Mentale Chronometrie - Mental chronometry

Darstellung der Verarbeitungsschritte in einem typischen Reaktionszeitparadigma.

Mentale Chronometrie ist die wissenschaftliche Untersuchung der Verarbeitungsgeschwindigkeit oder Reaktionszeit bei kognitiven Aufgaben, um auf Inhalt, Dauer und zeitliche Abfolge von mentalen Operationen zu schließen. Die Reaktionszeit (RT; manchmal auch als " Reaktionszeit " bezeichnet) wird durch die verstrichene Zeit zwischen dem Einsetzen des Reizes und der Reaktion einer Person auf elementare kognitive Aufgaben (ETCs) gemessen , bei denen es sich um relativ einfache wahrnehmungsmotorische Aufgaben handelt, die typischerweise in einer Laborumgebung durchgeführt werden. Mentale Chronometrie ist eines der wichtigsten methodischen Paradigmen der menschlichen experimentellen , kognitiven und differentiellen Psychologie , wird aber auch häufig in der Psychophysiologie , den kognitiven Neurowissenschaften und den Verhaltensneurowissenschaften analysiert , um die biologischen Mechanismen aufzuklären, die der Wahrnehmung, Aufmerksamkeit und Entscheidungsfindung beim Menschen zugrunde liegen und andere Arten.

Die mentale Chronometrie verwendet Messungen der verstrichenen Zeit zwischen dem Einsetzen von Sinnesreizen und nachfolgenden Verhaltensreaktionen, um den zeitlichen Verlauf der Informationsverarbeitung im Nervensystem zu untersuchen. Verteilungsmerkmale von Reaktionszeiten wie Mittelwert und Varianz gelten als nützliche Indizes für Verarbeitungsgeschwindigkeit und -effizienz, die angeben, wie schnell eine Person aufgabenrelevante mentale Operationen ausführen kann. Verhaltensreaktionen sind normalerweise Tastendrücke, aber Augenbewegungen, Stimmreaktionen und andere beobachtbare Verhaltensweisen werden oft verwendet. Es wird angenommen, dass die Reaktionszeit durch die Geschwindigkeit der Signalübertragung in der weißen Substanz sowie durch die Verarbeitungseffizienz der neokortikalen grauen Substanz eingeschränkt wird.

Der Einsatz der mentalen Chronometrie in der psychologischen Forschung ist weitreichend und umfasst nomothetische Modelle der Informationsverarbeitung im menschlichen Hör- und Sehsystem sowie differenzialpsychologische Themen wie die Rolle individueller Unterschiede in der RT für die kognitiven Fähigkeiten des Menschen, das Altern und a Vielzahl von klinischen und psychiatrischen Ergebnissen. Der experimentelle Ansatz der mentalen Chronometrie umfasst Themen wie die empirische Untersuchung von vokalen und manuellen Latenzen, visuelle und auditive Aufmerksamkeit , zeitliche Beurteilung und Integration, Sprache und Lesen, Bewegungszeit und motorische Reaktion, Wahrnehmungs- und Entscheidungszeit, Gedächtnis und subjektive Zeitwahrnehmung . Rückschlüsse auf die Informationsverarbeitung aus der RT werden oft unter Berücksichtigung von experimentellem Aufgabendesign, messtechnischen Einschränkungen und mathematischer Modellierung gezogen.

Geschichte und frühe Beobachtungen

Darstellung des Schmerzweges in René Descartes' Traite de l'homme (Abhandlung vom Menschen) 1664. Die lange Faser, die vom Fuß bis zur Höhle im Kopf verläuft, wird durch die Hitze gezogen und setzt eine Flüssigkeit frei, die die Muskeln zusammenziehen lässt.

Die Vorstellung der menschlichen Reaktion auf einen externen Reiz, der durch eine biologische Schnittstelle (wie einen Nerv) vermittelt wird, ist fast so alt wie die philosophische Disziplin der Wissenschaft selbst. Aufklärer wie René Descartes schlugen vor, dass die reflexive Reaktion auf Schmerz beispielsweise durch eine Art Faser – die wir heute als Teil des Nervensystems erkennen würden – zum Gehirn transportiert wird, wo sie dann als subjektive Erfahrung verarbeitet wird von Schmerzen. Dieser biologische Reiz-Antwort-Reflex wurde jedoch von Descartes und anderen als augenblicklich und daher nicht objektiv messbar angesehen.

Die erste Dokumentation der menschlichen Reaktionszeit als wissenschaftliche Variable erfolgte mehrere Jahrhunderte später aus praktischen Bedenken, die im Bereich der Astronomie auftraten. Im Jahr 1820 widmete sich der deutsche Astronom Friedrich Bessel dem Problem der Genauigkeit bei der Aufzeichnung von Sterntransits, die typischerweise durch das Ticken eines Metronoms durchgeführt wurde, um die Zeit zu schätzen, zu der ein Stern den Haaransatz eines Teleskops passierte. Bessel bemerkte bei dieser Methode zeitliche Diskrepanzen zwischen Aufzeichnungen mehrerer Astronomen und versuchte, die Genauigkeit zu verbessern, indem er diese individuellen zeitlichen Unterschiede berücksichtigte. Dies führte dazu, dass verschiedene Astronomen nach Wegen suchten, diese Unterschiede zwischen Individuen zu minimieren, die als "persönliche Gleichung" des astronomischen Timings bekannt wurden. Dieses Phänomen wurde vom englischen Statistiker Karl Pearson im Detail untersucht , der einen der ersten Apparate zu seiner Messung entwarf.

Ein frühes Gerät zur Messung der Reaktionszeit über die "persönliche Gleichung"

Mitte der 1850er Jahre kamen rein psychologische Untersuchungen zum Wesen der Reaktionszeit auf. Psychologie als quantitative, experimentelle Wissenschaft wurde historisch gesehen hauptsächlich in zwei Disziplinen unterteilt: die experimentelle und die differentielle Psychologie. Die wissenschaftliche Untersuchung der psychischen Chronometrie, einer der frühesten Entwicklung der wissenschaftliche Psychologie, hat bereits Mitte der 1800er auf einem Mikrokosmos dieser Division genommen, als Wissenschaftler wie Hermann von Helmholtz und Wilhelm Wundt Reaktionszeitaufgaben entwickelt zu messen , um zu versuchen die Geschwindigkeit der neuronalen Übertragung. Wundt zum Beispiel führte Experimente durch, um zu testen, ob emotionale Provokationen Puls und Atemfrequenz mit einem Kymographen beeinflussten .

Sir Francis Galton wird typischerweise als Begründer der Differentialpsychologie angesehen , die versucht, die mentalen Unterschiede zwischen Individuen zu bestimmen und zu erklären. Er war der erste, der strenge RT-Tests mit der ausdrücklichen Absicht einsetzte, Durchschnittswerte und Bereiche individueller Unterschiede in den mentalen und Verhaltensmerkmalen beim Menschen zu bestimmen. Galton stellte die Hypothese auf, dass sich Intelligenzunterschiede in der Variation der sensorischen Unterscheidung und der Reaktionsgeschwindigkeit auf Reize widerspiegeln würden, und er baute verschiedene Maschinen, um verschiedene Messungen davon zu testen, einschließlich RT auf visuelle und auditive Reize. Seine Tests umfassten eine Auswahl von über 10.000 Männern, Frauen und Kindern aus der Londoner Öffentlichkeit.

Welford (1980) stellt fest, dass sich die historische Untersuchung menschlicher Reaktionszeiten im Großen und Ganzen mit fünf verschiedenen Klassen von Forschungsproblemen beschäftigte, von denen sich einige zu Paradigmen entwickelten, die noch heute verwendet werden. Diese Domänen werden allgemein als sensorische Faktoren, Reaktionscharakteristika, Vorbereitung, Wahl und bewusste Begleitung beschrieben.

Sensorische Faktoren

Frühe Forscher stellten fest, dass eine Variation der sensorischen Qualitäten des Reizes die Reaktionszeiten beeinflusst, wobei eine Erhöhung der Wahrnehmungssalienz von Reizen dazu neigt, die Reaktionszeiten zu verkürzen. Diese Variation kann durch eine Reihe von Manipulationen bewirkt werden, von denen einige unten diskutiert werden. Im Allgemeinen ist die Variation der Reaktionszeiten durch die Manipulation sensorischer Faktoren wahrscheinlich eher auf Unterschiede in peripheren Mechanismen als auf zentrale Prozesse zurückzuführen.

