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21.04.2009Visuelle Illusionen 1. 21.04.2009Visuelle Illusionen 2.

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1 Visuelle Illusionen 1

2 Visuelle Illusionen 2

3 Visuelle Illusionen 3

4 Visuelle Illusionen 4

5 Visuelle Illusionen 5

6 Visuelle Illusionen 6

7 Visuelle Illusionen 7

8 Visuelle Illusionen 8 April 2009, 18:51

9 Visuelle Illusionen 9 April 2009, 12:33

10 Visuelle Illusionen 10 April 2009, 19:07

11 21. APRIL 2009 VISUELLE ILLUSIONEN SEMINAR:VISUELLE WAHRNEHMUNG UND SINNESPHYSIOLOGIE DOZENT:DR. ALEXANDER SCHÜTZ REFERENTIN: ALENA BOHLEN

12 Gliederung 1.Geometrisch-optische Täuschungen 1. Einführung 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen 1. Kontrast- und Assimilationstheorien 2. Aktivitätstheorien 3. Physiologische Theorien + Filtertheorie 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien Visuelle Illusionen

13 Gliederung Visuelle Illusionen Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion 2. Scheinkonturen 3. Nacheffekte 4. Multistabile Reize 5. Zeitpunkt des Bewusstseins 6. Cross-modale Illusionen 7. Wenn Biologie neue Illusionen offenbart

14 1. Geometrisch-optische Täuschungen 1. Einführung  Der Wahrnehmungsmechanismus der Größenkonstanz galt als Ursache für geometrisch-optische Täuschungen  Denn: eine optische Täuschung entsteht, wenn das visuelle System die Linien einer Abbildung so verarbeitet, als lägen sie in verschiedenen Ebenen  Die meisten geometrischen Täuschungen haben aber gar keine räumliche Tiefe → beruhen auf Informationen über die Größe und die Größenverhältnisse in der normalen Umwelt, auf der linearen Perspektive und auf perspektivischen Verkürzungen Visuelle Illusionen 14

15 1. Geometrisch-optische Täuschungen 1. Einführung  2 Komponenten: 1. auslösende Komponente 2. Test-Komponente Visuelle Illusionen 15

16 1. Geometrisch-optische Täuschungen 1. Einführung  3 Übereinstimmungen in den Erklärungen der Ursachen: 1. Die Täuschung betrifft die Wahrnehmung, nicht das Denken 2. Sie entsteht nicht durch Vorgänge auf der Netzhaut, sondern erst nachdem die Informationen aus beiden Augen zusammengetroffen sind 3. Die Augenbewegungen sind nicht an der Entstehung beteiligt Visuelle Illusionen 16

17 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen 1. Kontrast- und Assimilationstheorie  Berücksichtigt die Gemeinsamkeiten von Figuren, die optische Täuschungen hervorrufen  Sagt nichts über den Mechanismus oder die Funktion, kann auf einige Täuschungen nicht angewendet werden  Täuschung entsteht durch Überbewertung ( → Kontrast) oder Unterbewertung ( → Assimilation) eines Unterschiedes zwischen der auslösenden und der Test-Komponente Visuelle Illusionen 17

18 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen Beispiele  Überbewertung  Unterbewertung  Beides Visuelle Illusionen 18

19 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen 2. Aktivitätstheorien  Ursache: vorbereitende Prozesse führen zur Wahrnehmung der Täuschung  Theorie der efferenten Bereitschaft: Täuschungen entstehen, je nachdem wie die Augen auf die durchzuführenden Bewegungen vorbereitet sind Visuelle Illusionen 19

20 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen 3. Physiologische Theorien  Prozess der lateralen Hemmung: neuronale Vorgänge können örtlich begrenzt oder verstärkt werden  Es gibt Nervenzellen, die nur auf Linienreize mit einer bestimmten Richtung optimal reagieren  Welche Richtung wahrgenommen wird, hängt von dem Erregungsmuster ab, das sich in der Sehrinde bildet  Treten im Gesichtsfeld zwei Linien unterschiedlicher Richtung auf, so können sich die Erregungsmuster überlagern Visuelle Illusionen 20

