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Kaleidoskop

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Kaleidoskop 1 Vier Gruppierungsmöglichkeiten mit verschiedener Wahrnehmung

1. Wenn Sie das Bild als Ganzes betrachten und mit mentaler Anstrengung die vier Zeilen einzeln gruppieren, beginnen sich die Streifen in diesen Zeilen ausschliesslich vertikal zu bewegen. Die Bewegungsrichtung ist in der ersten und in der dritten Zeile nach oben, in der zweiten und in der vierten nach unten gerichtet.

Kaleidoskop 2

2. Wenn Sie die einzelnen Spalten gruppieren, beginnen sich diese ausschliesslich horizontal zu bewegen. Die Streifen der ersten und dritten Spalte bewegen sich dann synchron nach links, die Streifen der übrigen Spalten nach rechts.

Kaleidoskop 3 3. Sie können die bisherigen Gruppierungen aufheben und in der Nähe der Bildecken vier punktförmige Quellen, aus denen schwarze oder weisse Rauten hervorquellen, sehen. Im Bildzentrum entsteht dann eine Senke, quasi ein «Schwarzes Loch», indem die Rauten verschwinden. Die Bewegungsrichtungen sind nun in allen Feldern diagonal gerichtet.
Kaleidoskop 4 4. Sie können die 16 Felder dieses Kaleidoskops auch schachbrettartig gruppieren, zum Beispiel das zweite und vierte Feld der ersten Zeile mit dem ersten und dritten der zweiten, usw. Acht solche Felder bilden dann wie bei einem Schachbrett eine etwas dunklere Gruppe, welche in der Regel im Vordergrund gesehen wird. Die übrigen Felder bilden den hellen Hintergrund. Welche Felder dunkel (respektiv etwas schwärzer und schärfer) und welche heller (respektiv unschärfer und mit einem Grauschleier überzogen) gesehen werden, hängt von der astigmatischen Deformation Ihrer Augen ab. Wenn Sie das Bild oder Ihren Kopf um die Blickrichtung drehen, wechselt in der Regel das Rollenspiel mit hell und dunkel. Falls sich die Schachbrettgruppierung bei Ihnen nicht bilden sollten, können Sie mit leicht zugekniffenen Augen diesen vierten Sehversuch wiederholen.
Zur Rot-Grün-Darstellung der fliessenden Streifen
Wenn Sie den Schalter betätigen, werden Schwarz und Weiss durch Rot und Grün ersetzt. Wählen Sie einen genügend grossen Abstand zum Bildschirm und drehen Sie diesen ein wenig, bis Ihnen die Helligkeiten der beiden Farben etwa gleich erscheinen. (Rot und Grün haben an jedem Bildschirm verschiedene, mit dem Einfallswinkel variierende Reflexionseigenschaften.)
Die im Zentrum verschwindenden Rauten sehen Sie in der Regel einigermassen deutlich, allerdings mit einer scheinbar reduzierten Fliessgeschwindigkeit. Die vier Quellen der Bildecken hingegen sprudeln nicht mehr so kräftig wie im Schwarz-Weiss-Bild. Bisweilen scheinen diese Quellen sogar zu versiegen. Auch das mentale Umgruppieren mit dem damit verknüpften Richtungswechsel der wahrgenommenen Fliessbewegung innerhalb der 16 Felder gelingt nur bedingt. Die Schachbrettvariante 4 entfällt ganz.

Wie wird die Bewegung von Figuren erfasst?
Im V1 und in den höheren Arealen der Sehrinde existieren Nervenzellen, welche auf Bewegungsrichtungen und Schnelligkeiten von Bildpunkten reagieren. Andere neuronale Schaltkreise suchen korrespondierende Punkte in aufeinanderfolgenden Bildern. Aus den Schnelligkeiten von zwei korrespondierenden Punkten und ihrer Lage im Raum kann unser Sehsystem eine lokale Geschwindigkeit mit Richtung und Betrag ermitteln. Im Areal MT+ werden ganze Geschwindigkeitsfelder konstruiert. Dabei werden nicht alle registrierten lokalen Geschwindigkeiten berücksichtigt. Durch Gruppierung entstehen (in einem sequenziellen Prozess zwischen dem V1 und dem MT+) Figur und Grund (siehe Spot21). Dieser Prozess besitzt einen Top-down-Input. Sie können Regie führen und mitentscheiden, wie die Bildinformation gruppiert werden soll. Die prägnanten Punkte am Rand einer Figur werden in erster Linie zur Konstruktion des Bewegungsablaufes der Figur verwendet. An verschiedenen Abschnitten eines Randes können verschiedene Geschwindigkeiten registriert werden. Diese werden als Komponenten der zu konstruierenden momentanen Geschwindigkeit der Figur eingestuft (etwas genauer: als Normalkomponenten in Richtung des betreffenden Randabschnittes). Eine komplexe Figur mit Relativbewegung zwischen einzelnen Teilen wird zunächst in Objektteile zerlegt (siehe Spot21).

