Tilo Strobach - Kognitive Psychologie

Äquivalent zur retinotopen Organisation von visuellen Informationen im visuellen System (d. h. Zellen im CGL und visuellen Kortex, die auf Reizung benachbarter Retinabereiche reagieren, liegen nah beieinander und geben so die räumlichen Verhältnisse auf der Retina wider) folgt die Aktivierung der Schnecke einer tonotopen Organisation: Frequenzen, die nah beieinander liegen, werden in benachbarten Bereichen der Schnecke verarbeitet. Dabei werden tiefere Frequenzen eher am flexiblen Ende der Schnecke, dem so genannten Apex, und hohe Frequenzen eher an der Basis der Schnecke verarbeitet; dieses Phänomen kann illustriert werden an den flexiblen Klaviersaiten für tiefe Töne und den straff gespannten Klaviersaiten für hohe Töne. Die Schallintensität wird durch die Höhe der Entladungsfrequenz in den Hörnerven kodiert: Hohe Intensitäten werden demnach mit hohen Entladungsfrequenzen und niedrige Intensitäten mit niedrigen Entladungsfrequenzen kodiert. Die Hörnerven werden in den Hörbahnen auf ihrem Weg zum auditiven Kortex in der Sylvi’schen Fissur im Temporallappen und angrenzend an Parietal- und Frontallappen, ähnlich den Sehbahnen im visuellen System, zwischen der linken und rechten Hemisphäre verschaltet. Im auditiven Kortex bleibt die tonotope Organisation der Hörnerven teilweise erhalten. Ähnlich dem visuellen System ist auch im auditiven System ein Vergrößerungsfaktor zu beobachten: Kortikale Repräsentationen im mittleren Frequenzbereich von ca. 250 Hz bis 4000 Hz nehmen einen überproportional großen Raum ein.

In der vorangegangenen physiologischen Perspektive auf die Wahrnehmung steht der Zusammenhang zwischen den physikalischen Reizen und dem Verhalten von neuronalen Zellen sowie dem Nervensystem im Mittelpunkt, in der beschreibenden Perspektive wird dagegen der Zusammenhang zwischen den physikalischen Reizen und dem subjektiven Wahrnehmungseindruck verfolgt. Dieser Zusammenhang wurde sowohl in der Psychophysik als auch in der Gestaltpsychologie beschrieben. Allerdings gehen die beiden Ansätze nicht speziell auf die zugrundeliegenden theoretischen und kognitiven Prozesse ein, die diese Zusammenhänge erklären können.

In der Psychophysik wird der Zusammenhang zwischen physikalischen Reizen und subjektiven Wahrnehmungseindrücken in Form von Transformationsprozessen beschrieben. Genauer untersucht die klassische Psychophysik nach Gustav Theodor Fechner (1860) den Zusammenhang zwischen physikalischen Größen einer Reizdimension und der psychisch empfundenen Größe und Intensität dieser Dimension. Vor allem zu Beginn der Psychophysik stand der Zusammenhang zwischen einfachen physikalischen Dimensionen, wie Helligkeit, Farbe oder Größe eines Reizes, mit der empfundenen Helligkeit, Farbe oder Größe des Reizes im Vordergrund. Vor der Darstellung dieses Zusammenhangs geht es zunächst um zwei andere, grundlegende Fragen der Psychophysik:

1. Ab welcher minimalen Größe wird ein Reiz wahrgenommen (d. h. die Ebenmerklichkeit, ab der ein Reiz detektiert werden kann)?

2. Welcher minimale physikalische Unterschied führt zur psychischen Unterscheidbarkeit von zwei Ausprägungen auf einer Reizdimension (d. h. die Ebenmerklichkeit, ab der ein Reizunterschied detektiert werden kann)?

Die Antworten auf beide Fragen führen zur Bestimmung von sogenannten Schwellenwerten: Die Ebenmerklichkeit eines Reizes ergibt die Absolutschwelle und die Ebenmerklichkeit eines Reizunterschieds ergibt die Unterschiedsschwelle. Zur Bestimmung dieser Schwellen wurden drei Methoden entwickelt, die hier am Beispiel der Absolutschwelle beschrieben werden, sie können aber ohne weiteres auch auf die Bestimmung von Unterschiedsschwellen übertragen werden. Versuchspersonen werden in der Grenzmethode Reize verschiedener Stärke kontinuierlich in aufsteigender oder absteigender Folge präsentiert. Die aufsteigenden Folgen starten dabei typischerweise mit unterschwelligen Reizen, während die absteigenden Folgen mit überschwelligen Reizen starten. Sobald Versuchspersonen einen Reiz detektieren (bei aufsteigenden Folgen) oder nicht mehr detektieren (bei absteigenden Folgen), wird die Reizstärke des gerade nicht mehr entdeckten beziehungsweise des gerade noch entdeckten Reizes festgehalten. Aufsteigende und absteigende Folgen werden mehrfach und abwechselnd durchgeführt. Die festgehaltenen Reizstärken aller Durchgänge werden abschließend gemittelt und somit der für die Bestimmung der Absolutschwelle kritische Wert ermittelt.

Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, werden in der Konstanzmethode im Unterschied zur Grenzmethode mehrere feste Reize in zufälliger Reihenfolge dargeboten; idealerweise sollten dabei etwa die Hälfte der Reize unter und die andere Hälfte der Reize über einer vermuteten Absolutschwelle liegen. Da alle Reize mehrmals dargeboten werden, erhält man für alle Reizstärken eine relative Detektionswahrscheinlichkeit. Diese Wahrscheinlichkeit nimmt von der kleinsten bis zur größten Reizstärke zu. Die Absolutschwelle ist dann die Reizstärke, bei der die Detektionswahrscheinlichkeit bei 50 % liegt.

Werden bei der Grenz- und Konstanzmethode die Reizstärken vom Experimentator vorgegeben, stellen die Versuchspersonen bei der Herstellungsmethode ihre Reizstärken selbst her. Dabei geht es um die Herstellung jenes Reizes, der gerade noch (oder gerade nicht mehr) detektierbar ist. Um einen aussagekräftigen Schwellenwert aus einem Mittelwert zu erhalten, werden in mehreren Durchgängen die Reizstärken festgehalten, bei dem die Reize noch detektierbar oder nicht mehr detektierbar sind.

Fechner nutzte Absolut- und Unterschiedsschwellen, um eine Transformationsgleichung zwischen physikalischen und psychischen Skalen vorzuschlagen. Der physikalische Wert der Absolutschwelle wird dabei als die Ebenmerklichkeit eines Reizes definiert und markiert, in der vorgeschlagenen Transformationsskala das untere Ende der Skala. Die Ebenmerklichkeit eines Reizes wird auf der psychischen Skala mit dem Nullpunkt gleichgesetzt. Die Unterschiedsschwelle, definiert als die Ebenmerklichkeit eines Empfindungsunterschieds zwischen zwei Reizen, bestimmt die Intervalle auf der physikalischen Skala. Heinrich Weber hat aber festgestellt, dass Unterschiedsschwellen nicht identisch für alle Ausgangsgrößen einer Reizdimension sind, vielmehr ist das Verhältnis zwischen der Ausgangsgröße und dem ebenmerklichen Unterschied konstant. Diese Konstante (k) bedeutet nichts anderes, als dass der Unterschied proportional mit der Ausgangsgröße ansteigt. Die Konstante variiert lediglich mit der gemessenen Reizdimension. Unter Einbeziehung der Konstante nach Weber hat Fechner die Empfindungsstärke in Form einer logarithmischen Funktion abgetragen, die als Weber-Fechner’sches Gesetz bezeichnet wird.

In späteren Studien stellte Stevens (1957) fest, dass das Weber-Fechner’sche Gesetz nur zwischen bestimmten Grenzbereichen der Reizstärken gültig ist. Beispielsweise ist die Weber’sche Konstante in der Nähe der Absolutschwelle oder der Schmerzgrenze höher als in einem mittleren Bereich. Um diesen Einwand gegen das Weber-Fechner’sche Gesetz nachzukommen, stellte Stevens den Zusammenhang zwischen psychischem Empfindungen und physikalischer Stärke als Potenzfunktion dar. Validiert wurde diese Potenzfunktion mithilfe einer Variante des Konstanzverfahrens – der Methode der direkten Größenschätzung. Bei dieser Variante des Konstanzverfahrens weisen Experimentatoren einem Standardreiz einen numerischen Ausgangswert zu (z. B. 100). Die Aufgabe der Versuchspersonen besteht nun darin, aufgrund des Ausgangswertes einen physikalischen Vergleichswert subjektiv einzuschätzen. Wird der Vergleichswert beispielsweise subjektiv als halb so intensiv empfunden, ist der Wert 50 zu vergeben. Die so erreichten Werte lassen sich mit Potenzfunktionen beschreiben und spezifizieren den Zusammenhang zwischen subjektiven psychischen Empfindungen und objektiven physikalischen Skalen im Kontext der Psychophysik.