VL 8 Mehrspeichermodell - Fachsymposium

Professur für
Allgemeine Psychologie
Vorlesung im WS 2011/12
Lernen und Gedächtnis
Kognitive Gedächtnispsychologie:
Das Mehrspeichermodell
Prof. Dr. Thomas Goschke
1
Übersicht

Informationsverarbeitungsansatz und Speichermetapher

Das Mehrspeichermodell von Atkinson & Shiffrin

Sensorische Speicher

Kurzzeitgedächtnis

Probleme des Mehrspeichermodells
2
Konditionierungsforschung vs. Gedächtnisforschung
Konditionierungsexperiment


4
Versuchstier muss
Belohnungskontingenzen
herausfinden (Induktion)
Motivation bestimmt, ob und wie
Wissen in Verhalten umgesetzt
wird
Gedächtnisexperiment


Mensch kann über relevante
Kontingenzen informiert werden
(Instruktion)
VL kann auf soziale Kooperation
der VP vertrauen, um das
erworbene Wissen zu testen
Die kognitive Revolution:
Informationsverarbeitungsparadigma



Kognition = Informationsverarbeitung (Enkodierung, Speicherung,
Transformation, Abruf von Information)
Wir reagieren nicht direkt auf Reize, sondern Reize werden mental
repräsentiert und aufgrund von Vorwissen interpretiert
Funktionale Dekomposition: Zerlegung kognitiver Leistungen in
Verarbeitungsstufen und Subsysteme
Gedächtnis
Enkodierung
5
Speicherung
Abruf
Informationsverarbeitungsansatz:
Teilprozesse des Gedächtnisses
•
„Computermetapher“
•
•


6
Kognition = Software („Programme“ und „Algorithmen“)
Gehirn = Hardware (Physikalische „Implementierung)
Zentrale Begriffe
•
Lernen = Enkodierung von Information
•
Gedächtnis = Speicherung von Information
•
Wissen = Repräsentation von Information
•
Erinnern = Abruf gespeicherter Information
Methodischer Ansatz:
•
Experimentelle Analyse von Gedächtnisleistungen unter kontrollierten
Bedingungen
•
Rückschluss von Verhaltensdaten (z.B. Reaktionszeiten, Fehler) auf
zugrunde liegende Speicher- und Abrufprozesse
Speichermetapher
7
Metaphern des Gedächtnisses

Wachstafel (Platon; Aristoteles)

Vogelhaus (Platon)

Haus (James, 1890)

Grammophon (Pear, 1922)

Wörterbuch (Loftus, 1977)

Bibliothek (Broadbent, 1971)

Zimmer in einem Haus (Freud, 1924)

Tonband

Datenbank

Computerspeicher
8
nach Roediger, 1980
Aspekte der Speichermetapher



Gedächtnisinhalte werden an bestimmten Orten im
Gehirn gespeichert.
?
Gespeicherte Gedächtnisinhalte „lagern“ passiv im
Speicher, bis sie wieder abgerufen werden
?
Erinnern besteht im Transfer gespeicherter Inhalte von
einem Speicher (Langzeitgedächtnis) in einen anderen
Speicher (Kurzzeit- oder Arbeitsgedächtnis)
?
Wir werden sehen, dass alle drei Annahmen
problematisch sind und der Revision bedürfen
9
Einteilung von Gedächtnisformen anhand der Dauer



