Allgemeine Psychologie I. Vorlesung 6. Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg

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1 Allgemeine Psychologie I Vorlesung 6 Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg 1 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

2 Allgemeine Psychologie I Woche Datum Thema 1 FQ Einführung, Verteilung der Termine Einführung und Grundlagen Wahrnehmung Psychophysik Visuelle Wahrnehmung I Visuelle Wahrnehmung II Auditive Wahrnehmung Schmerz, Geruch, Geschmack Aufmerksamkeit Exekutive Kontrolle Fällt aus Arbeitsgedächtnis Langzeitgedächtnis I Langzeitgedächtnis II 2 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

3 Objekterkennung Menschen können Objekte sehr schnell und akkurat erkennen. Objekterkennung erfordert Trennung von Figure und Grund Detektion von Einzelmerkmalen Extraktion der retinal verfügbaren Informationen (Bottom-up Verarbeitung) Erkennen von Objektkonturen, Winkeln, Farbe, Bewegungen etc. Organisation von Einzelmerkmalen zu sinnvollen Einheiten Objektkonstanz Berücksichtigung wechselnder Darbietungs- und Beobachtungsbedingungen Beleuchtung, Perspektive, Entfernung Ergänzung von verdeckten Anteilen Vorerfahrung / Gedächtnis notwendig (Top-down Verarbeitung) 3 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

4 Objektwahrnehmung Schwaninger (2005) 4 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

5 Objekterkennung Gestaltgesetze der visuellen Wahrnehmung Gestalttheorie (z.b. Wertheimer, 1920) Gesetz der Ähnlichkeit Elemente werden eher mit ähnlichen Elementen gruppiert als mit unähnlichen Gesetz der Nähe Elemente werden eher mit nahen als mit fernen Elementen gruppiert Gesetz der guten Fortsetzung Elemente werden bevorzugt so gruppiert, dass sie kontinuierliche Linien ohne abrupte Brüche ergeben 5 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

6 Objekterkennung Gestaltgesetze der visuellen Wahrnehmung Gestalttheorie (z.b. Wertheimer, 1920) Gesetz des gemeinsamen Schicksals Elemente, die sich in gleicher Richtung und Geschwindigkeit bewegen, werden bevorzugt gruppiert Gesetz der Prägnanz Mehrdeutige Elemente werden bevorzugt so interpretiert, dass sich prägnante Formen ergeben Z.B: einfache symmetrische Figuren wie Kreise, Dreiecke und Quadrate 6 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

7 Repräsentation von Objekten Hypothesen zur Repräsentation von Objekten Hypothese 1: Zwei Modul-Hypothese Verschiedene Objekte werden in verschiedenen Hirnmodulen verarbeitet Fusiform face area (FFA): Spezialisiert auf Gesichtsverarbeitung Parahippocampal Place Area (PPA): Verarbeitung von Landschaften / Häusern Aber: Starke Spezialisierung trifft nur auf wenige Objektkategorien zu. Hypothese 2: Kategorie-spezifische Module Für jede Objektkategorie gibt es ein separates Modul. Extremform: Grossmutterzelle Problem: Woher weiss das Gehirn, welche Zelle für welches Objekt zuständig ist? Hypothese 3: Merkmalskarten Objekte werden durch die Kombination von einfachen und komplexen visuellen Merkmalen repräsentiert. Hypothese 4: Prozesskarten In Abhängigkeit von der Erkennungsaufgabe werden verschiedene Aspekte visueller Information relevant. 7 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

8 Module (Nach Ishai et al., 1999) 8 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

9 Grossmutterzelle Zellantwort im Hippokampus zu Fotos des Schauspielers Steve Carell Quiroga et al., 2007, TICS 9 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

10 Bitte selbstständig nachlesen!!! Bewegungswahrnehmung S Wahrnehmung von Raum, Grösse und Tiefe S Beide Themen sind relevant für die Klausur. 10 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

11 11 Björn Rasch Vorlesung Allg. Psychologie Uni FR

12 Auditive Wahrnehmung Hören verschafft Informationen, die wir über das Sehen nicht erhalten können Warnrufe, Hilferufe, Gefahrengeräusche, Weckgeräusche, etc. Hören hat eine Warn- und Signalfunktion Hören ist entscheidend für die soziale Kommunikation Sprache Verlust des Hörens kann soziale Isolation bedeuten Hören kann emotionale Erlebnisse verursachen Musik Bsp.: Filmmusik Hören hilft bei Orientierung im Raum und Objekterkennung 12

13 Hören Schallwellen sind ringförmige Bänder sich komprimierender und sich ausdehnender Luft. Ohren nehmen Luftdruckveränderungen war Umwandlung in neuronale Impulse, die das Gehirn als Töne dekodiert Frequenz von Schallwellen: Tonhöhe Amplitude von Schallwellen: Lautstärke 13

14 Grundbegriffe Akustik: Physikalische Beschreibung der Schallwelle Auditorisch / Auditiv anatomische, biochemische und physiologische Vorgänge beim Hören Hörbare Schallwellen Druckschwankungen der Luft, Frequenz in Hertz (Hz) Ton: Sinusschwingung aus einer einzigen Frequenz Im täglichen Leben Ausnahme (Kammerton A 440 Hz) Klänge: Grundton mit mehreren Obertönen Obertöne sind ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Grundtones Geräusch umfasst praktisch alle Frequenzen des Hörbereiches Z.B. Sprache 14

