Top-down- und Bottom-up-Verarbeitung: der Unterschied, und warum Wahrnehmung beides braucht

Bottom-up-Verarbeitung ist Wahrnehmung, die vom Reiz ausgeht: Deine Sinne erfassen einfache Merkmale, und dein Gehirn setzt sie zu einem Wahrnehmungsbild zusammen. Top-down-Verarbeitung ist Wahrnehmung, die von Wissen und Erwartung ausgeht: Was du schon weißt, der Kontext und deine Ziele bestimmen, wie du den Reiz deutest. Ein lauter Knall, der deine Aufmerksamkeit von einem Gespräch abzieht, ist Bottom-up-Verarbeitung. Eine Form, die du zwischen Buchstaben als B und zwischen Zahlen als 13 liest, ist Top-down-Verarbeitung. Normale Wahrnehmung nutzt beide.

In der Psychologie sind die zwei Begriffe leicht zu verwechseln. Beide beschreiben denselben Vorgang, das Wahrnehmen, und beide Namen nennen eine Richtung, kein Ding. Dieser Artikel zeigt die Definitionen aus dem Dorsch-Lexikon der Psychologie und aus einem offenen Lehrbuch. Er zeigt auch die klassischen Studien zu beiden Richtungen, den Teil der Debatte, der noch offen ist, und zwei Fragen für Klausurbeispiele.

• Bottom-up-Verarbeitung beginnt beim Reiz. Top-down-Verarbeitung beginnt bei dem, was die wahrnehmende Person mitbringt: Wissen, Erwartungen, Kontext und Ziele.
• Das Dorsch-Lexikon nennt die Unterscheidung einen „heuristischen Rahmen“. Bei Top-down-Verarbeitung hängt die Verarbeitung „nicht ausschließlich“ von den Merkmalen des Reizes ab.
• In einer Studie von Richard M. Warren aus dem Jahr 1970 hörten Versuchspersonen einen Sprachlaut, den ein Husten ersetzt hatte. Wenn Stille den Laut ersetzte, bemerkten sie die Lücke.
• Die Hirnforschung beschreibt Rückkopplungsbahnen, die Erwartungen in die Sehrinde tragen. In normaler Wahrnehmung arbeiten beide Richtungen also zusammen.
• Forschende streiten noch darüber, wie weit Erwartungen verändern, was wir sehen, und nicht nur, was wir beurteilen oder berichten.

Der Unterschied in einer Tabelle

Die Definitionen stammen aus dem offenen Lehrbuch Psychology 2e von OpenStax. Bottom-up-Verarbeitung ist dort ein Vorgang, den „sensorische Information von einem Reiz in der Umwelt“ antreibt. Top-down-Verarbeitung ist ein Vorgang, den „Wissen und Erwartung“ antreiben. Im selben Abschnitt steht: „Wahrnehmung umfasst sowohl Bottom-up- als auch Top-down-Verarbeitung.“ Alle englischen Zitate in diesem Artikel haben wir selbst übersetzt.

Das Dorsch-Lexikon der Psychologie beschreibt die Unterscheidung als „heuristischen Rahmen“, um verschiedene Arten von Einflüssen auf die Verarbeitung zu unterscheiden. Von Top-down-Verarbeitung spricht man nach Dorsch, wenn Vorwissen, Erwartungen, Kontext oder Entscheidungen die Verarbeitung beeinflussen, und „nicht ausschließlich“ die Merkmale des aktuellen Reizes. Das Wort „ausschließlich“ ist wichtig. Eine Klausurantwort nennt den Vorgang, der die Hauptrolle spielt. Sie behauptet nicht, dass der andere Vorgang fehlt.

Bottom-up-Verarbeitung: Der Reiz gibt die Richtung vor

Bei der Bottom-up-Verarbeitung fließt die Information vom Reiz nach oben. OpenStax beschreibt sie so: „Wir erfassen grundlegende Merkmale von Reizen und fügen sie dann zusammen.“ Die Person muss nicht wissen, was der Gegenstand ist. Die Merkmale des Reizes tragen den Vorgang. Deshalb nennt das Dorsch-Lexikon sie auch reizgesteuerte Verarbeitung.

