22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung (Andreas K. Engel und Wolf Singer) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung Dozent: Dr. Alexander C. Schütz Referent: Thomas Müller Datum: 13.07.2009

Gliederung Allgemeines Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 Allgemeines Das Problem der perzeptiven Integration Erklärungsmodell für die Gestaltbildung Die zeitliche Bindung im Sehsystem Intersensorische und sensomotorische Integration Fazit Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

1. Allgemeines 22.04.2017 Gehirn integriert Sinneseindrücke zu kohärenten (beständigen) Wahrnehmungseindrücken Voraussetzung um Dinge und Ereignisse zu unterscheiden Signale der Sinnesorgane  Ordnung und Strukturierung Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

1. Allgemeines 22.04.2017 Elementare Daten werden in gestalthaften Kontext eingebettet und mit Bedeutung versehen Ohne diese Integration: Wirrwarr von Sinneseindrücken (Vgl. Kaleidoskop) Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

1. Allgemeines Bedeutung der Integrationsprozesse lange bekannt 22.04.2017 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

2.Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 SEGMENTIERUNG: Abgrenzung zusammengehörender Bildbereiche (Analyse der Umgebungsmerkmale und deren Relationen) Merkmale müssen zur Objekterkennung gruppiert werden  Gestalt Gestaltkriterien sind einfach Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

2.Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 Kontinuität Nahe beieinander sich ähnlich „gemeinsames Schicksal“ Geschlossenheit „gute Fortsetzung“ Symmetrie Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

2.Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 Neurone im Sehsystem reagieren nur auf einfache Merkmale und Teilaspekte Hell-Dunkel-Kontur Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

2.Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 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

2.Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 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

2.Das Problem der perzeptiven Integration 22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

3. Erklärungsmodell für die Gestaltbildung 22.04.2017 Hypothese in 80er: von der Malsburg zeitlicher Integrationsmechanismus Zeitliche Korrelation weniger Tausendstel Sekunden Synchronisation für Gestaltnatur der vis. Eindrücke verantwortlich Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

3. Erklärungsmodell für die Gestaltbildung 22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 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

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 Versuch an Nagetieren Einzelner Lichtbalken Zellen synchron aktiv Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung d) Gleiche Neurone mit 2 in verschiedene Richtungen laufenden Balken stimuliert e) Impulse nicht mehr synchron

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 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

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 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

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 Selektive Störung der intrakortikalen Synchronisation Neurone, die vom gestörten Auge innerviert werden Seltener zeitliche Korrelationen Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 Versuch mit Katzen Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 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

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem 22.04.2017 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

5. Intersensorische und sensomotorische Interaktion 22.04.2017 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

5. Intersensorische und sensomotorische Interaktion 22.04.2017 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

5. Intersensorische und sensomotorische Interaktion 22.04.2017 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

5. Intersensorische und sensomotorische Interaktion 22.04.2017 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

6. Fazit Assembly-Modell bewahrheitet sich 22.04.2017 Assembly-Modell bewahrheitet sich Zeitlicher Bindungsmechanismus im Hirn existiert Neuronale Objektrepräsentation über ausgedehnte und weite Hirnbereiche Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

6. Fazit Synchronisationsphänomene wichtig für die Gestaltwahrnehmung 22.04.2017 Synchronisationsphänomene wichtig für die Gestaltwahrnehmung Synchronisationsphänomene entsprechen dem integrativen System Hirn bildet zusammenhängende Perzepte aus dem Material der Sinnesorgane Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

Quellen Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung 22.04.2017 Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung (Andreas K. Engel und Wolf Singer) http://www.edgarhelmutneumann.de/bilder/mein%20kaleidoskop.j pg http://fias.uni-frankfurt.de/historical/press/c_vdmalsburg.jpg http://ese.wustl.edu/~nehorai/research/eegmeg/EMEG- Overview_files/eeg2.jpg http://tierversuchsgegner-berlin- brandenburg.de/cms/upload/Image/versuchstiere/primatenstuhl. jpg http://www.cosma-katze.de/images/katze_start.jpg Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung