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Vorlesung 2 - Grundlegende Prozesse visueller Wahr


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Welche Arten von visuellen Rezeptoren gibt es im Auge?
Zapfen (Wahrnehmung von Farbe und Details, vorwiegend in der Fovea) und Stäbchen (Sehen bei wenig Licht/Dämmerung, liegen in der Peripherie, außerhalb der Fovea)
Was sind retinale Ganglienzellen?
afferente Neuronen, erhalten Input von einigen Zapfen und hunderten Stäbchen, all deren Signale werden hier zusammen geführt
Wie erfolgt die Informationsweiterleitung im Auge?
über Thalamus (Zwischenhirn), hier: seitlicher Kniehöcker (=LGN, lateral geniculate nucleus) zum Gehirn (Areal V1 und V2, = primärer und sekundärer visueller Kortex)
Wie läuft die Reizweiterleitung vom Auge zum Kortex ab?
R-T-K: Rezeption (Aufnahme), Transduktion (Neuron wird geladen & codiert), Kodierung (Umwandlung in Aktivationspotentiale --> Feuerrate)
Was sind rezeptive Felder?
Bereiche der Netzhaut, von dem aus die Aktivität einer Zelle beeinflusst wird. (Hubel&Wiese, 1979)
Welche Zell-Typen gibt es im rezeptiven Feld?
1. einfache Zellen des Zentrum-Umfeld-Typs (in Ganglienzellen & LGN), 2. einfache Kortexzellen, komplexe Kortexztellen, endinhibierte Kortex-Zellen
Was bedeutet laterale Hemmung / Inhibition?
Verstärkung von Kontrasten durch wechselseitige Hemmung von Zellen (entweder hell oder dunkel), wechselseitige Unterdrückung der Aktivation der jeweils anderen Zelle, Kontraste werden besser sichtbar --> Unterscheidung in zentrales und peripheres Sehen
Welche Retino-genikulären Bahnen gibt es?
Parvozellulärer P-Pfad, Magnozellulärer M-Pfad
Parvozellulärer P-Pfad
= Zwergzellen, für kleine dendritische Felder, sensitiv für Farben und Details --> Input erfolgt vorwiegend von Zapfen
Magnozellulärer M-Pfad
= Schirmzellen, für große dendritische Felder - Eingänge, vorwiegend sensitiv für Bewegung --> Input erfolgt vorwiegend von Stäbchen
Die Route visueller Signale hat welche Besonderheit?
sie erfolgt über Kreuz --> rechtes Sichtfeld: linke Seite der beiden Retinas, linker visueller Kortex, linkes Sichtfeld: rechte Seite der beiden Retinas, rechter visueller Kortex
Verarbeitung im Kortex: welche Gehirn-Systeme werden unterschieden?
Dorsaler Strom (wo?/wie?) vs. Ventraler Strom (was?) Beide sind NICHT vollständig getrennt voneinander!
Der Dorsale Strom...
V1 --> zum parietalem Kortex, Wo/Wie-Strom, Magno-Pfad, Stäbchen, Verarbeitet Bewegungsinformationen
Der Ventrale Strom....
V1 --> zum infero-temporalem Kortex, Was-Strom, Parvo-Pfad, Zapfen, Verarbeitet Form und Farbe
Wie findet die eigentliche Verarbeitung im Kortex statt? 2 Theorien....
1. Theorie der funktionalen Spezialisierung, 2. Theorie der 2 visuellen Systeme
Theorie der funktionalen Spezialisierung (TDFS): Hypothese
Wahrnehmung funktioniert wie Zusammenarbeit von eines Teams von Spezialisten: spezielle Areale bearbeiten einen Teil des Problems --> am Ende wird es zu einer kohärenten visuellen Wahrnehmung zusammen geführt
TDFS: spezielle Areale
V1 & V2: einfache visuelle Wahrnehmung, V3 & V3a: Formwahrnehmung, besonders von bewegten Stimuli, V4: Farbwahrnehmung, V5 (=MT): Bewegungswahrnhemung
TDFS: Befunde
V4 & Farbwahrnehmung: ist wichtig dafür, aber: auch Bereiche außerhalb involviert in Farbwahrnehmung, V4 auch involviert in Raum/Form/Bewegungswahrnehmung , V5/MT und Bewegungswahrnehmung: Hinweise, dass Schädigung dort zu Akinetopsie führen --> Areal vermutlich auch auf Bewegungswahrnehmung spezialisiert
TDFS: das Zusammenführungs-Problem (binding problem)
Wie wir Information nach Bearbeitung wieder kombiniert und integriert? Bei Aufteilung der Wahnehmung auf verschiedene "Spezialisten" ist das Zusammenführen schwierig: visuelle Merkmale (Form, Farbe), Bewegungen...
