Psychologie (Subject) / Raumfrequenz und Kontrast (Lesson)

Wahrnehmung

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• Raumfrequenz - benennt die Anzahl der Zyklen1 pro Sehwinkel - Maß für Größe von Objekten -> Sehwinkel -> unabhängig von der Sehdistanz - ingesamt haben wir 360° Sehwinkel - "Daumenregel":     Sehdistanz 57 cm (armweit),    Daumen 2 visuelle Grad/ Sehwinkel, Vollmond 0,5°  Sehwinkel größer, je größer Objekt - RH hoch: viele hell- dunkel Unterschiede - RF gering: weniger hell dunkel Unterschiede  1Zyklus/ Periode: ein Hell- Dunkel Unterschied
• Kontrast - bezeichnet Unterschied zwischen hellen und dunklen Bereichen eines Bildes   (es unterscheidet helle und dunkle Farben) 
• Raumfrequenz und Kontrast - einfache Stimuli/ statt Buchstaben: Wie ist die maximale räumliche Auflösung?- normale Schrift zu uneinheitlich/ zu kompliziert, besser Streifen - Kontrast   Differenz zw. Objekt und dem Hintergrund od. zwischen helleren eund dunkeleren teilen   des gleichen Objekts - Raumfrequenz   Anzahl der Zyklen eines Gitters pro Einheit visuellen Sehwinkels (in °)   hohe RF besser esbar als niedrige   hohe RF kontrastabhängig wie gut erkennbar   --> bei hohem Kontrast auch hohe RF noch erkennbar, die wir bei geringerem Kontrast        als graue Fläche wahrnehmen 
• Auflösungsgenauigkeit des menschlichen Sehsystems - 0,017 - wenn geringer als 0,017° dann nur noch grau erkennbar - Ursache   Abstand fovealer Zapfen ca. Hälfte unserer maximalen Auflösung (0,008°)   -> da je 2 Zapfen um einen Zyklus zu sehen, 1 für Hell, 1 für Dunkel - wenn physikalischer Abstand zwischen schwarz und weiß kleiner:   nicht sichtbar, da alle Zapfen etwas abbekommen, nur mittlere Aktivation zeigen   (Info ans Gehirn: homogene Fläche/ komplette Zyklen fallen auf einzelne Zapfen)- wenn weiße und schwarze Anteile ds Gitters auf seperate Zapfen fallen   -> können ein Gitter erkennen 
• Klassifizierung des Sehvermögens: Snelle- Tafeln - 20/40: jemand erkennt Buchstaben aus 20 Fuß, welchen die meisten noch aus 40 Fuß erkennen - 20/20: normale Sehfähigkeit, aber nicht maximal aufgrund der optischen Unvollkommenheit1 des Auges - 20/ 10: maximale Auflösung da: alle Buchstaben in einem Quadrat Identifikationsdistanz der Person / Identifikationsdistanz Person mit "normaler" Sehfähigkeit 1 kurze Periode des Lebens maximale Sehvermögen: optisch einwandfreie Linse, keine Proteinklumpen, ebene Cornea
• Full HD: Bei 42 Zoll (ca 107 cm) Bildschirmdiagonale ist das Bild ca. 95 cm breit , 200 cm Entfernung - räumliche Auflösung (0,028°) weit unter dem was Normalsichtiger sieht   (Sehwinkle von 2 Pixelreihen: 0,028 und daher bei 20/20 nicht mehr sichtbar)- je weiter weg, desto kleiner wird der Wert der visuellen Grad von 2 Pixelereihen 
• menschliche Kontrastsensitivität übliche Form Kontrastschwelle zu berechenen: (Hell- Dunkel)/ Hell  umgekehrtes UKontrastschwelle  kleineste Menge an Kontrast, die erforderlich ist um Muster zu erkennen  Kontrastsensitivität abhängig von Raumfrequenz: Optimum für Kontrastwahrnehmung ca. 7 Perioden/ °Sehwinkel  größte Sensitivität liegt zwischen 1 und 10  unter oder über: Abnahme der Sensitivität  maximal können wir 60 Zyklen pro °Sehwinkel wahrnehmen (1/60 = 0,017) allerdings nur bei niedriger Kontrastschwelle (1/ Kontrastswelle)  jenseits keine Wahrnehumg von Hell und Dunkel Unterschieden  Kontrastschwelle (Kontrast grade noch wahrnehmbar) liegt da, wo (Luminazn Hell - Dunkel)/ Hell = 0,01 ergibt --> sehr kleine Luminanzdifferenz 
• Retinale Ganglienzellen: Wie ON- Ganglienzelle zu Gittern unterschiedlicher räumlicher Frequenz antwortet geringe Raumfrequenz- schwache Reaktion, da der breite helle Streifen teilweise in den inhibitorischen Umring    fällt und damit die Feuerrate der Zelle dämpft  mittlere Raumfrequenz - starke Reaktion - ein heller Streifen füllt das Zentrum und die dunklen Streifen das Umfeld -> richtige RF für Ganglienzelle (im Beispiel)  hohe Raumfrequenz - partiell aktiviert und inhibiert- RF zu hoch - Ganglienzelle reagiert schwach, da dunkle und helle Streifen in das   rezeptive Feld fallen und dies die Feuerrate auswäscht  --> ingesamt gibt es verschiedene Formen retinaler Ganglienzellen --> für verschiedene RF maximal sensitiv --> Ganglienzellen mit rezeptiven Feld sind raumspezifisch 
