Zeitschrift für Psychologie: Band 199, Heft 2 1991 [Reprint 2021 ed.] 9783112580028, 9783112580011

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Zeitschrift für Psychologie

ISSN 0044-3409 Z. Psychol. Leipzig • 199 (1991) 2 S. 1 2 1 - 2 2 4

2E 8568 F

mit Zeitschrift für angewandte Psychologie

Schriftleitung F. Klix, Berlin W. Hacker, Dresden Elke van der Meer, Berlin Redaktion J. Mehl, Berlin F. Kukla, Berlin M. Zießler, Berlin

Johann Ambrosius Barth Leipzig • Heidelberg

2/91

Unter Mitwirkung

von

J.E. Azcoaga (Buenos Aires) • P.B. Baltes (Berlin) • N. Bischof (Zürich) • A.A. Bodaljow (Moskau) • D. Dörner (Berlin) • J. Engelkamp (Saarbrücken) • P. Fraisse (Paris) • H.-G. Geißler (Leipzig) • D . J . Herrmann (New York) • A. Kossakowski (Berlin) • D. Koväc (Bratislava) • D. Magnusson (Stockholm) • K. Pawlik (Hamburg) • P. Petzold (Jena) • T. Radil (Prag) • H.-D. Rosier (Rostock) • E. Roth (Salzburg) • H.-D. Schmidt (Berlin) • L.S. Svetkova (Moskau) • H. Sydow (Berlin) • H. Spada (Freiburg) • M. Wertheimer (Boulder) • G. d'Ydewalle (Leuven)

Inhalt Geissler, H.-G. (Leipzig): Zeitcodekonstanten - ein Bindeglied zwischen Psychologie und Physiologie bei der Erforschung kognitiver Prozesse? Hypothesen und Überlegungen zu Quantenstrukturen in der Alphaaktivität des Gehirns

121

Nenninger, P. (Kiel): Motivierung studentischen Lernens im Kulturvergleich

145

Lander, H.-J. (Leipzig): Ein methodischer Ansatz zur Ermittlung der Struktur und der Dimensionierung einer intern-repräsentierten Begriffsmenge

167

Bäuml, K.-H. (Regensburg): Retroaktive Hemmung: Kein Eirifluß der Kategorisierungsart - konzeptuell versus phonetisch-visuell - auf die Verfügbarkeit von Information 177 Wertheimer, M. (Boulder): A Tale of Two Regions: The Rocky Mountain and the U.S. Western (Part II)

191

Autorenhinweise

222

Buchbesprechungen

Annotationen

143,166,204

221

Unter Mitwirkung

von

J.E. Azcoaga (Buenos Aires) • P.B. Baltes (Berlin) • N. Bischof (Zürich) • A.A. Bodaljow (Moskau) • D. Dörner (Berlin) • J. Engelkamp (Saarbrücken) • P. Fraisse (Paris) • H.-G. Geißler (Leipzig) • D . J . Herrmann (New York) • A. Kossakowski (Berlin) • D. Koväc (Bratislava) • D. Magnusson (Stockholm) • K. Pawlik (Hamburg) • P. Petzold (Jena) • T. Radil (Prag) • H.-D. Rosier (Rostock) • E. Roth (Salzburg) • H.-D. Schmidt (Berlin) • L.S. Svetkova (Moskau) • H. Sydow (Berlin) • H. Spada (Freiburg) • M. Wertheimer (Boulder) • G. d'Ydewalle (Leuven)

Inhalt Geissler, H.-G. (Leipzig): Zeitcodekonstanten - ein Bindeglied zwischen Psychologie und Physiologie bei der Erforschung kognitiver Prozesse? Hypothesen und Überlegungen zu Quantenstrukturen in der Alphaaktivität des Gehirns

121

Nenninger, P. (Kiel): Motivierung studentischen Lernens im Kulturvergleich

145

Lander, H.-J. (Leipzig): Ein methodischer Ansatz zur Ermittlung der Struktur und der Dimensionierung einer intern-repräsentierten Begriffsmenge

167

Bäuml, K.-H. (Regensburg): Retroaktive Hemmung: Kein Eirifluß der Kategorisierungsart - konzeptuell versus phonetisch-visuell - auf die Verfügbarkeit von Information 177 Wertheimer, M. (Boulder): A Tale of Two Regions: The Rocky Mountain and the U.S. Western (Part II)

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Autorenhinweise

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Buchbesprechungen

Annotationen

143,166,204

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Zeitschrift für Psychologie

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Band 199 (1991) 2 mit Zeitschrift für angewandte Psychologie Z.Psychol. 199(1991) 121-143

Band 105 J. A. Barth, Leipzig

Sektion Psychologie der Universität Leipzig

Zeitcodekonstanten - ein Bindeglied zwischen Psychologie und Physiologie bei der Erforschung kognitiver Prozesse? Hypothesen und Überlegungen zu Quantenstrukturen in der Alpha-Aktivität des Gehirns1 H.-G. Geissler Zusammenfassung: Beziehungen zwischen Alphaaktivität des Gehirns und Leistungen des Kurzzeitgedächtnisses werden auf der Grundlage eines Ansatzes von Lebedev und Lutzki (1973) diskutiert. Dieser Ansatz nimmt einen mittelbaren Z u s a m m e n h a n g an, indem Verarbeitung und Speicherung von I n f o r m a t i o n als Ergebnisse der Überlagerung oszillatorischer Vorgänge erklärt werden, deren Perioden sich um individualtypische Werte einer Elementarperiode (relative Refraktärzeit) voneinander unterscheiden. Spezifischere A n n a h m e n der A u t o r e n zu Suchgeschwindigkeit und Gedächtnisspanne scheinen jedoch aus empirischen bzw. logischen G r ü n d e n nicht immer haltbar. Es werden alternative Erklärungen vorgeschlagen, die an ein Zeitquantenmodell (TQM) von Geissler (1985, 1987, 1990, 1991) ank n ü p f e n . Einfache Erweiterungen f ü h r e n zu der Hypothese eines aus 9 diskreten Frequenzen zusammengesetzten „Alphabandes". Voraussagen über Scanning-Rhythmen können hieraus abgeleitet werden, wenn man a n n i m m t , d a ß es sich um Segmentierungen a u f g r u n d paarweiser Resonanz handelt. Zur Erklärung von Spannenwerten wird eine Modifizierung der Hypothese von Lebedev und Lutzki vorgeschlagen, bei der eine Optimalkodierung der gespeicherten I n f o r m a t i o n unterstellt wird. Schlüsselwörter:

