Phi-Phänomen - Phi phenomenon

Demonstration des Phi-Phänomens mit zwei schwarzen Balken ( SOA  = 102 ms, ISI  = −51 ms)

Der Begriff Phi-Phänomen wird im engeren Sinne für eine scheinbare Bewegung verwendet , die beobachtet wird, wenn zwei benachbarte optische Reize im Wechsel mit relativ hoher Frequenz präsentiert werden. Im Gegensatz zur Beta-Bewegung , die bei niedrigeren Frequenzen gesehen wird, scheinen sich die Reize selbst nicht zu bewegen. Stattdessen scheint ein diffuses, amorphes schattenhaftes Etwas vor die Reize zu springen und sie vorübergehend zu verdecken. Dieser Schatten scheint fast die Farbe des Hintergrunds zu haben. Max Wertheimer hat diese Form der scheinbaren Bewegung erstmals in seiner Habilitationsschrift von 1912 beschrieben, die die Geburtsstunde der Gestaltpsychologie markiert .

Im weiteren Sinne, insbesondere wenn der Plural von Phi-Phänomenen verwendet wird, gilt dies auch für alle scheinbaren Bewegungen, die wahrgenommen werden können, wenn zwei benachbarte optische Reize im Wechsel dargeboten werden. Dazu gehört insbesondere die Beta-Bewegung , die für die Bewegungsillusion in Kino und Animation wichtig ist . Tatsächlich hat Wertheimer den Begriff "φ-Phänomen" auf alle in seiner Dissertation beschriebenen scheinbaren Bewegungen angewendet, als er 1912 den Begriff einführte, die gegenstandslose Bewegung, die er "reines φ" nannte. Dennoch behaupten einige Kommentatoren, dass er den griechischen Buchstaben φ der reinen, gegenstandslosen Bewegung vorbehalten habe.

Experimentelle Demonstration

"Magni-phi"-Variante der klassischen Versuchsanordnung mit mehr als zwei Elementen.

Wertheimers klassische Experimente verwendeten zwei Lichtlinien oder -kurven, die mit einem Tachistoskop wiederholt hintereinander dargestellt wurden . Wenn bestimmte, relativ kurze Intervalle zwischen den Reizen verwendet wurden und der Abstand zwischen den Reizen angemessen war, dann berichteten seine Probanden (die zufällig seine Kollegen Wolfgang Köhler und Kurt Koffka waren ) reine "objektlose" Bewegung gesehen zu haben.

Es erweist sich jedoch als schwierig, phi stabil und überzeugend zu demonstrieren. Um die Demonstration des Phänomens zu erleichtern, entwarfen Psychologen des 21. Jahrhunderts eine anschaulichere Versuchsanordnung mit mehr als zwei Reizen. In dieser "Magni-phi" genannten Demonstration werden identische Scheiben in einem Kreis angeordnet und in schneller Folge wird eine der Scheiben im oder gegen den Uhrzeigersinn ausgeblendet. Dies erleichtert die Beobachtung der von Wertheimer entdeckten schattenartigen Bewegung. Die Magni-phi-Demonstration ist robust gegenüber Änderungen von Parametern wie Timing, Größe, Intensität, Anzahl der Scheiben und Betrachtungsabstand.

Darüber hinaus kann das Phänomen auch bei nur zwei Elementen zuverlässiger beobachtet werden, wenn ein negatives Interstimulusintervall (ISI) verwendet wird (dh wenn sich die Zeiträume, in denen die beiden Elemente sichtbar sind, leicht überlappen). In diesem Fall kann der Betrachter die beiden Objekte als stationär sehen und unbewusst annehmen, dass das Wiedererscheinen des Reizes auf einer Seite bedeutet, dass das zuvor in dieser Position angezeigte Objekt wieder aufgetaucht ist und nicht, wie bei der Beta-Bewegung beobachtet, dass das Objekt aus der Die gegenüberliegende Seite ist gerade auf eine neue Position umgezogen. Der entscheidende Faktor für diese Wahrnehmung ist die Kürze der Diskontinuität des Reizes auf jeder Seite. Dies wird durch die Beobachtung gestützt, dass zwei Parameter richtig gewählt werden müssen, um das reine Phi-Phänomen zu erzeugen: erstens darf die absolute Dauer der Lücke auf jeder Seite etwa 150 ms nicht überschreiten und zweitens darf die Dauer der Lücke nicht größer als . sein 40% der Stimulusperiode.

