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Protokoll
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Psychophysik
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Reflexe
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Sensomotorik
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Dienstag 30.03.2004
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Gruppe B2D
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Christoph Schwörer
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Daniel Kersting
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Senid Maslesa
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Prolog
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Die Psychophysik, auch subjektive Sinnesphysiologie genannt, unterscheidet sich zur
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objektiven Sinnesphysiologie darin, dass die durch Reize verursacht Erregung nicht im
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Körper direkt (z.B. Versuch Insekten ERG) gemessen werden sondern die Stärke der
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Empfindung durch eine Versuchsperson angegeben wird.
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Trotz der Subjektivität der Messungen existieren aber auch in der Psychophysik bestimmte
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allgemein gültige Gesetzte und Rechenregeln. So setzt beispielsweise die Steven’sche
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Potenzfunktion (E = k(S-S0)n mit E = Empfindungsintensität; n = ein vom Receptortyp
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abhängiger positiver Wert; S = Reizwert; S0 = Schwellwert) den Empfindungswert zum
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Reizwert in Proportion.
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Es gibt aber auch Reize die nicht nur zu einer Empfindung führen sondern auch zu einer
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direkten (meist Motorischen) Reaktion des Körpers führen. Diese unwillkürlichen, mit kurzer
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Latenz ablaufenden Reaktionen werden Reflexe genannt.
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Versuchsteil I:
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Bestimmung der absoluten Hörschwelle des Menschen
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Einleitung
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Der Mensch ist in der Lage Frequenzen von ca. 15 Hz bis 17-21 kHz wahrzunehmen. Der
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beim Sprechen verwendete Bereich („Sprachbereich“) liegt hierbei zwischen 300 Hz und
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5000 Hz.
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Nicht jede Frequenz ist bei gleich niedrigem Schalldruckpegel hörbar. So erfordert es
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wesentlich geringeren Schalldruckpegel um Frequenzen im Sprachbereich wahrzunehmen als
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außerhalb dieses Frequenzbereichs.
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Der minimale Schalldruckpegel ab dem eine bestimmte Frequenz hörbar ist wird Hörschwelle
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genannt.
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Methode
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In diesem Versuch wird der Versuchsperson ein Köpfhörer aufgesetzt der mit einem
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Reizgenerator verbunden ist. Dieser kann Impulse in einem Frequenzbereich von 15 Hz bis
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>30 kHz bei verschiedenem Schalldruck erzeugen.
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Nun werden verschieden Frequenzen, anfangend bei 20 Hz (50, 100, 200, 500, 1000, 2000,
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5000, 10000 Hz) bei einem eindeutig hörbaren Schalldruckpegel eingestellt und anschließend
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der Schalldruckpegel gesenkt bis die Frequenz von der Versuchsperson eindeutig nicht mehr
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wahrgenommen werden kann. Anschließend wird der Schalldruckpegel wieder gesteigert bis
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die Versuchsperson die Impulse wieder hören kann (Dieser eingestellte Schalldruckpegel
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sollte jedoch geringer liegen als der zuvor eingestellte maximale Pegel). Diese Prozedur wird
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solange auf und ab wiederholt bis man eine Genauigkeit von 0.5 dB SPL erreicht hat. Das
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Angewandte Verfahren wird als „Staircase Prozedur“ bezeichnet.
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Die bei den verschiednen Frequenzen gemessenen Schalldruckpegel werden zur Auswertung
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protokolliert.
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Anschließend werden noch die oberen und unteren absoluten Hörschwellen gemessen indem
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ein Schalldruckpegel von 95 dB SPL am Gerät eingestellt wird und die Frequenz solange
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gesteigert bzw. gesenkt wird, bis kein Ton mehr hörbar ist.
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Ergebnisse:
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100
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50
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0
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-50
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20
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50 100 200 500 100 200 500 100
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Beide Ohren 55
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52
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linkes Ohr
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54
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rechtes Ohr
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39
|
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40
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42
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24
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17
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19
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Abb. 1.1
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25 -1,5 -11 -11 -17 -9,5
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-4
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19
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-6
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22
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-12 -14
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-8
|
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-4
|
||||
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-9
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-2
|
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3
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-5
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Erwartungsgemäß war das Hörvermögen der Testperson im Sprachbereich am besten, d.h. es
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wird der niedrigste Schalldruckpegel benötigt um noch etwas wahrzunehmen. Außerhalb des
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Sprachbereichs steigt die Kurve zu beiden Seiten hin an.
