Wahrnehmungsbasierte Wissensrepräsentation

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1 Wahrnehmungsbasierte Wissensrepräsentation Es stellt sich heraus, dass die Weiterverarbeitung von Informationen davon abhängt, auf welche Weise sie in diesem System repräsentiert sind. Einige Arten der Wissensrepräsentation erhalten viel von der Struktur der ursprünglichen Wahrnehmungserfahrung. Ich werde mich damit auseinander setzen, auf welche Weise visuelle und verbale Informationen ohne einen extern wahrgenommenen Stimulus repräsentiert und verarbeitet werden. Die Verarbeitung solcher interner Informationen wird mentale Vorstellung genannt; viele Menschen können bei der Verarbeitung dieser Informationen phänomenologisch sehr lebhafte Vorstellungen berichten. Wenn man sich z.b. vorstellt, dem Chef gegenüber zu treten, sieht man oft regelrecht deutliche Details des vorgestellten Ereignisses und hört regelrecht die Worte, die gewechselt werden. Kosslyn (1995) vertritt die Ansicht, dass die eigene Funktion der Vorstellung nicht unbedingt in diesen phänomenologischen Erfahrungen zu suchen ist, sondern uns viel mehr darauf vorbereitet, externe Stimuli zu verarbeiten und in der Welt zu handeln. So gesehen können uns diese Vorstellungen auf ein wirkliches Treffen mit dem Chef vorbereiten. Die Untersuchungen zur Wissensrepräsentation gehen der Frage nach, wie Informationen im LZG organisiert und genutzt werden. 1. Die Theorie der dualen Kodierung 1.1 Die Beschaffenheit der Wissensrepräsentation Unterschiedliche Arten von Information werden an unterschiedlichen Orten im Gehirn repräsentiert. Obwohl die Frage der Hirnlokalisation wichtig ist, liegt der eigentliche Grund, warum sich Psychologen mit Wissensrepräsentationen befassen, darin, dass die Art und Weise, wie Wissen repräsentiert ist, die Möglichkeiten der Wissensverarbeitung beeinflussen kann. Die Untersuchung von Santa verdeutlicht, auf welche unterschiedliche Weise verschiedene Arten von Informationen verarbeitet werden. Man stellt sich vielleicht vor, dass irgendein Geschöpf (in der kogn. Psych. als Homunculus bezeichnet) in unserem Kopf mentale Bilder betrachtet oder Sprache hört. Die Verwendung von solcherlei Konzepten ist im Rahmen wissenschaftlichen Erklärens als Fehler erkannt worden. Natürlich kann dies zu einem infiniten Regress führen, insofern als da ein Homunculus im Homunculus ist, der wiederum Bilder sieht und Wörter hört. Es gibt Belege, dass tatsächlich Bilder im kopf existieren. Eine visuelle Anordnung wird durch ein spezifisches Aktivationsmuster dieser Zellen repräsentiert, wobei die Zellen unterschiedliche Merkmale der Anordnung enkodieren. Kosslyn behauptet, dass anschauliche Vorstellungen auf die gleiche Weise repräsentiert und verarbeitet werden, wie perzeptuelle Informationen. 2. Visuelle und räumliche Vorstellungen Wenn wir an eine vergangene Szene oder ein früher wahrgenommenes Objekt denken, sehen wir oft ein Bild dieser Szene oder dieses Objekts vor unserem geistigen