TDFS: 3 Hypothesen zur Lösung des Zusammenführungs-Problems
3 Stück. 1. binding by synchrony: Detektoren, die gemeinsam feuern gehören zum selben Objekt, 2. Muster Hypothese: Zusammenführung anhand ähnlicher Muster neuronaler Aktivität über die Zeit, 3. selektive Aufmerksamkeit hat große Bedeutung --> unterm Strich haben alle 3 Theorien große Probleme
TDFS: Stärken
einfaches Modell zur Beschreibung einer komplexen Realität, Stützt die Annahme, dass Bewegungsverarbeitung relativ unabhängig verläuft von anderen Arten
TDFS: Schwächen
Areale weniger spezialisiert als angenommen (Ausnahme V5/MT), Verarbeitung in V1 und V2 umfangreicher als angenommen, Binding Problem ist ungelöst
Theorie der 2 visuellen Systeme (TD2VS): Hypothese
es existieren 2 visuelle Systeme für unterschiedliche Aufgaben: der dorsale Strom (vision for action) und der ventrale Strom (vision for perception)
TD2VS: Der Dorsale Strom...
Vision for action (Sehen, um zu handeln), egozentrisch (eigene Perspektive), kurzlebige Repräsentationen, normalerweise unbewusst, schnellere Verarbeitung, Input aus Peripherie (Stäbchen), "WO ist es", schnelles Erkennen ist hier wichtig
TD2VS: Der Ventrale Strom...
Vision to perception (Sehen, um zu erkennen), allozentrisch (unabhängig von Perspektive), längere Repräsentationen, normalerweise bewusst, langsamere Verarbeitung, Input von der Fovea (Zapfen), "WAS ist es", Perspektive nicht entscheidend, es geht um Detailwissen, dauert länger in der Verarbeitung
Wie kann man die TD2VS testen?
Anhand visueller Illusionen --> Paradoxon: trotzdem Menschen leicht auf vis. Illusionen "herein fallen" sind sie evolutionär erfolgreich. Befund: bei unbewussten Antworten macht man weniger "Illusions-Fehler", beim Nachdenken "wirken" die Illusionen stärker. ERGEBNIS: Handlungssteuerung hängt NICHT NUR von dorsale Strom ab
TD2VS: Wann erfordert das Greifen nach Objekten BEIDE visuelle Systeme (dorsaler&ventraler Strom)?
1. wenn Gedächtnis erforderlich ist, 2. wenn viel Zeit für die Planung zur Verfügung steht, 3. Planen für die Durchführung der Handlung notwendig ist, 4. die Handlung ungeübt oder ungewöhnlich ist
TD2VS: Stärken
Annahme der 2 visuellen Systeme ist im Allgemeinen gut bestätigt (durch Doppel-Dissoziation, Reduktion von optischen Illusionen bei Handlungs-basierten Leistungen)
TD2VS: Schwächen
zu strke Betonung der Unabhängigkeit der beiden Systeme (widerlegt), Zusammenspiel der Ströme nicht genau beschrieben, der dorsale Strom wird genau genommen nur für rudimentäre Handlungen benötigt, Vorhersagen der Theorie bleiben teilweise unpräzise
Funktion der Farbwahrnehmung
Verbesserung der Farbwahrnehmung bei Flächen gleicher aber auch unterschiedlicher Helligkeit --> evolutionär sinnvoll
Farbwahrnehmung: Wahrnehmungsdimensionen
Farbton, Helligkeit (Lichtintensität), Sättigung (Farbe = strahlend oder blass)
2-Prozess-Theorie der Farbwahrnehmung
3 Arten von Zapfenrezeptoren (rot, grün, blau) in der Retina wandeln Licht in Nervensignale --> Transformation in 3 Gegenfarbsignale in Ganglionzelle --> Interpretation als Farben im Gehirn
Das Phänomen der Farbkonstanz
Tendenz einer Oberfläche in der selben Farbe zu erscheinen, trotz Änderung der Beleuchtung, chromatische Adaption, automatische Kompensationsmechanismen
Modelle zur Erklärung der Farbkonstanz
1. lokaler und globaler Farbkontrast: Korrektur auf Basis von Vergleichen (Färbung benachbarter Objekte/gesamter Szene), 2. Wissen über Farben von Objekten und Beleuchtung (unbewusste Korrektur), 3. Theorie des Zapfe-Erregungsverhältnisses (Farbwahrnehmung nicht über obj. Verarbeitung sondern über Zapfenzellen --> Rückschluss auf Farbe)
Schwächen der Modelle zur Erklärung der Farbkonstanz
Unklarheit, wie die verschiedenen Mechanismen (bottom-up und top-down) zusammenwirken und integriert werden
Was ist Tiefenwahrnehmung?
