Wie Erstellen und Verwenden von Binocular Rivalry

Jedes unserer Augen sieht normalerweise ein leicht unterschiedliches Bild, und das Gehirn kombiniert diese beiden Bilder zu einer einzigen, kohärenten Darstellung. Wenn den Augen jedoch Bilder präsentiert werden, die hinreichend voneinander abweichen, tritt ein Muster wechselnder Wahrnehmung auf, bei dem ein Bild das Bewusstsein beherrscht, während das andere unterdrückt wird. Die Dominanz wechselt typischerweise alle paar Sekunden zwischen den beiden Bildern.

Dieses wahrnehmbare Phänomen wird als binokulare Rivalität bezeichnet. Um einen Reiz für die binokulare Rivalität zu erzeugen, wird jedem Auge ein unterschiedliches Bild am gleichen wahrgenommenen Ort präsentiert. In diesem Video werden mehrere kostengünstige und einfache Methoden beschrieben, um binokulare Rivalität zu erzeugen und anzuwenden.

Hallo, ich bin David Carmel. Ich bin Postdoktorand an der Abteilung für Psychologie der New York University. Hallo, ich bin Mike Arca und ich bin Doktorand an der Abteilung für Psychologie der Princeton University.

In diesem Video beschreiben wir einige kostengünstige und einfache Methoden, um binokulare Rivalität zu erzeugen und zu nutzen. Binokulare Rivalität gilt als nützlich für die Untersuchung der Wahrnehmungsselektion und des Bewusstseins sowohl bei menschlichen als auch bei tierischen Modellen, da unveränderte Reize für jedes Auge zu wechselnden Zuständen der visuellen Wahrnehmung führen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, binokulare Rivalität zu erzeugen; Einsteiger im Fachgebiet sind jedoch häufig unsicher, welche Methode ihren spezifischen Anforderungen am besten entspricht.

Unser Ziel hier ist es, die Vor- und Nachteile der gebräuchlichsten Methoden zu beschreiben. Beginnen wir also. Die binokulare Rivalität kann dadurch hervorgerufen werden, dass jedem Auge an entsprechenden Netzhautstellen ein unvereinbar unterschiedliches Bild präsentiert wird, anstatt eines einzelnen kombinierten Bildes. Was Beobachter normalerweise wahrnehmen, ist ein Muster wechselnder Wahrnehmungen, bei dem das Bild jedes Auges für einen bestimmten Zeitraum die bewusste Wahrnehmung dominiert, während das Bild des anderen Auges unterdrückt wird.

Phasen der Dominanz und Unterdrückung wechseln sich periodisch ab, wobei nur kurze Phasen der gemischten Wahrnehmung auftreten. Mit Hilfe des binokularen Rivalitätsphänomens können mehrere wichtige Fragen untersucht werden, beispielsweise in welchen Stadien der visuellen Verarbeitungshierarchie neuronale Ereignisse mit dem bewussten Erleben korrelieren. Wie löst das Gehirn den Wettbewerb zwischen Reizen auf und entscheidet, welcher in das Bewusstsein gelangt?

Welche Aspekte eines Bildes, das der Wahrnehmung entzogen wird, können dennoch verarbeitet werden, und wie kann eine solche Verarbeitung das Verhalten beeinflussen? Es gibt mehrere einfache Methoden, um eine binokulare Rivalität darzustellen. In diesem Video werden die gebräuchlichsten Methoden beschrieben, einschließlich der jeweiligen Vor- und Nachteile jeder Methode.

Bevor wir auf die Methoden eingehen, müssen wir das Problem der Aufrechterhaltung stabiler Fixationen während Experimenten zur binokularen Rivalität ansprechen. Bevor wir auf spezifische Methoden zur Erzeugung von Rivalität eingehen, ist es wichtig, das Thema stabiler Fixationen zu erwähnen, das bei allen beschriebenen Methoden eine entscheidende Rolle spielt. Normalerweise drehen sich unsere Augen oder führen Fixationsbewegungen auf eine Weise aus, dass dasselbe fixierte Bild auf jede Fovea fällt.

