Allgemeine Psychologie I. Vorlesung 10. Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg

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1 Allgemeine Psychologie I Vorlesung 10 Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg 1 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

2 Allgemeine Psychologie I Woche Datum Thema 1 FQ Einführung, Verteilung der Termine Einführung und Grundlagen Wahrnehmung/ Visuelle Wahrnehmung I Psychophysik (Dr. Thomas Schreiner) Visuelle Wahrnehmung II Visuelle Wahrnehmung III Auditive Wahrnehmung Schmerz, Geruch, Geschmack Aufmerksamkeit I Aufmerksamkeit II Exekutive Kontrolle / Arbeitsgedächtnis I Arbeitsgedächtnis II / Langzeitgedächtnis I 3 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

3 Beispielfrage 4 Björn Rasch, Vorlesung Allgemeine Psychologie Uni FR

4 Aufmerksamkeit und Handlung } Ausführen von multiplen Handlungen } Führt zu Einbußen der Aufmerksamkeit } Kapazität der Aufmerksamkeit ist begrenzt } Beispiel: } Bremspedal drücken wenn rotes Licht aufleuchtet } Gleichzeitig Kommunikation mit anderer Person } Auslassung erhöht von 5% auf 7%, 50ms langsamere RT 5

5 Kapazitätsbegrenzte Aufmerksamkeit } Hypothese I: } Alles-oder-nichts Verteilung der Aufmerksamkeit } Aufmerksamkeit entweder auf Prozess A oder B fokussiert } Aufmerksamkeit kann nicht auf zwei Prozesse gleichzeitig gerichtet sein } Experimentelle Belege } Psychologische Refraktärperiode (PRP) } Ergebnis Aufgabe 1: Reaktion auf zwei kurz aufeinanderfolgende Töne Aufgabe 2: Reaktion auf zwei aufeinanderfolgende visuelle Reize RT in Aufgabe 2 um so stärker verlangsamt, je grösser die zeitliche Überlappung der Aufgabe ist Beleg dafür, dass Aufmerksamkeit hin und her-geschaltet werden muss 6

6 Aufmerksamkeit als Ressource } Hypothese II } Graduelle Kapazitätsverteilung } Aufmerksamkeit kann auf verschiedene Prozesse verteilt werden } Parallele Durchführung zweier Prozesse möglich } Aufmerksamkeit als Kapazität / Ressource } Wenn Kapazitätsversorgung unter kritisches Niveau sinkt, verschlechtert sich die Leistung } Experimentelle Belege } Leistungseinbußen in Doppelaufgaben von Aufgabenschwierigkeit abhängig Je schwieriger eine Aufgabe, desto höher der Bedarf an Aufmerksamkeit } Beispiel Aufgabe 1: Detektion eines visuellen / auditorischen Reizes Aufgabe 2: Lernen von Paarassoziationen (2-7 Paare, unterschiedliche Schwierigkeit) Ergebnis: Detektion in Aufgabe 1 von Schwierigkeit in Aufgabe 2 abhängig 7

7 Aufmerksamkeit als Ressource } Ein oder mehrere Verarbeitungsressourcen? } Ähnlichkeitseffekte bei Doppelaufgaben } Befund: Zwei Aufgaben stören sich um so mehr, je ähnlicher sie sind } Beispiel: Verbale Gedächtnisspanne wird eher von verbalen Zweitaufgaben (Addition) gestört Visuelle Gedächtnisspanne eher von visueller Zweitaufgabe (mentale Vorstellung) 8

8 Aufmerksamkeit als Ressource } Mehrkapazitätsmodell (Wickens, 1984) } Annahme von verschiedenen Kapazitätsmodulen } Unterscheidung anhand von Dimensionen } Verarbeitungsstadien (Enkodierung, Zentral, Output) } Modularität des Inputs (e.g. auditorisch, visuell) } Kode der Gedächtnisspur (e.g. räumlich, verbal) 9

9 Aufmerksamkeit und exekutive Kontrolle } Kontrolle der Aufmerksamkeit } Wie wird die Verteilung der Aufmerksamkeit kontrolliert? } Einflussfaktoren: } Wichtigkeit der Aufgabe; Willentliche Entscheidung } Frühere Lernerfahrungen; Automatisierung } Automatizität } Übung verbessert Leistung in Doppelaufgaben } weniger willentliche Aufmerksamkeit notwendig } Kennzeichen automatischer Prozesse } Reduzieren nicht die Aufmerksamkeit } Schnelle Ausführung } Ausführung unvermeidbar } Nicht dem Bewusstsein zugänglich } Kriterien treffen meist nicht alle zu } Partiell automatische Prozesse 10