Reizstärke

Einer der frühesten Versuche, die Auswirkungen der sensorischen Qualitäten von Reizen auf die Reaktionszeitdauer mathematisch zu modellieren, stammt aus der Beobachtung, dass eine Erhöhung der Intensität eines Reizes tendenziell zu kürzeren Reaktionszeiten führt. Zum Beispiel Henri Piéron (1920) vorgeschlagen Formeln diese Beziehung der allgemeinen Form zu modellieren:

,

Dabei steht für die Reizintensität, für einen reduzierbaren Zeitwert, für einen irreduziblen Zeitwert und für einen variablen Exponenten, der sich je nach Sinn und Zustand unterscheidet. Diese Formulierung spiegelt die Beobachtung wider, dass die Reaktionszeit abnimmt, wenn die Reizintensität bis auf die Konstante ansteigt , was eine theoretische Untergrenze darstellt, unterhalb derer die menschliche Physiologie nicht sinnvoll arbeiten kann.

In den frühen 1930er Jahren wurde festgestellt, dass die Auswirkungen der Reizintensität auf die Verringerung der RTs eher relativ als absolut waren. Eine der ersten Beobachtungen dieses Phänomens stammt aus der Forschung von Carl Hovland , der mit einer Reihe von Kerzen in unterschiedlichen Brennweiten zeigte, dass die Auswirkungen der Reizintensität auf die RT von der vorherigen Anpassungsstufe abhängen .

Zusätzlich zur Stimulusintensität kann eine variierende Stimulusstärke (d. h. die "Menge" an Stimulus, die dem sensorischen Apparat pro Zeiteinheit zur Verfügung steht) auch dadurch erreicht werden, dass sowohl die Fläche als auch die Dauer des dargebotenen Stimulus in einer RT-Aufgabe erhöht werden . Dieser Effekt wurde in frühen Forschungen für Reaktionszeiten auf den Geschmackssinn durch Variation der Fläche über den Geschmacksknospen zur Erkennung eines Geschmacksreizes und für die Größe visueller Reize als Fläche im Gesichtsfeld dokumentiert. In ähnlicher Weise wurde festgestellt, dass die Verlängerung der Dauer eines in einer Reaktionszeitaufgabe verfügbaren Reizes etwas schnellere Reaktionszeiten auf visuelle und akustische Reize erzeugt, obwohl diese Effekte in der Regel gering sind und weitgehend auf die Empfindlichkeit gegenüber sensorischen Rezeptoren zurückzuführen sind.

Sensorische Modalität

Die sensorische Modalität, über die ein Reiz in einer Reaktionszeitaufgabe verabreicht wird, hängt stark von den afferenten Überleitungszeiten, den Zustandsänderungseigenschaften und dem Bereich der sensorischen Unterscheidung ab, die unseren verschiedenen Sinnen innewohnen. Frühe Forscher fanden beispielsweise heraus, dass ein akustisches Signal innerhalb von 8–10 ms zentrale Verarbeitungsmechanismen erreichen kann, während ein visueller Reiz in der Regel etwa 20–40 ms benötigt. Die tierischen Sinne unterscheiden sich auch erheblich in ihrer Fähigkeit, den Zustand schnell zu ändern, wobei einige Systeme in der Lage sind, sich fast augenblicklich und andere viel langsamer zu ändern. Das vestibuläre System, das die Wahrnehmung der eigenen Position im Raum steuert, aktualisiert sich beispielsweise viel langsamer als das auditive System. Der Bereich der sensorischen Unterscheidung eines bestimmten Sinnes variiert ebenfalls beträchtlich sowohl innerhalb als auch zwischen den sensorischen Modalitäten. Kiesow (1903) fand beispielsweise in einer Reaktionszeitaufgabe des Geschmacks, dass menschliche Probanden empfindlicher auf Salz auf der Zunge reagieren als auf Zucker, was sich in einer schnelleren RT von mehr als 100 ms auf Salz als auf Zucker widerspiegelt.

Ansprechverhalten

Frühe Studien zu den Auswirkungen von Reaktionsmerkmalen auf die Reaktionszeit beschäftigten sich hauptsächlich mit den physiologischen Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen. Travis (1929) stellte beispielsweise in einer RT-Aufgabe zum Drücken von Tasten fest, dass 75 % der Teilnehmer dazu neigten, die Abwärtsphase der üblichen Tremorrate eines ausgestreckten Fingers, die etwa 8–12 Zittern pro Sekunde beträgt, beim Drücken eines Fingers zu berücksichtigen Schlüssel als Reaktion auf einen Reiz. Diese Tendenz legt nahe, dass Verteilungen der Reaktionszeiten eine inhärente Periodizität aufweisen und dass eine gegebene RT durch den Punkt während des Tremorzyklus beeinflusst wird, an dem eine Reaktion angefordert wird. Dieses Ergebnis wurde durch spätere Arbeiten Mitte des 20. Jahrhunderts weiter unterstützt, die zeigten, dass die Reaktionen weniger variabel waren, wenn Stimuli in der Nähe der oberen oder unteren Punkte des Tremor-Zyklus präsentiert wurden.

Antizipatorische Muskelspannung ist ein weiterer physiologischer Faktor, den frühe Forscher als Prädiktor für Reaktionszeiten fanden, wobei Muskelspannung als Index des kortikalen Erregungsniveaus interpretiert wird. Das heißt, wenn der physiologische Erregungszustand beim Einsetzen des Reizes hoch ist, erleichtert eine größere vorbestehende Muskelspannung schnellere Reaktionen; Wenn die Erregung gering ist, sagt eine schwächere Muskelspannung eine langsamere Reaktion voraus. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass zu viel Erregung (und damit Muskelspannung) die Leistung bei RT-Aufgaben als Folge eines beeinträchtigten Signal-Rausch-Verhältnisses negativ beeinflusst.

Wie bei vielen sensorischen Manipulationen wirken solche physiologischen Reaktionseigenschaften als Prädiktoren der RT weitgehend außerhalb der zentralen Verarbeitung, die diese Effekte von denen der Präparation unterscheidet, die unten diskutiert werden.

Vorbereitung

Eine andere Beobachtung, die erstmals von der frühen chronometrischen Forschung gemacht wurde, war, dass ein "Warn"-Zeichen, das dem Erscheinen eines Reizes vorausgeht, typischerweise zu kürzeren Reaktionszeiten führte. Diese kurze Vorwarnzeit, die in dieser Grundlagenarbeit als „Erwartung“ bezeichnet wird, wird bei einfachen RT-Aufgaben als die Länge der Intervalle zwischen der Warnung und der Darbietung des zu reagierenden Reizes gemessen. Die Bedeutung der Länge und Variabilität der Erwartung in der mentalen Chronometrieforschung wurde erstmals in den frühen 1900er Jahren beobachtet und bleibt eine wichtige Überlegung in der modernen Forschung. Es spiegelt sich heute in der modernen Forschung in der Verwendung einer variablen Vorperiode wider , die der Stimuluspräsentation vorausgeht.

Diese Beziehung lässt sich in einfachen Worten durch die Gleichung zusammenfassen:

wobei und Konstanten sind, die sich auf die Aufgabe beziehen und die Wahrscheinlichkeit angeben, dass ein Stimulus zu einem bestimmten Zeitpunkt auftritt.

