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

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.

This thesis investigates the relationship between eye movements, memory and thinking in five studies based on eye tracking experiments. The studies draw on the human ability to spatially index multimodal events as demonstrated by people’s gaze reverting back to emptied spatial locations when retrieving information that was associated with this location during a preceding encoding phase – the so called “looking-at-nothing” phenomenon. The first part of this thesis aimed at gaining a better understanding of the relationship between eye movements and memory in relation to verbal information. The second part of this thesis investigated what could be learned about the memory processes involved in reasoning and decision-making by studying eye movements to blank spaces. The first study presented in this thesis clarified the role of eye movements for the retrieval of verbal information from memory. More precisely, it questioned if eye movements to nothing are functionally related to memory retrieval for verbal information, i.e. auditorily presented linguistic information. Eye movements were analyzed following correct and incorrect retrievals of previously presented auditory statements concerning artificial places that were probed during a subsequent retrieval phase. Additionally, eye movements were manipulated as the independent variable with the aid of a spatial cue that either guided the eyes towards or away from associated spatial locations. Using verbal materials elicited eye movements to associated but emptied spatial locations, thereby replicating previous findings on eye movements to nothing. This behaviour was more pronounced for correct in comparison to incorrect retrievals. Retrieval performance was higher when the eyes were guided towards in comparison to being guided away from associated spatial locations. In sum, eye movements play a functional role for the retrieval of verbal materials. The second study tested if the looking-at-nothing behaviour can also diminish; for example, does its effect diminish if people gain enough practice in a retrieval task? The same paradigm was employed as in the first study. Participants listened to four different sentences. Each sentence was associated with one of four areas on the screen and was presented 12 times. After every presentation, participants heard a statement probing one sentence, while the computer screen remained blank. More fixations were found to be located in areas associated with the probed sentence than in other locations. Moreover, the more trials participants completed, the less frequently they exhibited the looking-at-nothing behaviour. Looking-at-nothing behaviour can in this way be seen to indeed diminish when knowledge becomes strongly represented in memory. In the third and fourth study eye movements were utilized as a tool to investigate memory search during rule- versus similarity-based decision-making. In both studies participants first memorized multiple pieces of information relating to job candidates (exemplars). In subsequent test trials they judged the suitability of new candidates that varied in their similarity to the previously learned exemplars. Results showed that when using similarity, but not when using a rule, participants fixated longer on the previous location of exemplars that were similar to the new candidates than on the location of dissimilar exemplars. This suggests that people using similarity retrieve previously learned exemplars, whereas people using a rule do not. Eye movements were used yet again as a tool in the fifth study. On this occasion, eye movements were investigated during memory-based diagnostic reasoning. The study tested the effects of symptom order and diversity with symptom sequences that supported two or three contending hypotheses, and which were ambiguous throughout the symptom sequence. Participants first learned information about causes and symptoms presented in spatial frames. Gaze allocation on emptied spatial frames during symptom processing and during the diagnostic response reflected the subjective status of hypotheses held in memory and the preferred interpretation of ambiguous symptoms. Gaze data showed how the diagnostic decision develops and revealed instances of hypothesis change and biases in symptom processing. The results of this thesis demonstrate in very different scenarios the tight interplay