Geschichte der Forschung

In seiner Dissertation von 1912 führte Wertheimer das Symbol φ ( phi ) folgendermaßen ein:

Gegeben sind sukzessiv zwei Objekte als Reize; diese werden verbunden; zuerst wird a gesehen, zuletzt b; zwischen ihnen war die ‚Bewegung von a nach b gesehen'; ohne dass die entsprechende Bewegung resp. die raum-zeit-kontinuierlichen Zwischenlagen zwischen a und b wirklich als Reize exponiert gewesen wären. Der psychische Sachverhalt sei – ohne irgendein Präjudiz – mit a φ b bezeichnet.

Als Reize werden zwei aufeinanderfolgende Objekte gegeben; diese werden wahrgenommen; erstes a wird gesehen, letztes b; zwischen ihnen ist die „Bewegung von a nach b zu sehen“; ohne die entsprechende Bewegung bzw. die zeit-raum-kontinuierlichen Zwischenpositionen zwischen a und b tatsächlich als Stimuli ausgesetzt zu haben. Das physische Problem wird – unbeschadet – mit a φ b gekennzeichnet.

Neben der "optimalen Bewegung" (später Beta-Bewegung genannt) und Teilbewegungen beider Objekte beschrieb Wertheimer ein Phänomen, das er "reine Bewegung" nannte. Dazu fasste er die Beschreibungen seiner Probanden wie folgt zusammen:

This Fälle zeigten sich so, dass auch Nicht etwa der Gedanke vorhanden war: ein Objekt habe sich hinüberbewegt; war von Objekten vorhanden Krieg, Krieg in den zwei Lagen gegeben; nicht eines oder eines von ihnen oder ein ähnliches betraf die Bewegung; sondern zwischen ihnen war Bewegung gegeben; nicht eine Objektbewegung. Auch nicht: das Objekt bewegt sich hinüber, ich sehe es nur nicht. Sondern es war einfach Bewegung da; nicht auf ein betreffendes Objekt.

Diese Fälle traten so auf, dass nicht einmal der Gedanke da war: ein Objekt ist hinübergerückt; was an Objekten existierte, war in zwei Positionen gegeben; weder das eine noch das andere noch ein ähnliches erklärten die Bewegung; aber zwischen ihnen war Bewegung; keine Bewegung eines Objekts. Nicht einmal: das Objekt bewegt sich hinüber, ich sehe es nur nicht. Stattdessen war es dort nur Bewegung; nicht über ein Objekt.

Wertheimer maß diesen Beobachtungen große Bedeutung bei, weil sie seiner Meinung nach bewiesen, dass Bewegung direkt wahrgenommen werden kann und nicht unbedingt aus der getrennten Wahrnehmung zweier optischer Reize an leicht unterschiedlichen Orten zu leicht unterschiedlichen Zeiten abgeleitet wird. Dieser Aspekt seiner Dissertation war ein wichtiger Auslöser für die Einführung der Gestaltpsychologie.

Ab Mitte des 20. Jahrhunderts entstand in der wissenschaftlichen Literatur Verwirrung darüber, was genau das Phi-Phänomen war. Ein Grund könnte sein, dass die englischsprachigen Wissenschaftler Schwierigkeiten hatten, die auf Deutsch erschienene Doktorarbeit von Wertheimer zu verstehen. Auch Wertheimers Schreibstil ist eigenwillig. Außerdem gibt Wertheimers These nicht genau an, unter welchen Parametern „reine Bewegung“ beobachtet wurde. Außerdem ist es schwierig, das Phänomen zu reproduzieren. Zu dieser Verwirrung trug Edwin Borings einflussreiche Geschichte der Empfindungs- und Wahrnehmungspsychologie bei, die erstmals 1942 veröffentlicht wurde. Boring listete die von Wertheimer beobachteten Phänomene auf und sortierte sie nach der Länge des Interstimulusintervalls. Boring hat das Phi-Phänomen jedoch in die falsche Position gebracht, nämlich mit einem relativ langen Interstimulusintervall. Tatsächlich nehmen Probanden bei so langen Intervallen überhaupt keine Bewegung wahr; sie beobachten nur zwei nacheinander erscheinende Objekte.

Diese Verwirrung hat wahrscheinlich zur "Wiederentdeckung" des Phi-Phänomens unter anderen Namen beigetragen, beispielsweise als "Omega-Bewegung", "Nachbild-Bewegung" und "Schatten-Bewegung".

