Was begrenzt die Geschwindigkeit der menschlichen Wahrnehmung?

Flimmerfusionsschwelle:

Die Wikipedia-Definition:

Sie ist definiert als die Frequenz, bei der ein intermittierender Lichtreiz für den durchschnittlichen menschlichen Beobachter völlig stabil erscheint.

Hintergrund

1824 stellte Peter Mark Roget (der auch den berühmten Thesaurus schrieb) der Royal Society of London erstmals das Konzept der „ Persistenz des Sehens “ vor, als die Fähigkeit der Netzhaut, ein Bild eines Objekts festzuhalten$\frac{1}{20}$zu$\frac{1}{5}$Sekunde nach seiner Entfernung aus dem Sichtfeld.

Ein zweites Prinzip - die$\phi\ phenomenon$oder stroboskopischer Effekt ist eng mit Flimmerfusion verwandt. Es wurde erstmals zwischen 1912-16 von Max Wertheimer und Hugo Münsterberg untersucht. Wertheimer und Munsterberg fanden heraus, dass Subjekte die zeitliche Lücke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Displays per Wahrnehmung überbrücken können, sodass eine Reihe statischer Bilder als kontinuierliche Bewegung erscheint. Die Entdeckung der Flimmerfusion wurde zur Wahrnehmungsgrundlage für bewegte Bilder, Fernsehen und alle Medien, die auf der stroboskopischen Darstellung von Stimuli basieren.

Die minimale Frequenz, bei der Flimmerreize kontinuierlich erscheinen, wird als kritische Flimmerfrequenz bezeichnet.

Wahrnehmungsfaktoren, die die kritische Flimmerfusionsschwelle beeinflussen

Diese kritische Flickerfusionsschwelle hängt von der

• Luminanz (das Ferry-Porter-Gesetz),
• Größe (das Granit-Harper-Gesetz),
• Farbe,
• Exzentrizität der Netzhaut,
• Hintergrundhelligkeit und andere Faktoren.

Biologie dahinter:

Physiologische Beweise bei Menschen und Affen zeigen, dass Flickerraten oberhalb der wahrnehmungskritischen Flickerfrequenzschwelle dennoch kortikale und subkortikale visuelle Reaktionen hervorrufen können. Die der Flimmerfusion zugrunde liegende zeitliche Integration findet also nicht auf der Ebene der Netzhaut statt, sondern muss später in der visuellen Hierarchie stattfinden. Single-Unit-Aufzeichnungen im primären visuellen Cortex von Primaten deuten darauf hin, dass bei zwei kurzen Zielen, die kurz hintereinander präsentiert werden, die Nachabgabe an das erste Ziel die Onset-Reaktion auf das zweite Ziel stört (Macknik, 2006) (vgl Abbildung 5). Die Onset-Reaktion auf den zweiten Blitz fehlt für Interstimuli-Intervalle von 30 ms oder kürzer (entspricht 17 Hz periodisch). Wenn die Blitze mehr als 30 ms voneinander entfernt sind, die Nachentladung auf den ersten Blitz und die Onset-Reaktion auf den zweiten Blitz beginnen sich zu erholen (dh äquivalent zu <17 Hz Flimmern). Diese Intervalle stimmen ungefähr mit der kritischen Flimmerfusionsschwelle beim Menschen für 100 % Kontrastreize in der Fovea überein.

Dies deutet darauf hin, dass die Wahrnehmungsflickerfusion auf das Fehlen robuster transienter Reaktionen auf den Flimmerreiz zurückzuführen sein kann.

http://images.scholarpedia.org/w/images/thumb/8/8b/Flicker_fusion_fig5.png/360px-Flicker_fusion_fig5.png

Quelle:

• Barley (1939). Einige Wirkungen der intermittierenden Photostimulation. Zeitschrift für Experimentelle Psychologie 25, 462-480.
• Bloch, AM (1885). Erleben Sie sur la vision. Comptes Rendus de Seances de la Société de Biologie, Paris 37, 493-495.
• Brücke, E. (1864). Über den Nutzeffekt intermittierender Netzhautreizungen. Sitzungsber k Akad Wissensch Math-naturw Cl, Wien 49, 128-153.
• Di Lollo, V., und Bischof, WF (1995). Inverse-Intensity-Effekt in der Dauer der sichtbaren Persistenz. Psychol Bull 118, 223-237.
• Fähre, E. (1892). Persistenz des Sehens. Amer. J. Sci. 44, 192-207.
• Fukuda, T. (1979). Beziehung zwischen Flimmerfusionsschwelle und Netzhautpositionen. Percept Mot Skills 49, 3-17.
• Flicker-Fusion

Was sind die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der visuellen Wahrnehmung?

Bewegung erster Ordnung

Versuch: Durch ein Fenster sieht man ein sich bewegendes Sinusgitter mit hellen Spitzen und dunklen Tälern.

Ergebnis: Selbst wenn seine Geschwindigkeit so hoch ist, dass 30 seiner hellen Spitzen pro Sekunde (30 Hz) jeden Ort passieren, nehmen Beobachter seine Bewegungsrichtung noch wahr.

Tiefe aus binokularer Disparität

Experiment: Zwei identische Gitter, eines in jedem Auge, werden durch identische Fenster betrachtet.

