das sensorische gedächtnis beim hören
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Das sensorische Gedächtnis beim HörenDas sensorische Gedächtnis beim Hören
• Einleitung: Gedächtnismodelle
• Diskussion sensorischer Stimuli– Akategorialer auditiver Stimulus: weißes Rauschen
• Ähnlichkeiten auditives Gedächtnis / kategoriales KZG– Lebensdauer– Kapazität– Interferenz
• Gegenstand und Mechanismus des auditiven Gedächtnisses
• Auditives Gedächtnis bei Wüstenrennmäusen und Katzen
• Unterschiede auditives Gedächtnis / kategoriales KZG– rehearsal
Echogedächtnis Cowan (1984):
• kurzer auditiver Speicher:Phänomene bis 200 ms
Maskierung Informationsintegration Persistenz
• langer auditiver Speicher (ca. 10 s): Teilbericht Suffixeffekte periodisches Rauschen
Atkinson & Shiffrin (1968)
sensorische Registersensorische Register
KurzzeitgedächtnisKurzzeitgedächtnis
LangzeitgedächtnisLangzeitgedächtnis
Einleitung: GedächtnismodelleEinleitung: Gedächtnismodelle
Langzeitgedächtnis
• sensorische Areale• ...• ...• ...• semantische Areale
zentrale Exekutive
kurze sensorische Speicher
Aufmerk-samkeit
KZG
Shiffrin & Schneider (1977)Cowan (1988, 1995)
Ikone ...
kurze sensorische Speicher
sensorische
Areale
...
...
semantische
Areale
...
...
• sensorische Areale• ...• ...• ...• semantische Areale
kurze sensorische Speicher
Einleitung: GedächtnismodelleEinleitung: Gedächtnismodelle
• Das KZG ist eine Software, die auf unterschiedlicher Hardware läuft.
kurze sensorische Speicher
sensorische
Areale
...
...
semantische
Areale
...
...
Hypothesen (nach Cowan, 1988)
sensorisches Gedächtnis kategoriales KZG
Ähnlichkeiten und Unterschiede von Echogedächtnis und KZG
• Das Echogedächtnis ist KZG auf auditiven Arealen.
Stimuli für Experimente zum sensorischen Gedächtnis
Stimuli für Experimente zum sensorischen Gedächtnis
• eindimensionale Stimuli– visuell: Helligkeit, Orientierung, Länge...– auditiv: Lautstärke, Tonhöhe, ...
• wenigdimensionale Stimuli– visuell: Farbe, Shepard-Formen, ...– auditiv: Klangfarbe, amelodiöse Tonsequenzen, ...
• semantisches Material– visuell: Buchstaben, Silben, Worte– auditiv: Phoneme, Silben, Worte, Melodien, Akkorde
• komplexe, hochdimensionale, akategoriale Stimuli– visuell: Zufallspunktemuster, ...– auditiv: Rauschen
Akategorialer Stimulus: RauschenAkategorialer Stimulus: Rauschen
Zeit
Amplitude
Dt = 1/20000 sec|—|
Digitales weißes Rauschen
Zeit
AmplitudePeriodisches
weißes Rauschen
www.periodic-noise.de
= 3.141... e = 2.718...5 s = 100,000 Ziffern
e5 s = 10 x 10,000 Ziffern
Lebensdauer des EchogedächtnissesLebensdauer des Echogedächtnisses
0
50
100
0 5 10 15 20Periodenlänge [s]
Ric
htig
e D
ete
ktio
nen
[%] periodisches Rauschen
KZG Peterson & Peterson
0
50
100
0 5 10 15 20Periodenlänge [s]
Ric
htig
e D
ete
ktio
nen
[%] periodisches Rauschen
KZG Peterson & Peterson
• Maximale Zyklen für periodisches Rauschen– 20 VPn, Perioden 0.5 - 20 Sekunden, 3 Durchgänge
• Brown (1958) / Peterson & Peterson (1959):– Konsonantentrigramme wiedergeben,
während Behaltensintervall rückwärts zählen
B F
NTZ24035161
Lebensdauer für kategoriale InformationLebensdauer für kategoriale Information
• Sind Brown/Peterson&Peterson-Daten kategorial?