11
William James (1890):
•
Primäres Gedächtnis: aktueller Inhalt des Bewusstseins
•
Sekundäres Gedächtnis: langfristige Speicherung von
Informationen, die unbewusst bleiben, bis sie abgerufen werden
Müller & Pilzecker (1900)
•
Wahrnehmung eines Ereignisses löst momentanes neuronales
Erregungsmuster aus
•
Langzeitige Speicherung des Ereignisses beruht auf strukturellen
Veränderungen im Gehirn, die als Folge der neuronalen Erregung
stattfinden (Konsolidierung)
Donald O. Hebb (1949)
•
aktive Aufrechterhaltung von Information („kreisende“ neuronale
Aktivität)
•
langzeitige Speicherung = Stärkung neuronaler Verbindungen
Das Mehrspeichermodell von Atkinson & Shiffrin (1968)
Kontrollprozesse
(Rehearsal
Umkodierung
Elaboration)
Reizinformation
14
Sensorische
Speicher
(visuell /
auditorisch /
haptisch)
Zerfall nicht
beachteter
Information
Aufmerksamkeit
KurzzeitGedächtnis
Speicherung
Abruf
Interferenz &
Ersetzung durch
neu eintreffende
Information
Langzeitgedächtnis
(Episodisch /
Semantisch /
Prozedural)
Interferenz /
fehlende
Abrufhinweise /
Spurenzerfall (?)
Mehrspeichermodell:
Grundlegende Annahmen

Separate Speicher mit unterschiedlicher Haltedauer
•
Ultrakurzzeitgedächtnis (sensorische Speicher)
- Bruchteile einer Sekunde (visuelle Reize) bis etwas mehr als eine
Sekunde (akustische Reize)
•
Kurzzeitgedächtnis
- Aufrechterhaltung einer begrenzten Menge von Informationen durch
aktive Wiederholung (inneres Sprechen oder visuelle Vorstellungen)
•
Langzeitgedächtnis
- Langfristige Speicherung einer unbegrenzten Menge von
Informationen, die unbewusst bleibt, bis sie wieder abgerufen wird

16
Kontrollprozesse
•
Operieren über Inhalten des KZG (z.B. aktives Wiederholen =
Rehearsal)
•
Speicherung ins Langzeitgedächtnis hängt vom Rehearsal ab:
Je häufiger Information im KZG wiederholt wird, umso höher
ist Wahrscheinlichkeit der Speicherung im LZG
Sensorische Speicher
(Ultrakurzzeitgedächtnis)
17
Das Mehrspeichermodell:
Sensorische Speicher
Reizinformation
Perzeptuelle
Repräsentationssysteme
(visuell /
auditorisch /
haptisch)
Weitere
Verarbeitung
Wieviel Information kann in einem
Moment erfasst werden?
Wie lange wird die Information
erinnert, wenn der Reizinput sofort
danach ausgelöscht wird?
Segner (1740): untersuchte visuelles Nachbild -> ca.100 ms
18
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
1. Buchstaben werden sehr
kurzzeitig dargeboten
Q C F T
S K G O
W R J B
21
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
2. Leerer Bildschirm
22
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
3. Vp können nur etwa 4-5 Buchstaben berichten
C, R, G, ...
23
War die Zeit zu kurz,
um alle Buchstaben
wahrzunehmen?
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
1. Buchstaben werden
für 1/20 Sekunde dargeboten
Q C F T
S K G O
W R J B
26
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
2. Leerer Bildschirm für
unterschiedlich lange Zeit
(bis 1 Sek.)
27
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
3. Tonhöhe signalisiert die
zu berichtende Zeile
HOCH
MITTEL
TIEF
28
= Teilbericht
(partial
report)
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
Teilbericht (partial report)
29
K
Z
R
M
Hoch
Q
B
T
V
Mittel
S
G
N
G
Tief
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
Vp können etwas mehr als
3 Buchstaben pro Zeile berichten
S, K, G, ...
30
Da die Vp vor der
Reizdarbietung nicht
wusste, welche Reihe
sie berichten sollte,
müssen fast alle
Buchstaben für kurze
Zeit repräsentiert
gewesen sein
Sensorische Speicher:
Das Experiment von Sperling (1960)
3,5
Anzahl erinnerter Buchstaben
3
Anzahl erinnerter Buchstaben
pro Zeile beim Teilbericht
2,5
2
1,5
Mittlere Anzahl
erinnerter Buchstaben
pro Zeile beim
Vollbericht
1
0,5
0
-0,1
33
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
Verzögerung des Cues in msec
1,1
Das Mehrspeichermodell:
Sensorische Speicher: Zusammenfassung
Reizinformation
Sensorische
Speicher
(visuell /
auditorisch /
haptisch)
Aufmerksamkeit
Kurzzeitgedächtnis
Zerfall

halten sensorische Information für kurze Zeit in einem
modalitätsspezifischem Kode aufrecht
•
•