Ergebnis: Eines ist relativ zum anderen räumlich verschoben, wodurch eine binokulare Disparität eingeführt wird, die als Tiefe wahrgenommen wird. Selbst wenn sie sich mit einer Rate von 30 Hz bewegen, wird die Tiefe noch wahrgenommen. Wenn die Eingabe in die Tiefenmechanismen bei einer Zeitskala von > 30 ms verschwommen wäre, wäre die Erkennung der Tiefe bei dieser Rate unmöglich.

Kanten und Texturgrenzen

Experiment: Vor einem grauen Hintergrund grenzt ein Feld aus weißen Punkten an ein Feld aus schwarzen Punkten.

Ergebnis: Beide Felder werden in schnellen Wechsel zwischen Weiß und Schwarz versetzt, aber phasenverschoben – wenn das eine weiß ist, ist das andere schwarz. Die auffällige Grenze zwischen ihnen wird sogar bei schnellen Raten von 30 Hz wahrgenommen, während bei schnelleren Raten Schwarz und Weiß vom Gehirn in die gleiche Farbe wie der Hintergrund gemittelt werden.

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Bindung von Farbe und Orientierung, die einen räumlichen Ort teilen

Experiment & Ergebnis: Wenn ein roter, nach rechts geneigter Patch mit einem grünen, nach links geneigten Patch abgewechselt wird, ist er selbst bei schnellen 20-Hz-Raten leicht von der komplementären Paarung rot links abwechselnd mit grün rechts zu unterscheiden.

Bindung von Form und Farbe über den Raum

Abwechselnde Farb-Form-Paarungen können nur bei Raten unter ~3 Hz gemeldet werden.

Quelle: http://www.psych.usyd.edu.au/staff/colinc/HTML/dynamics.htm

Bindung der globalen Form mit Farbe

Zwei speziell konstruierte Punktmuster, die verschiedene Formen bilden, wechseln sich ab, wobei alle Punkte des einen rot und alle Punkte des anderen grün sind.

Bei Wechselraten von mehr als einigen Sekunden ist es sehr schwierig, die Form-Farb-Paarung zu bestimmen, obwohl die Formen und Farben selbst leicht identifiziert werden können.

Richtungsänderung und Beschleunigungswahrnehmung

Ein Bewegungsreiz wechselt zwischen zwei Geschwindigkeiten (Beschleunigung) oder zwei Richtungen. Wenn der Wechsel schneller als einige pro Sekunde auftritt, sind diese Änderungen nicht wahrnehmbar. Seine Grenze liegt bei 8-10 Hz.

Wortwahrnehmung

Bestimmte Wortpaare (wie „jump“ und „pink“) können, wenn sie sich an derselben Stelle abwechseln, nicht schnell von einem anderen übereinstimmenden Paar unterschieden werden, da man nur die Summe wahrnimmt, die für beide Paare gleich ist. Sie können nur bei Raten unterschieden werden, die langsamer als mehrere Elemente pro Sekunde sind.

Quelle: http://www.psych.usyd.edu.au/staff/alexh/research/words/

Quelle:

1. Holcombe AO (2009) Langsames und schnelles Sehen: zwei Grenzen der Wahrnehmung. Trends Cogn Sci 13:216–221.
2. http://www.psych.usyd.edu.au/staff/colinc/HTML/dynamics.htm

Die Beschränkungen sind verschiedener Art: kognitiv, sobald das Signal im Gehirn angekommen ist, aber auch physisch innerhalb des Auges, zB für das Sehen.

Für das Sehen ist es entscheidend, Änderungen des einfallenden Lichts in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Es ist nicht vollständig aufgeklärt. Neuere Forschungen zeigen zB, dass es bei manchen Fliegen eine mechanische Zwischenstufe gibt: Die Lichtsensorzellen reagieren mit einer Kontraktion, die den elektrischen Widerstand ihrer Membran verändern würde. Ich glaube nicht, dass bekannt ist, ob der Mensch, der weniger schnell reagieren muss, aber mehr Details über das, was er sieht, möchte, den gleichen Mechanismus hat oder nicht: Vielleicht hat Ihr Held etwas von der Fliege, die wir tragen nicht?

Hier ist ein Artikel über den Zusammenhang zwischen Wahrnehmung und Reaktionszeit. Das allgemeine Thema in der Biologie ist, dass je mehr Neuronen ein Tier in Reihe hat, desto mehr Latenz hat das Tier auf diesem Weg. Dies kann teilweise für Organismen verantwortlich sein, die winzige Nervensysteme und sehr schnelle Reflexe haben.

In unserem eigenen Körper haben wir Reflexbahnen, die unser Gehirn vollständig umgehen. Diese helfen uns, unsere Haltung zu bewahren und aufrecht zu bleiben. Dies sind Muskelspindeln und Wirbelsäulenreflexe. Sie gehören zu den schnellsten Reaktionsmechanismen.

Vielleicht möchten Sie nach synaptischem Pruning und Synästhesie suchen. Dies sind zwei Phänomene an entgegengesetzten Enden des Spektrums der Synapsenzahl. Synästhesie ist ein Übermaß an sensorischen Bahnen im Gehirn und synaptisches Pruning ist die natürliche Löschung von Bahnen im reifenden Gehirn.

Die meisten unserer Bewegungen sind Variationen von Muskelgedächtnissen, vermittelt durch das Kleinhirn. Hier können Sie mit Ihrer Forschung zum Muskelgedächtnis beginnen . Die Entwicklung des Muskelgedächtnisses ist ein strenger Prozess, aber ein grundlegendes Lernwerkzeug für Musiker und Kampfsportler.