Bei einfachen RT-Aufgaben führen konstante Vorperioden von etwa 300 ms über eine Reihe von Versuchen dazu, die schnellsten Antworten für eine bestimmte Person zu erzeugen, und die Antworten verlängern sich mit längerer Vorperiode, ein Effekt, der bis zu Vorperioden von vielen hundert Sekunden nachgewiesen wurde . Vorperioden mit variablem Intervall, wenn sie in gleicher Häufigkeit, aber in zufälliger Reihenfolge präsentiert werden, neigen dazu, langsamere RTs zu erzeugen, wenn die Intervalle kürzer als der Mittelwert der Serie sind, und können schneller oder langsamer sein, wenn er größer als der Mittelwert ist. Unabhängig davon, ob sie konstant oder variabel gehalten werden, können Vorperioden von weniger als 300 ms verzögerte RTs erzeugen, da die Verarbeitung der Warnung möglicherweise keine Zeit hatte, bevor der Stimulus eintrifft. Diese Art der Verzögerung hat erhebliche Auswirkungen auf die Frage der seriell organisierten zentralen Verarbeitung, ein komplexes Thema, das im Jahrhundert nach dieser Grundlagenarbeit viel empirische Aufmerksamkeit erhielt.

Auswahl

Die Anzahl möglicher Optionen wurde früh als wesentliche Determinante der Reaktionszeit erkannt, wobei sich die Reaktionszeiten sowohl in Abhängigkeit von der Anzahl der möglichen Signale als auch der möglichen Reaktionen verlängern.

Der erste Wissenschaftler, der die Bedeutung von Reaktionsoptionen bei RT erkannte, war Franciscus Donders (1869). Donders stellte fest, dass die einfache RT kürzer ist als die Erkennungs-RT und dass die Auswahl-RT länger ist als beide. Donders entwickelte auch eine Subtraktionsmethode, um die Zeit zu analysieren, die für mentale Operationen benötigt wurde. Durch Subtrahieren der einfachen RT von der Auswahl-RT kann beispielsweise berechnet werden, wie viel Zeit zum Herstellen der Verbindung benötigt wird. Diese Methode bietet eine Möglichkeit, kognitive Prozesse zu untersuchen, die einfachen wahrnehmungsmotorischen Aufgaben zugrunde liegen, und bildete die Grundlage für spätere Entwicklungen.

Obwohl Donders' Arbeit den Weg für zukünftige Forschungen zu mentalen Chronometrietests ebnete, war sie nicht ohne Nachteile. Seine Einfügungsmethode, die oft als "reine Einfügung" bezeichnet wird, basierte auf der Annahme, dass das Einfügen einer bestimmten komplizierten Anforderung in ein RT-Paradigma die anderen Komponenten des Tests nicht beeinflusst. Diese Annahme – dass der inkrementelle Effekt auf die RT strikt additiv war – konnte späteren experimentellen Tests nicht standhalten, die zeigten, dass die Insertionen mit anderen Teilen des RT-Paradigmas interagieren konnten. Trotzdem sind Donders' Theorien immer noch von Interesse und seine Ideen werden immer noch in bestimmten Bereichen der Psychologie verwendet, die jetzt über die statistischen Werkzeuge verfügen, um sie genauer zu verwenden.

Bewusste Begleitung

Das Interesse am Bewusstseinsinhalt, das für die frühen Studien von Wundt und anderen strukturalistischen Psychologen typisch war, geriet mit dem Aufkommen des Behaviorismus in den 1920er Jahren weitgehend in Ungnade. Dennoch war das Studium der bewussten Begleitung im Kontext der Reaktionszeit Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts eine wichtige historische Entwicklung. Wundt und sein Mitarbeiter Oswald Külpe zum Beispiel untersuchten häufig die Reaktionszeit, indem sie die Teilnehmer baten, den bewussten Prozess zu beschreiben, der während der Ausführung solcher Aufgaben ablief.

Messung und mathematische Beschreibungen

Chronometrische Messungen von Standardreaktionszeitparadigmen sind Rohwerte der Zeit, die zwischen Reizbeginn und motorischer Reaktion verstrichen ist. Diese Zeiten werden typischerweise in Millisekunden (ms) gemessen und gelten als Verhältnisskalenmessungen mit gleichen Intervallen und einer echten Null.

Die Reaktionszeit bei chronometrischen Aufgaben bezieht sich typischerweise auf fünf Messkategorien: Zentrale Tendenz der Reaktionszeit über eine Reihe von Einzelversuchen für eine bestimmte Person oder Aufgabenbedingung, normalerweise erfasst durch das arithmetische Mittel , gelegentlich jedoch durch den Median und seltener durch den Modus ; intraindividuelle Variabilität, die Variation individueller Reaktionen innerhalb oder zwischen Bedingungen einer Aufgabe; skew , ein Maß für die Asymmetrie der Reaktionszeitverteilungen über Versuche hinweg; Steigung , die Differenz zwischen mittleren RTs über Aufgaben unterschiedlicher Art oder Komplexität; und Genauigkeit oder Fehlerquote, der Anteil richtiger Antworten für eine gegebene Person oder Aufgabenbedingung.

Menschliche Reaktionszeiten bei einfachen Reaktionszeitaufgaben liegen normalerweise in der Größenordnung von 200 ms. Die Prozesse, die während dieser kurzen Zeit ablaufen, ermöglichen es dem Gehirn, die Umgebung wahrzunehmen, ein interessierendes Objekt zu identifizieren, eine Aktion als Reaktion auf das Objekt zu entscheiden und einen motorischen Befehl zur Ausführung der Bewegung auszugeben. Diese Prozesse umfassen die Bereiche Wahrnehmung und Bewegung und beinhalten wahrnehmungsbezogene Entscheidungsfindung und motorische Planung . Viele Forscher betrachten die untere Grenze eines gültigen Reaktionszeitversuchs zwischen 100 und 200 ms, was als das absolute Minimum an Zeit angesehen werden kann, die für physiologische Prozesse wie die Reizwahrnehmung und für motorische Reaktionen benötigt wird. Schnellere Reaktionen resultieren oft aus einer "vorausschauenden Reaktion", bei der die motorische Reaktion der Person bereits programmiert wurde und vor dem Einsetzen des Stimulus im Gange ist und wahrscheinlich den interessierenden Prozess nicht widerspiegelt.

Dichtediagramm und zentrale Tendenzen von Reaktionszeit (ms)-Versuchen an einer Zwei-Auswahl-Aufgabe, die die für RT-Daten typische schiefe Verteilung demonstrieren.

Verteilung der Reaktionszeiten

Reaktionszeitversuche eines gegebenen Individuums sind immer unsymmetrisch und rechtsschief verteilt, daher selten einer normalen (Gaußschen) Verteilung folgend. Das typische beobachtete Muster ist, dass die mittlere RT immer einen größeren Wert als die mittlere RT hat und die mittlere RT einen größeren Wert als die maximale Höhe der Verteilung (Modus) hat. Einer der offensichtlichsten Gründe für dieses Standardmuster ist, dass es zwar möglich ist, die Reaktionszeit einer bestimmten Studie durch eine Reihe von Faktoren zu verlängern, es jedoch physiologisch nicht möglich ist, die RT bei einer bestimmten Studie über die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung hinaus zu verkürzen ( wird normalerweise als zwischen 100 und 200 ms angesehen), auch ist es logischerweise nicht möglich, dass die Dauer eines Versuchs negativ ist.

Ein Grund für die Variabilität , die das rechte Ende der RT-Verteilung einer Person ausdehnt, sind momentane Aufmerksamkeitslücken . Um die Zuverlässigkeit individueller Reaktionszeiten zu verbessern, verlangen Forscher in der Regel von einer Versuchsperson, mehrere Versuche durchzuführen, aus denen ein Maß für die „typische“ oder Ausgangsreaktionszeit berechnet werden kann. Die Mittelwertbildung der rohen Reaktionszeit ist selten eine effektive Methode zur Charakterisierung der typischen Reaktionszeit, und alternative Ansätze (wie die Modellierung der gesamten Reaktionszeitverteilung) sind oft geeigneter.

Es wurden verschiedene Ansätze entwickelt, um RT-Messungen zu analysieren, insbesondere im Hinblick auf den effektiven Umgang mit Problemen, die sich aus dem Trimmen von Ausreißern, Datentransformationen, Kompromissen bei der Messzuverlässigkeit und Geschwindigkeitsgenauigkeit sowie der mathematischen Modellierung stochastischer Variationen in zeitgesteuerten Antworten ergeben.

Hicks Gesetz

Daten von WE Hick (1952), die das Hick-Gesetz demonstrieren: Die Beziehung zwischen Reaktionszeit und Anzahl der Antwortoptionen bei zwei Teilnehmern (rot und blau).

