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Ich sehe was was Du nicht siehst

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Ich sehe was was Du nicht siehst
Heiner Deubel
Department Psychologie
Ludwig-Maximilians-Universität München
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
1
Ich sehe was was Du nicht siehst
Ich sehe etwas, was eigentlich nicht da ist
und
Ich sehe nichts, obwohl etwas da ist
Heiner Deubel
Department Psychologie
Ludwig-Maximilians-Universität München
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
2
Übersicht
• Wahrnehmungskonstanzen und visuelle Illusionen
• Offene und verdeckte Aufmerksamkeit
• Change blindness und Inattentional Blindness
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
3
Was ist „(visuelle) Wahrnehmung“? Eine Definition
• Die Summe der Prozesse, mit deren Hilfe wir Informationen,
Wissen über externe Objekte und Ereignisse gewinnen
• Visuelle Wahrnehmung: Quelle der Informationen ist das
Licht, das die Objekte aussenden oder reflektieren
• Wozu dient Wahrnehmung? Ermöglicht zielgerichtetes
Handeln in der Umwelt zum Überleben und Reproduzieren!
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
4
Was ist (visuelle) „Wahrnehmung“?
• Dient zur Gewinnung von Wissen über die Welt.
Dieses Wissen ermöglicht es dem Wahrnehmer,
geeignet zu handeln. Gegenbeispiel: Kamera
Auge-Kamera-Analogie
• Dieses Wissen betrifft Objekte und Ereignisse in
der Umwelt, nicht das subjektive Erleben des
Beobachters. Wahrnehmungen müssen
intersubjektiv vergleichbar sein
• Wissensgewinn geschieht, indem in einem aktiven
Prozess bestimmte Informationen selektiv extrahiert
werden ! Informationsverarbeitungsansatz der
kognitiven Psychologie
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
5
Wie geschieht Wahrnehmung?
Ein „bottom-up“ Prozess, unmittelbar, automatisch?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
6
Wie geschieht Wahrnehmung?
Ein „bottom-up“ Prozess, unmittelbar, automatisch?
Eher nicht: Was sehen Sie jetzt?
! Wahrnehmung ist aktiv, berücksichtigt Vorwissen, Erwartungen...
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Wie geschieht Wahrnehmung?
Ein „bottom-up“ Prozess , unmittelbar, automatisch?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
8
Ist Wahrnehmung veridikal?
Ein „klares Fenster in die Welt“?
... nein, viele Gegenbeispiele:
Sehen als „Inverses Problem“
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Visuelle Größentäuschungen:
Müller-Lyersche und Ponzo - Täuschungen
Welche Linie ist länger?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
10
Visuelle Illusionen:
Pickel oder Dellen?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
11
Visuelle Illusionen:
Pickel oder Dellen
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
12
Visuelle Illusionen: Helligkeit
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Visuelle Illusionen:
Hell oder dunkel?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Ist Wahrnehmung also veridikal?
Ein „klares Fenster in die Welt“?
... Nein!
Aber warum nicht?
Weil zumeist die verfügbare Information nicht vollständig und
nicht eindeutig ist (Beispiel Objekthelligkeit)
und
weil der Wahrnehmungsapparat eigentlich eine Fehlkonstruktion
ist! (Optik, Rezeptoren, zentrale Verarbeitung, Eigenbewegungen,
....)
Hermann von Helmholtz: "The eye has every possible defect that
can be found in an optical instrument and even some which are
peculiar to itself..."
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Beispiel: Fehlkonstruktion Auge
• Rezeptoren nach hinten gerichtet!
Krabbe
Mensch
• Blinder Fleck (Durchmesser 3-5 Grad, 10-13 Grad
temporal)!
• Retina ist äußerst inhomogen (selbst innerhalb der
Fovea)!
• Farbsehen auf zentralen Retinabereich beschränkt!
• Optische Abberationen (Abbildungsfehler)
(sphärische, chromatische, ...)
• 2 Dioptrien Unterschied in der Brechung von rot
und blau!
• Ständige Retinabewegungen aufgrund von
Sakkaden
• Wahrnehmung angewiesen auf retinale Stabilität
• Dennoch: Wahrnehmung erscheint uns als perfekt!
Wir sehen kein Blutgefäße kein Loch, keine
Farbringe, kein Hüpfen, kein Verschmieren ...
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Ist Wahrnehmung also veridikal?
Ein „klares Fenster in die Welt“? Nein!
