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