1. IGPP
  2. Wahrnehmung und Kognition
  3. Überblick

Wahrnehmung und Kognition

Die über unsere Sinne zugängliche Information aus der uns umgebenden Welt ist unvollständig und zu einem variierenden Grad mehrdeutig. Sie muss disambiguiert und eine stabile Wahrnehmung daraus konstruiert werden. Unterscheidungen zwischen Wirklichkeit und Täuschung basieren somit zu einem großen Teil auf der Leistungsfähigkeit unseres Wahrnehmungssystems und der Verlässlichkeit unseres Gedächtnisses. Multistabilität ist ein paradigmatisches Beispiel in diesem Zusammenhang: Der betrachtete Reiz, z.B. ein Necker Würfel, ist maximal mehrdeutig, die resultierende Wahrnehmung wird instabil und wechselt spontan zwischen zwei oder mehreren möglichen Interpretationen, obwohl sich der physikalische Reiz nicht verändert. Wir nutzen Multistabilität zur Erforschung psychophysischer Beziehungen und außergewöhnlicher Bewusstseinszustände.

Wissenschaftliche Mitarbeiter

Koordinator
PD Dr. rer. nat. Jürgen Kornmeier +49 (0)761 20721 21
Mitarbeiter
Dr. rer. nat. Ellen Joos +49 (0)761 20721 76
Lukas Hecker hecker@igpp.de+49 (0)761 20721 70
Mareike Wilsonwilson@igpp.de+49 (0)761 20721 70
Jessica Knötzeleknoetzele@igpp.de+49 (0)761 20721 76
Moritz Maschke --
Tim Fleiner --


Laufende Projekte

  1. EEG - Korrelate von veränderten Bewusstseinszuständen während Meditation

    2. Die Frage nach der Dauer der erlebten Gegenwart oder des Jetzt, ist von großem Interesse für die Erforschung von Wahrnehmungsprozessen, von Bewusstsein und nicht zuletzt von veränderten Bewusstseinszuständen. Die Dauer der erlebten Gegenwart von etwa 3 s entspricht dabei der Dauer einer zeitlichen "Gestalt" in der Musik, eines linguistischen Elements oder der mittleren Verweildauer einer Wahrnehmung bei der Betrachtung einer mehrdeutigen Figur. In der Achtsamkeitsmeditation konzentrieren sich Meditierende auf das Jetzt/die Gegenwart mit dem Ziel, veränderte Bewusstseinszustände mit erhöhter Aufmerksamkeit und emotionaler Kontrolle zu erlangen. Es wird angenommen, dass sich dadurch die erlebte Dauer der Gegenwart der Meditierenden ausdehnt. In der Literatur gibt es Hinweise, dass buddhistische Mönche mit langer Meditationserfahrung deutlich längere Verweildauern bei der Betrachtung mehrdeutiger Stimuli zeigen als nicht-meditierende Probanden. Das unlängst präsentierte Necker-Zeno-Modell (Atmanspacher et al. 2004; Atmanspacher et al. 2008) stellt einen Zusammenhang zwischen der mittleren Dauer der erlebten Gegenwart und zwei weiteren für Wahrnehmung, Kognition und Bewusstsein relevanten Zeitkonstanten her, (a) der Ordnungsschwelle (minimaler notwendiger zeitlicher Abstand zweier aufeinander folgender Reize von etwa 30 ms, um deren Reihenfolge korrekt bestimmen zu können) und (b) der Dauer, in der Größenordnung von etwa 300 ms, zwischen Beginn eines sensorischen Reizes und dessen Bewusstwerdung. Nach diesem Modell sollte eine ausgedehnte Gegenwart mit einer verlangsamten Bewusstwerdung sensorischer Information und/oder einer Senkung der Ordnungsschwelle einhergehen (Atmanspacher et al. 2008). In einer EEG-Studie mit meditationserfahrenen und -unerfahrenen Probanden sollen diese Voraussagen elektrophysiologisch geprüft werden. Wir untersuchen speziell das zeitliche Muster ereigniskorrelierter Potenziale, die typischerweise bei der Wahrnehmung von mehrdeutigen Figuren auftreten.

  2. Neuronale Verarbeitung sensorischer Ambiguität - Grundlagen

    3. Die Wahrnehmung eines mehrdeutigen Bildes ist instabil und wechselt zwischen verschiedenen Interpretationen. Winzige Detailänderungen können ein mehrdeutiges Bild disambiguieren und dessen Wahrnehmung stabilisieren. Unlängst fanden wir einen EKP-Ambiguitätseffekt, bestehend aus zwei markanten ereigniskorrelierte Potentialen (EKP), einer fronto-zentralen P200 und einer parieto-zentralen P400, mit folgenden Eigenschaften: (a) die EKP-Amplituden steigen monoton mit abnehmender Mehrdeutigkeit des Stimulus an und (b) ihre Latenz und Verteilung auf der Kopfoberfläche sind über verschiedene visuelle Dimensionen hinweg (Geometrie, Semantik und Bewegung) sehr ähnlich (siehe Abbildung 1).

