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One of the features that defines humans as extraordinarily social beings is their striking susceptibility to the gaze of others. The research reported in this dissertation was undertaken to advance our understanding of the role of gaze cues in low-level attentional and higher-order cognitive processes. In particular, effects of gaze were examined with regard to three aspects of human cognition: (1) social attention, (2) social interaction and (3) social understanding. Chapter 1 consists of three manuscripts that investigate the boundary conditions of attention capture by direct gaze and how gaze direction is integrated with facial context information. Manuscript 1 and 2 suggest two necessary requirements for attention capture by direct gaze: a meaningful holistic facial context and sharp foveal vision, respectively. Manuscript 3 shows approach/avoidance-congruency effects between gaze direction and emotion expression on attention. Chapter 2 of this dissertation explores the role of gaze in more naturalistic social scenarios. Manuscript 4 demonstrates that gaze behavior during a conversation shapes our perception of another person. Manuscript 5 builds on these findings by showing that these perceptions define our willingness to act in a prosocial way towards our interaction partner. Finally, chapter 3 adopts a broader perspective on social cognition research with a special focus on methodological aspects. Manuscript 6 is a review highlighting the significance of methodological aspects in social cognition research and stressing the importance of sophisticated decisions on task and stimulus materials. Manuscript 7 introduces a new instrument for the assessment of social understanding in adolescents. Initial application in a young sample group indicates that an understanding of another person’s mental states is a capacity that is still developing throughout adolescence. Both manuscripts of this final chapter include eye tracking data that suggest a relationship between gaze behavior and social understanding, a finding that further emphasizes the complex and multifaceted nature of social cognition. I conclude from the findings of this dissertation that research can benefit from adopting a broad view in terms of methodological as well as temporal aspects in order to capture human social cognition in its entirety., Die herausragend soziale Natur des Menschen zeigt sich insbesondere in der sensiblen Reaktion auf die Blicke anderer. Ziel der in dieser Dissertation berichteten Forschung ist ein umfassendes Verständnis der Rolle von Blickreizen auf kognitive Prozesse niederer und höherer Verarbeitungsstufen. Im Einzelnen wurden Blickeffekte im Hinblick auf drei Aspekte menschlicher Kognition untersucht: (1) Soziale Aufmerksamkeit, (2) soziale Interaktion und (3) Sozialverstehen. In Kapitel 1 werden drei Studien beschrieben, die sich mit den Grenzbedingungen von Aufmerksamkeitsanziehung durch direkten Blickkontakt beschäftigen und die untersuchen, wie Effekte der Blickrichtung mit anderen Reizen interagieren. Manuskript 1 und 2 deuten auf zwei notwendige Voraussetzungen für den direkten Blickeffekt hin: ein holistisch bedeutsamer Gesichtskontext sowie scharfe, foveale Wahrnehmung. Manuskript 3 findet aufmerksamkeitsbezogene Annäherungs-/Vermeidungskongruenzeffekte zwischen Blickrichtung und emotionalem Gesichtsausdruck. Kapitel 2 dieser Dissertation untersucht die Rolle von Blicken in naturalistischeren sozialen Situationen. Manuskript 4 demonstriert, dass Blickverhalten in Gesprächen unsere Wahrnehmung anderer Personen beeinflusst. Manuskript 5 erweitert diesen Befund, indem es verdeutlicht, dass diese Eindrücke unsere Bereitschaft zu prosozialem Verhalten gegenüber unseren Interaktionspartner*innen bestimmen. Schließlich wird im 3. Kapitel eine breitere Sicht auf sozialkognitive Forschung eingenommen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf methodischen Aspekten. Manuskript 6 ist ein Review, das die Tragweite methodischer Aspekte in sozialkognitiven Untersuchungen herausarbeitet und auf die Bedeutung gut informierter und durchdachter Entscheidungen bezüglich der verwendeten Versuchsmaterialien hinweist. In Manuskript 7 wird ein neues Instrument zur Erfassung sozialen Verstehens in jugendlichen Stichproben beschrieben. Eine erste Anwendung dieser neuen Methode deutet darauf hin, dass sich das Verständnis der mentalen Zustände anderer Menschen im Jugendalter noch in der Entwicklung befindet. Beide Manuskripte dieses letzten Kapitels enthalten Eye-Trackingdaten, die auf einen Zusammenhang zwischen Blickbewegungen und Sozialverstehen hindeuten. Dieser Befund verdeutlicht, dass soziale Kognition ein komplexes und breitgefächertes Konstrukt ist. Ich schließe aus den Ergebnissen dieser Dissertation, dass die Wissenschaft sowohl im Hinblick auf methodische als auch auf zeitliche Aspekte von einer umfassenden Sichtweise auf soziale Kognition profitieren könnte, da nur diese es ermöglicht, das Konstrukt in Gänze zu erfassen.

In today’s global and digitalized world, the investigation of relational trust as part of social connections has remained a popular and interdisciplinary academic topic. This book explores the idea of trust as a basic type of information processing that might be as old as human existence but has gained new attention with the emergence of online communication channels. The result is a strategic reconsideration of the brain’s role in the formation of social relationships and a new look at how information might shape our confidence in others., Introduction 1 Social Relationships and Trust 2 Between Social and Mental States 2.1 Theoretical Assumptions on the Functionality of Trust 2.1.1 The Role of Trust in the Experience of Others 2.1.2 The Role of Trust in Social Interactions 2.1.3 The Role of Trust in Social Ties and Networks 2.1.4 The Role of Trust in Social Structuring and Information Exchanges 2.2 Empirical Approaches to the Formation of Trust 2.2.1 Behavioral Approaches to Trust 2.2.2 Unidimensional Cognitive Approaches to Trust 2.2.3 Two-Dimensional Cognitive Approaches to Trust 2.2.4 Transformational Cognitive Approaches to Trust 2.2.5 Process-Oriented Approaches to Trust 2.2.6 Network Approaches to Trust 2.3 Trust through the Framework of Human Information Processing 3 Social Presence 3.1 Traditional Views of the Social Environment as a Social Universe 3.2 The Social Environment as a Social Multiverse 3.3 Social Presence and Our Implicit Awareness of Others 3.4 Social Presence in the Context of Information Processing 3.5 The Processing of Social Presence in Direct Copresence 3.6 The Processing of Social Presence in Mediated Interactions 3.6.1 The Processing of Social Presence in Unidirectional Channels 3.6.2 The Processing of Social Presence in Bidirectional Channels 3.6.3 The Processing of Social Presence in Multidirectional Channels 3.7 Social Presence as the Main Stimulus to the Experience of Social Relationships 4 Social Interference 4.1 The Significance of Memory for the Information Processing of Social Presence 4.2 A Simplified Model of the Information Processing of Social Presence 4.3 The Significance of Long-Term Memory for the Processing of Social Presence 4.4 The Memorization of Actor-Related Information Deriving from the Processing of Social Presence 4.5 Intersubjectivity and the Memorization of Relational Information 4.6 Social Interference 4.6.1 Interfering Experience of Interaction 4.6.2 Interfering Character Traits and Features 4.6.3 Interfering Sense of Belonging 4.7 Relational Knowledge as the Foundation for the Perception of Social Relationships 4.8 Relational Knowledge as the Foundation for Trust 5 Trust and Relational Confidence 5.1 Conductional Vigilance 5.2 Conductional Risk and the Inability to Process Contingencies of Social Interaction 5.3 Additional Factors Influencing the Experience of Conductional Vigilance 5.4 Conductional Vigilance as Part of Trust’s Operating Range and Efficacy 5.5 Trust and Its Supply of Relational Confidence 5.6 Trust as Prior to Cognitive Evaluation, Rationality, and the Building of Expectations 5.7 Trust as a Mental Algorithm 6 Trust and Social Interaction 6.1 Trust’s Ease of Conduct and Dynamic Range 6.2 Trust’s Functionality for the Social Performance and Navigation of Individuals 6.3 Trust’s Ease of Conduct as an Attribute of Individuals in Social Ties 6.4 Trust and Multirelationality 6.5 Trust’s General Impact on the Emergence and Disruption of Social Structures 6.6 Trust as Susceptible to Mass Communication 7 Trust and Mass Communication 7.1 Trust in the Light of Expanding Human Communication Networks 7.2 Trust and Public Mediators 7.3 Reliability, Consistency, and Transparency in the Reception of Public Mediators 7.4 Trustworthiness as a Substitute to Trust in Social Interactions 7.5 Trustworthiness as a Product of Collective Memory 7.6 Interdependencies between Trust and Trustworthiness 8 Conclusion Glossary Bibliography Figures, Finanziert durch den Open-Access-Publikationsfonds 2021 der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU Münster).

ZusammenfassungVirtual Reality Lernumgebungen bieten besonderes Potenzial für die Vermittlung komplexer Inhalte und Fähigkeiten im beruflichen Kontext. In solchen Lernumgebungen lassen sich authentische Arbeitsaufgaben umsetzen anhand derer anwendungsnah Kompetenzen erlernt werden können. In der VR Lernumgebung MARLA wird die Fehlerdiagnose in den Bereichen Elektro- und Metalltechnik in Form eines achtstufigen Prozesses anhand eines konkreten Beispiels auf einer Offshore-Windenergieanlage trainiert. Auszubildende bekommen dafür in Anlehnung an den Cognitive Apprenticeship Ansatz zunächst von einem Non-Player Character innerhalb der Anwendung die einzelnen Schritte erklärt und vorgemacht, bevor sie anschließend schrittweise selbständig den Prozess durchlaufen. Der vorliegende Beitrag stellt die Anwendung und ihre Entwicklung vor und berichtet Ergebnisse der formativen Evaluation, welche wichtige Erkenntnisse für die Ausgestaltung der Umgebung geliefert hat.Praktische Relevanz Im vorliegenden Beitrag wird zum einen auf theoretische Erkenntnisse hinsichtlich des Potentials von Virtual Reality Anwendungen für die berufliche Bildung eingegangen. Zum anderen werden Erfahrungen aus dem Bereich der konzeptionellen Entwicklung der VR Anwendung und der empirischen Evaluation der Anwendung präsentiert. Beide Punkte haben zum Ziel einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Weiterbildung im Arbeitskontext zu leisten.

Collocations are a ubiquitous phenomenon. Without consciously thinking about them, people encounter them continuously during language use in both comprehension and production. In linguistics, however, collocations have been extensively studied in the last one hundred years and often characterized either as phraseological phenomena (e.g., bitter enemy) or frequent co-occurrences (e.g., annual meeting). In particular, the two structures that were paid most attention to are verb+noun (e.g., abuse trust) and adjective+noun (e.g., high hopes). And although there is evidence from various fields (e.g., first language acquisition, corpus linguistics, cognitive grammar to name a few) about selection preferences towards the use of certain categories in general and for collocations in particular, there are still no comprehensive studies of collocations involving a broad range of different structural groups. Therefore, one of the aims of this thesis is to study whether there are any preferences in the collocational competence towards certain structural groups and if yes, whether this preference is different across languages. For this reason, over 200 native and advanced non-native speakers of English and German as well as native speakers of Russian were tested on their knowledge of phraseological collocations using a multiple-choice collocations test in Experiment 1. Within the same experiment, it was attempted to discover the predictors of collocation competence: e.g., reading habit, alphabetic script, education level, age, onset of language learning, residence in the L2 country, etc. It was established that the morpho-syntactic properties of the language as well as the phenomenon of collocation predict collocation competence. For example, participants were significantly better in those collocational structures the components of which were adjacent and were not often interrupted by insertions in forms of other lexical units. In addition, given the fact that collocational competence can be facilitated by reading, the reading habit/skill was measured using three different measures though various questions in the paper-based questionnaire and in Experiment 2 which was a self-paced reading task. Surprisingly, it was discovered that certain measures of the reading habit can predict collocations reliably better than others. For example, asking a participant how much time they spend reading per week significantly predicted collocational competence in all native speaker groups (i.e., English, German and Russian), but not the non-native groups. The ii contribution of this finding could be methodologically valuable for researchers searching for correlations between the reading habit and different aspects of language use. According to another interesting finding, the similarity of the orthographic systems of L1 and L2 is associated with better collocational competence. In other words, the collocational competence of non-native speakers of German having alphabetic script similar to the L2 (e.g., Ukrainian, Hungarian or Greek) was more likely to be better than of those learners whose alphabetic script was different from the L2 (e.g., Chinese, Arabic, Armenian) suggesting that similarity of script would result in an easier recognition of patterns in the L2 if the script of the L2 is familiar to the language users. It was then hypothesized that this selection preference towards particular collocational structures might stretch to processing differences. Thus, the same participants were tested in Experiment 3, which was a phrasal decision task, and which revealed that adjective+noun collocations were processed the fastest among the four structural groups of collocations. The results also showed that phrasal-like collocations (i.e., adjective+noun and adverb+adjective) were generally processed faster than clausal-like collocations (i.e., verb+noun and verb+adverb) suggesting that processing collocations is easier and faster when the argument structure construction involving the verb does not have to be activated. Processing collocations of various structures was also dependent on whether the base of the collocation belonged to the primary categories from cognitive grammar or to secondary ones. Thus, collocation containing bases that belonged to primary categories (e.g., things or actions) were processed significantly faster than collocations containing words from secondary categories (e.g., qualities). However, the effect is not robust across the five groups tested and it remains unclear whether this effect is specific to the processing of collocations, or it unfolds on higher levels of language processing. These results suggest that a theory of collocation processing should be explicit about the base of the collocation and what role it plays in the processing of a collocation. Similarly to previous findings, it was also established that collocations are processed faster than free combinations suggesting that collocations as chunks (e.g., bitter enemy) are processed in a holistic fashion in comparison to free combinations (e.g., common enemy) that are novel language. The effect was robust across all participant groups, both native and non-native, which speaks in favour of the fact that collocations are a psychologically valid phenomenon for both native and non-native populations. iii Finally, it has been attempted to study the neural correlates of collocation processing. In Experiment 4, available (electroencephalography) EEG measurements from 31 participants listening to a German audio book were analyzed. Given the fact that the speech stimuli were pre-determined, i.e., the text of the audio book, the interpretation of collocation in this part of the study was different from that employed in Experiments 1- 3. Therefore, collocations were seen as frequently co-occurring word combinations which are different from non-collocations based on a corpus-derived association measure, in this case, mutual information. The brain response for the two conditions was compared in the N400 time window. It was hypothesized that since N400 is an ERP component that is a marker of unpredictability, surprisal and higher processing load, non-collocations should exhibit a larger N400 in comparison to collocations. The results of the permutation tests revealed that collocations were processed statistically differently from non-collocations at all electrode sites. The exact configurations of the effect, however, are mixed. The largest differences were observed in the left-anterior area where collocations were modulated by larger negativities in the N400 time window, and in the right-posterior area where non-collocations displayed larger negativities. Given that previous studies of collocations (including Experiment 3 of the current thesis) often employed artificial designs in studying these word combinations, the result of Experiment 4 are especially valuable for the understanding of collocations since the target items were neither matched with non-collocations containing semantic violation nor presented in isolation. In fact, all items were embedded in a coherent piece of discourse presented in the form of a continuous speech signal that presents a highly naturalistic task. To sum up, this work has managed to provide evidence that collocations are both psychologically and neurophysiologically valid using both standard behavioural paradigms as well as elaborate electrophysiological (naturalistic) methods, which presents triangulation of methods in the study of collocation processing. Given that the differences between collocation processing in native and non-native populations have been extensively studied previously, a further step can be seen in researching the neural correlates of collocation processing in non-native speakers, which will bring us closer to gaining a comprehensive picture of the nature of collocations. Kollokationen sind ein allgegenwärtiges Phänomen. Ohne bewusst über sie nachzudenken, begegnen Menschen ihnen ständig während des Sprachgebrauchs, sowohl beim Sprachverstehen als auch bei der Sprachproduktion. In der Sprachwissenschaft wurden Kollokationen in den letzten hundert Jahren ausgiebig untersucht und oft entweder als phraseologische Phänomene (z. B. bitter enemy) oder als häufig gemeinsam auftretend (z. B. annual meeting) definiert. Die beiden Strukturen, denen am meisten Aufmerksamkeit geschenkt wurde, sind Verb+Nomen (z. B. abuse trust) und Adjektiv+Nomen (z. B. high hopes). Und obwohl es aus verschiedenen Bereichen (z. B. Erstspracherwerb, Korpuslinguistik, kognitive Grammatik, u.a.) Hinweise auf Selektionspräferenzen für die Verwendung bestimmter Kategorien im Allgemeinen und für Kollokationen im Besonderen gibt, gibt es immer noch keine umfassenden Studien zu Kollokationen, die ein breites Spektrum verschiedener Strukturgruppen umfassen. Eines der Ziele dieser Arbeit ist es daher, zu untersuchen, ob es Präferenzen in der Kollokationskompetenz hinsichtlich bestimmten strukturellen Gruppen gibt, und wenn ja, ob diese Präferenzen in den verschiedenen Sprachen unterschiedlich sind. Aus diesem Grund wurden in Experiment 1 über 200 Muttersprachler und fortgeschrittene Nicht- Muttersprachler des Englischen und Deutschen sowie Muttersprachler des Russischen mit Hilfe eines Multiple-Choice-Kollokationstests auf ihre Kenntnis phraseologischer Kollokationen getestet. Im Rahmen desselben Experiments wurde versucht, die Prädiktoren für die Kollokationskompetenz herauszufinden: z.B. Lesegewohnheit, alphabetische Schrift, Bildungsniveau, Alter, Beginn des Sprachlernens, Wohnsitz im Land der zweiten Sprache, etc. Es wurde festgestellt, dass sowohl die morpho- syntaktischen Eigenschaften der Sprache als auch das Phänomen der Kollokation die Kollokationskompetenz vorhersagen. Zum Beispiel waren die Teilnehmer signifikant besser in jenen Kollokationsstrukturen, deren Komponenten nebeneinander lagen und nicht häufig durch Einfügungen in Form von anderen lexikalischen Einheiten unterbrochen wurden. In Anbetracht der Tatsache, dass die Kollokationskompetenz durch das Lesen gefördert werden kann, wurde die Lesegewohnheit/-fähigkeit mit Hilfe von drei verschiedenen Messungen durch unterschiedliche Fragen im papierbasierten Fragebogen und in Experiment 2, einer Self-Paced-Reading-Aufgabe, gemessen. Überraschenderweise v wurde festgestellt, dass bestimmte Maße der Lesegewohnheit Kollokationen zuverlässiger vorhersagen können als andere. So sagte beispielsweise die Frage, wie viel Zeit die Teilnehmer pro Woche mit Lesen verbringen, die Kollokationskompetenz in allen Muttersprachler-Gruppen (d. h. Englisch, Deutsch und Russisch) signifikant voraus, nicht aber in den Nicht-Muttersprachler-Gruppen. Dieser Befund könnte für Forscher, die nach Korrelationen zwischen der Lesegewohnheit und verschiedenen Aspekten des Sprachgebrauchs suchen, von methodologischem Wert sein. Ein weiteres interessantes Ergebnis ist, dass die Ähnlichkeit der orthografischen Systeme von der Erstsprache (L1) und der Zweitsprache (L2) mit einer besseren Kollokationskompetenz verbunden ist. Tatsächlich war die Kollokationskompetenz von Nicht-Muttersprachlern des Deutschen, deren alphabetische Schrift der der L2 ähnelt (z.B. Ukrainisch, Ungarisch oder Griechisch) mit größerer Wahrscheinlichkeit besser als die von Lernenden, deren alphabetische Schrift sich von der der L2 unterscheidet (z.B. Chinesisch, Arabisch, Armenisch), was darauf hindeutet, dass die Ähnlichkeit der Schrift zu einer leichteren Erkennung von Mustern in der L2 führt, wenn die Schrift der L2 den Sprachbenutzern vertraut ist. Anschließend wurde die Hypothese aufgestellt, dass diese Auswahlpräferenz für bestimmte Kollokationsstrukturen zu Verarbeitungsunterschieden führen könnte. Daher wurden dieselben Teilnehmer in Experiment 3 getestet, bei dem es sich um eine Phrasal- Decision-Task handelte, und es zeigte sich, dass Adjektiv+Nomen-Kollokationen unter den vier strukturellen Kollokationsgruppen am schnellsten verarbeitet wurden. Die Ergebnisse zeigten auch, dass phrasale Kollokationen (d.h. Adjektiv+Nomen und Adverb+Adjektiv) im Allgemeinen schneller verarbeitet wurden als satzartige Kollokationen (d.h. Verb+Nomen und Verb+Adverb), was darauf hindeutet, dass die V erarbeitung von Kollokationen einfacher und schneller ist, wenn die Argumentstrukturkonstruktion mit dem Verb nicht aktiviert werden muss. Die Verarbeitung von Kollokationen verschiedener Strukturen war auch davon abhängig, ob die Basis der Kollokation zu den primären oder zu den sekundären Kategorien der kognitiven Grammatik gehörte. So wurden Kollokationen mit Basen, die zu primären Kategorien gehörten (z. B. things oder actions), signifikant schneller verarbeitet als Kollokationen mit Wörtern aus sekundären Kategorien (z. B. qualities). Der Effekt ist jedoch nicht über die fünf getesteten Gruppen hinweg stabil, und es bleibt unklar, ob dieser Effekt spezifisch für die Verarbeitung von Kollokationen ist oder sich auf höheren Ebenen der Sprachverarbeitung entfaltet. Diese Ergebnisse legen nahe, dass eine Theorie vi der Kollokationsverarbeitung explizit auf die Basis der Kollokation eingehen sollte und welche Rolle er bei der Verarbeitung einer Kollokation spielt. Ähnlich früheren Ergebnissen wurde auch hier festgestellt, dass Kollokationen schneller verarbeitet werden als freie Kombinationen, was darauf hindeutet, dass Kollokationen als Chunks (z. B. bitter enemy) im Vergleich zu freien Kombinationen (z. B. common enemy), die kreative Sprachgebrauch sind, auf ganzheitliche Weise verarbeitet werden. Der Effekt war über alle Teilnehmergruppe hinweg robust, sowohl bei den Muttersprachlern als auch bei den Nicht-Muttersprachlern, was beweist, dass Kollokationen ein psychologisch gültiges Phänomen sowohl für Muttersprachler als auch für Nicht-Muttersprachler sind. Schließlich wurde versucht, die neuronalen Korrelate der Kollokationsverarbeitung zu untersuchen. In Experiment 4 wurden die verfügbaren EEG-Messungen (Elektroenzephalographie) von 31 Teilnehmern, die ein deutsches Hörbuch hörten, analysiert. Da die Sprachstimuli, d.h. der Text des Hörbuchs, vorbestimmt waren, wurde die Interpretation von Kollokationen in diesem Teil der Studie anders vorgenommen als in den Experimenten 1-3. Daher wurden Kollokationen als häufig gemeinsam auftretende Wortkombinationen betrachtet, die sich von Nicht-Kollokationen auf der Grundlage eines aus dem Korpus abgeleiteten Assoziationsmaßes, in diesem Fall der mutual information, unterscheiden. Die Reaktion des Gehirns auf die beiden Bedingungen wurde im N400- Zeitfenster verglichen. Die Hypothese war, dass Nicht-Kollokationen eine größere N400 im Vergleich zu Kollokationen aufweisen sollten, da N400 eine ERP-Komponente ist, die ein Marker für Unvorhersehbarkeit, Überraschung und höhere Verarbeitungslast ist. Die Ergebnisse der Permutationstests zeigten, dass Kollokationen an allen Elektrodenstandorten statistisch anders verarbeitet wurden als Nicht-Kollokationen. Die genauen Konfigurationen des Effekts sind jedoch uneinheitlich. Die größten Unterschiede wurden im links-anterioren Bereich beobachtet, wo Kollokationen durch größere Negativitäten im N400-Zeitfenster moduliert wurden, und im rechts-posterioren Bereich, wo Nicht-Kollokationen größere Negativitäten aufwiesen. Angesichts der Tatsache, dass frühere Studien zu Kollokationen (einschließlich Experiment 3 der vorliegenden Arbeit) häufig künstliche Designs zur Untersuchung dieser Wortkombinationen verwendeten, sind die Ergebnisse von Experiment 4 besonders wertvoll für das Verständnis von Kollokationen, da die Ziel-Items weder mit Nicht- Kollokationen, die einen semantischen Fehler enthielten, zusammengebracht noch isoliert präsentiert wurden. Vielmehr waren alle Items in einen zusammenhängenden vii Diskurs eingebettet, der in Form eines kontinuierlichen Sprachsignals präsentiert wurde, was eine sehr natürlich wirkende Aufgabe darstellt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es in dieser Arbeit gelungen ist, nachzuweisen, dass Kollokationen sowohl psychologisch als auch neurophysiologisch valide sind, wobei sowohl Standard-Verhaltensparadigmen als auch ausgefeilte elektrophysiologische (natürlich wirkende) Methoden verwendet wurden, was eine Triangulation der Methoden bei der Untersuchung der Kollokationsverarbeitung darstellt. In Anbetracht der Tatsache, dass die Unterschiede zwischen der Verarbeitung von Kollokationen bei Muttersprachlern und Nicht-Muttersprachlern bereits ausgiebig untersucht wurden, kann ein weiterer Schritt darin gesehen werden, die neuronalen Korrelate der Kollokationsverarbeitung bei Nicht-Muttersprachlern zu erforschen, was uns einem umfassenden Bild des Wesens von Kollokationen näherbringen wird.