Kurzzeitgedächtnis - Suchgeschwindigkeit - Alphaaktivität -

Zeitquantenmodell

Summary: Temporal code invariants as possible links between psychological and physiological characteristics of cognition: a tentative time q u a n t u m a p p r o a c h . Relationships between alpha activity and short-term m e m o r y p e r f o r m a n c e are discussed referring to an approach suggested by Lebedev and Lutzky (1973). These authors suggest a secondary relationship in considering processing as well as storing of information as a result of the superposition of oscillatory processes which differ f r o m one another an elementary period (relative refractoriness) specific to individuals. Some specifications of scan rate and STM span suggested by the authors seem to be untenable for empirical and logical reasons. Alternative explanations are proposed referring to the time q u a n t u m model (TQM) by Geissler (1985, 1987, 1990, 1991). Straight forward expansions of this model lead to the hypothesis of an „alpha b a n d " consisting of 9 discrete frequencies. Predictions on scanning rhythms can be derived f r o m this via the assumption that these represent segmentations caused by pairwise resonance. A modification of the Lebedev-Lutzky assumption on spans is proposed assuming an o p t i m u m code for stored information. 1 Dieser Beitrag ist die erweiterte Fassung des Vortrages des A u t o r s auf dem Symposium zum 100 jährigen Bestehen der Zeitschrift f ü r Psychologie 1990 in Berlin. Aus technischen Gründen konnte er nicht in den Jubiläumsband Supplementband 11 der Zeitschrift f ü r Psychologie aufgenommen werden.

Zeitschrift für Psychologie

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Band 199 (1991) 2 mit Zeitschrift für angewandte Psychologie Z.Psychol. 199(1991) 121-143

Band 105 J. A. Barth, Leipzig

Sektion Psychologie der Universität Leipzig

Zeitcodekonstanten - ein Bindeglied zwischen Psychologie und Physiologie bei der Erforschung kognitiver Prozesse? Hypothesen und Überlegungen zu Quantenstrukturen in der Alpha-Aktivität des Gehirns1 H.-G. Geissler Zusammenfassung: Beziehungen zwischen Alphaaktivität des Gehirns und Leistungen des Kurzzeitgedächtnisses werden auf der Grundlage eines Ansatzes von Lebedev und Lutzki (1973) diskutiert. Dieser Ansatz nimmt einen mittelbaren Z u s a m m e n h a n g an, indem Verarbeitung und Speicherung von I n f o r m a t i o n als Ergebnisse der Überlagerung oszillatorischer Vorgänge erklärt werden, deren Perioden sich um individualtypische Werte einer Elementarperiode (relative Refraktärzeit) voneinander unterscheiden. Spezifischere A n n a h m e n der A u t o r e n zu Suchgeschwindigkeit und Gedächtnisspanne scheinen jedoch aus empirischen bzw. logischen G r ü n d e n nicht immer haltbar. Es werden alternative Erklärungen vorgeschlagen, die an ein Zeitquantenmodell (TQM) von Geissler (1985, 1987, 1990, 1991) ank n ü p f e n . Einfache Erweiterungen f ü h r e n zu der Hypothese eines aus 9 diskreten Frequenzen zusammengesetzten „Alphabandes". Voraussagen über Scanning-Rhythmen können hieraus abgeleitet werden, wenn man a n n i m m t , d a ß es sich um Segmentierungen a u f g r u n d paarweiser Resonanz handelt. Zur Erklärung von Spannenwerten wird eine Modifizierung der Hypothese von Lebedev und Lutzki vorgeschlagen, bei der eine Optimalkodierung der gespeicherten I n f o r m a t i o n unterstellt wird. Schlüsselwörter:

Kurzzeitgedächtnis - Suchgeschwindigkeit - Alphaaktivität -

Zeitquantenmodell

Summary: Temporal code invariants as possible links between psychological and physiological characteristics of cognition: a tentative time q u a n t u m a p p r o a c h . Relationships between alpha activity and short-term m e m o r y p e r f o r m a n c e are discussed referring to an approach suggested by Lebedev and Lutzky (1973). These authors suggest a secondary relationship in considering processing as well as storing of information as a result of the superposition of oscillatory processes which differ f r o m one another an elementary period (relative refractoriness) specific to individuals. Some specifications of scan rate and STM span suggested by the authors seem to be untenable for empirical and logical reasons. Alternative explanations are proposed referring to the time q u a n t u m model (TQM) by Geissler (1985, 1987, 1990, 1991). Straight forward expansions of this model lead to the hypothesis of an „alpha b a n d " consisting of 9 discrete frequencies. Predictions on scanning rhythms can be derived f r o m this via the assumption that these represent segmentations caused by pairwise resonance. A modification of the Lebedev-Lutzky assumption on spans is proposed assuming an o p t i m u m code for stored information. 1 Dieser Beitrag ist die erweiterte Fassung des Vortrages des A u t o r s auf dem Symposium zum 100 jährigen Bestehen der Zeitschrift f ü r Psychologie 1990 in Berlin. Aus technischen Gründen konnte er nicht in den Jubiläumsband Supplementband 11 der Zeitschrift f ü r Psychologie aufgenommen werden.

