Wahrnehmung quantifizieren?

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1 Psychophysik Die Messung von Empfindungen Wahrnehmung quantifizieren? Bis zum Anfang des 19. Jahrhunderts war man noch davon überzeugt, daß sich subjektive Wahrnehmungen nicht messen ließen. Dem Leipziger Physiker und Philosophen Gustav Theodor Fechner gelang es jedoch, Gesetzmäßigkeiten zwischen physischer Erscheinung eines Reizes und psychischem Empfinden zu beschreiben. Die Arbeiten von Fechner begründeten die Psychophysik. 1

2 Anliegen der Psychophysik Die Hauptanliegen der Psychophysik liegen in der Bestimmung von Wahrnehmungsschwellen, besonders in der Beantwortung von zwei Fragen: 1. Wie stark muß ein Reiz physikalisch sein, damit wir ihn bemerken? Die Antwort hierauf gilt als die absolute Reizschwelle. 2. Wie stark muß man einen Reiz physikalisch verändern, damit ich die Veränderung bemerke. Die Antwort hierauf gilt als die Unterschiedsschwelle. Klassische Schwellentheorie Ein Reiz muß eine gewisse Mindeststärke haben, damit er überhaupt bemerkt wird. Sobald diese Stärke überschritten ist, wird der Reiz auf jeden Fall wahrgenommen. Nach dieser Theorie hat die Beziehung zwischen physikalischer Reizstärke und der Wahrscheinlichkeit, daß der Reiz bemerkt wird, eine Stufenform: 2

3 Korrektur der Klassischen Schwellentheorie Sehr viel häufiger geht aber das Nicht-Entdecken graduell und nicht etwa abrupt ins Entdecken über: Es gibt interindividuelle Schwankungen: Verschiedene Personen entdecken den den Reiz bei unterschiedlichen Stärken. Es gibt aber auch intraindividuelle Schwankungen: Die gleiche Person entdeckt die gleiche Stärke beim einen Mal nicht, beim anderen schon. Korrektur der Klassischen Schwellentheorie Es stellt sich die Frage: Bei welcher Reizintensität liegt denn jetzt die Entdeckungsschwelle? Üblicherweise definiert man die Intensität, die mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % entdeckt wird, als absolute Schwelle. 3

4 Methoden der Schwellenbestimmung Fechner verwendete drei unterschiedliche Methoden, um die absolute Reizschwelle zu bestimmen: Grenzmethode Herstellungsmethode Konstanzmethode Diese Methoden sind bis heute gebräuchlich. Fechner macht eine Pause Grenzmethode (auch Methode der eben merklichen Unterschiede) Verschiedene Reize werden in aufsteigender oder absteigender Stärke präsentiert. Die Versuchsperson gibt an, ab welcher Stärke sie den Reiz wahrnimmt. Um Perseverationstendenzen entgegenzuwirken (die VP antwortet tendenziell eher das, was sie zuvor schon gesagt hat), werden die Reize sowohl in auf- als auch in absteigender Reihenfolge dargeboten. Auf diese Weise gleichen sich Ja-Sage und Nein-Sage- Tendenzen aus. 4

5 Ein Beispiel mit acht Durchgängen Beim ersten Durchgang wird die Reizstärke sukzessive vermindert. Von der Reizstärke 105 bis 99 bemerkt die VP noch etwas. Die Stärke von 98 bemerkt sie nicht mehr. Der Wert, wo die Reaktion der VP von Bemerken zu Nicht-Bemerken übergeht, beträgt 98,5. Beim zweiten Durchgang wird die Reizstärke sukzessive verstärkt. Von der Reizstärke 95 bis 99 bemerkt die VP noch nichts. Erst die Stärke von 100 bemerkt sie. Hier liegt der Übergangswert bei 99,5. 5

6 Herstellungsmethode (auch Methode der mittleren Fehler) Der Reiz wird kontinuierlich verändert (entweder verstärkt oder vermindert). Die Versuchsperson gibt an, wann sie ihn wahrnimmt, bzw. nicht mehr bemerkt. Hierbei kann die Versuchsperson auch aktiv werden, indem sie selbst die Stärke einstellt, wo der Übergang stattfindet. Auch hier werden mehrere Durchgänge gemittelt. Konstanzmethode (auch Methode der richtigen und falschen Fälle) Wie bei der Grenzmethode werden auch hier einzelne Reize dargeboten. Allerdings variiert die Stärke dieser Reize zufällig. Man wählt als stärksten Reiz eine Stärke, die auf jeden Fall über und als schwächsten eine, die auf jeden Fall unter der Schwelle liegt. Die Reihenfolge wird dann aber durch den Zufall bestimmt, und die VP muß in jedem Fall sagen, ob sie etwas wahrgenommen hat oder nicht. 6

