Die Wirkung antizipierter Verhaltenseffekte auf die Verhaltensinitiierung

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1 Die Wirkung antizipierter Verhaltenseffekte auf die Verhaltensinitiierung Wilfried Kunde, Joachim Hoffmann & Philipp Zellmann Psychologisches Institut III Universität Würzburg Röntgenring Würzburg Abstract Menschliches Verhalten ist im Regelfall nicht reizgetrieben, sondern zielorientiert und intentional. Zielgerichtetes Verhalten setzt voraus, daß Verhaltensakte anhand der Vorwegnahme der mit ihnen erfahrungsgemäß eintretenden Effekte ausgewählt werden können. Aus dieser Überlegung heraus ist es plausibel anzunehmen, daß die Antizipation eines angestrebten Effektes die Ausführung all derjenigen Verhaltensakte erleichtert, die diesen Effekt erfahrungsgemäß hervorbringen. Diese Annahme wurde in zwei Reaktionsvorbereitungs-Experimenten überprüft. Die Vpn sollten eine bestimmte Aktion A (Tastendruck) vorbereiten, die zu einem konsistenten sensorischen Effekt (ein Ton bestimmter Höhe) führte. Anstelle von oder unmittelbar vor der Ausführung der vorbereiteten Aktion sollte eine zweite Aktion B ausgeführt werden, die entweder zum selben oder zu einem anderen Effekt führte (ein Ton gleicher oder unterschiedlicher Höhe). Wir untersuchten, wie schnell die Aktion B ausgeführt werden kann, in Abhängigkeit davon, ob ihr Effekt mit dem der vorbereiteten Aktion übereinstimmt oder nicht. Es zeigte sich, daß eine Aktion B im allgemeinen schneller ausgeführt wird, wenn sie zum selben Effekt führt wie eine vorangehend vorbereitete Aktion A. Wir sehen dieses Ergebnis als Beleg für die Annahme, daß die Vorbereitung und Ausführung selbst einfacher Aktionen durch eine Antizipation ihrer sensorischen Effekte beeinflußt wird. Schlüsselwörter: Psychologie, Verhaltenssteuerung, Reaktionsvorbereitung. 1

2 Jedes motorische Verhalten hat letztlich seinen Sinn darin, daß wir mit ihm bestimmte Effekte erzielen können. Die Herstellung eines Verhaltenseffektes setzt Wissen über die Resultate des eigenen Verhaltens voraus. Nur dann, wenn wir wissen, zu welchen Konsequenzen ein bestimmter Verhaltensakt führt, können wir diesen Verhaltensakt ausführen um die vorhergesehenen Konsequenzen gezielt herbeizuführen. Ohne dieses Wissen könnten wir nur blind agieren und dabei hoffen, daß das, was wir zu erreichen wünschen, auch geschieht. Selbst wenn der Organismus nach hinreichender Lernerfahrung Wissen über die Effekte seines Verhaltens erworben hat, stellt sich für ihn das Problem, wie er aus seinem Verhaltensrepertoire gezielt diejenigen Verhaltensakte bestimmt, die den angestrebten Effekt mit größter Sicherheit hervorbringen. Schon William James hat als mögliche Lösung dieses Problems die Idee formuliert, daß eine willkürliche Bewegung durch eine Reaktivierung von Gedächtnisspuren derjenigen sensorischen Effekte initiiert wird, die mit der Bewegungsausführung angelegt worden sind: An aniticipatory image then, of the sensorial consequences of a movement... is the only psychic state which introspection lets us discern as the forerunner of our voluntary acts (James, 1981, 1890; p.1111/1112; Hervorhebung W.K.). Nach James Überlegungen sind Verhaltensakte mit ihren konsistenten Effekten assoziiert, so daß die Antizipation eines Effektes unmittelbar diejenigen Verhaltensakte einleitet, die diesen Effekt erfahrungsgemäß hervorbringen. Obschon dieser aus der Selbstbeobachtung gewonnene Gedanke weitgehend