Gazes are of central relevance for people. They are crucial for navigating the world and communicating with others. Nevertheless, research in recent years shows that many findings from experimental research on gaze behavior cannot be transferred from the laboratory to everyday behavior. For example, the frequency with which conspecifics are looked at is considerably higher in experimental contexts than what can be observed in daily behavior. In short: findings from laboratories cannot be generalized into general statements. This thesis is dedicated to this matter. The dissertation describes and documents the current state of research on social attention through a literature review, including a meta-analysis on the /gaze cueing/ paradigm and an empirical study on the robustness of gaze following behavior. In addition, virtual reality was used in one of the first studies in this research field. Virtual reality has the potential to significantly improve the transferability of experimental laboratory studies to everyday behavior. This is because the technology enables a high degree of experimental control in naturalistic research designs. As such, it has the potential to transform empirical research in the same way that the introduction of computers to psychological research did some 50 years ago. The general literature review on social attention is extended to the classic /gaze cueing/ paradigm through a systematic review of publications and a meta-analytic evaluation (Study 1). The cumulative evidence supported the findings of primary studies: Covert spatial attention is directed by faces. However, the experimental factors included do not explain the surprisingly large variance in the published results. Thus, there seem to be further, not well-understood variables influencing these social processes. Moreover, classic /gaze cueing/ studies have limited ecological validity. This is discussed as a central reason for the lack of generalisability. Ecological validity describes the correspondence between experimental factors and realistic situations. A stimulus or an experimental design can have high and low ecological validity on different dimensions and have different influences on behavior. Empirical research on gaze following behavior showed that the /gaze cueing/ effect also occurs with contextually embedded stimuli (Study 2). The contextual integration of the directional cue contrasted classical /gaze cueing/ studies, which usually show heads in isolation. The research results can thus be transferred /within/ laboratory studies to higher ecologically valid research paradigms. However, research shows that the lack of ecological validity in experimental designs significantly limits the transferability of experimental findings to complex situations /outside/ the laboratory. This seems to be particularly the case when social interactions and norms are investigated. However, ecological validity is also often limited in these studies for other factors, such as contextual embedding /of participants/, free exploration behavior (and, thus, attentional control), or multimodality. In a first study, such high ecological validity was achieved for these factors with virtual reality, which could not be achieved in the laboratory so far (Study 3). Notably, the observed fixation patterns showed differences even under /most similar/ conditions in the laboratory and natural environments. Interestingly, these were similar to findings also derived from comparisons of eye movement in the laboratory and field investigations. These findings, which previously came from hardly comparable groups, were thus confirmed by the present Study 3 (which did not have this limitation). Overall, /virtual reality/ is a new technical approach to contemporary social attention research that pushes the boundaries of previous experimental research. The traditional trade-off between ecological validity and experimental control thus becomes obsolete, and laboratory studies can closely inherit an excellent approximation of reality. Finally, the present work describes and discusses the possibilities of this technology and its practical implementation. Within this context, the extent to which this development can still guarantee a constructive classification of different laboratory tests in the future is examined., Blicke sind für Menschen von zentraler Relevanz. Sie sind entscheidend für die Navigation in der Welt und für die Kommunikation mit Mitmenschen. Dennoch zeigt die Forschung der letzten Jahre, dass sich Erkenntnisse aus der experimentellen Forschung zu Blickverhalten vom Labor nicht in alltägliches Verhalten übertragen lassen. So ist beispielsweise die Häufigkeit, mit der Mitmenschen angeschaut werden, erheblich höher in experimentellen Kontexten als das beobachtbare alltägliche Verhalten. Kurz: Erkenntnisse aus Laboren lassen sich nicht zu allgemeinen Aussagen generalisieren. Diesem Spannungsfeld ist die hier vorliegende Arbeit gewidmet. Diese Doktorarbeit beschreibt und dokumentiert den aktuellen Forschungsstand zur sozialen Aufmerksamkeit anhand einer Literaturübersicht inklusive einer Metaanalyse zum /gaze cueing/ Paradigma sowie einer empirischen Untersuchung zur Robustheit des Blickfolgeverhaltens. Zudem wird in einer der ersten Studien in diesem Forschungsfeld virtuelle Realität eingesetzt. Virtuelle Realität hat das Potenzial, die Übertragbarkeit zwischen experimentellen Laboruntersuchungen auf alltägliches Verhalten deutlich zu verbessern. Denn die Technologie ermöglicht eine hohe experimentelle Kontrolle in naturalistischen Forschungdesigns. Damit kann sie die empirische Forschung ebenso stark verändern wie die Einführung des Computers für psychologische Forschung vor rund 50 Jahren. Die Literaturübersicht über soziale Aufmerksamkeit wurde durch eine systematische Begutachtung der Publikationen und einer meta-analystische Auswertung zum klassischen /gaze cueing/ Paradigma erweitert (Studie 1). Die kumulierte Evidenz unterstützt die Befunde primärer Studien: Verdeckte räumliche Aufmerksamkeit wird durch Gesichter gelenkt. Allerdings zeigte sich eine überraschend große Varianz in den publizierten Ergebnissen, die durch die untersuchten experimentellen Faktoren nicht erklärt werden konnte. Es scheint also noch Weitere, nicht gut verstandene Einflussgrößen auf diesen sozial-kognitiven Prozess zugeben. Klassische /gaze cueing/ Studien besitzen zudem eine eingeschränkte ökologische Validität. Diese wird als ein zentraler Grund für die fehlende Generalisierbarkeit diskutiert. Ökologische Validität beschreibt die Übereinstimmung von experimentellen Faktoren mit realistischen Situationen. Ein Stimulus oder ein experimentelles Design kann auf verschiedenen Dimensionen hohe und niedrige ökologische Validität aufweisen. Dies kann auf verschiedene Verhaltensbereiche unterschiedlichen Einfluss haben. Die empirischen Untersuchungen zum Blickfolgeverhalten zeigten, dass der /gaze cueing/ Effekt auch bei kontextuell eingebundenen Stimuli auftritt (Studie 2). Die kontextuelle Einbindung des Richtungscues stellte dabei einen Kontrast zu klassichen /gaze cueing/ Studien dar, die in der Regel Köpfe in Isolation zeigen. Die Forschungsergebnisse lassen sich also /innerhalb/ von kontrollierten Laboruntersuchungen auch auf ökologisch validere Forschungsparadigmen übertragen. Forschungsarbeiten zeigen allerdings, dass die mangelnde ökologische Validität in experimentellen Designs die Übertragbarkeit von experimentellen Befunden auf komplexe Situationen /außerhalb/ des Labors erheblich einschränken. Dies scheint insbesondere der Fall zu sein, wenn soziale Interaktionen und Normen untersucht werden. Die ökologische Validität ist in diesen Studien aber auch für weitere Faktoren häufig eingeschränkt, wie beispielsweise die kontextuelle Einbettung /von Versuchspersonen/, freies Explorationsverhalten (und damit Aufmerksamkeitssteuerung) oder Multimodalität. In einer ersten Arbeit in diesem Forschungsfeld wurde für diese Faktoren mit virtueller Realität eine hohe ökologische Validität erreicht, die so bisher nicht im Labor zu erreichen war (Studie 3). Spannenderweise zeigten sich selbst unter /ähnlichsten/ Bedingungen im Labor und in der natürlichen Umgebung Unterschiede in den beobachteten Fixationsmustern. Interessanterweise sind diese ähnlich zu Befunden, die ebenfalls aus Vergleichen von Augenbewegung im Labor und Felduntersuchung stammten. Diese Befunde, die bisher auf wenig vergleichbare Untersuchungsgruppen beruhen, wurden durch die vorliegende Studie 3 (die diese Einschränkung nicht besitzt) bestätigt. Insgesamt steht der heutigen sozialen Aufmerksamkeitsforschung mit /virtueller Realität/ ein neuer technischer Ansatz zur Verfügung, der die Grenzen bisheriger experimenteller Forschung verschiebt. Die traditionelle Abwägung zwischen ökologische Validität und experimenteller Kontrolle wird damit hinfällig und in Laboruntersuchungen kann die Realität extrem nah nachgebildet werden. Abschließend werden in dieser Arbeit die Möglichkeiten und die praktische Umsetzung dieser Technologie beschrieben und diskutiert. Dabei wird auch kritisch beleuchtet, inwiefern mit dieser Entwicklung auch in Zukunft noch eine konstruktive Einordnung von verschiedenen Laboruntersuchungen gewährleistet werden kann.

Neben der ausführlichen Einführung in das Rahmenthema ‚Gedächtnis‘ finden sich hier die Druckversionen der fünf Vorträge, die die Erlanger Kolleginnen und Kollegen, Prof. Dr. Yesim Erim, PD. Dr. Sven Grampp, Prof. Dr. Frieder R. Lang, Dr. Michael Schwarz und PD Dr. Gerd Sebald im Rahmen der Erlanger Universitätstage 2021 gehalten haben. Aus den Perspektiven der Psychosomatik/Psychotherapie, der Medienwissenschaft, der Psychogerontologie, der Neurologie und der Soziologie gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, dem Thema neue spannende Aspekte abzugewinnen. Trotz des hohen intellektuellen Niveaus dieser Vorträge bleiben sie für ein breites Publikum verständlich., This volume presents the printed versions of five lectures focussing on the issue of 'memory'. These lectures were held on the occasion of the Erlanger Universitätstage from 23 February to 23 March 2021 in Amberg and from 21 October to 25 November 2021 in Ansbach. Five Erlangen scholars and scientists, Prof. Dr. Yesim Erim, PD Dr. Sven Grampp, Prof. Dr. Frieder R. Lang, Dr. Michael Schwarz and PD Dr. Gerd Sebald, – representing the disciplines of Psychotherapy, Media Studies, Psychogerontology, Neuropsychology and Sociology – delivered enthralling lectures analysing diverse complex phenomena of 'memory' from their respective specialist perspectives. Despite the high intellectual standards of these papers they remain understandable to a wide audience., Erlanger Universitätstage; 2021