10 Stroop-Effekt } Automatische Prozesse } Ausführung schwierig zu inhibieren } Beispiel: } Automatisches Lesen und Verarbeiten von bekannten Wörtern } Stark automatisierter Prozess und schwierig zu unterdrücken } Automatisierter Prozess interferiert mit der Verarbeitung anderer Information, die sich auf das Wort bezieht. } Stroop-Effekt (Stroop, 1935) } Probanden müssen Farbe benennen, mit der Wörter gedruckt sind } Kongruente Wörter: Farbe und Wort gleich } Inkongruente Wörter: Farbe und Wort im Widerspruch } Kontrollbedingung (Dunbar und MacLeod,1984) } Zusätzlich neutrale Wörter (wie z.b. Lob) 13 Allg. 1 Björn Rasch Unifr

11 Stroop-Effekt (Dunbar &MacLeod, 1984) } Ergebnisse } Reaktionszeit in Konfliktbedingung verlangsamt } Inkongruente Farbwörter } Auch mehr Fehler } Reaktionszeit bei kongruenten Farbwörtern beschleunigt } Starke Automatisierung Anderson,

12 Aufmerksamkeit und exekutive Kontrolle } Exekutive Kontrolle } Unterschiedliche kognitive Mechanismen } Besonders wichtig, wenn Zielerreichung bei einer Handlung schwierig ist Neue Handlungen; Vermeidung von Fehlern; Kombination mehrerer Tätigkeiten Hemmung automatischer Handlung / Kontrolle von Impulsen } Erreichung durch exekutive Kontrollprozesse } Modell des Supervisory Attentional System (Norman & Shallice, 1986) 15

13 Aufmerksamkeit und exekutive Kontrolle } Modell des Supervisory Attentional System (SAS) } Norman & Shallice, 1986 } Automatische Aktivierung erworbener Schemata } Schemata: Im Langzeitgedächtnis abgespeicherte Handlungen, die bei einem salienten Hinweisreiz aktiviert und automatisch ausgeführt werden Beispiel: Bremsen bei einem roten Licht } Automatische Kontrolle mehrerer konkurrierender Schemata } Schemata werden gegenseitig gehemmt Läuft ohne zusätzliche Aufmerksamkeit ab } Ausführung komplexer Routinen } Übergeordnete Aufmerksamkeitskontrolle (SAS) } Einsatz bei Nicht-Routine Situationen, flexible Reaktionsauswahl Kann zu verwendende Schemata auswählen } Bei Nicht-Funktionieren kommt es zu Handlungsfehlern } Aufmerksamkeitskontrolle bei Läsionen im Frontalhirn gestört 16

14 Exekutive Kontrolle } Exekutive Kontrolle umfasst verschiedene Teilprozesse } Wechsel der Aufmerksamkeit zwischen Aufgaben } Task shifting } Planung von Aufgaben zur Zielerreichung } Planning } Selektive Aufmerksamkeit und Inhibition von aufgabenirrelevanten Informationen und Reaktionen } Inhibition } Aktualisierung und Überwachung des Arbeitsgedächtnisses } Updating } Hirnregionen der exekutiven Kontrolle 17 } Frontaler Kortex } Lateraler präfrontaler Kortex (lpfc) } Medialer frontal Kortex (mpfc, insbesondere anteriorer cingulärer Kortex, ACC) } Parietaler Kortex } Aufmerksamkeit

15 Exekutive Kontrolle } Brodmann Areale } 18 Einteilung von Hirnarealen anhand anatomischer Unterschiede der Zellen / Neuronen

16 Brodmann Areale 19 Quelle: Wikipedia

17 Exekutive Kontrolle } Lateraler präfrontaler Kortex (lpfc) } Patienten mit Läsionen im lpfc leiden unter Störungen bei der Planung, Organisation und Realisierung zielgerichteter Handlungen. } Dysexekutives Syndrom } Unfähigkeit zur flexiblen Handlungsänderung } Bildgebende Studien finden Aktivierung im lpfc bei } Flexiblem Wechsel zwischen Handlungsalternativen } Inhibition (Unterdrückung) von nicht-adäquaten Reaktionen } Planung und Antizipation von Verhalten / Zielen } Koordination multipler Aufgaben } Aufrechterhaltung von aufgabenrelevanten Repräsentationen } Der laterale präfrontale Kortex ist beteiligt an der Durchführung und Ausführung der exekutiven Kontrolle. 20

