VL 5 Wahrnehmung Farbe & Bewegung

Kognition wird in Module mit funktionaler Spezialisierung unterteilt.

• Modul: funktionelle Einheit definiert durch Input, Output, und die Transformation dazwischen.

• funktionale Spezialisierung: Module sind auf die Verarbeitung bestimmter Inhalte (z.B. Reizeigenschaften) spezialisiert

Module sind funktional und nicht phyiologisch definiert, haben aber natürlich eine neuronale Spezifikation (Implementation)

Visuelle Wahrnehmung ist ein Modul, das wiederum in kleinere Module unterteilt ist.

Modulindividuation: Verarbeitung von Reizeigenschaften, die prinzipiell unabhängig sein können

—> Zusammenarbeit der Module visueller Wahrnehmung ermöglichen ein integriertes Perzept der Außenwelt

Einige Eigenschaften visueller Reize lassen sich (prinzipiell) beliebig miteinander kombinieren und gleichzeitig unterscheiden

—> Annahme: Diese Eigenschaften werden unabhängig verarbeitet

-Farbe erleichtert Segmentierung im visuellen Feld.

-Farbe erleichtert Erkennen von Objekten.

Farbton: bis zu 200 verschiedene Farben

Sättigung: bis zu 20 Sättigungsstufen

Helligkeit: bis zu 500 Helligkeitsabstufungen

ca. 2 Mio. Farben

Farbwahrnehmung hängt mit der Wellenlänge des Lichtsignals zusammen, die das Auge erreicht.

natürliches (weißes) Licht entsteht durch die Überlagerung vieler Wellen mit unterschiedlichen Wellenlängen.

Die Farbe von Objekten wird durch zwei Faktoren bestimmt:

Spektrale Zusammensetzung der Beleuchtungsquelle: mit Licht welcher Wellenlänge wird ein Objekt beschienen

Reflektanz des Objekts: welcher Anteil des einfallendes Lichts (d.h. welche Wellenlängen) werden reflektiert

• Beschreibt Änderung der Farbe beim Durchgang von Licht (meist weiß) durch Farbstoff oder Pigmentschichten

• Pigmente funktionieren als Filter, die einige spektrale Anteile absorbieren

• Resultierende Farbe = Eingangslicht minus absorbierte Anteile

Resultierende Farbe = Addition (Mischen) von Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge

Thomas Young (1802): Farbwahrnehmung beruht auf drei Farben

Hermann von Helmholtz (1860): behaviorale Farbmischexperimente:

Aufgabe: Manipuliere mehrere Lichtquellen um ein Vergleichslicht herzustellen

Befund: mindestens drei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen notwendig

Schlussfolgerungen:

—>Farbensehen basiert auf drei Rezeptortypen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit

—> Licht einer Wellenlänge stimuliert die drei Rezeptorsysteme in unterschiedlichem Ausmaß

—> unterschiedliche Wellenlängen werden durch Aktivitätsmuster in den drei Rezeptorsystemen kodiert

Univarianzprinzip: Eine unendliche Anzahl an WellenlängenIntensitätskombination kann exakt dieselbe Antwort in einem Photorezeptor erzeugen

—>Ein Photorezeptortyp allein kann Farbe nicht kodieren

Kann Farbfehlsichtigkeiten erklären, die auf Fehlen von ein oder zwei Rezeptorsystemen basieren

Dichromat (zwei Rezeptorarten): braucht zwei Lichtquellen, um Farbübereinstimmung mit allen anderen Wellenlängen herzustellen

Monochromat: (nur eine Rezeptorenart): keine Farbunterscheidung möglich

Rezeptormechanismen: Drei Zapfentypen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit

—> Vorhersagen der kognitiven Psychologie durch Helmholtz erst 70 Jahre später physiologisch bestätigt

1) Muster der Farbblindheit: Warum die Kombination Rot & Grün, und Blau & Gelb?

1) Warum gibt es Farbkombinationen wie bläuliches Grün, aber nicht rötliches Grün?

