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 war eine zweite Aktion B auszuführen, die entweder zum selben oder zu einem anderen Effekt führte (ein Ton gleicher oder unterschiedlicher Höhe). 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 maßgeblich beeinflußt wird. Einleitung Jedes motorische Verhalten hat letztlich seinen Sinn darin, daß wir mit ihm bestimmte Effekte erzielen können: Beispielsweise drücken wir die Türklinke, um die Tür zu öffnen, wir schalten das Radio ein, um Musik zu hören, und wir betätigen das Bremspedal eines Autos, um dessen Geschwindigkeit zu verringern. Selbst bei derart einfachen Handlungen steht der Organismus fortwährend vor dem Problem, aus seinem Verhaltensrepertoire gezielt diejenigen Verhaltensakte auswählen zu müssen, die einen gegenwärtig angestrebten Effekt mit größter Sicherheit hervorbringen. Offenbar sind wir dazu ohne größere Mühe und bewußte Reflexion in der Lage. Aber welche Mechanismen unterliegen unserer Fähigkeit die jeweils zielführenden Verhaltensweisen so mühelos bereit zu stellen? Schon William James hat die Idee formuliert, daß eine willkürliche Bewegung unmittelbar durch eine Reaktivierung von Gedächtnisspuren derjenigen sensorischen Effekte initiiert wird, die vorangehend 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.). Es wird also angenommen, daß lernabhängig Assoziationen zwischen Aktionen und ihren konsistenten sensorischen Effekten angelegt werden. Diese Assoziationen können in umgekehrter Richtung aktiviert werden, sobald ein bestimmter Effekt als Ziel des eigenen Verhaltens angestrebt wird, so daß ein antizipierter Effekt unmittelbar diejenigen Verhaltensakte auf den Plan ruft, als deren Resultat er vorangehend erlebt worden war. 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 Effektaddressierung von Verhaltensakten durch experimentelle Evidenz zu untermauern. 232

2 Einschlägige Experimente wurden hierzu in erster Linie von Hommel (1996) berichtet. In einem der Experimente hatten die Versuchspersonen (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 und mit der linken Taste einen tiefen Ton. Nach einer Trainingsphase wurden die Reaktionsreize zusammen mit jeweils einem der beiden Töne dargeboten, 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 schnellere Reaktionen beobachtet als bei Nichtübereinstimmung. 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. Derartige 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. Fig. 1). Das Charakteristische dieser Situation liegt darin, daß jeweils zwei der Aktionen zu gleichen und alle anderen Kombinationen von zwei Aktionen zu unterschiedlichen Effekten führen. Fig. 1. Mögliche Zuordnungen der zwei Effekte (Töne) 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 spezifischen 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 Fig. 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 (Fig. 2). In 30% der Fälle war der Cue invalide, 233

3 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. Die experimentelle Hypothese war, daß eine Aktion nach einem invaliden Cue schneller ausgeführt werden kann, wenn sie zum selben Effekt wie die fälschlicherweise angekündigte Aktion führt, weil sie durch die Aktivierung des gemeinsamen Effektes bereits mehr oder weniger gebahnt ist. Fig. 2. Valide und invalide Durchgänge in Experiment 1. Bei invaliden Cues führen die vorbereitete und auszuführende Aktion entweder zu gleichen oder ungleichen Effekten. Methode Als Vpn nahmen 24 Studierende (6 Männer, 18 Frauen) der Universität Würzburg teil. Die Vpn sollten auf vier Farben 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, und von den Vpn so gut wie möglich zur Vorbereitung der entsprechenden Aktion genutzt werden sollte. 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). 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 Fig. 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 übereinstimmen, konfundierungsfrei verglichen werden können. Ergebnisse und Diskussion Cueeffekte: 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 234

4 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[Trials 1-240] vs. 2 [Trials ]) in eine zweifaktorielle Meßwiederholungs-ANOVA aufgenommen. Fig. 3. Reaktionszeiten nach invaliden Cues als Funktion der Versuchshälfte und der Korrespondenz der Effekte von vorbereiteter und tatsächlich auszuführender Aktion. Die Analyse 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 einher gehende generelle Verringerung des Reaktionszeitniveaus für die Veränderung des Ergebnismusters 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 (der sog. stimulus onset asynchrony, 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. Deren Anzahl 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 Fig. 4). 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 (Töne) verknüpft. Der entscheidende Vorteil 235