Distributed practice is a well-known learning strategy whose beneficial effects on long-term learning are well proven by various experiments. In learning from texts, the benefits of distribution might even go beyond distributed practice, i.e. distribution of repeated materials. In realistic learning scenarios as for example school or university learning, the reader might read multiple texts that not repeat but complement each other. Therefore, distribution might also be implemented between multiple texts and benefit long-term learning in analogy to distributed practice. The assumption of beneficial effects of this distributed learning can be deduced from theories about text comprehension as the landscape model of reading (van den Broek et al., 1996) in combination with theories of desirable difficulties in general (R. A. Bjork & Bjork, 1992) and distributed practice in particular (Benjamin & Tullis, 2010). This dissertation aims to investigate (1) whether distributed learning benefits learning; (2) whether the amount of domain-specific prior knowledge moderates the effects of distribution, (3) whether distributed learning affects the learner’s meta-cognitive judgments in analogy to distributed practice and (4) whether distributed practice is beneficial for seventh graders in learning from single text. In Experiment 1, seventh graders read two complementary texts either massed or distributed by a lag of one week between the texts. Learning outcomes were measured immediately after reading the second text and one week later. Judgements of learning were assessed immediately after each text. Experiment 2 replicated the paradigm of Experiment 1 while shortening the lag between the texts in the distributed condition to 15 min. In both experiments, an interaction effect between learning condition (distributed vs. massed) and retention interval (immediate vs. delayed) was found. In the distributed condition, the participants showed no decrease in performance between the two tests, whereas participants in the massed condition did. However, no beneficial effects were found in the delayed test for the distributed condition but even detrimental effects for the distributed condition in the immediate test. In Experiment 1, participants in the distributed condition perceived learning as less difficult but predicted lower success than the participants in the massed condition. Experiment 3 replicated the paradigm of Experiment 1 with university students in the laboratory. In the preregistered Experiment 4, an additional retention interval of two weeks was realized. In both experiments, the same interaction between learning condition and retention interval was found. In Experiment 3, the participants in the distributed condition again showed no decrease in performance between the two tests, whereas participants in the massed condition did. However, even at the longer retention interval in Experiment 4, no beneficial effects were found for the distributed condition. Domain-specific prior knowledge was positively associated with test performance in both experiments. In Experiment 4, the participants with low prior knowledge seemed to be impaired by distributed learning, whereas no difference was found for participants with medium or high prior knowledge. In the preregistered Experiment 5, seventh graders read a single text twice. The rereading took place either massed or distributed with one week. Immediately after rereading, judgements of learning were assessed. Learning outcomes were assessed four min after second reading or one week later. Participants in the distributed condition predicted lower learning success than participants in the massed condition. An interaction effect between learning condition and retention interval was found, but no advantage for the distributed condition. Participants with low domain-specific prior knowledge showed lower performance in short-answer questions in the distributed condition than in the massed condition. Overall, the results seem less encouraging regarding the effectiveness of distribution on learning from single and multiple texts. However, the experiments reported here can be perceived as first step in the realistic investigation of distribution in learning from texts., Verteiltes Üben ist eine bekannte Lernstrategie, deren positiver Effekt auf die langfristigen Behaltensleistung in vielen Experimenten gezeigt wurde. Beim Lernen mit Texten können die Vorteile der Verteilung von Lerninhalten sogar über verteiltes Üben, also die Verteilung von sich wiederholenden Materialien, hinausgehen. In realistischen Lernszenarien, wie zum Beispiel Lernen in der Schule oder Universität, werden multiple Texte gelesen, die einander nicht wiederholen, sondern ergänzen. Verteilung im Sinne des verteilten Übens könnte demensprechend auch zwischen diesen multiplen Texten eingesetzt werden und analog zum verteilten Üben langfristiges Behalten fördern. Annahmen über eine Wirksamkeit dieses sogenannten verteilten Lernens können von Theorien zum Textverständnis wie zum Beispiel dem Landscape Model of Reading (van den Broek et al., 1996) in Kombination mit Theorien zu wünschenswerten Erschwernissen im Allgemeinen (R. A. Bjork & Bjork, 1992) und verteiltem Üben im Besonderen (Benjamin & Tullis, 2010) abgeleitet werden. In dieser Dissertation soll untersucht werden, (1) ob verteiltes Lernen Behalten fördert, (2) ob die Ausprägung des domänenspezifischen Vorwissens die Effekte des verteilten Lernens moderiert, (3) ob verteiltes Lernen die meta-kognitive Beurteilung des Lernprozesses des Lernenden beeinflusst und (4) ob verteiltes Üben für 7. Klässler*innen beim Lernen mit einzelnen Texten vorteilhaft ist. Im ersten Experiment lasen 7. Klässler*innen zwei komplementäre Texte entweder massiert oder verteilt mit einem Abstand (lag) von einer Woche. Die Behaltensleistung wurde unmittelbar nach dem Lesen des zweiten Textes und eine Woche später erfasst. Die Beurteilung des Lernprozesses wurde direkt nach dem Lesen eines Textes erhoben. Experiment 2 replizierte das Paradigma von Experiment 1, wobei der Abstand zwischen den Texten in der verteilten Bedingung auf 15 Min reduziert wurde. In beiden Experimenten wurde eine Interaktion zwischen der Lernbedingung (massiert vs. verteilt) und dem Behaltensintervall (unmittelbar vs. später) gefunden. In der verteilten Bedingung zeigten die Teilnehmenden keine Verringerung in der Leistung zwischen den beiden Tests, die Teilnehmenden in der massierten Bedingung jedoch schon. Trotzdem wurden keine Vorteile des verteilten Lernens beim späteren Test gefunden. Stattdessen zeigten sich unmittelbar nach dem Lernen Nachteile des verteilten Lernens. In Experiment 1 nahmen die Teilnehmenden der verteilten Bedingung das Lernen als weniger schwierig wahr, erwarteten jedoch geringeren Lernerfolg als Teilnehmende der massierten Bedingung. Experiment 3 replizierte das Paradigma von Experiment 1 mit Studierenden in einem Laborsetting. In dem präregistrierten Experiment 4 wurde ein Behaltensintervall von zwei Wochen ergänzt. In beiden Experimenten fand sich eine ähnliche Interaktion zwischen Lernbedingung und Behaltensintervall. In Experiment 3 zeigten die Teilnehmenden in der verteilten Bedingung erneut keine Verringerung in der Leistung zwischen den zwei Tests, in der massierten Bedingung jedoch schon. Es fanden sich jedoch keine Vorteile des verteilten Lernens, auch nicht nach dem längeren Behaltensintervall in Experiment 4. Domänenspezifisches Vorwissen stand in beiden Experimenten in einem positiven Zusammenhang mit der Behaltensleistung. In Experiment 4 zeigten die Teilnehmenden mit geringem Vorwissen geringere Behaltensleistungen, wenn sie verteilt lernten, während keine derartigen Unterschiede für Teilnehmende mit mittlerem oder hohem Vorwissen gefunden wurden. Im präregistrierten Experiment 5 lasen 7. Klässler*innen einen einzelnen Text zweimal. Das zweite Lesen erfolgte hier entweder unmittelbar (massiert) oder nach einer Woche (verteilt). Unmittelbar nach dem zweiten Lesen wurden die Beurteilung des Lernprozesses erhoben. Die Behaltensleistung wurde 4 Minuten oder eine Woche nach dem zweiten Lesen erfasst. Teilnehmende in der verteilten Bedingung erwarteten geringeren Lernerfolg als Teilnehmende in der massierten Bedingung. Es wurde ein Interaktionseffekt zwischen der Lernbedingung und dem Behaltensintervall gefunden, aber kein Vorteil für die verteilte Bedingung. In der verteilten Bedingung zeigten Teilnehmende mit geringem Vorwissen geringere Leistung bei Fragen im Kurzantwortformat als vergleichbare Teilnehmende in der massierten Bedingung. Zusammenfassend wirken diese Ergebnisse wenig vielversprechend bezüglich der Wirksamkeit des verteilten Lernens und Übens mit einzelnen und multiplen Texten. Trotzdem sind die hier berichteten Experimente als ein erster Schritt zur Untersuchung des Verteilungseffektes beim Lernen mit Texten in realistischen Lernszenarien zu betrachten.

Improving retention of learned content by means of a practice test is a learning strategy that has been researched since a century and has been consistently found to be more effective than comparable learning strategies such as restudy (i.e., the testing effect). Most importantly, practicing test questions has been found to outperform restudy even when no additional information about the correct answers was provided to practice test takers, rendering practice tests effective and efficient in fostering retention of learning content. Since 15 years, additional scientific attention is devoted to this memory phenomenon and additional research investigated to what extend practicing test questions is relevant in real-world educational settings. This dissertation first presents the evidence for testing effects in applied educational settings by presenting key publications and presenting findings from a methodological review conducted for this purpose. Within this dissertation, theories are presented why practicing test questions should benefit learning in real-world educational settings even without the provision of additional information and key variables for the effectiveness of practicing test questions are presented. Four studies presented in this dissertation aimed at exploring these assumptions in actual university classrooms while also trying to implement new methods of practicing learning content and thus augment course procedures. Findings from these studies—although not often consistent—will be incorporated and interpreted in the light of the theoretical accounts on the testing effect. The main conclusion that can be drawn from this dissertation is that, given the right circumstances, practicing test questions can elicit beneficial effects on the retention of learning content that are independent of additional information and thus taking a practice test per se, can foster retention of real-world learning content., Seit einem Jahrhundert wird die positive Wirkung von Abrufübungen auf das Behalten gelernter Inhalte untersucht. Diese Untersuchungen belegen durchgängig, dass Abrufübungen für das Behalten förderlicher sind als vergleichbare Lernaktivitäten wie beispielsweise nochmaliges Lesen (Der Testungseffekt). Der Testungseffekt ist besonders bedeutsam wenn er in Settings untersucht wird in denen keine Informationen über die Richtigkeit des abgelegten Tests an die Lernenden gegeben werden und somit belegen, dass Abrufübungen nicht nur effektive sondern auch effiziente Methoden der Behaltensförderung darstellen. Seit 15 Jahren intensiviert sich das wissenschaftliche Interesse am Testungseffekt und immer mehr Forschung untersucht auch das Ausmaß der Übertragbarkeit auf reale Lernumgebungen. Diese Dissertation stellt zuerst Befunde aus Untersuchungen des Testungseffekts in angewandten Lernsettings dar, wobei zentrale Studien besprochen werden und hier ein eigens zu diesem Zweck angestelltes methodisches Review vorgestellt wird. Innerhalb der Dissertationen werden Theorien erläutert, warum Abrufübungen in realen Lernsettings das Behalten auch ohne zusätzliche Darbietung der korrekten Antwort fördern sollten und welche Variablen dafür essentiell sind. In dieser Dissertation warden zudem vier Studien präsentiert, die diese Variablen in universitären Lernumgebungen untersuchten, teilweise mit dem Ziel, Abrufübungen noch effektiver zu machen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus diesen vier Studien—obwohl sie nicht immer konsistent sind—werden abschließend diskutiert und in Bezug zu den vorgestellten Theorien gesetzt. Eine zetrale Schlussfolgerung aus den vorgestellten Studien ist die Erkenntnis, dass unter den richtigen Bedingungen Abrufübungen den Testungseffekt hervorrufen können, die unabhängig von zusätlicher Information sind und dass es demnach die Abrufübung per se ist, die zum Behalten gelernter Information beiträgt.

Die Validität gilt als vorrangiges Gütekriterium eines Testinstruments. Ziel dieser Arbeit ist es, eine erste Validierungsstudie im Sinne der konvergenten und divergenten Validität an den Testparametern einer computerisierten kognitiven Testbatterie (CCTB) vorzunehmen, welche die Merkfähigkeit, Konzentration in Verbindung mit Verarbeitungsgeschwindigkeit und logisches Denken erfasst. Neben den theoretischen Grundlagen und dem aktuellen Forschungsstand stellt die empirische Hypothesenprüfung die Basis dieser Arbeit dar. Die Untersuchung wird in Form eines Querschnittdesigns durchgeführt. Als Validierungsinstrumente wurden der SyndromKurz-Test und das Motreal Cognitive Assessment verwendet. Insgesamt nahmen 51 Personen an der Untersuchung teil, von denen 24 zum ersten Mal in Kontakt mit der CCTB kamen, während die restlichen 27 innerhalb eines kognitiven Trainingsprogramms bereits den Umgang mit der CCTB erlernen konnten. Zur Prüfung der Hypothesen wurden bivariate Korrelationsanalysen durchgeführt, während die Analyse der explorativen Untersuchungsfragen mittels Korrelationsanalysen und exploratorischer Faktorenanalyse erfolgte. Die meisten Korrelationen der CCTB-Tests zeigen einen moderaten bis starken positiven Zusammenhang mit konstruktähnlichen Testparametern und sprechen somit für die konvergente Validität des Verfahrens. Hinsichtlich der divergenten Validität konnten die zu erwartenden Ergebnisse nur teilweise bestätigt werden. Aus der explorativen Faktorenanalyse geht eine zweifaktorielle Struktur der CCTB mit den Dimensionen Merkfähigkeit und geschwindigkeitsabhängige, bewusste kognitive Prozesse hervor., Validity is considered to be the primary quality criterion of a test instrument. This work aims to conduct a first validation study in terms of convergent and divergent validity on the test parameters of a computerized cognitive test battery (CCTB), which measures memory, concentration in connection with processing speed and logical reasoning. In addition to the theoretical foundations and the current state of research, empirical hypothesis testing forms the basis of this work. The investigation is carried out in the form of a cross-sectional design. The Syndrome Short Test and the Montreal Cognitive Assessment are used as validation instruments. A total of 51 subjects participate in the study, 24 of whom come into contact with the CCTB for the first time, while the remaining 27 have already been able to learn how to use the CCTB within a cognitive training program. Bivariate correlation analyses will be conducted to test the hypotheses, while correlation analyses and exploratory factor analysis will be used to analyze the exploratory research questions. Most correlations of the CCTB tests show a moderate to strong positive correlation with construct-like test parameters and thus speak for the convergent validity of the CCTB. With regard to divergent validity, the expected results can only be partially confirmed. From the explorative factor analysis, a two-factorial structure of the CCTB with the dimensions memorability and speed-dependent, conscious cognitive processes emerges.

The “active self” approach suggests that any object we manipulate voluntarily and foreseeably becomes part of our “self” in the sense that we feel control over this object (sense of agency) and experience it as belonging to our own body (sense of ownership). While there is considerable evidence that we can indeed experience both a sense of agency and a sense of ownership over a broad variety of objects when we control these through our actions, the approach has also been criticized for exaggerating the flexibility of the human self. In this thesis, I investigate the influence that the relationship between the body movements controlling an object and the movements of the object itself has on the process of integrating an object into the self. I demonstrate that fully controlling an object is not sufficient for it to be integrated into the self since both explicit and implicit measures of the sense of agency and the sense of ownership indicate less or no integration when body movements are transformed into inverted object movements. Furthermore, I show that such inversions lead to the downregulation of sensory signals either from the body or from the controlled object in order to deal with the conflicting multisensory information when performing such actions. I argue that this downregulation is the underlying factor behind the diminished or eliminated integration of inverted body and object movements and I discuss further pathways for possible future studies building up on these findings., Der “Active Self”-Ansatz sagt aus, dass jedes Objekt, welches wir willentlich und vorhersehbar manipulieren, Teil unseres „Selbst“ wird in dem Sinne, dass wir Kontrolle über dieses Objekt empfinden (Sense of agency) und es als zu unserem eigenen Körper zugehörig erleben (Sense of ownership). Während es eine beträchtliche Menge an Evidenz dafür gibt, dass wir tatsächlich sowohl Sense of agency als auch Sense of ownership für eine breite Vielfalt an Objekten empfinden können, wenn wir diese durch unsere Handlungen kontrollieren, wurde der Ansatz auch dafür kritisiert die Flexibilität des menschlichen Selbst über zu strapazieren. In dieser Arbeit untersuche ich den Einfluss, den die Beziehung zwischen den Körperbewegungen, welche ein Objekt kontrollieren, und den Bewegungen des Objekts selbst auf den Integrationsprozess eines Objekts in das Selbst hat. Ich demonstriere, dass ein Objekt vollständig zu kontrollieren nicht ausreichend ist, damit es in das Selbst integriert wird, da sowohl explizite als auch implizite Maße für Sense of agency und Sense of ownership weniger oder keine Integration zeigen, wenn Körperbewegungen in invertierte Objektbewegungen transformiert werden. Darüber hinaus zeige ich, dass solche Invertierungen zur Herunterregulierung sensorischer Signale entweder vom Körper oder vom kontrollierten Objekt führen, um mit der konfligierenden multisensorischen Information umzugehen, wenn solche Handlungen ausgeführt werden. Ich argumentiere, dass diese Herunterregulierung der zugrundeliegende Faktor ist für die verringerte oder eliminierte Integration invertierter Körper- und Objektbewegungen und ich diskutiere weitere Richtungen für mögliche zukünftige Studien, die auf diesen Befunden aufbauen.

Die vorliegende kumulative Dissertation beschäftigt sich mit der Fragestellung, welches Potenzial sich aus der Berücksichtigung von Embodiment-Theorien für die Pädagogik ergeben kann. Embodiment bzw. Embodied Cognition (dt. verkörperte Kognition) beschreibt eine Sammlung interdisziplinärer Ansätze innerhalb der neueren Kognitionswissenschaften, die kognitive Prozesse nicht rein geistig verorten, sondern als ein Zusammenspiel aus Geist, Körper und Umwelt betrachten. Im Rahmen der Einleitung findet zunächst eine kurze Darstellung des Forschungsbedarfs und eine Erläuterung der Untersuchungsgegenstände statt. Um eine theoretische Basis für die vorliegende Arbeit zu schaffen, werden im Anschluss die Grundgedanken von Embodiment-Ansätzen kontrastierend zu klassischen Kognitionstheorien vorgestellt. Nach einer allgemeinen theoretischen Einführung zu Embodiment erfolgt eine Überleitung zum Bereich der Pädagogik und damit eine Untersuchung der Thematik hinsichtlich ihrer Relevanz für Lehr- und Lernprozesse. Vor dem Hintergrund der Fragestellung, ob Embodiment zu einem Paradigmenwechsel in der Pädagogik führen kann, bestand das Ziel der Arbeit zum einen darin, bisherige (aus pädagogischer Sicht relevante) Erkenntnisse zu Embodiment aufzubereiten und basierend darauf, anhand zweier empirischer Untersuchungen, konkrete Effekte von Embodiment zu erfassen und hinsichtlich ihrer Bedeutung für Lehr- und Lernkontexte zu diskutieren. Dieses Ziel wurde schrittweise anhand dreier Publikationen verfolgt, welche den Kern der vorliegenden Dissertation bilden und inhaltlich aufeinander aufbauen. Publikation 1 („Embodiment – Die unterschätzte Rolle des Körpers im Lernprozess: Ein Paradigmenwechsel in der Schulpädagogik?“) umfasst eine Sammlung und Systematisierung ausgewählter Einzelbefunde der Embodiment-Forschung auf Theorieebene, wobei der Fokus auf der Beleuchtung bisheriger Forschung aus schulpädagogischer Perspektive liegt. Publikation 1 schließt mit dem Fazit, dass sich aus der Berücksichtigung von Erkenntnissen zu Embodiment wichtige Optimierungsmöglichkeiten für Lehr- und Lernprozesse ergeben können. Publikation 1 ist außerdem der Ausgangspunkt für Publikationen 2 und 3, zwei in Kapitel 3.2 dargelegte empirische Untersuchungen. In Publikation 2 („I sat, I felt, I performed: Posture Effects on Mood and Cognitive Performance“) erfolgt eine theoretische und empirische Auseinandersetzung mit Effekten von Stimmungen und Körperhaltungen auf Aspekte kognitiver Leistung (Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit in einem Aufmerksamkeits- und Konzentrationstest). Hierbei liegt der Fokus auf einer vergleichenden Betrachtung aufrechter und gebeugter Körperhaltungen. Entgegen den meisten bisherigen Untersuchungen bestand der Anspruch unter anderem in einer weitgehend impliziten Manipulation der Körperhaltung. Basierend auf vorangegangener Literatur, galt es die Hypothesen zu testen, dass 1) aufrechte Körperhaltungen mit positiverer Stimmung korrelieren, 2) aufrechte Körperhaltungen zu einer höheren Bearbeitungsgeschwindigkeit in einem Konzentrationstest führen, 3) gebeugte Körperhaltungen hingegen eine genauere Bearbeitung fördern sowie, dass 4) Effekte von Körperhaltungen auf kognitive Leistung durch Stimmung mediiert werden. Die Teilnehmenden bearbeiteten hierfür einen Konzentrationstest sowie einen Fragebogen zu ihrer Befindlichkeit. Es zeigte sich, dass Personen in der aufrechten Bedingung eine positivere Stimmung empfanden und verglichen mit der gebeugten Bedingung bei dem Konzentrationstest schneller arbeiteten. Effekte auf die Bearbeitungsgenauigkeit ließen sich jedoch in der vorliegenden Stichprobe nicht beobachten. Auch eine Mediation der Effekte von Körperhaltung auf Bearbeitungsgeschwindigkeit durch Stimmung ist in den Daten nicht zu erkennen. Es werden daher mögliche Limitationen und alternative Erklärungen diskutiert. In Publikation 3 („Offene Haltung, offenes Denken? Effekte von Körperhaltungen auf kreative Leistung“) galt es, basierend auf dem Studiendesign von Publikation 2, Effekte aufrechter und gebeugter Körperhaltungen auf kreative Denkprozesse zu untersuchen. Zur Erfassung des kreativen Denkens wurde sich für einen Test zu divergentem Denken entschieden. Die Daten lassen darauf schließen, dass aufrechte Körperhaltungen nicht nur positive Auswirkungen auf die Befindlichkeit zeigen, sondern außerdem auch förderliche Effekte auf die Ideenflüssigkeit und Originalität bei kreativem Denken haben. Auch hier ließ sich jedoch keine Mediation durch Stimmung erkennen, mögliche alternative Hintergründe werden diskutiert. Zusammenfassend wird, basierend auf den Ergebnissen der vorliegenden Dissertation, postuliert, dass Ansätze des Embodiments im Rahmen von Lehr- und Lernprozessen stärkere Berücksichtigung finden sollten. This cumulative dissertation addresses the question of what potential can arise for pedagogy from considering embodiment theories. Embodiment or Embodied Cognition describes a collection of interdisciplinary approaches within the recent cognitive sciences, which do not locate cognitive processes purely mentally, but consider them as an interplay of mind, body, and environment. Within the introduction, there is first a brief description of the research needs and an explanation of the objects of investigation. To provide a theoretical basis for the present work, the basic ideas of embodiment approaches are then presented in contrast to classical theories of cognition. A general theoretical introduction to embodiment is followed by a transition to the field of pedagogy and thus an examination of the topic regarding its relevance for teaching and learning processes. Against the background of the question whether embodiment can lead to a paradigm shift in pedagogy, the aim of the work was on the one hand to process previous (from a pedagogical point of view relevant) findings on embodiment and based on this, based on two empirical studies, to record concrete effects of embodiment and to discuss them regarding their relevance for teaching and learning contexts. This goal was pursued step by step based on three publications, which form the core of the present dissertation and build on each other in terms of content. Publication 1 ("Embodiment - The Underestimated Role of the Body in the Learning Process: A Paradigm Shift in School Pedagogy?") comprises a collection and systematization of selected individual findings of embodiment research on a theoretical level, with a focus on illuminating previous research from a school pedagogical perspective. Publication 1 concludes that important optimization opportunities for teaching and learning processes can result from considering findings on embodiment. Publication 1 is also the starting point for publications 2 and 3, two empirical studies presented in chapter 3.2. In Publication 2 ("I sat, I felt, I performed: Posture Effects on Mood and Cognitive Performance"), a theoretical and empirical examination of effects of moods and postures on aspects of cognitive performance (processing speed and accuracy in an attention and concentration test) is conducted. Here, the focus is on a comparative examination of upright and slumped postures. Contrary to most previous research, one of the claims was a largely implicit manipulation of posture. Based on previous literature, we aimed to test the hypotheses that 1) upright postures correlate with more positive mood, 2) upright postures lead to a higher processing speed in a concentration test, 3) slumped postures, on the other hand, promote more accurate processing, and that 4) effects of postures on cognitive performance are mediated by mood. The participants completed a concentration test and a questionnaire on their mood. It was found that people in the upright condition experienced a more positive mood and worked faster on the concentration test compared to the slumped condition. However, effects on processing accuracy could not be observed in the present sample. Also, mediation of the effects of posture on processing speed by mood is not evident in the data. Possible limitations and alternative explanations are therefore discussed. In publication 3 ("Open posture, open thinking? Effects of Posture on Creative Performance"), based on the study design of publication 2, the aim was to investigate effects of upright and slumped postures on creative thinking processes. A divergent thinking test was chosen to assess creative thinking. The data suggest that upright postures not only show positive effects on state of mind, but furthermore have beneficial effects on fluency and originality in creative thinking. Again, however, no mediation by mood could be identified, and possible alternative backgrounds are discussed. In summary, based on the results of this dissertation, it is postulated that embodiment approaches should receive greater consideration in the context of teaching and learning processes.