• Wie eine ON- Ganglienzelle (die auf 0° maximal reagiert, andere Zellen reagieren auf 90° oder 270°) auf ein Gitter der richtigen RF in 4 verschiedenen Phasen reagiert - Phase = relative Position eines Gitters im rezeptiven Feld -> Reaktionsrate hängt von der Phase des Gitters ab  0° Verschiebung - positive Reaktion (maximal aktiviert) - helle Streifen im Zentrum/ dunkle Streifen im Umfeld 90° Verschiebung - keine Reaktion (reagiert unter ihrem Spontanniveau) - Zentrum zu einer Hälfte mit hellen Streifen, zur anderen Hälfte mit dunklen - genauso für Umfeld 180° Verschiebung - negative Reaktion (maximal inhibiert)- dunkler Streifen im Zentrum - heller Streifen im Umfeld 270° Verschiebung - keine Reaktion - reagiert unter ihrem Spontanniveau - gleiche Auswirkung wie 90°
• Was gilt für Ganglienzellen? - Ganglienzellen mit rezeptives Feld sind innerhalb der Raumspezifität phasenspezifisch   (Reaktion abhängig wo Muster grade steht)- hochspezifisch - Codierung von Bewegung - desto weiter von Retina entfernt, desto weniger spezifisch werden die Zellen 
• Corpus geniculatum laterale - agiert als Relaisstation auf dem Weg von der Retina zum Cortex - 6 Schichten Struktur - schon eine Synapse nach der Netzhaut Schicht 1-2 (magnozellulär) - Input von magnozellulären Ganglionzellen mit großen rezeptiven Feldern aus der  peripherie (Input von M- Ganglionzellen) Schicht 3- 6  (parvozellulär) - Input von parvozellulären Ganglionzellen mit kleinen rezeptiven Feldern (Input von P-   Ganglionzellen) 
• Organisation des retinalen Inputs zum CGL - Projektion aus zwei verschiedenen Augen, aber aus gleichem Hemifeld in einem CGL linkes CGL: Projektion von den linken Seiten der Retina beider Augen -> rechte Teil des Hemifeldes abgebildet rechtes CGL: Projektion von den rechten Seiten der Retina beider Augen -> linker Teil des Hemifeldes abgebildet  - Schicht 1,4,6 Input vom kontralateralen Auge - Schicht 2,3,5 Input vom ipsilateralen Auge - Sakkadische1 Unterdrückung    verhindert, dass verschwommen gesehen wird, wenn unsere Augen sich schnell    bewegen    Input zu Beginn einer Sakkade gestoppt, danach erst wieder geöffnet   diesen Befehl erhält CGL vom Hirnstamm  1Sakkaden: Ruckartige Augenbewegungen, Auge springt hin und her bis zu vier mal pr Sekunde, keine kontinuierliche Bewegung - Retinotope Organisation befähigt uns mit einer neuronalen Basis, zu wissen wo die   Dinge im Raum sind  - CGL ist ein Sammelpunkt wo Feedback von anderen Hirnteilen den Input von den   Augen modulieren 
• Organisation des striären Cortex/ V1/ A17/ primär visueller Cortex - retinotop - spiegelverkehrt 
• Kortikale Vergrößerung im V1/ A17 - kortikale Repräsentation der Fovea ist stark vergrößert im Vergleich zur corticalen   Repräsentation der Peripherie - mehr Rezeptoren in der Fovea   Rezeptor/ Ganglienzelle Verschaltung 1:1    im Cortex 3-6 mal mehr Fläche für foveale als für periphere Ganglienzelle     —> Zentrum ist wichtiger - Gehirn verbraucht sehr viel Energie, deshalb nur das verarbeitet was wirklich wichtig ist
• Verschiedene Arten von Info werden im V1 extrahiert - Objektorientierung - Objektgröße- Objektform- Bewegungsrichtung - Bewegungsgeschwindigkeit - Neurone, die auf eine bestimmte Orientierung reagieren, reagieren auch auf eine best.    Raumfrquenz - diese Infos werden mittels Verwendung von modularen Gruppen von Neuronen   (Hypersäulen) analysiert 
• Schichten des V1/ A17 - 6 Schichten, einige haben Unterschichten - Fasern vom CGL projizieren hauptsächlich (aber nicht nur) zu Schicht 4  mit magnozellulären Axonen zur Unterschicht 4Calpha  mit parvozellulären Axonen zur Unterschicht 4Cß
