Bewegung: Auge-Kopf-System, Wahrnehmung und neurometrische Funktionen

Bewegungswahrnehmung

Elementare Bewegungsdetektoren

• Elementare Bewegungsdetektoren erkennen lokale Bewegungen in eine bestimmte Richtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit
• Komplexere, globale Bewegungen setzen sich aus lokalen Bewegungsreizen zusammen
• Konsequenzen der eigenen Bewegungen müssen kompensiert werden
• Das Areal MT spielt eine wichtige Rolle bei der Bewegungswahrnehmung

Bewegungsarten

Arten der Bewegung

Sposition änderung über die Zeit

Bewegung Reiz Bedingung

1. Real Objekt bewegt sich physikalisch.
2. Scheinbar Lichtpunkte blitzen kurz nachein- ander auf, im Abstand von 20-400 ms. Der Punkt bewegt sich scheinbar von einem Ort zum anderen.
3. Induziert Ein Objekt ist von einem größeren umgeben, das sich bewegt. Es sieht so aus, als ob dich der kleine Reiz in die Gegenrichtung bewegt.
4. Autokinetisch Ein schwacher Lichtpunkt wird in einem dunklen Raum betrachtet. Der Punkt bewegt sich scheinbar zufällig.
5. Nacheffekt Ein Bewegungsreiz wird lange betra- chtet. Wenn er dann angehalten wird, sieht es so aus, als ob er sich in die Gegenrichtung bewegt.

a) 35 b) o one 's courage. - Anais c) e)

Bild-Retina-System

Bild-Retina-System Grundlagen

1) als der Ange sich nicht bewegt

Bild-Retina-System 1 2

• Kopf und Augen sind stationär, ein Bild bewegt sich über die Netzhaut.
• Bewegung eines Reizes führt zu einer Verschiebung des Netzhautbildes
• Je weiter der Reiz entfernt ist, desto kleiner ist - bei gleicher Geschwindigkeit - die retinale Verschiebung
• Wir nehmen trotzdem zumeist die physikalische Geschwindigkeit war, nicht die retinale
• Diese Fähigkeit wird als Geschwindigkeitskonstanz bezeichnet

Geschwindigkeitskonstanz

mit Kontext gluch schnell aussehen -> Ohne Kontext größere Kreis schneller I Der große Kreis muss sich schneller bewegen als der kleine, damit die Geschwindigkeit gleich hoch erscheint. Geschwindigkeit scheint durch Größe und Abstand skaliert zu werden. Somit lässt sich Geschwindigkeitskonstanz erzielen.

Scheinbewegung

Zeitintervall Wahrnehmung

• 30ms gleichzeitig

30 - 60ms Teilbewegung

• 60ms Scheinbewegung

200 - 300ms nicht exact interpretieren > abhängig von Entfernung ... nacheinander => Keine Bewegung

Scheinwelt Kino

Im Kino und Fernsehen werden Reihen von stationären Bildern gezeigt (24 pro Sekunde), die dann als glatte Bewegungen wahrgenommen werden Als Faustregel gilt: Ist der zeitliche Abstand der Bilder kleiner als 15 msec (60 Hz), dann kann die Bildsequenz nicht von einer glatten Bewegungsfolge unterschieden werden Kino = Bild - Licht aus - Bild = > klein Anzahl bild / s = merkbar Goldstein 6th e, p. 273

Bewegungs-Detektor

LA TF Räumlicher Filter Zeitlicher Filter X Multiplikator TA Durchschnitt über die Zeit

Bewegungs-Detektor SF1

SF1 Räumlicher Filter - Geschwindigkeit Zeitlicher Filter Multiplikator TA Durchschnitt über die Zeit

Reichardt-Detektor

-abhängig von Distanz und Geschwindigkeit Detektor Kann nicht entscheiden ob, - reale Bewegung - Licht an , dann aus SF1 SF2 Räumlicher Filter TF TF X X TA TA Zeitlicher Filter Multiplikator Durchschnitt über die Zeit Subtraktion