between eye movements, memory and thinking. They show that eye movements are not automatically directed to spatial locations. Instead, they reflect the dynamic updating of internal, multimodal memory representations. Eye movements can be used as a direct behavioural correlate of memory processes involved in similarity- versus rule-based decision-making, and they reveal rich time-course information about the process of diagnostic reasoning. The results of this thesis are discussed in light of the current theoretical debates on cognitive processes that guide eye movements, memory and thinking. This thesis concludes by outlining a list of recommendations for using eye movements to investigate thinking processes, an outlook for future research and possible applications for the research findings. / Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Interaktion von Blickbewegungen, Gedächtnis- und Denkprozessen. In fünf experimentellen Untersuchungen, die auf der Messung von Blickbewegungen beruhen, wurde die menschliche Fähigkeit zum räumlichen Indizieren multimodaler Ereignisse untersucht. Diese Fähigkeit manifestiert sich u.a. im sogenannten „Looking-at-nothing“ Phänomen, das beschreibt, dass Menschen beim Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis an Orte zurückblicken, die in einer vorhergehenden Enkodierphase mit den abzurufenden Informationen assoziiert wurden, selbst wenn diese räumlichen Positionen keinerlei erinnerungsrelevante Informationen mehr enthalten. In der ersten Untersuchung wurde der Frage nachgegangen, ob Blickbewegungen an geleerte räumliche Positionen den Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis erleichtern. Während ein solches Verhalten für den Abruf zuvor visuell dargebotener Informationen bereits gezeigt werden konnte, ist die Befundlage für die Erinnerungsleistung bei auditiv dargebotenen, linguistischen Informationen unklar. Um diesen Zusammenhang zu untersuchen, wurde das Blickverhalten zunächst als Folge von richtigen und falschen Antworten untersucht. In einem weiteren Schritt wurde das Blickverhalten experimentell manipuliert. Dies geschah mit Hilfe eines räumlichen Hinweisreizes, der die Blicke entweder hin zu der Position leitete, die mit dem abzurufenden Stimulus assoziiert war, oder weg von dieser Position. Die Ergebnisse dieser Untersuchung konnten bisherige Befunde zum Looking-at-nothing Verhalten replizieren. Zudem zeigte sich, dass beim korrekten Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis vermehrt Looking-at-nothing gezeigt wurde, während das bei fehlerhaften Abrufen nicht der Fall war. Die Blickmanipulation ergab, dass die Gedächtnisleistung besser war, wenn der Hinweisreiz den Blick hin zur assoziierten räumlichen Position leitete. Im Gegensatz dazu war die Erinnerungsleistung schlechter, wenn der Blick von der assoziierten räumlichen Position weggeleitet wurde. Blickbewegungen an geleerte räumliche Positionen scheinen demnach auch den Abruf verbaler Stimuli zu erleichtern. In der zweiten Untersuchung wurde erforscht, ob das Looking-at-nothing Verhalten nachlässt, wenn das experimentelle Material stark gelernt, d.h. stark im Gedächtnis repräsentiert ist. Dazu wurde das gleiche experimentelle Paradigma, wie in der ersten Untersuchung verwendet. Vier verschiedene Sätze wurden während der Enkodierphase mit vier verschiedenen räumlichen Positionen assoziiert. Nach jeder Präsentation aller vier Sätze, wurde einer der Sätze getestet. Diese Prozedur wiederholte sich in zwölf Durchgängen. In den ersten vier Durchgängen sahen die Versuchspersonen beim Abruf häufiger in das Feld, dass mit der getesteten Information assoziiert war, d.h. sie zeigten wie erwartet das Looking-at-nothing Verhalten. Je mehr Durchgänge die Versuchspersonen bearbeiteten, desto seltener blickten sie zu der assoziierten räumlichen Position. Demnach verschwindet das Looking-at-nothing Verhalten, wenn Informationen stark im Gedächtnis repräsentiert sind. In der dritten und vierten Untersuchung wurden Blickbewegungen an geleerte räumliche Positionen als Methode verwendet um Denkprozesse zu untersuchen. In der dritten Untersuchung lernten Versuchsteilnehmer zunächst Informationen über fiktive Bewerber (Exemplare) für eine freie Position in einem Unternehmen. Jedes Exemplar wurde mit seinen Eigenschaften während der Lernphase mit einer distinkten räumlichen Position verknüpft. In einer nachfolgenden Entscheidungsphase beurteilten die Versuchsteilnehmer neue Bewerber. Diese neuen Bewerber