Grundproblem der ambivalenten Bewegungswahrnehmung
Der folgende Film zeigt einen Ausschnitt des Titelfilms und lässt drei verschiedene Bewegungswahrnehmungen zu.

Das bewegliche Streifenfeld wird als Teil einer Figur, welche durch die quadratische Apertur beobachtet werden kann, gedeutet. Die Information über den Bewegungszustand ist, weil der reale Rand der Figur nicht sichtbar ist, unvollständig (vgl. auch Spot20, Attacke 5). Die Interpretation der Bewegung ist deshalb mehrdeutig. Wenn Sie das Bild beispielsweise am unteren Rand der Apertur zu lesen beginnen, registriert Ihr Sehsystem korrespondierende Punkte an diesem Rand, und die Bewegung der teilweise verdeckten Streifenfigur wird horizontal wahrgenommen. Wenn Sie aber am vertikalen Rand zu lesen beginnen, konstruieren Sie eine vertikale Geschwindigkeit für das Streifenfeld. Sie können aber auch an einer Ecke zu lesen beginnen und die korrespondierenden Punkte der beiden anschliessenden Kanten auswerten. Die beiden in diesem Versuch gleichwertigen Geschwindigkeitskomponenten werden dann für die Wahrnehmung zu einem diagonalen Geschwindigkeitsvektor kombiniert. Damit verfügen Sie über drei Wahrnehmungsvarianten. Sie haben die Möglichkeit, Top-down-Input auszulösen, respektiv Regie zu führen.

Vier mögliche Wahrnehmungen des beweglichen Kaleidoskops
Das Gruppieren der Objektteile im Titelfilm erfolgt mit Top-down-Input und zwar, wie dieser Versuch eindrücklich zeigt, noch vor der Konstruktion der Bewegungsfelder im Areal MT+.

