Die Geschwindigkeit der menschlichen visuellen Wahrnehmung

Das Sehen ist der wichtigste Sinn, auf den sich Menschen verlassen, um ihre Umgebung zu verstehen und ihre täglichen Aktivitäten zu steuern. Aufgrund seiner Bedeutung für das menschliche Leben ist das Sehen die am intensivsten untersuchte Sinnesmodalität (Hutmacher, 2019). Für diejenigen, die sich auf eine Eye Tracking-Reise begeben, ist es wichtig, das Konzept der visuellen Wahrnehmung und die Grenzen der menschlichen Fähigkeit, die visuelle Welt wahrzunehmen, zu verstehen. In diesem Artikel erklären wir die visuelle Wahrnehmung, gehen näher auf die Geschwindigkeit der visuellen Wahrnehmung ein, zeigen, wie sie gemessen wird, und stellen eine Liste von Faktoren vor, die Wahrnehmungsprozesse beeinflussen können.

Was ist die visuelle Wahrnehmungsgeschwindigkeit, und wie wird sie gemessen?

Die visuelle Wahrnehmung ist der Prozess der Aufnahme und Wahrnehmung eines visuellen Stimulus (Lieberman, 1984), oder einfach ausgedrückt, die Fähigkeit, dem, was wir sehen, einen Sinn zu geben. Die visuelle Verarbeitungsgeschwindigkeit definiert die Zeit, die benötigt wird, um den visuellen Stimulus zu erkennen, zu analysieren und richtig zu beurteilen (Owsley, 2013). Beispielsweise würde die Zeit, die ein Tennisspieler benötigt, um die Richtung des Balls zu erkennen und zu entscheiden, wie er den Aufschlag zurückschlägt, als visuelle Wahrnehmungsgeschwindigkeit bezeichnet werden.

In Experimenten werden Verhaltensmessungen wie Reaktionszeiten verwendet, um die visuelle Verarbeitungsgeschwindigkeit zu bewerten. Bei einer Go/No-Go-Kategorisierungsaufgabe werden die Teilnehmer vor eine binäre Wahl gestellt: entweder mit einem "Go" auf einen bestimmten Stimulus zu reagieren oder ihre Antwort (ein "No-Go") für eine andere Art von Stimulus zurückzuhalten. Die Mindestreaktionszeit für eine manuelle Antwort bei einer solchen Aufgabe beträgt etwa 300 ms (Rousselet et al., 2003). Die Messung berücksichtigt jedoch sowohl die visuelle Verarbeitung als auch die motorische Befehlsausführung.

Augenbewegungen werden auch zur Messung der visuellen Verarbeitungsgeschwindigkeit verwendet. Bei einer ähnlichen Go/No-Go-Kategorisierungsaufgabe wird die sakkadische Reaktion auf den richtigen Stimulus bereits nach 120 ms ausgelöst (Kirchner und Thorpe, 2006). Interessanterweise ist die Sakkadenreaktion schneller, wenn einer der Stimuli menschliche Gesichter enthält, als z. B. bei einem unbelebten Objekt, und dauert nur 100 ms (Crouzet et al., 2010). Die geschätzte Verzögerung der Sakkadenvorbereitung und -ausführung beträgt etwa 20-25 ms (Schiller und Kendall, 2004), was bedeutet, dass das visuelle System nur etwa 80-100 ms für die Verarbeitung des visuellen Reizes benötigt, um eine zuverlässige Reaktion zu erzeugen.

Eine andere Möglichkeit, die Geschwindigkeit der visuellen Wahrnehmung abzuschätzen, besteht darin, die Reaktion nach dem Betrachten der Reize zu messen. Auf diese Weise muss man die Zeit, die für die Ausführung einer motorischen oder sakkadischen Reaktion benötigt wird, nicht berücksichtigen und kann die Mindestzeit ermitteln, die für ein sinnvolles visuelles Verständnis erforderlich ist. In einem solchen Experiment identifizierten die Teilnehmer die gesehenen Bilder nur 13 ms lang richtig, was auf eine viel schnellere visuelle Wahrnehmung hindeutet als bisher angenommen. In dem Experiment wurden den Versuchspersonen Bilder präsentiert, die jeweils zwischen 13 und 80 ms lang gezeigt wurden. Den Teilnehmern wurde der Zielname (z. B. Blumen) vor oder nach der Bildsequenz präsentiert, und sie hatten zwei Bilder zur Auswahl, von denen sie das in der Sequenz präsentierte identifizieren sollten. Bereits nach einer Betrachtungsdauer von 13 ms konnten die Probanden das richtige Bild über dem Zufallsniveau identifizieren und erreichten die maximale Leistung bei 44 ms (Bacon-Macé et al., 2007; Potter et al., 2014).

Die Geschwindigkeit der menschlichen visuellen Wahrnehmung kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden, und die Reaktionsgeschwindigkeit ist bis zu einem gewissen Grad von der Bewertungsmethode abhängig. Verschiedene Arten von visuellen Reizen können auch unterschiedlich viel Verarbeitungszeit erfordern. Eine der schnellsten gemessenen Geschwindigkeiten für die Verarbeitung eines bedeutungsvollen visuellen Reizes beträgt 13 Millisekunden, wie von Potter et al. 2014 dokumentiert. Weiter unten haben wir zusätzliche Faktoren aufgeführt, die die Geschwindigkeit der visuellen Wahrnehmung beeinflussen und Ihnen helfen können, dieses komplexe kognitive System besser zu verstehen.