Spontaneous brain activity builds the foundation for human cognitive processing during external demands. Neuroimaging studies based on functional magnetic resonance imaging (fMRI) identified specific characteristics of spontaneous (intrinsic) brain dynamics to be associated with individual differences in general cognitive ability, i.e., intelligence. However, fMRI research is inherently limited by low temporal resolution, thus, preventing conclusions about neural fluctuations within the range of milliseconds. Here, we used resting-state electroencephalographical (EEG) recordings from 144 healthy adults to test whether individual differences in intelligence (Raven’s Advanced Progressive Matrices scores) can be predicted from the complexity of temporally highly resolved intrinsic brain signals. We compared different operationalizations of brain signal complexity (multiscale entropy, Shannon entropy, Fuzzy entropy, and specific characteristics of microstates) regarding their relation to intelligence. The results indicate that associations between brain signal complexity measures and intelligence are of small effect sizes (r~ .20) and vary across different spatial and temporal scales. Specifically, higher intelligence scores were associated with lower complexity in local aspects of neural processing, and less activity in task-negative brain regions belonging to the defaultmode network. Finally, we combined multiple measures of brain signal complexity to show that individual intelligence scores can be significantly predicted with a multimodal model within the sample (10-fold cross-validation) as well as in an independent sample (external replication,N= 57). In sum, our results highlight the temporal and spatial dependency of associations between intelligence and intrinsic brain dynamics, proposing multimodal approaches as promising means for future neuroscientific research on complex human traits.Significance StatementSpontaneous brain activity builds the foundation for intelligent processing - the ability of humans to adapt to various cognitive demands. Using resting-state EEG, we extracted multiple aspects of temporally highly resolved intrinsic brain dynamics to investigate their relationship with individual differences in intelligence. Single associations were of small effect sizes and varied critically across spatial and temporal scales. However, combining multiple measures in a multimodal cross-validated prediction model, allows to significantly predict individual intelligence scores in unseen participants. Our study adds to a growing body of research suggesting that observable associations between complex human traits and neural parameters might be rather small and proposes multimodal prediction approaches as promising tool to derive robust brain-behavior relations despite limited sample sizes.

The human brain is equipped with the ability to plan ahead, i.e. to mentally simulate the expected consequences of candidate actions to select the one with the most desirable expected long-term outcome. Insufficient planning can lead to maladaptive behaviour and may even be a contributory cause of important societal problems such as the depletion of natural resources or man-made climate change. Understanding the cognitive and neural mechanisms of forward planning and its regulation are therefore of great importance and could ultimately give us clues on how to better align our behaviour with long-term goals. Apart from its potential beneficial effects, planning is time-consuming and therefore associated with opportunity costs. It is assumed that the brain regulates the investment into planning based on a cost-benefit analysis, so that planning only takes place when the perceived benefits outweigh the costs. But how can the brain know in advance how beneficial or costly planning will be? One potential solution is that people learn from experience how valuable planning would be in a given situation. It is however largely unknown how the brain implements such learning, especially in environments with large state spaces. This dissertation tested the hypothesis that humans construct and use so-called control contexts to efficiently adjust the degree of planning to the demands of the current situation. Control contexts can be seen as abstract state representations, that conveniently cluster together situations with a similar demand for planning. Inferring context thus allows to prospectively adjust the control system to the learned demands of the global context. To test the control context hypothesis, two complex sequential decision making tasks were developed. Each of the two tasks had to fulfil two important criteria. First, the tasks should generate both situations in which planning had the potential to improve performance, as well as situations in which a simple strategy was sufficient. Second, the tasks had to feature rich state spaces requiring participants to compress their state representation for efficient regulation of planning. Participants’ planning was modelled using a parametrized dynamic programming solution to a Markov Decision Process, with parameters estimated via hierarchical Bayesian inference. The first study used a 15-step task in which participants had to make a series of decisions to achieve one or multiple goals. In this task, the computational costs of accurate forward planning increased exponentially with the length of the planning horizon. We therefore hypothesized that participants identify ‘distance from goal’ as the relevant contextual feature to guide their regulation of forward planning. As expected we found that participants predominantly relied on a simple heuristic when still far from the goal but progressively switched towards forward planning when the goal approached. In the second study participants had to sustainably invest a limited but replenishable energy resource, that was needed to accept offers, in order to accumulate a maximum number of points in the long run. The demand for planning varied across the different situations of the task, but due to the large number of possible situations (n = 448) it would be difficult for the participants to develop an expectation for each individual situation of how beneficial planning would be. We therefore hypothesized, that to regulate their forward planning participants used a compressed tasks representation, clustering together states with similar demands for planning. Consistent with this, reaction times (operationalising planning duration) increased with trial-by-trial value-conflict (operationalising approximate planning demand), but this increase was more pronounced in a context with generally high demand for planning. We further found that fMRI activity in the dorsal anterior cingulate cortex (dACC) increased with conflict, but this increase was more pronounced in a context with generally high demand for planning as well. Taken together, the results suggest that the dACC integrates representations of planning demand on different levels of abstraction to regulate prospective information sampling in an efficient and situation-appropriate way. This dissertation provides novel insights into the question how humans adapt their planning to the demands of the current situation. The results are consistent with the view that the regulation of planning is based on an integrated signal of the expected costs and benefits of planning. Furthermore, the results of this dissertation provide evidence that the regulation of planning in environments with real-world complexity critically relies on the brain’s powerful ability to construct and use abstract hierarchical representations.

The prediction of human locomotion behavior is a complex task based on data from the given environment and the user. In this study, we trained multiple machine learning models to investigate if data from contemporary virtual reality hardware enables long- and short-term locomotion predictions. To create our data set, 18 participants walked through a virtual environment with different tasks. The recorded positional, orientation- and eye-tracking data was used to train an LSTM model predicting the future walking target. We distinguished between short-term predictions of 50ms and longterm predictions of 2.5 seconds. Moreover, we evaluated GRUs, sequence-to-sequence prediction, and Bayesian model weights. Our results showed that the best short-term model was the LSTM using positional and orientation data with a mean error of 5.14 mm. The best long-term model was the LSTM using positional, orientation and eye-tracking data with a mean error of 65.73 cm. Gaze data offered the greatest predictive utility for long-term predictions of short distances. Our findings indicate that an LSTM model can be used to predict walking paths in VR. Moreover, our results suggest that eye-tracking data provides an advantage for this task.

Im Jahr 1595 erschien in Frankfurt an der Oder ein anonymes lateinisches Büchlein, die „neue Disputation gegen die Frauen, durch die bewiesen wird, dass sie keine Menschen seien“: Es führt mithilfe aus dem Zusammenhang gerissener und miteinander zu logischen Schlüssen verknüpfter Bibelstellen den Beweis, dass Frauen (ebenso wie Tiere) ohne Vernunft seien, nicht sündigten, nicht Gegenstand des göttlichen Erlösungswerks seien und dessen auch gar nicht bedürften. Das Werk sorgte für Aufsehen und veranlasste zahlreiche Vertreter des orthodoxen Luthertums zu Gegenschriften zur Verteidigung der Frauen. Tatsächlich war die „neue Disputation“ wohl nur als Satire auf die in Polen tolerierten Sozinianer und ihre Art, gegen die Trinitätslehre und andere Dogmen zu disputieren, gemeint. – Die in der Reihe „Bibliotheca Neolatina erschienene Neuausgabe dieses kleinen Textes ist leider in jeder Hinsicht misslungen.

Diese Arbeit untersuchte den Einfluss von Emotionen auf das Lernen und wie Studierende motiviert werden, mithilfe sozialer Merkmale Mathematik zu lernen. Hierzu wurden ein Experiment zur Höflichkeit und zwei Experimente zu dekorativen Bildern durchgeführt. Im ersten Experiment (N = 277) wurden die Teilnehmer einer von vier Gruppen (Faktoren Instruktion und Feedback) mit Manipulation der Höflichkeit (höflich vs. direkt) zugeordnet. Die Studierenden mussten im Rahmen eines Online-Maschinenbaukurses Themen aus der höheren Mathematik lernen. Es mussten vier Kapitel abgeschlossen und vier Posttests durchgeführt werden, um das erlernte Wissen zu kontrollieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Höflichkeit im Feedback die Studierende motivierte, länger zu üben und zu höheren Lernergebnissen führte. Höflichkeit in den Instruktionen hatte jedoch keinen Einfluss auf das Lernen. Es wurde angenommen, dass Höflichkeit in Instruktionen nicht so einflussreich ist wie Höflichkeit im Feedback und daher hatten die Änderungen in Instruktionen keinen Einfluss auf das Lernen. Anschließend wurden dekorative Bilder verwendet, um den Einfluss weiterer sozialer Prozesse auf das Lernen zu untersuchen. Die Bilder enthielten keine Lerninformationen, waren jedoch kontextbezogen und sollten die Emotionen der Teilnehmer beeinflussen, um ihr Lernen zu verbessern. Insgesamt wurden zwei Experimente mit dekorativen Bildern und identischen Faktoren durchgeführt. Die Experimente untersuchten die Einflüsse von Mastery- und Coping-Modellen mithilfe von positiven und negativen dekorativen Bildern. Dabei wurden die Faktoren Bild im ersten Abschnitt (positiv vs. negativ) und Bild im zweiten Abschnitt (positiv vs. negativ) verwendet. Im ersten Experiment (N = 100) mussten die Studierende über nichtparametrische Tests lernen. Die Ergebnisse zeigen, dass das erste positive dekorative Bild die Lernergebnisse im ersten Abschnitt verbesserte, während das zweite positive dekorative Bild die intrinsische und extrinsische kognitive Belastung verringerte. Die Ergebnisse unterstützen teilweise das Mastery-Modell. Dekorative Bilder hatten jedoch keinen Einfluss auf die Lernergebnisse im zweiten Abschnitt einschließlich Behalten, Transfer, lernrelevanter kognitiver Belastung und Emotionen. Höchstwahrscheinlich war die emotionale Induktion durch dekorative Bilder zu schwach. Um den Einfluss dekorativer Bilder auf das Lernen zu erhöhen, wurde ein neues Experiment (N = 92) mit einer wiederholten Präsentation der Bilder (jedes Bild wurde viermal gezeigt) vorbereitet. Darüber hinaus wurden im Gegensatz zum vorherigen Experiment die Bilder mit den Lernmaterialien (logarithmische Aufgaben) kombiniert. Unerwartet hatten dekorative Bilder im Experiment keinen Einfluss. Möglicherweise wurden die Bilder übersehen. Insgesamt hatten die sozialen Hinweiszeichen beim Lernen im Mathematik-Online-Kurs einen gewissen Einfluss auf die Teilnehmer. Emotionen sollten jedoch bei allen Experimenten eine Rolle spielen. Im ersten Experiment waren die Teilnehmer motiviert, durch höfliches Feedback zu lernen, aber die Höflichkeit in den Instruktionen war nicht wichtig. Im zweiten Experiment beeinflusste die Valenz der Bilder das Lernen, da das erste positive Bild die Lernergebnisse teilweise verbesserte und die kognitive Belastung verringerte. Die Positionen der Bilder sollten jedoch berücksichtigt werden. Im dritten Experiment führte die Kombination der Bilder und Lernmaterialien auf denselben Seiten dazu, dass die Teilnehmer die Bilder ignorierten.:Danksagung 4 Zusammenfassung 5 Abstract 7 Introduction and Theories 9 Introduction and Overview 9 Cognitive Load Theory 10 Cognitive Theory of Multimedia Learning 11 Cognitive-Affective Theory of Learning with Multimedia 12 Cognitive-Affective-Social Theory of Learning with Media 13 Design Effects 14 Introduction and Overview 14 An Overview on Politeness Research 15 Decorative Pictures and Learning with Multimedia 17 Methods 20 Participants and Design 20 Learning Materials 21 Measures 22 Results and Discussion 23 Summary of Results and Conclusion 23 Implications 25 Limitations and Future Directions 25 References 27 Appendix: Publications 34 Boundary Conditions of the Politeness Effect in Online Mathematical Learning 35 The Influence of Affective Decorative Pictures on Learning Statistics Online 45 Does the Position and Emotional Valence of Decorative Pictures (in Multimedia Learn-ing) Influence Learning Performance? 58 Lebenslauf 94 Selbständigkeitserklärung 99 This work investigated the influence of emotions on learning and how to motivate students to learn mathematics with the help of social features. For this, one experiment concerning politeness and two experiments about decorative pictures were carried out. In the first experiment (N = 277), participants were assigned to one of four groups (instructions and feedback factors) with manipulation of politeness (polite vs. direct). The students had to learn topics from higher mathematics as part of an online mechanical engineering course. There were four chapters to complete and four posttests to control the knowledge learned. The results show that politeness in feedback motivated students to work longer and led to higher learning outcomes. However, politeness in instructions did not influence learning. It was assumed that politeness in instruction is not as powerful as politeness in feedback, and therefore, the changes in instruction did not influence learning. Next, decorative pictures were used to investigate the influence of further social processes on learning. The pictures contained no learning information but were context-related and should have influenced the participants’ emotions to enhance their learning. In sum, two experiments with decorative pictures and identical factors were conducted. The experiments investigated the influences of mastery and coping models with the help of positive and negative decorative pictures. The factors picture in the first section (positive vs. negative) and picture in the second section (positive vs. negative) were used. In the first experiment (N = 100), the students had to learn about nonparametric tests. The results show that the first positive decorative picture improved the learning outcomes in the first section, whereas the second positive decorative picture decreased the intrinsic and extraneous cognitive load. The results partially support the mastery model. However, decorative pictures had no influence on the learning outcomes in the second section, including retention, transfer, germane cognitive load, and emotions. Most likely, the emotional induction by decorative pictures was too weak. To increase the influence of decorative pictures on learning, a new experiment (N = 92) with a repeated presentation of the pictures (each picture was shown four times) was prepared. Furthermore, in contrast to the previous experiment, the pictures were combined with the learning materials (logarithmic tasks). Unexpectedly, decorative pictures in the experiment had no influence. Possibly, the pictures were overlooked. In summary, the social features of learning mathematics through an online course had some influence on the participants. Emotions, however, should play a role in all experiments. In the first experiment, the participants were motivated to learn through polite feedback, but politeness was not important during the instructions. In the second experiment, the valence of the pictures influenced the participants’ learning, as the first positive picture partially enhanced the learning outcomes and decreased the cognitive load. However, the positions of the pictures should be considered. In the third experiment, the combination of the pictures and learning materials on the same pages led to the participants ignoring the pictures.:Danksagung 4 Zusammenfassung 5 Abstract 7 Introduction and Theories 9 Introduction and Overview 9 Cognitive Load Theory 10 Cognitive Theory of Multimedia Learning 11 Cognitive-Affective Theory of Learning with Multimedia 12 Cognitive-Affective-Social Theory of Learning with Media 13 Design Effects 14 Introduction and Overview 14 An Overview on Politeness Research 15 Decorative Pictures and Learning with Multimedia 17 Methods 20 Participants and Design 20 Learning Materials 21 Measures 22 Results and Discussion 23 Summary of Results and Conclusion 23 Implications 25 Limitations and Future Directions 25 References 27 Appendix: Publications 34 Boundary Conditions of the Politeness Effect in Online Mathematical Learning 35 The Influence of Affective Decorative Pictures on Learning Statistics Online 45 Does the Position and Emotional Valence of Decorative Pictures (in Multimedia Learn-ing) Influence Learning Performance? 58 Lebenslauf 94 Selbständigkeitserklärung 99

It has been shown that titles influence peoples’ evaluation of visual art. However, the question of whether titles and artist names affect listeners when evaluating music has not yet been investigated. By using two well-known cognitive heuristics, the authors investigated whether names presented with music pieces influenced aesthetic and value judgments of music. Experiment 1 (N = 48) focused on linguistic fluency. The same music excerpts were presented with easy-to-pronounce (fluent) and difficult-to-pronounce (disfluent) names. Experiment 2 (N = 100) studied the affect heuristic. The same music excerpts were presented with positive (e.g., Kiss), negative (e.g., Suicide), and neutral (e.g., Window) titles. In both studies, aesthetic and value judgments of music were significantly influenced by the linguistic manipulation of the names. Participants in Experiment 1 evaluated the same music more positively when presented with fluent names compared to disfluent names. In Experiment 2, presenting the music with negative titles resulted in the lowest judgments. Moreover, music excerpts presented with neutral and negative titles were remembered significantly more often than positive titles. Finally, a comparison of the music presented with and without titles indicated that music excerpts were more liked in the presence of titles than in their absence. The present research shows different ways in which aesthetic and value judgments can be influenced by the names presented with music. Results suggest that like any other human judgment, evaluations of music also rely on heuristic principles that do not necessarily depend on the aesthetic stimuli themselves.