• Wahrnehmung geschieht vielmehr auf der Basis unsicherer, unvollständiger,
verzerrter Information
! d.h., Wahrnehmung kann lediglich ein Modell der Welt erzeugen, eine
Hypothese darüber, welche physikalischen Gegebenheiten das jeweilige
sensorische Muster verursacht haben könnten!
• Aktive Suche nach Information
• Hypothesentesten: Sensorische Stimulation liefert Daten für Hypothesen
über den Zustand der externen Welt.
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Informationsquellen zur Tiefen- und Größenwahrnehmung:
Retinale Größe, Akkommodation, Konvergenz der Augen, Tiefeninformation
durch Verdecken und Bewegung, Querdisparation, relative Höhe im Blickfeld,
atmosphärische Perspektive, lineare Perspektive, gewohnte Größe, Texturgradient
...
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Also: Wahrnehmung ist konstruktiv.
Wahrnehmung erzeugt lediglich (wahrscheinliche) Hypothesen über die
physikalische Realität! (Helmholtz)
„Wahrscheinlichkeitsprinzip“ von Hermann von Helmholtz: Wir nehmen
dasjenige Objekt wahr, das mit der größten Wahrscheinlichkeit die Ursache
unserer jeweiligen sensorischen Empfindung ist
Hierzu werden alle verfügbaren Informationsquellen genutzt, Beispiel
Größenwahrnehmung:
!Aber: Die aus der unvollständigen Information gewonnenen Hypothesen
können unter Umständen falsch sein ! visuelle Täuschungen
! Schlüssel zum Verständnis von Illusionen: Wahrnehmungskonstanzen
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Größenkonstanz
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Größenkonstanz:
Sehwinkel und Entfernung
• Zentrales Problem der Größenwahrnehmung:
Größe der retinalen Projektion eines Objekts (Sehwinkel) hängt
(umgekehrt proportional) von der Entfernung des Objekts ab! !
Abschätzung der Größe eines Objekts ist nur möglich, wenn dessen
Abstand vom Beobachter bekannt ist (bzw. richtig berechnet werden
kann).
• ! Größenkonstanz: „Richtige“ Wahrnehmung der Größe von Objekten
unabhängig von ihrer Entfernung
d
H
r
r = k * H/d
H=K* r*d
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Ponzosche Täuschung
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Größenkonstanz
• Der Amessche Raum
QuickTime Movie
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Helligkeitskonstanz
• Wahrgenommene achromatische Farbe eines
Objekts unabhängig von Beleuchtung
Problem der Helligkeitskonstanz:
L(x,y) = I(x,y) * R(x,y)
L(x,y) (reflektierte) Luminanz des Objekts
I(x,y) Beleuchtung des Objekts
R(x,y) Reflektanz des Objekts (Objekteigenschaft)
PROBLEM: Unendlich viele Wertepaare R(x,y), I(x,y)
können zu der beobachteten Objektluminanz L(x,y) führen!!
R(x,y) = L(x,y) / I(x,y)
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Helligkeitskonstanz
• Wahrgenommene achromatische Farbe eines
Objekts unabhängig von Beleuchtung
• Mechanismen der Helligkeitskonstanz:
- Berücksichtigung von Relationen
Simultankontrast
Verhältnisprinzip
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
koffka-movie.swf
25
Farbkonstanz
• Relative (annähernde) Gleichheit der
wahrgenommenen Farbe trotz wechselnder
Lichtverhältnisse
L(x,y,w) = I(x,y,w) * R(x,y,w)
Farbkonstanz beruht
wesentlich auf einer
Abschätzung der
Beleuchtungsverhältnisse
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Farbkonstanz
Some surfaces appear the same color, even when the ambient lighting changes.
The wavelength of the blue squares on the left matches the wavelength of the yellow
squares on the right!
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L=R*I
Zapfenaktivität
10
Luminanz L(x,y,w)
5
0
K
M
L
Vermutete Reflektanz =
wahrgenommene Objektfarbe
=
Reflektanz R(x,y,w)
M
K
L
Vermutete Beleuchtung I
*
10
Illumination I(x,y,w)
5
0
K
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
M
L
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Formkonstanz: Visuelle Ergänzung
• Sie sehen Dinge, die
eigentlich gar nicht vorhanden
sind
• Sehen Sie sich um – was
sehen Sie wirklich ganz?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Unmögliche Objekte
• Falls unsere Wahrnehmung eine direkte,
eindeutige Reflexion der physikalischen Realität
wäre, sollten „unmögliche Objekte“ einfach
nicht wahrnehmbar sein!
