Visual attention in the real world

Menschen richten üblicherweise Blick und Aufmerksamkeit auf für ihre momentane Tätigkeit wichtige Orte. Blickrichtungsmessungen erlauben die relative Wichtigkeit jedes Ortes abzuschätzen und somit Rückschlüsse auf die grundlegenden kognitiven Prozesse, die der Auswahl der Blickrichtung unterliegen. Seit Jahrzehnten wird dies unter Laborbedingungen mit dem großen Vorteil guter Kontrollierbarkeit gemacht. Diese Arbeit untersucht visuelle Aufmerksamkeit in natürlicheren Umgebungen, um sowohl Laborergebnisse auf Realitätsnähe zu testen als auch Experimente unter realistischeren, im Labor nur schwer nachahmbaren, Bedingungen durchzuführen. Die vier Studien dieser Arbeit tragen zum Verständnis visueller Aufmerksamkeit und Wahrnehmung unter komplizierteren Bedingungen als man sie in herkömmlichen Laborexperimenten vorfindet, bei. Bottom-up-Aufmerksamkeitsmodelle sagen Aufmerksamkeit oder Blickrichtung lediglich aufgrund der optischen Reize voraus. Solche Modelle zerlegen ein Bild zuerst in unterschiedliche Merkmale, im klassischen Saliency Map Model Farb-, Luminanz- und Orientierungskontrast. Pro Merkmal wird die “Interessantheit” aller Stellen im Bild in einer sogenannten ‘conspicuity map’ (‘Auffälligkeitskarte’) erfasst. Diese werden linear zu einer Salienzkarte addiert und diese Additivität wurde in letzter Zeit in Frage gestellt. Eine Alternative wäre, für jede Stelle das Maximum aller Karten zu verwenden. Die erste Studie verwendet Veränderungen in Farb- und Luminanzkontrast an Bildern natürlicher Szenen, um die Vorhersagefähigkeit der beiden Mechanismen über menschliches Verhalten einander gegenüberzustellen. Es wird gezeigt, dass die lineare Additivität des ursprünglichen Modells am besten mit menschlichen Verhalten übereinstimmt. Da alle Annahmen des Salienzkartenmodells bis auf die Addition der Karten auf Ergebnissen physiologischer Experimente beruhen, grenzt dieser Befund zukünftige Modelle ein. Um die Realitätsnähe von Modellen visueller Aufmerksamkeit zu testen, wurde der dazu erforderliche Vergleich zwischen natürlichen und Laborbedingungen in einer zweiten Studie überprüft. In einer Bedingung wurden kopfzentrierte Filme aus der Eigenperspektive aufgenommen und simultan die Augenbewegungen gemessen, während die Teilnehmer 15 natürliche Umgebungen erkundeten (“free exploration”). Abschnitte dieser Filme wurden in zwei Laborversuchen gezeigt. Im "video replay" wurden die Abschnitte wie aufgenommen gezeigt, im “1s frame replay” wurden zufällig ausgewählte Einzelbilder für je eine Sekunde in zufälliger Reihenfolge gezeigt. Dabei gemessene Augenspuren zeigen, dass im Vergleich zur 1s-frame-replay-Bedingung die Blickwinkelverteilung der video-replay-Bedingung qualitativ ähnlicher zur free-exploration-Bedingung ist und dass die Modellsalienz die Blickwinkel während der free-exploration-Bedingung quantitativ am besten vorhersagt. Außerdem ruft das Zeigen eines neuen Einzelbilds bei der 1s-frame-replay-Bedingung eine Neuorientierung zur Mitte hervor. Folglich beeinflusst die Reizdarstellung unter Laborbedingungen Aufmerksamkeit auf eine Weise, die im echten Leben nur sehr unwahrscheinlich vorkommen wird. Die video-replay-Bedingung modelliert folglich natürliche visuelle Reize am besten. In der dritten Studie wurde auf einer örtlichen Straße (“Hirschberg”) überprüft, ob Laufen auf unregelmäßigem Terrain verlangt, mehr Aufmerksamkeit auf den Weg zu richten. Die Teilnehmer liefen dazu auf zwei Seiten dieser ansteigenden Straße; auf der gepflasterten Straße und dem angrenzenden, unregelmäßig gestuften Fußweg. Umgebung und Anweisungen an die Teilnehmer blieben gleich. Beim Laufen auf dem Fußweg wurde der Blick häufiger auf den Weg gerichtet als beim Laufen auf der Straße. Dabei waren sowohl Kopf als auch Augen auf dem Fußweg mehr nach unten orientiert als auf der Straße, während die Orientierung des Auges im Kopf auf dem gestuften Fußweg vertikal breiter verteilt war, was auf häufigere oder größere Augenbewegungen hindeutet. Dies untermauert frühere Befunde über unterschiedliche Rollen von Auge und Kopf bei der Blickausrichtung in der realen Welt. Weiterhin zeigt es, dass eine implizite Aufgabe (z.B. nicht zu stürzen) visuelle Aufmerksamkeit ebenso bestimmt wie eine explizite Aufgabe. In der letzten Studie wurde untersucht, ob Handlung Wahrnehmung beeinflusst. Dazu wurde ein zweideutiger Reiz benutzt, der entweder als im, oder als gegen den Uhrzeigersinn drehend (das ‘Perzept’) wahrgenommen wird. Mussten die Teilnehmer fortlaufend ein Manipulandum in eine vorgegebene Richtung drehen – mit oder gegen den Uhrzeigersinn – und gleichzeitig das Perzept über eine Tastatur angegeben, wurden die Perzepte nicht von den Handlungen beeinflusst. Benutzten die Teilnehmer das Manipulandum zur Anzeige des Perzeptes – entweder durch Rotieren in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung – beeinflusste die Handlung die Wahrnehmung. Folglich beruht die Auflösung von Ambiguität in visuellen Reizen auf Motorsignalen, aber nur wenn diese relevant für die momentane Aufgabe sind. Durch die Verwendung natürlicher Reize, den Vergleich von Verhalten im Labor und in realer Welt, der Durchführung eines Experimentes auf der Straße sowie das Studium der Integration zweier verschiedenartiger aber alltäglicher Informationsquellen wurde Sehen unter realitätsnahen Umständen untersucht. Die Stichhaltigkeit einiger Laborergebnisse wurde überprüft und bestätigt und einige erste Schritte zur Durchführung von Experimenten unter realitätsnahen Umständen wurden getan. Beide Ansätze erscheinen vielversprechend für zukünftige Forschung.