Die Aufmerksamkeit liefert ein klares Beispiel. Stell dir vor, du sitzt mit Freunden in einem vollen, lauten Restaurant. Du schaust auf das Gesicht deines Gegenübers, um zu verstehen, was es sagt. Dann lässt die Bedienung ein Tablett fallen: Glas zerbricht, Pfannen schlagen auf den Boden. Dieser Lärm dringt wahrscheinlich durch deine Aufmerksamkeitsfilter, und du kannst nicht anders, als ihn zu bemerken. OpenStax nennt das „attentional capture“, also das Einfangen der Aufmerksamkeit. Dieses Einfangen wäre „bottom-up“, weil das Geräusch aus der Umgebung es auslöst. Du hast nicht beschlossen, auf einen Knall zu achten.

Das Dorsch-Lexikon gibt ein Beispiel aus dem Sehen. Du lässt den Blick über eine Szene wandern, und nur die Stärke der Helligkeits- und Farbkontraste bestimmt, wohin deine Aufmerksamkeit geht. Das ist Bottom-up-Verarbeitung.

Beide Begriffe gehören zur Wahrnehmung. OpenStax definiert Wahrnehmung als „die Art, wie sensorische Information organisiert, gedeutet und bewusst erlebt wird“. Die Empfindung ist das Erfassen selbst: Ein Sinnesrezeptor erfasst die Information. Die zwei Begriffe trennen also nicht Empfindung und Wahrnehmung. Sie benennen zwei Quellen von Information innerhalb der Wahrnehmung.

Top-down-Verarbeitung: Wissen und Erwartung geben die Richtung vor

Bei der Top-down-Verarbeitung prägt das, was du schon weißt, was du wahrnimmst. Nach OpenStax werden dabei „frühere Erfahrungen und Erwartungen zuerst genutzt, um Reize zu erkennen“. Das Dorsch-Lexikon nennt sie auch konzeptgesteuerte Wahrnehmung.

Ein bekanntes Lehrbuchbeispiel ist eine Form, die ein Buchstabe oder eine Zahl sein kann. Das offene Lehrbuch von Lumen Learning zeigt sie in einer Reihe von Buchstaben. Dort liest man sie als B. In einer Reihe von Zahlen sieht dieselbe Form wie die Zahl 13 aus. Der Reiz bleibt gleich. Nur der Kontext ändert sich, und der Kontext entscheidet, was du siehst.

Richard L. Gregory hat diese Sicht klassisch beschrieben. In einem Aufsatz von 1980 schrieb er: „Wahrnehmungen lassen sich mit Hypothesen in der Wissenschaft vergleichen.“ Nach seiner Darstellung verarbeitet das Gehirn Nervensignale mit gespeichertem Wissen und mit Annahmen. Das Ergebnis ist eine Hypothese darüber, was draußen ist.

OpenStax nutzt denselben Gedanken in seinem Abschnitt über die Gestaltprinzipien: „Unsere Wahrnehmungen beruhen auf Wahrnehmungshypothesen: begründeten Vermutungen, die wir anstellen, während wir sensorische Information deuten.“ Persönlichkeit, Erfahrungen und Erwartungen prägen diese Vermutungen. Aus ihnen entsteht nach OpenStax das „perceptual set“, eine Erwartungshaltung, die die Wahrnehmung vorab ausrichtet.

Top-down-Verarbeitung lenkt auch die Suche. Wenn du deine Schlüssel verlegt hast, suchst du auf der Küchentheke oder auf dem Couchtisch. Auf dem Deckenventilator suchst du nicht, weil Schlüssel dort normalerweise nicht liegen. OpenStax nennt diese Suche top-down: Sie steht unter deiner Kontrolle und beruht auf deiner Erfahrung. Im Zusammenhang mit Aufmerksamkeit beschreibt das Lehrbuch Top-down-Vorgänge als „im Allgemeinen zielgerichtet, langsam, überlegt, anstrengend und unter deiner Kontrolle“.

Das Dorsch-Lexikon nennt ein ähnliches Beispiel. Du suchst auf einem Bild des Times Square gezielt einen unauffälligen Vogel am Himmel. Deine Aufmerksamkeit geht dann zu den Stellen, an denen der Vogel wahrscheinlich ist, obwohl dort keine auffälligen Helligkeits- oder Farbmerkmale sind.

Erwartungen beeinflussen auch, wie wir andere Menschen beurteilen, zum Beispiel beim Pygmalion-Effekt und bei anderen Erwartungseffekten. Das ist ein verwandtes, aber eigenes Thema. Es steht in unserem Artikel über Wahrnehmungsfehler bei der Beurteilung von Menschen.

