Wahrnehmung, Erkennen von Objekten, Gesichtern und Geräuschen Orientierung im Raum. Institut für Verhaltenwissenschaften Zsuzsanna Kerekes

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1 Wahrnehmung, Erkennen von Objekten, Gesichtern und Geräuschen Orientierung im Raum Institut für Verhaltenwissenschaften Zsuzsanna Kerekes

2 Wahrnehmung Funktion, die es dem Organismus mit Hilfe seiner Sinnesorgane ermöglicht, Informationen aus der Innen- und Aussenwelt aufzunehmen und zu verarbeiten. Der Wahrnehmungsprozess geht von Sinneseindrücken (Empfindungen) aus, die aus Sinnesreizungen entstehen

3 Wahrnehmung 2. Das Subjekt organisiert die Sinnesempfindungen nach einem herangetragenen Konzept zu einem Perzept, das als passend oder nicht passend bewertet

4 Empfindung Schmerzen Farben Geschmack Töne Kalt-warm

5 Empfindung In Empfindungen umgewandelte Aktivität der Rezeptoren. Die Empfindungen entsprechen der reinen Rezeptoraktivität und sind der letzte, nicht mehr unterteilbare Aspekt der Sinneswahrnehmung

6 Beispiele Eine Kommilitonin bittet stud.med.x.y.: Bitte, schau Dir einmal dieses Blut- Präparat unter dem Mikroskop an. ICh frage mich, was das ist. X.Y. sieht Gebilde mit spitzauslaufenden Enden. Das sind ja Sichelzellen, sagt sie.

7 Farbwahrnehmung Farbe eine Empfindung, die es uns ermöglicht, zwischen zwei strukturlosen Flächen gleicher Helligkeit zu unterscheiden. Farbe ist eine Empfindungsgrösse, die es uns erlaubt, Objekte leicht voneinander zu unterscheiden, die aufgrund ihrer Textur (Helligkeitsverteilung) nur schwer unterscheidbar sind.

8 Farbwahrnehmung Retinale Verarbeitung Sichtbare Strahlung in einem eng umgrenzten Bereich von ca Nanometer Das Spektrum des Lichts hängt von 2Faktoren ab: 1. von der Spektralenverteilung der Beleuchtungsquelle 2. von der Reflektanz der Objekte, über die das Licht ins Auge reflektiert wird.

9 Photorezeptoren 2 Klassen von Photorezeptoren Stäbchen sehr lichtempfindlich Ermöglichen das Sehen bei Dunkelheit und bei Dämmerung Sie absorbieren nur dasselbe Spektrum, deshalb können sie nicht zwischen Wellenlängen- und Intensitätsunterscheiden diskriminieren, Keine Farbunterscheidungen Beim Tageslicht sind die Stäbchen total gestättigt, deswegen unfähig zur Informationsverarbeitung. Totale Farbeblindheit -- Stäbchenmonochromasie

10 Photorezeptoren Zapfen Wenigere Lichtempfindlichkeit 3 verschiedene Arten: lang-, mittel-, kurzwellenlängensensitiv Rot-, Grün-, Blauzapfen Zur Genetik des Farbesehens: Rot-, und Grünpigmente auf dem X- Chromosom gebunden sind -- Rotgrünblindheit bei Männern kommt öfter vor

11 Netzhaut Die Zapfen bilden ein unregelmässiges Mosaik auf der Netzhaut Die Dichte ist in der Fovea am höchsten. In der Foveola finden sich nur Rot- und Grünzapfen Blauzapfen (9% aller Zapfen) sind nur in der Periferie der Retina

12 Netzhaut DieSehschärfehängtvon derdichteder Zapfen ab. Die geringe Auflösung der Blauzapfen passen gut der Optik des Auges an --- keine Wahrnehmungsenttäuschungen Licht der unterschiedlicher Wellenlänge fokussiert nicht gleichzeitig aif der Netzhaut, so entsteht bei kurzwelligem Licht eine retinale Unschärfe

13 Gegenfarben Signaleverarbeitung: Zapfen in Netzhaut weitere Verarbeitung Weiterleitung in den visuellen Kortex Am besten geht es durch Verminderung der Redundanz der Aktivität benachbarter Zapfen. Redundanz ist sowohl räumliche als auch farbliche.

14 Gegenfarben Laterale Hemmung Benachbarte Bildpunkte haben meistens ähnliche Intensität. Das visuelle System bildet die Differenz durch die konzentrischen rezeptiven Felder der Ganglienzellen, in denen Zentrum und Umfeld antagonistisch organisiert sind.