akzeptiert erscheint, gibt es bislang kaum empirische Belege für seine Richtigkeit. Erst in jüngerer Zeit haben Hoffmann (1993), Prinz (1998) und andere auf dieses Defizit aufmerksam gemacht und gefordert, die alte Idee der Effektadressierung von Verhaltensakten durch experimentelle Evidenz zu untermauern. Einschlägige Experimente wurden hierzu in erster Linie von Hommel (1996) berichtet. In einem der Experimente hatten die Vpn beispielsweise auf den Buchstaben O mit einer rechten Taste und auf den Buchstaben X mit einer linken Taste zu reagieren. Mit dem Drücken der Tasten lösten die Vpn die Darbietung eines Tones aus; mit der rechten Taste etwa einen hohen Ton (500 Hz) und mit der linken Taste einen tiefen Ton (200 Hz). Nach einer Trainingsphase wurde die Darbietung der Reaktionsreize mit der Darbietung jeweils einer der beiden Töne gekoppelt, die die Vpn als Effekte ihrer Reaktionen zuvor erlebt hatten. Es zeigte sich ein signifikanter Einfluß der Kongruenz zwischen den Tönen, die mit dem Reaktionssignal dargeboten wurden und den Tönen, die als Effekt der geforderten Reaktion auftraten: Bei Übereinstimmung der beiden Töne wurden im Mittel um 15 ms schnellere Reaktionen beobachtet als bei Nichtübereinstimmung der beiden Töne. Auch ohne daß die Vpn instruiert waren, die Töne zu erzeugen, gewannen sie also Einfluß auf die Schnelligkeit der Initiierung derjenigen Reaktionen, als deren Effekt sie erlebt worden sind. Die Experimente lassen erstens die Schlußfolgerungen zu, daß die aufgabenirrelevanten Effekte mehr oder weniger automatisch mit den Verhaltensakten assoziiert werden, die sie erzeugen. Zweitens weisen die Ergebnisse darauf hin, daß ein sensorisch präsenter Effekt diejenigen Verhaltensweisen auf den Plan ruft, die ihn üblicherweise hervorbringen. Damit sind zwei wichtige Hinweise auf die Rolle konsistenter Effekte bei der Initiierung der sie erzeugenden motorischen Aktionen erbracht. Allerdings ist damit der eigentliche Kerngedanke der oben dargestellten Überlegungen William James noch nicht thematisiert. Dazu müßte gezeigt werden, daß antizipierte (also zum Zeitpunkt der Aktionsausführung noch gar nicht sensorisch gegebene) Effekte an der Initiierung von Willkürhandlungen beteiligt sind. Die folgenden Experimente zielen darauf ab, die Wirkung antizipierter Effekte auf die Aktionsinitiierung nachzuweisen. Generelle Methode In den hier zu berichtenden Experimenten hatten die Vpn die Aufgabe, die Ausführung einer von vier möglichen Aktionen (Tastendrücken) vorzubereiten. Den Tasten waren zwei sensorische Effekte (ein hoher und ein tiefer Ton) zugeordnet (vgl. Abb. 1). Das Charakteristische dieser 2

3 Situation liegt darin, daß jeweils zwei der Aktionen zu gleichen und alle anderen Kombinationen von zwei Aktionen zu unterschiedlichen Effekten führen. Abbildung 1: Mögliche Zuordnungen der zwei Effekte zu den vier Aktionen. Die mit dieser Anordnung verknüpfte Erwartung war, daß in einer Situation in der mehrere Aktionen zum selben sensorischen Effekt führen, die zur Vorbereitung einer Aktion erforderliche Antizipation ihrer Effekte mehr oder weniger stark auch die Ausführung der anderen, mit demselben Effekt assoziierten Aktion, erleichtert. Beispielsweise sollte beim Mapping A in Abb. 1 die Vorbereitung der Aktion 1 auch die Ausführung der Aktion 3, nicht aber die Ausführung der Aktionen 2 und 4 erleichtern. Experiment 1 Zur Überprüfung dieser Annahme bearbeiteten die Vpn eine Wahlreaktionsaufgabe