Allgemeine Psychologie I. Vorlesung 4. Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg

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1 Allgemeine Psychologie I Vorlesung 4 Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg 1

2 Allgemeine Psychologie I Woche Datum Thema 1 FQ Einführung, Verteilung der Termine Einführung und Grundlagen Wahrnehmung/ Visuelle Wahrnehmung I Psychophysik (Dr. Thomas Schreiner) Visuelle Wahrnehmung II Auditive Wahrnehmung Schmerz, Geruch, Geschmack Aufmerksamkeit Exekutive Kontrolle Arbeitsgedächtnis I Arbeitsgedächtnis II Langzeitgedächtnis I Langzeitgedächtnis II 2

3 Klausur: Beispielfragen 3

4 Psychophysik } Das Weber sche Gesetz } Beispiel Gewichte Weber sche Gesetz: ΔR = k R mit k: Weber Konstante 4

5 Visuelle Wahrnehmung 5

6 Wellenlänge und Amplitude } Die Wellenlänge bestimmt den Farbton (z.b. blau, grün, etc.). } Die Intensität des Lichts (Energiemenge / Amplitude von Lichtwellen) bestimmt die Leuchtkraft der Farben. 6 Wellenlänge in Nanometer

7 Retina (ca. 6 mio) Horizontale zelle amakrine Zelle (ca. 120 mio) 7

8 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. Zapfen Stäbchen Stäbchen Anzahl 6 Mio 120 Mio Verbindungen zum Gehirn Oft 1:1 Übertragung Viele Stäbchen auf eine Bipolarzelle Zapfen Funktion Lage auf der Netzhaut Detailliertes Tagessehen und Farbensehen Zentrum (Fovea) Sehen bei wenig Licht, kein Farbensehen Peripherie Zapfen und Stäbchen unter dem Elektronenmikroskop 8

9 Zapfen und Stäbchen 9

10 Dunkeladaptation } Im Dunklen weiten sich sofort die Pupillen } mehr Licht in Peripherie des Auges (Stäbchen). } Schneller Anstieg der Dunkeladaptation } Adaptation der Empfindlichkeit der Zapfen (und Stäbchen) in den ersten 5 min } Nach ca. 10 min übernehmen die Stäbchen das Sehen } Kohlrausch-Knick: Zeitpunkt, bei dem Stäbchen empfindlicher sind als Zapfen } maximale Lichtempfindlichkeit nach ca. 30 min } 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. 10

11 Dunkeladaptation 11

12 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 } Augenwegungen / Sakkaden, binokulares Sehen 12 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

13 Augenbewegungen: Sakkaden } Unsere Augen sind in ständiger Bewegung } Typen von Augenbewegungen } Sakkaden: Blicksprünge (bis zu dreimal pro Sekunde) } Dauer: ca ms } Fixation: Augen ruht auf einem Objekt } Ausführung von Mikrosakkaden } Glatte Augenfolgebewegungen } Kontinuierliche Bewegungeines Objekts } Funktion von Augenbewegungen } Interessantes Objekt auf Netzhaut abbilden } Eigenbewegung der Augen / des Körpers kompensieren } OptokinetischeAugenbewegungen und vestibulo-okularer Reflex } Messung von Augenbewegung: Eye tracker } Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

14 Vom Auge zum Kortex Informationen aus dem linken eigenen Gesichtsfeld werden von beiden Augen registriert, und im rechten visuellen Cortex verarbeitet Und umgekehrt kontra-laterale Verarbeitung Sehzentrum des Thalamus (Corpus geniculatum laterale, CGL) Sehnerv (Axone der Ganglienzellen) Sehnerven-kreuzung (Chiasma opticum) Tractus opticus Radiatio optica (Nach Frisby, 1979) Sehrinde (= striärer Cortex oder primärer visueller Cortex, V1) 14 All. Psychologie Rasch UniFr

15 Rezeptive Felder (RF) } Rezeptives Feld } Bereich der Netzhaut (Photorezeptorfläche), von dem aus die Aktivität einer Zelle beeinflusst wird } Abhängig von der Verschaltung der retinalen Zellen } Rezeptiven Felder der Ganglienzellen bestehen aus einem Zentrum und einem Umfeld. } Im primären visuellen Cortex (V1) findet man Neurone (Nervenzellen) mit Orientierungsspezifität } Antwort der Zellen auf Lichtbalken einer bestimmten Orientierung Zellen in Retina CGL und V Simple Cell in V1 15 Nach Hubel & Wiesel, 1962 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

16 Rezeptive Felder in der Retina } Rezeptives Feld (RF) } Bereich der Netzhaut (Photorezeptorfläche), der die Aktivität einer Zelle beeinflusst } Abhängig von der Verschaltung der retinalen Zellen } Rezeptiven Felder der retinalen Ganglienzellen bestehen aus einem Zentrum und einem Umfeld. } On-Center Zellen: Lichtreiz in das Zentrum des RF aktiviert Zelle, Licht im Umfeld hemmt sie } Off-Center Zellen: Lichtreiz in das Zentrum hemmt Zelle, Licht in das Umfeld erregt sie } Gleichzeitige Belichtung des Zentrums und Umfelds führt nur zu einer sehr schwachen Erregung } Laterale Hemmung } Benachbarte Ganglienzellen hemmen sich gegenseitig } Dient der Kontrastverstärkung, verstärkt Schärfe des Bildeindrucks } Mach-Bänder (E. Mach) } Kortikaler Vergrösserungsfaktor } GrosserTeil der Ganglienzellen verarbeitet Information aus der Fovea } In CGL und V1: ca. 50% aller Zellen repräsentiert die Fovea RF einer On-Center-Zelle 16 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

