Doppelaufgaben und die Mechanismen der Optimierung der Leistung durch Training

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Theoretischer Hintergrund
2.1 Zentrale Begriffe und deren Bedeutung
2.1.1 Dual tasking, dual tasks und deren Charakteristika
2.1.2 Leistungskosten bei jüngeren und älteren Erwachsenen
2.1.3 Die Psychologische Refraktärperiode und deren (PRP-) Effekt
2.1.4 Das zentrale Engpass-Modell (engl. central bottleneck model)
2.1.5 Stimulus Onset Asynchrony (SOA)
2.2 Mechanismen zur Optimierung von Doppelaufgabenleistung
2.2.1 Zentrale Voraussetzungen
2.2.2 Erhöhen der Trainingsdauer und Simplifizierung der Aufgaben
2.3 Zusammenfassung implementierter Designs
2.4 Hypothesen

3 Methode
3.1 Stichprobe
3.2 Apparate und Reize
3.3 Verlauf und Design

4 Ergebnisse
4.1 Analyse des Trainings
4.1.1 Visuelle Aufgaben
4.1.2 Auditive Aufgaben
4.1.3 Fazit des Trainings
4.2 Hypothesenprüfung
4.2.1 Visuelle Aufgaben
4.2.2 Auditive Aufgaben

5 Diskussion

6 Literaturverzeichnis

7 Anhang

Abbildungsverzeichnis

1 Zentrales Engpassmodell und typisches Design im PRP-Paradigma

2 Vergleichende Darstellung der Trainingsverbesserung (visuell)

3 Vergleichende Darstellung der Trainingsverbesserung (auditiv)

4 Vergleichende Darstellung der SOA-Varianten in Session 9 (visuell)

5 Vergleichende Darstellung der SOA-Varianten in Session 9 (auditiv)

6 Vergleichende Darstellung der 3 SOA-Variationen (visuell) anhand des zentralen Engpassmodells

7 Vergleichende Darstellung der 3 SOA-Variationen (auditiv) anhand des zentralen Engpassmodells

Tabellenverzeichnis

1 T-Test (visuell) Session 2 vs. Session 8

2 T-Test (auditiv) Session 2 vs. Session 8

1 Einleitung

Nicht nur alltägliche Fälle wie das Autofahren bei gleichzeitigem Telefonieren, son- dern auch viele Erkenntnisse psychologischer Forschung deuten darauf hin, dass Lei- stungskosten (z.B. höhere Reaktionszeiten) entstehen, wenn zwei Aufgaben gleichzei- tig ausgeführt werden (Lien & Proctor, 2002; Pashler & Johnston, 1989). Hierbei wird von einem Verarbeitungsengpass ausgegangen, der aus simultan ablaufenden zentral- kognitiven Prozessen (z.B. der Antwortauswahl) seriell nacheinander ablaufende macht (Welford, 1952; Pashler, 1994). Dabei konnten in zahlreichen Studien altersbedingte Un- terschiede beim Bearbeiten von Doppelaufgaben (Aufgaben, in denen beispielsweise zwei Aufgaben simultan präsentiert werden) nachgewiesen werden. Im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen zeigen ältere Erwachsene häufig altersspezifische Defizite, durch die sie beim Lösen von Doppelaufgaben mehr Zeit als beim Lösen von Einzelaufgaben benöti- gen (e.g., Allen, Smith, Vires-Collins & Sperry, 1998; Glass et al., 2000; Hartley, 2001; Hartley & Little, 1999; Hein & Schubert, 2004; McDowd & Shaw, 2000; Verhaeghen, 2011; Verhaeghen, Steitz, Sliwinski & Cerella, 2003).

Allerdings haben etliche Studien evidente Hinweise darauf geliefert, dass die Be- arbeitung von Doppelaufgaben trainiert werden kann. Sowohl jüngere als auch ältere Erwachsene sind offenbar in der Lage, ihre Leistung bei Doppelaufgaben durch Training zu verbessern (e.g., Allen, Ruthruff, Elicker & Lien 2009; Baron & Matilla, 1989; Bherer et al., 2006, 2008; Hartley, Maquestiaux & Silverman Butts, 2011; Maquestiaux, Hartley & Bertsch, 2004; Maquestiaux, Laguë-Beauvais, Ruthruff & Bherer, 2008; Maquestiaux, Laguë-Beauvais, Ruthruff, Hartley & Bherer, 2010). Besonders die Ergebnisse einiger Studien mit jüngeren Erwachsenen haben starkes Optimierungspotenzial von Doppel- aufgabenleistung durch Training offenbart. Diese Studien zeigten nicht nur minimierte kognitive Leistungskosten bei der Bearbeitung von Doppelaufgaben im Vergleich zu Ein- zelaufgaben, sondern teilweise gar deren Eliminierung (Hazeltine, Teague, & Ivry, 2002; Schumacher et al., 2001). Von kognitiven Leistungskosten wird grundsätzlich immer dann gesprochen, wenn die Reaktionszeiten von Probanden bei der Bearbeitung von zwei simultan präsentierten Aufgaben (Doppelaufgaben) höher sind als bei Bearbeitung einzeln präsentierter Aufgaben (Einzelaufgaben).

