Das Puzzle im Kopf – Wie Wahrnehmungseindrücke und Handlungspläne entstehen

von Carina G. Giesen, Markus Janczyk, David Dignath, Roland Pfister & Birte Moeller

Nichts erscheint uns so einfach wie unsere Wahrnehmung. Tatsächlich ist die Verarbeitung von Sinneseindrücken für unser Gehirn aber erstaunlich komplex. Es zerlegt unsere Sinneseindrücke zunächst in kleine Einzelmerkmale. Diese Einzelmerkmale müssen dann wie ein Puzzle zusammengesetzt werden. Aber woher „weiß“ unser Gehirn, welche Merkmale zu welchem Objekt, zu welcher Person, zu welchem Umweltereignis gehören?

In jeder Sekunde unseres Lebens sehen, hören, riechen und fühlen wir eine Vielzahl an Dingen. Im selben Moment verrichten wir die unterschiedlichsten Tätigkeiten: z.B. fahren wir Auto, hören Radio und unterhalten uns mit unseren Mitfahrenden. Aber was passiert eigentlich in unserem Kopf, wenn wir Ereignisse unserer Umgebung wahrnehmen und zielgerichtete Handlungen ausführen? Diese Grundfrage der Kognitionspsychologie hat zu erstaunlichen Erkenntnissen über die Funktionsweise unseres Gehirns geführt.

Das Puzzle im Kopf: Wie entstehen Wahrnehmungseindrücke?

Nichts erscheint so einfach wie unsere Wahrnehmung: Einfach die Augen öffnen und die Ohren spitzen und schon sehen wir Dinge in unserer Umgebung, wie Bäume, Häuser, Straßen; hören Geräusche wie lachende Personen, Straßenverkehr; Vogelgezwitscher, usw. Betrachten wir aber näher, wie Sinneseindrücke im Gehirn verarbeitet werden, ist dieser Vorgang erstaunlich komplex. Unser Gehirn verarbeitet Informationen aus der Umwelt nämlich so, dass diese zunächst in ihre Merkmale zerlegt werden.

Für visuelle Sinneseindrücke kann man sich das in etwa wie folgt vorstellen: Spazieren wir gerade durch einen Park, zerlegt unser Gehirn die Eindrücke in Farben, Orientierung, Helligkeit, Bewegungsrichtung, usw. Bevor wir also einen blühenden Baum bewusst wahrnehmen, hat unser Gehirn schon viel geleistet: Es hat die vorhandenen grünen, braunen und weißen Farbtöne katalogisiert, die Form des Baumes in eine Menge kleiner Kanten zerlegt und registriert das Vorhandensein von Bewegung, etwa wenn der Wind durch die Blätter streicht. All diese Merkmale werden unabhängig voneinander erfasst (Treisman & Gelade, 1980). Die Folge ist eine riesige Menge extrahierter Merkmale, die nun wie ein Puzzle zusammengesetzt werden müssen. Woher „weiß“ nun das Gehirn, welche Merkmale zu welchem Objekt, zu welcher Person, oder ganz allgemein: zu welchem visuellen Ereignis gehören?

Ohne Aufmerksamkeit entstehen fehlerhafte Wahrnehmungen: Der Fall von illusorischen Verbindungen

Hierzu muss man wissen: Die Merkmale desselben Objekts sind oft zur selben Zeit auch am selben Ort anzutreffen (Treisman & Gelade, 1980). Dies macht sich unser Gehirn gezielt zunutze: es geht davon aus, dass alle Merkmale, die zeitgleich am selben Ort aktiviert sind, vermutlich zum selben Objekt gehören. So sind beim Baumbeispiel etwa viele braune Merkmale und vertikale Kanten gleichzeitig im unteren Bereich unseres Sehfeldes aktiviert, also der Baumstamm; verschiedene grüne, horizontale und diagonale Merkmale an vielen kleinen Positionen des Sehfeldes werden zu Blättern verbunden, etc. Beachtet man also den Ort, kann man unterschiedliche Merkmale desselben Objekts korrekt miteinander verbinden – das ist der Moment, in dem wir Dinge wie den Stamm, Blätter, Äste, etc. bewusst als Objekte wahrnehmen.