Jedoch hängt ein erfolgreicher Wettstreit davon ab, dass jedes Auge dieselben Dinge sieht. Wenn jedem Auge ein völlig anderes Bild präsentiert wird, wird der Wettstreit gestört sein, da das Gehirn nicht genügend Informationen erhält, um den korrekten Winkel des Wettstreits zu bestimmen. Dies kann den binokularen Wettstreit stören, da die beiden Bilder möglicherweise nicht auf entsprechende Netzhautstellen fallen.

Daher sollte die Darstellung neben den unterschiedlichen Bildern Elemente enthalten, die für beide Augen identisch sind. Dies ermöglicht es den Augen, einen stabilen Blick aufrechtzuerhalten, trotz der Unterschiede zwischen den konkurrierenden Bildinhalten. Üblicherweise umfassen solche stabilisierenden identischen Elemente einen Fixationspunkt in der Mitte der konkurrierenden Bilder sowie einen Rahmen um die Bilder herum.

Der Rahmen kann entweder einheitlich oder strukturiert sein und jede Form aufweisen, solange er in beiden Augen identisch ist. Unkorrelierte horizontale Augenbewegungen treten häufiger auf als vertikale. Daher kann anstelle eines vollständigen Rahmens ein strukturierter Balken auf jeder Seite der einzelnen Bilder verwendet werden.

Schließlich kann ein Rahmen in einigen Studien unerwünscht sein. Wenn beispielsweise das Experiment vorschreibt, dass Reize auf einem einheitlichen Hintergrund erscheinen müssen, ist es in solchen Fällen möglich, NUNUs-Linien oder ein Bild zu verwenden, das weiter außen vom Reiz entfernt erscheint, wie etwa Dartscheiben-Ringe. Nun betrachten wir, wie man binokulare Rivalität hervorruft.

Hier werden wir drei kostengünstige und unkomplizierte Optionen betrachten, darunter rote und blaue Schutzbrillen, das Spiegelstereoskop und Prismenbrillen unter Verwendung chromatischer Schutzbrillen. Entweder rot und blau oder rot und grün – diese Methode ist bei vielen Forschern beliebt, da sie am einfachsten und preiswertesten umzusetzen ist; alles, was man benötigt, ist eine Schutzbrille aus Zellophan, die in vielen Spielzeuggeschäften erhältlich ist. Hier werden wir rote und blaue Schutzbrillen verwenden, indem wir ein Bild vorbereiten, das ausschließlich durch die blaue Elektronenkanone des Monitors dargestellt wird, und ein weiteres Bild, das an derselben Stelle auf dem Bildschirm ausschließlich durch die rote Elektronenkanone dargestellt wird. Jede der Linsen lässt nur eines der Bilder durch, sodass die beiden unterschiedlichen Bilder auf entsprechende Netzhautstellen in den beiden Augen fallen und miteinander in Konkurrenz treten.

Die beiden Bilder sollten identische Informationen enthalten, wie beispielsweise einen Rahmen oder einen Fixationspunkt, um stabile Sehbedingungen zu gewährleisten. Diese identischen Elemente sollten in einer Farbe gehalten sein, die von beiden Linsen durchgelassen wird, beispielsweise Schwarz oder Weiß. Beachten Sie, dass diese Technik nichts mit Farbsehen zu tun hat.

Die Farben dienen lediglich dazu, die beiden Bilder jeweils einem Auge zuzuweisen. Dies sollte auch bei Beobachtern mit abnormer Farbwahrnehmung funktionieren. Zu den Vorteilen der Verwendung von Rot-Blau-Brillen gehört, dass die Ausrüstung sehr kostengünstig ist und die Stimuli sehr einfach herzustellen sind.