Aufbauend auf Donders' frühen Beobachtungen der Auswirkungen der Anzahl der Antwortoptionen auf die RT-Dauer entwickelte WE Hick (1952) ein RT-Experiment, das eine Reihe von neun Tests präsentierte, bei denen es n gleich mögliche Auswahlmöglichkeiten gibt. Das Experiment maß die RT der Versuchsperson basierend auf der Anzahl möglicher Wahlmöglichkeiten während eines beliebigen gegebenen Versuchs. Hick zeigte, dass die RT des Individuums um einen konstanten Betrag als Funktion der verfügbaren Auswahlmöglichkeiten oder der "Unsicherheit", die damit verbunden ist, welcher Reaktionsreiz als nächstes auftreten würde, zunahm. Unsicherheit wird in „bits“ gemessen, die als die Informationsmenge definiert sind , die Unsicherheit um die Hälfte reduziert in der Informationstheorie . In Hicks Experiment stellt sich heraus, dass die RT eine Funktion des binären Logarithmus der Anzahl verfügbarer Wahlmöglichkeiten ( n ) ist. Dieses Phänomen wird "Hick-Gesetz" genannt und gilt als Maß für die "Rate des Informationsgewinns". Das Gesetz wird normalerweise durch die Formel ausgedrückt:

,

wobei und Konstanten sind, die den Achsenabschnitt und die Steigung der Funktion darstellen, und die Anzahl der Alternativen ist. Die Jensen Box ist eine neuere Anwendung des Hicks-Gesetzes. Das Hick-Gesetz hat interessante moderne Anwendungen im Marketing, wo Restaurantmenüs und Webschnittstellen (unter anderem) seine Prinzipien ausnutzen, um Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit für den Verbraucher zu erreichen.

Drift-Diffusions-Modell

Grafische Darstellung der Drift-Diffusions-Geschwindigkeit zur Modellierung von Reaktionszeiten in Zwei-Auswahl-Aufgaben.

Das Drift-Diffusions-Modell (DDM) ist eine wohldefinierte mathematische Formulierung, um die beobachtete Varianz der Reaktionszeiten und Genauigkeit über Versuche hinweg in einer Reaktionszeitaufgabe (typischerweise mit zwei Wahlmöglichkeiten) zu erklären. Dieses Modell und seine Varianten berücksichtigen diese Verteilungsmerkmale, indem ein Reaktionszeitversuch in eine Nichtentscheidungs-Restphase und eine stochastische "Diffusions"-Phase unterteilt wird, in der die eigentliche Antwortentscheidung generiert wird. Die Verteilung der Reaktionszeiten über die Versuche wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich Beweise in Neuronen mit einer zugrunde liegenden "Random-Walk"-Komponente ansammeln. Die Driftrate (v) ist die durchschnittliche Rate, mit der sich dieser Nachweis in Gegenwart dieses Zufallsrauschens ansammelt. Der Entscheidungsschwellenwert (a) repräsentiert die Breite der Entscheidungsgrenze oder die Menge an Beweisen, die benötigt wird, bevor eine Antwort erfolgt. Der Prozess endet, wenn die sich ansammelnden Beweise entweder die richtige oder die falsche Grenze erreichen.

Standard-Reaktionszeit-Paradigmen

Ein virtuelles Rendering einer Jensen-Box. Der Home-Button ist in der unteren Mitte des Arrays abgebildet. Die Teilnehmer werden aufgefordert, ihren Finger von der Home-Taste zu einer von acht zusätzlichen Reaktionstasten zu bewegen, wenn bestimmte LED-Leuchten aufleuchten. Dies erzeugt mehrere Maße der Teilnehmerantwortzeit (RT).

Die moderne chronometrische Forschung verwendet typischerweise Variationen einer oder mehrerer der folgenden breiten Kategorien von Reaktionszeit-Aufgabenparadigmen, die sich nicht in allen Fällen gegenseitig ausschließen müssen.

Einfache RT-Paradigmen

Die einfache Reaktionszeit ist die Bewegung, die ein Beobachter benötigt, um auf das Vorhandensein eines Reizes zu reagieren. Beispielsweise kann eine Person aufgefordert werden, eine Taste zu drücken, sobald ein Licht oder ein Geräusch erscheint. Die mittlere RT für Personen im College-Alter beträgt etwa 160 Millisekunden , um einen akustischen Reiz zu erkennen, und etwa 190 Millisekunden, um einen visuellen Reiz zu erkennen.

Die durchschnittlichen RTs für Sprinter bei den Olympischen Spielen in Peking betrugen 166 ms für Männer und 169 ms für Frauen, aber bei einem von 1.000 Starts können sie 109 ms bzw. 121 ms erreichen. Diese Studie kam auch zu dem Schluss, dass längere weibliche RTs ein Artefakt der verwendeten Messmethode sein können, was darauf hindeutet, dass das Startblocksensorsystem einen weiblichen Fehlstart aufgrund unzureichenden Drucks auf die Pads übersehen könnte. Die Autoren schlugen vor, diesen Schwellenwert zu kompensieren, um die Genauigkeit der Fehlstarterkennung bei weiblichen Läufern zu verbessern.

Die IAAF hat eine umstrittene Regel, dass, wenn sich ein Athlet in weniger als 100 ms bewegt, dies als Fehlstart gilt und er oder sie disqualifiziert werden kann (seit 2009 sogar muss) – obwohl eine von der IAAF in Auftrag gegebene Studie aus dem Jahr 2009 angegeben hat dass Spitzensprinter manchmal in 80–85 ms reagieren können.

Anerkennung oder Go/No-Go-Paradigmen

Erkennungs- oder Go/No-Go- RT-Aufgaben erfordern, dass der Proband eine Taste drückt, wenn ein Stimulustyp auftritt, und eine Reaktion zurückhält, wenn ein anderer Stimulustyp auftritt. Beispielsweise muss die Person möglicherweise die Taste drücken, wenn ein grünes Licht erscheint, und muss nicht reagieren, wenn ein blaues Licht erscheint.

Diskriminierungsparadigmen

Diskriminierungs- RT umfasst das Vergleichen von Paaren gleichzeitig präsentierter visueller Anzeigen und das anschließende Drücken einer von zwei Tasten, je nachdem, welche Anzeige in einer interessierenden Dimension heller, länger, schwerer oder größer erscheint. Diskriminierungs-RT-Paradigmen lassen sich in drei grundlegende Kategorien unterteilen, die gleichzeitig, sequentiell oder kontinuierlich verabreichte Stimuli beinhalten.

In einem klassischen Beispiel eines Simultandiskriminierungs-RT-Paradigmas, das vom Sozialpsychologen Leon Festinger konzipiert wurde , werden den Teilnehmern gleichzeitig zwei vertikale Linien unterschiedlicher Länge nebeneinander gezeigt. Die Teilnehmer werden gebeten, so schnell wie möglich zu erkennen, ob die rechte Linie länger oder kürzer ist als die linke. Eine dieser Linien behält über die Versuche hinweg eine konstante Länge, während die andere einen Bereich von 15 verschiedenen Werten annimmt, von denen jede während der Sitzung gleich oft vorkommt.

Ein Beispiel für den zweiten Typ des Diskriminierungsparadigmas, bei dem Reize erfolgreich oder seriell verabreicht werden, ist eine klassische Studie aus dem Jahr 1963, bei der den Teilnehmern zwei nacheinander angehobene Gewichte gegeben und die Frage gestellt wurde, ob das zweite schwerer oder leichter war als das erste.

Die dritte breite Art der RT-Aufgabe zur Unterscheidung, bei der Stimuli kontinuierlich verabreicht werden, wird durch ein Experiment von 1955 veranschaulicht, bei dem die Teilnehmer gebeten wurden, gemischte Spielkarten in zwei Stapel zu sortieren, je nachdem, ob die Karte eine große oder kleine Anzahl von Punkten hatte es ist zurück. Die Reaktionszeit bei einer solchen Aufgabe wird oft an der Gesamtzeit gemessen, die zum Erledigen der Aufgabe benötigt wird.