Umgekehrte Phi-Illusion

Da die scheinbare Phi-Bewegung vom visuellen System des Menschen wahrgenommen wird, wobei zwei stationäre und ähnliche optische Reize nebeneinander präsentiert werden, die nacheinander mit hoher Frequenz belichtet werden, gibt es auch eine umgekehrte Version dieser Bewegung, die umgekehrte Phi-Illusion. Die umgekehrte Phi-Illusion ist die Art von Phi-Phänomen, das von seiner positiven Richtung in das verschobene Negative verblasst oder sich auflöst, so dass die scheinbare Bewegung, die der Mensch wahrnimmt, der tatsächlichen physischen Verschiebung entgegengesetzt ist. Die umgekehrte Phi-Illusion wird oft von Schwarz-Weiß-Mustern gefolgt.

Es wird angenommen, dass die umgekehrte Phi-Illusion tatsächlich Helligkeitseffekte ist, die auftritt, wenn sich ein Bild mit umgekehrter Helligkeit über unsere Netzhaut bewegt. Es kann durch Mechanismen des visuellen rezeptiven Feldmodells erklärt werden, bei denen visuelle Reize räumlich summiert werden (ein Prozess, der der räumlichen Differenzierung entgegengesetzt ist). Diese räumliche Summation verwischt die Kontur in geringem Maße und verändert somit die wahrgenommene Helligkeit. Vier Vorhersagen werden von diesem rezeptiven Feldmodell bestätigt. Erstens sollte das foveale Reverse-Phi aufgeschlüsselt werden, wenn die Verschiebung größer ist als die Breite der fovealen rezeptiven Felder. Zweitens existiert in der peripheren Netzhaut eine umgekehrte Phi-Illusion für größere Verschiebungen als in der Fovea, da die rezeptiven Felder in der peripheren Netzhaut größer sind. Drittens könnte die räumliche Summation durch die rezeptiven Felder durch die visuelle Unschärfe der umgekehrten Phi-Illusion, die auf einen Bildschirm mit Defokussierungslinse projiziert wird, erhöht werden. Viertens sollte der Betrag der umgekehrten Phi-Illusion mit abnehmender Verschiebung zwischen positiven und negativen Bildern zunehmen.

Tatsächlich verarbeitet unser visuelles System das Vorwärts- und das umgekehrte Phi-Phänomen auf die gleiche Weise. Unser visuelles System nimmt das Phi-Phänomen zwischen einzelnen Punkten entsprechender Helligkeit in aufeinanderfolgenden Bildern wahr, und die Phi-Bewegung wird auf einer lokalen Punkt-für-Punkt-Basis, vermittelt durch die Helligkeit, statt auf einer globalen Basis bestimmt.

Neuronaler Mechanismus, der der Empfindlichkeit gegenüber dem umgekehrten Phi-Phänomen zugrunde liegt

  • T4- und T5-Bewegungsmelderzellen sind notwendig und ausreichend für ein umgekehrtes Phi-Verhalten, und es gibt keine anderen Wege, um Drehreaktionen für eine umgekehrte Phi-Bewegung zu erzeugen
  • Tangentialzellen zeigen eine partielle Spannungsantwort mit der Stimulation der umgekehrten Phi-Bewegung
  • Hassenstein-Reichardt-Detektormodell
  • Es gibt erhebliche Reaktionen für Reversed-Phi bei T4-Dendriten und marginale Reaktionen bei T5-Dendriten

Phi-Phänomen und Beta-Bewegung

Beispiel für Beta-Bewegung

Das Phi-Phänomen wurde lange Zeit mit der Beta-Bewegung verwechselt ; Der Begründer der Gestalt School of Psychology, Max Wertheimer , hat jedoch 1912 den Unterschied zwischen ihnen unterschieden. Während das Phi-Phänomen und die Beta-Bewegung im weiteren Sinne in dieselbe Kategorie fallen können, sind sie in der Tat ziemlich unterschiedlich.

Erstens liegt der Unterschied auf neuroanatomischer Ebene. Visuelle Informationen werden auf zwei Wegen verarbeitet, einer verarbeitet Position und Bewegung und der andere verarbeitet Form und Farbe. Wenn sich ein Objekt bewegt oder seine Position ändert, würde es wahrscheinlich beide Pfade stimulieren und zu einer Wahrnehmung einer Beta-Bewegung führen. Wenn das Objekt jedoch zu schnell seine Position ändert, kann dies zu einer Wahrnehmung einer reinen Bewegung wie dem Phi-Phänomen führen.

