Allgemeine Psychologie 1. Herbstsemester (aktualisiert) Prof. Dr. Adrian Schwaninger. Überblick

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1 Allgemeine Psychologie 1 Herbstsemester (aktualisiert) Prof. Dr. Adrian Schwaninger Einleitung Überblick Philosophische Überlegungen Phänomenales und Physikalisches Das Leib-Seele Problem Psychophysik Wichtigster Vorläufer: E.H. Weber Begründer der Psychophysik: G.T. Fechner Empfindungsschwellen (absolute Schwelle und Unterschiedsschwelle) Signaldetektionstheorie Prof. Dr. Adrian Schwaninger 2 1

2 Absolute Schwelle Definition: Mindeststimulation, die erforderlich ist, um einen bestimmten Reiz erstmals wahrzunehmen. Beispiele: Modaliät Licht Schall Geschmack Geruch Berührung Absolute Schwelle Die Flamme einer Kerze auf ca. 50 km Entfernung in einer dunklen, klaren Nacht Das Ticken einer Uhr ohne Umgebungsgeräusche aus ca. 6 m Entfernung Ein Teelöffel Zucker auf ca. 7.6 Liter Wasser Ein Tropfen Parfüm, verteilt in einer 3- Zimmer Wohnung Flügel einer Biene, der aus ca. 1 cm Entfernung auf die Wange fällt Bild: Daniela Frauenknecht, ZHdK 2009 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 3 Absolute Schwelle Der empirische Verlauf (in Studien gemessene Verlauf, grün in der Abbildung) entspricht nicht dem theoretischen Verlauf (blau in der Abbildung). Gründe: Aufmerksamkeitsschwankungen, Müdigkeit, sensorische Adaptation (siehe später), Fehlalarme (siehe später Theorie der Signaldetektion), Fluktuation des Reizes, etc. Oft wird die absolute Schwelle daher definiert als Mindeststimulation, die erforderlich ist, um einen bestimmten Reiz in mindestens 50% der Fälle wahrzunehmen. Erkennungsrate in % (Ja-Reaktionen) Theoretischer Verlauf Empirischer Verlauf Prof. Dr. Adrian Schwaninger 4 2

3 Unterschiedsschwelle Definition: Minimaler Unterschied zwischen zwei Reizen ( R), der erforderlich ist, damit er erkannt wird. Wir erleben die Unterschiedsschwelle als den eben noch merklichen Unterschied. Webergesetz: R R const. 400g R R R g R = 10g Prof. Dr. Adrian Schwaninger 5 Weberkonstante ( R/R) Weberkonstante für verschiedene Sinnesmodalitäten: Modalität Weberkonstante ( R/R) Lichtintensität 0.08 Lautstärke 0.04 Geschmack (salzig) 0.08 Angehobenes Gewicht Elektroschock 0.01 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 6 3

4 Unterschiedsschwelle Der empirische Verlauf (in Studien gemessene Verlauf, grün in der Abbildung) entspricht nicht dem theoretischen Verlauf (blau in der Abbildung). Gründe: Aufmerksamkeitsschwankungen, Müdigkeit, sensorische Adaptation (siehe später), Fehlalarme (siehe später Theorie der Signaldetektion), Fluktuation des Reizes, etc. Oft wird die Unterschiedsschwelle daher definiert als minimaler Unterschied zwischen zwei Reizen, der erforderlich ist, damit er in 50% der Fälle erkannt wird. Erkennungsrate in % (Ja-Reaktionen) kleiner Theoretischer Verlauf Unterschiedsschwelle Empirischer Verlauf grösser Prof. Dr. Adrian Schwaninger 7 Sensorische Adaptation Definition: Verminderte Sensibilität als Folge konstanter Stimulation. Beispiele: Muffiger Geruch in einem Zimmer nimmt man mit der Zeit nicht mehr wahr. Wasser im Schwimmbad erscheint zunächst sehr kalt und wird dann angenehm empfunden. Helles Sonnenlicht blendet mit der Zeit weniger stark Verschieben der Armbanduhr am Arm wird mit der Zeit nicht mehr wahrgenommen. Sensorische Adaptation versetzt uns in die Lage, uns auf informative Veränderungen zu konzentrieren, ohne uns von der nicht informativen konstanten Stimulation durch Kleider, Gerüche, Strassenlärm etc. ablenken zu lassen. Wir nehmen die Welt nicht so wahr wie sie ist, sondern so, wie es für uns nützlich ist, sie wahrzunehmen. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 8 4