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Key words: short-term memory - scanning-alpha activity - time quanta Korrespondenzanschrift: Prof. Dr. H.-G. Geissler, Fachbereich Psychologie der Universität Leipzig, Tieckstr. 2, 0 - 7030 Leipzig, Bundesrepublik Deutschland

1. Einführung Die erste Entwicklungsperiode der Kybernetik stand im Zeichen der Erwartung, daß die Entdeckung universeller Zeitcodes der Verschlüsselung und Verarbeitung von Information im menschlichen Gehirn unmittelbar bevorsteht. Auf der Suche nach physiologischen Korrelaten eines solchen Codes wurden dabei besondere Hoffnungen auf den Alpharhythmus des EEG gesetzt (vgl. Wiener, 1958). Diese Erwartung hat sich in der kurzfristigen Perspektive nicht erfüllt. Der auf korrelative Beziehungen ausgerichtete Hauptstrom psychophysiologischer Untersuchungen hat die Frage nach den Mechanismen weitgehend in den Hintergrund treten lassen. Aber auch dort, wo es explizit um neuronale Modelle kognitiver Hirnfunktionen geht, entfernte man sich von der Idee, daß das Gehirn sich gleichsam einer Schrift aus Zeitbeziehungen elementarer Trägerprozesse bedienen könnte. Das gilt auch für jüngere Entwicklungen des sog. Neokonnektivismus, der räumlich-topographische Wechselwirkungen angenommener Funktionseinheiten in den Mittelpunkt stellt. Dennoch ist das Problem des theoretischen Zusammenhangs zwischen kognitiven Leistungsdispositionen und oszillatorischen Trägerprozessen im Gehirn niemals ganz aus dem Blickfeld psychologisch-verhaltensanalytischer Forschung verschwunden. Im folgenden werden wir uns vor allem auf zwei Versuche in dieser Richtung beziehen. Der erste dieser Versuche ist physiologisch motiviert und geht auf Vorstellungen Livanovs (1934, 1972, 1989) zurück, auf denen aufbauend Lebedev und Lutzki (1972, 1973) einen Ansatz zur Beschreibung einfacher kognitiver Leistungen entwickelten. Ein zweiter, eigener Ansatz wurde ausschließlich auf der Grundlage von psychologischen Verhaltensdaten gewonnen (vgl. Geissler, 1985, 1986,1987,1990,1991) und in Form eines taxonomischen Zeitquantenmodells, im folgenden als TQM ("time quantum model") bezeichnet, zusammenfassend dargestellt. Seine Besonderheit besteht darin, daß für einen relativ großen Bereich unterschiedlicher Erscheinungen Regeln zeitlich-quantenhafter Organisation formuliert werden, deren Interpretation als Produkt hierarchisch organisierter oszillatorischer Prozesse im Gehirn außerordentlich naheliegt. Ansätze dieser Art gewinnen gegenwärtig besondere Aktualität vor dem Hintergrund physiologischer Entdeckungen, die auf raum-zeitlich hochgradig kohärente Oszillationen verweisen, die augenscheinlich auch distante Hirnbereiche verbinden können (vgl. Freeman, 1978, 1990; Eckhorn und Mitarb. 1988, 1990; Gray und Mitarb. 1989, 1990), deren differenziertes Verständnis einen verhaltensanalytischen Rahmenansatz erfordert. Das allgemeine Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, zu zeigen, daß sehr wahrscheinlich scharf abgestimmte zeitliche Strukturierungen existieren, die ein notwendiges Komplement räumlicher Prozeßorganisation darstellen. Bei der Exemplifizierung dieser These beschränken wir uns bewußt auf eine Diskussion des Wienerschen Paradigmas, das von der Relevanz oszillatorischer Prozesse im Alphafrequenzband

Zeitcodekonstanten

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ausgeht und dessen kognitives Leistungsrelief im Bereich von Such- und Behaltensprozessen des sog. Kurzzeitgedächtnisses angesiedelt ist. In Abhebung von älteren Vorstellungen, die eine unmittelbare Bedeutsamkeit des im Spontan-EEG beobachtbaren Alpharhythmus für Informationsprozesse annahmen, gehen wir von dem Begriff der Alphaaktivität aus. Hierunter wird ein genereller Aktivitätsmodus des ZNS verstanden, von dem der Alpharhythmus nur eine spezielle Äußerungsform ist. Gegenüber heute noch geläufigen Auffassungen ist ferner wesentlich, daß Alphaaktivität grundsätzlich als Teil einer umfassenderen zeitlichen Organisationsstruktur betrachtet wird, die über ihre Binnengliederung sowohl zu schnelleren als auch zu wesentlich langsameren Aktivitäten in Beziehung steht. Für den Unterschied gegenüber üblichen (korrelativen) Bezugsetzungen zwischen psychologischen (verhaltensanalytischen) und physiologischen Kenngrößen ist entscheidend, daß für beide Datenarten ein Übergang zu Konstruktgrößen erforderlich ist. Als Bedingung für die Akzeptanz einer Beschreibung genügt dabei nicht die Übereinstimmung zwischen Daten und Modellbeschreibung nach einem vorgegebenen Kriterium. Es ist vielmehr verlangt, daß die identifizierten Parameter des Zeitverhaltens über eine (möglichst weit gespannte) Klasse von Bedingungen invariant bleiben. Sollen diese Parameter den zugrundeliegenden Hirnprozeß stabil charakterisieren, so muß man außerdem zu demselben Ergebnis gelangen, gleichgültig, ob man von psychologischen oder (psycho-) physiologischen Daten ausgeht. So strenge Forderungen an Modellanalysen sind im Einzelfall ohne die Zuhilfeannahme eines Rahmenansatzes, der zumindest partiell die Funktion einer übergreifenden Theorie übernehmen kann, praktisch unerfüllbar. Diese Funktion wird im folgenden der aus der Anwendung chronometrischer Validierungstechniken hervorgegangene TQM-Ansatz übernehmen (vgl. Geissler und Buffart, 1985). Dabei werden wir in zwei Richtungen vorangehen: Im ersten Teil der Arbeit werden wir anhand einer exemplarischen Analyse zeitlich reguläre Beziehungen der Gedächtnissuche beschreiben. In den folgenden Abschnitten werden wir die Logik umkehren und fragen, inwieweit ein Schluß von psychophysiologischen Zeitcharakteristika auf Verhaltensindizes möglich ist. Wegen ihrer Rolle für die weitere Analyse sollen zunächst die Hauptannahmen des TQM-Ansatzes kurz dargestellt werden.

