E11 Wahrnehmung als Informationsbeschaffung

Thema

Diese Wahrnehmung ist im Grunde ein Prozess des Erfassens, Weiterleitens und Verarbeitens von Informationen über die Umgebung des Wahrnehmenden. Shannons Informationstheorie liefert einen präzisen quantitativen Rahmen für diese Wahrnehmung. Demnach trägt jeder Reiz in dieser Umgebung umso mehr Information, je unwahrscheinlicher sein Auftreten unter allen möglichen Reizen in dieser Umgebung ist. Je unwahrscheinlicher und unerwarteter ein Reiz in dieser Umgebung ist, desto mehr Information enthält er folglich.

Die Kapazität dieses sensorischen Kanals – also die Menge an Information, die er pro Zeiteinheit übertragen kann – ist gemäß dem Shannon-Hartley-Theorem sowohl durch die Bandbreite dieses Kanals als auch durch das Verhältnis von Nutzsignal zu Rauschen begrenzt. Diese grundlegende Grenze gilt gleichermaßen für den Sehnerv des Menschen und für jeden anderen biologischen oder künstlichen Rezeptor. Eine größere Bandbreite dieses sensorischen Kanals oder ein günstigeres Verhältnis von Nutzsignal zu Rauschen erhöht folglich seine Kapazität.

Die gegenseitige Information zwischen diesem Reiz aus dieser Umgebung und der Reaktion dieses Sensors misst präzise, ​​wie stark die Unsicherheit über denselben Reiz durch die Kenntnis der Sensorreaktion reduziert wird: Ein perfekter Sensor eliminiert daher jegliche Unsicherheit über den Reiz vollständig, während ein völlig verrauschter Sensor diese Unsicherheit überhaupt nicht reduziert. Dieselbe gegenseitige Information vereinheitlicht somit die Bewertung jedes bestehenden sensorischen Systems, ob biologisch oder künstlich, anhand einer einzigen gemeinsamen Metrik. Ein verrauschterer Sensor bedeutet, dass diese gegenseitige Information zwischen Reiz und Sensorreaktion folglich geringer ist und die Unsicherheit über den Reiz daher auch nach Kenntnis der Reaktion höher bleibt.

Das Weber-Fechner-Gesetz und das Potenzgesetz von Stevens beschreiben empirisch, wie die vom Beobachter wahrgenommene subjektive Stärke eines Reizes mit der tatsächlichen physikalischen Intensität desselben Reizes zusammenhängt. Fechners logarithmische Beziehung impliziert, dass diese Wahrnehmung enorme Bereiche physikalischer Intensität in für den Wahrnehmenden viel besser handhabbare Bereiche komprimiert. Das menschliche Ohr beispielsweise deckt einen enormen Bereich physikalischer Intensitäten in Bezug auf den Schalldruck ab, nimmt diesen aber aufgrund der logarithmischen Kompression nach Fechner als annähernd lineare Skala der Lautstärke wahr. Steigt die physikalische Intensität eines Reizes weiter an, so nimmt die subjektiv wahrgenommene Stärke dieses Reizes gemäß derselben logarithmischen Beziehung nach Fechner deutlich langsamer zu als die physikalische Intensität selbst.

Dieses Modell quantifiziert daher mit seiner gegenseitigen Information und logarithmischen Kompression mithilfe der Signalentdeckungstheorie die Unterscheidungsfähigkeit dieses Sensors in dieser Umgebung: Ein Sensor mit ausreichend hoher Empfindlichkeit kann das Nutzsignal klar vom Rauschen unterscheiden, während ein Sensor mit geringer Empfindlichkeit das Nutzsignal nur unzureichend wahrnimmt. Diese Empfindlichkeitsmetrik ist zudem unabhängig von den spezifischen Entscheidungskriterien des Beobachters, weshalb sie grundlegend für den Vergleich der sensorischen Fähigkeiten verschiedener Spezies ist. Je höher die Empfindlichkeit dieses Sensors, desto besser ist seine Unterscheidungsfähigkeit im Rauschen.

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