15 Wieviele schwarze Pünkte sehen Sie?

16 Gegenfarben kardinale Farbrichtungen Die absorptionsspektren der Rot- und Grünzapfen sehr ähnlich sind, so die Aktivität der beiden Zapfentypen hoch korreliert ist. Um die Signale zu optimieren, wird die Aktivität in sogenannten Gegenfarbkanälen weitergeleitet.

17 Gegenfarben kardinale Farbrichtungen Könnt Ihr das Nachbild sehen?

18 Gegenfarben kardinale Farbrichtungen Die 3 Gegenfarbkanäle sind anatomisch und funktionell unterschiedlich! Im Helligkeitskanal wird die Summe der Signale aus R + G gebildet. Im Rotkanal die Differenz der R G. Im Blaugelbkanal wird die Differenz aus der B und der Summe der R + G gebildet. Diese Verrechnung der Farbsignale erfolgt in einem Netzwerk aus Horizontal-, Bipolar-, und Ganglienzellen.

19 Gegenfarben kardinale Farbrichtungen Es ist gar nicht angenehm diese Buchstaben zu lesen. Jetzt wissen wir warum Während über die Ergebnisse dieser vorherigen Berechnung relative Klarheit herrscht, ist die genaue Implementierung derzeit Gegenstand heftiger Diskussion.

20 Kortikale Farbmechanismen Spezialisierung der Neurone In der Netzhaut gibt es 3 Typen der Neuronen, die den kardinalen Farbrichtungen entsprechen Die Antworten der Neuronen sind linear Im primären visuellen Kortex (V1) gilt das Prinzip der Linearität, aber hier gibt es Präferenzen für beliebige Farben, die Einschränkung der 3 Richtungen entfällt. Die Vielfalt an Farbpräferenzen in V1 und V2, entspricht der Fähigkeit viele Farben unterscheiden zu können.

21 Kortikale Farbrichtungen In V2 gibt es Neurone, deren Reizantwort im spektralen Bereich nicht linear ist. Sie antworten auf einen bestimmten Farbton, und ihre chromatische Bandbreite ist sehr eng. In V2, V3, V4 die Neuronen antworten selten auf reine Farbunterschiede, die Verarbeitung der Reize ist hier nicht so spezialisiert.

22 Farbzentrum? Gibt es im Gehirn eine bestimmte neuronale Struktur für die Farbinformationen? Keine entsprechende Areal viele Bereiche spielen zusammen Studienzeigeneineerhöhte, farbspezifische Aktivierung im Bereich des ventralen Okzipitalkortex, der V4 genannt wird, aber die Aktivierung scheint sich qualitativ nicht vom V1 zu unterscheiden Es gibt nur sehr selten reine Farbwahrnehmungsstörungen.

23 Farbkonstanz Wir können Objekte unter sich wechselnden Beleuchtungsbedingungen immer mit der gleichen Farben wahrzunehmen. Beleuchtung und Reflektanz spielen darin wichtige Rollen. Das menschliche Sehsystem benutzt eine ganze Reihe von Hinweisreizen zu Farbkonstanz z.b.: Gras im Wald- morgens, mittags, abends

24 Farbkonstanz Die Mittelwertsfarbe in einer Szene sehr stark von der Beleuchtung abhängt, und Beleuchtungsänderungen gehen meistens graduell vonstatten, während Reflektanzänderungen oft abrupt sind. Diesen Unterschied benutzen wir, wenn wir grössere Flächen für eine Normalisierung benutzen. Dies erfordert rezeptive Felder mit entsprechender Grösse. Solche Neurone wurden in V4 gefunden und sie scheinen relativ komplexe Interaktionen von Zentrums- und Umfeldfarbe aufzuweisen. Aber wie? Das wissen wir noch nicht.

25 Kognition, Emotion,Farbe Kognitive Verarbeitung der Farben Ca 7-11 Farbkategorien, hier gibt es kulturelle Unterschiede, aber die Bezeichnungen sind relativ konstant. Kinder können Farben schon im Alter von 4 Monaten unterscheiden, aber die richtige Benennung lernen sie viel später, im Alter von 2-4 Jahren. einfache Farbunterscheidungen im V1

26 Kognition, Emotion,Farbe Emotionale Aspekte Enge Vernetzung der kortikale Farbmechanismen mit limbischen Strukturen Diese emotionale Reaktionen sind meistens erlernt und kulturabhängig Aber sind einige universelle Erscheinungen auch Rot- gesteigerte Emotionen