variierten in ihrer Ähnlichkeit mit den zuvor gelernten Bewerbern. Versuchsteilnehmer die eine ähnlichkeitsbasierte Entscheidungsstrategie verwendeten, sahen an die geleerten räumlichen Positionen zurück, die in der Lernphase mit den Exemplaren verknüpft wurden. Wendeten sie jedoch eine abstrakte Regel an, um die neuen Bewerber zu beurteilten, so zeigten sie kein Looking-at-nothing Verhalten. Dieses Ergebnis lässt darauf schließen, dass eine ähnlichkeitsbasierte im Gegensatz zu einer regelbasierten Strategie den Abruf zuvor gelernter Exemplare bewirkt. Auch in der fünften Untersuchung wurden Blickbewegungen als Methode eingesetzt, diesmal zur Untersuchung gedächtnisbasierter Schlussfolgerungsprozesse, wie sie beim Finden von Erklärungen für eine Anzahl gegebener Informationen auftreten. Manipuliert wurden die Reihenfolge der präsentierten Informationen und die Diversität der möglichen Erklärungen. Die getesteten Symptomsequenzen unterstützen stets mindestens zwei mögliche Erklärungen. Die Versuchsteilnehmer lernten in einer vorangestellten Lernphase die Symptome und ihre möglichen Erklärungen. Symptome und Erklärungen wurden mit räumlichen Positionen verknüpft. In einer anschließenden Diagnosephase wurden verschiedene Symptomsequenzen getestet. Das Blickverhalten während der Diagnosephase reflektierte die Interpretation der Symptome im Sinne der subjektiv wahrscheinlichsten Erklärung. Die Aufzeichnung und Analyse der Blickbewegungen erlaubte es die Entwicklung dieser Interpretation über die gesamte Sequenz hinweg zu beobachten und Hypothesenwechsel lokalisieren zu können. Insgesamt stützen die Ergebnisse dieser Dissertation die Annahme einer engen funktionalen Verbindung von Blickbewegungen, Gedächtnis- und Denkprozessen. Sie zeigen, dass Blickbewegungen nicht automatisch an alle assoziierten räumlichen Positionen gerichtet werden, sondern dass sie vielmehr den situations- und aufgabenabhängigen Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis widerspiegeln. Blickbewegungen können als direktes Verhaltensmaß zur Messung von Gedächtnisprozessen beim ähnlichkeitsbasierten Entscheiden herangezogen werden und liefern wertvolle Prozessdaten über die Integration von Symptominformationen beim diagnostischen Schließen. Die Ergebnisse dieser Dissertation werden im Lichte der aktuellen theoretischen Diskussion über kognitive Prozesse beim Bewegen der Augen, beim Gedächtnisabruf und beim komplexen Denken betrachtet. Abschließend werden Empfehlungen für die Verwendung der Methode der Blickbewegungsmessung als Prozessmaß zur Untersuchung gedächtnisbasierter Denkprozesse gegeben, ein Überblick über zukünftige Forschungsmöglichkeiten präsentiert und Ideen für Anwendungsmöglichkeiten der präsentierten Befunde aufgezeigt.

Previous studies that examined human judgments of frequency and duration found an asymmetrical relationship: While frequency judgments were quite accurate and independent of stimulus duration, duration judgments were highly dependent upon stimulus frequency. A potential explanation for these findings is that the asymmetry is moderated by the amount of attention directed to the stimuli. In the current experiment, participants\' attention was manipulated in two ways: (a) intrinsically, by varying the type and arousal potential of the stimuli (names, low-arousal and high-arousal pictures), and (b) extrinsically, by varying the physical effort participants expended during the stimulus presentation (by lifting a dumbbell vs. relaxing the arm). Participants processed stimuli with varying presentation frequencies and durations and were subsequently asked to estimate the frequency and duration of each stimulus. Sensitivity to duration increased for pictures in general, especially when processed under physical effort. A large effect of stimulus frequency on duration judgments was obtained for all experimental conditions, but a similar large effect of presentation duration on frequency judgments emerged only in the conditions that could be expected to draw high amounts of attention to the stimuli: when pictures were judged under high physical effort. Almost no difference in the mutual impact of frequency and duration was obtained for low-arousal or high-arousal pictures. The mechanisms underlying the simultaneous processing of frequency and duration are discussed with respect to existing models derived from animal research. Options for the extension of such models to human processing of frequency and duration are suggested.

