Kognitive Grundlagen
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Einleitung
Wozu müssen wir über kognitive Grundlagen der Informationsverarbeitung Bescheid wissen?
- Zum Verständnis der Phänomene der Mensch-Computer-Interaktion (Human Computer Interaction, HCI) allgemein
- Zur Lösung bestimmter technischer Probleme auf dem Gebiet der Verarbeitung multimedialer Daten speziell, z.B.
- Komprimierung multimedialer Daten, die Eigenschaften der menschlichen Wahrnehmung ausnützt, um das Datenvolumen zu reduzieren, ohne merkliche Qualitätseinbußen in Kauf nehmen zu müssen
- Codierung von Farbinformation, die den subjektiven Empfindungen des Benutzers möglichst nahe kommt
Fokussieren auf den kognitiven Ansatz (eines von mehreren möglichen psychologischen Paradigmen):
- Primärer Gegenstand: Kognition (lat. cognitio = Erkenntnis) – umfasst alle "geistigen" Prozesse und Strukturen wie z.B. Wahrnehmen, Schlussfolgern, Erinnern, Denken, Problemlösen, Entscheiden…
- Wir fassen diese Prozesse als Prozesse der Informationsverarbeitung auf: Menschliches Handeln wird bestimmt durch
- Informationsaufnahme aus der Umwelt +
- aktiver Prozess der Informationsverarbeitung
- Aus aufgenommenen Informationen aus der Umwelt ("distalen Stimuli") wird eine subjektive Realität (Interpretation) konstruiert, die als "proximaler Input" für Handlungsentscheidungen herangezogen wird
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Informationsaufnahme–Wahrnehmung
Wahrnehmen = Empfindungen Sinn verleihen
Perzepte = Ergebnisse des Wahrnehmungsprozesses
Drei Stufen der Aufnahme von Information:
- Sensorische Empfindung: Umwandlung physikalischer Signale in neuronale Codes
- Perzeptuelle Organisation: Aufbau einer inneren Repräsentation
- Klassifikationsprozesse - Identifizieren und Einordnen, Zuweisung von Bedeutung
Beispiel
Beispiel: Wahrnehmung einer geöffneten Türe:
 Wahrnehmung einer geöffneten Türe |
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Sensorische Stufe: Netzhautbild (proximaler Reiz) enthält u.a.: ein Rechteck, zwei Trapeze...
Organisation des Perzepts: Trapeze = perspektivisch verzerrte Rechtecke
Erkennung: Perzept = geöffnete Türe
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Sensorische Empfindung
Umwandlung physikalischer Reize in neuronale Informationen
Modalitäten:
- Optisch: Sehen (Relevanz für HCI: ***)
- Akustisch: Hören (**)
- Olfaktorisch: Riechen bzw. Schmecken
- Taktil: Tasten (*)
Sehen: Wegen besonderer Bedeutung hier prototypisch behandelt!
Stimulus aus der realen Welt: distaler Reiz(vom Betrachter entfernt)
Sensorisches Abbild der Realität im Nervensystem: proximaler Reiz(dem Betrachter nahe liegend)
Wahrnehmung = Prozess der Erschließung des distalen Reizes ("Wirklichkeit") aus Informationen des proximalen Reizes
Unterscheidung der Modalitäten im Gehirn durch die Verarbeitung der Impulse in unterschiedlichen Hirnarealen – die Sinnesinformationen selbst werden in dieselbe Art neuronaler Impulse umgewandelt!
Unterscheidungen innerhalb einer Modalität:
- Qualitative Unterschiede ("süß" / "sauer")
- Intensitätsunterscheide ("süßer/heller/lauter als") – primär über die Frequenz der Nervenimpulse
Psychophysik: Untersuchung der Beziehungen zwischen Intensitäten physikalischer Reize und den induzierten Intensitäten der sensorischen Erfahrung
Zwei Arten von Schwellen:
- Absolute Schwelle: geringster Reiz, der Empfindung auslöst
- Unterschiedsschwelle: kleinste physikalische Differenz zwischen zwei als unterschiedlich empfundenen Reizen
(jeweils 50% der Testpersonen empfinden den Reiz bzw. Unterschied)
Beispiel
Absolute Schwelle
- Sehen: Flamme einer Kerze in einer dunklen, klaren Nacht aus etwa 30 Meilen Entfernung
- Hören: Ticken einer Uhr in stiller Umgebung in etwa 6-7m Entfernung
Webersches Gesetz zur Unterschiedsschwelle:
Der gerade noch erkennbare Reizzuwachs steht zum Ausgangsreiz in einem konstanten Verhältnis
Beispiel
Unterschiedsschwelle:
Zwei Strecken werden als unterschiedlich lang erkannt, wenn der Längenzuwachs mindestens 10% beträgt
Fechnersches Gesetz zur Unterschiedsschwelle:
Bei linearer Zunahme des Reizes erfolgt die Zunahme der empfundenen Intensität logarithmisch
Beispiel
Wenn man eine Kerze zu einer zweiten stellt, ist der Helligkeitsunterschied deutlicher als wenn man die Kerze zu einer Gruppe von 100 Kerzen stellt
Sensorische Adaption:
Definition
Abnehmende Reaktionsstärke des Wahrnehmungssystems bei andauerndem, konstantem Reizinput
Erlaubt es, Aufmerksamkeit speziell auf neue Informationen zu richten und rasch auf sie zu reagieren
Beispiel
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Visuelle Wahrnehmung
Zwei Arten von Photorezeptoren im Auge:
- ca. 120 Millionen hoch empfindliche Stäbchen
- gehäuft im peripheren Bereich der Retina
- Schwarz-Weiß-Sehen
- ca. 6 Millionen weniger empfindlicher Zapfen
- gehäuft im Bereich der Fovea ("Sehgrube"), wo das Bild "fixiert" wird
- Farbsehen
Räumliche Auflösungdes Sehens: ca. 1"
Gesichtsfeld(inkl. Augen- und Kopfbewegungen): ca. +-100°
- exakte Farberkennung: +-60°
- Veränderung im Randfeld (Bewegung): zieht die Aufmerksamkeit auf sich
- Bereich maximaler Sehschärfe (visual acuity): ca. 5°
| Visual Acuity |
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Kontrast = Intensitätsunterschied zwischen einem Reiz und seinem jeweiligen Reizhintergrund Kontraste sind notwendig, um überhaupt verschiedene Objekte bzw. Unterschiede zwischen benachbarten Regionen wahrnehmen zu können