2 Auge. Während der letzten vierzig Jahre wurde viel Forschung betrieben, um der Beschaffenheit der Wissensrepräsentation auf die Sput zu kommen. Diese Repräsentation bezeichnet man als mentale Bilder. Der Begriff Vorstellung wird oftmals mit visueller Vorstellung gleichgesetzt, obwohl es doch auch eine auditive und taktile gibt. 2.1 Mentale Rotation Zu den einflussreichsten Forschungsarbeiten zählen die Experimente, in denen Roger Shepard und seine Mitarbeiter Prozesse der mentalen Rotation untersuchten (1. Untersuchung 1971). Dabei wurden den Probanden paarweise zweidimensionale Darstellungen dreidimensionaler Objekte dargeboten, ähnlich wie in dieser Abbildung. Die Aufgabe bestand darin, ob die beiden Objekte, abgesehen von ihrer räumlichen Ausrichtung, identisch sind. Die zwei Figuren im Bildteil A und Bildteil B entsprechen einander jeweils; Sie unterscheiden sich lediglich in ihrer Ausrichtung. Die Probanden gaben an, die Übereinstimmung solcher Objektpaare dadurch herauszufinden, dass sie eines der Objekte in ihrer Vorstellung so weit drehten, bis es mit dem anderen Objekt zur Deckung kam. Abbildung 4c zeigt eine Fehlpaarung: Es gibt keine Möglichkeit, das eine Objekt durch mentales Rotieren mit dem anderen Objekt zur Deckung zu bringen. Abbildung 4.5 zeigt die Reaktionszeitverläufe, die sich für das Übereinstimmungsurteil ergeben, wenn Reizvorlagen verwendet werden. Die Reaktionszeiten sind als Funktion der Winkeldisparität zwischen den beiden dargestellten Objekten abgetragen. Diese Winkeldisparität steht für denjenigen Betrag, um den ein Objekt rotiert werden muss, um es in die gleiche Ausrichtung wie das zweite Objekt zu bringen. Man beachte, dass zwischen beiden dargestellten Größen ein linearer Zusammenhang besteht: Jede Zunahme des Rotationswinkels geht mit einer proportionalen Erhöhung der benötigten Reaktionszeit einher. In den Diagrammen der Abb. 4.5 sind die mittleren Reaktionszeiten als Funktionen zweier verschiedener Reaktionszeiten aufgetragen. Diagramm 4.5a bezieht sich auf zweidimensionale Rotationen, die innerhalb der Bildebene durchgeführt werden können (hier durch Drehen des Buches). Diagramm 4.5b gilt für Rotation in der Bildtiefe (hier muss man das Objekt innerhalb der Bildebene kippen). Es ist bemerkenswert, wie ähnlich sich die beiden Funktionen sind. Eine Rotation in der Bildtiefe benötigt anscheinend nicht mehr Zeit, als eine Rotation in der Bildebene. Man kann diese Daten als Hinweis darauf werten, dass die Probanden die Objekte mental in einem dreidimensionalen Raum rotieren. Je größer die Winkeldisparität zwischen beiden Objekten ist, desto länger benötigen die Probanden zur Ausführung der Rotation. Selbstverständlich rotieren die Probanden nicht wirklich Objekte in ihren Köpfen. Wie immer der tatsächliche Prozess auch aussehen mag, er scheint analog zur physikalischen Rotation zu verlaufen. Schwaz und Massey (1989) machten Aufzeichnungen über neuronale Ableitungen von Affen. Die Untersuchung ergab, dass die mentale Rotation eine allmähliche Verschiebung der Zellaktivitäten mit sich bringt, ausgehend von Zellen, die für die Enkodierung des ursprünglichen Stimulus zuständig sind, hin zu Zellen, die den transformierten Stimulus enkodieren.