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.

Metakognition ermöglicht Einblicke in eigene kognitive Prozesse und beeinflusst menschliches Verhalten in mehreren Bereichen. Die Debatte, ob Metakognition sich domänenallgemein oder domänenspezifisch auswirkt, bleibt unentschieden, wobei die meisten Studien auf sensorische Informationsverarbeitung und Gedächtniseffekte fokussieren. Diese Dissertation unterstreicht die Notwendigkeit, weitere Domänen zu untersuchen, um diese Frage zu klären, und tut dies, indem sie Metakognition im motorischen Bereich erforscht. Diese Arbeit umfasst vier empirische Studien. Studie 1 untersuchte die zugrundeliegenden Strukturen in metakognitiven Domänen und fand keine Beweise, die eine Unterscheidung zwischen intern oder extern generierter Information unterstützen. Studie 2 konzentrierte sich auf motorische Metakognition und verglich die Introspektion direkter und indirekter Bewegungsparameter. Obwohl beide Bewegungsparameter gleichermaßen introspektierbar sind, weisen fehlende Korrelationen zwischen verschiedenen Bewegungsparametern innerhalb einer Domäne auf die Rolle von nicht-domänenspezifischen Merkmalen in der Metakognition hin. In einem datengesteuerten Ansatz zeigte Studie 3, wie die Introspektion verschiedener Aspekte der Bewegung mit motorischer Kontrolle und Metakognition verknüpft ist. In Studie 4 wurde getestet, ob metakognitive Defizite die Vorgefühle bei Tourette-Störung untermauern. Es fanden sich keine Belege für Beeinträchtigungen in taktiler oder visueller Metakognition, was die Rolle der Metakognition in der Pathophysiologie der Störung in Frage stellt. Insgesamt betont die Arbeit die Notwendigkeit, domänenbezogene und aufgabenspezifische Merkmale zu entflechten und Faktoren zu identifizieren, die Allgemeinheit und Spezifität beeinflussen. Sie trägt zum Verständnis der motorischen Metakognition bei, indem sie experimentelle und analytische Ansätze vorantreibt und gleichzeitig Einblicke in die Architektur höherer kognitiver Funktionen und das Bewusstsein bietet. / Metacognition, the ability to introspect into one's cognitive processes, can guide human behaviour across various domains. The debate whether metacognition operates in a more domain-general or a domain-specific fashion remains inconclusive, with most studies focused on sensory and memory domains. This thesis argues that to resolve this question, it is necessary to broaden the scope of domains, and it does so by exploring metacognition in the motor domain. This thesis comprises four empirical studies. Study 1 examined the underlying structures in metacognitive domains, finding no evidence to support a distinction between internally or externally generated information. Study 2 focused on motor metacognition, comparing the monitoring of direct and indirect movement parameters. While both movement parameters can be equally well monitored, the absence of correlations within the same domain but across different monitored parameters highlights the role of non-domain features on metacognition. In a data-driven approach, Study 3 revealed how monitoring different aspects of movement is linked with motor control and metacognitive judgments. Study 4 tested whether metacognitive deficits underpin premonitory urges in Tourette's disorder. No evidence of metacognitive impairment was found in the tactile or visual domains, challenging metacognition's role in the disorder's pathophysiology. Overall, the thesis emphasises the need to disentangle domain-related and task-specific features, advocating for identifying factors that influence generality and specificity. It contributes to the understanding of motor metacognition by advancing experimental and analytical approaches, while providing insights into the architecture of higher cognitive functions and conscious processing.