Bisherige Studien liefern Hinweise für das Auftreten von aktiven Prozessen der Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Diese Prozesse sind notwendig für die Regulation der Bearbeitungsreihenfolge von zwei Aufgaben. Bisher ist jedoch wenig über die kognitiven und neuronalen Mechanismen bekannt, die diesen Prozessen zugrunde liegen. Ziel der vorliegenden Dissertation war deshalb die Überprüfung eines Modells aktiver Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Das Modell nimmt an, dass diese Prozesse auf Repräsentationen zurückgreifen, die Informationen über die Verarbeitungssequenz zweier Aufgaben enthält. Zusätzlich macht das Modell Annahmen über (1) den Ort der Verarbeitung und (2) den genauen Inhalt dieser Repräsentationen. Weiterhin enthält das Modell die Annahmen, dass (3) der präfrontale Kortex kausal in Reihenfolgekoordination involviert ist und dass (4) diese Prozesse von unterschiedlichen Kriterien beeinflusst werden. In dieser Dissertation wurde das Model in einer Reihe von vier Studien überprüft. Dazu wurde ein Doppelaufgabenparadigma mit zufällig wechselnder Aufgabenreihenfolge verwendet. Ich konnte zeigen, dass die Reihenfolgerepräsentationen im Arbeitsgedächtnis aufrechterhalten und aktiv verarbeitet werden. Ich konnte weiterhin zeigen, dass diese Repräsentationen nur Information über die Sequenz der Aufgaben enthalten. Spezifische Aufgabeninformation wird hingegen separat repräsentiert. Durch den Einsatz transkranieller Magnetstimulation konnte ich zudem nachweisen, dass der präfrontale Kortex eine kausale Rolle für Reihenfolgekoordination spielt. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass Anforderungen an Reihenfolgekoordinationsprozesse in Situationen, in denen Probanden ein von außen vorgegebenes Reihenfolgekriterium befolgen, erhöht sind im Vergleich zu Situationen, in denen Probanden ein auf einer freien Wahl basierendes Kriterium nutzen können. Die Implikationen dieser Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Modells diskutiert. Evidence from behavioral as well as neurophysiological studies indicates the occurrence of active task-order coordination processes in dual-task situations. These processes are required for planning and regulating the processing sequence of two tasks that overlap in time. So far, however, the cognitive and neural mechanisms underlying active task-order coordination are highly underspecified. To tackle this issue, in the present dissertation I tested a model of task-order coordination in dual-task situations. This model assumes that task-order coordination relies on representations that contain information about the processing sequence of the two component tasks. In addition, the model includes assumptions about the (1) locus of processing as well as (2) the exact content of these order representations. The model further assumes that (3) the lateral prefrontal cortex is causally involved in implementing task-order coordination processes and that (4) these processes are affected by different order criteria. I tested this model in a series of four studies by applying a dual-task paradigm with randomly changing task order. I demonstrated that task-order representations are actively maintained and processed in working memory during dual tasking. Moreover, I found that these order representations only contain information about the processing sequence of tasks, whereas specific component task information is represented separately. By applying transcranial magnetic stimulation, I also provided evidence for the causal role of the lateral prefrontal cortex for task-order coordination. Furthermore, I showed that the demands on task-order coordination are increased when participants have to adhere to an external and mandatory order criterion compared to when they can use an internally generated order criterion that is based on free choice. The implications of these results as well as an outlook for future research will be discussed in the framework of the proposed model.

This doctoral thesis is part of a research project on the development of the cognitive compre-hension of film at Würzburg University that was funded by the German Research Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft) between 2013 and 2019 and awarded to Gerhild Nied-ing. That project examined children’s comprehension of narrative text and its development in illustrated versus non-illustrated formats. For this purpose, van Dijk and Kintsch’s (1983) tri-partite model was used, according to which text recipients form text surface and textbase rep-resentations and construct a situation model. In particular, predictions referring to the influ-ence of illustrations on these three levels of text representation were derived from the inte-grated model of text and picture comprehension (ITPC; Schnotz, 2014), which holds that text-picture units are processed on both text-based (descriptive) and picture-based (depictive) paths. Accordingly, illustrations support the construction of a situation model. Moreover, in line with the embodied cognition account (e.g., Barsalou, 1999), it was assumed that the situa-tion model is grounded in perception and action; text recipients mentally simulate the situation addressed in the text through their neural systems related to perception (perceptual simulation) and action (motor resonance). Therefore, the thesis also examines whether perceptual simula-tion takes place during story reception, whether it improves the comprehension of illustrated stories, and whether motor resonance is related to the comprehension of text accompanied by dynamic illustrations. Finally, predictions concerning the development of comprehending illus-trated text were made in line with Springer’s (2001) hypotheses according to which younger children, compared with older children and adults, focus more on illustrations during text comprehension (perceptual boundedness) and use illustrations for the development of cogni-tive skills (perceptual support). The first research question sought to validate the tripartite model in the context of children’s comprehension of narrative text, so Hypothesis 1 predicted that children yield representations of the text surface, the textbase, and the situation model during text reception. The second research question comprised the assumptions regarding the impact of illustrations on text comprehension. Accordingly, it was expected that illustrations improve the situation model (Hypothesis 2a), especially when they are processed before their corresponding text passages (Hypothesis 2b). Both hypotheses were derived from the ITPC and the assumption that per-ceptual simulation supports the situation model. It was further predicted that dynamic illustra-tions evoke more accurate situation models than static ones (Hypothesis 2c); this followed from the assumption that motor resonance supports the situation model. In line with the ITPC, it was assumed that illustrations impair the textbase (Hypothesis 2d), especially when they are presented after their corresponding text passages (Hypothesis 2e). In accordance with earlier results, it was posited that illustrations have a beneficial effect for the text surface (Hypothesis 2f). The third research question addressed the embodied approach to the situation model. Here, it was assumed that perceptual simulation takes place during text reception (Hypothesis 3a) and that it is more pronounced in illustrated than in non-illustrated text (Hypothesis 3b); the latter hypothesis was related to a necessary premise of the assumption that perceptual sim-ulation improves the comprehension of illustrated text. The fourth research question was relat-ed to perceptual boundedness and perceptual support and predicted age-related differences; younger children were expected to benefit more from illustrations regarding the situation model (Hypothesis 4a) and to simulate vertical object movements in a more pronounced fash-ion (Hypothesis 4b) than older children. In addition, Hypothesis 4c held that perceptual simu-lation is more pronounced in younger children particularly when illustrations are present. Three experiments were conducted to investigate these hypotheses. Experiment 1 (Seger, Wannagat, & Nieding, submitted).compared the tripartite representations of written text without illustrations, with illustrations presented first, and with illustrations presented after their corresponding sentences. Students between 7 and 13 years old (N = 146) took part. Ex-periment 2 (Seger, Wannagat, & Nieding, 2019) investigated the tripartite representations of auditory text, audiovisual text with static illustrations, and audiovisual text with dynamic il-lustrations among children in the same age range (N = 108). In both experiments, a sentence recognition method similar to that introduced by Schmalhofer and Glavanov (1986) was em-ployed. This method enables the simultaneous measurement of all three text representations. Experiment 3 (Seger, Hauf, & Nieding, 2020) determined the perceptual simulation of vertical object movements during the reception of auditory and audiovisual narrative text among chil-dren between 5 and 11 years old and among adults (N = 190). For this experiment, a picture verification task based on Stanfield and Zwaan’s (2001) paradigm and adapted from Hauf (2016) was used. The first two experiments confirmed Hypothesis 1, indicating that the tripartite model is appli-cable to the comprehension of auditory and written narrative text among children. A benefi-cial effect of illustrations to the situation model was observed when they were presented syn-chronously with auditory text (Hypotheses 2a), but not when presented asynchronously with written text (Hypothesis 2b), so the ITPC is partly supported on this point. Hypothesis 2c was rejected, indicating that motor resonance does not make an additional contribution to the comprehension of narrative text with dynamic illustrations. Regarding the textbase, a general negative effect of illustrations was not observed (Hypothesis 2d), but a specific negative effect of illustrations that follow their corresponding text passages was seen (Hypothesis 2e); the latter result is also in line with the ITPC. The text surface (Hypothesis 2f) appears to benefit from illustrations in auditory but not written text. The results obtained in Experiment 3 sug-gest that children and adults perceptually simulate vertical object movements (Hypothesis 3a), but there appears to be no difference between auditory and audiovisual text (Hypothesis 3b), so there is no support for a functional relationship between perceptual simulation and the situ-ation model in illustrated text. Hypotheses 4a–4c were investigated in all three experiments and did not receive support in any of them, which indicates that representations of illustrated and non-illustrated narrative text remain stable within the age range examined here., Die vorliegende Doktorthesis ist Teil eines Forschungsprojektes zur Entwicklung des kogni-tiven Filmverständnisses an der Universität Würzburg, das von der Deutschen Forschungs-gemeinschaft im Zeitraum 2013 – 2019 als Zuwendung an Gerhild Nieding finanziert wurde. In diesem Projekt wurde das Verständnis narrativer Texte mit und ohne Illustrationen bei Kindern sowie dessen Entwicklung untersucht. Zu diesem Zweck wurde van Dijk und Kintschs (1983) Drei-Ebenen-Modell verwendet, demzufolge Textrezipient*innen eine Re-präsentation der Textoberfläche und der Textbasis bilden sowie ein Situationsmodell kon-struieren. Im Speziellen wurden Vorhersagen in Bezug auf den Einfluss von Illustrationen auf diese drei Textrepräsentationsebenen vom integrierten Modell des Text- und Bildver-ständnisses (ITPC; Schnotz, 2014) abgeleitet; dieses nimmt an, dass Text-Bild-Einheiten sowohl auf einem textbasierten (deskriptiven) als auch auf einem bildbasierten (depiktiven) Pfad verarbeitet werden. Demzufolge unterstützen Illustrationen den Aufbau eines Situati-onsmodells. Darüber hinaus wurde mit Bezug auf den Ansatz der verkörperten Kognition (z.B. Barsalou, 1999) angenommen, dass das Situationsmodell im Wahrnehmen und Han-deln begründet ist; Textrezipient*innen simulieren demnach die im Text dargestellte Situati-on durch die neuronalen Systeme, die mit Wahrnehmung (perzeptuelle Simulation) und Handlung (motorische Resonanz) in Verbindung stehen. Deshalb untersucht diese Thesis auch, ob perzeptuelle Simulation während der Textrezeption stattfindet, ob diese das Verste-hen illustrierter Geschichten verbessert und ob motorische Resonanz einen Bezug zum Ver-stehen von Texten mit dynamischen Illustrationen aufweist. Schließlich wurden Vorhersagen bezüglich der Entwicklung des Verständnisses illustrierter Texte anhand von Springers (2001) Hypothesen getroffen, wonach jüngere Kinder während des Textverstehens stärker auf Illustrationen fokussieren als ältere Kinder und Erwachsene (perzeptuelle Gebundenheit) und wonach sie Illustrationen für die Entwicklung kognitiver Fertigkeiten nutzen (perzeptu-elle Unterstützung). Die erste Forschungsfrage zielte darauf ab, das Drei-Ebenen-Modell im Zusammenhang mit dem Verständnis narrativer Texte bei Kindern zu validieren, daher sagte Hypothese 1 voraus, dass Kinder während der Textrezeption Repräsentationen der Textoberfläche, der Textbasis und des Situationsmodells aufweisen. Die zweite Forschungsfrage umfasste Annahmen be-züglich des Einflusses von Illustrationen auf das Textverständnis. Demnach wurde erwartet, dass Illustrationen das Situationsmodell verbessern (Hypothese 2a), vor allem, wenn diese vor den ihr jeweils zugeordneten Textpassagen verarbeitet werden (Hypothese 2b). Beide Hypothesen wurden hergeleitet aus dem ITPC sowie aus der Annahme, dass perzeptuelle Simulation das Situationsmodell unterstützt. Es wurde ferner vorhergesagt, dass dynamische Illustrationen genauere Situationsmodelle hervorrufen als statische (Hypothese 2c); dies folg-te aus der Annahme, dass motorische Resonanz das Situationsmodell unterstützt. In Überein-stimmung mit dem ITPC wurde angenommen, dass Illustrationen die Textbasis beeinträchti-gen (Hypothese 2d), vor allem, wenn diese nach den ihnen zugeordneten Textpassagen prä-sentiert werden (Hypothese 2e). Basierend auf früheren Ergebnissen wurde für die Textober-fläche die Hypothese aufgestellt, dass Illustrationen sich günstig auswirken (Hypothese 2f). Die dritte Forschungsfrage nahm Bezug auf den verkörperten Ansatz des Situationsmodells. Hierbei wurde postuliert, dass perzeptuelle Simulationen während der Textrezeption stattfin-den (Hypothese 3a) und dass diese stärker ausgeprägt sind bei illustriertem im Gegensatz zu nicht-illustriertem Text (Hypothese 3b); letztere Hypothese stand in Zusammenhang mit ei-ner notwendigen Voraussetzung der Annahme, dass perzeptuelle Simulation das Verständnis illustrierter Texte erhöht. Die vierte Forschungsfrage stand im Kontext der Annahmen perzeptueller Gebundenheit und perzeptueller Unterstützung und sagte Altersunterschiede voraus; es wurde erwartet, dass jüngere im Gegensatz älteren Kindern in Bezug auf das Situa-tionsmodell mehr von Illustrationen profitieren (Hypothese 4a) und vertikale Objektbewe-gungen stärker simulieren (Hypothese 4b). Zudem nahm Hypothese 4c an, dass die perzeptu-elle Simulation bei jüngeren Kindern vor allem dann stärker ausgeprägt ist, wenn Illustratio-nen gezeigt werden. Zur Überprüfung dieser Hypothesen wurden drei Experimente durchgeführt. Experiment 1 (Seger, Wannagat & Nieding, eingereicht) verglich die drei Repräsentationsebenen bei schriftlichem Text ohne Illustrationen, schriftlichem Text mit Illustrationen, die vor dem jeweiligen Text erschienen und schriftlichem Text mit Illustrationen, die danach erschienen. Schüler*innen im Alter von 7 bis 13 Jahren (N = 146) nahmen daran teil. Experiment 2 (Se-ger, Wannagat & Nieding, 2019) erforschte die drei Repräsentationsebenen bei auditivem Text, audiovisuellem Text mit statischen Illustrationen und audiovisuellem Text mit dyna-mischen Illustrationen in einer Stichprobe von Kindern desselben Alters (N = 108). In bei-den Experimenten wurde eine Satzrekognitionsmethode ähnlich der von Schmalhofer und Glavanov (1986) angewendet. Diese Methode ermöglicht die simultane Messung aller drei Repräsentationsebenen. Experiment 3 (Seger, Hauf & Nieding, 2020) untersuchte die perzep-tuelle Simulation von vertikalen Objektbewegungen bei der Rezeption auditiver und audio-visueller narrativer Texte bei Kindern im Alter von 5 bis 11 Jahren sowie bei Erwachsenen (N = 190). Hierbei wurde eine Bildverifikationsaufgabe verwendet, die auf Stanfield und Zwaans (2001) Paradigma aufbaut und von Hauf (2016) adaptiert wurde. Die ersten beiden Experimente bestätigen Hypothese 1, was darauf hindeutet, dass das Drei-Ebenen-Modell auf den Kontext des Verständnisses auditiver und schriftlicher narrativer Texte bei Kindern angewendet werden kann. Eine günstige Auswirkung von Illustrationen auf das Situationsmodell wurde beobachtet, wenn diese synchron mit auditivem Text (Hypo-these 2a), jedoch nicht wenn diese asynchron mit schriftlichem Text präsentiert wurden (Hy-pothese 2b); dies stellt eine partielle Bestätigung der ITPC in diesem Punkt dar. Hypothese 2c wurde verworfen, demnach trägt motorische Resonanz nicht zusätzlich zum Verständnis narrativer Texte mit dynamischen Illustrationen bei. Im Hinblick auf die Textbasis wurde kein genereller negativer Effekt von Illustrationen beobachtet (Hypothese 2d), jedoch ein spezifischer negativer Effekt wenn diese der ihnen jeweils zugeordneten Textpassage folgten (Hypothese 2e); letzteres Ergebnis steht ebenfalls im Einklang mit der ITPC. Die Textober-fläche (Hypothese 2f) scheint von Illustrationen bei auditivem, jedoch nicht bei schriftlichem Text zu profitieren. Die Ergebnisse von Experiment 3 legen nahe, dass Kinder und Erwach-sene vertikale Objektbewegungen perzeptuell simulieren (Hypothese 3a), es scheint jedoch diesbezüglich keinen Unterschied zwischen auditivem und audiovisuellem Text zu geben (Hypothese 3b); folglich wird die Annahme nicht unterstützt, dass perzeptuelle Simulationen beim Aufbau des Situationsmodells bei illustrierten Texten eine funktionale Rolle spielen. Die Hypothesen 4a–4c wurden in allen drei Experimenten untersucht und in keinem davon bestätigt; daraus folgt, dass Repräsentationen illustrierter und nicht illustrierter narrativer Texte innerhalb des untersuchten Altersbereichs stabil bleiben.

