Gedächtnistheorien
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Gedächtnistheorien, Repräsentation von Wissen und das Memory-Spiel Szenario Sommersemester 2007 Analyse und Modellierung von Blickbewegungen Veranstalter: Hendrik Koesling Gedächtnistheorien 1 Gedächtnis und das Memory-Spiel Multi-Speicher-Modell (Atkinson & Shiffrin, 1968) Sensorischer Speicher • Hohe Kapazität • Speichert sensorische Informationen • Überdauert weniger als eine Sekunde KurzzeitGedächtnis • Begrenzte Kapazität Aufmerksamkeit LangzeitGedächtnis • Unbegrenzte Kapazität Memorieren Gedächtnis und das Memory-Spiel Belege für den sensorischen Speicher CMKP DWXL YQNS 2 Gedächtnis und das Memory-Spiel Belege für den sensorischen Speicher • Sperlings Ganzbericht (1960) CMKP DWXL YQNS 0 Wiedergabe 50 ZEIT (ms) Ergebnis: Wiedergabe von 4-5 Buchstaben Gedächtnis und das Memory-Spiel Belege für den sensorischen Speicher • Sperlings Teilbericht (1960) CMKP DWXL YQNS 0 Wiedergabe der jeweiligen Zeile 50 ZEIT (ms) Ergebnis: Fast vollständige Wiedergabe der jeweiligen Zeile 3 Gedächtnis und das Memory-Spiel Belege für das Kurzzeitgedächtnis • Gedächtnisspanne (u.a. Sternberg, 1967) 2 5 1 9 7 8 4 3 7 ± 2 “chunks” Æ Millers “magical number 7” Gedächtnis und das Memory-Spiel Belege für die Unterscheidung Kurzzeit - Langzeitgedächtnis • Serielle Positionskurve (Rundus, 1971) primacy effect W'keit der Wiedergabe Ball Verb Pilz Land Koch Wald Hund Brot recency effect 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 Item-Position 4 Repräsentation von Wissen Gedächtnis und das Memory-Spiel Repräsentation von Wissen • Wissen über die Welt, Ereignisse, Ideen etc. außerhalb unseres Geistes können wir mental repräsentieren • Mentale Repräsentation ist keine „Kopie“, sondern eine selektive, durch Vorwissen, Motivation, Interessen, Ziele geprägte Vorstellung • Direkte Beobachtung ist nicht möglich (Introspektion begrenzt), daher neuropsychologische Studien (i.d.R. mit Hirngeschädigten) und psychologische Experimente 5 Gedächtnis und das Memory-Spiel Formen der Wissensrepräsentation • Repräsentationsform ist abhängig vom Inhalt und vom repräsentierten Gegenstand und dem abzurufenden Wissen • Wahrnehmungsbasiert: analoge, „mentale“ Vorstellung; konkret, strukturerhaltend Æ bildhaftes Material • Bedeutungsbasiert: enkodierte, propositionale Vorstellung; symbolisch, abstrakt Æ verbales Material • Bsp.: „Katze“ als abstraktes Wissen oder mentales Bild – Sind Katzen Säugetiere? – Ist der Schwanz einer Katze so lang, dass sie damit ihre Nasenspitze berühren könnte? Gedächtnis und das Memory-Spiel Formen der Wissensrepräsentation • Allgemeine Form der Wissensrepräsentation: – Propositionen (Pylyshyn, 1973 ff.) Bsp.: UNDER (CAT, TABLE) – Mentale Modelle (Johnson-Laird, 1983 ff.) Bsp.: Funktionsweise einer Luftpumpe 6 Gedächtnis und das Memory-Spiel Mentale Manipulation von Bildern • Rotation (Shephard & Metzler, 1971) • Skalierung (Kosslyn, 1978) • Scannen (Kosslyn, Ball & Reiser, 1978) Gedächtnis und das Memory-Spiel Raumrepräsentation... • Landmarkenwissen (Thorndyke, 1981): Wissen über charakteristische Punkte im Raum • Routenwissen (Thorndyke & Hayes-Roth, 1982): Wissen über den Weg von einem Punkt zum anderen • Übersichtswissen (Thorndyke & Hayes-Roth, 1982): Wissen über relative Distanzen von verschiedenen Punkten ... und geschlechts-spezifische Unterschiede Frauen finden es