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Die absolute obere Hörschwelle der Testperson lag bei 20700 Hz.
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Die absolute untere Hörschwelle der Testperson lag bei 15 Hz (Niedrigst mögliche
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Einstellung des Testgerätes, es ist also durchaus möglich das die tatsächliche absolute untere
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Hörschwelle noch tiefer liegt als im Versuch bestimmt.)
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Diskussion:
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Wenn man die Kurve aus Abb. 1.1 mit Literaturwerten vergleicht lässt sich eine grobe
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Übereinstimmung im Kurvenverlauf feststellen. Allerdings liegen die gemessenen Wert um
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ein Stück nach unten verschoben. Weiterhin fällt auf, dass bei dem Versuch mit beiden Ohren
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meist ein besseres Ergebnis erzielt wurde als nur mit einem Ohr.
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Die absolute Hörschwelle der Testperson liegt sehr hoch jedoch noch gut im Bereich des
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Möglichen.
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Versuchsteil II:
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Akustische Richtungslokalisation beim Menschen
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Einleitung:
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Um auf Gefahren außerhalb seines Gesichtsfeldes reagieren zu können ist es unverzichtbar
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eine ungefähre Richtung des gehörten angeben zu können. So gehört die
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Richtungslokalisation zu einer der wichtigsten Fähigkeiten des Menschen. Dies wird
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ermöglicht durch das „binaurale“ hören, also das hören mit 2 Ohren. Das binaurale hören wird
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durch 2 Faktoren bestimmt. Zum einen durch die Zeitliche Verzögerung mit der ein
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akustischer Reiz an beiden Ohren wahrgenommen wird. Wenn ein Geräusch beispielsweise
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von rechts kommt so wird der Reiz zuerst am rechten Ohr und mit kurzer Verzögerung erst
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am linken Ohr wahrgenommen. Der zweite bestimmende Faktor ist die Lautstärke des
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Geräuschs, also der Schalldruck im Ohr. Der Reiz scheint immer aus der Richtung zu
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kommen aus der er lauter wahrgenommen wird. So ein Reiz der auf dem linken Ohr lauter
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wahrgenommen wird als auf dem rechten, „von links“ kommen.
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Teil 1: Bestimmung der binauralen Zeitdifferenzschwelle
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Methode:
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Der Versuchsperson werden Kopfhörer aufgesetzt die mit einem Reizgenerator verbunden
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sind der ein kurzes Klicken erzeugt. Am Reizgenerator lassen sich für den rechten und linken
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Kanal der Kopfhörer verschiedene Verzögerungen (Im Bereich zwischen 0-9999µs)
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einstellen. Nun wird am Reizgenerator ein fester wert von 1000µs Verzögerung für das rechte
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Ohr eingestellt und die Verzögerung am linken Ohr um +- 100µs Variiert. Die
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Versuchsperson, die nicht weiß wie das gerät eingestellt ist, muss nun angeben ob das
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Geräusch von links oder rechts kommt. Die Angabe „Mitte“ ist hierbei nicht zulässig.
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Protokolliert werden nun die Angaben der Versuchsperson bei zufällig eingestellten werden
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im oben angegeben Testbereich und anschließend ausgewertet.
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Ergebnisse:
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Abb. 2.1
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Wie man aus dem Schaubild (Abb. 2.1) erkennen kann ist beim „Mittelpunkt ein
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Vorzeichenfehler aufgetreten. Dieser liegt bei –22 und nicht bei 22. Als Kriterium für ein
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„sicheres“ Ergebnis bei einem psychophysischen Versuch wird eine 75% Schwelle gesetzt.
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Bei der Versuchsperson liegt diese schwelle bei –28,24µs nach links und –14,76µs. Die
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binaurale Zeitdifferenzschwelle entspricht dem Zeitabstand der subjektiven Mitte zum 75%-
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Wert, für den Probanden also 6,75µs
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Der Winkel zur Vorrausrichtung berechnet sich wie folgt:
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sin α=∆l/d
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∆t=∆l/c (cid:198) ∆l=∆t*c
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Also ist: sin α= (∆t*c)/d, wobei:
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α der gesuchte Winkel zur Vorrausrichtung,
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∆t die Zeitverzögerung (in diesem Fall 6,75µs),
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c die Schallgeschwindigkeit in der Luft (330m/s) und
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d der durchschnittliche Ohrenabstand beim Menschen (20 cm) ist.