Career exploration and decision making can be a stressful experience, and is often accompanied by dysfunctional thinking regarding the world of work and one’s place in it. Individuals who are able to modify their negative career thoughts are more likely to navigate career exploration successfully. Factors which may influence a person’s ability to cope with dysfunctional thoughts include cognitive ability (IQ) and the inadequately explored construct of emotional intelligence (EI). Establishing the validity of EI by demonstrating its relationship to important outcomes is necessary. This study sought to determine the extent to which IQ and EI were associated with negative career thoughts and negative career thoughts change as a result of career exploration. This correlational study measured IQ using a standard measure and EI using an ability-based instrument. In addition, negative career thoughts were measured both before and after a career exploration program. One hundred ninety three unemployed adults between the ages of 25 and 60 participated in the study. Significant correlation relationships were found between IQ and aspects of negative career thoughts post program. Only one branch of the EI model, managing emotions, was seen to correlate significantly with all aspects of negative career thoughts, both before and after career exploration. No correlations were found between either IQ or EI with negative career thoughts change. Regression analysis indicated that IQ predicted overall negative career thoughts as well as decision-making confusion, but only after career exploration. Overall EI scores did not predict negative career thoughts. However, among the four branches of EI, managing emotions predicted negative career thoughts both before and after career exploration for all of global negative career thoughts, decision-making confusion, commitment anxiety, and external conflict. Neither IQ nor EI predicted negative career thoughts change. The results show that the ability to manage emotions is associated with reduced dysfunctional thinking both before and after career exploration, suggesting that EI managing may be a psychological resource that individuals use in coping with stress. / Industrial and Organisational Psychology / D.Litt. et Phil. (Industrial and Organisational Psychology)

Pascal Boyer’s theory of counterintuitive cultural representations asserts that concepts that violate developmentally natural intuitive knowledge structures demand more attention and are more transmittable than other concepts (Boyer and Ramble 2001: 535-64). Grounded in an empirically justified framework of ontological domain knowledge, counterintuitive representations have been identified across human cultures as consistently prevalent in religious beliefs and widely known folktales. Indeed, the ubiquity of counterintuitive representations of supernatural agents in world religions has led some to reason that its presence is a defining factor of “religion” (Atran 2002; Boyer 1994, 2001; Brown 1991; Pyysiäinen, Lindeman and Honkela 2003). The theory has attracted considerable attention from scholars. Boyer discussed and predicted the mnemonic advantages of culturally “familiar” counterintuitive representations (Boyer 2001: 58-105), yet this integral aspect has been poorly investigated, especially because subsequent free-recall studies have focused on novel representations that similarly violate assumptions about our intuitive ontologies. These studies have suffered from a variety of other shortcomings: small sample sizes that poorly represent population demographics and age ranges (most recruited university students); limited investigation of different modes of cultural transmission (most centred on written stimuli); emphasis on free recall at the expense of other measures of memory; and incomplete research into interactions of schema-level effects (e.g. positive and negative emotion, imagery, humour, and inferential potential) on the memorability of counterintuitive ideas. Although the theory claims universality across human cultures, purported differences between holistic and analytic types of cognition suggest that it is likely that East Asians process counterintuitive ideas differently from Westerners. But until this dissertation no data had yet been collected in East Asia. Hence, a large age-representative sample (N = 940), for three studies in both the UK and China, was used to investigate the interaction of template- and schema-level effects for wider forms of transmission biases endemic to cultural groups. The investigation comprised the interaction of the mnemonic effects of familiarity and counterintuitiveness and the impact of schema-level effects, employing a mixing of presentation media (Study #1), template-level preferences when generating schema-level ideas (Study #2), and transmission advantages for supernatural agents (Study #3). Study #1 consisted of two free-recall experiments: a minimal condition (subject-predicate statement) and elaborated condition (additional descriptive elements) of stimuli structure. The results were analysed by hierarchical linear model (HLM), with familiarity, counterintuitiveness, and delay as 2-level fixed factors, and age and schema-level effects as covariates. The findings revealed mixed support for predictions of the typical formulation of Boyer’s hypothesis. However, subsequent analyses revealed a significant interaction of counterintuitiveness x age and of counterintuitiveness x familiarity, for all conditions and cultural sites. Schema-level effects were also found to predict recall rate. Study #2 investigated template-level biases in a statement generation task. An analysis of covariance (ANCOVA) considering counterintuitiveness and the covariate of age revealed that children are significantly more likely to author counterintuitive ideas than older adults, in both UK and China. Study #3 (comparable in design to Study #1) found a significant interaction of counterintuitiveness x ontological category, revealed to be due to participants’ better recall rates, at both locations, for counterintuitive concepts belonging to the ontological category PERSONS. In summary, it appears that the counterintuitive effect is not as straightforward as it has been thought to be, and requires further theoretical development and empirical research to improve understanding about the interactive role of age, schema-level effects, and ontological category in the transmission and cultural epidemiology of such representations.

