Stereoskopisches Sehen in verschiedenen Gesichtsfeldpositionen : Psychophysische und elektrophysiologische Untersuchungen

Abstract

Wie verarbeitet unser Gehirn dreidimensionale Reize? Um dieser Frage nachzugehen untersuchten wir unter psychophysischen und elektrophysiologischen Bedingungen die zentrale Verarbeitung von dRDS (dynamic random - dot stereogram) Schachbrettern. Im Hauptexperiment präsentierten wir dRDS Schachbrettmuster. Es handelt sich dabei um fortlaufend neu erzeugte Zufallspunktmuster, die auf einem Computermonitor dargeboten wurden. Mit Hilfe einer speziell dafür konstruierten Brille, erhält man ein räumliches Bild. Unsere Versuchspersonen sollten bei zentraler Blickfixation die Position des dRDS Schachbretts (links oder zentral oder rechts) angeben und entscheiden, ob der Reiz aus der Tiefe pulsierte oder im Raum stand. Wir wendeten die Frequenzen 2.74Hz, 4.12Hz, 5.49Hz, 8.24Hz und 16.48Hz randomisiert an. Im psychophysischen Teil wollten wir herausfinden, ob der Proband bei zentraler Blickfixation die Lokalisation des Reizes angeben kann, und ab welcher, individuell unterschiedlichen Bewegungsfrequenz die Schwelle zwischen Pulsation und Stehen des Reizes im Raum liegt Im elektrophysiologischen Teil wollten wir überprüfen, ob sich reizrelatiert zerebrale Aktivität topographisch darstellen lässt, wo die Amplitudenmaxima der Reize aus den drei verschiedenen Gesichtsfeldbereichen (links, zentral oder rechts) sich befinden, ob die Amplitudenmaxima der peripheren Reize sich von dem zentralen Reiz bezüglich ihrer Stärke unterscheiden. Weiterhin wollten wir Stärke und Lokalisation der Amplituden in Abhängigkeit von unterschiedlichen Reizfrequenzen ermitteln.Wir fanden heraus, dass der Mittelwert der Schwellen im linken Gesichtsfeld mit 5.9 Hz signifikant größer als rechts mit 5.5 Hz ist. Zentral lag die Schwelle bei 5.83 Hz. Wir konnten evozierte Gehirnaktivität durch dRDS-Schachbrettreize in allen stimulierten Gesichtsfeldbereichen in Höhe der Reizfrequenzen nachweisen. Die Amplituden bei niedrigen Reizfrequenzen waren stärker ausgeprägt als bei höheren Reizfrequenzen. Periphere Reize erzeugten geringere Amplituden als entsprechende zentrale. Die zentralen Reize stellten sich median über dem okzipitalen Kortex im Bereich von 22 % und 24 % (ungefähr zwischen den Elektrodenpositionen Oz und Pz) dar. Die peripheren zeichneten sich durch eine Lateralisation aus. Bei Stimulation des linken Gesichtsfeldes fand eine Projektion in die rechte Hemisphäre und entsprechend bei Stimulation des rechten Gesichtsfeldes in die linke Hemisphäre statt. Wir stellten weiterhin fest, dass sich die Reizfrequenz 2.74 Hz signifikant weiter frontal darstellte als die übrigen Reizfrequenzen. Der interessante Befund unseres Experiments ist, dass evozierte Hirnaktivität weit unter der psychophysischen Bewegungsschwelle nachgewiesen wurde. Obwohl alle Versuchspersonen angaben, Bewegung in der Tiefe nicht mehr wahrzunehmen, konnten wir bei allen unter der Schwelle zerebral evozierte Aktivität durch den Bewegungsreiz nachweisen. How does our brain process threedimensional stimuli? We investigated in our experiment with psychophysical and electrophysiological methods the processing of a stereoscopic checkerboard by using dynamic random dots stereograms (dRDS). The dRDS were generated by special software. With shutter spectacles the 3-D stimuli pulsated vividly in depth. The subjects had to decide where the stereoscopic checkerboard pattern was located (left, central, right visual field) and if it was pulsating in depth or standing in front of the monitor plane. We used the stimulation frequencies 2.74Hz, 4.12Hz, 5.49Hz, 8.24Hz and 16.48Hz in randomized order. As a fixation control we displayed numbers in the center of the screen which the subjects had to add.In the psychophysical part of the stereo experiment we wanted to find out if the subjects can name the position of the stereoscopic checkerboard. Thresholds of motion in depth for the left, central and right visual field were compared. In the electrophysiological part we investigated if stimulus related electrical brain activity can be detected, where the maximum amplitude at stimulation of the left, central and right visual field is, if there is a difference between central and peripheral amplitude power. As result we found the mean motion threshold in the left visual field (5.9 Hz) significantly higher than in the right visual field (5.5 Hz). In the central visual field the mean motion threshold was 5.83 Hz. Evoked brain activity was recorded at all stimulation frequencies. Lower frequencies yielded larger amplitudes than higher ones and amplitudes were smaller with peripheral stimulation. Maximum amplitudes at central stimulation were found central between 22% and 24% of the inion nasion distance. At peripheral stimulation potentials were detected over the contralateral occipital hemisphere. We found that activity elicited by 2.74 Hz stimulation frequency was located significantly more anterior than activity elicited by the other stimulation frequencies. An interesting finding in our experiment is that there were detectable visual evoked potentials related to stimulation frequency far below the psychophysical threshold. Even if the subjects reported to perceive no motion in depth, electrical brain activity could be recorded.