36
Visuell: Ikonisches Gedächtnis
Akustisch: Echo-Gedächtnis
Grosse Kapazität
Geringe Haltedauer: nicht beachtete Information zerfällt sehr
schnell
Um sensorische Information ins Kurzzeitgedächtnis zu
transferieren, ist Aufmerksamkeit erforderlich
Das Mehrspeichermodell
Kurzzeitgedächtnis
37
Kurzzeitgedächtnis
Beispiele
38

Telefonnummer „im Kopf“ behalten

Kopfrechnen

Einen sehr langen komplizierten Satz verstehen
Kurzzeitgedächtnis
Kapazität: Messung der Gedächtnisspanne
7654
•
Liste von zufälligen Zahlen
93843
•
Sofortige Reproduktion in richtiger
Reihenfolge
921212
Bestimmung der maximalen Anzahl
von Items, die korrekt erinnert
werden können
84631697
•
•
George Miller (1956): "magische
Zahl 7, plus oder minus 2"
2928189
354761923
1325481298
21454769154
354127459785
39
Kurzzeitgedächtnis:
Chunking
SA
SAT
TRT LA RDZ DF
RTL
ARD
ZDF
Gruppierung von Elementen zu vertrauten, bereits gespeicherten
Einheiten

Wie viel Information aufrecht erhalten werden kann, hängt von
bereits im LZG gespeichertem Wissen ab

Kurzzeitgedächtnis ist nicht unabhängig vom Langzeitgedächtnis!

40
Kurzzeitgedächtnis:
Dauer

Wie lange wird Information im KZG aufrecht erhalten?

Merken Sie sich folgende Telefonnummer:
Nummer?
8 Wie
5 lautete
7 9die 1
6 3
41
Kurzzeitgedächtnis:
Rehearsal
Inhalte im KZG können durch inneres Sprechen
(Rehearsal) aktiv aufrecht erhalten werden
Kontrollprozesse
(Rehearsal
Umkodierung
Elaboration)
Reizinformation
42
Sensorische
Speicher
(visuell /
auditorisch /
haptisch)
Aufmerksamkeit
KurzzeitGedächtnis
Kurzzeitgedächtnis:
Unterbindung des Rehearsals
Merken Sie sich folgende Telefonnummer
6 2 8 50 9 4
Zählen Sie in 3er-Schritten rückwärts von
1324
Wie lautete die Nummer?
 Ohne Rehearsal “zerfällt” der Inhalt des
Kurzzeitgedächtnisses sehr schnell
43
Kurzzeitgedächtnis:
Vergessenskurve in der Brown-Peterson-Aufgabe
Brown (1958); Peterson & Peterson
(1959)
1. Präsentation von drei
Konsonanten (z.B. CFK) und einer
Zahl (z.B. 231).
2. Vpn zählen für unterschiedliche
Zeit in Dreierschritten laut
rückwärts ( Unterbindung des
Rehearsal)
3. Reproduktion des Trigramms
 Ohne Rehearsal wird Trigramm bereits nach wenigen Sek. nicht
mehr erinnert
45 Wurde zunächst als starker Beleg für passiven Zerfall betrachtet

Kurzzeitgedächtnis:
Vergessenskurven in der Brown-Peterson-Aufgabe
46
Abb. Aus Quinlan & Dyson (2009). Cognitive Psychology. Pearson Education.
Kurzzeitgedächtnis:
Zerfall oder Interferenz?