7 Im Vergleich Die Konstanzmethode ist die genaueste, aber auch die aufwendigste. Die Herstellungsmethode ist am wenigsten genau, läßt sich aber sehr schnell durchführen. Noch ein Wort zu Antworttendenzen Wenn die Versuchsperson sagt, sie habe einen Reiz bemerkt, kann man sicher sein, daß sie ihn wirklich bemerkt hat? Immerhin: Sie wußte ja, daß man ihr jetzt Reize darbietet. Da hätte sie ja schon recht, wenn sie nur aufs Geratewohl sagt, sie habe etwas bemerkt. In der Tat müssen solche Verzerrungen irgendwie aufgefangen werden, wie Fechner ja auch andeutungsweise getan hat. 7

8 Noch ein Wort zu Antworttendenzen Man kann drei verschiedene Gründe für eine Verzerrung unterscheiden: Wunsch Erwartung Gewohnheit. Wunsch Manchmal ist es uns lieber, wir hätten nichts gesehen. In anderen Situationen paßt uns die Entdeckung des Reizes gut in den Kram. 8

9 Erkennen Sie den Mann, der die Briefmarkensammlung gestohlen hat? Wunsch Wenn man Angst hat, selbst in die Sache hineingezogen zu werden, erkennt man den Mann weit schlechter als wenn es für die Identifikation des Täters eine Belohnung gibt. Erwartung Wenn wir wissen, daß ein bestimmter Reiz zu erwarten ist, entdecken wir ihn schneller als wenn er unerwartet - etwa in einem völlig fremden Kontext - auftritt. 9

10 In einem U-Boot im Kriegseinsatz wird ein schwaches Signal im Sonar vermutlich schneller entdeckt als......in einem U-Boot, das keine feindlichen Angriffe erwartet. Gewohnheit Manche Menschen tendieren dazu, eher zuzustimmen, wenn sie sich unsicher sind, andere neigen in dieser Situation eher zum Nein-Sagen. Ja-Sager würden auch dann einen Reiz angeben, wenn gar keiner geboten wurde, Nein-Sager übersehen viele Reize, die tatsächlich da waren. 10

11 Signalentdeckung Mit Fangfragen kann man versuchen, diese Antworttendenzen in den Griff zu bekommen. Auch Fechners Methode der auf- und absteigenden Reizintensitäten ist hierbei geeignet. Gleichwohl ist es sinnvoll, auf einen umfassenderen Ansatz zurückzugreifen, um das Problem der Antworttendenzen zu kontrollieren. Diesen Ansatz bietet die Signalentdeckungstheorie. Die Unterschiedsschwelle Zunächst ein Versuch: Bitte vergleichen Sie jeweils rechten und linken Stab und entscheiden Sie, ob einer von beiden länger ist, oder ob sie gleich lang sind. A 11

12 Die Unterschiedsschwelle Zunächst ein Versuch: Bitte vergleichen Sie jeweils rechten und linken Stab und entscheiden Sie, ob einer von beiden länger ist, oder ob sie gleich lang sind. A B C D Die Unterschiedsschwelle Zunächst ein Versuch: Bitte vergleichen Sie jeweils rechten und linken Stab und entscheiden Sie, ob einer von beiden länger ist, oder ob sie gleich lang sind. A B C D 12

13 Die Unterschiedsschwelle Zunächst ein Versuch: Bitte vergleichen Sie jeweils rechten und linken Stab und entscheiden Sie, ob einer von beiden länger ist, oder ob sie gleich lang sind. A Tatsächlich ist immer die linke Linie länger als die rechte, allerdings ist das nicht leicht zu erkennen. B C D Die Unterschiedsschwelle Wenn der Unterschied zwischen zwei Reizen groß ist, erkennen wir ihn sofort. Ist er klein, dann erkennen wir den Unterschied nicht so leicht. Ernst Heinrich Weber ( ) hat - kurz vor Fechners Arbeiten zur absoluten Schwelle - entdeckt, daß die Größe des eben noch merklichen Unterschieds von der Vergleichsgröße abhängt: Zum Beispiel können Sie zwischen einer 10 cm langen Linie und einer 11 cm langen gerade noch bemerken, den Unterschied zwischen einer 110 cm langen und einer 111 cm langen jedoch nicht. 13