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Es ergibt sich: sin α = (6,75µs * 330m/s) / 20cm = 0,0111 (cid:198) α =0,64°
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Teil 2: Die relative Bedeutung von Schalldruck und Laufzeitunterschieden für das
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Richtungshören beim Menschen („trading Messung“)
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Methode:
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Wie auch beim vorigen Versuch werden der Versuchsperson auch diesmal Kopfhörer
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aufgesetzt und ein seitlich verzögertes Geräusch vorgespielt. Allerdings wird diesmal nicht
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die Verzögerung verändert sondern die Lautstärke auf der „verzögerten“ Seite, solange bis die
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Versuchsperson angibt, das Geräusch käme aus der Mitte. Die so ermittelten Werte werden in
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ein Diagramm eingetragen und anschließen wird eine Ausgleichsgerade ermittelt und
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eingezeichnet.
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Ergebnisse:
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Tabelle 1.1
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Verzögerung
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-100
|
||||
-50
|
||||
0
|
||||
50
|
||||
100
|
||||
|
||||
1
|
||||
-9
|
||||
-7,5
|
||||
0
|
||||
3
|
||||
1,5
|
||||
|
||||
Durchgänge
|
||||
3
|
||||
-7,5
|
||||
-1,5
|
||||
4,5
|
||||
0
|
||||
7,5
|
||||
|
||||
2
|
||||
-6
|
||||
-4,5
|
||||
0
|
||||
3
|
||||
1,5
|
||||
|
||||
4
|
||||
-9
|
||||
-3
|
||||
3
|
||||
4,5
|
||||
7,5
|
||||
|
||||
5
|
||||
-6
|
||||
-6
|
||||
1,5
|
||||
6
|
||||
4,5
|
||||
|
||||
Mittelwert
|
||||
|
||||
-7,5
|
||||
-4,5
|
||||
1,8
|
||||
3,3
|
||||
4,5
|
||||
|
||||
0
|
||||
|
||||
50
|
||||
|
||||
100
|
||||
|
||||
150
|
||||
|
||||
6
|
||||
4
|
||||
2
|
||||
0
|
||||
-2
|
||||
-4
|
||||
-6
|
||||
-8
|
||||
-10
|
||||
|
||||
-150
|
||||
|
||||
-100
|
||||
|
||||
-50
|
||||
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Abb. 2.2
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||||
Diskussion:
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Versuchsteil III:
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Reflexe – motorische Reaktionen auf Sinneseindrücke
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Einleitung:
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Als Reflex bezeichnet man eine direkte, nur schwer Ermüdbare und willentlich nicht
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unterdrückbare Reaktion eines Organismus auf einen äußeren Reiz. Dieser Reflex läuft bei
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gleichem Reiz immer gleich ab. Durch sehr kurze Verschaltungswege im Nervensystem
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laufen Reflexe sehr schnell ab. Man Unterscheidet hierbei zwischen monosynaptischen und
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polysynaptischen Reflexen.
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Bei einem monosynaptischen Reflex findet die Verschaltung direkt im Rückenmark über eine
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einzige Synapse statt. Bei einem polysynaptischen Reflex findet die Verschaltung über
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mehrer Synapsen im Rückenmark statt. Bei manchen polysynaptischen Reflexen können diese
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auch erst im Hirn verschaltet werden.
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Ein
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durch
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einen
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Receptor
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Wahrgenommener Reiz wird über
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einen Nerv
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in das Rückenmark
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geleitet und dort Verschaltet. Der
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Zellkörper dieses „afferenten“ Nervs
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liegt
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im
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Spinalganglion Von
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welchem aus das Axon des Nervs
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durch die hintere Wurzel
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ins
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Rückenmark geleitet wird. Seine
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Synaptische Endigung hat der Nerv
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Im Vorderhorn der „grauen
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Substanz“. Von dort aus wird der
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Abb 3.1
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Reiz über einen Nerv der an der „vorderen Wurzel“ aus dem Rückenmark austritt an den
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Effektor weitergeleitet. Bei einem sogenannten Eigenreflex liegen Receptor und Effektor im
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gleichen Organ. Bei einem Fremdreflex liegen Receptor und Effektor in unterschiedlichen
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Organen..