Obwohl aus älteren Studien (Cerella, 1985) hervorgeht, dass das Altern von Men- schen meist mit einer Beeinträchtigung der kognitiven Geschwindigkeit insgesamt assozi- iert ist und manche Autoren (Rush, Barch & Braver, 2006) davon ausgehen, dass Defizite in der kognitiven Verarbeitung altersspezifischen Phänomenen unterliegen müssten, ge- hen Maquestiaux et al. (2013) der Frage nach, ob solche kognitiven Leistungskosten bei älteren Erwachsenen durch Training verringert oder gar eliminiert werden können, wie Hazeltine et al. (2002) dies für jüngere Erwachsene postuliert hat. Laut Ergebnissen von Maquestiaux et al. (2013) vollzieht sich bei älteren Erwachsenen ein Wandel, durch den sie die Fähigkeit verlieren, Doppelaufgaben ohne kognitive Leistungskosten zu be- arbeiten. Manche Verarbeitungsprozesse stellen ab einem gewissen Grad von Training kaum mehr Anforderungen an die Aufmerksamkeitskapazität und können automatisiert ablaufen (Hagendorf, Krummenacher, Müller & Schubert, 2011, S. 212). Anzeichen, die Bearbeitung von Doppelaufgaben automatisieren zu können, finden sich bei jüngeren Erwachsenen, nicht jedoch bei Älteren (Strobach, Frensch, Müller & Schubert, 2012).

Daher ergibt sich zunächst die Frage, ob und in welchem Maße unter Gestaltung möglichst optimaler Trainingsbedingungen (Vereinfachung der Aufgaben sowie konstantes, intensives Training) die kognitiven Leistungskosten bei älteren Erwachsenen minimiert werden können.

Das Hauptanliegen der vorliegenden Arbeit ist es, herauszufinden, ob nach optimalem Training auch ältere Erwachsene Doppelaufgaben dergestalt automatisiert bearbeiten können, wie dies für jüngere Erwachsene bereits gezeigt wurde (Hazeltine et al., 2002; Maquestiaux et al., 2013).

2 Theoretischer Hintergrund

Im Folgenden werden unter Berücksichtigung des theoretischen Hintergrunds zentrale Begriffe eingeführt und relevante Aspekte vorangegangener Studien überblickartig be- schrieben. Anschließend wird hieraus eine Hypothese abgeleitet und auf die Fragestellung eingegangen.

2.1 Zentrale Begriffe und deren Bedeutung

2.1.1 Dual tasking, dual tasks und deren Charakteristika

In der psychologischen Forschungsliteratur wird Dual Tasking als eine exekutive Funk- tion angesehen. Der Begriff beschreibt allgemein die Fähigkeit, die Ausführung zweier simultan präsentierter Aufgaben (Dual tasks) zu koordinieren. Diese Fähigkeit ist trai- nierbar. Die durch Training erzielte Leistungssteigerung in Dual Tasks hängt eng mit der Optimierung der exekutiven Funktion - Dual Tasking - zusammen (Kramer, Larish & Strayer, 1995). Im Vergleich zu anderen exekutiven Funktionen zeigen Metaanalysen bei Dual Tasking jedoch Altersunterschiede, also die Zunahme von Defiziten in Relation zu ansteigendem Alter der Probanden. Exemplarisch lässt sich dies anhand von Messungen der geteilten Aufmerksamkeit in Doppelaufgaben-Situationen (Verhaeghen, 2011) fest- stellen. Dual Tasking weist unter anderen exekutiven Funktionen (siehe dazu Shifting, Inhibition & Updating; Miyake & Friedman, 2012) idiosynkratische Charakteristika auf und kann daher als Einzelaspekt exekutiver Funktionen betrachtet werden (Strobach et al., 2014). Die altersspezifischen Unterschiede von Dual Tasking können anhand von Messungen der Reaktionszeiten (RTs) in Dual Task-Situationen ermittelt werden und ergeben sich, wenn RTs älterer Erwachsener mit RTs jüngerer Erwachsener verglichen werden. In Analogie vieler Studien, die sich mit kognitivem Altern (engl. cognitive aging) befasst haben, wäre zu erwarten, dass ältere Erwachsene hier tendenziell langsamer sind.