5 Einleitung Überblick Philosophische Überlegungen Phänomenales und Physikalisches Das Leib-Seele Problem Psychophysik Wichtigster Vorläufer: E.H. Weber Begründer der Psychophysik: G.T. Fechner Empfindungsschwellen (absolute Schwelle und Unterschiedsschwelle) Signaldetektionstheorie Prof. Dr. Adrian Schwaninger 9 Signaldetektionstheorie Die Signaldetektionstheorie (SDT) gehört zum Methodeninventar der modernen Psychophysik und wurde von Green und Swets (1966) begründet. Sie wurde in den folgenden Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt (siehe MacMillan & Creelman, 1991) und wird sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten Forschung in verschiedensten Bereichen eingesetzt. Die Theorie der Signaldetektion zeigt, dass unsere persönlichen absoluten Schwellen abhängig von der Stärke des Signals sind, aber auch von unseren Erfahrungen, Erwartungen und der eigenen Motivation und Aufmerksamkeit. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 10 5

6 Beispiele Medizinische Diagnostik: Ein Dermatologe muss entscheiden, ob eine Hautveränderung gut- oder bösartig ist. Flugzeugwartung: Ein Wartungsmitarbeiter muss entscheiden, ob eine kleine rissartige Veränderung in einer Turbine repariert werden muss. Sicherheitskontrollen an Flughäfen: Sicherheitspersonal muss anhand des Röntgenbildes entscheiden, ob ein Gepäck OK oder NICHT OK ist. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 11 XRT DEMO Prof. Dr. Adrian Schwaninger 12 6

7 Signaldetektionstheorie Beispiel: Sicherheitskontrolle am Flughafen. Für jedes Röntgenbild eines Gepäcks muss entschieden werden, ob es OK oder NICHT OK ist. Antwort OK Antwort NICHT OK Gepäck OK Korrekte Zurückweisung (Correct Rejection ) Fehlalarm (False Alarm) Gepäck NICHT OK Verpasser (Miss) Treffer (Hit) Summe 100% 100% Prof. Dr. Adrian Schwaninger 13 Trefferrate (TR) Signaldetektionstheorie ROC Kurven A A 2 B 2 B C Kriterium konservativ neutral liberal TR FR d' 99% 1% % 11% % 78% % 57% % 70% % 50% 0.00 Fehlalarmrate (FR) 30% 30% 0.00 Veränderungen des Kriteriums sind illustriert mit A2 und B2 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 14 7