5 dieser Anordnung liegt darin, das nun alle Durchgänge im Hinblick auf die Effektkorrespondenz zwischen Erst- und Zweitreaktion ausgewertet werden können. In Analogie zu Experiment 1 wurde erwartet, daß durch die Vorbereitung einer Aktion A auch andere Aktionen mit demselben Effekt gebahnt werden, was die Ausführbarkeit der vorangestellten Aktion B erleichtern sollte, wenn ihr Effekt mit der vorbereiteten Aktion A übereinstimmt. Methode Experiment 2 wurde eine kurze Effekt-Lernphase vorangestellt, in der die Vpn die Tasten ohne Zeitdruck und in beliebiger Reihenfolge drücken, und die damit ausgelösten Töne beobachten sollten. Ziel dieser Lernphase war es, bereits präexperimentell hinreichende Aktions-Effekt- Assoziation zu etablieren, und damit eine mögliche Ursache für die übungsabhängige Variation des Ergebnismusters von Experiment 1 (siehe Diskussion dort) zu beseitigen. In den experimentellen Daten waren tatsächlich keine bedeutsamen Übungseffekte mehr zu beobachten. Der Ablauf der experimentellen Durchgänge war wie folgt: Es wurde eine erste Ziffer (Stimulus A) für 300 ms präsentiert, mit der Aufgabe, 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) dargeboten, auf die so 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. Es waren 576 Versuchsdurchgänge zu absolvieren. Fig. 4. Versuchsablauf in Experiment 2. Ergebnisse und Diskussion Die RTs auf Stimulus B (Erstaktion) wurden einer Meßwiederholungs-ANOVA mit den Faktoren SOA (500, 1000, 1500, 2000 ms) und Effektkorrespondenz (korrespondierender vs. nicht-korrespondierender Effekt) unterzogen. Die RTs nehmen mit zunehmendem SOA ab (F(3,69)=80.47; p<.01, siehe Fig.5): 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)=4.92; p<.05). Schließlich zeigt sich eine marginal signifikante Wechselwirkung zwischen SOA und Effektkorrespondenz (F(3,69)=2.36; p<.08): Der Einfluß der Effektkorrespondenz ist deutlicher ausgeprägt, je zeitlich früher in der Planung von Aktion A die Initiierung von Aktion B erforderlich ist. Das deutet darauf hin, daß redundante Aktionseffekte in erster Linie in frühen Stadien der Reaktionsvorbereitung wirksam sind. 236

6 Fig. 5. RTs für Aktion B (Erstreaktion) und Interresponsezeit für Aktion A (Zweitreaktion) als Funktion des SOA und der Effektkorrespondenz zwischen A und B. 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 die antizipierten Effekte nach der Ausführung der Erstaktion nicht hinreichend lang, um noch die Initiierung der Zweitaktion beeinflussen zu können. 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. In Experiment 1 konnte gezeigt werden, daß (nach hinreichender Lernerfahrung) schneller von einer vorbereiteten auf eine auszuführende Aktion gewechselt werden kann, wenn die Effekte der beiden Aktionen übereinstimmen. Dieses Ergebnis konnte in Experiment 2 bestätigt werden. Der Einfluß der Effektkorrespondenz war hier insbesondere in frühen Phasen der Aktionsaktivierung ausgeprägt. Zusammenfassend belegen die Ergebnisse nach unserer Auffassung, daß die Vorbereitung und Initiierung motorischen Aktionen maßgeblich durch eine Vorwegnahme ihrer sensorischen Effekte realisiert wird. Daß sich dieses Ergebnis in der hier realisierten Experimentalsituation nachweisen ließ, ist in mehrfacher Hinsicht bemerkenswert. Erstens war die Berücksichtigung der redundanten Aktionseffekte (Töne) für die Aufgabenbearbeitung nicht zwingend erforderlich. Zweitens war die Mitaktivierung einer effektkorrespondierenden Aktion auch aus strategischen Erwägungen heraus nicht hilfreich für die Aufgabenbearbeitung; im Gegenteil, es war doppelt so häufig der Fall, daß vorbereitete und auszuführende Aktion zu unterschiedlichen Effekten führten (vgl. Fig. 1). Insofern deuten die Ergebnisse darauf hin, daß der ausführungserleichternde Einfluß antizipierter Verhaltenseffekte mehr oder weniger zwangsläufiger Natur ist. 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. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 237