Das initiale Zerlegen und das nachfolgende Zusammenfügen einzelner Merkmale zu Objekten lassen sich in Laborstudien am Computer eindrucksvoll zeigen. Versuchspersonen werden farbige Buchstaben wie z. B. ein grünes X und ein rotes O gezeigt. Diese Buchstaben werden nur sehr kurz präsentiert (ca. 120 Millisekunden, d. h. nur etwas mehr als eine Zehntelsekunde), außerdem werden Versuchspersonen kurz vorher abgelenkt, so dass ihre Aufmerksamkeit nicht mehr am gleichen Ort liegt, wo die Buchstaben erscheinen. Die Folge: Die Versuchspersonen berichten gehäuft sogenannte illusorische Verbindungen. Sie glaubten beispielsweise, ein grünes O und ein rotes X gesehen zu haben, obwohl diese nie tatsächlich auf dem Bildschirm zu sehen waren. Sie haben also die richtigen Merkmale wahrgenommen. Da sie abgelenkt waren, hat ihr Gehirn diese aber falsch zusammengebaut (Treisman & Schmidt, 1982). Aufmerksamkeit ist also zentral, um das Puzzle im Kopf zusammenzusetzen und registrierte Merkmale zu ganzheitlichen Objekten zu integrieren.

Bild 1: Versuchsaufbau nach Treisman und Schmidt (1982). Versuchspersonen sollen Ziffern berichten, dadurch wird ihre Aufmerksamkeit von den farbigen Buchstaben abgelenkt. Die Ziffern und Buchstaben werden nur sehr kurz gezeigt. Anschließend sollen die Versuchspersonen berichten, was sie gesehen haben. Hier werden oft illusorische Verbindungen zwischen unbeachteten Objektmerkmalen berichtet.

Was für die Wahrnehmung gilt, trifft auch auf die Entstehung von Handlungsplänen zu

Das Zusammenfassen einzelner Merkmale wird in der kognitionspsychologischen Forschung häufig als Bindung bezeichnet. Durch Bindungen werden Merkmale zu einem Wahrnehmungseindruck (z.B. zu einem Objekt) integriert. Bindungen können Merkmale innerhalb eines Sinneskanals verbinden, also z.B. visuelle Eindrücke wie Farben, Formen und Orientierungen. Bindungen können aber auch Merkmale aus unterschiedlichen Sinneskanälen verbinden. Denken Sie an das Blaulicht eines Feuerwehrautos mit dem dazu gehörigen „tatütata“ Sirenenlaut – hier handelt es sich um Bindungen zwischen Seh- und Höreindrücken.

Was auf Wahrnehmung zutrifft, trifft auch genauso auf Handlungen zu (für einen einführenden In-Mind Artikel siehe Pfister et al., 2010). Wenn wir etwa beim Spaziergang im Park unseren Arm nach einer Blüte ausstrecken wollen, so wird die entsprechende Bewegung aus zahlreichen unabhängigen Merkmalen zusammengesetzt. Beispiele hierfür sind etwa die Koordinaten des Zielorts, die Geschwindigkeit und Kraft der Bewegung, usw. Auch hier gibt es überzeugende Belege, dass Handlungspläne aus einer Bindung solcher, zunächst unzusammenhängender, Merkmale entstehen (z.B. Rosenbaum, 1980).

Bindungen zwischen Wahrnehmung und Handlung

Wie schaffen wir es, uns zielgerichtet durch unsere Umwelt zu bewegen? Wie stellen wir sicher, dass wir auch wirklich die Blume greifen, die wir pflücken wollen, und nicht stattdessen die daneben liegende Bierflasche erwischen? Können wir unsere Handlungen (greifen) mit Sinneseindrücken (Blume) bündeln? Ja, tatsächlich ist das so. Bindungen können auch zwischen Objekt- und Handlungsmerkmalen entstehen (Hommel et al., 2001). Um diese Bindungen im experimentalpsychologischen Labor zu untersuchen, werden meist einfache Reize mit nur wenigen Merkmalen verwendet. Statt nach Objekten zu greifen, bearbeiten Versuchspersonen meist eine Aufgabe am Computer. Oft wird nur ein Tastendruck auf einer einfachen Reaktionstaste verlangt.