• Einfache Zellen im striären Cortex - reagiert maximal auf eine bestimmte Orientierung zB 90° = vertikal - Zellen im striären Cortex reagieren am meisten, wenn die kante oder der Streifen in der    richtigen Orientierung ist/ und kaum, wenn Linie mehr als 30° von der optimalen    Orientierung geneigt ist     —> Feuerrate enthält Normalverteilung - haben klar definierte exzitatorische und inhibitorische Regionen- verschiedene Zellen sind selektiv für alle möglichen Neigungen (orientierungsselektiv),   gibt mehr für senkrechte - oft raumfrequenzspezifisch - reagieren auf Stimulation beider Augen, zeigen aber Augendominanz - phasenspezifisch (reagieren maximal, wenn eine Streifen an einer best. Stelle im    rezeptiven Feld)- erhalten ihre Infos von Neuronen des Corpus geniculatum laterale   
• Verschiedene Arten einer einfachen Zelle - reagiert maximal auf Streifen: Streifendetektor  - reagiert maximal auf Kanten: Kantendetektor 
• Komplexe Zelle - sind nicht mehr phasenspezifisch/ sind phasenunsensitiv (reagieren egal wo Streifen   liegt)- orientierungsspezifisch - raumfrequenzspezifisch - sehr komplex mit Ganglienzellen verschaltet- reagieren also, wenn Linie einer best. Ausrichtung in ihrem rezeptiven Feld auftaucht,   unabhängig vom Ort im rezeptiven Feld - präferiertes Auge- erhalten Signal aus dem Corpus geniculatum laterale 
• endinhibierte Zellen - reagiert maximal bei bestimmter Orientierung und bestimmter Größe in einem rezeptiven   Feld - wenn Reiz (Streifen) nicht äußere Kanten des rezeptiven Feldes erreicht oder über   Kanten hinausgeht, feuert Neuron weniger, als wenn Reiz richtige Länge hat - sowohl einfache als auch komplexe Zellen können endhibierte Zellen sein - Reaktion ähnelt auch Normalverteilunng 
• Komplikationen - Zelle kann bei hohem Kontrast eines Streifenmusters ein kleineres rezeptives Feld haben   als bei einem niedrigeren (Zelle reagiert stark, wofür sie da ist) - existieren Einflüsse von Stimuli außerhalb des rezeptiven Feldes   Zelle reagiert schwächer, wenn Umringsinformation vorhanden   Zelle reagiert wieder stärker, wenn Info ringsum gradlinig 
• Hypersäulen - V1 unterteilt in Hypersäulen, die sich im äußeren Rand bis zur weißen Masse senkrecht   hinunterziehen - Verarbeitungsmodul für Netzhautabschnitt - umfasst ca. 1 mm2 Cortex - besteht mind. aus 2 Säulen, wobei jede davon alle möglichen Orientierungen (0-180°)   abdeckt und eine Hälfte rechts- dominant, die andere links- dominant 
• Säulen (= vertikale Anordnung von Neuronen) - 0,5 x 0,5 mm Säule --> sämtl. Neigungen enthalten - 0,05° visuelle Grade Sehwinkel werden von einer Säule in der Fovea versorgt - zum Vergleich: Peripherie -> 0,7° (= 14mal größer)- Neurone mit gleicher Präferenz für Orientierung sind in Säulen angenordnet, die vertikal   durch Cortex verlaufen - entlang der Cortexoberfläche gibt es systematisch und progressive Änderung in der   präferierten Orientierung, so dass alle Orientierungen in einer Distanz von 0,5 mm   enthalten sind - je für einen bestimmten Teil des Sehfeldes zuständig   zb Orientierungssäulen - ziehen sich durch alle 6 cortikalen Schichten - innerhalb dieser Säulen befinden sich: Blobs 
• Blobs - teils farb, teils kontrastsensitiv- Region zwischen Blobs sind für Bewegung und räumliches Sehen zuständig 
• Selektive Adaptation - bisherige Erkenntnisse übers visuelle System an Tieren gewonnen - beim Menschen schlecht Elektroden in Kopf - zur Forschung am Menschen indirekte Methoden notwendig -> zb. Adaptation Beispiel- Zelle reagiert maximal auf Linie senkrechter Ausrichtung (auch ein wenig, bei Linien die   leicht geneigt sind) - Adaptationsexperiment -> Zellen müssten ermüden - visuelle System wird 20° Gitter für gewisse Zeit ausgesetzt -> dieser  adaptative Reiz   verursacht, dass 20°- selektive Zellen am aktivsten sind - fortgestzte Aktivität ermüdet Zellen, so dass deren maximal Feuerrate für eine kurze Zeit   nach der Adaptation herabgesetzt ist 
• Selektive Adaptation - Ermüdung auch im Bezug auf Raumfrequenzen, da verschiedene Zellen maximal auf   unterschiedliche RF reagieren- auf Adaptation an ein bestimmtes Streifenmuster folgt also eine Veränderung der   Kontrastsensitivitätskurve aufgrund von Ermüdung - adaptiert wird auf Raumfrequenz + Orienteriung = Raumfrequenzkanäle 
• Entwicklung der Kontrastsensitivität - in den ersten 4 Lebensjahren   nimmt foveale Zapfendichte zu   werden die äußeren Zapfensegmente länger (die Zapfen werden dünner und länger)

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