2. Grundannahmen des Zeitquantenansatzes (TQM) Zeitliche Regularitäten können sich unter günstigen Bedingungen schon an der Oberfläche von Verhaltensdaten zeigen, so etwa, wenn bei Aufgaben vom Sternberg-Typ die Reaktionszeiten und negative Antworten auf parallelen Geraden liegen oder, bei abbrechender Suche, auf Geraden, deren Anstiege einem 1:2-Verhältnis nahekommen. Solche Erscheinungen treten gewöhnlich ein, nachdem die Anpassung an Situationen und Aufgaben zu einem gewissen Zwischenabschluß gekommen ist. Entsprechend kann davon ausgegangenen werden, daß eine zeitlich reguläre Koordination auf neuronaler Ebene als Ergebnis eines Selbstorganisationsprozesses unter gegebenen Randbedingungen entsteht, der einen kooperativen Zusammenschluß elementarer Aktivitäten aus einem Zustand chaotischer Zeitbeziehungen heraus bewirkt.

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Eine für alle weiteren Schlüsse wesentliche Hypothese ist in diesem Zusammenhang, daß der Übergang zu spezifisch geordneten Zuständen mit einer Tendenz zu ganzzahligen Beziehungen zwischen kritischen Zeitperioden verbunden ist. Zusammen mit naheliegenden Uniformitätsannahmen bewirkt diese Bedingung der Ganzzahligkeit einschneidende Einschränkungen der zulässigen Beziehungen zwischen inhaltlich unterschiedlich interpretierbaren Zeitperioden. In diesem Sinne repräsentiert TQM nach Zielstellung und Voraussetzungen ein System von Voraussagen darüber, welche Zeitperioden unter gegebenen Bedingungen zusammen auftreten können. Obwohl diese Voraussagen, wie wir sehen werden, über die (begrenzte) Interpretierbarkeit numerischer Konstituenten eine gewisse „Prozeßnähe" besitzen, sind aktuelle TQM-Versionen dennoch keine Prozeßtheorien und folglich z. B. auch neutral gegenüber der Problematik serieller vs. paralleler Verarbeitung. Die im weiteren benutzten Annahmen können folgendermaßen zusammengefaßt werden: 2.1.

Verkettung

Als Produkt von Organisationsprozessen treten Verkettungen elementarer Ereignisse E ein. Eine Verkettung besteht in einer lückenlosen zeitlichen Abfolge von Ereignissen E. Eine Kette EEE von 3 Ereignissen werde als Verkettung in der Form 3 x (E), eine solche von N Ereignissen E entsprechend N x (E) geschrieben. Verkettungen sind bis zu einer maximalen Länge M möglich. Wahrscheinlich gilt im nichtpathologischen Fall generell N < M = 30. 2.2. Hierarchische

Verkettung

Die Operation der Verkettung ist rekursiv. Beispielsweise kann eine Verkettung 3 x (E) Element einer Verkettung 4 x (3 x (E)) werden. In Hinblick auf die Längenbeschränkung müssen offenbar zwei Typen hierarchischer Verkettung unterschieden werden: 2.2.1. Innere Verkettung (Segmentierung): Die Beschränkung auf maximal M Glieder gilt für die Gesamtzahl der Elemente E. So muß beispielsweise für ni X (n 2 X (n3 X (E))) gelten: N = ni x n 2 x n 3 < 3 0 . Mit anderen Worten, diese Faktoren bilden je nach Reihenfolge unterschiedliche, hierarchische Segmentierungen von N, die man auch durch Klammerungen der Ereigniskette ausdrücken kann. So entspräche etwa der Ausdruck 2 x (5 x (2 x (E))) der Klammerung (((EE)(EE)(EE)(EE)(EE))((EE)(EE)(EE)(EE)(EE))) von 20 Elementen. 2.2.2. Äußere Verkettung (Verkettung höherer Ordnung): Diese Form entspricht dem Fall, daß eine Kette von elementaren Ereignissen die Funktion eines Elements höherer Ordnung (Chunk) übernehmen kann. Die einfachste Annahme ist dann, daß für Elementarereignisse unabhängig von ihrer Ordnung die gleichen Regeln und Beschränkungen der Verkettung gelten.

Zeitcodekonstanten

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Die Definition von zwei Verkettungsformen, die ja als Grenzfälle zeitlicher Strukturierung eine empirische Entsprechung besitzen sollen, wirft die Frage der Abgrenzung und wechselseitigen Beziehungen auf. Eine einfache und eindeutige Lösung ist durch die A n n a h m e einer Gliederung in operative Bereiche gegeben (vgl. Geissler, 1990). Sie läuft darauf hinaus, daß maximalen inneren Verkettungen (d. h. Verkettungen, die nicht regulär fortsetzbar sind ohne die Längenrestriktion zu verletzen) eine tragende Rolle als obere Bereichsgrenzen zugeschrieben wird, die gleichzeitig Ausgangsperioden für Segmentierungen und Elemente für Verkettungen der nächsthöheren Ordnung darstellen. 2.3.

Verschmelzung

Neben dem Prinzip der Verkettung benötigt man zur Beschreibung der Fakten eine weitere Annahme, die in gewissem Maße der äußeren Verkettung ähnelt, sich aber auf die jeweils kleinsten Einheiten eines operativen Bereichs bezieht. Der wesentlichste Sachverhalt, der durch die Annahme zur Deckung gebracht wird, besteht darin, daß unter verschiedenen Bedingungen offenbar Ereignisse unterschiedlicher Dauer die Rolle einer Elementareinheit übernehmen können. Vermeidet man es, von vornherein ein bestimmtes Basisniveau mit einem zugehörigen Elementarereignis zugrunde zu legen, so kann die Forderung ganzzahliger Beziehungen in Form der rekursiven Regel E i + i = ( " k x E " ) Berücksichtigung finden, worin die Symbolik der rechten Gleichungsseite im Gegensatz zu k x (E) die Ersetzung des Ereignisses Ej durch ein anderes integrales Ereignis der k-fachen Dauer bedeutet. Man kann verschiedene Erwägungen über den Wert von k anstellen, die alle fast unausweichlich auf den Wert 2 führen. Es genügt jedoch der Verweis darauf, daß bereits k = 3 eine viel zu rasche, empirisch völlig sinnlose Progression von Elementarzeiten bewirkt. 2.4.