Kognitive Kontrolle beschreibt Prozesse die nötig sind um zielgerichtetes Handeln im Angesicht von internen oder externen Widerständen zu ermöglichen. Wenn wir aus eigenen Stücken oder inspiriert durch unsere Umwelt Handlungen vorbereiten die unseren aktuellen Zielen entgegen stehen, kommt es zu Konflikten. Solche Konflikte können sich auf nachfolgendes Erleben und Verhalten auswirken. Aversive Konsequenzen von Konflikt könnten in einem Konfliktüberwachungsmodul registriert werden, welches anschließend Aufmerksamkeitsänderungen und Handlungstendenzen zur Reduzierung dieses negativen Affektes in Gang setzt. Wenn das der Fall wäre, könnten die vielfach beobachteten Verhaltensanpassungen an kognitiven Konflikt ein Ausdruck von Emotionsregulation sein. Ein theoretischer Eckpfeiler der gegenwärtigen Forschung zur Emotionsregulation ist das Prozessmodell der Emotionsregulation, das aus den Regulationsstrategien Situationsauswahl, Situationsmodifikation, Aufmerksamkeitslenkung, kognitiven Veränderungen und Reaktionsmodulation besteht. Unter der Annahme, dass Konfliktanpassung und Affektregulation auf gemeinsamen Mechanismen fußen, habe ich aus dem Prozessmodell der Emotionsregulation Vorhersagen zur kognitiven Kontrolle abgeleitet und diese in elf Experimenten getestet (N = 509). Die Versuchsteilnehmer zeigten Situationsauswahl in Bezug auf Konflikte, allerdings nur dann, wenn sie ausdrücklich auf Handlungs- und Ergebniskontingenzen hingewiesen wurden (Experimente 1 bis 3). Ich fand Anzeichen für einen Mechanismus, der der Situationsmodifikation ähnelt, aber keine Hinweise auf eine Beteiligung von Affekt (Experimente 4 bis 10). Eine Änderung der Konfliktbewertung hatte keinen Einfluss auf das Ausmaß der Konfliktadaptation (Experiment 11). Insgesamt gab es Hinweise auf eine explizite Aversivität kognitiver Konflikte, jedoch weniger auf implizite Aversivität, was darauf hindeutet, dass Konflikte vor allem dann Affektregulationsprozesse auslösen, wenn Menschen explizit Affektregulationsziele vor Augen haben., Cognitive control is what makes goal-directed actions possible. Whenever the environment or our impulses strongly suggests a response that is incompatible with our goals, conflict arises. Such conflicts are believed to cause negative affect. Aversive consequences of conflict may be registered in a conflict monitoring module, which subsequently initiates attentional changes and action tendencies to reduce negative affect. This association suggests that behavioral adaptation might be a reflection of emotion regulation. The theoretical cornerstone of current research on emotion regulation is the process model of emotion regulation, which postulates the regulation strategies situation selection, situation modification, attentional deployment, cognitive change, and response modulation. Under the assumption that conflict adaptation and affect regulation share common mechanisms, I derived several predictions regarding cognitive control from the process model of emotion regulation and tested them in 11 experiments (N = 509). Participants engaged in situation selection towards conflict, but only when they were explicitly pointed to action-outcome contingencies (Experiments 1 to 3). I found support for a mechanism resembling situation modification, but no evidence for a role of affect (Experiments 4 to 10). Changing the evaluation of conflict had no impact on the extent of conflict adaptation (Experiment 11). Overall, there was evidence for an explicit aversiveness of cognitive conflict, but less evidence for implicit aversiveness, suggesting that conflict may trigger affect regulation processes, particularly when people explicitly have affect regulation goals in mind.

Dissertation based on my publications in the field of risky behavior in dynamic, sequential decision making tasks.:1.- Introduction 2.- Context-dependent risk aversion: a model-based approach 3.- Modeling dynamic allocation of effort in a sequential task using discounting models 4.- General discussion

Die vorliegende kumulative Dissertation untersucht in vier Publikationen die Effekte einer akuten Herz-Kreislauf-Beanspruchung auf die motorische Gedächtnisbildung. Zudem sollen potentielle Moderatoren dieser Wechselbeziehung identifiziert und der Nutzen für die Bewegungstherapie am Beispiel der neurodegenerativen Erkrankung Morbus Parkinson geprüft werden. Die Ergebnisse der Arbeit unterstützen die positiven Effekte eines einmaligen Herz-Kreislauf-Trainings auf motorische Lernprozesse, insbesondere auf die motorische Konsolidierung (Forschungsziel I). Die Intensität und zeitliche Platzierung der kardiovaskulären Beanspruchung sowie die Eigenschaften der zu erlernenden motorischen Fertigkeit scheinen jedoch die Wirkung zu beeinflussen (Forschungsziel II). Darüber hinaus lassen die Untersuchungen der Dissertation darauf schließen, dass die positiven Effekte auf Personen mit motorischen Lerndefiziten übertragen werden und die Ergebnisse daher vielversprechende Implikationen für die motorische Rehabilitation haben können (Forschungsziel III).

Die Entwicklung mathematischer Kompetenzen beginnt bereits vor Schuleintritt und wird durch viele Faktoren beeinflusst. In der vorliegenden Arbeit wird primär untersucht, ob die phonologische Bewusstheit als (meta-)sprachliche Kompetenz auch für die frühe mathematische Kompetenzentwicklung bedeutsam ist und ob sich bei Kindern mit und ohne Migrationshintergrund vergleichbare Zusammenhänge finden lassen. Ein weiterer Schwerpunkt bildet die Überprüfung von differenziellen Effekten von ausgewählten, mathematischen Vorschultrainings sowie eines Trainings der phonologischen Bewusstheit auf die mathematischen Kompetenzen unter Berücksichtigung des Migrationshintergrundes. Die statistischen Analysen basieren auf einer Stichprobe von über 370 Kindern, die im Verlauf der Längsschnittstudie zu vier Messzeitpunkten, jeweils am Beginn und Ende des Vorschul- bzw. ersten Schuljahres, untersucht wurden. Durch Berechnung hierarchischer Regressionsanalysen ließ sich global kein zusätzlicher Erklärungsbeitrag der phonologischen Bewusstheit neben den mathematischen Ausgangskompetenzen feststellen. Der Vergleich der beiden Migrationsgruppen ergab keine strukturellen Unterschiede. Die Überprüfung von spezifischen Effekten durch mathematische Vorschulprogramme (Krajewski et al., 2007; Friedrich & de Galgóczy, 2004; Preiß, 2004, 2005) und von unspezifischen Effekten durch ein Training der phonologischen Bewusstheit und der Buchstaben-Laut-Zuordnung (Küspert & Schneider, 2008; Plume & Schneider, 2004) auf die mathematischen Kompetenzen lieferte nur vereinzelt positive Effekte, die jedoch bei Berücksichtigung von individuellen und familiären Kontrollvariablen reduziert wurden. Die Generalisierbarkeit der Ergebnisse ist durch die komplexe Datenstruktur verbunden mit kleinen Stichprobengrößen in den jeweiligen Faktorenstufen limitiert. Insgesamt ermöglicht die vorliegende Arbeit eine differenzierte Betrachtung der mathematischen Kompetenzentwicklung bei Kindern mit und ohne Migrationshintergrund und liefert wichtige Implikationen für Forschung und Praxis., The development of mathematical competencies begins even before entering school and is influenced by many factors. The present work primarily investigates whether phonological awareness as a (meta-)linguistic competence is also important for the early development of mathematical competencies and whether comparable relations can be found in children with and without migration background. Another focus is the examination of differential effects of selected, mathematical preschool trainings as well as a training of phonological awareness on mathematical competencies, taking into account the migration background. The statistical analyses are based on a sample of over 370 children who were examined at four measurement points during the longitudinal study, each at the beginning and end of the preschool or first school year. By calculating hierarchical regression analyses, no additional explanatory contribution of phonological awareness in addition to the initial mathematical competencies could be determined globally. The comparison of children with and without migration background revealed no structural differences. The verification of specific effects by preschool mathematical trainings (Krajewski et al., 2007; Friedrich & de Galgóczy, 2004; Preiß, 2004, 2005) and of non-specific effects by a training of phonological awareness and of letter-sound correspondences (Küspert & Schneider, 2008; Plume & Schneider, 2004) on mathematical competencies provides only some positive effects, which have been reduced when individual and family aspects were controlled for. The generalizability of the results is limited by the complex data structure combined with small sample sizes in the respective factor levels. Overall, the present work enables a differentiated consideration of the development of competencies in mathematics in children with and without migration background and provides important implications for research and practice.

Sakkadische Blickbewegungen sind die häufigsten und schnellsten aller menschlichen Bewegungen und führen zur wiederholtem und rapiden Verschiebung von Objektprojektionen über die Retina. Entgegen der verbreiteten Annahme der Suppression untersucht diese Arbeit Ausmaß und Funktion intrasakkadischer visueller Wahrnehmung. Studie I beschreibt eine individuell gefertigte LED-Installation zur ausschließlich intrasakkadischen Präsentation von Text und Bildern, während Studie II einen Algorithmus zur Detektion von Sakkaden vorstellt, welcher blickkontingente Stimulusmanipulationen mithilfe eines DLP Projektionssystems mit einer Bildwiederholungsrate von 1440 Hz ermöglicht. Studien III und IV untersuchten ob visuelle Bewegungsspuren (sog. motion streaks), welche durch die schnelle Bewegung von Objekten über die Retina erzeugt werden, Korrespondenz zwischen Objekten über Sakkaden hinweg herstellen könnten. Diese Bewegungsspuren erlaubten Versuchsteilnehmern nicht nur einen präsakkadischen Stimulus aus zwei identischen postsakkadischen Stimuli zu identifizieren, während diese Fähigkeit von der Deutlichkeit der Bewegungsspur abhing, sondern auch Korrektursakkaden zu einem ursprünglichen präsakkadischen Stimulus zu erleichtern, falls dieser während der Sakkade versetzt wurde. Studie V untersuchte die subjektive Wahrnehmung und Lokalisierung von intrasakkadischen Bewegungsspuren, indem Teilnehmer gezeichnete Berichte angaben. Die Modellierung letzterer ergab, dass retinale Positionssignale mit einer zeitlich gedämpften mentalen Repräsentation von Augenposition kombiniert wurden, um eine Lokalisation in weltzentrierten Koordinaten zu ermöglichen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass intrasakkadische visuelle Signale einen Einfluss auf transsakkadische perzeptuelle und motorische Prozesse haben könnten. Letztlich werden die mögliche Funktionen intrasakkadischer Wahrnehmung, sowie Möglichkeiten für zukünftige wissenschaftliche Untersuchungen, diskutiert. Rapid eye movements, so-called saccades, are the fastest and most frequent human movements and cause projections of objects in the world to constantly shift across the retina at high velocities, thereby producing large amounts of motion blur. In contrast to accounts of saccadic suppression, this work explores the extent and potential functional role of intra-saccadic perception. As saccades are fast and brief events, technical challenges were addressed. Study I describes a custom LED-based anorthoscopic presentation setup capable of displaying text and images strictly during saccades. In study II, a novel online saccade detection algorithm enabled rapid, gaze-contingent display changes using a DLP projection system running at 1440 fps. Studies III and IV investigated whether intra-saccadic motion streaks, i.e., blurred traces routinely induced by stimuli moving at saccadic speeds, could serve as cues to establishing object correspondence across saccades. Motion streaks not only enabled perceptual matching of pre- and post-saccadic object locations, while performance depended strongly on streak efficiency, but also facilitated gaze correction in response to intra-saccadic target displacements, that was previously found to be mainly driven by objects’ surface features. Finally, study V explored the subjective appearance and localization of intra-saccadic motion streaks, tasking observers to reproduce their trajectories. Computational modeling of resulting response patterns suggested that retinal positions over time were combined with a damped eye position signal to readily localize intra-saccadic input in world-centered coordinates. Taken together, these results invite the intriguing hypothesis that intra-saccadic visual signals are not discarded from processing and might affect trans-saccadic perceptual and motor processes. The potential role of intra-saccadic perception for active vision, as well as directions for future research, are discussed.

Die Erforschung der neuronaler Grundlagen des Arbeitsgedächtnisses (WM) fand breite Aufmerksamkeit, konzentrierte sich aber auf die Speicherung sensorischer Inhalte. Beweise für die kurzfristige Aufrechterhaltung abstrakter, verbaler oder kategorischer Informationen sind selten. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der neuronalen Repräsentation von WM-Inhalten auf verschiedenen Abstraktionsebenen. Ich stelle hier drei empirische Studien vor, in denen fMRT, multivariate Musteranalyse oder probabilistische Modelle als Hauptmethoden eingesetzt wurden. Die erste Studie identifizierte kortikale Regionen, die den WM-Inhalt eines Skripts behielten. Chinesische Muttersprachler wurden gebeten, sich bekannte chinesische Zeichen zu merken, was die verbale Kodierung stark fördern. Die Ergebnisse zeigten links lateralisierte sprachbezogene Hirnareale als Kandidatenspeicher für verbale Inhalte. Die zweite und dritte Studie zielten darauf ab, die Hypothese zu testen, dass Farbe als eine Kombination aus einer visuellen Repräsentation und einer kategorischen Repräsentation gespeichert wird. Die zweite Studie verwendete ein sensorisches Kodierungsmodell und ein empirisch basiertes kategorisches Kodierungsmodell, um jeweils zwei Quellen neuronaler Repräsentationen zu charakterisieren. Farbinformationen wurden in drei farbbezogenen ROIs dekodiert: V1, V4, VO1, und insbesondere wurde eine Erhöhung der kategorischen Repräsentation in vorderen kortikalen Arealen beobachtet. In der dritten Studie wurde die verzögerte Verhaltensreaktion untersucht, die ein systematisches Bias-Muster zeigte; es wurde ein probabilistisches Dual-Content-Modell implementiert, das ein mit den experimentellen Ergebnissen hoch korreliertes Antwortmuster erzeugte; dies bestätigte die Hypothese der mnemonischen Dual-Content Repräsentation. Diese Studien zusammen schlagen eine Arbeitsteilung entlang der rostro-kaudalen Achse des Gehirns, die auf der Abstraktionsebene der gespeicherten Inhalte basiert. Research on the neural basis of working memory (WM) has received broad attention but has focused on storage of sensory content. Evidence on short-term maintenance of abstract verbal or categorical information is scarce. This thesis aims to investigate neural representation of WM content at different levels of abstraction. I present here three empirical studies that employed fMRI, multivariate pattern analysis or probabilistic modeling as major methods. The first study identified cortical regions that retained WM content of a script. Native Chinese speakers were asked to memorize well-known Chinese characters which strongly facilitated verbal coding. Results indicated left lateralized language-related brain areas as candidate stores for verbal content. The second and the third studies aimed to test the hypothesis that color is memorized as a combination of the low-level visual representation and the abstract categorical representation. The second study utilized a conventional sensory encoding model and a novel empirical-based categorical encoding model to characterize two sources of neural representations. Color information was decoded in three color-related ROIs: V1, V4, VO1, and notably, an elevation in categorical representation was observed in more anterior cortices. In the third study, the delayed behavioral response was examined, which exhibited a systematic bias pattern; a probabilistic dual-content model was implemented, which produced response patterns highly correlated with experimental results; this confirmed the hypothesis of dual-content mnemonic representations. These studies together suggest a division of labor along the rostral-caudal axis of the brain, based on the abstraction level of memorized contents.

Die Dynamik des Erdsystems im Anthropozän wird durch eine zunehmende Verschränkung von Prozessen auf physikalischer und ökologischer sowie auf sozioökonomischer Ebene bestimmt. Wenn Modelle als Entscheidungshilfen in diesem Umfeld nützlich sein sollen, müssen sie diese komplexen Rückkopplungen ebenso berücksichtigen wie die inhärent emergenten und heterogenen Qualitäten gesellschaftlicher Dynamik. Diese Arbeit schlägt vor, den Menschen als begrenzten rationalen Entscheidungsträger zu modellieren, die (soziales) Lernen nutzen, um Entscheidungsheuristiken zu erwerben, die in einer gegebenen Umgebung gut funktionieren. Dies wird in einem Wirtschaftsmodell mit zwei Sektoren veranschaulicht, in dem ein Sektor eine fossile Ressource für die wirtschaftliche Produktion verwendet und die Haushalte ihre Investitionsentscheidungen in der zuvor beschriebenen Weise treffen. In der Modellökonomie können individuelle Entscheidungsfindung und soziale Dynamik die CO 2 Emissionen nicht auf ein Niveau begrenzen, das eine globale Erwärmung über 1,5◦C verhindert. Eine Kombination aus kollektivem Handeln und koordinierter öffentlicher Politik allerdings kann. Eine Folgestudie analysiert das soziale Lernen der individuellen Sparquoten in einer Ein-Sektor-Wirtschaft. Hier nähert sich die aggregierte Sparquote der eines intertemporär optimierenden allwissenden Sozialen Planers an, wenn die soziale Interaktionsrate ausreichend niedrig ist. Gleichzeitig führt eine abnehmende Interaktionsrate einem plötzlichen Übergangs von einer unimodalen zu einer stark bimodalen Verteilung des Vermögens unter den Haushalten. Schließlich schlägt diese Arbeit eine Kombination verschiedener Methoden vor, die zur Ableitung analytischer Näherungen für solche vernetzten heterogenen Agentenmodelle verwendet werden können, bei denen Interaktionen zwischen Agenten sowohl auf individueller als auch auf aggregierter Ebene auftreten., The trajectory of the Earth system in the Anthropocene is governed by an increasing entanglement of processes on a physical and ecological as well as on a socio-economic level. If models are to be useful as decision support tools in this environment, they ought acknowledge these complex feedback loops as well as the inherently emergent and heterogeneous qualities of societal dynamics. This thesis improves the capability of social-ecological and socio-economic models to picture emergent social phenomena and uses and extends techniques from dynamical systems theory and statistical physics for their analysis. It proposes to model humans as bounded rational decision makers that use (social) learning to acquire decision heuristics that function well in a given environment. This is illustrated in a two sector economic model in which one sector uses a fossil resource for economic production and households make their investment decisions in the previously described way. In the model economy individual decision making and social dynamics can not limit CO 2 emissions to a level that prevents global warming above 1.5 ◦ C. However, a combination of collective action and coordinated public policy actually can. A follow up study analyzes social learning of individual savings rates in a one sector investment economy. Here, the aggregate savings rate in the economy approaches that of an intertemporarily optimizing omniscient social planner if the social interaction rate is sufficiently low. Sumultaneously, a decreasing interaction rate leads to emergent inequality in the model in the form of a sudden transition from a unimodal to a strongly bimodal distribution of wealth among households. Finally, this thesis proposes a combination of different moment closure techniques that can be used to derive analytic approximations for such networked heterogeneous agent models where interactions between agents occur on an individual as well as on an aggregated level.