  • Bei der Gruppierungsmöglichkeit 1) dominieren die horizontalen Ränder der vier Objektteile und liefern dominante korrespondierende Punkte für die anschliessend wahrgenommene Vertikalbewegung.
  • Bei der Möglichkeit 2) dominieren entsprechend die vertikalen Ränder und liefern horizontale Geschwindigkeiten der vier Objektteile.
  • Bei der Möglichkeit 3) sind die je vier Felder umschliessenden gleichlangen horizontalen und vertikalen Kanten gleichwertige Lieferanten von korrespondierenden Punkten. Die in Ihrem Kopf konstruierten Geschwindigkeiten sind deshalb diagonal.
  • Die Schachbrettvariante 4) basiert auf einer mit quadratischen Löchern versehenen Figur, welche, sofern diese von Ihnen schachbrettartig gruppiert wurde, auch als zusammenhängende Struktur vor einem in der anderen Diagonalenrichtung schraffierten und fliessenden Hintergrund gesehen werden kann.
Bewegliche Bilder ohne Helligkeitskontrast widersetzen sich einer präzisen und schnellen Bewegungswahrnehmung
Die Rot-Grün-Variante des Titelfilms erfährt aus folgenden Gründen eine reduzierte Wahrnehmung mit relativ langsamem Bildaufbau:
Die Analyse von periodischen Strukturen und komplexen Mustern erfolgt im beinahe farbenblinden Wo-Kanal, welcher die höheren visuellen Areale im Bereich des Scheitellappens umfasst. In diesem Kanal entsteht der in Vorder-, Mittel- und Hintergrund strukturierte Raum mit allen verfügbaren Koordinaten der im sogenannten Was-Kanal sequenziell analysierten Bildobjekte. Eine Verarbeitung des Rot-Grün-Bildes ist wegen fehlendem Helligkeitskontrast in diesem Kanal nur bedingt möglich. Die Leistungen unseres Sehsystems sind glücklicherweise redundant. In der Not werden die einzelnen Bilder dieses Films im langsam und sequenziell arbeitenden Was-Kanal verarbeitet, welcher visuelle Areale der beiden Schläfenlappen umfasst. Periphere Teile des Gesichtsfeldes werden, weil sich dieser Kanal vor allem auf die Auswertung von Fovea-Bilder spezialisiert hat, vernachlässigt. Der Was- und der Wo-Kanal senden ihre Ergebnisse unter anderem dem sogenannten Wann-Kanal, welcher die Areale MT+ umfasst und oberhalb des Wo-Kanals verläuft. Hier werden Ort und Zeit verknüpft und Bewegungsabläufe von Objekten sowie Fliessfelder konstruiert. Der Rot-Grün-Film wird, weil der Input des schnellen Wo-Kanals in diesem Fall rudimentär ist, nur schleppend registriert, Ort und Zeit werden unpräzis verknüpft, Fliessfelder der Peripherie werden nur bruchstückweise und mangelhaft erstellt. Die registrierten Schnelligkeiten werden infolge des verlangsamten Bildaufbaus unterschätzt.
Das nächste Filmexperiment zeigt eine horizontale rechteckige Apertur mit dominierenden horizontalen Kanten, welche Geschwindigkeiten von korrespondierenden Punkte liefern und deshalb die Streifen in der Wahrnehmung nur noch horizontal gleiten lassen.
Es ist nun selbsterklärend, weshalb die in allen Filmen identisch inszenierten Streifen im nächsten Film in vertikaler Richtung zu gleiten scheinen:
Bei der dreieckig ausgebildeten Apertur des letzten Filmes entsteht wieder eine ambivalente Wahrnehmung:
Zum dritten Film mit einer dreieckigen Apertur

An allen Dreieckkanten werden korrespondierende Punkte mit ihren Geschwindigkeitskomponenten erfasst und auf mehrere Varianten zu einem ebenen Geschwindigkeitsvektor zusammengebaut. Eine der drei Messungen ist überflüssig und widerspricht ausserdem den beiden andern Messungen. Die Annahme der korrespondierenden Punkte ist, abgesehen vom Spezialfall mit Streifen welche sich in der Realität exakt in Kantenrichtung bewegenden, falsch. Der wirkliche Rand der sich hinter der Apertur bewegenden Streifenfigur ist ja leider unbekannt. Unser Sehsystem reagiert in der Not pragmatisch und begnügt sich mit Messpunkten am Aperturrand.
Die drei Messungen werden verschieden bewertet. An Kanten, an denen die Streifen langsam zu gleiten scheinen und an denen die Distanzen zwischen korrespondierenden Punkten deshalb kurz sind, haben die Messungen ein grösseres Gewicht. Lenken Sie zum Test Ihre Aufmerksamkeit bewusst auf zwei von den drei Kanten und überprüfen Sie die verschiedenen möglichen Geschwindigkeitskonstruktionen aus zwei verschieden gewichteten Geschwindigkeitskomponenten. Bei sehr schnell gleitenden Streifen (schleifende Schnitte zwischen Streifen und Aperturkanten) werden die Messdaten in der Regel ganz unterdrückt. Die Verschiebung von korrespondierenden Punkten in aufeinanderfolgenden Bildern darf nämlich nicht zu gross sein, wenn die Zuordnung der Punkte mit einer anschliessenden neuronalen Erfassung der Geschwindigkeitskomponente gelingen soll.

Literatur:
[1] Wallach, H. (1935) Über visuell wahrgenommene Bewegungsrichtung.
Psychologische Forschung 20, 325-380
[2] Movshon, J.A., Adelson, E.H., Gizzi, M.S., Newsome, W.T. (1985)
The analysis of moving visual patterns
In: Chagas, C., Gattass, R., Gross, C.
Pattern recognition mechanism 117-151, New York, Springer.
19.11.2005