Zeitquanten-Basisniveau

Eine Sonderfrage, die sich in Zusammenhang mit Annahmen über eine diskrete zeitliche Architektur psychischer Zustände und Prozesse notwendigerweise stellt, ist die nach einem Basisniveau zeitlicher Auflösung. Die Suche nach einer Antwort auf diese Frage ist mit zwei Problemen verbunden. Das eine dieser Probleme ist sehr prinzipieller Natur: Es gibt nämlich zumindest kein logisches Hindernis, die Annahme eines Basisniveaus überhaupt fallen zu lassen. Man könnte hierfür sogar physiologische und physiologisch-chemische Gründe geltend machen. Wenn von uns die Annahme dennoch gemacht wird, dann im Sinne einer unteren Schranke der Zeitcharakteristika globaler Kommunikation im Gehirn, die z. B. in der Wahrnehmung die richtige zeit-räumliche Zuordnung und kohärente Interpretation jederzeit sicherstellt. Das zweite Problem hängt mit der Abschätzung einer kürzesten quantalen Zeiteinheit zusammen. Die Natur dieser Aufgabe bringt es mit sich, daß die Güte der Datenbeschreibung mit einer Verkleinerung der angenommenen Einheit immer nur besser werden kann. Das Streben wird daher auf eine größte noch eben akzeptable Einheit gehen, was wiederum eine zwiespältige Zielstellung ist, da die Akzeptanz statistischer Konvention unterliegt.

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Obwohl eine letztgültige Antwort hier ganz sicherlich nur von der Seite der Physiologie erbracht werden muß, werden wir uns im folgenden auf eine Abschätzung aus psychologischen Experimenten stützen, die in der Nähe von 4,5 ms liegt. Glücklicherweise hätte die Ersetzung dieses Wertes durch eine andere Schätzung keinen oder nur einen geringfügigen Einfluß auf die strukturell determinierten Aussagen des Ansatzes. Unter der Annahme eines elementaren Zeitquants TQ 0 der angegebenen Größe ergibt die rekursive Regel für integrale größere Einheiten die Beziehung TQ¡ = n x 2 ' x T Q o , wo n die Zahl 1 oder eine andere kleine ganze Zahl (häufig 3) bedeuten kann.

3. Zeittaxonomische Analyse von Suchprozessen im Kurzzeitgedächtnis Wir kommen nun zurück zu der Frage der Identifizierung von Zeitcodekonstanten in Suchprozessen. Der Bezug auf den Terminus Kurzzeitgedächtnis sei dabei hinweisend auf eine Gruppe von Bedingungen verstanden, die für Untersuchungen zum Kurzzeitbehalten und hiermit verbundene Erkennungsleistungen charakteristisch ist. Als Ausgangspunkt dient uns das bekannte Diagramm von Cavanagh (1972), das eine lineare Beziehung zwischen Suchzeit pro Item im Sternbergversuch und dem Kehrwert der Gedächtnisspanne für die gleiche Itemklasse konstatiert. Das Ergebnis kann auch so ausgesprochen werden: Das Durchsuchen eines vollständig gefüllten Kurzzeitgedächtnisses dauert immer die gleiche Zeit, unabhängig von der Spezifik des Inhalts. Diese „Suchperiode" entspricht dem Anstieg der Geraden im Diagramm, der 243 ms beträgt (vgl. Abb. 1). Cavanaghs Diagramm repräsentiert ein Konglomerat von Wirkungen verschiedenster Faktoren, weil die einbezogenen Daten verschiedensten Quellen entlehnt wurden, für die eine Vergleichbarkeit der Bedingungen nicht gewährleistet ist. Systematische Untersuchungen müssen sowohl die interindividuelle Variation der Beziehung als auch ihre Abhängigkeit von der spezifischen Anforderung ins Auge fassen. Im vorliegenden Zusammenhang beschränken wir uns auf elementare Aspekte der Anforderungsabhängigkeit. Wenn es richtig ist, daß bei Sternbergs Item-Wiedererkennungsaufgabe ein Suchund Vergleichsvorgang im Kurzzeitgedächtnis abläuft, so ist eine Veränderung des Vorgangs zu erwarten, sobald der Umfang der Gedächtnismenge das Fassungsvermögen des Kurzzeitgedächtnisses übersteigt. Tatsächlich fanden Burrows und Okada (1975) mit Wortlisten bis zu 20 Items bei einem bilinear approximierbaren Verlauf einen Trendbruch bei ca. 7 Items. Abb. 2 zeigt das analoge Ergebnis eines Experiments von P u f f e (1987). Während Cavanaghs Diagramm Wiedererkennungs- und Reproduktionsleistungen in Beziehung setzte, ergibt sich aus der Nutzung des Trendbruchs die Möglichkeit, funktionale Maße von Suchzeit und Gedächtnisspanne innerhalb ein und derselben Anforderung zu bestimmen. Diesen Sachverhalt benutzte P u f f e (1987, 1990) zu einer Analyse, die neben den eigenen Ergebnissen Resultate von 10 unterschiedlichen Experimenten anderer Autoren einbezog. Der Vergleich der Experimente

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Zeitcodekonstanten

Sinnfreie Silben h Zufallsmuster I

T

t-

h

1 geometrische Muster H Wörter

r / Buchstaben Farben h Ziffern^

0,1 0,2 R e z i p r o k e mittlere G e d ä c h t n i s s p a n n e

0,3

Abb. 1. Beziehung zwischen Suchzeit pro Item im Sternbergexperiment und Reziprokwert der Kurzzeitgedächtnisspanne (Abszisse) nach Cavanagh (1972)

erlaubt eine Einschätzung der Wirkung des Variationsbereichs der Listenlängen (Maximallängen 16, 20 und 24), während andere Bedingungsunterschiede und ihre Wirkungen ex post facto nicht mehr einigermaßen exakt identifiziert werden können. Das behindert jedoch nicht die hier beabsichtigte Darstellung zeitlich-diskreter Strukturen der Gesamteffekte. Abb. 3 gibt eine dem Cavanagh-Diagramm analoge Repräsentation der von P u f f e zusammengestellten Daten. Zwei bemerkenswerte Sachverhalte lassen sich unmittelbar anschaulich verifizieren: Zum einen liegen die in Ordinatenrichtung aufgetragenen Suchzeiten - mit einer Ausnahme - auf näherungsweise gleichabständigem, diskretem Niveau. Der

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Abstand entspricht einer Grundperiode von ca. 9 ms, die aus Ergebnissen von Maskierungsexperimenten nach Vanagas und Mitarb. (1976) errechnet und der Anpassung der horizontalen Niveaulinien zu Grunde gelegt wurde. Zum zweiten wird deutlich, daß alle Wertepaare genähert auf Geraden durch den Ursprung lokalisiert werden können. Die entsprechenden Näherungen sind für die steilste Gerade moderat, in allen übrigen Fällen ausgezeichnet (praktisch verschwindende Achsenabschnitte).

