Forschungsschwerpunkte

Einführung

Unsere Forschung beschäftigt sich mit dem Verstehen visueller Informationsverarbeitung während visuellen und motorischen Entscheidungen. In unserem Labor in Gießen haben wir Versuchsanordnungen und Messinstrumente für Studien der visuellen Wahrnehmung (Farbwahrnehmung und Wahrnehmung natürlicher Szenen) und sensori-motor Koordination, inklusive modernstem Equipment für Eye-Tracking (EyeLinkII, DPI Eyetracker), Bewegungsanalyse (Optotrak-3020 System, Zebris Tracking System) und für die Manipulation visuell-propriozeptiver Informationen (PHANToM-force feedback device).

Derzeit verwenden wir primär psychophysikalische Methoden, aber zukünftige Forschungsfragen sollen außerdem auf das Studium der neuronalen Korrelate sensori-motorischer Kontrolle ausgerichtet sein. Kollaborationen wurden mit dem Graduierten-Programm „Neuronal Representation and Action Control“ mit der Abteilung für Neurophysik und der Abteilung für experimentelle und klinische Biopsychologie der Philipps-Universität Marburg eingerichtet.

Zusätzlich nimmt unser Labor an nationalen und internationalen Kooperationen teil, die darauf ausgerichtet sind, behaviorale und neuronale Aspekte sensori-motorischer Kontrolle zu erforschen (Forschungs-Trainings-Netzwerk Perception for Recognition and Action gefördert von der europäischen Komitee; Forschungsverbund MODKOG, gefördert von der BMBF).

Forschungsgebiete

Farbwahrnehmung

Die Wahrnehmung von Farben ist eine zentrale Komponente der visuellen Wahrnehmung. Farbe erleichtert die Wahrnehumng und das Wiedererkennen von Objekten und spielt eine wichtige Rolle in der Szenensegmentierung und dem visuellem Gedächtnis. Aktuelle Studien zeigen dass Farbe nicht isoliert, sondern gemeinsam mit Informationen über Helligkeit und visueller Form verarbeitet wird, um eine möglichst genaue und robuste Repräsentation der visuellen Welt zu erreichen. Dabei spielen höhere kortikal e Mechanismen der Farbwahrnehmung eine entscheidende Rolle.

• Hansen, T., & Gegenfurtner, K. R. (2006). Higher level chromatic mechanisms for image segmentation. Journal of Vision, 6(3), 239–259. [PDF]
• Hansen, T., Olkkonen, M., Walter, S. & Gegenfurtner, K. R. (2006). Memory modulates color appearance. Nature Neuroscience, 9(11), 1367–1368.
• Gegenfurtner, K.R. (2003) Cortical mechanisms of colour vision. Nature Reviews Neuroscience, 4, 563-572. [PDF]
• Gegenfurtner, K.R. & Kiper, D.C. (2003) Color vision. Annual Review of Neuroscience, 26, 181-206.[PDF]

Haptische Wahrnehmung

Haptische Wahrnehmung ist von Natur aus eher aktiv als passiv. Sie besteht im Wesentlichen aus der aktiven Aufnahme sensorischer Information via explorativen Bewegungen. Dort wo, beispielsweise bei der der visuellen Wahrnehmung Augenbewegungen der Reorientierung der Fovea in Richtung der Stimuli „of interest“ dienen, sind es beim aktiven Berühren die explorativen (Hand-) Bewegungen die das Percept generierende sensorische Signal ermöglichen. In quantitativen Studien, untersuchen wir, was die Konsequenzen explorativer Bewegungen für die haptische Wahrnehmung sind und nach welchen Kriterien wir unsere explorativen Bewegungen kontrollieren. Des Weiteren untersuchen Studien die Kombination der Haptik mit visuellen oder auditorischen Informationen mit Hinblick auf entwicklungspsychologische Fragestellungen (in Kooperation mit Dr. Jovanovic aus der Entwicklungspsychologie), seine begrenzenden Bedingungen (in Kooperation mit Matthias Bischoff vom BION) und der multimodalen Führung von motorischem Timing.

• Drewing, K., & Ernst, M.O. (2006). Integration of force and position cues for shape perception through active touch. Brain Research 1078, 92-100.
• Drewing, K. (2006). Integration of tactile-kinesthetic and auditory (re-)afference in the timing of movements. Proceedings of the Eurohaptics international conference 2006, 43-48.

Wahrnehmung und Augenbewegungen in natürlichen Szenen

Wir studieren die Prinzipien die der Selektion von Fixationszielreizen unter natürlichen visuellen Bedingungen zugrunde liegen. Wir untersuchen Fixationsmuster und sakkadische Verzögerungen in den Augenbewegungen von Probanden bei Präsentation natürlicher Bilder und Videos natürlicher Szenen und fragen, wie Stimuluseigenschaften wie Kontrast, Farbe und räumlich-frequenzieller Inhalt mit top-down mediierten Erwartungen interagieren.

