Eine Perspektive zur Empfindung und Wahrnehmung
Quelle: Labor von Jonathan Flombaum, Johns Hopkins University
Die Studie der Empfindung – wie Signale von Sinnesorganen wie Augen ausgestrahlt werden…
Empfindung und Wahrnehmung bezieht sich auf die Erforschung dessen, wie wir sehen, wie wir hören, wie wir riechen, wie wir Berührungen fühlen. Der Unterschied zwischen Empfindung und Wahrnehmung besteht darin, dass wir bei der Empfindung über die Transduktion von Signalen sprechen. Im Falle des Sehens zum Beispiel konzentriert sich die Empfindung wirklich nur darauf, wie Licht, das draußen in der Welt ist, transduziert wird, zu einem Signal im Gehirn wird. Es wird also in ein elektrisches Signal umgewandelt. Es ist nicht mehr leicht. Wahrnehmung ist die Art und Weise, wie wir verstehen oder interpretieren, was diese Signale bedeuten. Es geht also um die Implikationen, die Bedeutung, die wir mit diesen Signalen verbinden. Die Bedeutung von Empfindung und Wahrnehmung ist in gewisser Weise offensichtlich. Ich meine, wir studieren, wie wir sehen, wie wir hören. Dies sind kritische Fähigkeiten. Dies sind die grundlegenden Wege, auf denen Menschen und andere Tiere Informationen über ihre Umwelt erhalten, um ihre Umwelt auszubeuten.
Die größte Herausforderung, die man beim Unterrichten von Empfindung und Wahrnehmung erlebt, besteht darin, dass so viel von dem, worüber man spricht, Dinge sind, von denen man möchte, dass die Menschen sie hören, sehen oder fühlen oder berühren können. Es ist also die Art von Bereich, in dem es oft unzureichend ist, nur aus einem Lehrbuch zu lernen oder nur Papiere zu lesen, oder es umgeht das eigentliche Problem. Man kann also beschreiben, wie etwas funktioniert und hat doch kein wirklich gutes Gefühl dafür, wenn man es nicht wirklich sieht. Und eine Sache, die diese Videos tun, ist, dass sie Illusionen oder Phänomene neu erschaffen, die jeder erleben kann. Manchmal kannst du sie direkt in den Videos erleben, die wir gemacht haben, oder manchmal zeigen dir die Videos, wie du diese Erfahrungen für einen Teilnehmer oder eine Klasse schaffen kannst. Aber die Quintessenz ist, dass, wenn man Empfindung und Wahrnehmung lehrt und sagt, man spricht zum Beispiel über eine visuelle Illusion, man möchte, dass die Menschen in der Lage sind, diese Illusion zu sehen und zu erleben. Es nur zu beschreiben reicht nicht aus, um deutlich zu machen, dass es sich um ein Phänomen handelt, das einer Erklärung bedarf. Und so liefern diese Videos diese Erfahrung, diese visuelle oder auditive Erfahrung, oder die Methoden, um eine taktile Erfahrung zu erzeugen, die für die Erforschung von Empfindung und Wahrnehmung so wichtig ist.
Illusionen haben für eine sehr, sehr lange Zeit eine Rolle bei der Erforschung von Empfindung und Wahrnehmung gespielt. Ich denke, dass es dafür wirklich zwei Gründe gibt. Ein Grund dafür ist, dass Illusionen etwas darüber verraten, wie das menschliche Gehirn oder das Gehirn eines Organismus wirklich ein Problem löst, auf das es keine Antwort gibt. Und um herauszufinden, was es da draußen in der Welt auf der Grundlage des gegebenen Inputs gibt, bedarf es eines Sprungs, es erfordert einen zusätzlichen Schritt, es erfordert eine Schlussfolgerung, die über den Input selbst hinausgeht. Wann immer solche Schlussfolgerungen gezogen werden, basieren sie auf Annahmen. Es basiert auf Heuristiken. Es basiert auf Tricks, aber im Grunde ist es ein System, das die Antwort nicht wirklich kennt. Das tut es eigentlich nicht, es ist nicht 100% sicher, dass es die Wahrheit über die Welt kennt. Illusionen zeigen das. Es sind eine Art Tricks, die sich Vorteile zunutze machen, die die Annahmen und Heuristiken ausnutzen, die das Gehirn verwendet, um Schlussfolgerungen über die Welt zu ziehen. Die Illusionen sind also sehr starke Tests einer Theorie oder einer Hypothese darüber, wie das Gehirn ein Problem löst. Ein gutes Beispiel für die Rolle, die Illusionen bei der Erforschung der Wahrnehmung spielen, ist zum Beispiel der Ames-Raum in dieser Videoserie, eine Illusion, die uns etwas darüber sagt, wie das Gehirn den 3D-Raum wahrnimmt, obwohl die Eingaben, die es erhält, nur zweidimensional sind. Um also Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie weit Objekte im Raum entfernt sind und wie groß Objekte sind, muss das Gehirn Tricks anwenden oder Annahmen treffen oder Heuristiken verwenden, da die Eingaben auf der Netzhaut nur zweidimensional sind. Objekte, die weit entfernt sind, projizieren also kleine Bilder auf die Netzhaut. Und auch kleine Objekte, die sich in der Nähe befinden, projizieren kleine Bilder auf die Netzhaut. Wie soll das Gehirn also herausfinden, ob ein Bild auf der Netzhaut klein ist, weil es von einem Objekt stammt, das weit entfernt ist, oder von einem Objekt, das tatsächlich klein ist? Es gibt keinen mathematischen Weg, dieses Problem mit 100%iger Sicherheit zu lösen. Das Gehirn macht also Annahmen. Der Ames-Raum ist eine Illusion, die sich diese Annahmen zunutze macht. Insbesondere geht man davon aus, dass Winkel tendenziell rechte Winkel sind. Aber auf jeden Fall zeigt der Ames-Raum, dass das Verständnis des Gehirns von Entfernung und Größe völlig durcheinander ist und das Gehirn irgendwie Vermutungen oder Schlussfolgerungen über die wahren Beziehungen zwischen Objekten in der Welt anstellt.