21 Visuelle Illusionen 21 Erregungsmuster, wenn die rechte Linie gesehen wird Erregungsmuster, wenn die linke Linie gesehen wird Überlagerung der Erregungsmuster, wenn beide Linien gesehen werden → Linien werden wahrgenommen, als wären sie um 16° statt um 12° geneigt

22 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen  Durch die Überlagerung kommt es entweder zu einer Steigerung oder Verringerung der Erregung, was wiederum zu einer Änderung der wahrgenommenen Richtung führt  Linien mit ähnlichen Richtungen verursachen durch Assimilation Erregungssteigerungen  Linien mit unterschiedlichen Richtungen verursachen durch Kontrast Erregungsminderung Visuelle Illusionen 22

23 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen  Gute Anwendbarkeit auf Täuschungen mit einem Winkelkontrast, wie z.B. die Zöllner-Täuschung  Täuschungen können z.B. durch den Helligkeitskontrast oder die Zahl der induzierenden Linien verstärkt werden, da diese die laterale Hemmung vergrößern Visuelle Illusionen 23

24 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen Filtertheorie  Gehört zu den physiologischen Theorien  Grundlegende Annahme: Kanäle im visuellen System, die auf bestimmte räumliche Frequenzen sinusförmiger Hell-Dunkel- Wechsel ansprechen  Hypothese: das visuelle System kann Hell-Dunkel-Muster in deren räumliche Sinuskomponenten aufbrechen Visuelle Illusionen 24

25 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen  Vermutung, dass die Antworten der visuellen Kanäle, die auf niedrige Frequenzen empfindlich sind, Ursache von Täuschungen sind Vorgehensweise:  Bilder werden in sinusförmige Helligkeitskurven zerlegt  Teilkurven mit hohen Frequenzen werden eliminiert  Teilkurven mit niedrigen Frequenzen zu wieder zu einer Gesamtkurve addiert und daraus das Bild rekonstruiert Visuelle Illusionen 25

26 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen → das rekonstruierte Bild besitzt Eigenschaften, die denen des ursprünglichen Bildes entsprechen Aber Vorsicht: Erklärung wenig plausibel! Wieso sollte das visuelle System nur von einem Teil der verfügbaren Informationen Gebrauch machen? Daraus könnten erhebliche Irrtümer in der Wahrnehmung entstehen!! Visuelle Illusionen 26

27 1. Geometrisch-optische Täuschungen 2. Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen  Problem: Keine der Theorien kann erklären, wann Täuschungen geringer werden  Lösung: Theorien, die Täuschungen als Resultate normaler Wahrnehmung ansehen Thiéry, Gregory, Tausch:  Die meisten optischen Täuschungen kommen in zweidimensionalen Abbildungen dreidimensionaler Szenen vor → sie dienen dazu, einen wirklichkeitsgetreuen dreidimensionalen Eindruck des abgebildeten Raumes hervorzurufen Visuelle Illusionen 27

28 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Basis: Größenkonstanz  Grundannahme: Größenkonstanz hängt nicht von der Wahrnehmung räumlicher Tiefe ab, sondern von Hintergrundstrukturen, in denen der Eindruck räumlicher Tiefe von verschiedenen Arten der Perspektive vermittelt wird  Beispiele: … Visuelle Illusionen 28

29 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Obere Linie erscheint länger  Keine Unterschiede in der Länge Visuelle Illusionen 29

30 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien Visuelle Illusionen 30  Untere Linie erscheint kürzer  Keine Unterschiede in der Länge

31 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien → Keine Täuschung bei Linien, für die der Hintergrund keine Größenskala darstellt → Größenkonstanz ist direkt mit der Größenskalierung verbunden und wird nicht erst durch die Verarbeitung räumlicher Tiefe vermittelt (traditionelle Sichtweise) Visuelle Illusionen 31

32 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien Wie kann eine Theorie, die auf Perspektive basiert, Täuschungen erklären, die nicht so klar auf die Perspektive zurückgeführt werden können, wie die Ponzo-Täuschung? 1. Müller-Lyer-Täuschung 2. Poggendorff-Täuschung Visuelle Illusionen 32