18 Konfliktdetektion und exekutive Kontrolle } Anteriorer cingulärer Kortex (ACC) } Notwendigkeit für exekutive Kontrolle muss zunächst erkannt werden } Der ACC ist entscheidend für die Konfliktdetektion } Beispiel: Inkongruente Trials bei der Stroop Aufgabe } Sehr frühes Signal im ACC bei Detektion von Konflikten (nach 100 ms) } Weiterleitung an lpfc zur Ausführung der exekutiven Kontrolle Ridderinkhof et al., 2004, Science 21

19 Exekutive Kontrolle als Ressource } Ist die Kapazität für exekutiven Kontrolle begrenzt? } Annahme: } Ausüben von Selbstkontrolle verbraucht Selbstkontroll-Ressource } Muss wieder aufgefüllt werden Muskel-Metapher (Baumeister et al., 1999) Ego-Depletion } Verhaltensstudien } Ausüben von Selbstkontrolle in einer Aufgabe verschlechtert Leistung in einer zweiten (unabhängigen) Selbstkontrollaufgabe Meta-Analyse in Hagger et al., 2010, Psychol Bulletin } Beispiele } Ausführen des Stroop-Tasks führt zum vermehrten Essen eines Snacks } Unterdrücken von Emotionen führt zu schlechterer Leistung im Stroop-Task 22

20 Exekutive Kontrolle als Ressource 23 Friese et al., 2013, Plos One

21 Take Home Messages } Bindungsproblem (binding problem) } Merkmalsintegrationstheorie vs. Synchronizitätshypothese } Hemisphärenspezialisierung der Aufmerksamkeit } Rechter parietaler Kortex für ortsbezogene Aufmerksamkeit } Linker parietaler Kortex für objektbezogene Aufmerksamkeit } Kapazitätsbegrenzung der Aufmerksamkeit } Hypothese I: Alles-oder-nichts Verteilung der Aufmerksamkeit } Hypothese II: Graduelle Kapazitäts-/Ressourcenverteilung } Eine oder mehrere Aufmerksamkeitsressourcen? } Automatisierte vs. kontrollierte Prozesse } Beispiel Stroop Effekt } Exekutive Kontrolle } Umfasst u.a. planning, task shifting, inhibition und updating } Durch-/Ausführung der exekutiven Kontrolle: lateraler PFC (BA 9/46) } Konfliktdetektion: medialer PFC / ACC (BA 32/24) 24

22 Gedächtnis 25

23 Gedächtnis } Gedächtnis als Prozess } 3 Phasen der Gedächtnisbildung } Enkodierung Speicherung - Abruf 26

24 Gedächtnis } Gedächtnis als Speicher } Unterschiedliche Modelle nehmen unterschiedliche Speicher an } Unterscheidung der Speicher } Verweildauer } Sensorisches Gedächtnis Bruchteile von Sekunden } Kurzzeitgedächtnis (KZG) Sekunden } Langzeitgedächtnis (LZG) Minuten, Stunden, Tage, Jahre } Unterschiedliche Speicherungsart, unterschiedliche Hirnregion etc. } Visueller vs. verbaler Speicher } Deklaratives vs. non-deklaratives Gedächtnis 27

25 Das Mehrspeichermodell } Das Mehrspeichermodell } Atkinson & Shiffrin (1968) 28

26 Sensorische Gedächtnis } Sensorisches Gedächtnis } Sehr kurze Speicherung, schneller Zerfall der Information } Modalitätsspezifisch } Visuelles vs. auditorisches sensorisches Gedächtnis } Bsp.: Nachweis des visuelles sensorischen Gedächtnis } Teilberichtsverfahren 29

27 Sensorische Gedächtnis } Sensorisches Gedächtnis } Sehr kurze Speicherung, schneller Zerfall der Information } Modalitätsspezifisch } Visuelles vs. auditorisches sensorisches Gedächtnis } Bsp.: Nachweis des visuelles sensorischen Gedächtnis } Teilberichtsverfahren 30

28 Kurzzeitgedächtnis } Kurzzeitgedächtnis (KZG) } Information werden für wenige Sekunden aufrechterhalten } Abfrage der Information erfolgt gleich nach der Enkodierung Abfrage nach mehreren Minuten: Langzeitgedächtnis } Aufmerksamkeit notwendig } Annahme von Atkinson und Shiffrin (1968): Ohne Aufmerksamkeit keine Weiterleitung vom sensorischen Gedächtnis } Inneres Wiederholen hält Information im KZG aufrecht } Rehearsal } Kapazität ist begrenzt } Gedächtnisspanne von 7 ± 2 Informationseinheiten } Messung der Gedächtnisspanne Digit Span Test 31