8 Signaldetektionstheorie Die Trefferrate alleine sagt wenig aus. Eine hohe Trefferrate wird auch erreicht, wenn die meisten Gepäckstücke als NICHT OK eingestuft werden (Personen B und C in der Abbildung) d ist ein valides Mass für die Erkennungsleistung, weil es die Treffer und Fehlarmrate berücksichtigt: d = z(trefferrate) z(fehlalarmrate) Berechnung in Microsoft Excel Englische Version =NORMSINV(Trefferrate)-NORMSINV(Fehlalarmrate) Berechnung in Microsoft Excel Deutsche Version =STANDNORMINV(Trefferrate)-STANDNORMINV(Fehlalarmrate) ROC (Receiver Operating Characteristic) Kurven geben an, wie gut die Detektionsleistung d ist. Die Position auf der ROC Kurve (Kriterium) kann sich schnell verändern, obwohl die Erkennungsleistung d gleich bleibt (siehe A2 und B2). Prof. Dr. Adrian Schwaninger 15 Signaldetektionstheorie Die Detektionsleistung d (Sensitivität) hängt ab von individuellen Fähigkeiten und Training. Sie verändert sich nicht sehr schnell. Im Gegensatz dazu kann sich das Kriterium (Position auf der ROC Kurve) sehr schnell verändern, weil es abhängig ist von subjektiven Kosten / Nutzen Abwägungen, Arbeitsmotivation, der eingeschätzten Auftretenswahrscheinlichkeit u.a. ist. Beispiele: Am 11. September 2001 hat sich das Kriterium von vielen Sicherheitsbeauftragten bei Sicherheitskontrollen an Flughäfen sofort verschoben, weil die subjektiv eingeschätzte Auftretenswahrscheinlichkeit eines Terroranschlages massiv gestiegen ist. Wird ein berühmter Politiker auf Hautkrebs untersucht, so verschiebt sich das Kriterium u.u. beim untersuchenden Arzt, weil die subjektiven Kosten einer Fehldiagnose für ihn sehr hoch sind. Durch eine tiefe Arbeitsmotivation verschiebt sich das Kriterium bei einem Arbeiter der Flugzeugwartung so, dass er nur bei gut sichtbaren Rissen in Triebwerken eine genauere Abklärung anordnet. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 16 8

9 Überblick Wahrnehmung: Sinnesorgane Prozesse und Grundprinzipien Sehen Hören Riechen Schmecken Fühlen Wahrnehmung: Organisation und Interpretation Selektive Aufmerksamkeit Wahrnehmungstäuschungen Wahrnehmungsorganisation Wahrnehmungsinterpretation Prof. Dr. Adrian Schwaninger 17 Transduktion: Enkodierung physikalischer Energie als neuronale Signale Prof. Dr. Adrian Schwaninger 18 9

10 Prozesse der Wahrnehmung Empfindung: Prozess, bei dem unsere Sinnesrezeptoren und unser Nervensystem Reizenergien aus unserer Umwelt empfangen und darstellen. Wahrnehmung: Prozess, bei dem die sensorischen Informationen organisiert und interpretiert werden; dies ermöglicht uns, die Bedeutung von Gegenständen und Ereignissen zu erkennen. Obwohl wir aus analytischen und deskriptiven Gründen Empfindung und Wahrnehmung getrennt definieren, sind beide in Wirklichkeit Bestandteile eines kontinuierlichen Prozesses. Transduktion: Umwandlung einer Energieform in eine andere; Im sensorischen Bereich die Umwandlung von Reizenergien (wie Sehreize, Töne und Gerüche) in Nervenimpulse, die unser Gehirn interpretieren kann Bottom-up-Verarbeitung (aufsteigende, datengesteuerte Informationsverarbeitung): Analyse, die mit den Sinnesrezeptoren beginnt und aufsteigend bis zur Integration der sensorischen Information durch das Gehirn erfolgt. Top-down-Verarbeitung (absteigende, konzeptgesteuerte Informationsverarbeitung): Informationsverarbeitung, gesteuert durch höhere mentale Prozesse, beispielsweise wenn wir Wahrnehmungen aufgrund unserer Erfahrungen und Erwartungen interpretieren. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 19 Beispiel für Bottom-Up und Top-Down Verarbeitung Prof. Dr. Adrian Schwaninger 20 10

11 Beispiel für Bottom-Up und Top-Down Verarbeitung Prof. Dr. Adrian Schwaninger 21 Grundprinzipien sensorischer Wahrnehmung Das Wahrnehmungssystem ist ausgerichtet auf das Überleben und Fortbestehen der jeweiligen Spezies in der natürlichen Umgebung in welcher die Evolution stattfand. Beispiele: Eine weibliche Seidenraupenmotte muss nur ein Milliardstel Gramm eines Botenstoffes pro Sekunde absondern, um jede männliche Seidenraupenmotte im Umkreis von 1 km anzulocken. Fledermäuse und Delphine orten ihre Beute mit Sonar (durch Entfernungsschätzung der vom Objekt zurückgeworfenen Schallwellen) Frösche reagieren auf kleine, dunkle Objekte in Bewegung. Ein Frosch könnte verhungern, wenn er in einem leeren Raum mit vielen toten unbeweglichen Fliegen steht. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 22 11