33 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Gregory: Müller-Lyer-Täuschung entspricht der Abbildung einer Gebäudeecke, einmal von innen und einmal von außen gesehen April 2009, 18: Visuelle Illusionen 33

34 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Tausch: Müller-Lyer-Täuschung stellt die Summe der Wirkung von vier schrägen Linien auf die horizontalen dar → zwei Linien, die spitze Winkel bilden, werden in der Wahrnehmung verkürzt → zwei Linien, die stumpfe Winkel bilden, werden in der Wahrnehmung verlängert Visuelle Illusionen 34

35 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien Visuelle Illusionen 35

36 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien Visuelle Illusionen 36  Diese Dehnungen und Stauchungen von Linien dienen dazu, Eigenschaften eines Bildes, die nicht Eigenschaften der abgebildeten Szene sind, zu korrigieren April 2009, 18:28 → Täuschungen werden umso stärker, je stärker die perspektivische Projektion verzerrt ist

37 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Linien, die Teile derselben Geraden sind, nennt man kollinear  Solche Linien erscheinen auch auf der Netzhaut kollinear  Behauptung: Die parallelen senkrechten Linien ergeben einen bildlichen Kontext, der die kollinearen schrägen Linien so erscheinen lässt, als wären sie im dreidimensionalen Raum nicht kollinear Visuelle Illusionen 37

38 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Die parallelen senkrechten Linien verlegen die Punkte B und C in eine Ebene, die vor dem Betrachter senkrecht steht → die Strecke wird nicht mehr als eine in die Tiefe des Raumes verlaufende Horizontale wahrgenommen Visuelle Illusionen 38

39 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien  Die Täuschung wird schwächer, wenn die parallelen Senkrechten den Eindruck eines Rechtecks hervorrufen, das vom Betrachter aus schräg in die Tiefe des Raumes weist → Die Wahrnehmung kollinearer Linien ist stark vom räumlichen Eindruck abhängig Visuelle Illusionen 39

40 1. Geometrisch-optische Täuschungen 3. Neue Erklärungsansätze: Funktionale Theorien Aber: Es ist unwahrscheinlich, dass alle optischen Täuschungen auf die Entschlüsselung von perspektivischen Elementen zurückgeführt werden können Visuelle Illusionen 40

41 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion  Eine der frühesten neuronalen Theorien  Neuronen hemmen oder erregen ihre Nachbarzellen, je nach Konnektivität  Das erlaubt dem Nervensystem den Kontrast zwischen ähnlichen Bereichen zu erhöhen  Dies ist zwar prinzipiell gut, da so Redundanzen vermieden werden können, kann aber auch Scheinwahrnehmungen hervorrufen  Beispiele: … Visuelle Illusionen 41

42 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion Mach‘sche Streifen  Illusorische helle und dunkle Streifen links und rechts des Helligkeitsverlaufs von zwei einheitlich farbigen Bereichen physikalische Intensität wahrgenommene Intensität Visuelle Illusionen 42

43 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion  Bei den rezeptiven Feldern im einheitlich farbigen Bereich besteht eine Balance zwischen ihrem anregendem Zentrum und ihrer hemmenden Umgebung  Ein rezeptives Feld aber, das sich auf dem hellen Mach-Band befindet, zeigt eine stärkere Reaktion, da Teile der Umgebung im dunklen Bereich sind und dieses Feld deshalb weniger Hemmung erfährt Visuelle Illusionen 43

44 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion Hermann-Gitter  Physikalisch nicht vorhandene graue Punkte werden an den Kreuzungen wahrgenommen Visuelle Illusionen 44

45 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion Visuelle Illusionen 45 Grund:  Bei einem rezeptivem Feld, das auf einer Kreuzung liegt, fällt mehr Licht auf seine hemmende Umgebung, als bei einem rezeptiven Feld, das zwischen zwei schwarzen Quadraten liegt  Deswegen wird sein erregendes Zentrum unterdrückt und ist weniger aktiv