15 Schallwellen Kombination von drei Sinusschwingungen Frequenzanalyse Fast Fourier Transformation (FFT) 15

16 Schallwellen Ausbreitungsgeschwindigkeit in Luft 330 m/s Vergleich Licht km/s Bewegte Schallquelle Dopplereffekt Beispiel: Feuerwehrauto 16

17 Schalldruck und Schalldruckpegel Schalldruck Stärke einer Schallwelle (Amplitude) Der Schalldruck wird wie jeder Druck in Pascal (Pa) angegeben: Druck = Kraft / Fläche P = F/A 1 Pa = 1 N/m2 Schalldruckpegel Schalldruckpegel in db = 20 log 10 (p/p 0 ) Schalldruck p zu Bezugsschalldruck p 0 p 0 = Schalldruck von Pa In der Nähe der Hörschwelle 17

18 Schalldruck und Schalldruckpegel Steigt der Schalldruckpegel um 20 db, so hat sich der Schalldruck tatsächlich verzehnfacht. Bei 80 db sind bereits 4 Verzehnfachungsschritte (80/20=4) erreicht. Der Schalldruck ist daher um 10 4, also um das zehntausendfache gesteigert. 100 db entspricht gemäss EU Norm der Maximallautstärke von MP3 Playern. Längerfristige Schalleinwirkung von über 85 db kann zu Hörschäden führen. Bei 100 db kann bereits nach 80 Minuten ein Hörschaden auftreten. (Nach Schmidt & Schaible, 2006) Zunahme des Schalldruckes Schalldruckpegel (SPL) db 1 Bezugsschalldruck 0 1,41 mi lere Hörschwelle bei 1000 Hz 3 10 ländliche Ruhe leises Gespräch normales Gespräch lauter Straßenlärm lauter Industrielärm Schuss, Donner Düsentriebwerk

19 Lautheit Lautheit als psychologische Grösse Nur subjektive messbar, keine physikalische Grösse Lautheit folgt Potenzgesetz von Stevens Steven Konstante von 0.5 Lautheit steigt mit zunehmendem Schalldruck immer langsamer an Verzehnfachung des Schalldrucks entspricht nicht einer Verzehnfachung der Lautheit Erhöhung um 10 db => ca. Verdopplung der Lautheit Lautheit ist zusätzlich von der Frequenz abhängig Lautstärkepegel (phon) Entspricht Schalldruckpegel bei einem Ton von 1000 Hz 19 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

20 Lautstärkepegel Isophone Kurven gleicher Lautstärkepegel Hörfläche gelb Hauptsprachenbereich orange Phon und Dezibel stimmen bei 1 khz überein 20

21 Hörrinde (auditorischer Kortex) im Temporallappen 21

22 Auditorischer Kortex 22

23 Vom Ohr zum Gehirn Das periphere Hörsystem (äusseres Ohr) Besteht aus Ohrmuschel und Ohrkanal Individuelle Form reflektiert Schall, verstärkt einzelne Frequenzen Ohrkanal wirkt wie ein Resonanzkörper, verstärkt mittel-hohe Frequenzen (2-5 khz) Das Mittelohr Kammer zwischen dem Trommelfell und Kochlea 3 Knöchelchen: Hammer, Amboss und Steigbügel Mechanische Verstärkung der Schwingungen des Trommelfells für Übertragung in die Flüssigkeit-gefüllte Kochlea Das Innenohr Kochlea, Bogengänge und Sacculi des Vestibularapparats (Gleichgewichtsapparat) Basiliarmembran wird in wellenartige Bewegung versetzt Verursacht Druckveränderungen in der Kochleaflüssigkeit Bewegung der winzigen Haarzellen löst Nervenimpulse aus Weiterleitung über den Thalamus an den auditorischen Kortex im Gehirn 23

24 Haarzellen der Kochlea Kochlea Enthält ca Haarzellen Haarzellen Befinden sich auf der Basiliarmembran Reagieren auf Tonhöhe (Frequenz) und Lautstärke (Amplitude) Bestehen aus mehreren Flimmerhaaren (Zilien) und Zellkörper Lösen elektrisches Signal aus, wenn Zilien im Gegensatz zum Zellkörper bewegt werden Verschiedene Tonhöhen haben Auslenkungsmaxima an unterschiedlichen Orten der Membran Schädigung durch kurze laute Geräusche oder langfristige Stimulation über 85 db 24

25 Basiliarmembran und Wanderwelle Basiliarmembran An Spitze der Kochlea nachgiebig (resonant auf tiefe Frequenzen) Bei Steigbügel / ovalem Fenster steif (resonant auf hohe Frequenzen) Wanderwelle Je höher der Ton, desto näher ist das Wanderwellenmaximum an der Kochleabasis Je tiefer der Ton, desto mehr nähert sich das Maximum der Wanderwelle der Kochleaspitze Nur bei Wanderwellenmaximum werden einige wenige Haarzellen gereizt Kochleaspitze Kochleabasis Unterschiedliche Tonhöhen reizen damit unterschiedliche Haarzellen entlang der Basiliarmembran

