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N EURONALE G RUNDLAGEN DER G ESTALTWAHRNEHMUN G (A NDREAS K. E NGEL UND W OLF S INGER ) Dozent: Dr. Alexander C. Schütz Referent: Thomas Müller Datum:

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1 N EURONALE G RUNDLAGEN DER G ESTALTWAHRNEHMUN G (A NDREAS K. E NGEL UND W OLF S INGER ) Dozent: Dr. Alexander C. Schütz Referent: Thomas Müller Datum: Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

2 G LIEDERUNG 1. Allgemeines 2. Das Problem der perzeptiven Integration 3. Erklärungsmodell für die Gestaltbildung 4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 5. Intersensorische und sensomotorische Integration 6. Fazit Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

3 1. A LLGEMEINES Gehirn integriert Sinneseindrücke zu kohärenten (beständigen) Wahrnehmungseindrücken Voraussetzung um Dinge und Ereignisse zu unterscheiden Signale der Sinnesorgane  Ordnung und Strukturierung Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

4 1. A LLGEMEINES Elementare Daten werden in gestalthaften Kontext eingebettet und mit Bedeutung versehen Ohne diese Integration: Wirrwarr von Sinneseindrücken (Vgl. Kaleidoskop) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

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6 1. A LLGEMEINES Bedeutung der Integrationsprozesse lange bekannt ABER: wenig Wissen über physiologische Grundlagen von z.B. : Gestaltbildung & Figur-Grund-Trennung Integration innerhalb einzelner Sinnessysteme Repräsentation von Objekten als zusammenhängende neuronale Aktivitätsmuster Interaktion verschiedener Systeme (z.B. sensomotorische Integration) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

7 2.D AS P ROBLEM DER PERZEPTIVEN I NTEGRATION SEGMENTIERUNG: Abgrenzung zusammengehörender Bildbereiche (Analyse der Umgebungsmerkmale und deren Relationen) Merkmale müssen zur Objekterkennung gruppiert werden  Gestalt Gestaltkriterien sind einfach Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

8 2.D AS P ROBLEM DER PERZEPTIVEN I NTEGRATION a)Kontinuität b)Nahe beieinander c)sich ähnlich d)„gemeinsames Schicksal“ e)Geschlossenheit f)„gute Fortsetzung“ g)Symmetrie Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

9 2.D AS P ROBLEM DER PERZEPTIVEN I NTEGRATION Neurone im Sehsystem reagieren nur auf einfache Merkmale und Teilaspekte Hell-Dunkel-Kontur Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

10 2.D AS P ROBLEM DER PERZEPTIVEN I NTEGRATION Merkmalsanalyse lokal  eine Nervenzelle verfügt über rezeptives Feld Objekt arbeitsteilig: viele Neurone analysieren Teilaspekt Neurone in verschiedenen Hirnbereichen (z.B. bei Rhesusaffen 30 visuelle Areale) Neuronenverbände (Assemblies) über weite Kortexbereiche verteilt Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

11 2.D AS P ROBLEM DER PERZEPTIVEN I NTEGRATION Probleme: parallele Verschaltung des Sehsystems, Hintergrund Mehrere Assemblies gleichzeitig benötigt, die verschiedene Objekte repräsentieren Mechanismus notwendig der Neurone einzelner Assemblies zusammenbringt Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

12 2.D AS P ROBLEM DER PERZEPTIVEN I NTEGRATION Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

13 3. E RKLÄRUNGSMODELL FÜR DIE G ESTALTBILDUNG Hypothese in 80er: von der Malsburg zeitlicher Integrationsmechanismus Zeitliche Korrelation weniger Tausendstel Sekunden Synchronisation für Gestaltnatur der vis. Eindrücke verantwortlich Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

14 3. E RKLÄRUNGSMODELL FÜR DIE G ESTALTBILDUNG Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

15 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Wiss. nachgewiesen: Neurone des Sehsystems können Aktionspotentiale im Millisekundenbereich synchronisieren Wichtig für perzeptive Integration und Segmentierung Synchronisation über verschiedene vis. Kortexareale möglich, sogar zwischen verschiedenen Hirnhälften Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