2.1.2 Leistungskosten bei jüngeren und älteren Erwachsenen Jüngere Erwachsene

Sobald zwei Aufgaben gleichzeitig ausgeführt werden sollen, kommt es bei Dual Tasks (Doppelaufgaben) üblicherweise zu Leistungskosten. Sobald die Ausführung von zwei simultan präsentierten Aufgaben länger dauert - also zu größeren RTs führt - als die Ausführung lediglich einer Aufgabe, wird von Leistungskosten gesprochen. In vielen Studien auf diesem Forschungsgebiet wird in aller Regel der Versuch unternommen, zwei hinreichend verschiedenartige Aufgaben mit je distinkten Reizen in Doppelaufgaben zu operationalisieren. Als besonders distinkt gelten die Stimuli zweier Aufgaben vor allem dann, wenn sie verschiedene Sinnesmodalitäten betreffen.

So haben Schumacher et al. Universitätsstudenten in fünf Lerneinheiten (je eine Stunde pro Tag) darauf trainiert, per Knopfdruck mit der rechten Hand auf verschiedene horizontale Positionen eines Kreises zu reagieren. Zur gleichen Zeit wurde von den Teil- nehmern verlangt, nicht nur motorisch, sondern zusätzlich auch verbal auf verschiedene Frequenzen von Tönen zu reagieren. In dieser besonderen Kombination aus folgenden zwei Stimulus-Response Paaren, nämlich visuell-manueller (VM) und auditiv-verbaler Aufgabe (AV) können Leistungskosten in Doppelaufgaben (Doppelaufgabenkosten) als die Differenz aus den RTs der Doppelaufgabe und der RT der Einzelaufgabe berechnet werden. Während hier zu Beginn des Trainings (2. Sitzung) noch sehr große Doppelauf- gabenkosten beobachtet wurden, verringerten diese sich bis zum Ende des Trainings (5. Sitzung) beständig bis hin zur teilweisen Eliminierung der Kosten (2001).

Ergebnisse wie die eliminierten Doppelaufgabenkosten nach Training sind beson- ders aussagekräftig, da sie Einblick in Mechanismen und Voraussetzungen für aus Trai- ning resultierende Änderungen in Doppelaufgabensituationen verschaffen. So spricht die genannte Studie dafür, dass jüngere Erwachsene durch Training die Fähigkeit erlernen können, Dual Tasks mit minimalen bzw. ohne Leistungskosten zu bearbeiten.

Ältere Erwachsene

Maquestiaux et al. (2013) stellten sich der Frage, ob auch ältere Erwachsene die Fähigkeit erlernen können, Doppelaufgaben, die durch Training neu erlernt werden, zu automa- tisieren. Die älteren Probanden (M = 65.6 years, SD = 4.3 years, range 59-72 years, 5 female) wurden zunächst so lange trainiert, bis die Leistung bei Doppelaufgaben - gemessen anhand von RTs - ein vergleichbares Niveau zu jüngeren Erwachsenen erreich- te, die bereits die Fähigkeit zur automatisierten Bearbeitung der Aufgaben aufgewiesen hatten. Um die Automatisierung zu beurteilen, sollten Personen während des Trainings zwei separate Aufgaben gleichzeitig bearbeiten. Automatisierung ist dann möglich, wenn Leistungskosten bei Doppelaufgaben (Doppelaufgaben-Interferenzen) eliminiert werden können, was einige vorangegangene Studien für jüngere Erwachsene postulierten (Schu- macher et al., 2001; Strobach, Frensch, Müller & Schubert, 2012). Um also diese Au- tomatisierung zu erreichen, präsentieren Forscher während des Trainings die Aufgaben oft gleichzeitig und instruieren die Probanden, beide Aufgaben mit gleicher Priorität zu behandeln. Maquestiaux et al. (2013) sehen in diesem Vorgeben (also im Falle einer sehr schnellen und hoch trainierten Bearbeitung beider Aufgaben) das Problem, dass dergestalt empirisch minimale Unterschiede provoziert werden, die kaum voneinander zu unterscheiden sind - egal ob die Aufgaben nun automatisiert sind oder nicht. Daher greifen Maquestiaux et al. (2013) auf das Vorgehen von Ruthruff, Van Selst, Johnston und Remington (2006) zurück, das dieses Problem lösen soll. Deren Ansatz umfasst zwei Phasen. Erstens: Intensiv trainiert werden nur Einzelaufgaben; getestet wird erst da- nach in Doppelaufgabensituationen. In diesen Doppelaufgabentestsituationen soll dann herausgefunden werden, wie gut intensiv trainierte Einzelaufgaben (Aufgabe 2) weiter- bearbeitet werden können, während die Aufmerksamkeit noch bei einer untrainierten Aufgabe (Aufgabe 1) liegt. In diesem Vorgehen wird also die Automatisierung mittels psychologischer Refraktärperiode (PRP, engl.: Psychological Refractory Period ) erforscht.

