Ab wann sehen Babys dreidimensional?

Die Fähigkeit zur Tiefenwahrnehmung entsteht im ersten Lebensjahr. Dies zeigen zahlreiche Studien mit den unterschiedlichsten experimentellen Anordnungen (z.B. Gibson & Walk, 1960; Kellman & Arterberry, 2006).

Wann genau entwickelt sich die Fähigkeit zur Tiefenwahrnehmung?

Wir erforschen in unserem Projekt die Entwicklung des stereoskopischen Sehens. Unsere beiden Augen verarbeiten zwei leicht unterschiedliche Wahrnehmungsbilder, was die Wahrnehmung von stereoskopischer oder binokularer Dreidimensionalität ermöglicht.
Das binokulare Sehen zählt zu einer von vier Gruppen von Tiefenreizen. Die anderen Gruppen sind die monokular-statischen bzw. bildhaften Tiefenreize (z.B. Schlagschatten), Bewegungsinformationen und schließlich die okulomotorischen Tiefenreize (Bewegung der Augenmuskeln).
In der letzten Projektphase wurde bereits die Sensitivität für gekreuzte binokulare Disparität getestet. Im aktuellen Projekt wird die Sensitivität für ungekreuzte binokulare Disparität untersucht.

Was sind gekreuzte und ungekreuzte binokulare Disparitäten?

Unsere Augen nehmen jeweils einen eigenen Bildausschnitt wahr. Diese beiden Wahrnehmungsbilder unterscheiden sich aufgrund des Augenabstandes minimal voneinander. Dies wird binokulare (horizontale) Disparität genannt. Wenn unser Gehirn die beiden Bilder zusammenfügt, resultiert die Wahrnehmung eines räumlichen Gesamtbildes.
Bei einer gekreuzten horizontalen Disparität liegt das Abbild eines Objektes näher an den äußeren Randbereichen der Netzhäute der beiden Augen. Dies bewirkt, dass das Objekt vor dem Hintergrund zu schweben scheint. Nach Birch, Gwiazda und Held (1982) können Babys diesen Effekt ab zwölf Lebenswochen wahrnehmen.
Bei einer ungekreuzten horizontalen Disparität liegen die Abbilder des Objektes weiter innen auf den Netzhäuten und das Objekt scheint hinter dem Hintergrund zu liegen. Nach Birch, Gwiazda und Held (1982) nehmen Babys diesen Effekt erst ab 17 Wochen wahr.

Testmaterial

In unseren Studien verwenden wir Zufallspunktestereogramme, um die Wahrnehmung der binokularen Disparität zu testen. Unsere Zufallspunktestereogramme bestehen aus kleinen schwarzen und weißen Vierecken. In diese Stereogramme sind zwei Vierecke eingebaut, von denen das eine verschwommen erscheint und das das andere eine klar sichtbare Form zeigt, welches vor bzw. hinter der Bildschirmoberfläche zu liegen scheint. Zu sehen sind beide Vierecke nur, wenn das Stereogramm mit beiden Augen betrachtet wird. Schließt man ein Auge, verschwinden die Vierecke.

Das nach hinten verschobene klar sichtbare Viereck wird mit Hilfe ungekreuzter horizontaler Disparität erzeugt: Es wurden hierzu zwei Halbbilder (d.h. ein Bild, das nur von dem linken Auge gesehen wird, und ein Bild, das nur von dem rechten Auge gesehen wird) entwickelt, die sich darin unterschieden, dass eine viereckige Fläche in dem einen Halbbild ein klein wenig horizontal nach außen verschoben wurde. Eine Verschiebung nach innen erzeugt eine gekreuzte horizontale Disparität, die das Viereck als nach vorne verschoben erscheinen lässt.
Das verschwommene Viereck ist der „Kontrollreiz“. Dieser enthält keine horizontale Disparität, d.h. keinen Tiefenunterschied zur sonstigen Bildschirmoberfläche. Er wurde dadurch erzeugt, dass eines der Vierecke in einem der beiden Halbbildern ein klein wenig nach oben (vertikal) verschoben wurde.
Als Resultat dieses Vorgehens ist auf der einen Seite des Bildschirms der Testreiz mit der horizontalen Disparität (Viereck mit 3D-Effekt) – ein vor dem sonstigen Bildschirmhintergrund schwebendes Viereck – zu sehen und auf der anderen Seite der Kontrollreiz mit einer vertikalen Disparität – ein verschwommenes Viereck.