16 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM a)Versuch an Nagetieren b)Einzelner Lichtbalken c)Zellen synchron aktiv d ) Gleiche Neurone mit 2 in verschiedene Richtungen laufenden Balken stimuliert e) Impulse nicht mehr synchron Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

17 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Bisher nur Nachweis zeitlicher Bindung Keine kausale Relevanz für die Nutzung der Hirnaktivität nach dem Assembly-Modell Jedoch Hinweise, dass zeitliche Synchronisation für kohärente Wahrnehmungseindrücke bedeutend ist Studie mit fehlsichtigen Katzen (konvergentes Schielen) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

18 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Wahrnehmung des gesunden Auges bevorzugt, des geschädigten jedoch dauerhaft unterdrückt Schielamblyopie : Herabgesetzte Sehschärfe des betr. Auges räumliche Verzerrung des subjektiven Wahrnehmungsbildes Störung der Mustererkennung Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

19 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Selektive Störung der intrakortikalen Synchronisation Neurone, die vom gestörten Auge innerviert werden Seltener zeitliche Korrelationen Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

20 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung Versuch mit Katzen

21 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Weiterer Katzenversuch: Bedingungen: Stimuli lösen binokulären Wettstreit aus Wache Tiere mit chronisch implantierten Elektroden Beide Augen bekommen gleichzeitig verschiedene Muster präsentiert „ Dominantes Auge“ unterdrückt „supprimiertes Auge“ (immer im Wechsel) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

22 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

23 4. D IE ZEITLICHE B INDUNG IM S EHSYSTEM Ergebniss: Neurone, die auf dominanten bzw. supprimierten Reiz ansprechen unterscheiden sich deutlich in ihrer Synchronisation Dominanter Reiz: zeitl. Korrelation verstärkt Supprimierter Reiz: zeitl. Korrelation nimmt ab Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

24 5. I NTERSENSORISCHE UND SENSOMOTORISCHE I NTERAKTION Erkenntnisse auf andere Sinnessysteme (Informationsverarbeitung: parallel und arbeitsteilig) übertragbar Ebenfalls räumliche neuronale Aktivität und Bildung kohärenter Muster Assembly-Modell müsste nachweisbar sein Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

25 5. I NTERSENSORISCHE UND SENSOMOTORISCHE I NTERAKTION Synchronisation zw. sensorischen Systemen sowie sensorischer und motorischer Zentren Exp. Nachweise durch Tierversuche für Riech-, Hör- und Tastsinn EEG und MEG Belege für Synchronisationen in der Hörrinde des Menschen Neuronale Synchronisation bedeutend für integrative Prozesse Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

26 5. I NTERSENSORISCHE UND SENSOMOTORISCHE I NTERAKTION Synchronisation zwischen somatosensorischen und motorischen Kortexarealen bei Rhesusaffen (Washington) Katzenversuch Frankfurt: Synchronisation auch im Parietallappen (Vermittler zw. Sensorischen u. motorischen Arealen) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

27 5. I NTERSENSORISCHE UND SENSOMOTORISCHE I NTERAKTION Präzise Synchronisation zw. Sensorischen und motorischen Neurone nur bei erhöhter Aufmerksamkeit Bedeutung für selektive Koordination sensorischer und motorischer Verhaltensaspekte Zeitliche Korrelationen auch mit Colliculus superior (sensorisches Integrationszentrum im Stammhirn) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

28 6. F AZIT Assembly-Modell bewahrheitet sich Zeitlicher Bindungsmechanismus im Hirn existiert Neuronale Objektrepräsentation über ausgedehnte und weite Hirnbereiche Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

29 6. F AZIT Synchronisationsphänomene wichtig für die Gestaltwahrnehmung Synchronisationsphänomene entsprechen dem integrativen System Hirn bildet zusammenhängende Perzepte aus dem Material der Sinnesorgane Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

30 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

31 Q UELLEN Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung (Andreas K. Engel und Wolf Singer) pg Overview_files/eeg2.jpg brandenburg.de/cms/upload/Image/versuchstiere/primatenstuhl. jpg Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung


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