3 Kosslyn vermutet, dass mentale Rotationen zur Vorbereitung motorischer Aktionen unternommen werden, wenn man mit einem Objekt in ungewohnter Position zu tun hat. Sehen wir z.b. ein Messer, müssen wir uns vorstellen können, wie wir unsere Hand drehen müssen, um den Griff zu fassen. Nach Kosslyn durchlaufen mentale Bilder notwendigerweise diese Zwischenstufen, weil unsere Gliedmaßen Zwischenpositionen beim Umgang mit diesen Objekten einnehmen. 2.2 Zwei Arten mentaler Vorstellung Rein intuitiv scheint es so zu sein, dass anschauliche Vorstellungen sowohl räumliche als auch visuelle Komponenten enthalten. Farah, Hammond, Levine und Calvanio (1988) führen Belege für die Annahme an, dass beide Arten anschaulicher Vorstellung existieren. Visuelle oder taktile Aufgaben, die den Ort von Objekten betreffen, werden eher im Parietallappenbereich des Gehirns verarbeitet (z.b. räumliche Informationen). Vorstellungsaufgaben, die den Zugriff auf visuelle Details erfordern, werden im Temporallappenbereich ausgeführt (z.b. Farbbeurteilung, Größenbeurteilung). Zusammenfassend kann man sagen, dass verschiedene Hirnregionen für die Unterstützung der räumlichen und der visuellen Aspekte von mentalen Vorstellungen zuständig sind. 2.3 Entsprechen die visuellen Vorstellungen der visuellen Wahrnehmung? Eine wichtige Frage betrifft das Ausmaß, in dem visuelle Vorstellungen der visuellen Wahrnehmung ähnlich sind. In einem Experiment von Finke, Pinker, und Farah (1989) sollten die Probanden mentale Bilder aufbauen und dann eine Reihe von Transformationen an diesen Bildern durchführen. Beispiele: Stellen sie sich den Großbuchstaben N vor. Ziehen sie eine diagonale Linie von der rechten oberen Ecke zur unteren linken Ecke. Jetzt rotieren sie die Figur um 90 Grad nach rechts. Was sehen sie? eine Sanduhr Stellen sie sich den Großbuchstaben D vor. Rotieren sie die Figur um 90 Grad nach links. Jetzt platzieren sie den Großbuchstaben J an das untere Ende. Was sehen sie? Regenschirm Die Probanden konnten die mentalen Bilder genauso gut erkennen, als wenn sie tatsächlich dargeboten worden wären. Wallace (1984) führte ein Experiment durch, wobei er den Probanden die Abbildungen a und b vorgab. Wurde der Reiz nach Bildteil b dargeboten, so sollten sich die Probanden ein umgedrehtes V vorstellen, dass über die beiden horizontalen Linien gelegt wird; Dadurch enthält ihr mentales Bild die gleichen Komponenten, wie der physikalische Stimulus in Bildteil a. Die Probanden unter beiden Experimentalbedingungen sollten die Länge der beiden horizontalen Linien schätzen. Unter Bedingung a schätzten die Probanden die obere Linie als länger ein, obwohl sie das nicht ist. Dies repliziert eine klassische optische Täuschung, die als Ponzo- Illusion bekannt geworden ist. Probanden unter der Experimentalbedingung b, die nur beide horizontalen Linien wirklich gesehen haben, hielten ebenfalls die obere Linie für länger, und zwar um den gleichen Betrag wie die Probanden aus Bedingung a.

4 Es zeigt sich also, dass das Vorstellungssystem eine detaillierte optische Täuschung produzieren kann, was für eine Äquivalenz zwischen der mentalen Vorstellung und der Wahrnehmung spricht. Laut Chambers und Reisberg (1985) gibt es Unterschiede zwischen der mentalen Vorstellung eines Objekts und dem tatsächlichen Sehen eines Objekts. Deren Forschung befasst sich mit der Verarbeitung von Kippfiguren. Es handelt sich dabei um eine Ente-Kaninchen-Figur. Die Figur wird kurz dargeboten, dann sollen sich die Probanden eine mentale Vorstellung des Bildes machen. Die Probanden hatten gerade genügend Zeit, eine Interpretation der Figur aufzubauen, bevor diese entfernt wurde, sie sollten aber dann eine zweite Interpretation finden. Sie waren dazu nicht in der Lage. Sie sollten dann die Figur auf ein Blatt Papier zeichnen, um herauszufinden, ob sie jetzt reinterpretieren konnten. Jetzt waren sie erfolgreicher. Sieben Jahre später jedoch ließen Peterson, Rose und Gilsky (1992) Probanden Bilder unter genaueren Anweisungen uminterpretieren. So wurden die Probanden z.b. unterrichtet, wie sie in den Kippbildern eine andere Figur entdeckten. Es mag schwieriger erscheinen, ein mentales Bild umzudeuten als ein gegenständliches, doch beides ist möglich. Visuelle Vorstellungen und die Ergebnisse der visuellen Wahrnehmung weisen also viele gemeinsame Merkmale auf. Allerdings ist es schwieriger, visuelle Vorstellungen zu reinterpretieren, als dies bei tatsächlichen Bildern der Fall ist. 2.4 Die hierarchische