bei der auf vier Farben vier zugeordnete Tasten zu drücken waren ms vor Darbietung der Farbe wurde ein Cue (eine Ziffer von 1 bis 4, bzw. die Ziffer 0 als Neutralcue) dargeboten, der die nächste Aktion mit 70-prozentiger Sicherheit ankündigte. In 30% der Fälle war der Cue invalide, d.h. es mußte eine andere als die vorbereitete Aktion ausgeführt werden. Diese invaliden Durchgänge sind für den Nachweis der Wirkung von Aktionseffekten von besonderem Interesse. Es lassen sich hier zwei Fälle unterscheiden: Die tatsächlich auszuführende Aktion führt entweder zum selben Effekt wie die ursprünglich vorbereitete Aktion, oder sie führt zu einem anderen Effekt. Abbildung 2: Valide und invalide Durchgänge in Experiment 1. Bei invaliden Cues führen die vorbereitete und auszuführende Aktion entweder zu gleichen oder ungleichen Effekten. Wenn es zutrifft, daß antizipierte Aktionseffekte maßgeblich zur Aktionsvorbereitung beitragen, dann sollte die Vorwegnahme eines Effektes neben der durch den Cue angekündigten Aktion mehr oder weniger stark auch die Ausführung der anderen Aktion mit demselben Effekt erleichtern. Es 3

4 ist daher zu erwarten, daß eine Aktion nach einem invaliden Cue schneller ausgeführt werden kann, wenn sie zum selben Effekt wie die fälschlicherweise angekündigte Aktion führt, eben weil sie durch die Vorwegnahme des gemeinsamen Effektes bereits mehr oder weniger gebahnt ist. Methode Als Versuchspersonen (Vpn) nahmen 24 Studierende (6 Männer, 18 Frauen) der Universität Würzburg im Alter zwischen 19 und 36 Jahren teil. Die Vpn sollten auf vier Farben (rot, blau, grün, gelb) vier zugeordnete Tasten mit den Zeige- und Mittelfingern der beiden Hände betätigen ms vor dem Farbreiz wurde eine Ziffer präsentiert, die die als nächstes zu drückende Taste ankündigte. Die Ziffern 1 bis 4 waren den Tasten von links nach rechts zugeordnet. In 280 der insgesamt 480 Versuchsdurchgänge war der Cue valide, in 80 Durchgängen neutral (die Ziffer 0 ) und in 120 Durchgängen invalide (eine andere als die durch die Ziffer angekündigte Taste war zu drücken). Die Vpn wurden instruiert, die durch die Ziffer angekündigte Aktion so gut wie irgend möglich vorzubereiten. Jeweils zwei der Reaktionen lösten einen hohen Ton (650 Hz) und die beiden anderen einen tiefen Ton (250 Hz) von jeweils 600 ms Dauer aus. Jeder der sechs möglichen Zuordnungen der zwei Töne zu den vier Tasten (die drei in Abb. 1 dargestellten plus die drei durch Vertauschung von hohem und tiefen Ton entstehenden) wurden je vier Vpn zugewiesen. Durch diese Ausbalancierung ist sichergestellt, daß nach invaliden Cues Aktionen deren Effekte mit der vorbereiteten Aktion übereinstimmen bzw. nicht überinstimmen, konfundierungsfrei verglichen werden können. Ergebnisse und Diskussion Da sich keine Anhaltspunkte für speed-accuracy-trade-offs ergaben, beschränkt sich die Ergebnisdarstellung auf die Reaktionszeiten (RTs). Cueeffekte: Die erste Analyse bezog sich auf die Wirksamkeit des Cues. Die Reaktionszeiten nach validen, neutralen und invaliden Cues betragen 382 ms, 529 ms und 545 ms. Sowohl der Unterschied zwischen neutralen und validen Durchgängen (t(1, 23)=11,58, p<.01), als auch zwischen neutralen und invaliden Durchgängen ist hoch signifikant (t(1, 23)=4.16, p<.01). Offenbar wurden die Cues also zur Vorbereitung der entsprechenden Aktionen genutzt. Wirkung der Aktionseffekte: Für den Nachweis der Wirkung von Aktionseffekten ist entscheidend, ob eine Aktion im Falle eines invaliden Cues schneller ausgeführt werden kann, wenn sie zum selben Effekt führt wie die ursprünglich vorbereitete Aktion. Bereits eine explorative Analyse der Daten zeigte eine übungsabhängige Variation des Ergebnismusters. Daher wurde neben dem Faktor Effektkorrespondenz (mit der vorbereiteten Aktion korrespondierender vs. nichtkorrespondierender Effekt) der Faktor Versuchshälfte (1 vs. 2) in eine zweifaktorielle Meßwiederholungs-ANOVA aufgenommen. 