Bewegungsdetektoren (biologisch gültig)

• Der Reichhardt-Detektor wurde zuerst im visuellen System von Insekten nachgewiesen
• Der Detektor spricht an, wenn die Verzögerung seines zeitlichen Filters identisch ist mit der Dauer der Reizbewegung
• Daraus folgt, dass man für jede Geschwindigkeit einen eigenen Detektor benötigt
• Um einfachen Flicker von Bewegung zu unterscheiden, werden zwei Detektoren für gegensätzliche Richtungen kombiniert

Bewegungsrichtung

+ Ein kleiner Prozentsatz der Zellen in V1 (weniger als 10%) hat eine bevorzugte Bewegungsrichtung. Reize in Gegenrichtung lösen keine Antwort aus. Diese Zellen befinden sich vor allem in der Schicht 4B, deren Eingangssignale aus den magnozellulären Schichten des CGL stammen. K ₩H+ ++ + Die Neurone aus der Schicht 4B projizieren in andere kortikale Areale, die für die Bewegungswahrnehmung wichtig sind. Im Areal MT gibt es fast nur Neurone, die für Bewegungsrichtung empfindlich sind.

Die Wasserfalltäuschung

Nach längerer Betrachtung einer gleichförmigen Bewegung stellt sich bei anschließender Betrachtung eines stationären Reizes ein Nacheffekt ein. Der stationäre Reiz bewegt sich anscheinend in die Gegenrichtung. Dieser Effekt tritt auch auf, wenn die Adaptation z.B. mit dem linken Auge erfolgt und der Test mit dem rechten. Courtesy of Frans Verstraten http://www.michaelbach.de/ot/mot-adaptSpiral/index.html

Bewegungsnacheffekt

Ableitung von richtungs- empfindlichen Zellen in der Netzhaut von Kaninchen (Barlow & Hill, 1963)

Richtung A B 60 50 40 Impulse pro Sekunde 30 - 20 10 bevorzugte_ A Richtung S 0 Bewegungsende Bewegungsbeginn 20 (b) == A=B Null-Richtung 10 - 0 10 T 20 30 60 70 80 90 120 130 Felülmessung->Adaptation normal zustand Necheffekt (a) Zeit (Sekunden)

Bewegungswahrnehmung MT

• Elementare Bewegungsdetektoren erkennen lokale Bewegungen in eine bestimmte Richtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit
• Komplexere, globale Bewegungen setzen sich aus lokalen Bewegungsreizen zusammen
• Konsequenzen der eigenen Bewegungen müssen kompensiert werden
• Das Areal MT spielt eine wichtige Rolle bei der Bewegungswahrnehmung

Rezeptive Felder für Bewegung

Expansion Rotation Aus Neuronen mit einfachen rezeptiven Feldern, die für Translationen empfindlich sind, lassen sich Neurone mit komplexeren Eigenschaften konstruieren, wie z.B Expansion oder Rotation.

Optischer Fluss

Vorwärtsbewegung Rückwärtsbewegung Expansiontion auf dem Punkt (a) des Bewegungs Endre Gegenteil (b)

Optischer Fluss und Orientierung

Würde sich bewegen Können Der Schaukelraum von Lee und Aronson. a Gefühl von rückwärts fallen fällt deswegen nach vorne Bewegungswahrnehmung = Balance Der Schaukelraum von Lee und Aronson. a) Eine Vorwärtsbewegung des Raumes erzeugt dasselbe Muster des optischen Fließens, wie wenn eine Person sich nach hinten lehnt wie in (b). Zum Ausgleich dieser Bewegungswahrnehmung lehnen sich Probanden nach vorne wie in c) und verlieren dabei häufig das Gleichgewicht bis hin zum Umfallen

Relative Bewegung

• Die Bewegung kleiner Reize wird vor einem bewegten Hintergrund als relativ zum Hintergrund wahrgenommen. Umwelt im normalfall stationär
• Duncker-Illusion: - Im Dunkeln wird ein Punkt von einem Rahmen umgeben - Bewegt sich der Rahmen, so wird der Punkt als bewegt gesehen.

