In dieser Arbeit untersuche ich der Gesichterkognition zugrundeliegende biologischen Mechanismen auf der genetischen, neuronalen und verhaltensbasierten Ebene. Die neuronale Aktivität wurde mittels ereigniskorrelierter Potenziale (EKPs) untersucht und ihre Latzenzvariabilität innerhalb der Person wurde durch eine innovative Methode, Residue Iteration Decomposition (RIDE), gemessen. Die erste Studie demonstriert die Reliabilität von RIDE für die Extraktion von Einzeltrialparametern der P3b Komponente, welche in der zweiten Studie die Basis für die Untersuchung der Innen-Subjekt-Variabilität (ISV) bei der Geschwindigkeit der Gesichterkognition bildet. Die zweite Studie untersucht individuelle Unterschiede in ISV in ihrer genetischen Variation, gemessen an der Verhaltens- und neuronalen Ebene während einer Gesichterkognitionsaufgabe. Die Ergebnisse zeigen, dass ISV nicht nur mit dem COMT Val158Met Polymorphismus zusammenhängt, sondern auch von der geforderten kognitiven Verarbeitung abhängt. Zudem ist die ISV in der Reaktionszeit teilweise durch die ISV in der Geschwindigkeit zentralkognitiver Prozesse erklärbar. Studie 3 liefert neuartige Informationen für die N1/N170 Forschung. Mit einem differentialpsychologischen Ansatz konnten wir nicht nur vorangegangene Ergebnisse zur Vorhersagekraft der N170 für individuelle Unterschiede in der Gesichterkognition replizieren, sondern auch die individuellen Unterschiede in der N170 in einen allgemeinen und einen gesichtsspezifischen Teil mit unterschiedlicher Vorhersagekraft zerlegen. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass top-down Modulationen der N170 unterscheidbare und qualitativ unterschiedliche Beziehungen zu Fähigkeiten der Gesichterkognition aufweisen. Insgesamt zeigen die integrierten Ergebnisse der Studien meiner Dissertation die psychologische Bedeutsamkeit der intra- und interindividuellen Variabilität in der Gesichterkognition für die Erforschung der ihr zugrundeliegenden biologischen Mechanismen. / The biological mechanisms underlying face cognition from an inter- and intra-individual variability perspective at the genetic, neural, and behavioral levels are investigated. The neural activities related to face processing are measured by event-related potentials (ERPs) and their trial-by-trial latency variability are estimated using a novel and well-established method, Residue Iteration Decomposition (RIDE). Study 1 demonstrates the reliability of RIDE in extracting single-trial parameters of the P3b component. In the Study 2, individual differences in ISV of face processing speed, measured at both behavioral and neural levels during a face processing task, are studied in their genetic variation. The results suggest that individual differences in ISV are related not only to the COMT Val158Met polymorphism, but also to the type of cognitive processing (e.g., memory domain). Moreover, we showed that ISV in reaction time can be partially explained by ISV in the speed of central cognitive processes. Furthermore, the individual differences approach in Study 3, provided valuable and novel information beyond the common group-mean approach applied in the N1/N170-related research. Based on this approach, not only we could replicate previous findings that the N170 predicts individual differences in face cognition abilities, but also we could decompose individual differences in the N170 into a domain-general and a face-specific part with different predictive powers. Moreover, we showed that top-down modulations on the N170 have separable and qualitatively different relationships to face cognition abilities. In summary, the integrated results from different studies in my dissertation demonstrate the psychological importance of the information provided by inter- and intra-individual variability in face processing in the investigation of its underlying biological mechanisms.

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine flexibel zu verwendende Plattform für Visual Servoing-Aufgaben zu Erstellen, mit der eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungsfällen abgedeckt werden kann. Kernaufgabe der Arbeit ist es dabei, verschiedene Verfahren der Gesichtserkennung (face detection) am Beispiel der Haar-Kaskade und -wiedererkennung (face recognition) am Beispiel von Eigenfaces und Fisherfaces zu betrachten und an ausführlichen Beispielen vorzustellen. Dabei sollen allgemeine Grundbegriffe der Bildverarbeitung und bereits bekannte Verfahren vorgestellt und ihre Implementierung im Detail dargestellt werden. Aus den dadurch gewonnen Erkenntnissen und dem sich ergebenden Anforderungsprofil an die zu entwickelnde Plattform leitet sich anschließend die Realisierung als eigenständige Anwendung ab. Hierbei ist weiterhin zu untersuchen, wie die neu zu entwickelnde Software zukunftssicher und in Hinblick auf einen möglichen Einsatz in Praktika einfach zu verwenden realisiert werden kann. Sämtliche während der Arbeit entstandenen Programme und Quellcodes werden auf einem separaten Datenträger zur Verfügung gestellt. Eine komplett funktionsfähige Entwicklungsumgebung wird als virtuelle Maschine beigelegt.

Service robots need to be aware of persons in their vicinity in order to interact with them. People tracking enables the robot to perceive persons by fusing the information of several sensors. Most robots rely on laser range scanners and RGB cameras for this task. The thesis focuses on the detection and tracking of heads. This allows the robot to establish eye contact, which makes interactions feel more natural. Developing a fast and reliable pose-invariant head detector is challenging. The head detector that is proposed in this thesis works well on frontal heads, but is not fully pose-invariant. This thesis further explores adaptive tracking to keep track of heads that do not face the robot. Finally, head detector and adaptive tracker are combined within a new people tracking framework and experiments show its effectiveness compared to a state-of-the-art system.