2.1.3 Die Psychologische Refraktärperiode und deren (PRP-) Effekt

Generell beschreibt die Psychologische Refraktärperiode ein Zeitintervall, in dem das Gehirn nur einen Reiz verarbeiten kann. Der PRP-Effekt tritt auf, wenn Probanden auf zwei Stimuli (S1 und S2) bzw. zwei Aufgaben mit unterschiedlichen Reaktionen reagie- ren müssen, die kurz nacheinander, also zeitlich asynchron (stimulus onset asynchrony, SOA), dargeboten werden. Zum Beispiel kann in Aufgabe 1 eine Aufgabe mit dem S- R-Paar visuell-manuelle Aufgabe (S1) dargeboten werden und nach einem kurzen, aber zeitlich variierbaren Intervall (SOA > 0) die Aufgabe 2 mit dem S-R-Paar auditiv-verbal

(S2) folgen oder umgekehrt. In solchen Fällen zeigt sich regelhaft, dass mit kleiner werdendem SOA die Reaktionszeit auf S2 zunimmt und umgekehrt. Welford (1952) und Pashler (1994) erklärten dieses Phänomen mit Hilfe des zentralen Engpassmodells, anhand dessen sich auf der Ebene der Antwortauswahl bei kürzer werdenden SOAs die Wahrscheinlichkeit der Überlappung der beiden Aufgaben erhöht, was zu höheren Reaktionszeiten führt (Hagendorf et al., 2011, S. 205-207).

2.1.4 Das zentrale Engpass-Modell (engl. central bottleneck model)

Zahlreiche Forscher (Welford, 1952; Pashler, 1994) gehen bei der Informationsverarbeitung von einem kapazitätsbegrenzten Kanal (in Abbildung 1 grau schraffiert) aus, dem zentral-kognitive Prozesse wie die Antwortselektion unterliegen. Diese Kapazitätsbegrenzung der Aufmerksamkeit ist dafür verantwortlich, dass lediglich eine Handlung zu einem Zeitpunkt ausgewählt werden kann (Hagendorf et al., 2011, S. 206 f.).

Abbildung 1 skizziert schematisch die drei Verarbeitungsstufen des zentralen Engpassmodells im Falle einer Doppelaufgabe, in der eine Aufgabe 1 vor einer Aufga- be 2 präsentiert wird (mit SOA), wie im PRP-Paradigma üblich. Zunächst werden die Reize der Aufgaben wahrgenommen und perzeptuell verarbeitet. Danach folgt eine Ent- scheidung bzw. Antwortauswahl und zuletzt eine motorische Reaktion. Nur die Stufe

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1. Zentrales Engpassmodell und typisches Design im PRP-Paradigma. Grau markierte Prozesse (Antwortauswahl) unterliegen einem Verarbeitungsengpass, der kei- ne zeitliche Überlappung dieses Verarbeitungsprozesses zulässt; PRP = Psychologische Refraktärperiode, SOA-Intervall = stimulus onset asynchrony (zeitliche Variation in der Präsentation der Stimuli zwischen Aufgabe 1 und Aufgabe 2), RT2 = Reaktionszeit der Aufgabe 2 (Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an Hagendorf et al., 2011, S.206)

der Antwortauswahl läuft seriell und ohne die Möglichkeit einer zeitlichen Überlappung ab, während die restlichen Verarbeitungsstufen parallele Verarbeitung zulassen (Pashler, 1994). Da keine zeitliche Überlappung auf der zentralen Stufe möglich ist, resultiert der PRP-Effekt daraus, dass die Antwortauswahl in Aufgabe 2 so lange aufgeschoben wer- den muss, bis die Antwortauswahl in Aufgabe 1 vollzogen ist. Wenn ein SOA-Intervall eingeführt wird, sinkt oder verschwindet die Überlappungszeit, je nach Größe des SOA- Intervalls. Wie in Abbildung 1 für die Aufgabe 2 mit SOA-Intervall erkennbar, können so die Verarbeitungsstufen der Aufgabe 1 und Aufgabe 2 ablaufen, ohne untereinander zu konfligieren.