Diese Vereinfachung erlaubt es, Bindungen zwischen Handlungs- und Wahrnehmungsmerkmalen unter die Lupe zu nehmen. Beispielsweise werden Versuchspersonen nacheinander zwei Reize gezeigt. Dies können ein X oder O (Form) sein, die jeweils in rot oder grün (Farbe) oben oder unten (Position) auf dem Bildschirm erscheinen. Ferner gibt es die Möglichkeiten, mit einer von zwei Reaktionstasten zu reagieren (links oder rechts). Die Versuchspersonen sehen nacheinander zwei Reize, auf die sie reagieren sollen. Auf jeden Reiz kann durch Drücken der linken oder rechten Taste reagiert werden. In einem solchen Experiment können sich (a) einzelne oder alle Eigenschaften (Form, Farbe, Position) der beiden nacheinander präsentierten Reize wiederholen oder wechseln. Außerdem kann sich (b) die Reaktion vom ersten zum zweiten Reiz wiederholen oder ändern. Interessant ist nun, wie schnell und korrekt die zweite der beiden Reaktionen ausgeführt wird, abhängig davon, ob sich Eigenschaften der Reize und der Reaktionen wiederholen.

Bild 2: Bindungen zwischen Reizen und Reaktionen können entstehen, wenn eine Reaktion (Reaktion 1) auf einen Reiz (Reiz 1) ausgeführt wird. Wenn ein zweiter Reiz (Reiz 2) Eigenschaften des ersten Reizes (hier: die Form) wiederholt, ruft dies die gebundene Reaktion ab. Entspricht diese der geforderten Reaktion (Reaktion 2= Reaktion 1), beschleunigt dies die Ausführung der zweiten Reaktion (dargestellt durch „++“ im Bild).

Die Idee ist, dass während der ersten Reaktion Bindungen zwischen Reiz- und Reaktionsmerkmalen entstehen. Wiederholen sich diese Merkmale (wie etwa die Farbe) beim zweiten Reiz, kann dies die anderen gebundenen (Reiz- und Reaktions-)Merkmale aus dem Gedächtnis abrufen. Dies beeinflusst die zweite Reaktion: Versuchspersonen reagieren schneller, wenn sowohl Form als auch Position des Reizes wiederholt wurden (was für Bindungen in der Wahrnehmung spricht). Versuchspersonen reagieren aber auch dann schneller, wenn die beiden Reize die gleiche Form aufwiesen und überdies die gleiche Reaktion verlangen (Hommel, 1998). Objektmerkmale (wie Form, Position und Farbe) können also auch mit Handlungsmerkmalen (hier: eine Reaktion mit der linken/rechten Taste) gebunden werden (Hommel, 1998). Solche Bindungen werden entsprechend auch Reiz-Reaktions-Bindungen genannt.

Mikro-Erinnerungen als Grundlage automatischen Handelns

Bild 3: Unser Alltag ist voll von beständigen Verbindungen zwischen Reizen und Reaktionen: Im angloamerikanischen Raum signalisieren Türgriffe eine „Ziehen“ Reaktion; fehlende Türgriffe signalisieren eine „Drücken“ Reaktion.

Unser Alltag ist voll von beständigen Verbindungen zwischen Reizen und Reaktionen: Rote Ampeln fordern uns auf, unsere Bewegung zu stoppen; grüne Ampeln signalisieren, dass wir unsere Bewegung wieder fortsetzen können. Türgriffe signalisieren eine „Ziehen“-Reaktion, das Fehlen von Türgriffen (wie oft im angloamerikanischen Raum üblich) signalisiert eine „Drücken“ Reaktion. Bei den eben beschriebenen Reiz-Reaktions-Bindungen handelt es sich quasi um Mikro-Erinnerungen, die sehr nützlich für die automatische Steuerung unseres Verhaltens sein können.