Der Grund, warum sich die Forschung im 19. Jahrhundert in Richtung Empfindung und Wahrnehmung wandte, liegt in der Physik, denn es gab viele Forscher, die begannen, die Eigenschaften des Lichts zu verstehen und sich für die Optik interessierten. Sie interessierten sich für die Herstellung von Brillen und schleiften Gläser und fanden heraus, wie Licht funktioniert und wie man Licht biegt und wie man es für menschliche Zwecke biegt. Und dabei begannen sie, Fragen darüber zu stellen, wie das menschliche visuelle System eigentlich funktioniert. Sie entdeckten viele, viele der grundlegendsten Prinzipien, auf die wir uns heute noch verlassen, um Empfindung und Wahrnehmung und insbesondere das menschliche Sehen zu verstehen. Einer der Gründe, warum die Forschung, die sie damals betrieben haben, so cool und wichtig war, ist, dass sie sie ohne jeglichen Zugang zum menschlichen Gehirn durchgeführt haben. Sie zeichneten also nicht von Neuronen auf. Sie hatten keine Scanner, um menschliche Gehirne abzubilden und Gehirnströme zu betrachten, und sie hatten nicht wirklich viele ausgefallene Werkzeuge. Doch die Hypothesen, die sie aufstellten, und die Dinge, die sie über Empfindung und Wahrnehmung lernten, erwiesen sich am Ende als wahr, nicht nur in einem theoretischen oder psychologischen, sondern auch in einem neuronalen Sinne. Wir haben diese Art von Beweisen erst 100 oder 200 Jahre später gefunden. In gewisser Weise denke ich, dass Empfindung und Wahrnehmung eines der besten Beispiele für die wissenschaftliche Methode sind. Erst später in den 1960er-, 70er- und 80er-Jahren entdeckten wir durch die Neurophysiologie, dass es wirklich Zellen gibt, die buchstäblich empfindlich auf das Vorhandensein einiger Farben und die Abwesenheit ihrer Gegenfarben reagieren. In vielerlei Hinsicht, die Arbeiten aus dem 19. Jahrhundert stammen, haben sie also eine Vorhersage über die Existenz bestimmter Subtypen von Zellen im menschlichen Gehirn gemacht, von Neuronen im menschlichen Gehirn. Erst 100, 200 Jahre später wurde die Existenz dieser Zellen durch moderne Aufzeichnungstechniken im Gehirn bestätigt.