Behavior is considered goal-directed when the actor integrates information about the subsequent outcome of an action (Balleine & O'Doherty, 2010; Dickinson & Balleine, 1994; Kiesel & Koch, 2012), potentially enabling the anticipation of consequences of an action. Thus, it requires prior acquisition of knowledge about the current contingencies between behavioral responses and their outcomes under certain stimulus conditions (J. Hoffmann & Engelkamp, 2013). This association chain enables events lying in the future to be mentally represented and assessed in terms of value and achievability. However, while neural correlates of instructed goal-directed action integration processes have already been examined in a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study using this paradigm (Ruge & Wolfensteller, 2015), there has been no information if those processes are also reflected in Electroencephalography (EEG) and if so which specific EEG parameters are modulated by them. This dissertation set out to investigate neurocognitive mechanisms of instructed outcome response learning utilizing two different imaging methods, namely EEG and fMRI. Study 1 was an exploratory study to answer the question what kinds of learning-related EEG correlates were to expect. The O-R outcome integration specific EEG correlates identified in Study 1 served as regressors in a unified general linear model (EEG-informed fMRI analysis) in the co-registered EEG-fMRI study (Study 2). One of the key questions in this study was if the EEG signal could help to differentiate between BOLD pre-response activation associated with processes related to response preparation or initiation and activation associated with post-response outcome integration processes. The foundation to both studies of this work was an experimental paradigm of instructed S-R-O learning, which included a learning and a test phase. Stimuli were four abstract visual patterns that differed in each block. Each visual stimulus required a distinct manual response and was predictably followed by a distinct auditory outcome. Instructions were delivered via a “guided implementation” procedure in which the instruction was embedded within the first three successful behavioral implementation trials. In these first three trials, the visual stimulus was followed by an imperative stimulus highlighting the correct response. The guided implementation phase was followed by an unguided implementation phase where the correct response now had to be retrieved from memory. Behaviorally, the strength of acquired O-R associations can be analyzed via O-R compatibility effects measured in a subsequent outcome-priming test phase (Greenwald, 1970). In this test phase a previously learned outcome becomes an imperative stimulus that requires either the response, which produced that outcome in the preceding learning phase (O-R compatible), or a response, which produced a different outcome (O-R incompatible). The experimental design was embedded into an EEG recording setup in study 1 while study 2 comprised a simultaneous EEG-fMRI recording setup in which EEG scalp potentials were continuously recorded during the experimental session inside the MR scanner bore. Study 1 revealed various ERP markers correlated with outcome response learning. An ERP post-response anterior negativity following auditory outcomes was increasingly attenuated as a function of the acquired association strength. This suggests that previously reported action-induced sensory attenuation effects under extensively trained free choice conditions can be established within few repetitions of specific R-O pairings under forced choice conditions. Furthermore, an even more rapid development of a post-response but pre-outcome fronto-central positivity, which was reduced for high R-O learners, might indicate the rapid deployment of preparatory attention towards predictable outcomes. Finally, the study identified a learning-related stimulus-locked activity modulation within the visual P1-N1 latency range, which was thought to reflect the multi-sensory integration of the perceived antecedent visual stimulus with the anticipated auditory outcome. In general, study 2 was only partially able to replicate the EEG activity dynamics related to the formation of bidirectional R-O associations that were observed in study 1. Primarily, it was able to confirm the modulation in EEG negativity in the visual P1-N1 latency range over the learning course. The EEG-informed analysis revealed that learning-related modulations of the P1-N1 complex are functionally coupled to activation in the orbitofrontal cortex (OFC). More specifically, growing attenuation of the EEG negativity increase from early to late SRO repetition levels in high R-O learners was associated with an increase in activation in the OFC. An additional exploratory EEG analysis identified a recurring post outcome effect at central electrode sites expressed in a stronger negativity in late compared to early learning stages. This effect was present in both studies and showed no correlation with any of the behavioral markers of learning. The EEG-informed fMRI analysis resulted in a pattern of distinct functional couplings of this parameter with different brain regions, each correlated with different behavioral markers of S-R-O learning. First of all, increased coupling between the late EEG negativity and activation in the supplementary motor area (SMA) was positively correlated with the O-R compatibility effect. Thus, high R-O learners exhibited a stronger coupling than low R-O learners. Secondly, increased couplings between the late EEG negativity and activation in the somatosensory cortex as well as the dorsal caudate, on the other hand, were positively correlated with individual reaction time differences between early and late stages of learning. Regarding activation patterns prior to the behavioral response the results indicate that the OFC could serve as a (multimodal) hub for integrating stimulus information and information about its associated outcome in an early pre-stage of action selection and initiation. Learnt S-O contingencies would facilitate initiating the motor program of the action of choice. Hence, the earlier an outcome is anticipated (based on stimulus outcome associations), the better it will be associated with its response, eventually leading to stronger O-R compatibility effects later on. Thus, one could speculate that increased activation in response to S-R-O mappings possibly embodies a marker for the ongoing transition from mere stimulus-based behavior to a goal-directed behavior throughout the learning course. Post-response brain activation revealed a seemingly two-fold feedback integration stream of O-R contingencies. On one hand the SMA seems to be engaged in bidirectional encoding processes of O-R associations. The results promote the general idea that the SMA is involved in the acquisition of goal-directed behavior (Elsner et al., 2002; Melcher, Weidema, Eenshuistra, Hommel, & Gruber, 2008; Melcher et al., 2013). Together with prior research (Frimmel, Wolfensteller, Mohr, & Ruge, 2016) this notion can be generalized not only to extensive learning phases but also to learning tasks in which goal-directed behavior is acquired in only few practice trials. However, there is an ongoing debate on whether SMA activation can be clearly linked to sub-processes prior or subsequent to an agent’s action (Nachev, Kennard, & Husain, 2008). The results of this work provide additional evidence favoring an involvement of the SMA only following a performed action in response to an imperative stimulus and even more, subsequent to the perception of its ensuing effect. This may give rise to the interpretation that the SMA is associated with linking the motor program of the performed action to the sensory program of the perceived effect, hence establishing and strengthening O-R contingencies. Furthermore, the analysis identified an increased coupling of a late negativity in the EEG signal and activation in the dorsal parts of the caudate as well as the somatosensory cortex. The dorsal caudate has not particularly been brought into connection with O-R learning so far. I speculate that the coupling effect in this part of the caudate reflects an ongoing process of an early automatization of the acquired behavior. It has already be shown in a similar paradigm that behavior can be automatized within only few repetitions of novel instructed S-R mappings (Mohr et al., 2016).:Table of contents Table of contents II List of Figures IV List of Tables VI List of Abbreviations VII 1 Summary 1 1.1 Introduction 1 1.2 Study Objectives 2 1.3 Methods 3 1.4 Results 4 1.5 Discussion 4 2 Theoretical Background 7 2.1 Introduction 7 2.2 Theories of acquiring goal-directed behavior 9 2.2.1 Instrumental learning 9 2.2.1.1 Behavioral aspects 9 2.2.1.2 Neurophysiological correlates 14 2.2.2 Acquisition of goal-directed behavior according to ideomotor theory 16 2.2.2.1 Behavioral aspects 16 2.2.2.2 Neurophysiological correlates 22 2.3 Summary 25 2.4 Methodological background 26 2.4.1 Electroencephalography (EEG) 26 2.4.2 Functional magnetic resonance imaging (fMRI) 28 2.4.3 Co-registered EEG-fMRI 29 3 General objectives and research questions 34 4 Study 1 – Learning-related brain-electrical activity dynamics associated with the subsequent impact of learnt action-outcome associations 36 4.1 Introduction 36 4.2 Methods 39 4.3 Results 47 4.4 Discussion 60 5 Study 2 - Within trial distinction of O-R learning-related BOLD activity with the means of co-registered EEG information 64 5.1 Introduction 64 5.2 Methods 66 5.3 Results 86 5.4 Discussion 101 6 Concluding general discussion 109 6.1 Brief assessment of study objectives 109 6.2 Novel insights into rapid instruction based S-R-O learning? 109 6.2.1 Early stimulus outcome information retrieval indicates the transition from stimulus based behavior to goal-directed action 110 6.2.2 Post-response encoding and consolidation of O-R contingencies enables goal-directedness of behavior 112 6.3 Critical reflection of the methodology and outlook 116 6.3.1 Strengths and limitations of this work 116 6.3.2 Data quality assessment 117 6.3.3 A common neural foundation for EEG and fMRI? 119 6.3.4 How can co-registered EEG-fMRI contribute to a better understanding of the human brain? 121 6.4 General Conclusion 123 7 References 124 Danksagung Erklärung

Die Interaktion zwischen Maschinen und ihrer Umgebung sollte zuverlässig, sicher und ökologisch adequat sein. Um das in komplexen Szenarien langfristig zu gewährleisten, wird eine Theorie adaptiven Verhaltens benötigt. In der Entwicklungsrobotik und verkörperten künstlichen Intelligenz wird Verhalten als emergentes Phänomen auf der fortlaufenden dynamischen Interaktion zwischen Agent, Körper und Umgebung betrachtet. Die Arbeit untersucht Roboter, die in der Lage sind, schnell und selbständig einfache Bewegungen auf Grundlage sensomotorischer Information zu erlernen. Das langfristige Ziel dabei ist die Wiederverwendung gelernter Fertigkeiten in späteren Lernprozessen um damit ein komplexes Interaktionsrepertoire mit der Welt entstehen zu lassen, das durch Entwicklungsprozesse vollständig und fortwährend adaptiv in der sensomotorischen Erfahrung verankert ist. Unter Verwendung von Methoden des maschinellen Lernens, der Neurowissenschaft, Statistik und Physik wird die Frage in die Komponenten Repräsentation, Exploration, und Lernen zerlegt. Es wird ein Gefüge für die systematische Variation und Evaluation von Modellen errichtet. Das vorgeschlagene Rahmenwerk behandelt die prozedurale Erzeugung von Hypothesen als Flussgraphen über einer festen Menge von Funktionsbausteinen, was die Modellsuche durch nahtlose Anbindung über simulierte und physikalische Systeme hinweg ermöglicht. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf dem kausalen Fussabdruck des Agenten in der sensomotorischen Zeit. Dahingehend wird ein probabilistisches graphisches Modell vorgeschlagen um Infor- mationsflussnetzwerke in sensomotorischen Daten zu repräsentieren. Das Modell wird durch einen auf informationtheoretischen Grössen basierenden Lernalgorithmus ergänzt. Es wird ein allgemeines Modell für Entwicklungslernen auf Basis von Echtzeit-Vorhersagelernen präsentiert und anhand dreier Variationen näher besprochen. The interaction of machines with their environment should be reliable, safe, and ecologically adequate. To ensure this over long-term complex scenarios, a theory of adaptive behavior is needed. In developmental robotics, and embodied artificial intelligence behavior is regarded as a phenomenon that emerges from an ongoing dynamic interaction between entities called agent, body, and environment. The thesis investigates robots that are able to learn rapidly and on their own, how to do primitive motions, using sensorimotor information. The long-term goal is to reuse acquired skills when learning other motions in the future, and thereby grow a complex repertoire of possible interactions with the world, that is fully grounded in, and continually adapted to sensorimotor experience through developmental processes. Using methods from machine learning, neuroscience, statistics, and physics, the question is decomposed into the relationship of representation, exploration, and learning. A framework is provided for systematic variation and evaluation of models. The proposed framework considers procedural generation of hypotheses as scientific workflows using a fixed set of functional building blocks, and allows to search for models by seamless evaluation in simulation and real world experiments. Additional contributions of the thesis are related to the agent's causal footprint in sensorimotor time. A probabilistic graphical model is provided, along with an information-theoretic learning algorithm, to discover networks of information flow in sensorimotor data. A generic developmental model, based on real time prediction learning, is presented and discussed on the basis of three different algorithmic variations.

Dual-task (DT) situations require task-order coordination processes that schedule the processing of two temporally overlapping tasks. Theories on task-order coordination suggest that these processes rely on order representations that are actively maintained and processed in working memory (WM). Preliminary evidence for this assumption stems from DT situations with variable task order, where repeating task order relative to the preceding trials results in improved performance compared to changing task order, indicating the processing of task-order information in WM between two succeeding trials. We directly tested this assumption by varying WM load during a DT with variable task order. In Experiment 1, WM load was manipulated by varying the number of stimulus–response mappings of the component tasks. In Experiment 2A, WM load was increased by embedding an additional WM updating task in the applied DT. In both experiments, the performance benefit for trials with repeated relative to trials with changed task order was reduced under high compared to low WM load. These results confirm our assumption that the processing of the task-order information relies on WM resources. In Experiment 2B, we tested whether the results of Experiment 2A can be attributed to introducing an additional task per se rather than to increased WM load by introducing an additional task with a low WM load. Importantly, in this experiment, the processing of order information was not affected. In sum, the results of the three experiments indicate that task-order coordination relies on order information which is maintained in an accessible state in WM during DT processing. Deutsche Forschungsgemeinschaft http://dx.doi.org/10.13039/501100001659 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (1043)

This dissertation presents conceptual, methodological, and experimental advances in the field of neuroadaptive technology. Neuroadaptive technology refers to the category of technology that uses implicit input obtained from brain activity in order to adapt itself, e.g. to enable implicit interaction. Implicit input refers to any input obtained by a receiver that was not intended as such by the sender. Neuroadaptive technology thus detects naturally-occurring brain activity that was not intended for communication or control, and uses it to enable novel human-computer interaction paradigms. Part I of this dissertation presents different categories of neuroadaptive systems, and introduces cognitive probing, a method in which the technology deliberately elicits a brain response from the user in order to learn from it. Part II introduces two tools to help validate some core methods related to neuroadaptive technology: SEREEGA, with which electroencephalographic data can be simulated, and a classifier visualisation technique revealing which (cortical) areas a brain-computer interface classifier focused on. Finally, Part III presents two experimental studies illustrating and validating the technology described in Part I using the methods from Part II. In particular, it is demonstrated how neuroadaptive technology can be used to enable implicit cursor control using cognitive probing. Additional experimentation revealed that brain activity elicited by cursor movements can reflect internal, subjective interpretations. These experiments thus highlight both the potential benefits and the potential ethical, legal, and societal concerns of neuroadaptive technology. In dieser Dissertation werden konzeptuelle, methodologische, und experimentelle Fortschritte auf dem Gebiet der neuroadaptiven Technologie vorgestellt. Neuroadaptive Technologie bezieht sich auf die Kategorie der Technologien, die impliziten Input aus der Hirnaktivität unter Verwendung einer passiven Hirn-Computer-Schnittstelle verwenden, um sich selbst anzupassen, z.B. um implizite Interaktion zu ermöglichen. Impliziter Input bezeichnet jede Eingabe, die von einem Empfänger erhalten wird, jedoch von dem Sender nicht als solche beabsichtigt war. Die neuroadaptive Technologie erkennt also natürlich auftretende Hirnaktivität, die nicht für Kommunikation oder Kontrolle gedacht war, und nutzt sie, um neuartige Mensch-Computer-Interaktionsparadigmen zu ermöglichen. Teil I dieser Dissertation stellt verschiedene Kategorien von neuroadaptiven Systemen vor und führt cognitive probing ('kognitive Sondierung') ein: eine Methode, bei der die Technologie dem Benutzer absichtlich eine Gehirnreaktion entlockt, um von ihr zu lernen. Teil II stellt zwei Werkzeuge vor, die bei der Validierung einiger Kernmethoden der neuroadaptiven Technologie helfen sollen: SEREEGA, mit dem elektroenzephalographische Daten simuliert werden können, und eine Klassifikator-Visualisierungsmethode um zu erkennen, auf welche (kortikalen) Bereiche sich ein Klassifikator konzentriert. Schließlich werden in Teil III zwei experimentelle Studien vorgestellt, die die in Teil I beschriebene Technologien mit den Methoden aus Teil II veranschaulichen und validieren. Insbesondere wird gezeigt, wie neuroadaptive Technologie eingesetzt werden kann, um implizite Cursorsteuerung mittels cognitive probing zu ermöglichen. Zusätzliche Experimente zeigten, dass die durch die Cursorbewegungen hervorgerufene Hirnaktivität interne, subjektive Interpretationen widerspiegeln kann. Diese Experimente verdeutlichen somit sowohl den potenziellen Nutzen als auch die möglichen ethischen, rechtlichen, und gesellschaftlichen Bedenken, die in Teil I ebenfalls angesprochen wurden.