Auswahl an RT-Paradigmen

Choice- Reaction-Time-(CRT)-Aufgaben erfordern unterschiedliche Antworten für jede mögliche Stimulusklasse. Bei einer Auswahlreaktionszeitaufgabe, die eine einzige Reaktion auf mehrere verschiedene Signale erfordert, werden vier verschiedene Prozesse nacheinander angenommen: Erstens werden die sensorischen Qualitäten der Reize von den Sinnesorganen empfangen und an das Gehirn weitergeleitet; zweitens wird das Signal von der Person identifiziert, verarbeitet und begründet; drittens wird die Wahlentscheidung getroffen; und viertens wird die dieser Wahl entsprechende motorische Reaktion durch eine Aktion eingeleitet und ausgeführt.

CRT-Aufgaben können sehr variabel sein. Sie können Reize jeder Sinnesmodalität beinhalten, meist visueller oder auditiver Natur, und erfordern Reaktionen, die typischerweise durch Drücken einer Taste oder eines Knopfes angezeigt werden. Beispielsweise kann die Person aufgefordert werden, eine Taste zu drücken, wenn ein rotes Licht erscheint, und eine andere Taste, wenn ein gelbes Licht erscheint. Die Jensen-Box ist ein Beispiel für ein Instrument, das entwickelt wurde, um Choice RT mit visuellen Reizen und Tastendruck zu messen. Antwortkriterien können auch in Form von Vokalisationen vorliegen, wie zum Beispiel die Originalversion der Stroop-Aufgabe , bei der die Teilnehmer angewiesen werden, die Namen von Wörtern, die mit farbiger Tinte gedruckt sind, aus Listen zu lesen. Moderne Versionen der Stoop-Aufgabe, die einzelne Reizpaare für jeden Versuch verwenden, sind auch Beispiele für ein Multi-Choice-CRT-Paradigma mit stimmlicher Reaktion.

Modelle der Wahlreaktionszeit stimmen eng mit dem Hicks-Gesetz überein, das besagt, dass sich die durchschnittlichen Reaktionszeiten in Abhängigkeit von mehr verfügbaren Wahlmöglichkeiten verlängern. Das Hicks-Gesetz kann wie folgt umformuliert werden:

,

wobei die mittlere RT über Versuche hinweg bezeichnet, eine Konstante ist und die Summe der Möglichkeiten darstellt, einschließlich "kein Signal". Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass die Versuchsperson bei einer Auswahlaufgabe nicht nur eine Wahl treffen muss, sondern zunächst auch erkennen muss, ob überhaupt ein Signal aufgetreten ist (entspricht der ursprünglichen Formulierung).

Bewerbung in der biologischen Psychologie/kognitiven Neurowissenschaften

Regionen des Gehirns, die an einer Zahlenvergleichsaufgabe beteiligt sind, die aus EEG- und fMRI-Studien abgeleitet wurde. Die dargestellten Bereiche entsprechen denen, die die Auswirkungen der Notation für die Zahlen (rosa und schraffiert), den Abstand zur Testnummer (orange), die Handwahl (rot) und die Fehler (lila) zeigen. Bild aus dem Artikel: 'Timing the Brain: Mental Chronometry as a Tool in Neuroscience'.

Mit dem Aufkommen der funktionellen Neuroimaging- Techniken PET und fMRI begannen Psychologen, ihre mentalen Chronometrie-Paradigmen für die funktionelle Bildgebung zu modifizieren. Obwohl Psycho( physio )logen seit Jahrzehnten elektroenzephalographische Messungen verwenden, haben die mit der PET gewonnenen Bilder großes Interesse in anderen Zweigen der Neurowissenschaften geweckt und die mentale Chronometrie in den letzten Jahren bei einem breiteren Kreis von Wissenschaftlern populär gemacht. Die mentale Chronometrie wird verwendet, indem RT-basierte Aufgaben durchgeführt werden, die durch Neuroimaging die Teile des Gehirns zeigen, die am kognitiven Prozess beteiligt sind.

Mit der Erfindung der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) wurden Techniken verwendet, um Aktivität durch elektrische ereignisbezogene Potenziale in einer Studie zu messen, wenn die Probanden gebeten wurden, festzustellen, ob eine gezeigte Ziffer über oder unter fünf lag. Gemäß der additiven Theorie von Sternberg umfasst jede der bei der Durchführung dieser Aufgabe beteiligten Stufen: Codieren, Vergleichen mit der gespeicherten Darstellung für fünf, Auswählen einer Antwort und dann Prüfen auf Fehler in der Antwort. Das fMRT-Bild zeigt die spezifischen Stellen, an denen diese Stadien im Gehirn auftreten, während diese einfache Aufgabe der mentalen Chronometrie ausgeführt wird.

In den 1980er Jahren ermöglichten Neuroimaging-Experimente den Forschern, die Aktivität in lokalisierten Hirnarealen zu erkennen, indem sie Radionuklide injizierten und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) verwendeten, um sie zu erkennen. Außerdem wurde fMRT verwendet, das die genauen Gehirnbereiche erkannt hat, die während mentaler Chronometrieaufgaben aktiv sind. Viele Studien haben gezeigt, dass es eine kleine Anzahl weit verstreuter Hirnareale gibt, die an der Ausführung dieser kognitiven Aufgaben beteiligt sind.

Aktuelle medizinische Übersichten zeigen, dass die Signalübertragung über die Dopaminwege, die vom ventralen Tegmentalbereich ausgehen, stark positiv mit einer verbesserten (verkürzten) RT korreliert ist; zB wurde gezeigt, dass dopaminerge Pharmazeutika wie Amphetamin die Reaktionen während der Intervallzeit beschleunigen, während Dopaminantagonisten (insbesondere für Rezeptoren vom D2-Typ ) den gegenteiligen Effekt erzeugen. In ähnlicher Weise korreliert der altersbedingte Verlust von Dopamin aus dem Striatum , gemessen durch SPECT-Bildgebung des Dopamintransporters , stark mit einer verlangsamten RT.

Reaktionszeit in Abhängigkeit von den experimentellen Bedingungen

Die Annahme, dass mentale Operationen an der für ihre Ausführung benötigten Zeit gemessen werden können, gilt als grundlegend für die moderne kognitive Psychologie. Um zu verstehen, wie verschiedene Gehirnsysteme Reize im Zeitverlauf der Informationsverarbeitung durch das Nervensystem aufnehmen, verarbeiten und darauf reagieren, verwenden experimentelle Psychologen häufig Reaktionszeiten als abhängige Variable unter verschiedenen experimentellen Bedingungen. Dieser Ansatz zum Studium der mentalen Chronometrie zielt typischerweise darauf ab, theoriegeleitete Hypothesen zu testen, die beobachtete Beziehungen zwischen gemessener RT und einigen experimentell manipulierten interessierenden Variablen erklären sollen, die oft präzise formulierte mathematische Vorhersagen treffen.

Der Unterschied zwischen diesem experimentellen Ansatz und der Verwendung chronometrischer Werkzeuge zur Untersuchung individueller Unterschiede ist eher konzeptionell als praktisch, und viele moderne Forscher integrieren Werkzeuge, Theorien und Modelle aus beiden Bereichen, um psychologische Phänomene zu untersuchen. Dennoch ist es ein sinnvolles Ordnungsprinzip, die beiden Bereiche hinsichtlich ihrer Forschungsfragen und der Zwecke, für die eine Reihe von chronometrischen Aufgaben entwickelt wurden, zu unterscheiden. Der experimentelle Ansatz der mentalen Chronometrie wurde verwendet, um eine Vielzahl kognitiver Systeme und Funktionen zu untersuchen, die allen Menschen gemeinsam sind, einschließlich Gedächtnis, Sprachverarbeitung und -produktion, Aufmerksamkeit und Aspekte der visuellen und auditiven Wahrnehmung. Das Folgende ist ein kurzer Überblick über einige bekannte experimentelle Aufgaben in der mentalen Chronometrie.

Sternbergs Speicher-Scan-Aufgabe

Beispiel für die Speicherscanning-Aufgabe von Sternberg (Abbildung nach Plomin & Spinath, 2002).