Rote-blaue Brille kann problemlos mit allen neurobildgebenden Verfahren, einschließlich der MRT, verwendet werden. Außerdem erfordern rote-blaue Brillen keine Stabilisierung des Kopfes oder individuelle Einstellung des Betrachtungsgeräts für jeden Beobachter. Zu den Nachteilen gehört, dass jedes Bild nur Schattierungen einer einzelnen Farbe enthalten kann, weshalb keine chromatischen Stimuli möglich sind.

Die Linsen sind nicht perfekt, daher kommt es immer zu einer gewissen Übersprechen, und jedes Auge sieht einen Teil des Bildes des anderen Auges. Dies führt zu einem Problem bei der Behauptung, das unterdrückte Bild sei vollständig unbemerkt geblieben. Übersprechen kann reduziert werden, indem mehr als ein Filter verwendet wird.

Beispielsweise funktionieren zwei übereinander getragene Schutzbrillen und schließlich auch Rot-Blau-Brillen nicht gut mit den meisten aktuellen Eye-Trackern. Gehen wir nun zur Spiegel-Stereoskop-Methode über. Mithilfe von Spiegeln lässt sich einfach erreichen, dass jedes Auge des Beobachters ein unterschiedliches Bild erhält.

Bereiten Sie zunächst zwei verschiedene Bilder vor, die einige identische Elemente aufweisen, und zeigen Sie diese nebeneinander auf einem Monitor an. Ein Spiegel-Stereoskop ist einfach zu konstruieren; dazu benötigt man lediglich vier Spiegel und Halterungen, um sie in Position zu montieren. Platzieren Sie zwei Spiegel so, dass sich jeweils einer in der Nähe eines Auges befindet und in einem Winkel von 45 Grad zur Sichtachse dieses Auges steht. Verwenden Sie eine Kinnauflage, um die Position des Kopfes des Beobachters zu stabilisieren.

Platzieren Sie einen weiteren Spiegel auf jeder Seite der beiden ersten Spiegel, die unter einem Winkel von 45 Grad auf die Reize gerichtet sind, sodass jedes Bild an einer entsprechenden Stelle in jedem Auge liegt. Die unähnlichen Bilder sollten sich nun gegenseitig überlagern. In den meisten Fällen ist es praktisch, eines von mehreren im Handel erhältlichen Stereoskopen zu verwenden.

Die Augen jedes Beobachters unterscheiden sich geringfügig, daher kann es erforderlich sein, beim Platzieren eines Beobachters vor der Anzeige die Winkel des Spiegels anzupassen, um stabile virgins zu erhalten. Bei Verwendung eines Spiegel-Stereoskops ist es wichtig sicherzustellen, dass jedes Auge nur das Bild sieht, das für es bestimmt ist, und dass dieses Bild ausschließlich an der Stelle wahrgenommen wird, an der es mit dem anderen Bild konkurriert. In vielen Fällen hat jedes Auge zudem eine Sichtlinie zum Bild des anderen Auges.

Um diese unerwünschte Sichtlinie zu blockieren, platzieren Sie einen Trennsteg. Beispielsweise ein Stück Pappe, das sich von der Mittellinie des Stereoscops zwischen den Augen des Beobachters zur Mitte des Displays erstreckt und dabei die Sichtlinie zum Stimulus des anderen Auges blockiert. Ein zusätzliches Problem, das auftreten kann, ist, dass jedes Auge das Bild, das es sehen soll, möglicherweise zweifach wahrnimmt: einmal über den Spiegel und einmal direkt.

Dadurch erscheint neben der Stelle, an der die Rivalität auftritt, ein zusätzliches Bild jedes Reizes. Um dies zu vermeiden, passen Sie das Verhältnis zwischen der Bildposition und dem Abstand des Beobachters zum Bildschirm an. Um diese Anpassungen vor Beginn des Experiments vorzunehmen, bereiten Sie ein Bild vor, das nur die Teile der Darstellung zeigt, die auf beiden Bildern identisch sind, und das verwendet wird, um das Stereoskop für jeden Beobachter einzurichten, bevor der Rivalitätsreiz dargestellt wird.

