Das 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
Einleitung: Gedächtnismodelle
Ikone
...
Echogedächtnis
sensorische Register
Kurzzeitgedächtnis
Langzeitgedächtnis
Atkinson & Shiffrin (1968)
Cowan
(1984): Speicher
kurze sensorische
• kurzer auditiver Speicher:
Langzeitgedächtnis
Phänomene bis 200 ms
Maskierung Areale
•sensorische
 Informationsintegration
•...Persistenz
KZG
Aufmerk• ...
• langer auditiver
Speicher (ca. 10 s):
samkeit
• ...
 Teilbericht
•semantische
SuffixeffekteAreale
 periodisches Rauschen
Shiffrin
& Schneider
(1977)
Cowan
(1988, 1995)
zentrale
Exekutive
Einleitung: Gedächtnismodelle
sensorisches Gedächtnis
kategoriales KZG
kurze sensorische Speicher
kurze sensorische Speicher
sensorische
...
• Areale
sensorische Areale
...
• ...
• ...
semantische
...
• ...
• semantische Areale
Areale
...
...
sensorische
Areale
...
semantische
...
Areale
...
Hypothesen (nach Cowan, 1988)
• Das KZG ist eine Software, die auf unterschiedlicher Hardware läuft.
• Das Echogedächtnis ist KZG auf auditiven Arealen.
Ähnlichkeiten und Unterschiede von Echogedächtnis und KZG
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
Digitales
weißes Rauschen
Amplitude
Akategorialer Stimulus: Rauschen
|—|
Zeit

e
5 s = 10 x 10,000 Ziffern
Amplitude
 = 3.141... e = 2.718...
5 s = 100,000 Ziffern
Periodisches
weißes Rauschen
Dt = 1/20000 sec
Zeit
www.periodic-noise.de
Lebensdauer des Echogedächtnisses
• Maximale Zyklen für periodisches Rauschen
– 20 VPn, Perioden 0.5 - 20 Sekunden, 3 Durchgänge
Richtige Detektionen [%]
100
periodisches Rauschen
KZG Peterson & Peterson
50
0
0
5
10
Periodenlänge [s]
15
20
• Brown (1958) / Peterson & Peterson (1959):
– Konsonantentrigramme wiedergeben,
während Behaltensintervall rückwärts zählen
Lebensdauer für kategoriale Information
zusammen mit Lutz Munka
• Sind Brown/Peterson&Peterson-Daten kategorial?
Prozent korrekt
100
2403
NTZ
5161
80
3 Zeilen 3-stellig, 7 s
2 Zeilen 4-stellig, 4 s
periodisches Rauschen
60
B
*
C
D
40
???
7564
F
*
G
H
20
0
0
3
6
9
12
15
Retentionsintervall [Sekunden]
18
Kapazitätsbeschränkung
zusammen mit Lutz Munka
• 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
F E D A B C D E F A B C D E F A B C
E
A B C D E F A B C D E F E D C A B F E D C A
?1
Daten
?2
post hoc Wahrscheinl.
Modell mit 3 Parametern:
Segmente im Zyklus:
3reg
4reg
5reg
3ran
4ran
5ran
50
0
1
2
3
4
5
6
davon ausgetauscht
7
– Kapazität, ganzzahlig
– Zuverlässigkeit
des Einzelsegmentes
– Zuverlässigkeit
der Gesamtantwort
post hoc Wahrscheinlichkeit
für Kapazität  maximal bei 3
regulär
zufällig
0
log(p(H|R))
Prozent korrekt
100
-5
-10
-15
-20
-25
1
2
3
4
Kapazität
5
6
Interferenz
• im klassischen „sensorischen Register“:
hoch
• im KZG (solange im Kapazitätslimit):
• im langen auditorischen Speicher:
niedrig
niedrig
– Averbach & Coriell (1961): Ikone überschreibbar
Hauptaufgabe (Ja/Nein)
Behaltensintervall: 8,25 s
Störaufgabe
Prozent korrekt
100
50
Zufallsniveau
Hauptaufgabe
Störaufgabe
0
keine
visuelle
Interferenz
auditive
Inhalte des Echogedächtnisses
• Was ist eigentlich der Erinnerungsgegenstand des
Echogedächtnisses?
Gibt es Leben auf dem Mars?
Marszeichnungen
Viking, 1976
Leo Brenner, 1899
Zufallsstimuli  Basisperzepte