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Methode:
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Durchgeführt wurde der sogenannte Patellarsehnenreflex. Hierbei wurde die Ferse der
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Versuchsperson mit Kontaktgel bestrichen und mit einem Elektrischen Kontakt in
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Verbindung gebracht. Um die Kontaktschleife zu schließen musste die Versuchsperson den
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zweiten Kontakt in der Hand halten. Die Zwei Kontakte waren über einen Zeitmesser
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miteinander verbunden. Nun wurde der Versuchsperson mit einem Hammer an dem sich ein
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dritter Kontakt befand unterhalb der Kniescheibe auf die Pattelarsehne geschlagen. Dieser
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Kontakt setze den Zeitmesser in Gang. Die Unterbrechung der Kontaktschleife durch das nach
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vorne zucken des Unterschenkels durch den ausgelösten Reflex beendete die Zeitmessung
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wieder. In diesem Zustand wurde der Versuch 16 mal wiederholt und die Ergebnisse notiert.
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(Tabelle 3.1) Anschließend musste die Versuchsperson den Ganzen Körper in eine
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Grundspannung versetzten und der Versuch wurde weitere 16 Male wiederholt und die
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Ergebnisse notiert.(Tabelle 3.1) Anschließend wurde das Knie der Versuchsperson mit dem
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Hammer nur berührt um der Versuchsperson ein Signal zu geben ohne einen Reflex
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auszulösen. Die Person sollte so schnell wie möglich den Kontakt der Ferse unterbrechen,.
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Dieser Versuch wurde weitere 16 mal wiederholt und die Ergebnisse notiert.(Tabelle 3.1).
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||||
Tabelle 3.1
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||||
Durchgänge
|
||||
|
||||
entspannt
|
||||
|
||||
116
|
||||
182
|
||||
154
|
||||
152
|
||||
177
|
||||
218
|
||||
255
|
||||
143
|
||||
210
|
||||
218
|
||||
155
|
||||
236
|
||||
259
|
||||
267
|
||||
179
|
||||
322
|
||||
202,69
|
||||
51,93
|
||||
|
||||
1
|
||||
2
|
||||
3
|
||||
4
|
||||
5
|
||||
6
|
||||
7
|
||||
8
|
||||
9
|
||||
10
|
||||
11
|
||||
12
|
||||
13
|
||||
14
|
||||
15
|
||||
16
|
||||
|
||||
Mittlewert
|
||||
Standartabweichung
|
||||
|
||||
Diskussion:
|
||||
|
||||
Reaktionszeit
|
||||
angespannt willentlich
|
||||
146
|
||||
156
|
||||
128
|
||||
118
|
||||
113
|
||||
122
|
||||
154
|
||||
126
|
||||
133
|
||||
134
|
||||
120
|
||||
189
|
||||
118
|
||||
220
|
||||
161
|
||||
137
|
||||
142,19
|
||||
27,13
|
||||
|
||||
310
|
||||
291
|
||||
473
|
||||
338
|
||||
312
|
||||
364
|
||||
375
|
||||
431
|
||||
312
|
||||
379
|
||||
377
|
||||
363
|
||||
468
|
||||
357
|
||||
480
|
||||
310
|
||||
371,25
|
||||
58,21
|
||||
|
||||
Man erkennt deutlich die Abweichungen zwischen entspannter und angespannter
|
||||
|
||||
Körperhaltung. Diese liegen weit jenseits der 5% die allgemein als „Standartabweichung“
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|
||||
zulässig sind. Beim Wilkoxon Verfahren lagen beide Messreihen außerhalb dieser
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|
||||
Maximalabweichung. Die Messergebisse sind im unwillkürlichen Bereich recht hoch aber
|
||||
|
||||
noch im vertretbaren Bereich. Die willkürliche Reaktion ist erwartungsgemäß extrem niedrig.
|
||||
|
||||
Die starke Standartabweichung weißt auf eine erhöhte körperliche Unruhe hin.