leichter zu sagen, wo sie etwas gesehen haben (spatial-location memory), Männer können dagegen leichter mentale Manipulationen durchführen (Silverman & Eals, 1992) 7 Befunde zum Memory-Spiel-Szenario Gedächtnis und das Memory-Spiel Superior Spatial Memory of Women: Stronger Evidence for the Gathering Hypothesis Donald H. McBurney, Steven J.C. Gaulin, Trishul Devineni and Christine Adams Evolution and Human Behaviour, 1997, 18: 165 - 174. Female advantage for spatial location memory in both static and dynamic environments Laurie Sykes Tottenham, Deborah Saucier, Lorin Elias, and Carl Gutwin Brain Cognition, 2003, 53(2): 381-3. 8 Gedächtnis und das Memory-Spiel Theoretischer Hintergrund Viele Studien haben gezeigt, dass es bei den kognitiven Fähigkeiten geschlechterspezifische Unterschiede gibt. Während das räumliche Vorstellungsvermögen und die mathematischen Schlussfolgerungen bei Männern besser sind, verfügen Frauen über bessere Sprachfähigkeiten. Es gibt Teilbereiche beim räumlichen Vorstellungsvermögen, bei denen Frauen besser als Männer abschneiden, z.B. Gedächtnis zur Objektlokalisation. Dieses basiert vermutlich auf evolutionären Gründen: Gaulin: Vielweiberei und der damit einhergehenden grösseren Wanderslust. Silverman: Frühzeitliche Aufgabenteilung (Frauen für die Nahrungssuche und Männer für das Jagen) Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese Ursache Wirkung Geschlecht Gedächtnis zur Objektlokalisierung Unabhängige Variablen Abhängige Variablen 9 Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung für Beispielexperiment Geschlecht Männer Frauen Gedächtnis zur Objektlokalisierung Gesamtanzahl der Züge Gesamtzeit für ein Spiel Durchschnittliche Aufdeckungsanzahl eines Bildes Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse • Geschlecht hat einen signifikanten Einfluss auf die Spielleistung beim Memory • Frauen zeigten wesentlich bessere Ergebnisse in der Gedächtnisleistung und verfügen über ein besseres Lokalisationsgedächtnis als Männer • Männer zeigten bessere Ergebnisse im Rotationstest („object relation test“) • Keinen signifikanten Effekt zwischen Geschlecht und Spielgeschwindigkeit bzw. Spielerfahrung 10 Gedächtnis und das Memory-Spiel Interference in Spatial Memory David G. Elmes Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition 1988, vol. 14, No. 4, 668-675 Gedächtnis und das Memory-Spiel Theoretischer Hintergrund • Räumliches Gedächtnis variiert von anderen Gedächtnisformen in vielfacher Hinsicht, u.a. unterliegt es sog. retroaktiven und proaktiven Interferenzen: - Proaktive Interferenz: Schwierigkeit „neue“ Informationen aufzunehmen, weil bereits „alte“ Information existiert. - Retroaktive Interferenz: Schwierigkeit auf „alte“ Informationen zuzugreifen, weil zwischenzeitlich „neue“ Information erlernt wurde. • Die Rolle der Interferenzen auf das menschliche räumliche Gedächtnis ist noch nicht geklärt. • Empirische Untersuchung des Einflusses von proaktiver und retroaktiver Interferenz auf räumliches Gedächtnis. Beispiele: Labyrinth und MemorySpiel. 