46 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion Zöllner-Täuschung  Die parallelen langen Linien scheinen nicht parallel zu sein  Grund: Laterale Interaktion erhöht den Richtungs- kontrast, indem es den Eindruck von einem vergrößerten Winkel zwischen den langen und kurzen Linien hervorruft Visuelle Illusionen 46

47 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 1. Illusionen aufgrund lateraler Interaktion Visuelle Illusionen 47 Simultan-Kontrast  Die umgebenden Farben beeinflussen die Wahrnehmung des grauen Quadrats im Zentrum  Grund: Neuronaler Vergleich von Sinneseindrücken von benachbarten Bildbereichen

48 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 2. Scheinkonturen Visuelle Illusionen 48  Die Kanten eines Objekts können auch in Bereichen des Bildes wahrgenommen werden, in denen es keine visuellen Beweise für sie gibt April 2009, 18:51

49 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 2. Scheinkonturen  Direkte physiologische Korrelate in Areal V1 und V2  Reaktionen von V1 zeigen längere Latenzen → das Gehirn füllt die Scheinkontur auf der Basis von Rückmeldungen höherer Areale Visuelle Illusionen 49

50 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 3. Nacheffekte Farb-Nacheffekt Visuelle Illusionen 50

51 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 3. Nacheffekte Visuelle Illusionen 51  Hering (1870): Gegenfarbentheorie  Annahme: 3 antagonistisch wirkende Farbenpaare rot – grün blau – gelb schwarz – weiß  Nachbilder in der jeweiligen Gegenfarbe  Idee: konkurrierende neuronale Populationen → wird eine „ermüdet“, kann die andere die Wahrnehmung kontrollieren

52 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 3. Nacheffekte Bewegungsnacheffekt  Wird auch auf die Idee der „Ermüdung“ zurückgeführt  Beispiel: Wasserfallillusion Nach längerem Beobachten eines Wasserfalls hat man anschließend den Eindruck, dass sich unbewegliche Objekte nach oben bewegen Visuelle Illusionen 52

53 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 3. Nacheffekte Physiologische Unterstützung der Idee der „Ermüdung“:  wenn ein Stimulus kontinuierlich einem rezeptiven Feld präsentiert wird, nimmt die Feuerrate ab  Nachdem der Stimulus entfernt wurde, bleibt die Feuerrate kurzzeitig unterdrückt Visuelle Illusionen 53

54 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 3. Nacheffekte Aber:  Bewegungsnacheffekte können manchmal über Tage bewahrt werden  Beispiel: McCollough-Effekt Visuelle Illusionen 54

55 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 3. Nacheffekte  Dies spricht eher für aktive Rekalibrierung  D.h. das visuelle System versucht möglicherweise, Korrelationen zwischen Farbe und Richtung zu eliminieren Visuelle Illusionen 55

56 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 4. Multistabile Reize  Kippfiguren 16. April 2009, 19:07  Trotz Gleichbleiben des Stimulus kann ihn das visuelle System auf mehrere Arten interpretieren → Wahrnehmungsumkehr  Beweis, dass kortikale Verarbeitung ein aktiver Prozess ist, der versucht, die eintreffenden Informationen mit Bedeutung zu versehen Visuelle Illusionen 56

57 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 4. Multistabile Reize  Multistabile Reize sind unverzichtbar zur Unterscheidung zwischen neuronalen Reaktionen auf das, was man sieht, und auf das, was man wahrnimmt  Beispiel: Necker-Würfel Visuelle Illusionen 57

58 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 4. Multistabile Reize Binokulare Rivalität  tritt auf, wenn man den beiden Augen zwei unterschiedliche Bilder präsentiert, die nicht in ein einheitliches Bild integriert werden können  Zunächst dominiert die Sicht des einen Auges für mehrere Sekunden, dann wird sie durch die Sicht des anderen Auges ersetzt Visuelle Illusionen 58