Struktur mentaler Vorstellungen Komplexe mentale Bilder werden oft zerlegt. Reed bot Figuren dar, wie sie Abb. 4.12a zeigt, und ließ die Probanden mentale Vorstellungen dieser Figuren aufbauen. Nach dem Entfernen der Originalvorlagen wurden den Probanden Teile der Figuren dargeboten. Die Probanden konnten die Figur b in 65% der Fälle als Teil der Figur a erkennen, die Figur c lediglich in 10 % der Fälle. Der Grund für diesen Unterschied liegt darin, dass die Probanden eine mentale Vorstellung der Figur a generiert hatten, die aus Teilen wie Figur b bestehen, nicht aber aus Teile wie Figur c. Komplexe mentale Vorstellungen können aus einer Hierarchie von Elementen aufgebaut sein. Abbildung 4.14 zeigt ein Bespiel, wie die Figur aus Abbildung 4.13a hierarchisch in seine Bestandteile aufgelöst werden kann. Die Figur kann als aus zwei Sanduhrfiguren bestehend aufgefasst werden, die wiederum aus zwei Dreiecken zusammengesetzt sind. Auch die Dreiecke bestehen aus Einheiten (Linien). Häufig wird der Begriff Chunk in der kogn. Psych. verwendet, um eine Einheit der Wissensrepräsentation zu bezeichnen. Auf der einen Ebene verbindet ein Chunk eine gewisse Zahl primitiver Einheiten. Auf einer anderen Ebene ist es selbst die Basiseinheit einer größeren Struktur.

5 2.5 Verzerrte Landkarten Die Repräsentation von Landkarten im Gedächtnis scheint bei Probanden die gleiche hierarchische Struktur aufzuweisen, die man mit räumlichen Vorstellungen verbindet. Vermutlich werden diese Landkarten in einzelne Regionen untergliedert, die wiederum in Länder unterteilt sind, und innerhalb dieser Länder treten wahrscheinlich einzelne Städte als markante Punkte hervor. Es zeigt sich, dass wegen der hierarchischen Struktur dieser Landkarte bestimmte systematische Verzerrungen entstehen. Stevens und Coupe (1978) konnten solche Fehlurteile bei mentalen Landkarten auch anhand experimentell hergestellter Landkarten demonstrieren. Abbildung 4.17 zeigt solche Karten, die sich verschiedene Gruppen von Probanden einprägen sollten. Das wichtige Merkmal der nicht-kongruenten Landkarte ist, dass die relative Lage der Gebiete A und B nicht mit der Lage der Städte X und Y übereinkommt. Nachdem sie sich die Karten eingeprägt hatten, wurde den Probanden eine Reihe von Fragen zur Lage der Städte gestellt. Z.B. wurde bei den Karten der linken Abbildungsseite gefragt, ob X östlich oder westlich von Y liegt, und für die Karten der rechten Abbildungshälfte sollte beantwortet werden, ob sich X nördlich oder südlich von Y befindet. Bei diesen XY Fragen täuschten sich die Probanden bei den kongruenten Landkarten in 18% der Fälle, bei den homogenen Landkarten in 15% der Fälle und bei den nicht-kongruenten Karten in 45%. Die Probanden zogen Informationen über die Lage der Gebiete A und B heran, um sich die Erinnerung an die Lage der Städte zu erleichtern. Dieses sich Verlassen auf Informationen höherer Ordnung führte zu Fehlurteilen. 3. Die Repräsentation verbaler Informationen Die zweite Art der Wissensrepräsentation nach Paivios Schema der dualen Kodierung ist die verbale Wissensrepräsentation. Wie im Falle der visuellen Vorstellungen gibt es Belege für unterschiedliche Arten verbaler Vorstellungen. Beispielsweise würde man vielleicht zwischen Repräsentationen des Klangs eines Wortes und der Repräsentation gedruckter Wörter unterscheiden. Innerhalb der kognitiven Psychologie glaubt man, dass es eine generelle Fähigkeit gibt, serielle Ordnungen herzustellen, unabhängig von den Objekten, die geordnet werden sollen. Also verhält es sich mit den Repräsentationen verbaler Informationen nahezu genauso, wie mit visuellen Vorstellungen. Zu den sensorischen Eigenschaften ist zu sagen, dass die selbe Reihe von Wörtern auf ziemlich unterschiedliche Weise repräsentiert werden kann je nachdem, ob sie gelesen oder gehört wird. Bei vielen Forschungen zum verbalen Gedächtnis wird den Probanden eine Serie von verbalem Material gezeigt, die sie dann wiederholen sollen. Beispielsweise sahen Probanden eine Buchstabensequenz und sollten sie wiedergeben. Ein Nachweis für akustische Repräsentationen liefert das Auftreten akustischer Verwechslungen in den Wiederholungen. Conrad (1964) fand heraus, dass Personen, wenn sie Buchstaben nicht erinnern konnten, oftmals Buchstaben ähnlichen Klanges einfügten. Wenn beispielsweise Probanden aufgefordert werden, die Buchstabensequenz HBKLMW zu erinnern ersetzen sie das B mit größerer Wahrscheinlichkeit durch das klangverwandte D als durch ein S.