11 Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese Ursache Wirkung Lernphase Fehlerrate (Güte des Gedächtnisses) Unabhängige Variablen Abhängige Variablen Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung für Beispielexperiment PI-RI Lernen (original learning) Umlernen (relearning) Fehlerrate Durchschnittlicher Fehler pro Durchgang „Trials to Criterion“ (Mass für das Lernen und Umlernen) 12 Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse • Räumliches Gedächtnis wird sowohl von retroaktiver als auch von proaktiver Interferenz beeinflusst. • Wenn die Zwischenaufgabe der Zielaufgabe ähnlich ist, zeigt sich eine stärkere retroaktive Interferenz als bei verschiedener Zwischenaufgabe • Während die Variation der Anzahl proaktiver Spiele keinen signifikanten Einfluss auf das räumliche Gedächtnis besitzt (nur tendenzielle proaktive Interferenz), zeigt eine grosse Ähnlichkeit von proaktivem zu reproduzierendem Spiel eine signifikant grössere proaktive Interferenz als bei unterschiedlichen Spielen Gedächtnis und das Memory-Spiel Das Memory-Spiel: Zeichen verborgener Gedächtniskunst kleiner Kinder ? Monika Knopf und Norbert Quadflieg Zeitschrift für Entwicklungspsychologie und Pädagogische Psychologie, 1989, Band XXI, Heft 2, 110-123 13 Gedächtnis und das Memory-Spiel Theoretischer Hintergrund • Eine verbreitete Vorstellung besagt, dass Kleinkinder im Memory-Spiel Gedächtnisleitungen erzielen, die an denen älterer Kinder oder gar Erwachsener heranreichen. • Allerdings scheint nur das Gedächtnis für Lokalisation bei einfachen Aufgabenstellungen sehr früh entwickelt zu sein. Es existieren aber Unterschiede. Kleinkinder ... - merken sich nicht alle Informationen (z.B. nur Farbe oder Form), - besitzen strategische Lerndefizite beim Lernen und Erinnern von Bildern, - bearbeiten serielle Lern- und Gedächtnisaufgaben spontan, nicht strategisch. Æ Die obige Aussage ist mit Skepsis zu betrachten. In der Mehrzahl der vor- liegenden Arbeiten konnte eine alterskorrelierte Verbesserung der Gedächtnisleistung nachgewiesen werden. Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese Ursache Wirkung Alter Gedächtnisleistung Unabhängige Variablen Abhängige Variablen 14 Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung für Beispielexperiment Alter 4 jährige vs. 6 jährige Kinder Gedächtnisgüte Rekognitionstest Lokalisationstest Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse • Die Gedächtnisleitung im Memory-Spiel verbessert sich bei Kindern im Kindergartenalter mit steigendem Alter • Die Leistungsfähigkeit des Gedächtnisses für Bild-Ort-Zuordnungen steigert sich in ähnlicher Weise, wie es für die meisten Gedächtnisleitungen beschrieben wurde • Kleinkinder zeigen nicht die anfangs erwähnten Gedächtnisleistungen, die denen grösserer Kinder oder gar Erwachsener gleichkommen Æ Das Memory-Spiel ist nicht unbedingt geeignet, eine „verborgene Gedächtniskunst“ aufzuzeigen 15 Gedächtnis und das Memory-Spiel Theoretischer Hintergrund zu Schumann-Hengsteler (1996a, b) • Memory-Spiel erfordert … Æ Suchstrategien Æ Wiedererkennen Æ Wiederfinden Anekdote: Kinder sind besser im Memory-Spiel als Erwachsene ? Bisherige Gedächtnisbefunde: - Suchstrategien werden besser zwischen 4 und 12 Jahren - Positionsgedächtnis wird besser mit zunehmende Alter - Junge Kinder Æ visuelle Repräsentation - Ältere Kinder Æ verbaler/semantischer Code Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese für Experiment 1 Ursache Wirkung Leistung im Memory-Spiel Alter Unabhängige Variablen Art des Codes Abhängige Variablen 16 Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung für Experiment 1 Alter Leistung/Code beim Memory Gesamtzahl der Züge 5jährige 8jährige 10jährige Erwachsene