Nehmen wir an, Sie müssen auf dem Weg zu Ihrem Büro durch mehrere Türen gehen und öffnen die erste. Dies führt zu einer kurzfristigen Verbindung zwischen dem Türgriff und der „Ziehen“ Reaktion. Wiederholt sich später eines dieser Merkmale (z. B. weil der Griff der zweiten Tür aussieht wie der erste Türgriff), kann dies die anderen gebundenen Elemente reaktivieren und damit die zuvor gezeigte Reaktion aus dem Gedächtnis abrufen. Die Reaktion ist durch den Gedächtnisabruf voraktiviert und kann schnell wieder ausgeführt werden. Der Nutzen ist offensichtlich: Wenn die Wahrnehmung eines Objekts (wie z.B. eines Türgriffs) ausreicht, um die adäquate Reaktion (z.B. „Ziehen“) abzurufen, erleichtert sich dadurch für uns die Planung der nächsten Handlung. Unser Gehirn spart dadurch Zeit und Denkarbeit (Logan, 1988): Wir müssen nicht mehr überlegen, wie wir handeln müssen, da die richtige Reaktion schon voraktiviert ist und effizient ausgeführt werden kann.

Muss aber plötzlich auf denselben Reiz eine andere Reaktion gezeigt werden, z.B. jetzt eine „Drücken“ Reaktion erforderlich ist, kann es zu Verzögerungen kommen, weil die abgerufene Reaktion eben die falsche Reaktion ist. Die Verbindung von Reizen und fehlerhaften Reaktionen findet man auch im Alltag wieder. Musizierende werden vielleicht schon erlebt haben, wie schwer es ist, eine fehlerhafte Reaktion (z.B. der Anschlag einer falschen Klaviertaste) in der Folge zu korrigieren. Beim erneuten Wiederholen einer bestimmten Tonfolge besteht die Neigung, denselben Fehler zu wiederholen. Dieses Phänomen kann man tatsächlich durch Bindungen erklären: So wird der letzte korrekt gespielte Ton kurzfristig mit der nachfolgenden Reaktion gebunden. In diesem Fall nur eben mit einer fehlerhaften Reaktion. Spielt man die Tonfolge erneut, ruft der letzte Ton die gebundene (fehlerhafte) Reaktion ab. Die Folge: Der Fehler schleicht sich ein. Da hilft es nur, die Tonfolge sehr langsam und aufmerksam zu spielen. Hat man so korrekte Ton-Tastenfolgen produziert, können diese später abgerufen werden, denn: die zuletzt gespeicherte Reiz-Reaktions-Bindung wird am ehesten abgerufen (Giesen et al., 2020). Zudem ist das Begehen eines Fehlers nicht mehr so einschneidend sobald die Tonfolge eingeübt ist (z.B. Foerster et al., 2021). Bild 4: Reiz-Reaktions-Bindungen erklären wiederholte Fehler beim Klavierspielen.