14 Die Unterschiedsschwelle Wenn also die Größe wächst, dann wächst gleichzeitig auch die Größe des eben noch merklichen Unterschieds. Weber zeigte nun, daß das Verhältnis zwischen dem eben noch merklichen Unterschied und der Stärke des Ausgangsreizes konstant ist. Dieses Verhältnis wurde von Fechner als Weberscher Quotient bezeichnet. In der Formel bezeichnet S den eben merklichen Unterschied, S bezeichnet die Stärke des Ausgangsreizes und K ist die Webersche Konstante. S = S K Die Unterschiedsschwelle Zum Beispiel: Einen Längenzuwachs erkennt man erst dann, wenn der neue Reiz um wenigstens zehn Prozent länger ist als der alte. (Der Webersche Quotient beträgt also.10) 14

15 Eben merklicher Unterschied in mm Das Webersche Gesetz l = l 0 0,1 Standardlänge des Stabes (l 0 ) in mm Das Webersche Gesetz Man muß den Standardreiz immer um einen konstanten Prozentwert seiner Intensität erhöhen, um einen Unterschied festzustellen. Dieser Prozentsatz beträgt nicht, wie in unserem Beispiel, immer 10%, bei Gewichten beträgt er zum Beispiel 5%. Es ändert sich lediglich die Konstante in ihrer Ausprägung, die Gesetzmäßigkeit bleibt. Einschränkung: In der Nähe der absoluten Schwelle sind die Unterschiede zwischen einzelnen Personen zu groß. Konstant wird der Webersche Quotient erst, wenn die absolute Schwelle definitiv überschritten ist. 15

16 Meilensteine der empirischen Psychologie Die Arbeiten von Weber und vor allem Fechner zählen zu den wichtigsten Beiträgen zur wissenschaftlichen Psychologie überhaupt: Fechner zeigte, was bis dahin als unmöglich galt: Daß das Psychische quantitativ erfaßt werden kann. Die Methoden zur Schwellenbestimmung werden heute noch verwendet. Messung überschwelliger Reizintensitäten Gehen wir davon aus, daß die Wahrnehmungsschwellen überschritten sind: Wie hängen dann Reizstärke und subjektive Empfindung zusammen? Zum Beispiel: Wenn ich die Lautstärke an meiner Stereoanlage verdoppele, werde ich das auch als doppelt so laut empfinden? Fechner ging noch davon aus, daß die Unterschiedsschwellen auch gleichzeitig die psychologische Einheit für das subjektive Empfinden sind. Nach dieser Idee hätte der Zusammenhang zwischen der Reiz- und der Empfindungsstärke immer die folgende Form: 16

17 Beziehung zwischen Empfindung und Reizintensität subjektive Empfindung In ein Wasserglas wird Salz gefüllt. Der Webersche Quotient für Salz ist 1/ Menge an Teelöffeln Salz Wie viel Salz braucht man, damit wir die neue Konzentration als salziger erleben als die vorige? Messung überschwelliger Reizintensitäten Diese Form wird beschrieben durch die Formel W = K log S Hierbei bedeutet W = Empfundene Stärke K = eine reizspezifische Konstante S = physikalische Stärke des Reizes Diese Funktion ist aber nur eine von mehreren möglichen. Sie gilt nur für manche Reizdimensionen, andere Reize folgen anderen Funktionen. Den tatsächlichen Zusammenhang konnte erst S.S. Stevens 1957 exakt beschreiben. 17