27 Bewegungssehen, Stereopsis und ihre Störungen

28 Sieh den Mittelpunkt und beweg Dich Deinen Kopf hin und her.

29 Bewegungssehen 1934 Adams: Wasserfallillusion Bewegungsnacheffekt Der Beobachter erfährt eine irritierende perzeptuelle Dissoziation zwischen wahrgenommener Position und Bewegung Bei fehlender retinaler Bildverschiebung apperante Bewegung z.b. Lichtreklame, im Kino Lebendige Bewegungseindruck der stationären Bildmustern

30 Bewegungssehen im kortikalen System Richtungabhängige, richtungsselektive Neurone sind maximal aktiv, wenn in rezeptivem Feld Bewegung in eine bestimmte Richtung präsentiert wird, und kaum erregt durch Bewegung, die dieser Vorzugsrichtung entgegengesetzt ist. (CGL Schicht 1-2) Pα (alfa)-neuronen eine Subgruppe retinaler Ganglienzellen: relativ grosse rezeptive Felder, schnelle, transiente Antworten und hohe Kontrastempfindlichkeit

31 Bewegungssehen im kortikalen System Die kleineren Pβ-Zellen sind farbsensitiv und Axone in die parvozellulären Schichten (3-6) des Corpus geniculatum laterale entsenden Zielneuronen in Corpus geniculatum 2 weitgehend separierte visuele Systeme: M-Pfade magnozellulär, welcher der Analyse von Bewegung dient Und eines komplementären P-Pfades parvozellulär, der Information über FArbe und Form prozessiert.

32 Bewegungssehen im kortikalen System Middle temporal area V5 funktioniert als Bewegungszentrum Es gibt Neurone, die nicht nur richtungsselektiv sondern geschwindigkeitssensitiv sind (Affenexperimente zeigen Aktivität im Bereich der Hinterwand des Sulcus temporalis) Und dazzu kommt noch die binokuläre Disparität. Nicht nur diese ist die einzige kortikale Areal, das solche Neurone enthält (Area MT, V1)

33 Bewegungssehen im kortikalen System Area MT: Farbe, Textur vergleichsweise unempfindlich sind Bewegungsblindheit: Akinetopsie Mit PET oder Blutflussregistrierung ist gesichert, dass das humane MT-Homolog im Bereich des aufsteigenden Astes des Sulcus temporalis inferior angesiedelt ist. Human MT-Komplex nennen wir

34 Bewegungssehen im kortikalen System Wichtig sind noch: Referenzsignale, Informationen über Kopfdrehungen, dann Augenfolgebewegungen, Integration retinaler und extraretinaler Signale und GEschwindigkeit Die Wahrnehmung einer stabilen Umwelt ist wirklich kompliziert. Planung zielgerichteter motorischer Handlungen und Wahrnehmung von Bewegungen in Area MT

35 Subkortikales System Phylogenetisch älter Es dient dort der reflektorischen Kontrolle der Augenbewegungen Das akzessorische optische System (AOS), bestehend aus einem Kerngebiet im vorderen Mittelhirn und dem benachbarten Nucleus des optischen Traktes, ist das Bekannteste. 3 mögliche Bewegungsrichtung Blickstabiliserung Reflexe Augen-, Kopf-, Handbewegungen, Rückmeldung über Thalamus

36 Funktionen des Bewegungssehens Wahrnehmung von Objektbewegung in der Aussenwelt zielgerichtet handeln, Position voraussagen (Strassenverkehr, Sportaktivität) Wahrnehmung von Eigenbewegung ergänzt das vestibulare und propriozeptive System Zugreise Monokuläre Tiefinformation das Bild auf unserer Netzhaut ist 2dimensional

37 Funktionen des Bewegungssehens Monokuläre Tiefinformation Dennoch muss das viseulle System noch eine Dimension errechnen: Tiefe. Es gehört zu den binokulären Mechanismen der Stereopsis Hilft noch die Bewegungsparallaxe Bewegungsparallaxe bedeutet, dass sich Objekte, die sich in der Nähe des Beobachters befinden, schneller relativ zueinander und zum Betrachter bewegen als weiter entfernte Dinge

38 Funktionen des Bewegungssehens Bildsegmentierung Figur vom Hintergrund zu unterscheiden Bildsegmentierung Figur vom Hintergrund zu unterscheiden Regel: Punkte, die zu einem gemeinsamen Objekt gehören gemeinsam bewegen Wertheimer: gemeinsames Schicksal teilen Unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile markieren mit hoher Wahrscheinlichkeit Objektgrenzen

39 Funktionen des Bewegungssehens Visuelles System hat eine Sensitivität für Geschwindigkeitsgrenzen Center -surround -Zellen (Area Mt und MST), sie sind maximal aktiv, wenn den beiden Komponenten des rezeptiven Feldes, dem Zentrum und dem Umfeld, entgegengesetzte Geschwindigkeitsprofile dargeboten werden. Bildverschiebung als Stimulus für langsame Augenfolgebewegung kontinuierliche Stabilisierung des Netzhautbildes auf der Fovea centralis

40 Funktionen des Bewegungssehens Die Stereopsis Das Sehen von Bewegung und Wahrnehmung der Tiefe sind eng miteinandern verknüpft. Retinale Disparität Jedes unserer beiden Augen die Welt aus einem geringfügig anderen Blickwinkel betrachtet und deshalb ein etwas anderes Bild der Welt empfängt.