Zwei klassische Studien, die beide Richtungen zeigen

Warren (1970): Ein Husten verdeckt einen Sprachlaut

Der Psychologe Richard M. Warren nahm einen aufgezeichneten Satz und ersetzte einen Sprachlaut vollständig durch ein anderes Geräusch, zum Beispiel ein Husten oder einen Ton. Nach seinem Bericht in der Zeitschrift Science von 1970 glaubten die Versuchspersonen, den fehlenden Laut zu hören. Sie konnten das Husten auch nicht richtig einordnen. Es schien während eines anderen Teils des Satzes zu kommen. Der Titel des Berichts nennt das die „Wiederherstellung fehlender Sprachlaute“ in der Wahrnehmung.

Die Studie hatte eine zweite Bedingung. Wenn Stille den Sprachlaut ersetzte, fanden die Versuchspersonen die Lücke an der richtigen Stelle und bemerkten, dass der Laut fehlte. Der Satz ergänzte den Laut also nur, wenn der Reiz es zuließ. Ein Husten konnte einen Sprachlaut verdecken, Stille konnte es nicht. Die Top-down-Verarbeitung wirkte auf den mehrdeutigen Reiz. Bei einem klaren Reiz entschied die Bottom-up-Verarbeitung.

Palmer (1975): Erst eine Szene, dann ein kurzer Blick auf einen Gegenstand

Stephen E. Palmer zeigte Versuchspersonen zuerst das Bild einer Szene. Danach zeigte er sehr kurz die Zeichnung eines Gegenstands. Der Gegenstand passte zur Szene, passte nicht zu ihr oder kam ohne vorherige Szene. Nach Palmers Bericht von 1975 nannten die Versuchspersonen den Gegenstand am häufigsten richtig, wenn er zur Szene passte. Am seltensten nannten sie ihn richtig, wenn er nicht passte. Der Kontext veränderte also, welchen Gegenstand sie nannten.

Wie sicher sich die Versuchspersonen waren, hing von der Ähnlichkeit ab: Wie ähnlich war die Zeichnung dem Gegenstand, den sie nannten? Vom Kontext hing die Sicherheit kaum ab. Der Kontext veränderte die Antwort, aber die sichtbaren Merkmale bestimmten weiter, wie sicher die Antwort war.

Warum Wahrnehmung beides braucht

Meist arbeiten beide Richtungen zusammen, nicht gegeneinander. Die Hirnforschung stützt diese Sicht. In einem Überblicksartikel von 2013 beschreiben Charles D. Gilbert und Wu Li Top-down-Einflüsse auf die Bahnen der Sehrinde. Diese Einflüsse laufen über Rückkopplungsbahnen zwischen Bereichen der Hirnrinde. Diese Bahnen tragen Information über Aufmerksamkeit, Erwartung, die aktuelle Wahrnehmungsaufgabe, das Arbeitsgedächtnis und Bewegungsbefehle. Dadurch können dieselben Nervenzellen je nach Aufgabe unterschiedlich arbeiten.

Ein einflussreicher Ansatz geht weiter. Andy Clark fasste 2013 die These zusammen, dass Gehirne im Kern Vorhersagemaschinen sind. Nach dieser Sicht versucht das Gehirn ständig, „eingehende Sinnesreize mit Top-down-Erwartungen oder -Vorhersagen abzugleichen“. Das geschieht in einer „Kaskade kortikaler Verarbeitung, die in beide Richtungen läuft“. Clark nannte den Ansatz den bisher besten Hinweis auf eine einheitliche Wissenschaft von Geist und Handeln. Er untersuchte aber auch seine Fallstricke und offenen Probleme. Der Ansatz ist ein umstrittener Rahmen, keine gesicherte Tatsache.

Wo die Grenze noch umstritten ist

Nach Chaz Firestone und Brian J. Scholl gibt es einen „wachsenden Konsens“, dass Top-down-Effekte auf das Sehen überall vorkommen. Sie prüften nach eigenen Worten „Hunderte von Studien“. Diese Studien berichteten, dass Überzeugungen, Wünsche, Gefühle, Motive, Absichten oder Sprache verändern, was Menschen sehen. In ihrem Artikel von 2016 in der Zeitschrift Behavioral and Brain Sciences kamen sie zu einem anderen Schluss. Keine dieser Studien liefert nach ihrer Ansicht überzeugende Belege für einen echten Top-down-Effekt auf die Wahrnehmung selbst.