580 nicht-korrespondierende Effekte korrespondierende Effekte 560 RT (ms) Versuchshälfte 2. Versuchshälfte Abbildung 4: Reaktionszeiten nach invaliden Cues als Funktion der Versuchshälfte und der Korrespondenz der Effekte von vorbereiteter und tatsächlich auszuführender Aktion. 4

5 Die Analyse der Reaktionszeiten zeigt eine signifikante Verringerung der Antwortlatenzen von der ersten zur zweiten Hälfte des Experiments (F(1,23)=22.03; p<.01), sowie eine signifikante Wechselwirkung zwischen der Effektkorrespondenz und der Versuchshälfte (F(1,23)=11.73; p<.01). Während in der ersten Hälfte noch kein Einfluß der Effektkorrespondenz nachweisbar ist (F < 1), wird in der zweiten Hälfte signifikant schneller reagiert, wenn die Effekte der vorbereiteten und der auszuführenden Aktion übereinstimmen (F(1,23)=6.68; p<.02). Die Ergebnisse zeigen also, daß ein Wechsel von einer vorbereiteten auf eine auszuführende Aktion schneller gelingt, wenn beide zum gleichen sensorischen Effekt führen. Allerdings stellt sich dieses Ergebnismuster erst nach hinreichender Übung ein. Hierfür bieten sich wenigstens zwei plausible Erklärungen an. Zum einen ist denkbar, daß das konsistente Auftreten bestimmter Effekte mit bestimmten Aktionen ausreichend häufig erlebt werden muß, damit die Effekte als Resultat eines Lernprozesses hinreichend eng mit den sie auslösenden Aktionen verknüpft werden. Daneben könnte aber auch die mit der Übung einhergehende generelle Verringerung des Reaktionszeitniveaus für die Verstärkung der Effekte verantwortlich sein. Diese Abnahme resultiert vermutlich in erster Linie aus der verbesserten Umsetzung der Farb-Tasten-Zuordnung. Durch die generelle Verringerung der Antwortlatenzen rückt die Aktionsausführung zeitlich näher an die Planung der ursprünglich angekündigten Aktion heran. Es ist denkbar, daß die antizipierten Effekte der vorbereiteten Aktion nur in zeitlich kurzem Abstand zur Initiierung der auf den Farbstimulus erforderlichen Aktion wirksam sind. Diese Hypothese läßt sich nur über eine gezielte Variation des Zeitintervalls zwischen Cue und Stimulus (SOA) prüfen. Dies war die Kernvariation des zweiten Experiments. Experiment 2 Neben der Variation des SOA zielte Experiment 2 auf die Erhöhung der versuchstechnischen Effizienz ab. Für den Nachweis der Wirkung redundanter Aktionseffekte konnte in Experiment 1 nur die vergleichsweise kleine Anzahl invalider Durchgänge herangezogen werden. Die Anzahl invalider Durchgänge kann nicht beliebig erhöht werden, weil damit die Gefahr verbunden ist, daß der Cue nicht mehr zur Aktionsvorbereitung genutzt wird. Um diesem Dilemma zu entgehen, wurde die Aufgabe in Experiment 2 in Anlehnung an ein von Stoet & Hommel (im Druck) eingeführtes Paradigma geringfügig verändert (siehe Abb. 5). Die Vpn sollten jeweils eine Aktion (A) vorbereiten. Vor dieser Aktion war aber zunächst eine zweite Aktion (B) auszuführen. Wieder waren mit den Aktionen entweder gleiche oder ungleiche Effekte