59 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 4. Multistabile Reize Neuronaler Hintergrund:  Auf niedrigen Verarbeitungsebenen reagieren gleich viele Nervenzellen auf beide Bilder  Auf den höheren Ebenen (im Temporallappen) steigt die Anzahl der Zellen, die auf den Reiz reagieren, der momentan die Wahrnehmung dominiert → binokulare Rivalität scheint keinen Konkurrenzkampf zwischen den Augen, sondern zwischen verschiedenen kortikalen Ebenen widerzuspiegeln Visuelle Illusionen 59

60 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 5. Der Zeitpunkt des Bewusstseins Pulfrich-Effekt  Grundlage: dunkle optische Reize benötigen etwas mehr Zeit, um vom Gehirn wahrgenommen zu werden, als helle  Wenn ein seitwärts bewegtes Pendel mit beiden Augen betrachtet wird, wobei ein Auge abgedunkelt wird, kommt das Bild des Pendels des abgedunkelten Auges etwas später zum Gehirn → Tiefe wird erzeugt: Pendel scheint sich im Kreis zu drehen Visuelle Illusionen 60

61 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 5. Der Zeitpunkt des Bewusstseins Flash-lag-Illusion  Phänomen, bei dem ein Blitz und ein bewegtes Objekt, die an der gleichen Stelle präsentiert, als örtlich versetzt wahrgenommen werden  Erklärung: unterschiedliche Wahrnehmungslatenzen Backward Masking  Ein Stimulus, der direkt auf einen anderen folgt, kann die Wahrnehmung des ersten blockieren oder verändern Visuelle Illusionen 61

62 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 6. Cross-modale Illusionen McGurk-Illusion  wenn der Klang einer Silbe (z.B. „ba“) mit Lippenbewegungen einer anderen Silbe (z.B. „ga“) synchronisiert wird, wird wiederum eine andere Silbe („da“) wahrgenommen → Hinweise von Stimme und Lippenbewegungen werden auf einer frühen Verarbeitungsstufe kombiniert Visuelle Illusionen 62

63 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 6. Cross-modale Illusionen  Haben visuelle Illusionen Einfluss auf visuell gesteuerte motorische Handlungen? Beispiel: Titchener-Illusion  Der rechte innere Kreis scheint größer als der linke zu sein  werden VPn aber aufgefordert, nach beiden Kreisen zu greifen, ist die Größe ihres Griffs dieselbe → könnte bedeuten, dass das, was wir (meinen zu) sehen, nicht immer unsere Handlungen steuert Visuelle Illusionen 63

64 2. Visuelle Illusionen und Neurobiologie 7. Wenn Biologie neue Illusionen offenbart Marriotte (1668): Entdeckung des Blinden Flecks  Illusion: trotz der Abwesenheit von Photorezeptoren auf einem beträchtlichen Teil der Retina erleben wir Kontinuität in unserem visuellen Feld Visuelle Illusionen 64

65 Quellen  Gillam, B. (1986): Geometrisch-optische Täuschungen.  Eagleman, D.M. (2001): Visual illusions and neurobiology Visuelle Illusionen 65

66 Ein kleiner Test… Visuelle Illusionen 66

67 Auflösung  Die hintere Gitarre wirkt größer als die vordere: Ponzo- Täuschung  Die Hinterkante des Teppichs sieht kürzer aus als seine Länge: Vertikalentäuschung  Die Sockellinien an den Längswänden erscheinen zu schräg, um mit den Simslinien der jeweils gegenüberliegenden Wände kollinear zu sein: Poggendorff-Täuschung  Die Vorderkante des Teppichs scheint kürzer zu sein als die Bodenkante der hinterer Wand: Müller-Lyer-Täuschung Visuelle Illusionen 67

68 Klausurfragen  Wie viele Komponenten sind am Zustandekommen einer optischen Täuschung beteiligt und wie heißen sie?  Wie lauten die drei Übereinstimmungen in den Erklärungen der Ursachen optischer Täuschungen?  Wie lauten die vier Gruppen, in die man die Theorien zur Erklärung optischer Täuschungen einordnen kann?  Mit welcher neurobiologischen Theorie lassen sich u.a. die Mach‘schen Streifen und das Hermann Gitter erklären? Erläutern Sie kurz!  Was versteht man unter Binokularer Rivalität? Visuelle Illusionen 68


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