Phonologische Bewusstheit stellt die Kompetenz dar, Sprache in kleinere Einheiten wie einzelne Silben und Phoneme untergliedern zu können. Sie ist damit eine wichtige Vorläuferfertigkeit für den Schriftspracherwerb. Die vorliegende Arbeit untersucht die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit während des letzten Kindergartenjahres. Zum einen werden die faktorielle Struktur und die Messinvarianz der phonologischen Bewusstheit im Verlauf des letzten Kindergartenjahres analysiert. Als zweiter Aspekt werden die wechselseitigen Zusammenhänge der phonologischen Bewusstheit mit weiteren phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen im Vorschulalter untersucht. Der dritte Aspekt bezieht sich auf die institutionelle Förderung phonologischer Bewusstheit bei Vorschulkindern im Kindergarten. Hier werden die Effekte einer expliziten Förderung durch das Trainingsprogramm „Hören, lauschen, lernen“ (Küspert & Schneider, 2018) und einer impliziten Förderung im Kindergartenalltag sowie inzidentelle Einflüsse durch Erwartungseffekte untersucht. Zur Untersuchung der Fragestellungen wurde ein längsschnittliches Design mit zwei Messzeitpunkten zu Beginn und Ende des letzten Kindergartenjahres verwendet. Die Stichprobe umfasste 390 Vorschulkinder. Für die statistischen Analysen wurden im Wesentlichen Strukturgleichungsmodelle verwendet. Die Ergebnisse zur Struktur der phonologischen Bewusstheit zeigten Schwierigkeiten bei der längsschnittlichen Abbildung des Konstrukts im Vorschulalter. Da die Tests zur Erfassung der phonologischen Bewusstheit im weiteren Sinne (auf Reim- und Silbenebene) Deckeneffekte aufwiesen und sich im Vorschulalter insbesondere die phonologische Bewusstheit im engeren Sinne (auf Phonemebene) entwickelt, wurde das latente Konstrukt der phonologischen Bewusstheit im Weiteren ausschließlich durch Messverfahren zur Erfassung der phonologischen Bewusstheit im engeren Sinne modelliert. Zudem ließ sich lediglich schwache Messinvarianz etablieren, sodass die Befunde auf einen qualitativen Wandel des Konstrukts während des letzten Kindergartenjahres hindeuten. Die Befunde zu Zusammenhängen der phonologischen Bewusstheit mit weiteren phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen ergaben komplexe wechselseitige Effekte. Die phonologische Bewusstheit sagte dabei die Entwicklung früher schriftsprachlicher Kompetenzen vorher, während sich die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit selbst auch durch grammatikalische Kompetenzen erklären ließ. Bei den Analysen zur Förderung der phonologischen Bewusstheit im Vorschulalter war insbesondere die explizite Förderung durch „Hören, lauschen, lernen“ (Küspert & Schneider, 2018) effektiv. Für die Effektivität des Programms waren zudem die Implementationsbedingungen im Kindergarten relevant. Hier erwies sich vor allem eine vorherige Schulung der Erzieher(innen) als positiv sowie auch eine Abweichung vom Manual in organisatorischer Hinsicht, sodass das Training nicht täglich, sondern mehrmals pro Woche in größeren Abschnitten stattfand. Auf die implizite Förderung der phonologischen Bewusstheit konnte lediglich indirekt über das Wissen der Erzieher(innen) über Sprach- und frühe Schriftsprachförderung geschlossen werden. Das Wissen der Erzieher(innen) über die Förderung phonologischer Bewusstheit war dabei nicht von Bedeutung für die Kompetenzentwicklung der Kinder. Stattdessen wirkte sich das Wissen über sprachliche Fördermaßnahmen, insbesondere bezüglich Maßnahmen bei Aussprachstörungen, günstig auf die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit aus. Neben Effekten einer expliziten und impliziten Förderung der phonologischen Bewusstheit waren auch inzidentelle Effekte aufgrund der Urteile der Erzieher(innen) über die Kompetenzen der Kinder nachweisbar. Auch hier wirkten sich die Einschätzungen der sprachlichen Kompetenzen in den Bereichen Aussprache, Wortschatz und Grammatik auf die Entwicklung der phonologischen Bewusstheit aus, während die Einschätzung der phonologischen Bewusstheit selbst durch die Erzieher(innen) die weitere Entwicklung nicht vorhersagen konnte. Insgesamt sprechen die Befunde für komplexe Zusammenhänge der phonologischen Bewusstheit mit weiteren phonologischen, frühen schriftsprachlichen und sprachlichen Kompetenzen, die auch bei der Konzeption von Fördermaßnahmen berücksichtigt werden sollten., Phonological awareness represents the ability to subdivide language into smaller units such as individual syllables and phonemes. It is therefore an important precursor for the acquisition of written language. The present work examines the development of phonological awareness during the last year of kindergarten: First, we analyzed the factorial structure and the measurement invariance of phonological awareness during the last year of kindergarten. Second, we examined the mutual relations of phonological awareness with further phonological, early literacy and linguistic competencies in preschool age. Third, we examined influences on the development of phonological awareness in preschool children in kindergarten. We analyzed the effects of an explicit phonological training program ("Hören, lauschen, lernen"; Küspert & Schneider, 2018), an implicit facilitation of phonological awareness via daily routines in kindergarten, and incidental influences on phonological awareness like expectancy effects. Our longitudinal design consisted of two measurement points at the beginning and the end of the last year of kindergarten. The sample included 390 preschool children. For the statistical analyses, we mainly used structural equation modelling. The results regarding the structure of phonological awareness showed only a limited stability of the construct in preschool age. Whereas we found ceiling effect for phonological awareness in the broad sense (at rhyme and syllable level), we found a development of phonological awareness in the narrow sense (at phoneme level) in children in preschool age. In further analyses, we consequently measured the latent construct of phonological awareness only using tests of phonological awareness in the narrow sense. In addition, we could only establish weak measurement invariance, so that the findings indicate a qualitative change in the construct of phonological awareness during the last year of kindergarten. We found complex relations between phonological awareness and other phonological, early literacy, and linguistic competencies. Phonological awareness predicted the development of early literacy skills, while the development of phonological awareness itself could incrementally be explained by grammatical competencies. Regarding institutional measures to promote phonological awareness in preschool age, the explicit training program (Küspert & Schneider, 2018) proved to be particularly effective. Moreover, the implementation conditions in kindergarten were also relevant for the effectiveness of the program. Above all, a previous training of the educators proved to be positive as well as a deviation from the training manual in organizational terms, in the sense that the training did not take place daily, but several times a week in larger sections. We inferred the content and the extent of the implicit measures to promote phonological awareness in daily kindergarten life indirectly from the educators' knowledge, how to promote language and early written language. The educators’ knowledge about measures to promote phonological awareness was not important for the development of children's competencies. Instead, knowledge about measures to promote linguistic competencies, particularly those competencies related to speech sound disorders, had a beneficial effect on the development of phonological awareness. In addition to the effects of explicit and implicit measures to promote phonological awareness, incidental effects based on the educators' judgments about the children's competencies were also evident. Again, the assessment of linguistic competencies in the areas of pronunciation, vocabulary and grammar had an impact on the development of phonological awareness, while the educators' judgments of the children's phonological awareness itself could not predict the further phonological development. Overall, the findings suggest complex relationships of phonological awareness with further phonological, early literacy and linguistic competencies, which should be taken into account when designing measures to promote phonological awareness.

This dissertation is concerned with the assessment of two current available methods of enhancing attentional abilities in children and adolescents: neurofeedback and ambient light exposition. Study 1 investigated the short term effects of neurofeedback in children with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) in a two session format. It was found that attentional resources, reflected by suppression of the theta wave, were able to be influenced after only two neurofeedback sessions. This finding was also found to be variant among the participants, leading to distinctions in this early phase of training as ‘good’ or ‘poor’ regulators, reflective of potentially different endophenotypes of ADHD. Study 2 was a meta-analysis assessing the long-term symptomatic effects of neurofeedback training in children and adolescents with ADHD, in which assessments were conducted pre-, post- and follow-up (two months to two years) to training. Here it was found that neurofeedback training was superior to non-active controls for both inattention and hyperactivity/impulsivity at post- and follow-up training. Neurofeedback was found to be inferior to active controls (medication, self management training) at post training, but then comparable at follow-up time points. These results support the use of neurofeedback for the long term therapeutic improvement of ADHD symptoms. Study 3 investigated the effect of red vs. blue light exposition in healthy adolescents in a laboratory setting. Blue light exposition was found to improve attention (as measured by reduced reaction time variability and improved arithmetic performance) in this demographic, while red evening light exposition was found to slightly improve sleep quality, which can in turn affect attentional abilities. Together these three studies provide evidence that attentional abilities can be influenced in children and adolescents in clinical settings. Additionally, they support that different endophenotypes of ADHD should be considered when choosing a neurofeedback protocol and that light exposition could be additionally used as either an additive treatment or an independent therapy.

Learning with digital media has become a substantial part of formal and informal educational processes and is gaining more and more importance. Technological progress has brought overwhelming opportunities for learners, but challenges them at the same time. Learners have to regulate their learning process to a much greater extent than in traditional learning situations in which teachers support them through external regulation. This means that learners must plan their learning process themselves, apply appropriate learning strategies, monitor, control and evaluate it. These requirements are taken into account in various models of self-regulated learning (SRL). Although the roots of research on SRL go back to the 1980s, the measurement and adequate support of SRL in technology-enhanced learning environments is still not solved in a satisfactory way. An important obstacle are the data sources used to operationalize SRL processes. In order to support SRL in adaptive learning systems and to validate theoretical models, instruments are needed which meet the classical quality criteria and also fulfil additional requirements. Suitable data channels must be measurable "online", i.e., they must be available in real time during learning for analyses or the individual adaptation of interventions. Researchers no longer only have an interest in the final results of questionnaires or tasks, but also need to examine process data from interactions between learners and learning environments in order to advance the development of theories and interventions. In addition, data sources should not be obtrusive so that the learning process is not interrupted or disturbed. Measurements of physiological data, for example, require learners to wear measuring devices. Moreover, measurements should not be reactive. This means that other variables such as learning outcomes should not be influenced by the measurement. Different data sources that are already used to study and support SRL processes, such as protocols on thinking aloud, screen recording, eye tracking, log files, video observations or physiological sensors, meet these criteria to varying degrees. One data channel that has received little attention in research on educational psychology, but is non-obtrusive, non-reactive, objective and available online, is the detailed, timely high-resolution data on observable interactions of learners in online learning environments. This data channel is introduced in this thesis as "peripheral data". It records both the content of learning environments as context, and related actions of learners triggered by mouse and keyboard, as well as the reactions of learning environments, such as structural or content changes. Although the above criteria for the use of the data are met, it is unclear whether this data can be interpreted reliably and validly with regard to relevant variables and behavior. Therefore, the aim of this dissertation is to examine this data channel from the perspective of SRL and thus further close the existing research gap. One development project and four research projects were carried out and documented in this thesis., Lernen mit digitalen Medien ist ein substantieller Bestandteil formeller und informeller Bildungsprozesse geworden und gewinnt noch immer an Bedeutung. Technologischer Fortschritt hat überwältigende Möglichkeiten für Lernende geschaffen, stellt aber gleichzeitig auch große Anforderungen an sie. Lernende müssen ihren Lernprozess sehr viel stärker selbst regulieren als in traditionellen Lernsituationen, in denen Lehrende durch externe Regulation unterstützen. Das heißt, Lernende müssen ihren Lernprozess selbst planen, geeignete Lernstrategien anwenden, ihn überwachen, steuern und evaluieren. Diesen Anforderungen wird in verschiedenen Modellen des selbst-regulierten Lernens (SRL) Rechnung getragen. Obwohl die Wurzeln der Forschung zu SRL bis in die 1980er Jahren zurück reichen, ist die Messung und adäquate Unterstützung von SRL in technologie-gestützten Lernumgebungen noch immer nicht zufriedenstellend gelöst. Eine wichtige Hürde sind dabei die Datenquellen, die zur Operationalisierung von SRL-Prozessen herangezogen werden. Um SRL in adaptiven Lernsystemen zu unterstützen und theoretische Modelle zu validieren, werden Instrumente benötigt, die klassischen Gütekriterien genügen und darüber hinaus weitere Anforderungen erfüllen. Geeignete Datenkanäle müssen „online“ messbar sein, das heißt bereits während des Lernens in Echtzeit für Analysen oder die individuelle Anpassung von Interventionen zur Verfügung stehen. Forschende interessieren sich nicht mehr nur für die Endergebnisse von Fragebögen oder Aufgaben, sondern müssen auch Prozessdaten von Interaktionen zwischen Lernenden und Lernumgebungen untersuchen, um die Entwicklung von Theorien und Interventionen voranzutreiben. Zudem sollten Datenquellen nicht intrusiv sein, sodass der Lernprozess nicht unterbrochen oder gestört wird. Dies ist zum Beispiel bei Messungen physiologischer Daten der Fall, zu deren Erfassung die Lernenden Messgeräte tragen müssen. Außerdem sollten Messungen nicht reaktiv sein – andere Variablen (z.B. der Lernerfolg) sollten also nicht von der Messung beeinflusst werden. Unterschiedliche Datenquellen die zur Untersuchung und Unterstützung von SRL-Prozessen bereits verwendet werden, wie z.B. Protokolle über lautes Denken, Screen-Recording, Eye Tracking, Log-Files, Videobeobachtungen oder physiologische Sensoren erfüllen diese Kriterien in jeweils unterschiedlichem Ausmaß. Ein Datenkanal, dem in der pädagogische-psychologischen Forschung bislang kaum Beachtung geschenkt wurde, der aber nicht-intrusiv, nicht-reaktiv, objektiv und online verfügbar ist, sind detaillierte, zeitlich hochauflösende Daten über die beobachtbare Interkation von Lernenden in online Lernumgebungen. Dieser Datenkanal wird in dieser Arbeit als „peripheral data“ eingeführt. Er zeichnet sowohl den Inhalt von Lernumgebungen als Kontext auf, als auch darauf bezogene Aktionen von Lernenden, ausgelöst durch Maus und Tastatur, sowie die Reaktionen der Lernumgebungen, wie etwa strukturelle oder inhaltliche Veränderungen. Zwar sind die oben genannten Kriterien zur Nutzung der Daten erfüllt, allerdings ist unklar, ob diese Daten auch reliabel und valide hinsichtlich relevanten Variablen und Verhaltens interpretiert werden können. Ziel dieser Dissertation ist es daher, diesen Datenkanal aus Perspektive des SRL zu untersuchen und damit die bestehende Forschungslücke weiter zu schließen. Dafür wurden eine Entwicklungs- sowie vier Forschungsarbeiten durchgeführt und in dieser Arbeit dokumentiert.

Die vorliegende kumulative Dissertation erarbeitet eine aktualisierte Interpretation von IQ-Werten, die auf vier zentralen Ebenen erfolgt: (1) Die strukturell-messtheoretische Ebene, (2) die neurobiologische Ebene, (3) die Interpretation als Lernindikator sowie (4) die Perspektive ressourcenbasierter dynamischer Systeme. Jeder Ebene entspricht ein Kapitel der Arbeit, dessen Hauptbestandteil jeweils eine entsprechende Publikation ist. Hauptbestandteil von Kapitel 1 ist die Publikation „Reliability and interpretation of total scores from multidimensional cognitive measures—Evaluating the GIK 4–6 using bifactor analysis“ (Debatin, Aljughaiman, Alghawi, Stoeger & Ziegler, 2018), die sich mit der Zuordnung und Quantifizierung von Varianzanteilen in Gesamtwerten von Testverfahren mit multidimensionaler Faktorenstruktur beschäftigt. Kapitel 1 kommt zu dem Schluss, dass IQ-Werte als je nach Testbatterie mehr oder weniger guter Schätzer des g-Faktors gesehen werden sollten. Die testspezifische Sättigung mit dem g-Faktor ist quantifizierbar und sollte routinemäßig ermittelt werden. Die meisten bisher überprüften gängigen Testbatterien weisen eine sehr hohe Sättigung auf und sind daher als gute Schätzer des g-Faktors interpretierbar. Dies verlagert die Interpretations-problematik von IQ-Werten auf die Interpretation des g-Faktors. Hauptbestandteil von Kapitel 2 ist die Publikation „A revised mental energy hypothesis of the g factor in light of recent neuroscience” (Debatin, 2019), die sich aus einer neurobiologischen Perspektive mit der Interpretation des g-Faktors auseinandersetzt. Der g-Faktor wird als das Resultat interindividueller Unterschiede in personenspezifischen biologischen Faktoren – insbesondere der Funktionsfähigkeit des Energiestoffwechsels und der damit verbundenen neuronalen Plastizität – sowie als das Resultat interindividueller Unterschiede in Umweltvariablen und der lebenslangen Interaktion dieser Faktoren miteinander gesehen. Der gleiche Gesamtwert in Intelligenztests kann demnach je nach Person zu unterschiedlichem Ausmaß durch Umweltfaktoren bedingt sein. Hauptbestandteil von Kapitel 3 ist die Publikation „Does fluid intelligence facilitate the learning of English as a foreign language?—A longitudinal latent growth curve analysis” (Debatin, Harder & Ziegler, 2019), die sich theoretisch und empirisch durch den Einsatz eines latenten Wachstumskurvenmodells mit einem zentralen Aspekt von Intelligenzdefinitionen auseinandersetzt: der Annahme, dass Intelligenz mit einer erhöhten generellen Lernfähigkeit einhergeht. Basierend auf dem aktuellen Stand empirischer Befunde kommt Kapitel 3 zu dem Schluss, dass IQ-Werte, auch aus Testbatterien fluider Intelligenz, entgegen ursprünglicher Annahmen kein starker Prädiktor der Lerngeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum sind; zudem sind IQ-Werte selbst das Ergebnis von Lernprozessen, die durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden. Es wird postuliert, dass die in Kapitel 2 diskutierte Funktions-fähigkeit des Energiestoffwechsels und die damit verbundene neuronale Plastizität direktere und bessere Indikatoren einer Potentialkomponente sind. Hauptbestandteil von Kapitel 4 ist die Publikation „Learning resources and talent development from a systemic point of view“ (Ziegler, Debatin & Stoeger, 2019), die eine Einführung in das Aktiotop-Modell der Begabung (Ziegler, 2005), ein ressourcenbasiertes Dynamisches-System-Modell der Talententwicklung, gibt und empirisch den Zusammenhang zwischen internalen und externalen Ressourcen und Leistung in drei verschiedenen Domänen zeigt. Zusätzlich wird der Zusammenhang zwischen Ressourcen und IQ-Werten ermittelt und diskutiert. Kapitel 4 präzisiert die Annahmen zur Entstehung des g-Faktors und der Vorgänge in Lernverläufen durch das Aufgreifen von Ansätzen ressourcenbasierter dynamischer Systeme. Interindividuelle Unterschiede in IQ-Werten und des g-Faktors werden als das Ergebnis interindividueller Unterschiede in der Summe internaler und externaler Ressourcen und den mannig-faltigen reziproken Prozessen im Laufe der Entwicklung gesehen. Zusammenfassend kommt die Dissertation zu dem Ergebnis, dass zwischen IQ-Werten und der breit akzeptierten Konsensdefinition von Intelligenz (Gottfredson, 1997) nur teilweise Überschneidungen bestehen und zentrale Aspekte dieser Definition nicht, oder nur sehr unzureichend, durch IQ-Werte erfasst werden. Dies widerspricht der gängigen Annahme, dass IQ-Werte gute Schätzer einer generellen Intelligenz sind. Es wird eine moderatere Interpretation als aktuelle Ausprägung eines praktisch relevanten Grundrepertoires der in einer Gesellschaft geforderten und geschätzten basalen kognitiven Fertigkeiten vertreten.

Contains fulltext : 216075.pdf (Publisher’s version ) (Closed access) The interpretation of neurophysiological measurements has a decades-long history, culminating in current real-time brain-computer interfacing (BCI) applications for both patient and healthy populations. Over the course of this history, one focus has been on the investigation of cortical responses to specific stimuli. Such responses can be informative with respect to the human user's mental state at the time of presentation. An ability to decode neurophysiological responses to stimuli in real time becomes particularly powerful when combined with a simultaneous ability to autonomously produce such stimuli. This allows a computer to gather stimulus-response samples and iteratively produce new stimuli based on the information gathered from previous samples, thus acquiring more, and more specific, information. This information can even be obtained without the explicit, voluntary involvement of the user. Cognitive and affective probing refers to this application of active learning where repeated sampling is done by eliciting implicit brain responses. In this tutorial, we provide a definition of this method that unifies different past and current implementations based on common aspects. We argue that a key element is the user model, which serves as both information storage and basis for subsequent probes. Cognitive probing can be used to continuously and autonomously update this user model, refining the probes, and obtaining increasingly detailed or accurate information from the resulting brain activity. Based on the method as presented here, we discuss aspects that differentiate various technical implementations of cognitive probing. We furthermore note that, in contrast to a number of potential advantages of the method, cognitive probing may also pose a threat to informed consent, our privacy of thought, and our ability to assign responsibility to actions mediated by the system. As such, this tutorial provides guidelines to both implement, and critically discuss potential ethical implications of, novel cognitive probing applications and research endeavours. 15 p.