    Neuronale Verarbeitung sensorischer Ambiguität

    Wir interpretieren diese Effekte im Zusammenhang mit folgendem Modell: Unser Wahrnehmungssystem gleicht die unvollständige und mehrdeutige sensorische Information mit dem Wahrnehmungsgedächtnis ab um ein stabiles Perzept zu konstruieren. Eine probabilistische (Bayessche) Inferenz-Einheit bewertet das Wahrnehmungskonstrukt, und die P200- und P400-Amplituden spiegeln das Bewertungsergebnis wider. In einer Reihe aktuell laufender Teilprojekte soll die Generalisierbarkeit des P200/P400 Effekts über verschiedene Modalitäten hinweg (visuell, auditorisch und taktil) untersucht werden. In Planung findet sich eine fMRI Studie, in der untersucht werden soll, ob zu den über die verschiedenen visuellen Kategorien hinweg sehr ähnlichen EEG-Befunden auch ähnliche Quellen im Gehirn nachweisbar sind.

  3. Neuronale Verarbeitung sensorischer Ambiguität bei psychiatrischen Krankheitsbildern

    4. Die einem Wahrnehmungsprozess zugrunde liegende Gewichtung der exogenen sensorischen Information mit endogenen Gedächtnisinhalten kann je nach Qualität der exogenen Information in die eine oder andere Richtung verschoben werden. Bei der Wahrnehmung von Patienten mit Asperger-Autismus-Syndrom wird die sensorische Information stärker und das Wahrnehmungsgedächtnis schwächer gewichtet als bei Normalprobanden. In einem Kooperationsprojekt mit der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie der Universität Freiburg untersuchen wir, ob Asperger-Patienten entsprechend einen gegenüber Normalprobanden veränderten EKP-Ambiguitätseffekt aufweisen. In der Planungsphase befindet sich ein weiteres Kooperationsprojekt in dem der EKP-Ambiguitätseffekt bei Patienten mit Schizophrenie Spektrum Störung und gesunden Kontrollpersonen verglichen werden soll.


Publikationen

Kornmeier J, Sosic-Vasic Z, Joos E (submitted) Spacing Learning Units affects both learn-ing and forgetting

Kornmeier J, Bhatia K, Joos E (submitted) Top down resolution of visual ambiguity – knowledge from the future or by footprints from the past?

Hecker L, Rupprecht R, Tebartz van Elst L, Kornmeier J (in press) ConvDip: A convolutional neural network for improved M/EEG Source Imaging (Preview at BioRxiv here)

Joos E, Giersch A, Bhatia K, Heinrich SP, Tebartz van Elst L, Kornmeier J (2020) Using the perceptual past to predict the perceptual future influences the perceived present – a novel ERP paradigm PLoS ONE 15(9): e0237663

Joos E, Giersch A, Hecker L, Schipp J, Tebartz van Elst L, Kornmeier J (2020) Large EEG effects are highly similar across Necker cubes, smileys and abstract stimuli. PLoS ONE 15(5): e0232928

Staadt R, Philipp ST, Cremers J, Kornmeier J, Jancke D (2020) Seeing what was not explained away: Visual illusion based on predictive coding signals PLoS ONE 15(5): e0232349

Neumann F, Oberhauser V, Kornmeier J (2020) How our nose helps us optimize learning while we sleep – from lab research to real life. Scientific Reports 10, 1227

Kornmeier J, Friedel E, Hecker L, Schmidt S, Wittmann M (2019) What happens in the brain of meditators when perception changes but not the stimulus? PLoS ONE 14(10): e0223843

Liaci E, Fischer A, Atmanspacher H, Heinrichs M, Tebartz van Elst L, Kornmeier J (2018) Positive and Negative Hysteresis Effects for the Perception of Geometric and Emotional Ambiguities. PLoS ONE 13(9): e0202398

Sosic-Vasic Z, Hille K, Kröner J, Spitzer M, Kornmeier J (2018) When learning disturbs memory – temporal profile of retroactive interference of learning on memory formation. Frontiers in Psychology 9:82. doi: 10.3389/fpsyg.2018.00082

Kornmeier J, Wörner R, Riedel A, Tebartz van Elst L (2017) A different view on the Necker cube – differences in multistable perception dynamics between Asperger and Non-Asperger observers. PLoS ONE 12(12): e0189197

Kornmeier J, Friedel E, Wittmann M, Atmanspacher H (2017) EEG Correlates of Cognitive Time Scales in the Necker-Zeno Model for Bistable Perception. Consciousness and Cognition 53, 136 - 150. [PDF-request?@]

Liaci E, Fischer A, Heinrichs M, Tebartz van Elst L, Kornmeier J (2017) Mona Lisa is always happy – and only sometimes sad. Scientific Reports 7, 43511

Kornmeier J, Wörner R, Bach M (2016) Can I trust in what I see? – EEG Evidence for a Cognitive Evaluation of Perceptual Constructs. Psychophysiology 53 (10), 1507-1523

Liaci E, Wörner R, Bach M, Tebartz van Elst L, Heinrich SP, Kornmeier J (2016) Ambiguity in visual and tactile apparent motion perception. PLoS ONE 11(5): e0152736.