26 Orts- und Frequenztheorie Ortstheorie Gehirn interpretiert Töne durch stimulierten Ort auf der Basiliarmembran der Kochlea Basiert auf Wanderwellenmaximum Ortskodierung erklärt Wahrnehmung von hohen Tönen Frequenztheorie Gehirn interpretiert Anzahl und die Frequenz der Nervenimpulse aus dem Hörnerv (auch Volleykodierung genannt) 50 Hz Ton: 50 Aktionspotentiale pro Sekunde Erklärt Wahrnehmung für tiefe Töne Bei hohen Tönen nicht möglich, da Neuronen nicht schnell genug feuern Bei sehr hohen Tönen Aktionspotential nur bei jedem 2. / 3. Wellenberg Effekt des fehlenden Grundtons Mittlere Frequenzbereich Kombination aus beiden Verfahren 26

27 Figurenerkennung Auditive Wahrnehmung erfasst sinnvolle Einheiten Konstruktivität der Wahrnehmung Gestaltgesetze Ähnlichkeit Ähnliche Elemente werden gruppiert (z.b. Gitarrensolo) Nähe Töne in ähnlicher Tonhöhe werden gruppiert Gute Fortsetzung Melodienverläufe können sich kreuzen Gemeinsames Schicksal Elemente, die sich in gleicher Richtugn bewegen, werden gruppiert Prägnanz Gruppieren von prägnanten Einheiten 27

28 Lokalisation einer Geräuschquelle Interauraler Intensitätsunterschied Schall ist lauter an einem Ohr Funktioniert bei hohen Frequenzen Interauraler Laufzeitunterschied Schall trifft an einem Ohr früher ein bis zu 1 ms Funktioniert gut bei niedrigen Frequenzen Konstante Schallwelle vor / hinter / über uns Keine interauralen Unterschiede können durch Kopfbewegungen erzeugt werden Verbessert die Verortung der Schallquelle Gehirn berechnet aus Unterschieden Ort der Schallquelle 28

29 Schwerhörigkeit Schallleitungsschwerhörigkeit Schädigung des mechanischen Systems, das die Schallwellen an die Kochlea überträgt. Bsp. 1: Loch im Trommelfell. Bsp. 2: Beeinträchtigung der Gehörknöchelchen im Mittelohr Schallempfindungsschwerhörigkeit Nervenschwerhörigkeit Schädigung von Haarzellen in Kochlea oder verbundenen Nerven Mögliche Ursachen Krankheiten und Unfälle altersbedingte Störungen und dauernde Konfrontation mit lauten Geräuschen sind die häufigeren Ursachen von Schwerhörigkeit vor allem von Nervenschwerhörigkeit 29

30 Schwerhörigkeit im Alter Ältere Menschen hören niedrige Frequenzen meist besser als hohe Frequenzen Nervendegeneration am Anfang der Basiliarmembran Digitale Hörhilfen Verstärkung der Schwingungen bei (hohen) Frequenzen Komprimierung der Geräusche 30

31 Kochleaimplantate Kochleaimplantat elektronisches Gerät, welches Geräusche in elektrische Signale umwandelt an unterschiedlichen Stellen mit dem Hörnerv in der Kochlea verbunden. Gehörlose Kinder können einige Töne hören Lernen der Verwendung der gesprochenen Sprache Am wirkungsvollsten bei kleinen Kindern (Vorschulalter) 31

32 Sensorische Kompensation Menschen die einen Sinneskanal verlieren, können dies durch eine Verbesserung ihrer anderen sensorischen Fähigkeiten teilweise ausgleichen. Extrembeispiel: Die Schottin Evelyne Glennie ist seit dem Alter von 12 Jahren völlig taub. Sie ist hauptberuflich Percussion-Solistin. Die Beziehung zu ihren Instrumenten stellt sie über den Tastsinn her (sie tritt ohne Schuhe auf), die Beziehung zum Dirigenten über ihr scharfes Sehvermögen. 32

33 Take Home Messages Ohren nehmen Luftdruckveränderungen war Werden im Gehirn als Töne / Klänge / Geräusche kodiert Lautheit und Tonhöhe sind psychologische Eigenschaften Lautheit hängt von Amplitude ab, Tonhöhe von der Frequenz Aufbau des Hörsystems Aussenohr, Mittelohr, Innenohr Bewegungen der Haarzellen auf der Kochlea induziert Nervenimpulse, die in den auditorischen Cortex weiterleitet werden Kodierung ist Kombination aus Orts-und Frequenztheorie Ortstheorie: Gehirn interpretiert Töne durch stimulierten Ort auf der Basiliarmembran der Kochlea (hohe Töne) Frequenztheorie: Gehirn interpretiert Anzahl und die Frequenz der Nervenimpulse aus dem Hörnerv (tiefe Töne) Die auditorische Wahrnehmung ist konstruktiv Gesetze der Figurenerkennung 33

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 34