18 Methode der direkten Größenschätzung Stevens verwendete eine andere Methode als Fechner, die Methode der direkten Größenschätzung: Der Versuchsleiter präsentiert dem Beobachter zunächst einen Standardreiz (z.b. eine Standardlautstärke) und weist diesem einen Wert (z.b. 10) zu. Dann werden Stimuli mit anderen Intensitäten dargeboten. Die Versuchsperson soll diesen Stimuli entsprechend ihrer subjektiv empfunden Stärke eine Zahl zuweisen. Wenn sie z.b. das Gefühl hat, der Ton sei jetzt nur noch halb so laut, dann muß sie eine 5 vergeben. Ergebnis für einen Lichtreiz Empfundene Helligkeit Die Mittelwerte aller getesteten Personen ergeben, daß sehr hohe Reizintensität erforderlich ist, um das Helligkeitsempfinden zu steigern. Die 9-fache Intensität des Lichtes führt zu einer Verdopplung des Helligkeitsempfindens. Lichtintensität Diese Tatsache wird als Verdichtung der Antwortdimensionen bezeichnet 18

19 Empfundene Helligkeit Ergebnis für einen Lichtreiz Diese Funktion entspricht doch der Form, die ich selbst unterstellt habe. Die Mittelwerte aller getesteten Personen ergeben, daß sehr hohe Reizintensität erforderlich ist, um das Helligkeitsempfinden zu steigern. Richtig, aber warte ab, wie es bei anderen Reizdimen- Die 9-fache Intensität des Lichtes führt zu einer Verdopplung des Helligkeitssionen aussieht: empfindens. Lichtintensität Diese Tatsache wird als Verdichtung der Antwortdimensionen bezeichnet Empfundene Länge Ergebnis für die Länge einer Linie Soll der Betrachter nach dieser Vorgehensweise die Länge einer Linie bestimmen, führt eine Verdopplung der Linie auch zu einer Verdopplung des Empfindens. Man spricht von einer normalen Antwortdimension. Im Diagramm bildet sich eine lineare Funktion Tatsächliche Länge 19

20 Schmerzempfindung Tatsächliche Stärke des Stroms Ergebnis für die Stärke eines Stromimpulses Wird der Proband einem Stromimpuls ausgesetzt, so genügen bereits kleine Änderungen in der Intensität, um starke Änderungen im Schmerzempfinden zu bewirken. Dieser Zustand wird als Spreizung der Antwortdimensionen bezeichnet. Die daraus gewonnenen Daten lassen sich im Diagramm als Potenzfunktion darstellen Was ist das Gemeinsame an diesen Kurven? Offenbar ist die Empfindungsstärke exponentiell abhängig von der Reizintensität. 20

21 Das Stevenssche Potenzgesetz In allgemeiner Form gilt: W = KS n Hierbei bedeutet W = Empfundene Stärke K = eine reizspezifische Konstante S = physikalische Stärke des Reizes n = ein reizspezifischer Exponent. Was man aus Wikipedia lernen kann n = 1 : Proportionalität von Reizgröße und Rezeptorantwort n > 1 : Reaktionsamplitude wächst überproportional (Thermorezeptor) n < 1 : abnehmender Reaktionszuwachs (Lautheit) Beispiele für Exponenten n: 3,5 Elektrische Schocks (60 Hz durch die Finger) 1,45 Schwere von Gewichten 1,0 Temperatur (Kälte am Arm) 0,85 Vibration (am Finger) 0,8 Geschmack (Saccharin) 0,6 Lautheit (bezogen auf Schalldruck) 0,33 Helligkeit bei dunkeladaptiertem Auge 0,3 Lautheit (bezogen auf Schallintensität) Stevenssche_Potenzfunktion 21

22 Was bedeutet das für unser Erleben? Vermutlich ist die unterschiedliche Empfindlichkeit für unterschiedliche Reize sehr sinnvoll: Zwar bemerken wir die Variabilität in der Helligkeit nur sehr schwach, aber die tatsächlich in der Natur vorkommenden Kontraste würden uns enorm überfordern, ohne daß sie für uns von Nutzen wären. Zum Beispiel: An einem sonnigen Tag verändert sich das Intensitätsspektrum des Lichtes von 1 bis über Diese Bandbreite von Veränderungen bemerken wir deutlich weniger intensiv (allerdings nicht unsere Kameras...) Was bedeutet das für unser Erleben? Ein Schmerzreiz, wie etwa ein Stromschlag dagegen sollte sehr genau bemerkt werden, damit man etwas dagegen tun, bzw. davor fliehen kann. Daher werden Veränderungen in diesem Reiz stärker wahrgenommen als sie tatsächlich sind. 22

23 Literatur Goldstein, E. B. (1997). Wahrnehmungspsychologie. Eine Einführung. Heidelberg: Spektrum. 23