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
Versuchsteil IV:
|
||||
|
||||
Sensomotorische Integration
|
||||
|
||||
Einleitung:
|
||||
|
||||
Methode:
|
||||
|
||||
Bei diesem Versuch wurde der Kopf der Testperson mit Hilfe eines Gestells so fixiert, dass
|
||||
|
||||
die Augen 57cm entfernt vom Bildschirm lagen. Anschließend wurde ein Infrarotsensor am
|
||||
|
||||
linken Auge angebracht der die Augenbewegung maß und an einen Computer weitergab. Es
|
||||
|
||||
wurden 4 verschiedene Versuchsreihen durchgeführt. Jeweils eine zur Linearität der
|
||||
|
||||
Augenbewegung, zur glatten Augenbewegung, zur Augenbewegung beim Lesen und eine zu
|
||||
|
||||
den Sakkaden des Auges. Beim Versuch zur Linearität musste die Versuchsperson jeweils
|
||||
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einen weißen Balken auf dem Monitor Fixieren der in 2° Schritten von –10° bis +10°
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eingeblendet wurde fixieren. Anschließend wurde die glatte Augenbewegung in drei
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Versuchen gemessen. Hierbei musste die Versuchsperson zuerst einen Weißen Punkt auf
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schwarzem Hintergrund fixieren, der sich mit sinusförmiger Geschwindigkeit im –10° bis
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+10° Bereich bewegte. Beim 2. Versuch wurde der Monitor abgeschaltet und die
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Versuchsperson sollte versuchen die Augenbewegung im vorhergehenden Versuch zu
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wiederholen. Beim 3. Versuch wurde der Monitor wieder eingeschaltet und die
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Versuchsperson musste den selben Punkt auf einem Strukturierten Hintergrund verfolgen.
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Nun wurde der Versuchsperson zu dem Versuch der Augenbewegungen beim Lesen ein
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normaler Deutscher Text eingeblendet und die Augenbewegungen beim lesen aufgezeichnet.
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Anschließend wurden der Versuchsperson ein englischer Text, ein Gedicht und ein Text mit
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schweren Rechtschreibfehlern eingeblendet und die Augenbewegungen wiederum
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aufgezeichnet.
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Ergebnisse:
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9000
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8000
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7000
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6000
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5000
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4000
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3000
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2000
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1000
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0
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-15
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-10
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-5
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0
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5
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10
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15
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Abb. 4.1(X-Achse: Ausrichtung [°] Y-Achse: Horiz. Augenposition[mm])
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In Abb. 4.1 dargestellt ist der lineare Zusammenhang zwischen tatsächlicher und gemessener
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Augenbewegung. Man erkennt auf beiden Seiten der Achse ein recht lineares Messergebnis.
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Die Verschiebung der Geraden nach links lässt auf eine Verschiebung des Messmittelpunktes
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schließen.
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Abb. 4.2 (Lineare Augenbewegung bei eingeschaltetem Bildschirm)
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Wie man deutlich erkennt braucht die Versuchsperson ca. 1 Sekunde um den Punkt zu
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fokussieren und dem Punkt mit den Augen zu folgen. Ist dies aber erst einmal erfolg bleibt die
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Augenbewegung, bis auf einen kurzen Ausschlag bei Sekunde 6 sehr nah der tatsächlichen
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Bewegung des Punktes. Dieser kurze Ausschlag wird sehr vermutlich ein kurzer Lidschlag
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der Testperson sein.
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Abb. 4.3 (Lineare Augenbewegung bei ausgeschaltetem Monitor)
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Man erkennt deutlich, dass die Augenbewegung nicht mehr linear sondern sehr sprunghaft
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verlief. Die Geschwindigkeit des Punktes wurde recht gut eingehalten jedoch wird der
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Ausschlag nach rechts bzw. links zum Ende hin immer größer.
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Abb. 4.4 (Lineare Augenbewegung auf strukturiertem Hintergrund)
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Im Vergleich mit Abb. 4.2 sieht man, dass es ca. die doppelte Zeit, also 2 Sekunden, dauert
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bis die Versuchsperson den sich bewegenden Punkt auf dem Strukturierten Hintergrund
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ausgemacht hat und ihn fokussiert. Ist dies aber einmal geschehen folgt der Fokus fast ideal
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dem Punkt.
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Abb. 4.5 (Augenbewegung bei einem deutschen, recht einfachem Text)
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Man erkennt, dass beim lesen sas Wort meist sehr schnell mit dem Auge überflogen wird, der
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Fokus dann aber eine kurze Zeit am Wortende bleibt. Da es sich um einen recht einfachen
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Text handelt gibt es so gut wie keine Rücksprünge innerhalb einer Zeile um einen Teil erneut
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zu lesen.
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Abb. 4.6 (Augenbewegung bei einem englischen normal schweren Text)
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Auch dieser Text konnte von der Versuchsperson ohne größere Schwierigkeiten gelesen
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werden. Es gibt jedoch einige stellen an denen der Fokus des auges zurück sprang um einen
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Teil des bereits gelesenen erneut zu lesen. Man kann daraus schließen dass die
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Versuchsperson mit dem englischen nicht so vertaut ist wie mit Deutsch und bei manchen
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Worten Verständnis- bzw. Identifikations-Probleme auftreten.