Umwandlung des 2D-Abbildes der Retina in eine mentale Repräsentation mit 3D (2D Wahrnehmung ---> 3D Verarbeitung)
Wie ist Tiefenwahrnehmung möglich?
über Hinweisreize, 3 existieren: 1. Monokulare Cues (mit 1 Auge wahrnehmbar), 2. Binokulare Cues (2 Augen notwendig), 3. Okulomotorische Cues (Rückmeldung über Kontraktion der Muskeln, die das Auge umgeben)
Monokulare Cues
Linearperspektive, Veränderung der Textur, Schatten & Überlappungen, gewohnte Größe, Unschärfe, Bewegungsparallaxe
Binokulare Cues & Okulomotorische Cues
Vergenz: gegenseitige Augenbewegungen --> stärker bei näheren Objekten, Binokulare Disparität/Querdisparität: geringfügige Verschiebung der retinalen Bilder beider Augen
Zusammenspiel von Cues
Disparität genutzt, weil präziser um Fixationspunkt, Unschärfe genutzt weil präziser außerhalb Fixationspunkt
Wie ergibt sich ein vollumfängliches Bild, trotz mehrerer Cues?
Integration von Hinweisreizen: 3 Möglichkeiten: Additivität, Selektion, gewichtete Addition 8zuverlössigster Cue enthält am meisten Gewicht), ANDERS ist das bei widersprüchlichen Cues: hier KEINE Mittelwertsbildung, überzeugendster Cue wird mehr gewichtet
Was ist Größenkonstanz?
Tendenz von Objekten, in derselben Größe zu erscheinen, egal ob ihre Größe im retianlen Abbild groß oder klein ist (Wahrnehmung von Größe und Entfernung sind eng verknüpft)
Wovon hängt Größenkonstanz ab?
1. von der Erinnerung an ihre übliche Größe, wenig von der perzeptuellen Information, 2. die relevante Größe von Objekten und Perspektiven wird berücksichtigt (Körpergrößeneffekt, Größen werden in Relation zum eigenen Körper gesehen)
2 Arten der unbewussten Wahrnehmung
1. Blindes Sehen: Wahrnehmung ohne Bewusstsein, 2. Subliminale Wahrnehmung (unterhalb Bewusstseinsschwelle)
Blindes Sehen ist...
Wahrnehmung ohne Bewusstsein, angemessene Antworten auf visuelle Stimuli in der Abwesenheit von bewusster, visueller Erfahrung: 3 Unterscheidungen --> Action-Blindsight, Attention-Blindsight, Agnosopsia
Action-Blindsight
teilweise Fähigkeit zu greifen/auf Objekte zu zeigen, stützt sich auf den dorsalen Strom (WO/WIE)
Attention-Blindsight
Fähigkeit, Objekte und Bewegungen zu entdecken mit einem Vagen Bewusstseinsgefühl, stützt sich auf den posterioren, parietalen Kortex im dorsalen Strom (WO/WIE)
Agnosopsia
Patient streitet jegliche Form bewussten Wahrnehmens ab, teilweise Fähigkeit Form und Wellenlänge zu unterscheiden, stützt sich auf den ventralen Strom (WAS)
Subliminale Wahrnehmung: 2 Schwellen
Wahrnehmung unterhalb der Bewusstseinsgrenze: subjektive Schwelle (Unfähigkeit, die Wahrnehmung eines Stimulus zu berichten), objektive Schwelle (Unfähigkeit, akkurate forced choice Entscheidungen zu treffen)
Subliminale Wahrnehmung: Evidenz
1. Beeinflussung der Reaktionszeit durch priming, 2. fMRI und ERP Nachweise von einer differenzierbaren Gehirnaktivität auf unbewusst präsentierte Wörter
Subliminale Wahrnehmung: Evaluation
nachgewiesen: gewisse Verarbeitung subliminal präsentierter Reize, Effekte eher klein, kontroverse Debatte, auch bezüglich "objektivem Kriterium"