48
Spiegelt Vergessen tatsächlich passiven Zerfall aus dem KZG,
oder liegt die Ursache in Interferenz mit neuer Information?
Kurzzeitgedächtnis:
Evidenz für Interferenz



Kein Vergessen im ersten
Versuchsdurchgang
Vergessen nimmt über die
Versuchsdurchgänge hinweg zu
Ergebnis: Zuvor gelernte
Information stört Behalten
neuer Information (proaktive
Interferenz)
 Vergessen im Brown-PetersonParadigma spiegelt nicht
passiven Zerfall, sondern
Interferenz durch bereits im
LZG gespeicherte
Informationen
50
Keppel & Underwood (1962)
Kurzzeitgedächtnis:
Proaktive Interferenz



52
Reproduktion beruht auf einer Suche durch das Gedächtnis
Aktuell zu behaltende Items werden mit früher gelernten Items
verwechselt (Interferenz)
Vorhersage: Interferenz sollte abnehmen, wenn alte und neue
Items leicht zu unterscheiden sind
Kurzzeitgedächtnis:
Aufhebung der proaktiven Interferenz (Wickens, 1972)


In ersten 3 Lerndurchgängen
mussten sich Vpn Früchte
merken
Im 4. Durchgang entweder
gleiche oder andere
Kategorie
% Korrekte Reproduktion
Früchte
Wechsel
100
80
Berufe
Blumen
Gemüse
Früchte
60
40
20
0
1
2
3
4
Lerndurchgänge
 Je unähnlicher die neue Kategorie, umso größere Verbesserung der
Gedächtnisleistung
54
Kurzzeitgedächtnis:
Proaktive vs. retroaktive Interferenz


55
Proaktive Interferenz: Lernen neuer Items wird durch
vorangegangenes Material gestört
Retroaktive Interferenz: Lernen neuer Items stört den Abruf alten
Materials
Kurzzeitgedächtnis:
Zusammenfassung




Funktion: aktive Aufrechterhaltung von Information
Kapazität: beschränkt (7 +/- 2 Chunks; nach neueren Theorien
evtl. noch geringer)
Dauer: kurz (Sekunden), wenn kein Rehearsal möglich
Vergessen: aufgrund von Interferenz mit gespeicherter oder
neuer Information (evtl. auch Spurenzerfall)
Kontrollprozesse
(Rehearsal)
Reizinformation
56
Sensorische
Speicher
Aufmerksamkeit
KurzzeitGedächtnis
Sind Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis separate Systeme?
Funktionale Dissoziationen
57
Funktionale Dissoziationen
Einfache Dissoziation
UV 1
Effekt
Kein
UV 1
Effekt
KZG
LZG
Einfache Dissoziation
Kein
UV 2 Effekt
UV 2
Doppeldissoziation
60
Effekt
KZG
LZG
Dissoziationen zwischen KZG und LZG
Freie Reproduktion und seriale Positionskurve
1. Liste von n Worten oder Zahlen einprägen (n > Gedächtnisspanne)
2. Freie Reproduktion
3. Darstellung der Reproduktionswahrscheinlichkeit als Funktion der Position in
der Lernliste
Lernen
61
Reproduktion
1. Apfel
% korrekt
2. Tisch
% korrekt
3. Zebra
% korrekt
4. Kanne
% korrekt
5. Blume
% korrekt
6. Fenster
% korrekt
7. Apparat
% korrekt
8. Buch
% korrekt
9. Urlaub
% korrekt
usw.
usw.
Seriale Positionskurve
Rehearsalhäufigkeit (LZG)
Items noch im KZG
Recency effect
Primacy Effect
List Length 20
List Length 30
List Length 40
Percentage Recall
100
80
60
40
20
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
Serial Position
62
Murdock, 1962
Seriale Positionskurve:
Primacy-Effekt und Rehearsal
Probanden sollten Items laut wiederholen („overt rehearsal“)
Items am Anfang der Liste wurden häufiger wiederholt
Lernliste
Rehearsal
1. Apfel
Apfel-Apfel-Apfel-Apfel
2. Baum
Baum-Apfel-Baum-Apfel
3. Tasche
Tasche-Baum-Apfel
4. Durst
Durst-Apfel-Baum-Durst
5. Kind
Kind-Baum-Durst-Apfel
6. Fernweh
Fernweh-Baum-Fernweh-Kind
7. Buch
Buch-Kind-Fernweh-Baum
…
20. Telefon
Telefon-ALkohol
64
Rundus, 1971
Seriale Positionskurve:
Primacy-Effekt und Rehearsal
14
80
12
10
60
8
40
6
4
20
2
0
Total rehearsals per item
Korrelation zwischen
Reproduktionswahrscheinlichkeit und Anzahl
von Wiederholungen ist auf
Anfang und Mittelteil der
Positionskurve beschränkt
Percentage Recall