Sie nannten sechs Fallstricke, die nach ihrer Ansicht die berichteten Effekte erklären. Einer ist der Unterschied zwischen Wahrnehmung und Urteil. Die Farbe oder die Größe eines Schuhs kannst du sehen. Dass der Schuh teuer ist, kannst du nur erschließen oder beurteilen. Wenn ein Experiment verändert, was Versuchspersonen berichten, kann sich also ihr Urteil verändert haben und nicht ihr Sehen. Urteilsfehler sind ein eigenes großes Forschungsfeld, das unser Artikel über kognitive Verzerrungen erklärt. Die anderen fünf Fallstricke sind eine zu einseitig bestätigende Forschungsstrategie, Erwartungen der Versuchssituation und Antworttendenzen, Unterschiede in einfachen Bildmerkmalen, periphere Aufmerksamkeitseffekte sowie Gedächtnis und Wiedererkennen.

Eine ihrer eigenen Studien zeigt den Fallstrick der einfachen Bildmerkmale. Ein früherer Bericht hatte behauptet, dass Menschen ein Schwarzes Gesicht dunkler sehen als ein weißes Gesicht mit derselben mittleren Helligkeit. In einer Studie von 2015 zeigten Firestone und Scholl stark verschwommene Versionen der Gesichter. Die Versuchspersonen schätzten das Schwarze Gesicht trotzdem als dunkler ein, auch wenn sie nicht mehr erkennen konnten, ob ein Gesicht Schwarz oder weiß war. Der Unterschied kam aus Merkmalen der Bilder selbst, also aus einer Bottom-up-Ursache.

Ihre Sicht ist eine Seite einer lebhaften Debatte. Die Zeitschrift veröffentlichte den Artikel zusammen mit Kommentaren anderer Forschender und einer Antwort der beiden Autoren. Gregory sah ein ähnliches Problem schon 1980. Er schrieb, es sei in der Praxis „überraschend schwierig“ festzustellen, ob physiologische oder kognitive Faktoren selbst die klassischen Verzerrungstäuschungen verursachen. Für das Studium bleibt die Lehrbuchunterscheidung gleich. Offen ist, wie tief Top-down-Effekte reichen: bis ins Sehen selbst oder nur in das, was Menschen beurteilen und berichten.

Klausurbeispiele einordnen: zwei Fragen

Zwei Fragen ordnen die meisten Klausurbeispiele ein:

1. 1.Was setzt den Vorgang in Gang: der Reiz oder das, was die Person weiß, erwartet oder will?
2. 2.Würde eine Person ohne dieses Wissen und ohne diese Erwartung dasselbe wahrnehmen?

Wenn der Reiz den Vorgang auslöst und jede Person dasselbe wahrnehmen würde, lautet die Antwort Bottom-up-Verarbeitung. Wenn Wissen, Kontext oder Erwartung das Ergebnis verändern, lautet die Antwort Top-down-Verarbeitung.

Manche Aufgaben beschreiben beide Vorgänge. Dann achte auf die Wörter, die die Aufgabe betont. „Weil sie es erwartete“, „in diesem Zusammenhang“ und „aus Erfahrung“ zeigen auf Top-down-Verarbeitung. „Bevor er es erkannte“ und „die Helligkeit des Lichts“ zeigen auf Bottom-up-Verarbeitung.

So hältst du die Begriffe auseinander

Eine einfache Merkhilfe: Unten ist der Reiz, oben ist das Gehirn. Bottom-up-Verarbeitung beginnt unten, bei den rohen Signalen der Sinne, und baut nach oben ein Wahrnehmungsbild auf. Top-down-Verarbeitung beginnt oben, bei dem, was das Gehirn schon gespeichert hat, und arbeitet nach unten zum Reiz. Auch die deutschen Namen aus dem Dorsch-Lexikon helfen: reizgesteuert heißt bottom-up, konzeptgesteuert heißt top-down.

Dieselben Wörter kommen auch in der Ergotherapie, in Texten über ADHS und Autismus und in der Planung von Unternehmen vor. Diese Bedeutungen behandelt dieser Artikel nicht. Er erklärt die Bedeutung in der Wahrnehmungsforschung und im Psychologiestudium.

Zu diesem Thema gehört eine kleine Gruppe verwandter Begriffe: Bottom-up-Verarbeitung, Top-down-Verarbeitung, Wahrnehmungshypothese und perceptual set. In Psychology World schlägst du einen Begriff nach und speicherst ihn in einer eigenen Liste. Dann fragst du die Liste ab: als Karteikarten, durch Tippen der Antwort oder als Multiple Choice, sobald die Liste mindestens vier Begriffe hat. Die vier Schritte der Lernschleife und was die einzelnen Lernmodi tun stehen auf der Startseite. Welche Lernmethoden gut belegt sind, zeigt unser Leitfaden zum Lernen psychologischer Fachbegriffe.