verknüpft. Der entscheidende Vorteil dieser Anordnung liegt darin, das nun alle Durchgänge im Hinblick auf die Effektkorrespondenz zwischen Erst- und Zweitreaktion ausgewertet werden können. Die konkrete Versuchshypothese bezog sich auf die erste Aktion (B). Es wurde erwartet, daß durch die Vorbereitung einer Aktion A auch andere Aktionen mit demselben Effekt gebahnt werden. Daher sollte eine vorangestellte Aktion B schneller ausgeführt werden können, wenn sie zu demselben Effekt wie die in Vorbereitung gehaltene Aktion A führt. Ob sich Einflüsse der Effektübereinstimmung auch bei der zweiten auszuführenden Aktion (A) bemerkbar machen, läßt sich ohne Zusatzannahmen nicht vorhersagen, sondern hängt davon ab, ob und wie lange die antizipierten Effekte nach der Ausführung der Aktion B persistieren. Methode Es nahmen wieder 24 Studierende (4 Männer, 20 Frauen ) der Universität Würzburg teil. Den Vpn wurde eine erste Ziffer (Stimulus A) für 300 ms präsentiert. Die Aufgabe der Vpn war es, die an diese Ziffer gekoppelte Aktion A so gut wie möglich vorzubereiten. Nach veränderlichem SOA (500, 1000, 1500, 2000 ms) wurde eine zweite Ziffer (Stimulus B) präsentiert, auf die so 5

6 schnell wie möglich reagiert werden sollte. Jede der möglichen Kombinationen von Erst- und Zweitaktion kam in jeder der vier SOA-Stufen gleich häufig vor, mit der Einschränkung, daß als Zweitaktion immer eine andere als die Erstaktion auszuführen war. Den vier Tasten wurden wieder ein hoher und ein tiefer Ton von etwa 100 ms Dauer zugeordnet. Die Zuordnung der Töne wurde wie in Experiment 1 wieder über die Vpn ausbalanciert. Die Vpn reagierten mit den Zeige- und Ringfingern der beiden Hände. Insgesamt waren 576 Versuchsdurchgänge zu absolvieren. Abbildung 5: Versuchsablauf in Experiment 2. Ergebnisse und Diskussion Da eine explorative Analyse keine übungsabhängige Variation des Ergebnismusters zeigte, wurde auf eine Blockaufteilung verzichtet. Die RTs für Reaktionen auf Stimulus B (Erstaktion) wurden einer Meßwiederholungs-ANOVA mit den Faktoren SOA (500, 1000, 1500, 2000 ms) und Effektkorrespondenz (korrespondierender vs. nicht-korrespondierender Effekt mit der vorbereiteten Aktion A) unterzogen. RT (ms) Aktion B (erste Aktion) nicht-korrespondierende Effekte korrespondierende Effekte Interresponsezeit (ms) Aktion A (zweite Aktion) SOA (ms) SOA (ms) Abbildung 6: RTs für Aktion B (Erstreaktion) und Interresponsezeit für Aktion A (Zweitreaktion) als Funktion des SOA und der Effektkorrespondenz zwischen A und B. Die RTs nehmen mit zunehmendem SOA ab (F(3,69)=83.81; p<.01): Die Vorbereitung von Aktion A beeinflußt die Initiierung von Aktion B offenbar um so stärker, je zeitlich enger die Vorbereitung von A und die Initiierung von B zusammen liegen. Aktion B kann insgesamt signifikant schneller ausgeführt werden, wenn sie zum selben Effekt führt, wie die in Vorbereitung gehaltene Aktion A (F(1,23)=4.76; p<.04). Schließlich zeigt sich eine marginal signifikante Wechselwirkung zwischen SOA und Effektkorrespondenz (F(3,69)=2.17; p<.10): Der Einfluß der Effektkorrespondenz ist sehr 6