1) Natur farbiger Nachbilder (nächste Folie)

Ewald Hering (1834-1918)

Phänomenologischen Beobachtungen ergeben die Idee von drei antagonistisch wirkenden Farbenpaaren

Hurvich & Jameson (1957): psychophysikalische Experimente zur Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit der Gegenfarbensysteme

Aufgabe: Bestimme für vorgegebenes Licht (z.B. rot), wie viel grünes Licht addiert werden muss, damit der Farbeindruck schwindet

Postulieren zwei Stufen der Verarbeitung:

Erste Stufe: drei Rezeptortypen (Dreifarbentheorie)

Zweite Stufe: antagonistischen Zellen auf Basis der Rezeptorzellen (Gegenfarbentheorie)

mittelwellige Zapfen (grün) senden erregende und langwellige Zapfen (rot) hemmende Signale (oder umgekehrt)

kurzwellige Zapfen (blau) senden erregendes Signal, Signale aus mittelund langwelligen Zapfen werden gebündelt, senden hemmendes Signal (oder umgekehrt)

erhält erregende Signale von allen Zapfen → keine differenzierte Verarbeitung der Informationen aus den drei Zapfenarten

Farbige Objekte sind mehr als die Summe der sensorischen Farbsignale farbiger Flächen in Isolation

Beispiel Assimilationseffekt: Der Kreis hat in jeder Abbildung dasselbe sensorische Farbsignal. Wahrnehmungsunterschiede hängen davon ab, ob die gelben oder die blauen Linien den Vordergrund bilden.

Fähigkeit, Farben von Objekten trotz Änderungen der Lichtverhältnisse als unveränderlich (konstant) wahrzunehmen

• Sensorisches Farbsignal (Zapfenerregung) ist für die Trauben links und die Orange rechts identisch.

• Trotzdem nehmen wir die Trauben in beiden Fällen als grün, und die Orangen als orange wahr.

Fähigkeit, Helligkeit von Objekten trotz Änderungen der Lichtverhältnisse als unveränderlich (konstant) wahrzunehmen

Möglicher Mechanismus: Prinzip des konstanten Verhältnisses Trotz Illuminationsunterschieden bleibt das Verhältnis des reflektierten Lichts der Farben (hier: 10:1) konstant

Uchikawa et al. (1989): Farbeindrücke in Abhängigkeit von Adaptation für Beleuchtungsverhältnisse

Sowohl wir als auch die Objekte in der Welt bewegen sich.

—> Für adaptives Verhalten müssen wir wissen, was/wer sich wohin und wie schnell bewegt.

—> Ausfall der Wahrnehmung von Bewegung (Akinematopsie) hat gravierende Folgen

Beispiel: Patientin LM (Zihl, Crammon & Mai, 1983)

• Welt erscheint wie gefroren

• Probleme, Flüssigkeiten einzugießen (Gefäße laufen über)

• Menschen tauchen plötzlich woanders auf, als sie gerade waren

• Verunsicherung beim Überqueren der Straße

Bewegung hilft…

• bei der Abschätzung von Räumlichkeit

• bei der Objekterkennung

• durch Trennung von Figur und Hintergrund

• 3D Struktur aus 2D Informationen

Bewegungsnacheffekt: Wahrnehmung einer Bewegung in Gegenrichtung nach Adaptation

—>Nachweis spezieller Mechanismen für Bewegungswahrnehmung

Nacheinander aufleuchtende Lichter erzeugen die Wahrnehmung einer kontinuierlichen Bewegung

Beispiel: Kino, Monitore, …

• Implementieren zeitlich verzögerte Reizweiterleitung

• Erklären warum nur die zeitliche verzögerte aber nicht die gleichzeitige Darbietung zweier Reize die Wahrnehmung einer Scheinbewegung auslöst

• Es gibt bewegungssensitive Neurone bereits in V1.

• Besonders häufig vertreten sind bewegungs- und richtungsempfindlichen Neurone in „Modul“ Area MT“

—> Läsionen von MT können zu Akinematopsie führen (siehe Patientin LM)

Bewegung auf der Retina kann durch Eigen- oder Fremdbewegung hervorgerufen werden.

Mögliche Unterscheidungskriterium: optische Flussmuster

Eigenbewegung: globaler optischer Fluss Veränderung im gesamten Gesichtsfeld

Objektbewegung: lokaler optischer Fluss Veränderung nur im Teil des Gesichtsfeldes

Relevanz: Kann nicht einfach zwischen lokalem und globalem Fluss unterschieden werden → Trugschluss der Eigenbewegung Demonstration: Gefühl der Eigenbewegung, wenn ein Zug auf dem Nachbargleis losfährt