17 Rezeptive Felder in der Retina } Mach-Bänder (E. Mach) } Enstehung durch laterale Hemmung der Ganglienzellen an den Farbübergängen 17

18 Laterale Hemmung 18

19 RF im primären visuellen Kortex } Zellen im primären visuellen Kortex (V1) } Neuronen antworten nicht / nur schwach auf punktförmige Lichtreize } Starke Erregung bei kurzen Lichtstreifen } Nobelpreis 1981: David Hubel und Torsten Wiesel } Einfache Zellen: } Längliche rezeptive Felder } erregende Zonen in der Mitte und flankierende hemmende Zonen } Reaktion auf Lichtstreifen oder Balken einer bestimmten Orientierung } Tuning-Kurve der Zelle: Je besser die Orientierung des Lichtreizes passt, desto stärker Nach die Hubel Zellantwort & Wiesel, 1962 } Meist zusätzlich Präferenz für bestimmte Bewegungsrichtung } Entstehen durch einfache Zusammenschaltung ringförmiger rezeptiver Felder Simple Cell in V1 19 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

20 Zellen mit Orientierungsspezifität Zellantwort Reiz w5pkv9rj3o 20 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

21 RF im primären visuellen Kortex } Komplexe Zellen } Selektive Reaktion auf bestimmte Orientierung, unabhängig von genauer Lage im rezeptiven Feld } Hyperkomplexe Zellen } Maximale Erregung bei Streifen, Ecken oder Winkeln } Bestimmte Länge und bestimmte Bewegungsrichtung 21 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

22 Spezifität von Nervenzellen 22 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

23 Die Organisation von V1 } Organisation des primären visuellen Kortex (V1) } Orientierungssäulen } 6 verschiedene Schichten, davon eine Eingangs- und eine Ausgangsschicht } Zellen, die übereinander liegen haben ähnliche rezeptive Felder Gleiche Position im visuellen Feld und Orientierung } Nebeneinander liegende Orientierungssäulen zeigen nur leichte Veränderungen der Orientierungsspezifität Windmühlenartige Anordnung, jede Orientierung nur einmal } Augendominanzsäulen } Eiswürfelmodell } Primären visuellen Kortex besteht aus Hypersäulen (ca 1 mm2) } 2 Augendominanzsäulen + vollständiger Satz von Orientierungen } Hypersäulen als Verarbeitungsmodul für einen Auschnitt des visuellen Feldes 23

24 Die Organisation von V1 } Das Eiswürfelmodell 24

25 Primärer visueller Kortex (V1) Farbverarbeitung (Blobs) Simple Cells: Zellen, die auf hell-dunkel Unterschiede einer bestimmten Orientierung reagieren (Nach Gazzaniga et al., 1998) 25 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

26 Kortikale Areale 26 Aus Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

27 Verarbeitung im visuellen Kortex } Retinotrope Karten in der Retina, CGL und V1 } Benachbarte retinale Ganglienzellen haben überlappende rezeptive Felder } Projizieren zu benachbarten Zellen im CGL und V1 } Direkte räumliche Abbildung des optisches Bildes in den Zellen } Areale V2 und V3 } Fortsetzung der Verarbeitung von Form, Bewegung, Farbe aus V1 } Retinotrope Anordnung } Komplexere Verarbeitung: Zellen reagieren auf Konturen } Areal V4 } Entstehung von Scheinkonturen } Farb- und orientierungsspezifische Zellen } Reaktion auf komplexe geometrische Muster } MT / Nachbarareale } Einfache und komplexe Bewegungsmuster 27

28 Scheinkonturen 28

29 Parallelverarbeitung von Bewegung, Farbe, Form, Position und Tiefe } Parallelverarbeitung } natürliche Methode der Informationsverarbeitung im Gehirn } Unterdimensionen des Sehens } werden von verschiedenen neuronalen Netzwerken verarbeitet } Bewegung, Farbe, Form, Position und Tiefe } Verarbeitung getrennt und gleichzeitig } Andere neuronale Netzwerke führen die Informationen zusammen } Weitere Verarbeitung (z.b. Vergleich mit gespeicherten Informationen etc.) 29 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

30 Parallelverarbeitung von Farbe, Bewegung, Form und Tiefe Colliculus Superior (CS) ITC (Aus Eysel, 2006) 30 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

31 Magno- und Parvozellen } Corpus geniculatum laterale (CGL) } Teil des Thalamus } Thalamus als Umschaltzentrale für verschiedene Sinnesmodalitäten } Organisation in 6 Schichten } Jede Schicht enthält vollständige retinotrope Karte } Magno Zellen Retina: M-Zellen } Relativ grosse rezeptive Felder, nahezu farbunempfindlich } Liefern schnelle, kurz anhaltende Signale, wichtig für Bewegungsinformation } Parvo-Zellen Retina: P-Zellen } Kleine rezeptive Felder, farbselektiv } Wichtig für hochauflösendes Sehen von Form und Farbe 31