Studierende Visuell ähnlich Zahl der visuellen, semantischen und räumlichen Fehler Semantisch ähnlich Räumlich ähnlich Gedächtnis und das Memory-Spiel Ablauf von Experiment 1 17 Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse 5 Jahre 8 Jahre 10 Jahre Studenten Anzahl der Züge 66.46 65.52 60.20 53.81 Visuelle Fehler 0.55 0.13 0.45 0.21 Semantische Fehler 0.77 0.89 0.95 0.71 Räumliche Fehler 4.18 6.71 6.15 6.59 Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese für Experiment 2 Ursache Wirkung Alter Grad visueller Codierung Unabhängige Variablen Abhängige Variablen 18 Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung für Experiment 2 Grad visueller Kodierung Alter/Kartenmaterial 5jährige 9jährige Gesamtzahl der Züge visuell reich visuell arm Visuell reich Zahl der Positionsfehler Visuell arm Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse Anzahl der Züge Räumliche Fehler 5 Jahre 9 Jahre visuell reich 72.1 60.5 visuell arm 66.8 57.9 visuell reich 6.44 7.42 visuell arm 6.44 7.68 19 Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese für Experiment 3 Ursache Wirkung Alter Grad der Positionscodierung Unabhängige Variablen Abhängige Variablen Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung für Experiment 2 Alter/Anordnung der Karten 5jährige 8jährige 10jährige Studierende geordnet Grad visueller Kodierung Gesamtzahl der Züge geordnet ungeordnet Zahl der Positionsfehler ungeordnet 20 Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse Anzahl der Züge Räumliche Fehler 5 Jahre 8 Jahre 10 Jahre Studenten geordnet 76.6 63.9 55.6 45.0 ungeordnet 89.1 76.1 59.3 48.9 geordnet 6.00 6.22 7.31 7.73 ungeordnet 7.23 6.69 8.67 9.13 Gedächtnis und das Memory-Spiel The influence of symbolic literacy on memory: Testing Plato’s Hypothesis M. Eskritt, K. Lee & M. Donald Canadian Journal of Experimental Psychology, 2001 vol. 55, No. 1, 39-50 21 Gedächtnis und das Memory-Spiel Platos Hypothese „[Die Schrift] wird Vergessenheit schaffen in den Seelen derer, die sie erlernen, aus Achtlosigkeit gegen das Gedächtnis, da die Leute im Vertrauen auf das Schriftstück von außen sich werden erinnern lassen durch fremde Zeichen, nicht von innen heraus durch Selbstbesinnen. Also nicht ein Mittel zur Kräftigung, sondern zur Stützung des Gedächtnisses hast du gefunden.“ Platon, Phaidros Enkodierungshypothese vs. Hypothese des externen Gedächtnisspeichers Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese Ursache Anfertigung schriftlicher Notizen Unabhängige Variablen Wirkung beeinflusst Gedächtnisleistung Abhängige Variablen positiver Einfluss Enkodierungshypothese negativer Einfluss Hypothese des externen Gedächtnisspeichers 22 Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung Experiment 1 Notizen Notizen Gedächtnisleistung Notizen, die überraschend nach dem 7. Zug weggenommen wurden Anzahl der Züge Keine Notizen Spieler spielen alleine. Notizen werden während des Spiels gemacht. Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnis Experiment 1 Mit Notizen Durchschnittliche Anzahl der Züge 13,2 Mit Notizen-Abbruch Ohne Notizen 19 22,4 Mit Notizen signifikant besser als ohne Notizen. Mit Notizen-Abbruch nicht signifikant besser als ohne Notizen. Mit Notizen schwach signifikant besser als mit Notizen-Abbruch. 