7 ausgeprägt bei einem SOA von 500 ms (F(1,23)=10.73; p<.01) und inferenzstatistisch nicht mehr nachweisbar bei einem SOA von 2000 ms (F < 1). In der Analyse der Antwortlatenzen der Zweitaktion A (=Interresponsezeit zwischen B und A) ist lediglich ein numerisch kleiner Anstieg der RTs mit zunehmendem SOA beobachtbar (F(3,69)=6.46; p<.01). Die Übereinstimmung der Effekte mit der vorangehend ausgeführten Aktion B hat keinen Einfluß mehr: Offenbar persistieren antizipierte Effekte nach der Ausführung der Erstaktion nicht hinreichend lang, um die Initiierung der Zweitaktion beeinflussen zu können. Die Ergebnisse replizieren zusammen genommen den in Experiment 1 gefundenen Einfluß redundanter Aktionseffekte: Eine Aktion ist schneller ausführbar, wenn sie zum selben sensorischen Effekt wie eine in Vorbereitung gehaltenen Aktion führt. Darüber hinaus deutet die Variation dieses Ergebnisses mit dem SOA darauf hin, daß redundante Aktionseffekte in erster Linie in frühen Stadien der Aktionsinitiierung wirksam werden. Fazit Die hier berichteten Experimente gingen von der Annahme aus, daß willkürliche Verhaltensakte durch die Vorwegnahme ihrer sensorischen Effekte initiiert werden. Zur Überprüfung dieser Annahme wurden mit mehreren Verhaltensakten teilweise gleiche und teilweise unterschiedliche sensorische Effekte verknüpft. Es wurde erwartet, daß die zur Vorbereitung einer Aktion erforderliche Antizipation der Aktionseffekte auch die Ausführung anderer Aktionen erleichtert, die zum selben Effekt führen. Im Einklang mit dieser Erwartung konnte in Experiment 1 gezeigt werden, daß (nach hinreichender Lernerfahrung) schneller von einer vorbereiteten auf eine auszuführende Aktion gewechselt werden kann, wenn beide Aktionen zu gleichen statt zu unterschiedlichen Effekten führen. In Experiment 2 zeigte sich, daß eine motorische Aktion schneller initiiert wird, wenn sie zu gleichen Effekten führt wie eine in Vorbereitung gehaltene Aktion. Der Einfluß der Effektkorrespondenz war insbesondere in frühen Phasen der Aktionsaktivierung ausgeprägt. Zusammenfassend belegen die Ergebnisse nach unserer Auffassung, daß an der Initiierung einer motorischen Aktion eine Vorwegnahme ihrer sensorischen Effekte maßgeblich beteiligt ist. Daß sich dieses Ergebnis in der hier realisierten Experimentalsituation nachweisen ließ, ist in mehrfacher Hinsicht bemerkenswert. Erstens waren die redundanten Aktionseffekte (Töne) für die Aufgabe irrelevant. Das deutet im Einklang mit Überlegungen Hommels (1996) darauf hin, daß alle konsistenten sensorischen Aktionseffekte automatisch mit den sie auslösenden Aktionen assoziiert werden. Zweitens war die Mitaktivierung einer Aktion B, die zum gleichen Effekt wie eine vorbereitete Aktion A führt, insgesamt nicht hilfreich für die Aufgabenbearbeitung; im Gegenteil, es war doppelt so häufig der Fall, daß vorbereitete und auszuführende Aktion zu unterschiedlichen Effekten führten (vgl. Abb. 1). Insofern deuten die Ergebnisse darauf hin, daß die Erleichterung der Ausführung aller Verhaltensakte die zu einem antizipierten sensorischen Effekt führen mehr oder weniger zwangsläufig erfolgt. Die Tragfähigkeit dieser Annahme muß durch weitere Experimente überprüft werden. Literatur Hoffmann, J. (1993). Vorhersage und Erkenntnis. Göttingen. Hogrefe. Hommel, B. (1996). The cognitive representation of action: Automatic integration of perceived action effects. Psychological Research/Psychologische Forschung, 59(3) James, W. (1981). The principles of psychology (Vol. II). Cambridge, MA: Harvard University Press (orig. 1890). Prinz, W. (1998). Die Reaktion als Willenshandlung. Psychologische Rundschau, 49(1), Stoet, G. & Hommel, B. (im Druck). Action Planning and the temporal binding of response codes. 7

8 Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 8