Die Vorteile der Verwendung von Spiegelstereoskopen bestehen darin, dass separate Bilder die Verwendung chromatischer Reize ermöglichen. Die Bilder sind vollständig getrennt und können nicht ineinander übergehen. Die Reizpräsentation ist einfach und unkompliziert.

Zwei beliebige Bilder, die nebeneinander präsentiert werden, können miteinander konkurrieren. Schließlich können Stereoskope in Kombination mit Eye-Tracking verwendet werden. Zu den Nachteilen gehört, dass Stereoskope nur die Präsentation relativ kleiner Reize erlauben, da jeweils nur die Hälfte des Gesichtsfelds zur Darstellung eines Bildes genutzt werden kann.

Stereoskope können in einem MRT-Scanner nur schwer verwendet werden, da alle Bestandteile des Stereoskops nichtmagnetisch sein müssten, und die Aufbauten müssten außerdem die zusätzliche Neigung des Spiegels berücksichtigen, durch den die Reize im Scanner normalerweise betrachtet werden. Außerdem erfordern Stereoskope eine Stabilisierung des Kopfes und eine individuelle Einstellung für jeden Beobachter. Nun schauen wir uns an, wie Prismenbrillen verwendet werden.

Die Prismen-Brillen-Methode ist eine Abwandlung des Stereoscops, bei dem Brillen mit Prismen anstelle von Spiegeln verwendet werden. Wie bei einem Spiegel-Stereoskop werden die stereoskopischen Bilder nebeneinander auf einem Monitor dargestellt. Prismenlinsen können zusammen mit Kunststoffrahmen von jedem kommerziellen Optiklieferanten bezogen werden.

Jedes der Prismen bricht das Licht, wodurch Objekte, die seitlich versetzt sind, geradeaus zu liegen scheinen. Zwei derartige, in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete Prismen wirken genauso wie ein Spiegel. Würde ein Stereoskop die Illusion erzeugen, dass zwei Bilder, die tatsächlich physisch nebeneinander liegen, sich im Raum überlappen?

Beachten Sie, dass beim Einsatz von Prismenbrillen weiterhin ein Trenner verwendet werden muss, da jedes Auge das Bild des anderen Auges sehen kann. Der Abstand und die Größe der Anzeige müssen jedoch nicht angepasst werden, da jedes Bild nur eine Sichtlinie zu jedem Auge hat. Die Vor- und Nachteile von Prismenbrillen ähneln denen von Spiegelstereoskopen, mit einem großen Unterschied.

Prismenbrillen sind leicht im MRT-Scanner zu verwenden, da sie aus Kunststoff hergestellt werden können und kompakter als ein Spiegel-Stereoskop sind. Nun sehen wir uns an, wie eine vollständige Unterdrückung der Bilder sichergestellt werden kann, um Forschungsfragen bezüglich der Verarbeitung des unterdrückten Bildes zu beantworten. Bei Experimenten zur binokularen Rivalität eignet sich eine starke Form der Rivalität, die als kontinuierliche Blitzunterdrückung oder kurz CFS bezeichnet wird, am besten, um einen CFS-Reiz zu erzeugen.

Zeigen Sie einem Auge ein Bild mit relativ niedrigem Kontrast. Dies wird das unterdrückte Bild sein. Zeigen Sie dem anderen Auge ein Bild mit hohem Kontrast und schnellen Wechseln.

Diese wird die dominante CFS-Maske sein, um maximale Wirksamkeit zu erzielen. Die CFS-Maske sollte mit einer Frequenz zwischen 10 und 20 Hertz wechseln. CFS kann mit allen zuvor in diesem Video beschriebenen Rivalitätsmethoden erzeugt werden, wenn ein Spiegel-Stereoskop oder Prismenbrille verwendet wird.

Eine CFS-Maske, die aus vielen kleinen, bunten Elementen besteht, ist äußerst wirksam. Allerdings kann eine CFS-Maske, die aus Graustufen-Elementen besteht, ebenfalls wirksam sein, wenn rote und blaue Schutzbrillen verwendet werden. Die CFS-Maske kann aus vielen Elementen bestehen, die alle dieselbe Farbe aufweisen.