29 Kurzzeitgedächtnis } Rehearsal } Inneres Wiederholen } Wichtig für Aufrechterhaltung von Informationen im KZG } Experiment } Unterdrückung des inneren Rehearsals Brown (1958) und Peterson (1959) Trigramm (z.b. KQN) merken Dann in Dreierschritte rückwärts zählen (z.b usw.). Variation des Behaltensintervals (3 18 s) } Nach 6s nur noch 40-60% der Buchstaben erinnert } Nach 15s sinkt Erinnerungsleistung unter 20% } Hinweis für den automatischen Zerfall von Inhalten im KZG } Durch Rehearsal aufgehalten } Wenn Rehearsal nicht möglich -> Vergessen 33

30 Kurzzeitgedächtnis } Interferenz } Störende Einflüsse } Z.B. andere Gedächtnisinhalte / Enkodierungsprozessen } Proaktive Interferenz: } Vorher gelernte Information stört die Speicherung neuer Informationen Keppel & Underwood, 1962 Rehearsal unterdrücken stört nicht die Speicherung des 1. Trigramms 1. Trigramm auch nach 18s noch behalten Auch 2. und 3. Trigramm noch recht gut nach 15 s behalten } Vergessen im KZG durch proaktive Interferenz } Retroaktive Interferenz } Neue Information stören den Abruf bereits gespeicherter Informationen Gilt häufig für Abruf aus dem LZG 34

31 Kurzzeitgedächtnis } Das TBRS-Modell } Time-based ressource model (Barrouillet & Camos, 2010) } Fokus: Verarbeitung und Speicherung im KZG } Wichtige neue Annahme: Zeitabhängigkeit } Annahme: Verarbeitung und Speicherung brauchen Aufmerksamkeit } Aufmerksamkeit ist eine begrenzte Ressource } Speicherung von Inhalten nur möglich mit Aufmerksamkeit } Gedächtnisspur zerfällt ohne Aufmerksamkeit (time-dependent decay) } Gedächtnisspur kann aufgefrischt werden durch Aufmerksamkeit 35

32 Kurzzeitgedächtnis } Das TBRS-Modell } Doppelaufgabe } Aufgabe 1: Buchstaben merken (Speicherung / Storage) } Aufgabe 2: Zahlen vorlesen (Verarbeitung / Processing) } Vorhersage: } Speicherungskapazität der Buchstaben abhängig von der Zeit und der Anzahl der zu Zahlen ab } Cognitive load = Anzahl Zahlen/ pro Zeit } Ergebnisse bestätigen Vorhersage 36

33 Arbeitsgedächtnis } Kurzzeitgedächtnis } Annahme: KZG ist (nur) Übergangsstelle zum LZG } Kritik: Zwischenspeicher ist nicht die einzige Funktion des KZG } Schnittstelle zwischen KZG und LZG } Arbeitsspeicher (Bsp.: Kopfrechnen) } Arbeitsgedächtnis } Funktion } Informationen kurzfristig aufrechterhalten Aus sensorischem Speicher und auch aus LZG } Information modifizieren und aktualisieren } Austausch ermöglichen 37

34 Arbeitsgedächtnis } Modell von Baddeley und Hitch (1974) } Erweiterung von Baddeley (2000) 38

35 Arbeitsgedächtnis } Gedankenexperiment } Denken Sie an ihre Wohnung: Wie viele Fenster gibt es? } Der visuell räumliche Notizblock } Visuell-räumliche Vorstellungen } Die phonologische Schleife } Aufrechterhaltung von sprachliche Informationen } Die zentrale Exekutive } Koordination der Prozesse } Der episodische Puffer } Übergang in das LZG 39

36 Arbeitsgedächtnis } Die phonologische Schleife } Phonocological loop } Aufrechterhaltung von sprachlichen Informationen } Ohne Rehearsal zerfällt die Information nach 1-2 Sekunden } Akustische Informationen haben direkten Zugang } Visuelle Informationen (z.b. Lesen) müssen erst in einen phonologischen Code umgewandelt werden } Komponenten } Passiver phonologischer Speicher zur unmittelbaren Sprachwahrnehmung akustischer Informationen } Artikulatorischer Kontrollprozess, der visuellen Informationen Zugang zum phonologischen Speicher gewährt. 40