• Stattdessen versucht das
Wahrnehmungssystem, sie als „normale“
physikalische Objekte zu interpretieren
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Teil 2: Offene und verdeckte Aufmerksamkeit
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
31
Aufmerksamkeit
• Bislang: eher „frühe“, automatische Verarbeitungsmechanismen,
„parallel“
• neuer Aspekt: aktive Selektion, seriell!
Was ist Aufmerksamkeit? William James (1842-1910):
„Everyone knows what attention is. It is the taking posession by the
mind, in clear and vivid form, of one out of what seem several
simultaneously possible objects or trains of thought. Focalization,
concentration of consciousness are of its essence. It implies
withdrawal from some things in order to deal effectively with others,
and is a condition which has a real opposite in the confused, dazed,
scatterbrain state...”
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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„Offene“ Aufmerksamkeit: Blickbewegungen
• „Offene“ Aufmerksamkeit: Ausrichtung der Blickrichtung mit
sakkadischen Blickbewegungen
•
•
•
Blickfixationen sind nicht zufällig
Es werden bevorzugt „informationstragende“ Strukturen
(bei Gesichtern: Augen, Mund) fixiert
Aufgabenabhängigkeit
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Blickbewegungen auf natürlichen Szenen:
Aufgabenabhängigkeit (Yarbus, 1967)
„Schätze materiellen Wohlstand“
„Schätze Alter“
„The Unexpected visitor“
„Erinnere Position“
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„Wie lange war „Unexpected visitor weg?“
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Inhomogenität der visuellen Projektionen
•
•
•
•
Verteilung der Photorezeptoren in der Retina
Cortikale Vergrößerung
Steiler Abfall der visuellen Auflösung
10t!
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35
„Verdeckte“ Aufmerksamkeit
(covert attention)
• bereits von Hermann von Helmholtz beschrieben
• Typische Operationalisierungen in der Kognitionspsychologie:
• Reaktionszeitaufgaben (Posner)
• Texturunterscheidung
• Visuelle Suche
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
Nothdurft (1990)
36
Suchaufgabe: Suche nach grünem Objekt!
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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RT = f(Setsize) bei „Merkmalssuche“
(pop-out – Suche)
• Bei der Suche nach einem durch
eine „elementare“ Eigenschaft
(basic feature) definiertem Objekt
ist die Suchzeit (RT) unabhängig
von der Anzahl der Distraktoren
(= set size = display size)
• „pop-out“ elementarer Features
• Suche erfolgt „automatisch“,
„parallel“
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Elementarmerkmale nach Treisman und
weitere pop-out - Merkmale
Elementarmerkmale:
• Orientierung
• Krümmung
• Farbe
• Bewegung
• Geschlossenheit
Tiefe und Schatten
• Farbe, Helligkeit
• Tiefe (binokular)
Schattierung
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Suche nach Konjunktion von Eigenschaften
• Konjunktions-Suche: Suche nach Kombination
zweier oder mehrerer Features.
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Suche nach rotem, geneigtem Objekt
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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RT = f(Setsize) bei Konjunktionssuche
• Reaktionszeitaufgabe
• Konjunktionssuche: Suche nach Objekt
mit Kombination zweier (elementarer)
Eigenschaften
• RT: linear ansteigende Funktion der
Anzahl der Distraktoren
• Steigung: Verarbeitungszeit je Element
• Steigung (nein) = 2 * Steigung (ja)
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
42
„Merkmalsintegrationstheorie“
(Feature Integration Theory, Treisman & Gelade, 1982)
1.
2.
3.
4.
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
Präattentive Stufe: Analyse
(Zerlegung) in Elementarmerkmale:
parallel, automatisch
Attentive Stufe: Verknüpfen der
Elementarmerkmale einzelner, durch
Aufmerksamkeit selegierter Elemente.