Methode

Als Messmethoden werden die CNP- und die FPL-Methode eingesetzt. Als zusätzliche Fragestellung unserer Studie sollen diese beiden Methoden miteinander verglichen werden.
In den 24 FPL-Durchgängen wird der Testreiz jeweils 12-mal links und 12-mal rechts präsentiert. Die Reihenfolge ist zufällig. Bei der CNP-Messung werden vier Durchgänge präsentiert, die jeweils den Testreiz links oder rechts zeigen. Bei der FPL-Methode wird festgehalten, wie oft das Baby den Reiz Testreiz angesehen hat, bei der CNP-Methode hingegen wird gemessen, wie lange dieser Reiz angesehen wird.
Während des Experiments sitzen die Babys auf dem Schoß eines Elternteils in einem Abstand von 45 cm vor dem Stereomonitor und ihre Blickbewegungen werden mit Hilfe einer kleinen Kamera beobachtet.

Untersuchung der gekreuzten horizontalen Disparität

In der letzten Projektphase (Kavšek, 2013) wurden 24 reifgeborene Babys (12 Jungen und 12 Mädchen) wöchentlich zwischen der 6. und 16. Lebenswoche mit beiden Messmethoden (CNP- und die FPL) getestet. Untersucht wurde, ab wann sich die Fähigkeit entwickelt, gekreuzte horizontale Disparitäten (Viereck in den Vordergrund verschoben) wahrzunehmen.
Mit statistischen Analyseverfahren wurden die Blickdaten der jeweiligen Messmethode ausgewertet. In der FPL-Bedingung zeigte sich eine Bevorzugung des Testreizes bereits ab einem Alter von acht Wochen, in der CNP-Bedingung tauchte eine Bevorzugung des Testreizes erst ab einem Alter von 12 Wochen auf. Das stereoskopische 3D-Sehen ist somit ab acht bzw. 12 Lebenswochen nachweisbar.

Untersuchung der ungekreuzten horizontalen Disparität – Aktuelle Studie

Es sollen insgesamt zwölf Jungen und zwölf Mädchen im Alter von 6 bis 20 Wochen auf die Fähigkeit hin untersucht werden, ungekreuzte horizontale Disparität wahrzunehmen. Den Babys wird ein Viereck präsentiert, das hinter der Bildschirmoberfläche zu liegen scheint.
Die Sensitivität für ungekreuzte horizontale Disparität scheint sich, wie in anderen Studien (z.B. Birch, Gwiazda & Held, 1982) bereits gezeigt, später zu entwickeln als die Sensitivität für gekreuzte Disparität. Daher ist diesmal ein längerer Untersuchungszeitraum vorgesehen.
Wieder erfolgt ein Vergleich der beiden Messmethoden FPL und CNP.
Die ersten Babys wurden bereits im Herbst/Winter 2014 getestet, die nächsten starteten Anfang 2015.
Wir sind gespannt auf die Ergebnisse!

Quellen:
Birch, E. E.; Gwiazda, J. & Held, R. (1982). Stereoacuity development for crossed and uncrossed disparities in human infants. Vision Research, 22, 507–513.

Gibson, E. J.; Walk, R. D. (1960). The „visual cliff“. Scientific American, 202, 64–71.

Kavšek, M. (2013). The onset of sensitivity to horizontal disparity in infancy: A short-term longitudinal study. Infant Behavior & Development, 36, 329–343.

Kellman, P. J. & Arterberry, M. E. (2006, 6th ed.). Infant visual perception. In D. Kuhn, R. Siegler, W. Damon & R. Lerner (Eds.), Handbook of child psychology. Vol. 2: Cognition, perception, and language (pp. 109-160). Hoboken, NJ: Wiley.


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