37 Arbeitsgedächtnis } Empirische Belege für die phonologische Schleife } Phonologisch: Klang der Sprache / Sprachlaute } Phonemähnlichkeitseffekt } Phonetisch ähnliche Worte schlechter kurzfristig behalten als unähnliche Bsp.: Wonne, Sonne, Tonne vs. gross, riesig, mächtig Semantische Ähnlichkeit wenig relevant, semantische Verwechslung eher im LZG } Wortlängeneffekt } Erinnerungsleistung abhängig von der Lesegeschwindigkeit der Wörter } Irrelevanter Spracheffekt } Erinnerungsleistung an Wörter durch irrelevante Sprache gestört Aber nicht durch andere Geräusche } Artikulatorische Suppression } Unterdrückung der phonologischen Schleife durch Aussprechen Visuell dargebotene Wörter: Kein Wortlängeneffekt mehr, also keinen Eingang mehr in die Phonologische Schleife Gilt nicht für akustisch dargebotene Wörter 41

38 Arbeitsgedächtnis } Der visuell-räumliche Notizblock } Visual-spatial scetchpad } Mentale Aufrechterhaltung von visuell-räumlichen Informationen } Visuell-räumliche Repräsentation der Inhalte } Kein sprachlicher Code } Inhalte können räumlich verändert werden } Reaktionszeit abhängig von der Grösse der räumlichen Veränderung } Bsp.: Drehung von räumlichen Figuren ist vom Drehwinkel abhängig 42

39 Arbeitsgedächtnis } Mental Rotation Test (Shepard & Metzler, 1971) 43

40 Arbeitsgedächtnis } Modalitätsspezifische Interferenz } Sprache stört sprachliche Aufgabe / Verarbeitung } Visuell-räumliche Informationen stören visuell-räumliche Vorstellung } Gegenseitig nur geringe Störung } Hinweis für Existenz von phonological loop vs. Visual-spatial scetchpad } Doppelaufgabe } Aufgabe 1: Räumliches Material merken vs. Sprachliches Material } Aufgabe 2: visuell-motorische Tracking Aufgabe Ergebnis: Trackingaufgabe stört das Merken von räumlichen Material, aber nicht von sprachlichem Material } Beispiele aus dem Alltag } Autofahren (visuell-räumlich) und Radio hören (sprachlich) Aber: Gegenseitige Störung über Aufmerksamkeitsverschiebung möglich 44

41 Arbeitsgedächtnis } Zentrale Exekutive } Kontrolliert Subsysteme } Weist die begrenzten Ressourcen den Subsystemen zu } Bei Routinehandlungen wird die zentrale Exekutive nicht benötigt } Nur bei anspruchsvollen / neuen (nichtalltäglichen) Prozessen notwendig } Erklärt modalitätsunabhängige Interferenz } Beispiel: Autofahren und Telefonieren } Funktionen siehe Abschnitt Exekutive Kontrolle } Wechsel der Aufmerksamkeit zwischen Aufgaben (task shifting) } Planung von Aufgaben zur Zielerreichung (planning) } Selektive Aufmerksamkeit und Inhibition von aufgabenirrelevanten Informationen und Reaktionen (Inhibition) } Aktualisierung und Überwachung des Arbeitsgedächtnisses (Updating) 45

42 Arbeitsgedächtnis } Testbeispiele } Aufrechterhaltung } Digit span } Beispiel in Affen: } Aufrechterhaltung und UpDating } Der N-Back Test } 0-Back: Drücken wenn ein X kommt } 1-Back: Drücken, wenn ein Buchstabe mit dem vorherigen identisch ist } 2-Back: Drücken, wenn ein Buchstaben mit dem vor-vorherigen identisch ist } 3-Back:... 46

43 N-Back Test } Start 47

44 N-Back Test } Stop } Go back 60

45 Take Home Messages } Exekutive Kontrolle } Umfasst u.a. planning, task shifiting, inhibition und updating } Durch-/Ausführung der exekutiven Kontrolle: lateraler PFC (BA 9/46) } Konfliktdetektion: medialer PFC / ACC (BA 32/24) } Fähigkeit zur Selbstkontrolle ist eine begrenzte Ressource } Ego-Depletion, Muskel-Metapher } Prozess der Gedächtnisbildung } Enkodierung, Speicherung, Abruf } Gedächtnissysteme (Mehrspeichermodell) } Sensorischen Kurzzeitgedächtnis, Kurzzeitgedächtnis, Langzeitgedächtnis } Kurzzeitgedächtnis und Gedächtnisspanne } Arbeitsgedächtnis } Erweiterung des Konzepts des Kurzzeitgedächtnisses } Modell von Baddely und Hitch (1974) } Phonological loop visual-spatial sketchpad, central executive and episodic buffer 61

46 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 62 Allg. Psychologie Björn Rasch Uni FR