12 Menschliche Wahrnehmung und elektromagnetisches Spektrum Wir Menschen nehmen nur den Teil des elektromagnetischen Spektrums wahr, welcher in der Evolution für unser Überleben und Forbestehen relevant war. Röntgenstrahlen, Radiowellen, UV- und Infrarotlicht sowie Schallwellen sehr hoher und niedriger Frequenz nehmen wir nicht wahr. Wellenlänge in Nanometer (ein Milliardstel Meter) Prof. Dr. Adrian Schwaninger 23 Überblick Wahrnehmung: Sinnesorgane Prozesse und Grundprinzipien Sehen Hören Propriozeption Tastsinn Geschmackssinn Geruchssinn Wahrnehmung: Organisation und Interpretation Selektive Aufmerksamkeit Wahrnehmungstäuschungen Wahrnehmungsorganisation Wahrnehmungsinterpretation Prof. Dr. Adrian Schwaninger 24 12

13 Physiologie des Auges Ziliarmuskel Zonulafasern Lichtenergie Prof. Dr. Adrian Schwaninger 25 Physiologie des Auges Das Licht tritt durch die Hornhaut des Auges (Cornea) ein. Durch die Iris, einen Muskelring, wird die Größe der Pupille eingestellt, durch die das Licht ins Auge eintritt. Dies ist abhängig von der Lichtmenge aber auch von Gefühlszuständen. Die Linse verändert ihre Form, um auch nahe und entfernte Gegenstände auf der Retina (Netzhaut) scharf abzubilden (Akkomodation). Die Fovea ist der Bereich des schärfsten Sehens auf der Retina, weil dort die Dichte von Rezeptoren am höchsten ist und vor allem Zapfen vorkommen (siehe unten). In der Retina wird Lichtenergie in Nervenimpulse umgewandelt (Transduktion). Nach der Kodierung in der Retina gelangen die Nervenimpulse über den Sehnerv ins Gehirn. Obwohl die Retina ein Bild empfängt, das auf dem Kopf steht, bearbeitet das Gehirn die eingehenden Impulse so, dass das Bild wieder richtig zu stehen scheint. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 26 13

14 Akkomodation Enfternte Objekte scharf, nahe Objekte unscharf Enfternte Objekte unscharf, nahe Objekte scharf Enfternte Objekte scharf, nahe Objekte unscharf Demonstration Bleistift mit der Spitze nach oben am ausgestreckten Arm halten und ein weit (mind. 6 Meter) entferntes Objekt fixieren. Der Bleistift erscheint unscharf. Dann den Bleistift fixieren. Das entfernte Objekt erscheint unscharf. (Aus Goldstein, 2008) Prof. Dr. Adrian Schwaninger 27 Akkomodation (Aus Eysel, 2006) (Aus Goldstein, 2008) Prof. Dr. Adrian Schwaninger 28 14

15 Sehschärfe Normalsichtigkeit: Lichtstrahlen laufen auf der Retina eines normalsichtigen Auges zu einem scharfen Bild zusammen. Dies gilt für Objekte der Nähe und nach entsprechender Anpassung der Linsenkrümmung (Akkomodation) auch für weit entfernte Objekte. Kurzsichtigkeit (Myopie): Gegenstände in der Nähe werden schärfer gesehen als entfernte Objekte, da sich die einfallenden Lichtstrahlen schon vor der Netzhaut überschneiden. Korrektur durch Brille, Kontaktlinsen oder in einigen Fällen durch laserchirurgischen Eingriff (z.b. LASIK Methode). Weitsichtigkeit (Hyperopie): Weit entfernte Gegenstände werden schärfer gesehen als nahe, da das Bild von nahen Objekten seinen Brennpunkt hinter der Retina hat. Kinder korrigieren dies in der Regel durch Akkomodation, so das nur selten eine Brille gebraucht wird. Allerdings können Ermüdung und Kopfschmerzen auftreten. Erwachsene bemerken Weitsichtigkeit, da die Flexibilität der Linse und damit die Akkomodation nachlässt und sie dann eine Brille oder Linsen zum Nahsehen benötigen. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 29 Wellenlänge und Amplitude Die Wellenlänge bestimmt den Farbton (z.b. blau, grün, etc.). Die Intensität des Lichts (Energiemenge von Lichtwellen, entspricht Amplitude) bestimmt die Leuchtkraft der Farben. Wellenlänge in Nanometer Prof. Dr. Adrian Schwaninger 30 15