Erlernen von Handlungsabfolgen: Bindungen zwischen verschiedenen Handlungen

Die meisten Laborexperimente untersuchen Bindungen zwischen Reizen und Reaktionen, die gleichzeitig wahrgenommen und ausgeführt werden. Wenn es allein diese Untersuchungen gäbe, könnte der Eindruck entstehen, Bindungen würden vor allem eine Rolle für Momentaufnahmen einzelner Situationen spielen. Besonders interessant für unseren Alltag ist deswegen, dass Bindungen auch zwischen verschiedenen Handlungen einer Handlungsfolge aufgebaut werden (Moeller & Frings, 2019). Zum Beispiel besteht die Handlung „Aufsatz schreiben“ aus mehreren Unterhandlungen („Absätze schreiben“), die wiederum in kleinere Handlungen heruntergebrochen werden können (einzelne Wörter schreiben). Das Tippen eines einzelnen Wortes besteht wiederum aus mehreren Tastendrücken (Yamaguchi & Logan, 2014). Das heißt, auch wenn einzelne Reaktionen nacheinander ausgeführt werden, können diese miteinander verbunden werden. Man spricht dann von Reaktions-Reaktions-Bindungen. Wenn man dann später eine dieser Handlungen wiederholt, ruft sie die mit ihr verbundene Reaktion ab und ermöglicht es dadurch, die gleiche Handlung besonders schnell und fehlerfrei auszuführen. Reaktions-Reaktions-Bindungen sind wahrscheinlich der erste Schritt zum Erlernen von Handlungsabfolgen. Sie führen dazu, dass wir ohne weiteres Überlegen Auto fahren, Radio hören und uns unterhalten können (Logan, 1988). Bild 5: Bindungen und deren Abruf unterstützen uns bei Handlungsabfolgen (linkes Bild) und beim Lernen durch Beobachtung (rechtes Bild).

Lernen durch Beobachtung: Bindungen für beobachtete Handlungen

Muss man eigentlich immer selbst reagieren, um Reiz-Reaktions-Bindungen zu erwerben? Reicht es nicht vielleicht aus, die Reaktion einer anderen Person zu beobachten? Auch das kennen wir aus unserem Alltag: Stellen Sie sich vor, Sie nehmen an einem Sportkurs teil und die Trainerin zeigt Ihnen, wie Sie eine Hantel greifen und diese bewegen sollen. Sie werden feststellen, dass das erstaunlich gut geht, auch wenn Sie zuvor noch nie genau diese Bewegung mit einer Hantel gemacht haben. Auch hier sind Reiz-Reaktions-Bindungen die Grundlage Ihres Handelns, allerdings handelt es sich nun um Bindungen zwischen Reizen (der Hantel) und einer Reaktion, die Sie beobachtet haben. Die durch Beobachtung erworbene Reiz-Reaktions-Bindung kann dann später z.B. durch erneute Präsentation des Reizes wieder abgerufen werden (Giesen et al., 2014). So wird die Reaktion einer anderen Person für die eigene Handlungssteuerung nutzbar gemacht. Man muss also nicht jede Reaktion erst selbst ausführen, um sie in einer Reiz-Reaktions-Bindung zu speichern.

Take Home Message

Informationen aus der Umwelt werden von unserem Gehirn zunächst in ihre Merkmale zerlegt. Durch Bindungen werden die Merkmale zu einem Wahrnehmungseindruck (z.B. einem Objekt) integriert. Dies funktioniert nicht nur für Merkmale von Objekten, sondern auch für Merkmale geplanter Handlungen. Bindungen können außerdem auch zwischen Objekten (Reizen) und Handlungen (Reaktionen) stattfinden. Diese Reiz-Reaktions-Bindungen sind nützlich für die automatische Handlungssteuerung, da sie bei Reizwiederholung aus dem Gedächtnis abgerufen werden können. Dies erleichtert die erneute Ausführung der Reaktion. Wie viel Einfluss Bindungen auf unsere täglichen Handlungen haben, wird an zwei Beispielen deutlich: Erstens können Bindungen auch zwischen verschiedenen Reaktionen entstehen und so das Lernen von Handlungsabfolgen unterstützen. Zweitens können Bindungen auch zwischen Reizen und beobachteten Handlungen entstehen, wodurch es möglich wird, aus den Erfahrungen anderer zu lernen.

Bildquellen

Bild 1: Erstellt von Carina G. Giesen.

Bild 2: Abbildung nach Hommel (1998), erstellt von Birte Moeller und Carina G. Giesen.

Bild 3: Abbildung erstellt von Carina G. Giesen.

Bild 4: Vitae London via unsplash (https://unsplash.com/photos/o3xm7jAUp2I, cc: https://unsplash.com/license)

Bild 5: Zeichnung von Stephanie Blasl, Abteilung Allgemeine Psychologie und Methodenlehre, Universität Trier.

Literaturverzeichnis

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