Duval CZ, Goumon Y, Kemmel V, Kornmeier J, Dufour A, Andlauer O, Vidailhet P, Poisbeau P, Salvat E, Muller A, Mensah-Nyagan AG, Schmidt-Mutter C, Giersch A (2016) Neurophysiological evidence of enhanced pain sensitivity in patients with schizophrenia. Scientific Reports 6, 22542, 1-10

Wernery J, Atmanspacher H, Kornmeier J, Candia V, Folkers G, Wittmann M (2015) Temporal processing in bistable perception of the Necker cube. Perception 44(2), 157-168.

Kornmeier J. Mayer G. (2014) The alien in the forest OR when temporal context dominates perception. Perception 43(11), 1270-1274.

Mayer G. & Kornmeier J. (2014). Rätselhafte Objekte auf den Bildern einer Wildkamera oder: die Tücken der Wahrnehmung. Zeitschrift für Anomalistik Band 14, 7-24. [PDF-request?@]

Kornmeier J. & Bach M. (2014). EEG correlates to perceptual reversals of Boring's ambiguous Old/Young Woman. Perception 43(9), 950-962-A.

Kornmeier J., Wörner R., Riedel A. & Tebartz van Elst L. (2014). A different view on the checkerboard? Alterations in early and late visually evoked EEG potentials in Asperger observers. PLoS ONE 9(3): e90993.

Kornmeier J., Spitzer M. & Sosic-Vasic Z. (2014). Very similar spacing-effect patterns in very different learning/practice domains. PLoS ONE 9(3): e90656.

O'Shea R., Kornmeier J. & Roeber U. (2013). Predicting visual consciousness electrophysiologically. PLoS ONE 8(10): e76134.

Kornmeier J. & Sosic-Vasic Z. (2012). Parallels between spacing effects during behavioural and cellular learning. Frontiers in Human Neuroscience 6(203): 1-5.

Kornmeier J. & Bach M. (2012). Ambiguous figures - What happens in the brain if perception changes but not the stimulus. Frontiers in Human Neuroscience 6(51): 1-23.

Kornmeier J., Pfäffle M. & Bach M. (2011). Necker cube: Stimulus-related (low-level) and percept-related (high-level) EEG signatures early in occipital cortex. Journal of Vision 11(9):12, 1-11.

Kornmeier J. & Sosic-Vasic Z. (2011). Hirngymnastik nach Plan - Gibt es ein Trainingsprogramm für effizientes Lernen? Nervenheilkunde 30: 613-620. [PDF-request?@]

Ehm W., Bach M. & Kornmeier J. (2010). Variability in gamma activity during observation of ambiguous figures. In: Fechner Day 2010, ed. by A. Bastianelli and G. Vidotto, International Society for Psychophysics, Padua 2010, pp. 439-444. [PDF-request?@]

Ehm W., Bach M. & Kornmeier J. (2010). Ambiguous figures and binding: EEG frequency modulations during multistable perception. Psychophysiology 48: 547-558. [PDF-request?@]

Ehm W., Kornmeier J. & Heinrich SP. (2010). Multiple testing via successive subdivision. Electronic Journal of Statistics 4: 461-471.

Kornmeier J. & Bach M. (2009). Object perception: When our brain is impressed but we do not notice it. Journal of Vision 9(1): 7, 1-10.

Kornmeier J., Hein CM. & Bach M. (2009). Multistable Perception: When bottom-up and top-down coincide. Brain & Cognition 69: 138-147. [PDF-request?@]


Kooperationspartner

PD Dr. H. Atmanspacher (IGPP, Freiburg & Collegium Helveticum, Zürich, Schweiz)

Prof. M. Bach (Universitäts-Augenklinik, Freiburg)

Prof. M. Castelo-Branco (University of Coimbra, Portugal)

PD Dr. T. Filk (Physik, Universität Freiburg)

Prof. G. Folkers (Collegium Helveticum, Zürich, Schweiz)

Dr. A. Giersch (Psychiatrie der Universität Strasbourg)

PD Dr. SP. Heinrich (Universitäts-Augenklinik, Freiburg)

Prof. R. O'Shea (Southern Cross University, Coffs Harbour, Australien)

Dr. Z. Sosic-Vasic (Psychiatrie der Universität Ulm)

Prof. M. Spitzer (Psychiatrie der Universität Ulm)

Prof. T. Stieglitz (Technische Fakultät der Universität Freiburg)

PD Dr. R. Roeber (Institut für Psychologie, Universität Leipzig)

Prof. L. Tebartz van Elst (Psychiatrie der Universität Freiburg)

PD Dr M. Wittmann (IGPP)