RT 700

500 : !

|

2

t

3

4

6

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8

10

t

12

i

16

s

A b b . 2. Reaktionszeiten als Funktion des U m f a n g s der Gedächtnismenge bei bilinearer Datenanpassung nach P u f f e (1990). Der zum Trendbruch gehörige Abszissenwert wird als funktionale Gedächtnisspanne f S P betrachtet

Die Eigenschaften der Daten führen zu der Vermutung einer „doppelten Quantisierung", nämlich einer diskreten Stufung sowohl der Operationszeiten als auch der Suchperioden. Selbst bei einer wesentlich größeren Zahl von Daten bliebe der Einwand, daß es sich um einen Gruppierungszufall handelt, freilich schwer abzuweisen, solange das Ergebnis nicht auf dem Hintergrund erlaubter oder verbotener Alternativen bewertet werden kann. Vielleicht besteht der Hauptwert des TQM-Ansatzes gegenwärtig gerade darin, daß seine Spezifizierungen als taxonomische System eine solche Hintergrundsfunktion erfüllen können. Um dies zu erkennen, muß man die Strenge der Forderung bedenken, die auch ohne eine genaue quantitative Deckung zwischen Theorie und Daten zu erfüllen ist: Es muß nicht nur eine eindeutige Zuordnung der Operationszeiten zu Mehrfachen von T Q 0 möglich sein, sondern auch die jeweilige Suchperiode durch die Operationszeiten in eine Zahl von Zeitsegmenten zerlegt werden, die eindeutig zu der

129

Zeitcodekonstanten

empirisch bestimmten Gedächtnisspanne korrespondiert. Darüber hinaus werden durch den TQM-Ansatz sowohl den kleinsten Mehrfachen eines Bereichs wie seinen möglichen oberen Schranken zusätzliche Restriktionen auferlegt. Im ersten Fall ergeben sich diese aus der Rekursivitätsforderung, im zweiten aus der Bedingung der maximalen Verkettung zusammen mit dem fixierten Limit M und der Ungleichberechtigung in Hinblick auf hierarchische Segmentierungen, (vgl. Geissler, 1991). Die letzte Bedingung wurde bei den TQM-Annahmen nicht explizit eingeführt, ergibt sich jedoch, wenn hierarchische Segmentierung als obligatorisches Prinzip betrachtet wird, in dessen Kontext Betrachtungen zur kombinatorischen Wahr-

60 50

-

n=6

0/ o/

-

n=5

40 _ 30

n =4

/ /

s

^o-n =3 n =2

?n 10 1 0.1

i 0.2

i 0.3 1/Spanne (item -1)

A b b . 3. „ D o p p e l t e Quantelung" der Suchzeiten für 11 Experimente in einem modifizierten CavanaghDiagramm. Die Suchzeiten pro Item Clustern annähernd äquidistant im Abstand von ca. 9 ms (waagerechte Linien), was einem quantalen Zeitwert von 2 T Q 0 entspricht. Eine zweite Clusterung entspricht hypothetischen Geraden durch den Koordinatenursprung. Der Anstieg dieser Geraden ist als Suchperiode interpretierbar, die durch die Operationszeiten segmentiert wird.

scheinlichkeit und Stabilität von inneren Verkettungen möglich sind. Diese Grundlage der Auszeichnung bestimmter N-Werte gegenüber anderen bedarf noch genauerer Betrachtung. Die zulässigen maximalen Verkettungen als solche sind jedoch leicht herleitbar. So scheiden Primzahlen als Kettenlängen aus, da sie nicht (gleichmäßig) segmentierbar sind. Ferner scheint es vernünftig und empirisch begründet, anzunehmen, daß auch die Länge nicht weiter zerlegbarer Segmente nach oben spezifisch begrenzt ist. Fordert man, daß das kleinste Vielfache einer solchen Segmentkette noch unterhalb der kleinsten maximalen Verkettung bleibt, so liegt diese Länge bei 7. Aus diesen Forderungen ergeben sich als zulässige N-Werte die neun Zahlen 16, 18, 20, 21, 24, 25, 27, 28, und 30.

130

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Die taxonomische Einordnung der Daten auf der Grundlage der TQM-Voraussagen erfordert zunächst eine Aufbereitung, deren Ergebnisse in Tabelle I zusammengestellt sind.

Tab. I. Empirische Abschätzungen von funktionalen Spannen (fSP) und Anstiegen t s für kleine Listenlängen nach Puffe (1990) zusammen mit hypothetischen Werten (nähere Erläuterung im Text). R e bedeutet die sich gemäß f S P x t s aus den Schätzungen berechneten Suchperioden. N ist die hierzu korrespondierende idealisierte Kettenlänge, die sich als Produkt aus der idealisierten Segmentlänge n und der idealisierten Spanne SP ergibt. Rth wurde aus N und R e durch lineare Regression gewonnen. Die Ziffern unter Lit. bezeichnen Experimente, zitiert nach Puffe (1990). Bei ! erfordert die Regel eine Umkehr der Verschiebungsrichtungen Lit. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

