Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung (Andreas K. Engel und Wolf Singer)

1. 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

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

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

5. Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

6. 1. Allgemeines • 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.Das Problem der perzeptiven Integration • 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.Das Problem der perzeptiven Integration • Kontinuität • Nahe beieinander • sich ähnlich • „gemeinsames Schicksal“ • Geschlossenheit • „gute Fortsetzung“ • Symmetrie Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

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

10. 2.Das Problem der perzeptiven Integration • 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.Das Problem der perzeptiven Integration • 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.Das Problem der perzeptiven Integration Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

13. 3. Erklärungsmodell für die Gestaltbildung • 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. Erklärungsmodell für die Gestaltbildung Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

15. 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

16. 4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem • 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

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

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

21. 4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem • 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. Die zeitliche Bindung im Sehsystem Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

23. 4. Die zeitliche Bindung im Sehsystem • 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. Intersensorische und sensomotorische Interaktion • 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. Intersensorische und sensomotorische Interaktion • 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. Intersensorische und sensomotorische Interaktion • 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. Intersensorische und sensomotorische Interaktion • 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. Fazit • Assembly-Modell bewahrheitet sich • Zeitlicher Bindungsmechanismus im Hirn existiert • Neuronale Objektrepräsentation über ausgedehnte und weite Hirnbereiche Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung

29. 6. Fazit • 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. Quellen • Neuronale Grundlagen der Gestaltwahrnehmung (Andreas K. Engel und Wolf Singer) http://www.edgarhelmutneumann.de/bilder/mein%20kaleidoskop.jpg 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