Saul Sternberg (1966) entwickelte ein Experiment, bei dem den Probanden gesagt wurde, dass sie sich im Kurzzeitgedächtnis an eine Reihe eindeutiger Ziffern erinnern sollten . Die Probanden wurden dann eine Sonde gegeben Stimulus in Form einer Ziffer von 0-9. Der Proband antwortete dann so schnell wie möglich, ob die Sonde im vorherigen Ziffernsatz war oder nicht. Die Größe des anfänglichen Ziffernsatzes bestimmt die RT des Probanden. Die Idee ist, dass mit zunehmender Größe der Ziffernfolge auch die Anzahl der Prozesse zunimmt, die abgeschlossen werden müssen, bevor eine Entscheidung getroffen werden kann. Wenn die Person also 4 Elemente im Kurzzeitgedächtnis (STM) hat, muss die Person nach dem Kodieren der Informationen aus dem Sondenstimulus die Sonde mit jedem der 4 Elemente im Gedächtnis vergleichen und dann eine Entscheidung treffen. Wenn der anfängliche Ziffernsatz nur 2 Elemente enthält, werden nur 2 Prozesse benötigt. Die Daten aus dieser Studie ergaben, dass für jedes zusätzliche Element, das dem Ziffernsatz hinzugefügt wurde, etwa 38 Millisekunden zur Reaktionszeit des Probanden hinzugefügt wurden. Dies unterstützte die Idee, dass ein Subjekt eine serielle erschöpfende Suche durch das Gedächtnis anstelle einer seriellen selbstbeendenden Suche durchführte. Sternberg (1969) entwickelte eine stark verbesserte Methode zur Unterteilung der RT in aufeinanderfolgende oder serielle Stufen, die sogenannte additive Faktormethode.

Die mentale Rotationsaufgabe von Shepard und Metzler

Beispiel für mentale Rotationsaufgabenstimuli

Shepard und Metzler (1971) präsentierten ein Paar dreidimensionaler Formen, die identisch oder spiegelbildlich zueinander waren. Die RT, um zu bestimmen, ob sie identisch waren oder nicht, war eine lineare Funktion des Winkelunterschieds zwischen ihrer Ausrichtung, sei es in der Bildebene oder in der Tiefe. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Beobachter eine mentale Rotation mit konstanter Geschwindigkeit durchführten, um die beiden Objekte so auszurichten, dass sie verglichen werden konnten. Cooper und Shepard (1973) präsentierten einen Buchstaben oder eine Ziffer, die entweder normal oder spiegelverkehrt waren und entweder aufrecht oder in Rotationswinkeln in Einheiten von 60 Grad präsentiert wurden. Der Proband musste feststellen, ob der Reiz normal oder spiegelverkehrt war. Die Reaktionszeit nimmt mit einer Abweichung der Ausrichtung des Buchstabens von aufrecht (0 Grad) auf invertiert (180 Grad) ungefähr linear zu und nimmt dann wieder ab, bis sie 360 ​​Grad erreicht. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die Versuchspersonen das Bild gedanklich um die kürzeste Distanz in die Vertikale drehen und dann beurteilen, ob es normal oder spiegelverkehrt ist.

Satz-Bild-Verifizierung

Die mentale Chronometrie wurde verwendet, um einige der Prozesse zu identifizieren, die mit dem Verstehen eines Satzes verbunden sind. Diese Art der Forschung dreht sich typischerweise um die Unterschiede bei der Verarbeitung von 4 Arten von Sätzen: richtig positiv (TA), falsch positiv (FA), falsch negativ (FN) und richtig negativ (TN). Ein Bild kann mit einem zugehörigen Satz präsentiert werden, der in eine dieser 4 Kategorien fällt. Der Proband entscheidet dann, ob der Satz zum Bild passt oder nicht. Die Art des Satzes bestimmt, wie viele Prozesse durchgeführt werden müssen, bevor eine Entscheidung getroffen werden kann. Nach den Daten von Clark und Chase (1972) und Just und Carpenter (1971) sind die TA-Sätze die einfachsten und benötigen am wenigsten Zeit als die FA-, FN- und TN-Sätze.

Modelle des Gedächtnisses

Hierarchische Netzwerkmodelle des Gedächtnisses wurden aufgrund einiger Erkenntnisse im Zusammenhang mit der mentalen Chronometrie weitgehend verworfen. Das von Collins und Quillian (1969) vorgeschlagene Teachable Language Comprehender (TLC)-Modell hatte eine hierarchische Struktur, die angibt, dass die Erinnerungsgeschwindigkeit im Gedächtnis auf der Anzahl der Ebenen im Gedächtnis basieren sollte, die durchlaufen werden, um die notwendigen Informationen zu finden. Aber die experimentellen Ergebnisse stimmten nicht überein. Zum Beispiel wird ein Proband zuverlässiger antworten, dass ein Rotkehlchen ein Vogel ist, als dass er antwortet, dass ein Strauß ein Vogel ist, obwohl diese Fragen auf die gleichen zwei Ebenen im Gedächtnis zugreifen. Dies führte zur Entwicklung von sich ausbreitenden Aktivierungsmodellen des Gedächtnisses (zB Collins & Loftus, 1975), bei denen Verknüpfungen im Gedächtnis nicht hierarchisch, sondern nach Wichtigkeit organisiert sind.

Posners Brief-Matching-Studien

Beispiel für die Buchstaben-Matching-Aufgabe von Posner (Abbildung nach Plomin & Spinath, 2002).

In den späten 1960er Jahren entwickelte Michael Posner eine Reihe von Letter-Matching-Studien, um die mentale Verarbeitungszeit mehrerer Aufgaben im Zusammenhang mit der Erkennung eines Buchstabenpaares zu messen. Die einfachste Aufgabe war die physische Match-Aufgabe, bei der den Probanden ein Buchstabenpaar gezeigt wurde und sie feststellen mussten, ob die beiden Buchstaben physisch identisch waren oder nicht. Die nächste Aufgabe war die Namensübereinstimmungsaufgabe, bei der die Probanden feststellen mussten, ob zwei Buchstaben den gleichen Namen hatten. Die Aufgabe mit den meisten kognitiven Prozessen war die Regelübereinstimmungsaufgabe, bei der die Probanden feststellen mussten, ob die beiden präsentierten Buchstaben Vokale waren oder nicht.

Die physische Match-Aufgabe war die einfachste; Die Probanden mussten die Buchstaben verschlüsseln, miteinander vergleichen und eine Entscheidung treffen. Bei der Namensübereinstimmungsaufgabe waren die Probanden gezwungen, einen kognitiven Schritt hinzuzufügen, bevor sie eine Entscheidung trafen: Sie mussten im Gedächtnis nach den Namen der Buchstaben suchen und diese dann vergleichen, bevor sie sich entschieden. In der regelbasierten Aufgabe mussten sie die Buchstaben auch als Vokale oder Konsonanten kategorisieren, bevor sie ihre Wahl trafen. Die Durchführung der Regelübereinstimmungsaufgabe war länger als die der Namensübereinstimmungsaufgabe, die länger war als die der physischen Übereinstimmungsaufgabe. Mit der Subtraktionsmethode konnten die Experimentatoren die ungefähre Zeit bestimmen, die die Probanden brauchten, um jeden der mit jeder dieser Aufgaben verbundenen kognitiven Prozesse durchzuführen.

Reaktionszeit in Abhängigkeit von individuellen Unterschieden

Differentielle Psychologen untersuchen häufig die Ursachen und Folgen der Informationsverarbeitung, die durch chronometrische Studien der experimentellen Psychologie modelliert werden. Während traditionelle experimentelle Studien der RT innerhalb von Probanden durchgeführt werden, wobei RT als abhängiges Maß von experimentellen Manipulationen beeinflusst wird, hält ein Differentialpsychologe, der RT untersucht, die Bedingungen typischerweise konstant, um die Variabilität zwischen den Probanden in der RT und ihre Beziehungen zu anderen psychologischen Variablen zu ermitteln.