Relative Bewegung Anstis & Casco

L> Hintergrund beuvegt sich Anstis & Casco, Journal of Vision, 2006

Trennung von Figur und Grund

Figur hier nicht erkennbar, aber mit Bewegung sehr licht erkennbar L

Bewegungsparallaxe

1

Der kinetische Tiefeneffekt

Durchscheinender Schirm Schatten 5 Rotierender Drahtrahmen Bewegung ist auch ein Hinweisreiz bei der Rekonstruktion von räumlicher Tiefe. Die zweidimensionale Projektion eines dreidimensionalen Objektes ist nie eindeutig, da die Projektionslinien verschoben werden können. Der kinetische Tiefeneffekt besteht darin, dass der Schatten eines unbewegten Gegenstandes nicht immer erkannt werden kann. Wird der Gegenstand jedoch gedreht, entsteht ein räumlicher Eindruck.

Bewegung und 3D-Form

Keine Bewegung = flach ~ Bewegung = 3D- Form

Biologische Bewegung

Niko Troje man sieht nurdie dichter nicht die Person https://www.biomotionlab.ca/html5-bml-walker/ Wie eine Person + bestmute Bewegung Sagen Kam: -Geschlecht - Gewischt - Laune Neuronale Antwort (Impulse/sec) 40 30 20 10 T I I 0

Bewegungswahrnehmung MT Rolle

• Elementare Bewegungsdetektoren erkennen lokale Bewegungen in eine bestimmte Richtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit
• Komplexere, globale Bewegungen setzen sich aus lokalen Bewegungsreizen zusammen
• Konsequenzen der eigenen Bewegungen müssen kompensiert werden
• Das Areal MT spielt eine wichtige Rolle bei der Bewegungswahrnehmung

Auge-Kopf-System

Augenbewegungen

2) Ange bewegt sich Augenbewegungen ASMI (C) SensoMotoric Instruments 2000

Auge-Kopf-System Funktionsweise

Der Kopf ist stationär, ein Objekt bewegt sich und wird mit Augenbewegungen verfolgt. Da das Netzhautbild des Objektes stationär ist, kann das Bild-Retina- System die Bewegung nicht erkennen. Es bewegt sich zwar die Textur des Hintergrundes, aber Objektbewegungen werden auch im Dunkeln ohne Hintergrundtextur erkannt. Verarbeitung nach dem Reafferenzsystem: Das Bewegungssignal zur Steuerung der Augenbewegungen wird als Kopie (Efferenzkopie) mit der aus dem Netzhautbild gewonnenen Bewegungsinformation (Reafferenz) verglichen. Unterschiede erzeugen Bewegungswahrnehmung.

Das Reafferenzprinzip

Efferenz Motorisch Muskel Efferenzkopie Gehirn Afferenz Reafferenz Sensorisch Reafferenz Komparator

Objektbewegung und Retina

bewegtes Objekt stationäres Objekt Auge bewegt sich Auge bewegt sich Bild bleibt stabil auf der Retina - Objekt sieht bewegt aus Bild bewegt sich auf der Retina - Objekt sieht stationär aus

Empirische Belege für das Reafferenzprinzip

Was nehmen Sie wahr, wenn Sie mit Ihrem Finger vorsichtig gegen Ihr Augenlid drücken, um Ihren Augapfel zu bewegen? Wie kann das mit dem Reafferenzprinzip erklärt werden? Welchen Bewegungseindruck würden Sie gemäß des Reafferenzprinzips bei einer Lähmung der Augenmuskeln erwarten?