*C
*G
*D
*H
???
7564
0
20
40
60
80
100
0 3 6 9 12 15 18
Retentionsintervall [Sekunden]
Pro
zen
t ko
rrek
t
3 Zeilen 3-stellig, 7 s
2 Zeilen 4-stellig, 4 s
periodisches Rauschen
0
20
40
60
80
100
0 3 6 9 12 15 18
Retentionsintervall [Sekunden]
Pro
zen
t ko
rrek
t
3 Zeilen 3-stellig, 7 s
2 Zeilen 4-stellig, 4 s
periodisches Rauschen
zusammen mit Lutz Munka
KapazitätsbeschränkungKapazitätsbeschränkung
• Miller (1956): The magical number seven plus or minus two.• Cowan (2001): The magical number four in short-term memory.
– 10 VPn, Auswahl von ca. 10 optimalen 200-ms Segmenten pro VP– Präsentation als semiperiodisches Rauschen, Zyklen mit 3 - 5 Segmenten– Paarvergleich. Einzelversuch: 2 intakte Zyklen, 1. Test, intakter Zyklus, 2. Test– ohne (7783 EV) / mit (5454 EV) Randomisierung der Reihenfolge zwischen EV
A B C D E F A B C E A B C D E F A B C D E F
? 1 ? 2
A B C D E FDEF A BCDE F ACDE
50
100
0 1 2 3 4 5 6 7davon ausgetauscht
Pro
zen
t ko
rre
kt
3reg 3ran4reg 4ran5reg 5ran
Segmente im Zyklus:
-25
-20
-15
-10
-5
0
1 2 3 4 5 6Kapazität
log
(p(H
|R))
regulär zufälligModell mit 3 Parametern:– Kapazität, ganzzahlig– Zuverlässigkeit
des Einzelsegmentes– Zuverlässigkeit
der Gesamtantwortpost hoc Wahrscheinlichkeitfür Kapazität maximal bei 3
zusammen mit Lutz Munka
Daten post hoc Wahrscheinl.
InterferenzInterferenz• im klassischen „sensorischen Register“: hoch
– Averbach & Coriell (1961): Ikone überschreibbar
• im KZG (solange im Kapazitätslimit): niedrig
• im langen auditorischen Speicher: niedrig
0
50
100
keine visuelle auditive
Interferenz
Pro
zent
kor
rekt
Hauptaufgabe
Störaufgabe
Zufallsniveau
Hauptaufgabe (Ja/Nein)
Störaufgabe
Behaltensintervall: 8,25 s
Inhalte des EchogedächtnissesInhalte des Echogedächtnisses
• Was ist eigentlich der Erinnerungsgegenstand des Echogedächtnisses?
Gibt es Leben auf dem Mars?Gibt es Leben auf dem Mars?
MarszeichnungenMarszeichnungen
Leo Brenner, 1899Viking, 1976
Zufallsstimuli BasisperzepteZufallsstimuli Basisperzepte
???
Inhalte des EchogedächtnissesInhalte des Echogedächtnisses
• Verhalten: Spektrotemporale Optimalstimuli fürBasisperzepte in weißem Rauschen
• Neurophysiologie: Spektrotemporale rezeptive Felder in A1
a-b) de Charms, unpublished data, c-e) de Charms et al., 1998
0
1
2
3
4
5
6
7
-150 -50 50
oct
ave
s a
bo
ve 1
10
Hz
ms
0
1
2
3
4
5
6
7
0 100 200
oct
ave
s a
bo
ve 7
5 H
z
ms
• EEG: Frühe temporaleAktivierung
Mechanismen des EchogedächtnissesMechanismen des Echogedächtnisses
• Versuch, Perioden mit hochsignifikanten Segmenten zu füllen, scheitert.Kapazität: 3 Segmente
Gegenseitige Hemmung
• kurzer sensorischer Speicher = Anfangsphase?“four winners take all”
kurze sensorische Speicher
sensorische
Areale
...
...
semantische
Areale
...
...