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Abb. 4.6 (Augenbewegung beim lesen eines Gedichts)
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Man erkennt, dass das Auge beim lesen des Gedicht länger auf einem Wort verweilte und
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auch öfters zurück sprang. Dies lässt sich wohl damit erklären, dass es beim lesen des
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Gedichts länger dauert das aktuelle Wort in Zusammenhang mit dem ganzen Text zu bringen,
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was aber auch nicht immer sofort gelingt, so dass Teile des Textes erneut gelsen werden
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müssen um den Sinn zu erkennen.
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Abb. 4.7 (Augenbewegung beim lesen eines Textes mit schweren Rechtschreibfehlern)
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Es wird hier ein deutlicher Unterschied zu den obigen Texten bemerkbar. Für die einzelnen
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Worte benötigte die Versuchsperson wesentlich länger und sie musste sehr oft bereits gelsene
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Teile wiederholen. Hier wird auch eine deutliche Zeitverschiebung zwischen „lesen“ und
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„verstehen“ erkennbar da oft Worte mit Fehlern überlesen werden und erst am Ende des
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Satzes springt das Auge auf die fehlerhafte Stelle zurück.
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Abb. 4.8 (Aufzeichnung der Latenz der Sakkaden des Auges bei –10° bis +10°)
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Man erkennt eine deutliche Ballung der Messewerte bei ca. 150ms was darauf hindeutet, dass
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es sich um einen unwillkürlichen Reflex handelt und nicht um eine willentliche Handlung.
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Betrachtet man die Mittelwerte so lässt sich ein leichter Anstieg von links nach rechts
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feststellen was vermutlich an der Messung am linken Auge liegt.
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Abb. 4.9 (Links: Geschwindigkeit der Augenbewegung in Abhängigkeit der Amplitude
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Rechts: Latenz der Augenbewegung in Abhängigkeit der Amplitude)
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Auf dem linken Schaubild erkennt man, dass die Geschwindigkeit mit derr sich Auge bewegt
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unabhängig von der Strecke ist die es zurücklegen muss. Auf dem rechten Schaubild erkennt
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man die Latenz bis zur erneuten Fokussierung des Auges auf einen Punkt im Abstand der
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Amplitude zur ursprünglichen Fokussierung des Auges. Bringt man die beiden Schaubilder in
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Verbindung so lässt sich feststellen, dass je größer die Amplitude, also je weiter der „neue“
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Punkt als Abbild auf der Netzhaut von der Fovea (also dem Ursprünglichen Fokus des Auges)
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entfernt ist, die Latenz bis sich das Auge reagiert in einer logarithmus-ähnlichen Kurve
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abgebildet wird. Dies liegt vermutlich an der immer größer werdenden Querverschaltung der
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Sehzellen je weiter diese von der Fovea entfernt liegen, da es dann länger dauert bis der neue
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Fokuspunkt „errechnet“ wurde.
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4.10 (Abbildung der Sakkaden des Auges gegen [s])
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Hier sieht man alle Sakkaden des Auges der Testperson übereinandergelagert. Man erkennt
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deutlich eine Verdichtung etwas ober- und unterhalb der Stellen an denen eigentlich der Punkt
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aufgetaucht ist, dies lässt sich auf eine ungenügende Kalibrierung des Messgeräts und vor
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allem auf eine zu starke Verstärkung der Messdaten zurückführen. Die ungefähre Latenz liegt
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bei 150-200 ms. Dies berechnet sich aus dem Auftauchen des Punktes (roter Strich bei 0.2s)
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und dem Beginn der Augenbewegung (bei ca. 400ms). Vgl. hierzu Abb. 4.8.
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Abb. 4.11 (Durchschnittliche Genauigkeit der Sakkaden bei gegebenem Auslenkungsgrad)
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Das alle gemessenen Durchschnittswerte im positiven Bereich liegen verstärkt die
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Vermutung, dass die Verstärkung am Messgerät zu stark eingestellt war. Vgl. hierzu Abb.
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4.10.
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Literatur:
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Adolf Faber, Der Körper des Menschen, 13. Auflage
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N.A. Campbell, Biologie, 6. Auflage
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Reference in New Issue
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