Zweitens unterscheiden sich das Phi-Phänomen und die Beta-Bewegung auch in der Wahrnehmung. Für das Phi-Phänomen werden zwei Reize A und B nacheinander präsentiert, was Sie wahrnehmen, ist eine Bewegung, die über A und B hinweggeht; während für die Beta-Bewegung, immer noch mit zwei nacheinander präsentierten Stimuli A und B, was Sie wahrnehmen, wäre ein Objekt, das tatsächlich von Position A zu Position B geht.

Der Unterschied liegt auch auf kognitiver Ebene, wie unser visuelles System Bewegung interpretiert, was auf der Annahme basiert, dass das visuelle System ein inverses Problem der Wahrnehmungsinterpretation löst. Für benachbarte Reize, die von einem Objekt erzeugt werden, muss das visuelle System auf das Objekt schließen, da die benachbarten Reize nicht das vollständige Bild der Realität wiedergeben. Es gibt mehr als einen Weg für unser visuelles System, zu interpretieren. Daher muss unser visuelles System mehreren Interpretationen Beschränkungen auferlegen, um die einzigartige und authentische zu erhalten. Prinzipien, die von unserem visuellen System verwendet werden, um die Einschränkungen festzulegen, sind oft für die Einfachheit und Wahrscheinlichkeit relevant.

Hassenstein-Reichardt-Detektormodell

Hassenstein-Reichardt-Erkennungsmodell

Das Hassenstein-Reichardt-Detektormodell gilt als das erste mathematische Modell, das vorschlägt, dass unser visuelles System Bewegung schätzt, indem es eine zeitliche Kreuzkorrelation der Lichtintensitäten von zwei benachbarten Punkten erfasst, kurz eine theoretische neuronale Schaltung dafür, wie unser visuelles System Bewegungen verfolgt . Dieses Modell kann das Phi-Phänomen und seine umgekehrte Version erklären und vorhersagen. Dieses Modell besteht aus zwei Orten und zwei visuellen Eingängen. Wenn ein Eingang an einem Ort erkannt wird, wird das Signal an den anderen Ort gesendet. Zwei visuelle Eingaben würden zeitlich asymmetrisch gefiltert, dann wird der visuelle Kontrast an einem Ort mit dem zeitverzögerten Kontrast am anderen Ort multipliziert. Schließlich würde das Multiplikationsergebnis subtrahiert, um eine Ausgabe zu erhalten.

Daher würden zwei positive oder zwei negative Signale eine positive Ausgabe erzeugen; aber wenn die Eingaben eine positive und eine negative sind, wäre die Ausgabe negativ. Dies entspricht mathematisch der Multiplikationsregel.

Für das Phi-Phänomen würde sich ein Bewegungsdetektor entwickeln, um eine Änderung der Lichtintensitäten an einem Punkt auf der Netzhaut zu erkennen, dann würde unser visuelles System eine Korrelation dieser Änderung mit einer Änderung der Lichtintensitäten eines benachbarten Punktes auf der Netzhaut berechnen, mit einem kurzen verzögern.

Reichardt-Modell

Das Reichardt-Modell ist eine komplexere Form des einfachsten Hassenstein-Reichardt-Detektormodells, das als paarweises Modell mit einer gemeinsamen quadratischen Nichtlinearität angesehen wird. Da das Fourier-Verfahren als lineares Verfahren angesehen wird, führt das Reichardt-Modell multiplikative Nichtlinearität ein, wenn unsere visuellen Reaktionen auf Luminanzänderungen an verschiedenen Elementpositionen kombiniert werden. In diesem Modell würde eine Photorezeptoreingabe durch einen Filter verzögert, um durch die Multiplikation mit der anderen Eingabe von einem benachbarten Ort verglichen zu werden. Die Eingabe würde zweimal spiegelsymmetrisch gefiltert, einmal vor der Multiplikation und einmal nach der Multiplikation, was eine Bewegungsschätzung zweiter Ordnung ergibt. Dieses verallgemeinerte Reichardt-Modell erlaubt beliebige Filter vor der multiplikativen Nichtlinearität sowie Filter nach der Nichtlinearität. Das Phi-Phänomen wird oft als Bewegung erster Ordnung angesehen, aber umgekehrtes Phi könnte nach diesem Modell sowohl erster als auch zweiter Ordnung sein.  

Siehe auch

Externe Links

Verweise

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