fSP 5,10 3,43 9,00 6,19 6,52 6,83 9,78 5,24! 7,50 7,58 6,71

SP 6 4 10 7 7 7 10 6 8 8 7

ts

n

N = n x SP

Re

Rth

d

20 30 20 29 38 37 28 53 ! 47 47 57

2

12 12 20 21

102 103 180 180 248 253 274 278 352 356 382

104 104 177 186,2

2,0

3 2 3 4 4 3 6 5 5 6

28 28 30 30 40 40 42

250,3 250,3 268,6 268,6 360,1 360,1 378,4

R = 246,2

1,0 3,0 6,2 2,3 2,7 5,4 9,4 8,1 4,1 3,6

d = 4,3

Hierin bedeuten fSP und T die empirischen Schätzwerte der funktionalen Gedächtnisspannen und der Operationszeiten. Es wird davon ausgegangen, daß es sich in jedem Falle in unterschiedlichem Maße um Werte handelt, die sich aus einer Mischung benachbarter diskreter Möglichkeiten ergeben und daher zwischen idealen Quantenwerten liegen. Für jedes Paar von Werten fSP und T kann als Produkt die Suchperiode R berechnet werden, deren Werte in der entsprechenden Spalte eingetragen wurden. Resultieren die Schätzwerte fSP und T aus Gemischen unterschiedlicher Segmentierungen der gleichen Suchperiode, so sollte die Produktbildung eine gute Schätzung der Suchperiodendauer ergeben, wenn die Segmentierungen nicht zu stark differieren oder der Anteil einer Segmentierung überwiegt. Daß dies offenbar tatsächlich angenommen werden darf, demonstriert folgende eindeutige Prozedur, die zu einer Bestimmung dominierender Idealwerte SP für die Spannen und für die den Operationszeiten T entsprechenden Mehrfachen n von 2QT 0 (ca. 9 ms) führt. Um das hypothetische Produkt möglichst konstant zu halten, ist vom empirischen fSP-Wert immer zum nächstniedrigen ganzen Wert überzugehen, wenn der T-Wert etwas über dem theoretisch zu erwartenden Wert liegt; die Korrektur muß in der umgekehrten Richtung erfolgen, falls dieser niedriger liegt. Das Produkt n x S P ist als hypothetisches Vielfaches in der Tabelle eingetragen. Eine Regression unter Benutzung der empirischen R-Werte ergibt für die Schätzungen: R* = 9,149xL-5,383 (ms) mit einer Bestimmtheit von R 2 = 0,997. Dieses Ergebnis steht nicht nur in sehr guter Übereinstimmung mit der Periodenschätzung nach

131

Zeitcodekonstanten

Vanagas und Mitarb. (1976) von 9,13 ms; die Abweichungen von den empirischen Werten erreichen jeweils nur einen geringen Bruchteil der Abweichungen, die sich bei Veränderung von SP oder n um 1 ergeben würden. Mit anderen Worten, die Zuordnung ist in taxonomischem Sinne eindeutig. Der Mittelwert der berechneten Suchperioden beträgt 246 ms, was die Vermutung stützt, daß der von Cavanagh gefundene Wert (243 ms) tatsächlich ein Konglomerat unterschiedlicher Verarbeitungsmodi repräsentiert. Von den Ergebnissen in Tab. I kann unmittelbar zur Prüfung der TQM-Hypothese übergegangen werden, also der Frage, ob eine Darstellung der Form R = q x N x TQ 0 möglich ist, worin q = n x 2 ' sei und N die oben angegebenen 9 ganzen Werte annimmt. Die Frage wird durch Tabelle II eindeutig positiv beantwortet.

Tab. II. „Periodisches System" der zu den Suchperioden Tabelle I gehörigen Kettenlängen in Elementareinheiten QT 0 . Sie ergeben sich als Produkt zulässiger Bereichslängen N und Größe der verschmolzenen Einheiten q = 2', i = 0,1, 2. Zahlen in ** bezeichnen vorausgesagte Werte, für die keine empirischen Daten vorliegen, Zahlen in Klammern entsprechen der Nummerierung in Tab. I. q

N 20

1 2 4

*20* 40 (3) 80(9,10)

21 *21* 42 (4) 84(11)

24 24(1,2) *48* *96*

28 *28* 56 (5, 6) *112*

30 *30* 60 (7, 8) *120*

Allerdings wird der durch die bisherigen formalen Überlegungen offengelassene Spielraum nicht ausgeschöpft. So scheint generell q = 2> zu gelten; die N-Werte 25 sowie alle Werte < 2 0 kommen nicht vor. Es sei jedoch angemerkt, daß Zusammenstellungen wie Tabelle II unabhängig von theoretischen Begründungen als taxonomische Systeme ähnlich dem Periodischen System der Elemente vor der Entwicklung der modernen Atomtheorie ihren Dienst versehen können. Es dürfte in dieser Sicht eben auch durchaus Sinn machen, nach empirischen Entsprechungen für die frei bleibenden Felder zu fragen.

4. Hypothesen zur Feinstruktur des Alphabandes Was haben die am Beispiel erörterten Sachverhalte mit der Alphaaktivität des Gehirns zu tun? In diesem Absatz wenden wir uns dieser Frage im Sinne des oben formulierten ersten Aspekts zu. Ihre hypothetische Beantwortung wird uns allerdings wesentliche Voraussetzungen für eine Erörterung des zweiten Aspekts in die Hand geben. Die Darstellung in Tabelle II legt eine direkte Vergleichbarkeit der Suchperioden für q = 1 mit der Dauer von Alphaperioden nahe. Die Perioden für höhere Werte q wären in diesem Schema durch Annahme einer Beziehung zu Doppelungen von Alphaperioden interpretierbar.

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Z. Psychol. 1 9 9 ( 1 9 9 1 ) 2

Eine qualitative Konsequenz dieser Deutung besteht in der Auszeichnung diskret gestufter Periodenlängen. Als empirisch gestützte Hypothese über die Struktur der Alphaaktivität differenziert die Aussage eine sehr f r ü h von Livanov aufgrund von EEG-Analysen vertretene Auffassung, daß der Alphabereich des EEG eine diskrete Linienstruktur aufweist (Livanov 1972, 1989). Für die Beschreibung der Gesamtstruktur kann deshalb hypothetisch auf die oben bestimmten ausgezeichneten N-Werte zurückgegriffen und gleichzeitig die Frage nach weiteren Einschränkungen aufgeworfen werden, die erklären könnten, warum die Werte 25 und 27 als obere Bereichsgrenzen nicht auftreten.