16 (ca. 6 mio) amakrine Zelle (ca. 120 mio) (ca. 1 mio), Prof. Dr. Adrian Schwaninger 31 Zapfen und Stäbchen Die beiden Arten von Rezeptoren in der Netzhaut (Retina) sind die Stäbchen und die Zapfen. Sie unterscheiden sich in Bezug auf Gestalt, Anzahl, Verbindungen zum Gehirn, Funktion und Lage auf der Netzhaut. Stäbchen Zapfen Zapfen und Stäbchen unter dem Elektronenmikroskop Zapfen Stäbchen Anzahl 6 Mio 120 Mio Verbindungen zum Gehirn Funktion Lage auf der Netzhaut Oft 1:1 Übertragung Detailliertes Tagessehen und Farbensehen Zentrum (Fovea) Viele Stäbchen auf eine Bipolarzelle Sehen bei wenig Licht, kein Farbensehen Peripherie Das Farbensehen ist bei wenig Licht beeinträchtigt, weil dann nur Stäbchen arbeiten, welche nicht farbempfindlich sind. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 32 16

17 Dunkeladaptation Kommt man in einen dunklen Raum (z.b. Theater oder Kinobesuch) oder macht das Licht in einem Zimmer aus, dann weiten sich sofort die Pupillen, um mehr Licht in die Peripherie des Auges zu lassen (wo die Stäbchen sind). Nach ca. 5 min übernehmen die Stäbchen das Sehen und ihre maximale Lichtempfindlichkeit ist nach ca. 20 min erreicht (dies entspricht der durchschnittlichen Dauer der Dämmerung, d.h. dem Übergang zwischen Sonnenuntergang und Nacht). Demonstration zum ausprobieren: 1. Rechtes Auge abdecken, 20 min warten. 2. Zimmerbeleuchtung so stark verdunkeln, dass man mit dem offenen Auge ein Buch noch knapp lesen kann. 3. Rechtes Auge öffnen -> mit diesem Auge kann man das Buch perfekt lesen. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 33 Unterschiede zwischen den Spezies Weshalb sieht eine Katze nachts viel besser als ein Mensch? Mindestens aus 2 Gründen: Sie kann die Pupillen weiter öffnen und mehr Licht hereinlassen. Sie hat einen höheren Anteil an lichtempfindlichen Stäbchen. Nachteil: Da die Katze nur wenig Zapfen hat, kann sie weder Einzelheiten noch Farben so gut sehen wie wir. Manche Nachttiere wie Kröten, Mäuse, Ratten und Fledermäuse besitzen eine Retina, die fast völlig aus Stäbchen besteht. Deshalb sehen sie auch bei schwachem Licht noch sehr gut. Allerdings sehen diese Tiere wahrscheinlich nur sehr wenig Farben, da ihnen die Zapfen in der Retina fehlen. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 34 17

18 Blinder Fleck An der Stelle, wo Sehnerv das Auge verlässt sind keine Rezeptorzellen vorhanden. Dadurch entsteht der blinde Fleck. Demonstration: Schliessen Sie das linke Auge und fokussieren Sie den schwarzen Punkt. Variieren Sie den Abstand zur unten stehenden Abbildung bis sie das Auto nicht mehr sehen. Im Alltag bemerken wir den blinden Fleck nicht, weil die Augen sich ständig bewegen und das eine Auge das aufnimmt, was dem anderen entgeht. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 35 18