Kognitive Fähigkeit

Forscher aus mehr als einem Jahrhundert haben im Allgemeinen von mittelgroßen Korrelationen zwischen RT und Intelligenzmaßen berichtet : Daher besteht die Tendenz, dass Personen mit einem höheren IQ bei RT-Tests schneller sind. Obwohl ihre mechanistischen Grundlagen immer noch diskutiert werden, ist die Beziehung zwischen RT und kognitiven Fähigkeiten heute eine ebenso gut etablierte empirische Tatsache wie jedes andere Phänomen in der Psychologie. Eine Literaturrecherche aus dem Jahr 2008 zur mittleren Korrelation zwischen verschiedenen Maßen für Reaktionszeit und Intelligenz ergab einen Wert von −.24 ( SD = .07).

Die empirische Forschung über die Art der Beziehung zwischen Reaktionszeit und Intelligenzmaßen hat eine lange Studiengeschichte, die bis in die frühen 1900er Jahre zurückreicht, wobei einige frühe Forscher eine nahezu perfekte Korrelation in einer Stichprobe von fünf Studenten berichteten. Die erste Überprüfung dieser beginnenden Studien im Jahr 1933 analysierte über zwei Dutzend Studien und fand einen kleineren, aber zuverlässigen Zusammenhang zwischen Intelligenzmessungen und der Produktion schnellerer Antworten auf eine Vielzahl von RT-Aufgaben.

Bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts fanden Psychologen, die Reaktionszeit und Intelligenz untersuchten, weiterhin solche Assoziationen, konnten sich jedoch weitgehend nicht über die wahre Größe der Assoziation zwischen Reaktionszeit und psychometrischer Intelligenz in der Allgemeinbevölkerung einigen. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Mehrheit der untersuchten Stichproben von Universitäten ausgewählt wurde und im Vergleich zur Gesamtbevölkerung ungewöhnlich hohe Werte für die geistigen Fähigkeiten aufwies. Im Jahr 2001 veröffentlichte der Psychologe Ian J. Deary die erste groß angelegte Studie zu Intelligenz und Reaktionszeit in einer repräsentativen Bevölkerungsstichprobe über eine Reihe von Altersgruppen hinweg und fand eine Korrelation zwischen psychometrischer Intelligenz und einfacher Reaktionszeit von –.31 und Vier-Wahl-Reaktion Zeit von –.49.

Mechanistische Eigenschaften der RT-kognitiven Fähigkeitsbeziehung

Die Forscher müssen noch einen Konsens für eine einheitliche neurophysiologische Theorie entwickeln, die die Grundlage der Beziehung zwischen RT und kognitiven Fähigkeiten vollständig erklärt. Es kann eine effizientere Informationsverarbeitung, eine bessere Aufmerksamkeitskontrolle oder die Integrität neuronaler Prozesse widerspiegeln. Eine solche Theorie müsste mehrere einzigartige Merkmale der Beziehung erklären, von denen einige im Folgenden erörtert werden.

  1. Die seriellen Komponenten eines Reaktionszeitversuchs sind nicht gleichermaßen von der allgemeinen Intelligenz oder psychometrischen g abhängig . Forscher haben beispielsweise herausgefunden, dass die Wahrnehmungsverarbeitung mehrerer Reize, die notwendigerweise der Antwortentscheidung und der Antwort selbst vorausgeht, parallel verarbeitet werden kann, während die Entscheidungskomponente seriell verarbeitet werden muss. Außerdem ist Variation im allgemeinen Intelligenz hauptsächlich in dieser Entscheidungskomponente von RT dargestellt, während sensorische Verarbeitung und Bewegungszeit erscheinen meist nicht reflektierend zu sein , g individueller Unterschiede.
  2. Die Korrelation zwischen kognitiver Fähigkeit und RT nimmt als Funktion der Aufgabenkomplexität zu. Der Unterschied in der Korrelation zwischen Intelligenz und RT in einfachen und Multiple-Choice-RT-Paradigmen veranschaulicht die häufig wiederholte Erkenntnis, dass diese Assoziation weitgehend durch die Anzahl der in der Aufgabe verfügbaren Auswahlmöglichkeiten vermittelt wird. Ein Großteil des theoretischen Interesses an RT wurde durch das Hicks-Gesetz angetrieben , das die Steigung von RT mit der Komplexität der erforderlichen Entscheidung in Beziehung setzt (gemessen in Einheiten der Unsicherheit, die von Claude Shannon als Grundlage der Informationstheorie populär gemacht wurden ). Dies versprach, Intelligenz auch bei sehr einfachen Informationsaufgaben direkt mit der Auflösung von Informationen zu verknüpfen. Es gibt einige Unterstützung für einen Zusammenhang zwischen der Steigung der RT-Kurve und der Intelligenz, solange die Reaktionszeit streng kontrolliert wird. Die Vorstellung von "Informationsstücken", die die Größe dieser Beziehung beeinflussen, wurde von Arthur Jensen und dem Jensen-Box-Tool populär gemacht , und der mit seinem Namen verbundene " Choice-Reaktions-Apparat " wurde zu einem gebräuchlichen Standardwerkzeug in der RT-IQ-Forschung.
  3. Die mittlere Reaktionszeit und Variabilität in RT-Studien tragen beide zu einer unabhängigen Varianz in ihrer Assoziation mit g bei . Es wurde festgestellt, dass die Standardabweichungen von RTs genauso stark oder stärker mit Maßen der allgemeinen Intelligenz ( g ) korreliert sind als durchschnittliche RTs, wobei eine größere Varianz oder "Ausbreitung" in der Verteilung der RTs einer Person stärker mit einem niedrigeren g verbunden ist , während Personen mit höherem g neigen dazu, weniger variable Antworten zu haben.
  4. Wenn mehrere RT-Messungen in einer Population untersucht werden, weist die Faktorenanalyse auf die Existenz eines allgemeinen Faktors der Reaktionszeit hin, der manchmal als G bezeichnet wird und sowohl mit dem psychometrischen g verwandt als auch von diesem verschieden ist . Es hat sich gezeigt, dass dieses große G der RT über 50% der Varianz in RTs erklärt, wenn es über vier Studien hinweg meta-analysiert wurde, die neun separate RT-Paradigmen umfassten. Die biologischen und neurophysiologischen Grundlagen dieses allgemeinen Faktors müssen noch fest etabliert werden, obwohl die Forschung noch andauert.
  5. Die langsamsten RT-Studien einer Person sind tendenziell stärker mit kognitiven Fähigkeiten verbunden als die schnellsten Reaktionen der Person, ein Phänomen, das als "schlechteste Leistungsregel" bekannt ist.

Biologische und neurophysiologische Manifestationen der RT- g- Beziehung

Zwillings- und Adoptionsstudien haben gezeigt, dass die Leistung bei chronometrischen Aufgaben vererbbar ist . Die durchschnittliche RT in diesen Studien zeigt eine Heritabilität von etwa 0,44, was bedeutet, dass 44% der Varianz der mittleren RT mit genetischen Unterschieden verbunden ist, während die Standardabweichung der RTs eine Heritabilität von etwa 0,20 zeigt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass mittlere RTs und IQ-Messwerte im Bereich von 0,90 genetisch korreliert sind, was darauf hindeutet, dass die niedrigere beobachtete phänotypische Korrelation zwischen IQ und mittlerer RT noch unbekannte Umwelteinflüsse beinhaltet.

Im Jahr 2016 fand eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) der kognitiven Funktion in einer Stichprobe von etwa 95.000 Personen 36 genomweite signifikante genetische Varianten, die mit der Reaktionszeit assoziiert sind. Es wurde festgestellt, dass diese Varianten zwei Regionen auf Chromosom 2 und Chromosom 12 umfassen , die in oder in der Nähe von Genen zu sein scheinen, die an der Spermatogenese und Signalisierungsaktivitäten durch Zytokin- bzw. Wachstumsfaktorrezeptoren beteiligt sind. Diese Studie fand außerdem signifikante genetische Korrelationen zwischen RT, Gedächtnis und verbal-numerischem Denken.