Hz Abb. 4. Veranschaulichung hypothetischer Stabilitätswerte nach einfachen Quantelungsannahmen bevorzugter Frequenzen des Alphabandes. Die Säulenhöhe entspricht der Anzahl möglicher hierarchischer Segmentierungen bei maximaler Chunklänge 7. Die vorausgesagten Vorzugsfrequenzen bei 7,3; 7,8; 8,1; 8,8; 9,1; 10,4; 11,0; 12,2 und 13,7 Hz entsprechen der Reihenach Ketten der Länge 30, 28, 27, 25, 24, 21, 20, 18 und 16

Wir wollen an dieser Stelle nicht den Versuch eines Rückgriffs auf Modellbeschreibungen der physischen Mechanismen, die als Grundlage für das Auftreten ausgezeichneter Resonanzperioden gewertet werden können, unternehmen. Bleibt man innerhalb der benutzten Konstruktionsprinzipien, so bietet sich als einfaches Bevorzugungsmaß die Anzahl möglicher unterschiedlicher hierarchischer Segmentierungen an. Die für maximale Teilkettenlängen 7 berechneten Werte wurden in Abb. 4 über den in Frequenzen umgerechneten Perioden (für QT. = 4,565 ms) auf-

Zeitcodekonstanten

133

getragen. Wie die Darstellung zeigt, befinden sich 25 und 27 tatsächlich am unteren Ende der Segmentierbarkeitsskala. Zur Bewertung der Voraussagen des Diagramms kann zunächst festgestellt werden, daß der theoretisch vorausgesagte Alphabereich zwischen 7,3 und 13,7 Hz überraschend gut mit der konventionellen Definition übereinstimmt, die nach oben und nach unten um 0,7 Hz überschritten wird. Mit der Annahme eines Zeitabstandes von ca. 10 ms zwischen benachbarten Linien nach Lebedev und Lutzki (1973) ohne N = 25, 27 - ist eine Übereinstimmung allerdings nur im Mittel gegeben. Angenäherte Übereinstimmung (ca. 9 ms) sollte in 3 Fällen bestehen. In einem Falle wird die Hälfte dieses Wertes, in einem weiteren das Doppelte vorausgesagt. Die Nachprüfung der verfeinerten Voraussagen gestaltet sich allerdings schwierig. Entsprechende neuere Versuche eines frequenzanalytischen Nachweises der diskreten Alphastruktur erbrachten wenig zwingende Belege für stabile Differenzen (Moskalenko, 1985) und dürften kaum methodische Grundlagen für differenziertere Aufgabenstellungen bieten. Methodische Probleme dürften nicht nur in Bezug auf das erforderliche Auflösungsvermögen bestehen. Nach dem hier vertretenen Ansatz ergeben sich viel schwerer wiegende Probleme daraus, daß eine Reihe von Voraussetzungen der angewandten Methoden nicht zutreffen dürften. Das gilt z. B. für eine Approximation der auftretenden periodischen Verläufe durch Sinusfunktionen. Aber selbst wenn dies in hinreichender Näherung zuträfe, handelt es sich nach den Annahmen des Ansatzes um Wellenzüge begrenzter Länge - noch dazu untermischt mit Fragmenten unterschiedlicher Art - die letztlich adäquat nur im Zeit-, nicht aber im Frequenzbereich darstellbar sind. Unter diesen Bedingungen erscheint gegenwärtig eine andere Option günstiger, bei der die Bestimmung der angenommenen diskreten Unterschiede in der Periodendauer von Linien des Alphabandes auf indirektem Wege über im Spontan-EEG gut abgrenzbare sog. Alphaspindeln erfolgt. Nach dem Ansatz von Lebedev und Lutzki (1973) werden diese Amplitudenmodulationen des Alpharhythmus als Schwebungen aufgrund linearer Superposition zweier Rhythmen unterschiedlicher Frequenz behandelt (vgl. auch Lebedev, 1982), wobei die Spindeldauer der Periode der Einhüllenden ist. Wenn t die mittlere Alphaperiode, r die relative Refraktärzeit (der angenommene Unterschied in der Periodendauer) und T die Spindeldauer bedeuten, so erhält man fürT: T = t 2 /r — r/4.

(1)

Nach r aufgelöst liefert (1): r = 2T-(j/l + t 2 / T 2 - 1),

(2*)

was in guter Näherung auf r = t 2 /T (2) führt. Dieser Beschreibungsansatz legt keine weiteren Einschränkungen für die Beziehungen zwischen r und t fest. Er bleibt daher formal anwendbar, wenn r eine interoder intraindividuell stetig variierende Größe bedeutet oder wenn es für Unterschiede der Periodendauer zwischen nichtbenachbarten Linien steht. Formal können somit auch ganzzahlige Beziehungen in die Ausdrücke substituiert werden.

134

Z. Psychol. 199 (1991) 2

Der Vorzug einer diskreten Beschreibung im Geiste des TQM-Ansatzes liegt vor allem in der viel stärkeren Einschränkung der Möglichkeiten, aus der eine ungleich höhere Vorhersagefähigkeit und damit auch eine klare Falsifizierbarkeit folgen, wie wir noch näher sehen werden. Eine grundlegende Beschränkung folgt bereits aus den bisherigen Annahmen über die Struktur des Alphabandes und ist kombinatorischer Art. Trifft die Annahme von maximal 9 „Linien" zu, so ergeben sich nämlich auch bei Zulassung von Überlagerungen aller Paare nur 36 = (9-8)/2 mögliche Kombinationen, also eine leicht handhabbare Anzahl von Fällen. Für diese Fälle lassen sich präzise Hypothesen aufstellen, wenn auch zur Zeit noch verschiedene Varianten in Betracht zu ziehen sind. Die einfachste dieser Varianten entspricht einer formalen Übertragung von (1) auf den diskreten Fall nach TQM und.lautet: T = (N2-N1)/(N2-N1)-TQo,

(1')

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