Wenn Sie sich dieses Video mit Rot-Blau-Brille ansehen, werden Sie vermutlich eine starke Farbdurchmischung wahrnehmen, da die Videokomprimierung durchlaufen wurde, um die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Unterdrückung zu maximieren. Stellen Sie vor Beginn des Experiments den Kontrast der unterdrückten Bildhälfte ein. Die Wechsel zwischen dominierendem und unterdrücktem Bild sind üblicherweise schrittweise und können recht langsam sein, was bedeutet, dass ein erheblicher Teil der Betrachtungszeit von Mischphasen eingenommen wird.

Die spezifische Form gemischter Phasen variiert zwischen Beobachtern und unterschiedlichen Reizen. Hier sind zwei häufige Formen gemischter Phasen dargestellt. Erstens kann bei einem stückweisen Wettstreit eine gemischte Phase aus dem unterdrückten Bild bestehen, das schrittweise dominant wird, indem eine zunehmende Anzahl dominanter Bereiche über den Reiz verteilt erscheint.

Zweitens kann eine Mischphase auch durch eine Welle der Dominanz entstehen, die sich über das Bild zieht. Um eine solche Welle hervorzurufen, führen Sie eine Kontrasterhöhung in einem bestimmten Bereich des unterdrückten Bildes ein. Alternierungen beim binokularen Rivalität treten in zufälligen, unabhängigen Zeitabständen auf.

Dies bedeutet, dass die Dauer des letzten Dominanzintervalls nicht vorhersagt, wie lange das nächste sein wird. Wenn die Dominanzdauern in Klassen mit gleicher Breite unterteilt werden, neigt ein Histogramm, das zeigt, wie viele dominante Dauern jeder Länge auftraten, dazu, gut durch eine schiefe Verteilung, bekannt als Gammaverteilung, beschrieben zu werden.

Die Auswirkungen experimenteller Manipulationen auf Dauer und Wettstreit zeigen sich in der Form der am besten passenden Gammaverteilungsfunktion unter jeder Bedingung. Es werden viele verschiedene Dominanzdauern auftreten, doch die Wahrscheinlichkeit dieser kann durch die Manipulationsfaktoren wie die beiden Bilder verändert werden. Niedrigstufige Merkmale beeinflussen die relativen Dauern ihrer Dominanz- und Unterdrückungsphasen.

Wenn sich beispielsweise zwei Bilder hinsichtlich des Kontrasts unterscheiden, weist das Bild mit dem höheren Kontrast längere Dominanzdauern auf, was zu einer am besten passenden Gammaverteilung mit einem größeren Median führt. Außerdem können unterschiedliche Beobachter für denselben Reizsatz verschiedene Gammaverteilungen ergeben. Es ist möglich, die Parameter der Gammafunktion als abhängige Variablen in einem Experiment zu verwenden, jedoch ist der Zusammenhang zwischen diesen Parametern und der Form der Verteilung nicht unmittelbar ersichtlich.

Daher kann ein leichter zugängliches Maß der zentralen Tendenz nützlich sein. Da die Gammaverteilung jedoch stark schief sein kann, ist die mediane Dauer häufig repräsentativer für die Ergebnisse als der Mittelwert. Die Verwendung des Medians einer nicht-gaußförmigen Verteilung bedeutet außerdem, dass, sofern nicht eine große Anzahl von Datenpunkten vorliegt, die geeigneten statistischen Tests nichtparametrisch sein sollten.

In diesem Video haben wir die Natur der binokularen Rivalität, mehrere Methoden zu ihrer Erzeugung sowie die Überlegungen beschrieben, die berücksichtigt werden müssen, wenn dieses Phänomen verwendet wird. Wir hoffen, dass Ihnen unsere Einführung bei der Anwendung dieses faszinierenden Phänomens hilfreich ist.