• Thorpe, S., Gegenfurtner, K.R., Fabre-Thorpe, M. & Bülthoff, H.H. (2001) Detection of animals in natural images using far peripheral vision. European Journal of Neuroscience, 14, 869-876. <Get PDF file>
• Gegenfurtner, K.R. & Rieger, J. (2000) Sensory and cognitive contributions of color to the perception of natural scenes.Current Biology, 10, 805-808. <Get PDF file>

Augenbewegungen und Wahrnehmung

Menschen bewegen ihre Augen, entweder um eine neue Lokation im visuellen Feld zu fixieren (sakkadische Augenbewegungen), oder um die Fixation auf ein sich bewegendes Objekt beizubehalten (glatte verfolgende Augenbewegungen). Diese Augenbewegungen verursachen zwei Probleme: Erstens muss eine genaue Zielorientierung und Ausführungszeit für die Augenbewegungen errechnet werden. Deshalb untersuchen wir, welche visuellen Signale verwendet werden, um diese Augenbewegungen zu steuern, d.h. wie visuelle Wahrnehmung die Kontrolle über Augenbewegungen beeinflusst. Zweitens ändert die Ausführung von Augenbewegungen das visuelle Bild auf der Retina. Damit eine klare und stabile Wahrnehmung der Umwelt beibehalten werden kann, muss das visuelle System diese Retinalbildbewegung verrechnen können. In diesem Kontext untersuchen wir, wie visuelle Wahrnehmung von der Ausführung mitlaufender Augenbewegungen beeinflusst ist.

Unser experimenteller Ansatz verbindet psychophysikalische Maße mit dem Tracking von Augenbewegungen, um die bidirektionale Verbindung zwischen der Wahrnehmung und den Augenbewegungen untersuchen.

• Schütz, A.C., Braun, D.I., Kerzel, D. & Gegenfurtner, K.R. (2008) Improved visual sensitivity during smooth pursuit eye movements. Nature Neuroscience, 11, 1211-1216.
• Spering, M. & Gegenfurtner, K.R. (2008). Contextual effects on motion perception and smooth pursuit eye movements. Brain Research, 1225, 76-85.
• White, B.J., Stritzke, M. & Gegenfurtner, K.R. (2008) Saccadic facilitation in natural backgrounds. Current Biology, 18, 124-128.
  

Visuell geleitetes Bewegungsverhalten

Wir untersuchen die komplexen Mechanismen, die in die Interaktionen von Menschen mit ihrer Umwelt involviert sind. Die Vielseitigkeit des menschlichen visuo-motorischen Systems kann illustriert werden, wenn wir uns die Einfachheit ansehen, mit der wir alltägliche Aufgaben wie das Greifen nach Objekten unter variierenden visuellen Inputbedingungen. Zum Beispiel können wir einfach fragile Objekte wie Eier greifen (oder sogar erlernen diese zu jonglieren). Auf der anderen Seite ist es immer noch sehr schwierig technische Systeme zu entwickeln, die auch nur ein Subset der Möglichkeiten des menschlichen motorischen Systems erfassen können.

Eine der Fragen, die wir in den letzten Jahren intensiv untersucht haben ist, ob die visuelle Leitung motorischen Verhaltens durch andere Prozesse (und neuronale Substrate) als unsere bewusste (visuelle) Wahrnehmung erreicht werden. Studien an neurologischen Patienten implizieren solch eine Arbeitstrennung im menschlichen Gehirn und es wird impliziert, dass diese Dissoziation zwischen Vision für Aktion und Vision für Wahrnehmung außerdem im gesunden menschlichen Gehirn gefunden werden kann. Diese Ansicht erfährt Unterstützung von Studien, die herausfanden, dass Greifen weniger stark von visuellen Illusionen als die Wahrnehmung beeinflusst wird. Unsere Resultate sind hierzu konträr und zeigen, dass das motorische System sehr ähnliche Prozesse und neuronale Signale als visuelle Wahrnehmung benutzt. Das impliziert, dass das Gehirn kohärenter ist, als derzeit von einigen Theorien angenommen und vorgeschlagen.

Wir verwenden ein Optotrak 3020 System, um präzise Position und Timing von Greifen und Positionierungsbewegungen zu messen. Um das Optotrak zu steuern verwenden wir eine spezielle Matlab Toolbox (oder C++).

• V. H. Franz. Planning versus online control: Dynamic illusion effects in grasping? Spatial Vision, 16(3-4):211 - 223, 2003. [PDF]
• V. H. Franz. Action does not resist visual illusions. Trends in Cognitive Sciences, 5(11):457 - 459, 2001. [PDF]
• V. H. Franz, K. R. Gegenfurtner, H. H. Bülthoff, and M. Fahle. Grasping visual illusions: No evidence for a dissociation between perception and action. Psychological Science, 11(1):20 - 25, 2000. [PDF]