Ich denke, es gibt wirklich zwei Schlüsselfragen, die wir angehen werden oder die wir angehen werden und die wir im nächsten Jahrhundert oder so im Bereich der Empfindung und Wahrnehmung besser in den Griff bekommen werden. Die erste Frage ist, wie das menschliche Gehirn bewusste Erfahrungen hervorbringt. Wir können uns also Empfindung und Wahrnehmung als mathematisches Problem vorstellen. Hier ist eine Eingabe und können Sie diese Eingabe berechnen, um herauszufinden, woher sie stammt? Mit anderen Worten, wie die Welt aussehen muss, die diesen Input produziert hat. Aber nirgendwo da drin muss man eine Erfahrung des Inputs oder eine Erfahrung der Welt haben, aus der er kam. Weil wir so viel darüber wissen, wie das menschliche Gehirn diese Dinge tut, schreiben wir jetzt Computerprogramme, die sehr komplexe Probleme lösen können, sehr ausgeklügelte visuelle Probleme. So können wir zum Beispiel ein Computerprogramm schreiben, das ein Gesicht erkennt. Aber das Computerprogramm hat nicht das Gefühl, in ein Gesicht zu schauen. Es gibt keinen Sinn, in dem es wie ein geistiges Auge aussieht und das Gesicht, das es ansieht, in diesem Rahmen ist. Aber das erleben wir alle. Du schaust dir gerade das Video an und hast eine Erfahrung von mir, wie ich da sitze, und wo ist diese Erfahrung? Ich weiß, wo ich mich in dem Video befinde. Ich meine, ich bin gerade hier und da ist eine Kamera auf mich gerichtet und sie nimmt auf. Jemand, du da draußen, du schaust es dir zu einer anderen Zeit an. Wie ist Ihre Erfahrung mit dem Video? Es lebt irgendwo in deinem Gehirn und wir verstehen das wirklich nicht. Wissenschaftler gehen dem nach. Ein gutes Beispiel ist also die Gummihand-Illusion. Die Illusion der Gummihand ist eine sehr seltsame Illusion, bei der die Menschen anfangen zu fühlen, dass eine Gummihand ihre eigene ist, und tatsächlich denken sie, dass sie eine Empfindung in dieser Hand spüren, in diesem Stück Gummi, das nicht Teil ihres Körpers ist. Diese seltsame Illusion erinnert uns daran, dass sogar das Gefühl der Berührung, sozusagen das Gefühl selbst, die Erfahrung der Berührung eine Erfindung des Gehirns ist. Es kann falsch zugeschrieben werden. Und diese Art von Illusionen bewusster Wahrnehmung sollte uns helfen zu verstehen, wie das menschliche Gehirn die Erfahrung bewusster Wahrnehmung hervorbringt und warum. Eine weitere Reihe von Themen, die heutzutage im Vordergrund der Empfindungs- und Wahrnehmungsforschung stehen, hat meiner Meinung nach mit Sprache zu tun und damit, wie Sprache mit sensorischen und wahrnehmungsbezogenen Systemen interagiert. Am Ende des Tages ist eine Sache, die wir mit der Wahrnehmung machen, darüber zu sprechen. Wir reden über das, was wir sehen. Wir reden darüber, wie Dinge schmecken. Wir sprechen über das, was wir körperlich fühlen. Wie machen wir das? Wie lassen sich Wörter auf die Ausgaben von Sinnes- und Wahrnehmungsprozessen abbilden?
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Q1: What is the difference between sensation and perception?
Sensation is the transduction of signals from the physical world into electrical signals in the brain, such as converting light into neural activity. Perception is how the brain interprets and understands what those signals mean, assigning implications and meaning to them. Together, they form the fundamental processes by which humans and animals gather information about their environment.
Q2: Why are illusions important for studying sensation and perception?
Illusions reveal how the brain solves problems that have no certain answer by using assumptions, heuristics, and inferences. They exploit the brain's strategies for interpreting sensory input, demonstrating that perception involves educated guessing rather than direct reality. Illusions serve as strong tests of theories about how the brain interprets the world and make perceptual phenomena visible and measurable.
Q3: How does the Ames room demonstrate the brain's perception of depth?
The Ames room is an illusion that exploits the brain's assumption that angles tend to be right angles. Since the retina receives only two-dimensional input, the brain cannot mathematically determine whether a small image comes from a distant object or a nearby small object. The room illusion perception size distance and depth shows how the brain makes inferences about object relationships, leading to misperceptions of size and distance.
Q4: What did 19th-century researchers discover about sensation and perception without modern brain imaging?
Nineteenth-century researchers studying light and optics made fundamental discoveries about human vision and sensation that proved accurate centuries later. They generated hypotheses about how the visual system works based on behavioral observations alone, without access to neurons or brain imaging. These predictions were confirmed by modern neurophysiology in the 1960s-1980s, demonstrating the power of the scientific method in sensation and perception research.
Q5: What does the rubber hand illusion reveal about conscious perception?
The rubber hand illusion shows that people can feel sensation in a rubber hand they know is not part of their body, demonstrating that touch and conscious experience are brain inventions rather than direct physical sensations. This illusion reveals that the brain can misattribute sensory signals, showing that even basic perceptual experiences like touch are constructed interpretations rather than objective facts about the world.
Q6: Why is direct sensory experience essential for teaching sensation and perception?
Textbooks and descriptions alone are inadequate for teaching sensation and perception because students need to actually see, hear, or feel the phenomena being studied. Experiencing visual illusions, auditory effects, or tactile sensations directly creates understanding that reading about them cannot provide. Videos that recreate illusions or show methods for producing sensory experiences allow students to understand why these phenomena require scientific explanation.
Q7: What is the relationship between language and sensory perception?
Language plays a key role in how humans communicate about perception—we describe what we see, taste, and feel physically. A major research question in sensation and perception concerns how words map onto the outputs of sensory and perceptual processes. Understanding this interface between language and perception is crucial for comprehending how humans translate internal sensory experiences into external communication.