Kommunikation ist allgegenwärtig in unserem Alltag. Personen mit einer Autismus-Spektrum-Störung (ASS) zeigen soziale Schwierigkeiten und beim Erkennen von Kommunikationssignalen von Gesicht und Stimme. Da derartige Schwierigkeiten die Lebensqualität beeinträchtigen können, ist ein tiefgreifendes Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen von großer Bedeutung. In der vorliegenden Dissertation befasste ich mich mit sensorischen Gehirnmechanismen, die der Verarbeitung von Kommunikationssignalen zugrunde liegen und, die in der Forschung zu ASS bisher wenig Beachtung fanden. Erstens untersuchte ich, ob eine intranasale Gabe von Oxytocin die Erkennung der Stimmenidentität beeinflussen, und ihre Auffälligkeiten bei Personen mit ASS mildern kann. Zweitens erforschte ich, welche neuronalen Prozesse den Schwierigkeiten in der Wahrnehmung visueller Sprache in ASS zugrunde liegen, da bisherige Evidenz nur auf Verhaltensdaten basierte. Diese Fragestellungen beantwortete ich mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie, Eyetracking und Verhaltenstestungen. Die Ergebnisse der Dissertation liefern neuartige Erkenntnisse, die für Personen mit ASS und typisch entwickelte Personen von hoher Relevanz sind. Erstens bestätigen sie die Annahmen, dass atypische sensorische Mechanismen für unser Verständnis der sozialen Schwierigkeiten in ASS grundlegend sind. Sie zeigen, dass atypische Funktionen sensorischer Gehirnregionen den Kommunikationseinschränkungen in ASS zugrunde liegen und die Effektivität von Interventionen beeinflussen, die jene Schwierigkeiten vermindern sollen. Zweitens liefern die Ergebnisse empirische Evidenz für theoretische Annahmen darüber, wie das typisch entwickelte Gehirn visuelle Kommunikationssignale verarbeitet. Diese Erkenntnisse erweitern maßgeblich unser aktuelles Wissen und zukünftige Forschungsansätze zur zwischenmenschlichen Kommunikation. Außerdem können sie neue Interventionsansätze zur Förderung von Kommunikationsfähigkeiten hervorbringen. / Communication is ubiquitous in our everyday life. Yet, individuals with autism spectrum disorder (ASD) have difficulties in social interactions and to recognize socially relevant signals from the face and the voice. Such impairments can vastly affect the quality of life - a profound understanding of the mechanisms behind these difficulties is thus strongly required. In the current dissertation, I focused on sensory brain mechanisms that underlie the perception of emotionally neutral communication signals that so far have gained little attention in ASD research. I studied the malleability of voice-identity processing using intranasal administration of oxytocin, and thus the potential to alleviate voice-identity recognition impairments in ASD. Furthermore, I investigated brain mechanisms that underlie recognition difficulties for visual speech in ASD, as until now evidence on visual-speech recognition in ASD was limited to behavioral findings. I applied methods of functional magnetic resonance imaging, eye tracking, and behavioral testing. The contribution of the present dissertation is twofold. First, the findings corroborate the view that atypical sensory perception is a critical cornerstone for understanding of social difficulties in ASD. Dysfunction of visual and auditory sensory brain regions might contribute to difficulties in processing aspects of communication signals in ASD and modulate the efficacy of interventions for improving the behavioral deficits. Second, the findings deliver empirical support for a recent theoretical model of how the typically developing brain perceives dynamic faces. This improved our current knowledge about brain processing of visual communication signals in the typically developing population. Advanced scientific knowledge about human communication, as provided in the current dissertation, propels further empirical research and development of clinical interventions that aim to promote communication abilities in affected individuals.

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, eine flexibel zu verwendende Plattform für Visual Servoing-Aufgaben zu Erstellen, mit der eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungsfällen abgedeckt werden kann. Kernaufgabe der Arbeit ist es dabei, verschiedene Verfahren der Gesichtserkennung (face detection) am Beispiel der Haar-Kaskade und -wiedererkennung (face recognition) am Beispiel von Eigenfaces und Fisherfaces zu betrachten und an ausführlichen Beispielen vorzustellen. Dabei sollen allgemeine Grundbegriffe der Bildverarbeitung und bereits bekannte Verfahren vorgestellt und ihre Implementierung im Detail dargestellt werden. Aus den dadurch gewonnen Erkenntnissen und dem sich ergebenden Anforderungsprofil an die zu entwickelnde Plattform leitet sich anschließend die Realisierung als eigenständige Anwendung ab. Hierbei ist weiterhin zu untersuchen, wie die neu zu entwickelnde Software zukunftssicher und in Hinblick auf einen möglichen Einsatz in Praktika einfach zu verwenden realisiert werden kann. Sämtliche während der Arbeit entstandenen Programme und Quellcodes werden auf einem separaten Datenträger zur Verfügung gestellt. Eine komplett funktionsfähige Entwicklungsumgebung wird als virtuelle Maschine beigelegt.

Service robots need to be aware of persons in their vicinity in order to interact with them. People tracking enables the robot to perceive persons by fusing the information of several sensors. Most robots rely on laser range scanners and RGB cameras for this task. The thesis focuses on the detection and tracking of heads. This allows the robot to establish eye contact, which makes interactions feel more natural. Developing a fast and reliable pose-invariant head detector is challenging. The head detector that is proposed in this thesis works well on frontal heads, but is not fully pose-invariant. This thesis further explores adaptive tracking to keep track of heads that do not face the robot. Finally, head detector and adaptive tracker are combined within a new people tracking framework and experiments show its effectiveness compared to a state-of-the-art system.