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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-49690
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2012/4969/


The mental representation in mental rotation : its content, timing, and neuronal source

Die mentale Repräsentation bei mentaler Rotation : ihr Inhalt, zeitlicher Verlauf und neuronaler Ursprung

Liesefeld, Heinrich René

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SWD-Schlagwörter: Visuelle Vorstellung , Elektroencephalographie , Funktionelle NMR-Tomographie , Raumvorstellung , Kognitive Psychologie , Neurowissenschaften
Freie Schlagwörter (Deutsch): mentale Rotation , räumliche mentale Repräsentation
Freie Schlagwörter (Englisch): mental rotation , spatial representations , working memory , electroencephalography , functional magnetic resonance imaging
Institut: Fachrichtung 5.3 - Psychologie
Fakultät: Fakultät 5 - Philosophische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Psychologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Zimmer, Hubert D. (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.05.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 23.10.2012
Kurzfassung auf Englisch: What is rotated in mental rotation? The implicitly or explicitly most widely accepted assumption is that the rotated representation is a visual mental image. We here provide converging evidence that instead mental rotation is a process specialized on a certain type of spatial information. As a basis, we here develop a general theory on how to manipulate and empirically examine representational content. One technique to examine the content of the representation in mental rotation is to measure the influence of stimulus characteristics on rotational speed. Experiment 1a and 1b show that the rotational speed of university students (10 men, 10 women and 10 men, 11 women, respectively) is influenced exclusively by the amount of represented orientation-dependent spatial-relational information but not by orientation-independent spatial-relational information, visual complexity, or the number of stimulus parts. Obviously, only explicit orientation-dependent spatial-relational information in an abstract, nonvisual form is rotated. As information in mental-rotation tasks is initially presented visually, a nonvisual representation during rotation implies that at some point during processing information is recoded. Experiment 2 provides more direct evidence for this recoding. While university students (12 men, 12 women) performed our mental-rotation task, we recorded their EEG in order to extract slow potentials, which are sensitive to working-memory load. During initial stimulus processing, slow potentials were sensitive to the amount of orientation-independent information or to the visual complexity of the stimuli. During rotation, in contrast, slow potentials were sensitive to the amount of orientation-dependent information only. This change in slow potential behavior constitutes evidence for the hypothesized recoding of the content of the mental representation from a visual into a nonvisual form. We further assumed that, in order to be accessible for the process of mental rotation, orientation-dependent information must be represented in those brain areas that are also responsible for mental rotation proper. Indeed, in an fMRI study on university students (12 men, 12 women) the very same set of brain areas was specifically activated by both the amount of mental rotation and of orientation-dependent information. The amount of orientation-independent information/visual complexity, in contrast, influenced activation in a different set of brain areas. Together, all activated areas constitute the so-called mental rotation network. In sum, the present work provides a general theory and several techniques to examine mental representations and employs these techniques to identify the content, timing, and neuronal source of the mental representation in mental rotation.
Kurzfassung auf Deutsch: Was wird bei mentaler Rotation rotiert? Die implizit oder explizit am weitesten verbreitete Annahme ist, dass die rotierte Repräsentation ein mentales Bild ist. Wir berichten hier konvergierende Evidenz, dass mentale Rotation stattdessen ein auf einen bestimmten Typ räumlicher Information spezialisierter Prozess ist. Als Grundlage entwickeln wir hier zunächst eine allgemeine Theorie, wie der Inhalt einer Repräsentation manipuliert und empirisch untersucht werden kann. Eine Technik, den Inhalt der Repräsentation bei mentaler Rotation zu untersuchen, ist den Einfluss von Stimuluseigenschaften auf die Rotationsgeschwindigkeit zu messen. Experiment 1a und 1b zeigen, dass die Rotationsgeschwindigkeit von Studenten (10 Männer, 10 Frauen bzw. 10 Männer, 11 Frauen) ausschließlich von der Menge an repräsentierter orientierungsabhängiger räumlich-relationaler Information, aber nicht von orientierungsunabhängiger räumlich-relationaler Information, visueller Komplexität oder der Anzahl an Stimulusteilen beeinflusst wird. Offensichtlich wird nur explizite orientierungsabhängige räumlich-relationale Information in einer abstrakten, nicht-visuellen Form rotiert. Da Informationen in Experimenten zur mentalen Rotation ursprünglich visuell präsentiert werden, impliziert eine nicht-visuelle Repräsentation während der Rotation, dass, zu einem gewissen Punkt während der Verarbeitung, Informationen umkodiert werden. Experiment 2 liefert direktere Evidenz für diese Umkodierung: Während Studenten (12 Männer, 12 Frauen) an unserem Experiment zur mentalen Rotation teilnahmen, zeichneten wir ihr EEG auf, um langsame Potentiale zu extrahieren, welche sensitiv für Arbeitsgedächtnisbelastung sind. Zu Beginn der Stimulus-Verarbeitung waren diese langsamen Potentiale sensitiv für die Menge an orientierungsunabhängiger Information bzw. für die visuelle Komplexität der Stimuli. Im Gegensatz dazu waren die langsamen Potentiale während der Rotation ausschließlich sensitiv für die Menge an orientierungsabhängiger Information. Diese Veränderung der langsamen Potentiale stellt Evidenz für die postulierte Umkodierung des Inhalts der mentalen Repräsentation von einer visuellen in eine nicht-visuelle Form dar. Weiterhin nahmen wir an, dass, damit sie für den Prozess der mentalen Rotation zugänglich ist, orientierungsabhängige Information in den Hirnarealen repräsentiert sein muss, die auch für die mentale Rotation selbst zuständig sind. Tatsächlich war in einer fMRI-Studie mit Studenten (12 Männer, 12 Frauen) dasselbe Netz an Hirnarealen, das spezifisch durch die Menge an mentaler Rotation aktiviert war, auch spezifisch durch die Menge an orientierungsabhängiger Information aktiviert. Die Menge an orientierungsunabhängiger Information hingegen beeinflusste die Aktivation in einem anderen Netz an Hirnarealen. In ihrer Gesamtheit stellen alle aktivierten Areale das sogenannte Netzwerk der mentalen Rotation dar. Zusammengefasst liefert die vorliegende Arbeit eine allgemeine Theorie und mehrere Techniken zur Untersuchung von mentalen Repräsentationen und setzt diese Techniken ein, um den Inhalt, den zeitlichen Verlauf und den neuronalen Ursprung der mentalen Repräsentation bei mentaler Rotation zu untersuchen.
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