbar (Goldstein s. 285 Abb. 8.12) 2.1.10 Farbmerkmalewahrnehmung 2.1.10.1 Dimensionen des Farbeindruckes 1. Farbwert (Frequenz bzw. Wellenlänge des Lichtes) 2. Sättigung (Reinheit einer Lichtfrequenz) 3. Helligkeit (Lichtintensität) 2.1.10.2 Überlebensvorteile durch Farbsehen Bsp.: Ein Affe, der im Wald nach Früchten sucht, kann rote, gelbe oder orangene Früchte vor dem Grün der Blätter leichter erkennen; In Schwarzweiß ist die Frucht viel schwieriger zu entdecken, sodass einem farbenblinden Affen d. Futtersuche viel schwerer fiele und er geringere Überlebenschancen hätte 2.1.10.3 Dreifarbentheorie („trichromatisches Farbsehen“) historische Theorie zur Farbwahrnehmung im menschlichen Auge – Annahmen: • • Aus farbigem Licht dreier Primärfarben kann man jede beliebige andere Farbe mischen Im Auge gibt es auch drei Typen von Rezeptoren, welche unterschiedlich empfindlich auf Licht verschiedener Wellenlängen reagieren: Grau/Weiß wird wahrgenommen, wenn alle drei Rezeptoren- Schwarz wird wahrgenommen, wenn keiner der Rezeptoren- typen gleich stark angeregt werden typen stimuliert wird … Zapfendifferenzierung beim Vorfahren des Menschen etwa zw. 9 – 35 Millionen Jahre: • • • Primaten: 3 Zapfenarten Hund, Rinder: 2 Zapfenarten ( Keine Grün-Rot-Unterscheidung) Vögel: Mehr als 3 Zapfenarten 2.1.10.4 Gegenfarbentheorie historische Theorie zur Farbwahrnehmung im menschlichen Auge – Annahmen: • • Es existieren keine Mischfarben (z.B. „gelbliches Blau“) Es gibt drei getrennte chemische Prozesse in der Netzhaut mit je zwei Gegenfarben ( Blau-Gelb, Rot-Grün und Schwarz-Weiß) … Phänomene ( Nachweise): 1. Äußere Nachbilder in der Gegenfarbe 2. Innere Nachbilder in der gleichen Farbe 3. Farbenfehlsichtigkeit ~ außerdem: • • Simultankontraste Sukkzessivkontraste (Nachbilder) 2.1.10.5 Farbenfehlsichtigkeit („Farbenblindheit“) 1. Protanopie (Rotgrünblindheit) = Farben als Blau-Gelb-Kombination Früher: „Rotblindheit“, ~1% aller Männer / 0,02% aller Frauen 2. Deuteranopie (Rotgrünblindheit) = Farben als andere Blau-Gelb-Kombinationen) Früher: „Grünblindheit“, ~1% aller Männer / 0,01% aller Frauen 3. Tritanopie (Blaugelbblindheit) = Farben als Blau-Rot-Kombination Früher: „Blaublindheit“, 0,001% der aller Männer / 0,001% aller Frauen 2.1.10.6 Zweiprozesstheorie („Dual-process theory“) Besagt, dass sowohl die Dreifarbentheorie als auch die Gegenfarbentheorie existieren und parallel zueinander ablaufen […] 2.2 Andere Sinne 2.2.1 Akustische Wahrnehmung 2.2.1.1 Schallmerkmale 1. Tonhöhe (Tonfrequenz) 2. Klangfarbe bzw. Geräuschqualität (Frequenzzusammensetzung) 3. Lautstärke bzw. Lautheit (Amplitude, Schalldruck) … zu beachten: • • Klang: Grundton + Obertöne (= ganzzahlige vielfache Frequenzen d. Grundtons) weißes/farbiges Rauschen: Schnall mit allen/Teilbereichen von Frequenzbändern 2.2.1.2 Gehörorgan s. Folie 15 (Literatur) / Schallbeispiele (Zeitfunktion) s. Folie 16 2.2.1.3 Tonotope Karte der Cochlea Frequenzhörbereich (bei Kindern und Jugendlichen): 20 – 20000 Herz (s. Folie 17) 2.2.1.4 Lautstärkemaß (Schalldruckpegel in Dezibel) • • • • • • Schalldruck*1 (p): In Pascal (Druck einer Kraft von 1 Newton auf Fläche von m2) Untere Hörschwelle (p0): 2*10-5 Pascal (bei 1000 Hz) Maß für