23 Gedächtnis und das Memory-Spiel Kritik an der ersten Operationalisierung: Spieler können sich Notizen machen (externer Gedächtnisspeicher) und diese Notizen auch benutzen (Enkodierungsvorteil). Operationalisierung Experiment 2 Vor dem Spiel erfolgt eine Einprägephase, in der alle Karten aufgedeckt sind. Notizen Notizen während der Einprägephase, die überraschend weggenommen werden Gedächtnisleistung Anzahl der Züge Keine Notizen während der Einprägephase Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnis Experiment 2 Einprägephase ohne Notizen Einprägephase mit NotizenAbbruch Durchschnittliche Anzahl der Züge 10,3 22,3 Ohne Notizen signifikant besser als mit Notizen-Abbruch. Mit Notizen-Abbruch entspricht die Anzahl der Züge der Gruppe im ersten Experiment (d.h. ohne Einprägephase), die sich während des Spielens keine Notizen machen durfte (22,4 Züge). 24 Gedächtnis und das Memory-Spiel Fazit Im Memory-Szenario werden Notizen als externer Gedächtnisspeicher genutzt. Hat Plato also Recht? Inhalte der Karten werden immer korrekt wiedererkannt. Die Lokalisation der Karten ist je nach Versuchsbedingung unterschiedlich erfolgreich. Notizen also eine Form, Gedächtnis strategisch differenziert zu nutzen: „wissen was wo steht“. Gedächtnis und das Memory-Spiel A Species Difference in Visuospatial Memory: The Concentration Game D.A. Washburn and J.P. Gulledge International Journal of Comparative Psychology: 2002, vol. 15, 288-302 25 Gedächtnis und das Memory-Spiel Theoretischer Hintergrund Memory-Spiel als Test für räumlich-visuelles Gedächtnis der über demographische und diagnostische Gruppen hinweg verwendet werden kann. Mögliches Versuchsparadigma für speziesübergreifende Untersuchung zwischen Menschen und Rhesus-Affen, da keine Sprachfähigkeit notwendig. Unterschiede in der Bewältigung der Aufgabe sollten damit artspezifische Unterschiede im räumlich-visuellen Gedächtnis belegen. Gedächtnis und das Memory-Spiel Ursache-Wirkungs-Hypothese Ursache Spezieszugehörigkeit Unabhängige Variablen Wirkung bewirkt Unterschiede in der Gedächtnisleistung Abhängige Variablen 26 Gedächtnis und das Memory-Spiel Operationalisierung Spezieszugehörigkeit Gedächtnisleistung Menschen Anzahl der Fehler Rhesus-Affen Gedächtnis und das Memory-Spiel Ergebnisse Anzahl der Fehler 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Affen Menschen Zufall 2 3 4 5 6 Anzahl der Paare Mensch signifikant besser als Zufall Affen signifikant schlechter als Zufall. Ursache: Wiederholungsfehler. 27 Gedächtnis und das Memory-Spiel Was ist die Ursache für die Wiederholungsfehler und damit für die schlechte Leistung der Affen? • Keinen Einfluss auf die Anzahl der Wiederholungsfehler haben: – Art der Stimuli – Anzahl der Kartenpaare – Nähe der falschen Kartenpaare zueinander – Inhaltliche und örtliche Interferenzen mit früheren Durchgängen – Spezielles Training der Affen • Aber: – Wahrscheinlichkeit für Wiederholung eines Fehlers ist um so höher, je öfter der Fehler bereits gemacht wurde – Wahrscheinlichkeit für Wiederholung eines Fehlers ist um so höher, wenn bereits ein potentielles Paar aufgedeckt wurde Gedächtnis und das Memory-Spiel Diskussion Trotz Wiederholungsfehler nach Aufdecken eines potentiellen Paares → Affen haben Aufgabe, Paare zu finden, verstanden Erinnerung, dass passende Karte bereits aufgedeckt, aber nicht wo diese lag → Schlechten Leistung der Affen scheint speziesbedingte Gedächtnisbeschränkung zu sein → Beruht die schlechte Leistung auf einer Beschränkung des visuellen oder des räumlichen Gedächtnisses oder auf der Koordinierung dieser beiden Gedächtniskomponenten? 