Durch intensives Training jüngerer Erwachsener konnten Van Selst et al. (1999) sowie Schumacher et al. (2001) den PRP-Effekt sehr stark verringern bis beseitigen, in dem eine Automatisierung der Prozesse in den zwei Aufgaben möglich gemacht wurde, sodass keine zentrale Aufmerksamkeitskapazität mehr bei der Antwortselektion genutzt werden musste (Hagendorf et al., 2011, S. 207).

Maquestiaux et al. konnten abschließend feststellen, dass jüngere Erwachsene im Gegensatz zu älteren eine trainierte Aufgabe 2 automatisiert bearbeiten können, obwohl die zentrale Aufmerksamkeit noch bei Aufgabe 1 lag. Nahezu alle getesteten jüngeren Erwachsenen (17 von 20) konnten im Vergleich zu älteren sogar mit nur der Hälfte des Trainings und einer schwierigeren Aufgabe den Engpass umgehen. Trotz doppel- tem Training und einfacheren Aufgaben waren nur 2 von 10 älteren Erwachsenen zur Automatisierung fähig (2013).

Daher gehen die Autoren davon aus, dass im Alter die Fähigkeit zur Automatisierung verloren geht, da selbst intensiv trainierte Aufgaben immer noch Ressourcen der Aufmerksamkeit beanspruchen. Diese Ergebnisse sprechen für die Existenz eines zentralen Engpassmodells.

2.1.5 Stimulus Onset Asynchrony (SOA)

Ebenfalls aufbauend auf den Ergebnissen von Schumacher et al. (2001) stellten Hazel- tine et al. (2002) bei jüngeren Erwachsenen fest, dass selbst wenn der Start der Prä- sentation sowie die Dauer von Stimulus S1 und S2 zeitlich variiert werden (mit SOA) keine Doppelaufgaben-Interferenzen entstehen und somit nach intensivem Training au- tomatisierbar sind. In einem Drittel aller Doppelaufgabendurchgänge wurde der auditive Stimulus 50 ms vor dem visuellen dargeboten; in einem weiteren Drittel wurde der vi- suelle Stimulus 50 ms vor dem auditiven präsentiert. Nur im übrigen Drittel wurden die beiden Stimuli gleichzeitig präsentiert. Durch die Einführung des SOAs entstand ei- ne Reichweite von 100 ms, mit Hilfe derer Interferenzen bei Doppelaufgaben aufgedeckt werden können, die üblicherweise zu größeren RTs führen und somit als Leistungsko- sten charakterisiert werden. Die Doppelaufgabenkosten waren aber nicht signifikant und konnten trotz SOA automatisiert werden. Das bedeutet, dass die verschiedenen SOAs marginalen bis nichtigen Einfluss auf die Reaktionszeiten der Probanden hatten, sich die mittleren Reaktionszeiten also untereinander trotz verschiedener SOAs kaum veränder- ten. Auf Grundlage dieser Ergebnisse argumentieren die Autoren im Vergleich zur Studie von Maquestiaux et al. (2013) gegen eine Beeinflussung durch das zentrale Engpassmo- dell. Die Probanden haben die zwei Aufgaben unabhängig voneinander bearbeitet, sodass logischerweise die Manipulation des relativen Timings der zwei Aufgaben minimale bis keine Effekte verursachte. Die Probanden haben den Engpass umgangen.

2.2 Mechanismen zur Optimierung von Doppelaufgabenleistung

Strobach et al. (2012b) diskutieren unter Beachtung wichtiger vorangegangener sowie ei- gener Forschungsergebnisse Möglichkeiten zur Verbesserung von Doppelaufgabenleistung und weisen in ihrer Studie auf wichtige Voraussetzungen hierfür hin. Welche Vorschläge die Autoren zur Optimierung machen, wird zum besseren Verständnis in aller gebotenen Kürze skizziert.

2.2.1 Zentrale Voraussetzungen

Ein gutes Training von Doppelaufgaben ist für die vorliegende Arbeit essenziell, denn ältere Erwachsene verbessern sich prinzipiell träger während des Einübens von Doppelaufgaben im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen. Daher soll Training maximal effektiv sein. Um diese Effektivität zu gewährleisten, sind laut Meyer & Kieras (1999) auf Grundlage ihrer Forschungen fünf wichtige Voraussetzungen zur Optimierung von Doppelaufgabenleistung durch Training zu erfüllen (S. 54):

1. Bedingung: Die Probanden werden dazu ermutigt, beide Aufgaben mit gleicher Priorität zu behandeln.
2. Bedingung: Von den Teilnehmern wird eine möglichst schnelle Durchführung aller Aufgaben erwartet.

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