Echogedächtnis bei TierenEchogedächtnis bei Tieren
• Wüstenrennmäuse (Kooperation mit Holger Schulze, Magdeburg)
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20
Trainingsdauer [Tage]
Tra
inin
gsle
istu
ng 20 ms
40 ms 60 ms
100 ms80 ms
• Naive Tiere (N=21, 4 pro Gruppe):– shuttle box, go/no-go task– Periodenlänge 20...100 ms– 60 EV pro Tag
• Hochtrainierte Tiere (N=2),Periode wird bei guter Leistung verlängert:
– 160 Tage Training (9600 EV!)– maximal 400 ms
Echogedächtnis bei TierenEchogedächtnis bei Tieren
• Katzen (Kooperation mit Peter König, Zürich)
– Stimulus: fortlaufendes weißes Rauschen, darin eingebettet 1.8-s (...) PR „patches“– go/no-go task: Tastendruck. – Feedback bei Treffern (Futterpumpe, Licht) und falschen Alarmen (verbal “Nein”)– Periodenlänge 20... ms, ca. 50 EV pro Sitzung (9-118 )
Echogedächtnis bei TierenEchogedächtnis bei Tieren
• Leistung im allometrisch gewichteten Vergleich
-1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 01.5
2
2.5
3
3.5
4
gerbilcat
man
log10
(brain weight [g] / body weight [g] 0.667)
log 1
0(m
axim
um R
N p
erio
d [m
s])
extended training
brief training
1394 ms
RehearsalRehearsal
• Demany, L., Clément, S., & Semal, C. (2001). Does auditory memory depend on attention? In D. J. Breebaart, A. J. M. Houtsma, A. Kohlrausch, V. F. Prijs, & R. Schoonhoven (Eds.), Physiological and Psychophysical Bases of Auditory Function. Maastricht: Shaker Publishing BV.
Sensorisches Rehearsal Kategoriales Rehearsal
zusammen mit Kathrin Hahn
Rehearsal von TonhöheShepard-Töne (Tonklasse gut definiert, Oktave mehrdeutig)• S1-S2 Paradigma, 6 s (0.5 s) Retentionsintervall, • 3 Instruktionen: kein / stilles / offenes Rehearsal• Tonaufnahme während offenem Rehearsal.
RehearsalRehearsalzusammen mit Kathrin Hahn
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 1 2 3 4 5 6Zeit [s]
Sing
fehl
er F
0/F(
S1)
[cen
t]
richtigfalschS1-S2
0
1
2
0 1 2 3 4 5 6Zeit [s]
vorh
ersa
gend
er F
ehle
r [e
mU
]
9/3 emU
3/3 emU
0
0.5
1
-15 -10 -5 0 5 10 15Frequenzunterschied [cent]
Ant
wor
t "S2
war
höh
er"
0.5 s6 s kein Reh.6 s stilles Reh.6 s offenes Reh.
Durchschnittswerte 3 VPn0.5 s 4.9 0.5 cent6.0 s kein Reh.: 10.3 1.7 cent6.0 s stilles Reh.: 9.0 1.5 cent6.0 s offenes Reh.: 11.8 0.4 cent
Beispielsdaten 1 VP Singtonhöhe 1 VPbei offenem Rehearsal,S2 4 cent tiefer als S1
vorhersagender Singfehlerbei offenem Rehearsalgemittelt über 2 VPn
FazitFazit
• Einleitung: Gedächtnismodelle v.a. Cowan, nach Shiffrin&Schneider
• Diskussion sensorischer Stimuli– Akategorialer auditiver Stimulus: weißes Rauschen
• Ähnlichkeiten auditives Gedächtnis / kategoriales KZG– Lebensdauer 5-10 Sekunden– Kapazität N = 3– Interferenz gering
• Gegenstand und Mechanismus des auditiven GedächtnissesGegenstand: Frequenzkanten, Transientendetektoren, Doppelkanten...Mechanismus: “four winners take all”
• Auditives Gedächtnis bei Wüstenrennmäusen und Katzen bis 400 ms
• Unterschiede auditives Gedächtnis / kategoriales KZG– rehearsal funktioniert nicht für Tonhöhen
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