28 Gedächtnis und das Memory-Spiel Experiment zur Überprüfung des visuellen Gedächtnisses Welcher Stimulus ist bekannt? Start 5 s Pause Ergebnis: Leistung der Affen liegt signifikant über dem Zufallslevel Gedächtnis und das Memory-Spiel Experiment zur Überprüfung des räumlichen Gedächtnisses Welche Zelle wurde schon besucht? • 2-12 als aktiv markierte Zellen • Besuchte und noch nicht besuchte Zellen sind nicht zu unterscheiden • Nur der erste Besuch einer Zelle wird mit Futter belohnt Ergebnis: Leistung der Affen liegt signifikant über dem Zufallslevel; allerdings sind sie nicht in der Lage, wie Menschen die Punkte strategisch einen nach dem anderen zu besuchen 29 Gedächtnis und das Memory-Spiel Experiment zur Überprüfung des räumlich-visuellen Gedächtnisses Welcher Stimulus war wo zu sehen? Start 5 s Pause Ergebnis: Leistung der Affen liegt auf Zufallslevel Gedächtnis und das Memory-Spiel Fazit • Räumliche und visuelle Gedächtniskomponente – gut • Problem: Koordinierung der Gedächtniskomponenten, vermutlich werden „was“ und „wo“-Hinweise nicht zu einem einheitlichen Gedächtniscode integriert sondern parallel genutzt: → „Ich weiß, dass ich die passende Karte zu diesem Stimulus schon irgendwo mal gesehen habe, ich weiß nur nicht mehr genau wo; ich weiß allerdings auch, dass ich an diesem Ort schon häufig war – vielleicht befindet sich der Stimulus also dort!“ → Wiederholungsfehler! 30 Anregungen für eigene Untersuchungen zum Memory-Spiel-Szenario Gedächtnis und das Memory-Spiel Bedingungen • Memory-Karten als Stimulus-Material • Eine unabhängige Variable mit zwei Stufen • Eine oder mehrere abhängige Variablen (mindestens ein Blickbewegungsmaß) Ideen zu unabhängigen Variablen • Karteninhalt • Anzeigedauer • Anzeigeort • Einbezug anderer Modalitäten • Kooperation Methodische Fragen • „Echtes“ Memory? • Art des Aufdeckens? • Vorherige Memorisierungsphase? • Gestaltung der Rückseite • Anzahl der Karten • Anordnung der Karten 31 Gedächtnis und das Memory-Spiel Gruppeneinteilung • Kleingruppen, jeweils 3-4 Personen Termine zwischen 21.5. und 18.6. • Entwicklung einer experimentellen Idee und konkreter Hypothesen • Festlegung des experimentellen Designs • Implementation des Experimentes mit Hilfe des VDesigners 18.6. (16 - 19 Uhr, M7 - 114) • Präsentation der Hypothesen und des Designs • Demo des Experimentes Gedächtnis und das Memory-Spiel Termine zwischen 18.6. und 9.7. • Durchführung des Experimentes • Datenauswertung / -visualisierung / -modellierung • Verfassen eines wissenschaftlichen Artikels (ggf. vorlesungsfreie Zeit) 9.7. (16 - 19 Uhr, M7 - 114) • Präsentation der Ergebnisse • Nachbesprechung Achtung: HK abwesend 29.5. – 8.6. 32 Gedächtnis und das Memory-Spiel Sprechstunde / Kontakt • Montags, ab 16 Uhr und nach Vereinbarung • M7 – 108, Telefon: 0521 / 106 6053 • Email: [email protected] • VDesigner: Martin Zöllner, Eye-Tracking-Labor (D6 – 113) Literatur / Dokumentation • http://www.techfak.uni-bielefeld.de/~ihkoesli/ • Eye-Tracking-Labor (D6 – 113): Seminar-Ordner - Literaturliste - Ausgewählte Artikel zum Memory-Spiel - Ausarbeitungen zum Seminar 2004 Gedächtnistheorien, Repräsentation von Wissen und das Memory-Spiel Szenario Sommersemster 2007 Analyse und Modellierung von Blickbewegungen Veranstalter: Hendrik Koesling 33