Schalldruckpegel (Technik): 1 Dezibel (dB) = 1/10 Bell = 20 log (p/p0) Die Zunahme von 20 dB entspricht einer Verzehnfachung des Schalldruckes Zusatzbezeichnungen für spezielle Filter (z.B. dBA) Schalldruck (= nicht Energie) ändert sich mit dem Abstand r im Verhältnis 1/r (6 dB bei Verdopplung des Abstandes) *1 Schalldruck – Schallpegel Druck auf Trommelfell und Innenohr Überblick: dB 2.2.1.5 Lautstärken von Schallquellen Schallquelle 0 Absolute Hörschwelle (Ton mit 1000 Hz) 40 Ruhiges Büro, Schulklasse 20 Leises Flüstern (1,5 m) 50 Unterhaltung im Restaurant, Bürolärm 70 Innengräusche eines Autos 60 Zimmerlautstärke (TV, 1 m) 80 Straßenecke mit viel Verkehr (7,5 m) 100 U-Bahn (7,5 m), Walkman 90 in der U-Bahn, Rasenmäher 110 Presslufthammer, Propellerflugzeug (7,5 m) 130 Großes Orchester in voller Lautstärke 120 Lauter Donner, Rockband (10 m) 140 Düsenflugzeug (25 m), Scherzschwelle 170 Ohrfeige (auf das Ohr), Handfeuerwaffe (50 cm) 160 Airbag-Entfaltung (50 cm) 2.2.1.6 Frequenznormiertes Lautstärkemaß: Phon Maßeinheit der psychoakustischen Größe Lautstärkepegel; wird dazu benutzt, die empfundene Lautstärke zu beschreiben, mit der ein Mensch ein Schallereignis als Hörereignis wahrnimmt (Abb. s. Folie 4) 2.2.1.7 Unerwünschter Schall: Lärm (1) Physische Faktoren: 1. Lautstärke 2. Lautcharakteristik 3. Zeitverlauf (2) Psychische Faktoren: 1. Vorhersagbarkeit 2. Emotional negativ besetzt 3. Geringe Kontrolle 4. Ablenkungsgrad 2.2.1.8 Spektrogramm / Sonagramm (Frequenzanalyse) Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Spektrums eines Signals (z.B. bei der Analyse von Schallsignalen); stellt die Zusammensetzung eines Signals aus einzelnen Frequenzen im zeitlichen Verlauf dar (Spektrografische Musikanalyse s. Folie 7 / Hörniveau – Alter s. Folie 8) 2.2.2 Geruchsinn (Olfaktorisches System) Geruchsrezeptoren: • Abkürzungen für Geruchsstoffe (z.B. Anis, Pfefferminze, Vanillin, Zitrus, Euka- • Nummerierung von Riechsinneszellen (etwa 1000 Typen) lyptus) 2.2.3 Geschmacksinn (Gustatorisches System) Rezeptoren: Zungenpapillen Geschmacksknospen Geschmacksinneszellen … … 4 Grundwahrnehmungen: • • • • Sauerrezeptoren Salzigrezeptoren Bitterrezeptoren Süßrezeptoren 2.2.4 Körperwahrnehmungen (Somatosensorisch und kinästhetisch) Rezeptortypen: • • • • Mechanorezeptoren*2 (z.B. Berührung, Druck) Chemorezeptoren (z.B. pH-Wert des Blutes) Thermorezeptoren (z.B. Hitze, Kälte) Nocirezeptoren (Schmerz) *2 Eigenschaften: • Homunculi stellen die Lage der Rezeptoren in Bezug auf die jew. Körperteile im • Die Zwei-Punkte-Schwelle dient als Maß für die Dichte d. Tastrezeptoren in einem Gehirn dar Körperteil 2.2.5 Gleichgewichtssinn Aspekte: • • Vestibularorgan (Bogengänge, Utriculus, Sacculus) Sensoren = Haarzellen … Lageorientierung (Kooperation mit anderen Sinnen) Goldstein, S. 511 Abb. 13.14) 2.3 Zusammenfassung 1. Hauptfunktion der Wahrnehmung ist die Informationsaufnahme über verhaltensrelevante Umweltveränderungen 2. Wahrnehmung ist sowohl bottom-up als auch top-down organisiert (= elementare Sinnesempfindungen werden zu Wahrnehmungen (Gestalten/Mustern) kombiniert und durch Vgl. mit gespeicherten Wahrnehmungsinhalten (Vorstellungen) identifizierte = „Analyse durch Synthese“)