41 Funktionen des Bewegungssehens Die retinalen Bilder beider Augen sind nicht völlig deckungsgleich, und die eigene Objektbilder werden auf unterschiedliche Retinaposition projiziert. Retinale Disparität bedeutet den Abstand der beiden Netzhautbilder Bilder, Kino nutzen wir diese Fähigkeit aus. Von beiden Augen unterschiedliche Perspektive (Verdeckungen)

42 Funktionen des Bewegungssehens Schattierung von Objekten Tiefeninformationsquelle, die auch monokulär verfügbar ist

43 Sind die Linien waagerecht, eigentlich parallel?

44

45 Merkmalsintegration Gestaltkriterien Kontinuität Nähe Ähnlichkeit Gemeinsames Schicksal Geschlossenheit Gute Fortsetzung Symmetrie

46 Merkmalsintegration Zeitliche Bindung im Sehsystem Die Neurone ihre Aktionspotenziale präzise im Millisekundenbereich synchronisieren können. Segmentierung Integration in flexiber Weise Intermodale und sensomotorische Integration Koherente Sinneseindrücke

47 Visuelle Täuschungen Mach-Bänder Simultankontrast Reverse Helligkeitstäuschung Hermann-Hering-Gitter Chromatisches Nachbild Zöllnerische Täuschung parallele Linien Müller-Lyer - Täuschung Ebbinghaus - Täuschung Ames-Raum

48 Wieviele Beine hat der Elefant?

49 Könnt Ihr das Nachbild sehen?

50 Sieh den schwarzen Punkt! Was ist denn mit dem grauen Nebel?

51 Wieviele schwarze Pünkte sehen Sie?

52 Objekt- und Gesichtserkennung Objektkonstanz - Stühle - Modelltyp zum Teil sichtbare Objekten Gesetz der guten Form Prägnanzgesetz Die Erkennung von Objekten ist ein unterbestimmtes Problem, weil aus einem 2D Abbild auf der Retina auf die 3D Struktur des Objekts geschlossen werden soll.

53 Objekt- und Gesichtserkennung Objekterkennung: Identifikation und Kategorisierung Bildinformation Form, Ansicht, Beleuchtung Hierarchien in Objekterkennung: Auf unterschiedlichen Ebenen: Auf untergeordneten Ebene (BMW) Der Grundebene (Auto) Auf übergeordnete Ebene (Fahrzeug) Bei Benennung wird zuerst auf die Grundebene zurückgegriffen.

54 Gesichtserkennung Geometrischen Beziehungen von Mund, Nase, Augen gleich Wir können geringe Unterschiede merken Hirnschädigung Prosopagnosie Eine Region im Gyrus fusiformis spezielle Gesichtserkennung Gesichtszellen

55 Gesichtserkennung, Gesichtsausdruck

56 Mimischer Ausdruck von Emotionen Welche Emotion wird auf den Bildern dargestellt? Trauer Ärger Überraschung Ekel Furcht

57 Orientierung Navigation, Orientierung eine Reihe unterschiedlicher Verhaltensleistungen Ortsveränderung Lokomotion Orientierungsreaktionen Taxien Mentale Representation Ortsgedächtnis Wegintegration Rückkehr zum Startpunkt Wegweisefunktion von Landmarken

58 Orientierung Unabhängigkeit des Ortsgedächtnisses Kognitive Karte deklaratives Ortgedächtnis Aktuelle Position bestimmen Virtuelle Realitätexperimenten Zielführung durch Landmarken Wegintegration erlaubt die Rückkehr zum Ausgangspunkt einer Exkursion ohne Verwendung von Landmarken.

59 Orientierung Vestibularische Information über Beschleunigungen Propriozeption Lage- und Bewegungssinn der Muskulatur Efferenzkopie zentrale Steuersignale Navigation mit Landmarke und Erkennung von Landmarken Bildverarbeitung und Gedächtnis

60 Orientierung Metrische Informationen, Winkel, Abstand Raumrepräsentation Parietaler Kortex Störungen

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