???
Inhalte des Echogedächtnisses
• Neurophysiologie: Spektrotemporale rezeptive Felder in A1
7
octaves above 110 Hz
6
5
4
3
2
1
0
-150
-50
50 ms
a-b) de Charms, unpublished data, c-e) de Charms et al., 1998
• Verhalten: Spektrotemporale Optimalstimuli für
Basisperzepte in weißem Rauschen
7
octaves above 75 Hz
6
5
4
3
2
1
0
0
100
200 ms
• EEG: Frühe temporale
Aktivierung
Mechanismen des Echogedächtnisses
• Versuch, Perioden mit hochsignifikanten Segmenten
zu füllen, scheitert.
Kapazität: 3 Segmente
 Gegenseitige Hemmung
kurze sensorische Speicher
...
sensorische
Areale
...
semantische
...
Areale
...
• kurzer sensorischer Speicher = Anfangsphase?
“four winners take all”
Echogedächtnis bei Tieren
• Wüstenrennmäuse (Kooperation mit Holger Schulze, Magdeburg)
• Naive Tiere (N=21, 4 pro Gruppe):
– shuttle box, go/no-go task
– Periodenlänge 20...100 ms
– 60 EV pro Tag
Trainingsleistung
30
25
20 ms
20
15
40 ms
10
60 ms
80 ms
100 ms
5
0
0
5
10
15
Trainingsdauer [Tage]
• Hochtrainierte Tiere (N=2),
Periode wird bei guter Leistung verlängert:
– 160 Tage Training (9600 EV!)
– maximal 400 ms
20
Echogedächtnis 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 Tieren
• Leistung im allometrisch gewichteten Vergleich
4
man
extended training
brief training
1394 ms
3
2.5
cat
10
log (maximum RN period [ms])
3.5
gerbil
2
1.5
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
log10 (brain weight [g] / body weight [g]
0.667
-0.2
)
0
Rehearsal
zusammen mit Kathrin Hahn
•
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
Rehearsal von Tonhöhe
Shepard-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.
Kategoriales Rehearsal
Rehearsal
zusammen mit Kathrin Hahn
1
0.5
0
-15 -10 -5 0 5 10 15
Frequenzunterschied [cent]
Durchschnittswerte 3 VPn
0.5 s
4.9  0.5 cent
6.0 s kein Reh.:
10.3  1.7 cent
6.0 s stilles Reh.:
9.0  1.5 cent
6.0 s offenes Reh.: 11.8  0.4 cent
vorhersagender Singfehler
bei offenem Rehearsal
gemittelt über 2 VPn
9/3 emU
2
richtig
falsch
S1-S2
30
Singfehler F0/F(S1) [cent]
Antwort "S2 war höher"
0.5 s
6 s kein Reh.
6 s stilles Reh.
6 s offenes Reh.
Singtonhöhe 1 VP
bei offenem Rehearsal,
S2 4 cent tiefer als S1
vorhersagender Fehler [emU]
Beispielsdaten 1 VP
20
10
0
-10
-20
3/3 emU
1
0
-30
0
1
2
3 4
Zeit [s]
5
6
0
1
2
3 4
Zeit [s]
5
6
Fazit
• 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 Gedächtnisses
Gegenstand:
Mechanismus:
Frequenzkanten, Transientendetektoren, Doppelkanten...
“four winners take all”
• Auditives Gedächtnis bei Wüstenrennmäusen und Katzen bis 400 ms
• Unterschiede auditives Gedächtnis / kategoriales KZG
– rehearsal
funktioniert nicht für Tonhöhen

langer auditiver Speicher