Faktoren, die die Geschwindigkeit der visuellen Wahrnehmung beeinflussen

- Abwägung Geschwindigkeit vs. Genauigkeit

Das Gehirn tauscht die Genauigkeit der visuellen Wahrnehmung gegen die Geschwindigkeit (Lenninger et al., 2023). Die anfängliche visuelle Verarbeitung ist schnell, aber nicht sehr genau.

- Die Geschwindigkeit der schnellen visuellen Kategorisierung ändert sich nicht mit dem Lernen

Die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines bestimmten visuellen Verarbeitungsmodus, der als "Rapid Visual Categorization" bezeichnet wird, kann durch Lernen nicht verringert werden. Es dauert genauso lange, einen Reiz zu kategorisieren, unabhängig davon, ob er sehr vertraut oder völlig neu ist (Fabre-Thorpe et al., 2001).

- Der Sweet Spot der Gehirnaktivität

Die Wahrnehmung ist ein Zusammenspiel zwischen eingehenden visuellen Reizen und dem aktuellen Zustand des Gehirns. Der Gehirnzustand und die neuronale Erregbarkeit können die Geschwindigkeit und Genauigkeit der visuellen Wahrnehmung beeinflussen (Iemi und Busch, 2018; Ruzzoli et al., 2019).

- Die Erwartung erhöht die Wahrnehmungsgeschwindigkeit

Die Angabe der erwarteten Stimulusposition oder die Bereitstellung von Kontext über den bevorstehenden Stimulus kann die visuelle Verarbeitungszeit verringern und die Genauigkeit verbessern (Bar, 2004).

- Leuchtdichte Materie

Bei gut beleuchteten, kontrastreichen Reizen erfolgt die visuelle Wahrnehmung schneller und führt zu einer höheren Qualität der visuellen Informationen als bei schlecht beleuchteten, kontrastarmen Reizen (Hunter et al., 2017).

Zitierte Veröffentlichungen

Bacon-Macé, N., Kirchner, H., Fabre-Thorpe, M., & Thorpe, S. J. (2007). Auswirkungen von Aufgabenanforderungen auf die schnelle Verarbeitung natürlicher Szenen: Von gemeinsamer sensorischer Kodierung zu unterschiedlichen Entscheidungsmechanismen . Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance , 33 (5), 1013-1026.

Bar, M. (2004). Visuelle Objekte im Kontext . Nature Reviews Neuroscience , 5 (8), Artikel 8.

Crouzet, S. M., Kirchner, H., & Thorpe, S. J. (2010). Schnelle Sakkaden auf Gesichter: Gesichtserkennung in nur 100 ms . Journal of Vision , 10 (4), 16.

Fabre-Thorpe, M., Delorme, A., Marlot, C., & Thorpe, S. (2001). Eine Grenze für die Verarbeitungsgeschwindigkeit bei der ultraschnellen visuellen Kategorisierung von neuen natürlichen Szenen . Zeitschrift für kognitive Neurowissenschaften , 13 (2), 171-180.

Jäger, M., Godde, B., & Olk, B. (2017). Auswirkungen von absoluter Leuchtdichte und Leuchtdichtekontrast auf die visuelle Diskriminierung in schwach mesopischen Umgebungen . Attention, Perception, & Psychophysics , 79 (1), 243-252.

Iemi, L., & Busch, N. A. (2018). Moment-to-Moment Fluctuations in Neuronal Excitability Bias Subjective Perception Rather than Strategic Decision-Making . eNeuro , 5 (3), ENEURO.0430-17.2018.

Kirchner, H., & Thorpe, S. J. (2006). Ultra-schnelle Objekterkennung mit sakkadischen Augenbewegungen: Visual processing speed revisited . Vision Research , 46 (11), 1762-1776.

Lenninger, M., Skoglund, M., Herman, P. A., & Kumar, A. (2023). Are single-peaked tuning curves tuned for speed rather than accuracy? eLife , 12 , e84531.

Lieberman, L. M. (1984). Visuelle Wahrnehmung versus visuelle Funktion . Zeitschrift für Lernbehinderungen , 17 (3), 182-185.

Potter, M. C., Wyble, B., Hagmann, C. E., & McCourt, E. S. (2014). Erkennen von Bedeutung in RSVP bei 13 ms pro Bild . Attention, Perception, & Psychophysics , 76 (2), 270-279.

Rousselet, G. A., Macé, M. J.-M., & Fabre-Thorpe, M. (2003). Ist es ein Tier? Ist es ein menschliches Gesicht? Schnelle Verarbeitung in aufrechten und invertierten natürlichen Szenen . Journal of Vision , 3 (6), 440-455.

Ruzzoli, M., Torralba, M., Morís Fernández, L., & Soto-Faraco, S. (2019). Die Bedeutung der Alphaphase in der menschlichen Wahrnehmung . Cortex , 120 , 249-268.

Schiller, P. H., & Kendall, J. (2004). Zeitliche Faktoren bei der Zielwahl mit sakkadischen Augenbewegungen . Experimental Brain Research , 154 (2), 154-159.