6 Experimente liefern auch Belege für die Repräsentation von Informationen serieller Ordnung. Ein typisches Experiment besteht darin, Probanden eine Reihe von Elementen zu zeigen und aufzuzeichnen, mit welcher Genauigkeit sie die Gegenstände der Liste wiedergeben. Ein auffallendes Phänomen stellt hierbei der sogenannte Anfangsanker-Effekt dar. Probanden konnten die ersten Elemente der Liste viel besser wiedergeben als die am Ende. Abbildung 4.19 veranschaulicht einige Daten des Experiments (Anderson, Bothell), wobei ihr Interesse den Gedächtnisleistungen für Zeichenfolgen von drei bis zwölf Elementen galt. Man sieht, dass die ersten Elemente der Liste sehr gut reproduziert werden; Die Erinnerungsleistung fällt dann bis zum Ende hin ab, mit einer geringfügigen Aufwärtsbewegung beim letzten Item. Diesen Umstand findet man nicht nur beim Menschen. Den gleichen positiven Anfangsanker-Effekt weisen Affen auf, andererseits zeigen einige andere Spezies diese Effekte nicht. Tauben z.b. haben ein besseres Gedächtnis für die letzteren Elemente und nicht für die ersten. Auch im Experiment von Sternberg (1969) zeigt die Bedeutung der Anfangsverankerung bei serieller Ordnung. Er ließ die Probanden Reihen von bis zu sieben Ziffern lernen und bat sie, nach Vorgabe einer Prüfziffer die nächste Ziffer der Reihe zu nennen. Ein Proband konnte also etwa die Folge gelernt haben und dann nach der Ziffer gefragt werden, die auf 9 folgt, was in diesem Fall 2 wäre. Zu beachten ist, dass die Probanden stets zur ersten Ziffer den schnellsten Zugang hatten und zum Ende der Reihe hin immer langsamer wurden. Deshalb wird vermutet, dass die Probanden solche Fragen beantworten, indem sie die Reihe vom Anfang her absuchen, bis sie auf die Prüfzeichen stoßen, und dann die jeweils darauffolgende Ziffer nennen. 4. Schlussfolgerungen zur wahrnehmungsbasierten Wissensrepräsentation Wir haben gesehen, dass die Verarbeitung von Information, die in mentalen Vorstellungen enthalten ist, der Verarbeitung perzeptueller Informationen sehr stark gleicht. In vielen Fällen sind beim mentalen Vorstellen wie bei der Wahrnehmung die gleichen Hirnregionen in die Informationsverarbeitung involviert. Dies ist deshalb bemerkenswert, weil beim mentalen Vorstellen diesen Hirnarealen kein entsprechender perzeptueller Input zugeführt wird, um sie zu stimulieren. Es ist zudem eher die Ausnahme, dass es zu Verwechslungen zwischen mentalen Vorstellungen und Wahrnehmungsgegebenheiten kommt. Wir sind zum allergrößten Teil in der Lage auseinander zuhalten, was wir uns mental vorstellen und was wir wahrnehmen.