Serieller, aktiver Prozess
Beachtetes Objekt wird
wahrgenommen ! Erstellung einer
„Objektdatei“ (object file)
Objekterkennung durch Vergleich mit
visuellem Objektgedächtnis
43
Funktionen verdeckter Aufmerksamkeit bei
der Wahrnehmung
• Aufmerksamkeit „bindet“ Elementarmerkmale
• A. ermöglicht Objekterkennung
• A. bewirkt Encodierung des Objekts in das Arbeitsgedächtnis
• bestimmt somit Inhalt der „Bewußtseinsspanne“ (3 – 4 „Objekte“)
!„Attention for perception and memory“
!Weitere wichtige Funktion: „Attention for action“
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Kopplung von Blickbewegungssteuerung und
Aufmerksamkeit
Execution of eye
movement
>
Masking of targets and
disctractors
>
Presentation of discrimination target DT (E or ∃)
X
ms
>
Presentation of central
movement cue
80
>
Start
0m
0
1
+
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00
6
1
00
10
m
S
s(
m
s
)
A
O
s
45
Diskriminationsleistung
DT position variable
Saccade
90
DT=MT
80
70
60
50
100
Correct discrimination [%]
Correct discrimination [%]
100
DT position constant
Saccade
DT=MT
90
80
70
60
50
-2
0
2
4
6
Relative DT position
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8
-2
0
2
4
6
8
Relative DT position
46
Bewegungssequenzen
2nd saccade
Masking
Presentation of
discrimination target
and distractors
Saccade cue
150 ms
Start of trial
+
50 ms
(SOA)
700-900 ms
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Aufmerksamkeit bei der Planung von
Bewegungssequenzen
>
>
>
>
% correct
100
90
80
70
60
50
1st S T
betw een
2nd S T
other
D T position
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Aufmerksamkeit bei der Planung von
Zielbewegungen
• Verdeckte Aufmerksamkeit und Bewegungssteuerung sind eng
gekoppelt
• Jeder Zielbewegung geht eine Verschiebung visueller
Aufmerksamkeit zu dem Bewegungsziel(en) voraus
• Diese Aufmerksamkeitsverschiebung ist obligatorisch und
räumlich äußerst selektiv
! selektive visuelle Wahrnehmung (und damit das, was wir zu
jedem Zeitpunkt wahrnehmen) wird wesentlich von unseren
aktuellen Handlungszielen bestimmt!
• Was aber, wenn keine Aufmerksamkeitsausrichtung erfolgt
oder diese abgelenkt ist?
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Teil 3: Change Blindness und Inattentional
Blindness
A breakdown in simultaneous information processing (R.F. Haynes, 1980)
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Flicker Paradigma
(Rensink 1997)
• Original und Modifiziertes Bild
im schnellen Wechsel (blank
screen)
• Beobachter reagieren sobald sie
die Veränderung entdeckt haben
- 250 msec bis 2 sec
Originalbild
- 70-100 msec Blank
- usw.
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„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Operationalisierungen von Change
Blindness
• Veränderungen werden vorgenommen während
1. Einer Sakkade oder eines Lidschlags
2. Einer Unterbrechung der Fixation durch
• Blank Screen
• Schnitt
3. Einer Realen Unterbrechung
• Aufmerksamkeit wird abgelenkt durch globale „Transienten“
• Sehr langsame Veränderungen
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Blink Experiment
O’Regan, Deubel, Clark & Rensink (Vis. Cog 2001): Registrierung von
Blick- und Lidschlagbewegungen während Change Blindness
Aufgabe
Central Interest: always mentioned by judges
Marginal Interest: never mentioned by judges
(Equal visual salience)
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BLINK Experiment
50
40
30
ON C of I
20
OFF C of I
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
not
seen
Number of Blinks before
detection
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Probability of Change Detection
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Operationalisierungen von Change
Blindness
• Veränderungen werden vorgenommen während
1. Einer Sakkade oder eines Lidschlags
2. Einer Unterbrechung der Fixation durch
• Blank Screen
• Schnitt
3. Einer Realen Unterbrechung
• Aufmerksamkeit wird abgelenkt durch globale „Transienten“
• Sehr langsame Veränderungen
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„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Schlussfolgerungen
• Visuelle Wahrnehmung (visuelles Arbeitsgedächtnis) ist
hochgradig selektiv
• Entsprechend scheint unsere interne Repräsentation der
Welt äußerst sparsam zu sein: vielleicht nur 3-4
„Objekte“?
• Woher rührt also die „grand illusion“ (O‘Regan)? „Vision
on demand“
• Praktische Konsequenz: Wir sehen anscheinend viel
weniger als wir glauben! Plötzliche Veränderungen werden
nicht wahrgenommen, wenn sie während Sakkaden oder
Lidschlägen erfolgen ! ¼ unserer wachen Zeit sind wir
„blind“
„Ich sehe was was Du nicht siehst“ 2.12.2008
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Kunst und Fotos
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