Die neurophysiologische Forschung mit ereignisbezogenen Potenzialen (ERPs) hat die P3-Latenz als Korrelat der "Entscheidungs" -Phase einer Reaktionszeitaufgabe verwendet. Diese Studien haben im Allgemeinen festgestellt, dass das Ausmaß der Assoziation zwischen g und P3-Latenz mit anspruchsvolleren Aufgabenbedingungen zunimmt. Es hat sich auch herausgestellt, dass Messungen der P3-Latenz mit der schlechtesten Leistungsregel übereinstimmen, wobei die Korrelation zwischen dem Mittelwert des P3-Latenz-Quantils und den kognitiven Bewertungswerten mit zunehmendem Quantil stärker negativ wird. Andere ERP-Studien haben ergeben, dass die Interpretation der g- RT-Beziehung hauptsächlich in der "Entscheidungskomponente" einer Aufgabe liegt, wobei der größte Teil der g- bezogenen Gehirnaktivität nach der Stimulationsbewertung, aber vor der motorischen Reaktion stattfindet, während Komponenten an der sensorischen Verarbeitung ändert sich wenig über Unterschiede in g .

Diffusionsmodellierung von RT und kognitiven Fähigkeiten

Visuelle Darstellung der hypothetischen Phasen einer Reaktionszeitaufgabe und der Zuordnung jeder Phase zu den Diffusionsmodellparametern. T er die nicht-Entscheidungsreaktionszeitkomponente, besteht aus der Summe des Codierens Zeit T e (erstes Feld) und Antwortausgabezeit T r (dritte Platte), so dass T ER = T e + T r .

Obwohl eine einheitliche Theorie der Reaktionszeit und Intelligenz unter Psychologen noch keinen Konsens gefunden hat, bietet die Diffusionsmodellierung ein vielversprechendes theoretisches Modell. Die Diffusionsmodellierung unterteilt RT in restliche "Nicht-Entscheidungs"- und stochastische "Diffusions"-Stufen, wobei letztere die Erzeugung einer Entscheidung in einer Zwei-Auswahl-Aufgabe darstellt. Dieses Modell integriert erfolgreich die Rollen der mittleren Reaktionszeit, der Variabilität der Reaktionszeit und der Genauigkeit bei der Modellierung der Diffusionsrate als Variable, die die akkumulierte Beweiskraft repräsentiert, die eine Entscheidung in einer RT-Aufgabe generiert. Im Diffusionsmodell akkumulieren sich diese Beweise, indem ein kontinuierlicher Random Walk zwischen zwei Grenzen durchgeführt wird, die jede Antwortoption in der Aufgabe darstellen. Anwendungen dieses Modells haben gezeigt, dass die Grundlage der g- RT-Beziehung speziell die Beziehung von g zur Geschwindigkeit des Diffusionsprozesses und nicht zur Restzeit der Nichtentscheidung ist . Die Diffusionsmodellierung kann auch die schlechteste Leistungsregel erfolgreich erklären, indem angenommen wird, dass das gleiche Maß der Fähigkeit (Diffusionsrate) die Leistung sowohl bei einfachen als auch bei komplexen kognitiven Aufgaben vermittelt, was theoretisch und empirisch gestützt wurde.

Kognitive Entwicklung

Es gibt umfangreiche neuere Forschungen, die die mentale Chronometrie zum Studium der kognitiven Entwicklung verwenden . Konkret wurden verschiedene Maße der Verarbeitungsgeschwindigkeit verwendet, um Veränderungen der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung in Abhängigkeit vom Alter zu untersuchen. Kail (1991) zeigte, dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit von der frühen Kindheit bis zum frühen Erwachsenenalter exponentiell zunimmt. Studien zu RTs bei Kleinkindern unterschiedlichen Alters stimmen mit allgemeinen Beobachtungen von Kindern überein, die Aktivitäten ausüben, die normalerweise nicht mit Chronometrie in Verbindung stehen. Dazu gehören die Geschwindigkeit des Zählens, das Greifen nach Dingen, das Wiederholen von Wörtern und andere sich entwickelnde stimmliche und motorische Fähigkeiten, die sich bei heranwachsenden Kindern schnell entwickeln. Nach Erreichen der frühen Reife gibt es dann eine lange Zeit der Stabilität, bis die Verarbeitungsgeschwindigkeit vom mittleren Alter bis zur Senilität abnimmt (Salthouse, 2000). Tatsächlich gilt die kognitive Verlangsamung als guter Indikator für umfassendere Veränderungen in der Funktion des Gehirns und der Intelligenz . Demetriou und Kollegen zeigten mit verschiedenen Methoden zur Messung der Verarbeitungsgeschwindigkeit, dass diese eng mit Veränderungen des Arbeitsgedächtnisses und des Denkens verbunden ist (Demetriou, Mouyi & Spanoudis, 2009). Diese Beziehungen werden in den neopiagetschen Theorien der kognitiven Entwicklung ausführlich diskutiert .

Während der Seneszenz verschlechtert sich die RT (wie auch die flüssige Intelligenz ), und diese Verschlechterung ist systematisch mit Veränderungen in vielen anderen kognitiven Prozessen wie Exekutivfunktionen, Arbeitsgedächtnis und inferentiellen Prozessen verbunden. In der Theorie von Andreas Demetriou , einer der neo-piagetischen Theorien der kognitiven Entwicklung , ist die Veränderung der Verarbeitungsgeschwindigkeit mit dem Alter, die durch eine abnehmende RT angezeigt wird, einer der zentralen Faktoren der kognitiven Entwicklung.

Gesundheit und Sterblichkeit

Die Leistung bei einfachen und reaktionsschnellen Aufgaben ist mit einer Vielzahl von gesundheitsbezogenen Ergebnissen verbunden, einschließlich allgemeiner, objektiver Gesundheitszusammensetzungen sowie spezifischer Maßnahmen wie der kardiorespiratorischen Integrität. Es wurde festgestellt, dass der Zusammenhang zwischen IQ und früherer Gesamtmortalität hauptsächlich durch ein Maß der Reaktionszeit vermittelt wird. Diese Studien stellen im Allgemeinen fest, dass schnellere und genauere Reaktionen auf Reaktionszeitaufgaben mit besseren Gesundheitsergebnissen und einer längeren Lebensdauer verbunden sind.

Big-Five-Persönlichkeitsmerkmale

Obwohl eine umfassende Studie zu Persönlichkeitsmerkmalen und Reaktionszeiten noch aussteht, haben mehrere Forscher über Zusammenhänge zwischen RT und den Big Five- Persönlichkeitsfaktoren Extraversion und Neurotizismus berichtet . Während viele dieser Studien an einer geringen Stichprobengröße leiden (in der Regel weniger als 200 Personen), werden ihre Ergebnisse hier zusammen mit den von den Autoren vorgeschlagenen biologisch plausiblen Mechanismen kurz zusammengefasst.

Eine Studie aus dem Jahr 2014 maß die Wahl-RT in einer Stichprobe von 63 Teilnehmern mit hoher und 63 Teilnehmern mit niedriger Extraversion und stellte fest, dass ein höheres Maß an Extraversion mit schnelleren Reaktionen verbunden war. Obwohl die Autoren anmerken, dass dies wahrscheinlich eher eine Funktion spezifischer Aufgabenanforderungen als zugrunde liegender individueller Unterschiede ist, haben andere Autoren vorgeschlagen, dass die RT-Extraversion-Beziehung individuelle Unterschiede in der motorischen Reaktion repräsentiert, die durch Dopamin vermittelt werden können . Diese Studien sind jedoch angesichts ihrer kleinen Stichproben schwer zu interpretieren und müssen noch repliziert werden.

In ähnlicher Weise haben andere Forscher einen kleinen ( r < 0,20) Zusammenhang zwischen RT und Neurotizismus gefunden, wobei mehr neurotische Personen dazu neigten, bei RT-Aufgaben langsamer zu sein. Die Autoren interpretieren dies als Ausdruck einer höheren Erregungsschwelle als Reaktion auf Reize unterschiedlicher Intensität und spekulieren, dass Personen mit höherem Neurotizismus relativ "schwache" Nervensysteme haben könnten. In einer etwas größeren Studie mit 242 College-Studenten wurde festgestellt, dass Neurotizismus stärker mit der Antwortvariabilität korreliert ( r ≈ 0,25), wobei ein höherer Neurotizismus mit größeren RT-Standardabweichungen verbunden ist. Die Autoren spekulieren, dass Neurotizismus eine größere Varianz in der Reaktionszeit durch die Interferenz von "mentalem Rauschen" verleihen kann.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links