16
100
0
4
8
12
16
20
Serial Position
65
Rundus (1971)
Dissoziationen zwischen KZG und LZG
Gibt es Faktoren, die den Rezenzeffekt (= KZG)
beeinflussen, nicht aber die übrige Positionskurve (= LZG)?
… und umgekehrt?
66
Dissoziation von KZG und LZG:
Effekte von Ablenkung und Präsentationsrate
30-sekündige Ablenkung eliminiert
den Rezenzeffekt, aber hat keinen
Effekt auf andere Teile der Liste
Präsentationsrate beeinflusst frühen
und mittleren Teil der
Positionskurve, nicht aber den
Rezenzeffekt
69
Glanzer & Cunitz (1966)
Dissoziation von KZG und LZG:
Länge der Lernliste
Länge der Lernliste
beeinflusst frühen
und mittleren Teil
der Positionskurve,
nicht aber den
Rezenzeffekt
71
Dissoziation von KZG und LZG:
Zusammenfassung


Der Rezenzeffekt und der Anfang/mittlere Abschnitt der
Positionskurve werden selektiv durch verschiedene
Variablen beeinflusst
Variablen, die Anfang und Mitte der Positionskurve
beeinflussen
•

Präsentationsrate, Listenlänge, Bedeutungshaltigkeit des
Materials, Alter, Intelligenz
Variablen, die Rezenzeffekt beeinflussen
- Ablenkungsaufgabe zwischen Lernen und Test
72
Dissoziation zwischen KZG und LZG
Hirnschädigungen
Korsakoffsche Krankheit
73
•
Folge von Vitamin-B-Mangel durch chronischen
Alkoholmissbrauch (Zerstörungen im medialen Thalamus und
den Mammilarkörpern des Hypothalamus)
•
Beeinträchtigung der Fähigkeit, sich neue Dinge zu merken
(anterograde Amnesie)
•
Schlechte Erinnerung an Ereignisse aus der Vergangenheit
(retrograde Amnesie)
•
Aber: normale Gedächtnisspanne!
Dissoziation zwischen KZG und LZG:
Hirnschädigungen
Amnestiker & Kontroll-Vpn:
normaler Rezenzeffekt bei
sofortiger Reproduktion
= intaktes KZG)
Amnestiker & Kontrollvpn:
Reduzierter Rezenzeffekt
bei verzögerter
Reproduktion
Amnestiker: schlechte
Reproduktion früher und
mittlerer Items
(= beeinträchtigtes LZG)
74
Baddeley & Warrington, 1970
Dissoziation zwischen KZG und LZG:
Hirnschädigungen

75
Patient K.F. (Shallice und Warrington,1970)
•
Relativ intaktes Langzeitgedächtnis
•
Aber: Gedächtnisspanne von nur 1 oder 2 Items!
•
Kein Rezenzeffekt!
Schlussfolgerung und offene Fragen


Funktionale u. neurologische Dissoziationen wurden als
Beleg für ein separates Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis
interpretiert
Aber: zunehmend wurden auch Probleme der Zwei-ProzessTheorie offensichtlich…
Reizinformation
76
Sensorische
Speicher
Zerfall nicht
beachteter
Information
Aufmerksamkeit
KurzzeitGedächtnis
____
Kontrollprozesse
(Rehearsal)
Interferenz
Spurenzerfall
Speicherung
Abruf
Langzeitgedächtnis