Humans effortlessly and accurately judge their subjective probability of being correct in a given decision, leading to the view that metacognition is integral to decision making. This thesis reports a series of experiments assessing people’s confidence and error-detection judgements. These different types of metacognitive judgements are highly similar with regard to their methodology, but have been studied largely separately. I provide data indicating that these judgements are fundamentally linked and that they rely on shared cognitive and neural mechanisms. As a first step towards such a joint account of confidence and error detection, I present simulations from a computational model that is based on the notion these judgements are based on the same underlying processes. I next focus on how metacognitive signals are utilised to enhance cognitive control by means of a modulation of information seeking. I report data from a study in which participants received performance feedback, testing the hypothesis that participants will focus more on feedback when they are uncertain whether they were correct in the current trial, whilst ignoring feedback when they are certain regarding their accuracy. A final question addressed in this thesis asks which information contributes internally to the formation of metacognitive judgements, given that it remains a challenge for most models of confidence to explain the precise mechanisms by which confidence reflects accuracy, under which circumstances this correlation is reduced, and the role other influences might have, such as the inherent reliability of a source of evidence. The results reported here suggest that multiple variables – such as response time and reliability of evidence – play a role in the generation of metacognitive judgements. Inter-individual differences with regard to the utilisation of these cues to confidence are tested. Taken together, my results suggest that metacognition is crucially involved in decision making and cognitive control.

Cette thèse investigue l'apprentissage implicite d'une grammaire artificielle chez l'enfant avec et sans retard mental à travers le rôle des propriétés de surface du matériel (répétitions adjacentes ou non-adjacentes) et l'influence des instructions en phase test (tests de génération implicite ou explicite). Un des objectifs est de départager quatre des principaux modèles de l'apprentissage implicite en examinant la sensibilité aux propriétés de surface saillantes du matériel présenté à des enfants d'âges différents. La robustesse des capacités d'apprentissage implicite face au développement et au niveau intellectuel est également testée en rapport avec la perméabilité des instructions en phase test aux influences explicites. Enfin, ces travaux étudient l'appréhension des stimuli d'entraînement et l'adaptation comportementale progressive en fonction de l'âge des sujets et des caractéristiques perceptives et statistiques du matériel. Les résultats révèlent une sensibilité aux propriétés de surface spécifiques aux séquences d'entraînement plutôt qu'à la structure grammaticale à partir de laquelle elles ont été construites. Les Expériences 1 et 3 montrent que l'apprentissage est invariant face à l'âge et au niveau intellectuel lorsque les consignes limitent les contaminations explicites. En revanche, malgré une phase d'apprentissage identique aux Expériences 1 et 3, les Expériences 2 et 4 indiquent l'émergence d'effets d'âge et une altération des performances chez les enfants présentant un retard mental, lorsque les instructions délivrées en test sollicitent des processus intentionnels de récupération de l'information. L'Expérience 5 montre que différents types de saillances (perceptive, positionnelle et statistique) guident l'appréhension du matériel lors de la phase d'étude et ce, de manière concurrentielle, avant de conduire à la formation progressive d'unités plus complexes. Cette thèse apporte des éléments en faveur d'un apprentissage spécifique des stimuli, basé sur le traitement attentionnel de leurs propriétés de surface et la mise en œuvre de mécanismes associatifs de base. Elle confirme également les postulats de robustesse propres aux processus implicites et précise les précautions méthodologiques nécessaires à l'étude des capacités d'apprentissage implicite, telles que la neutralité des procédures aux influences explicites ou l'emploi d'un groupe contrôle. / This thesis investigates artificial grammar implicit learning in mentally retarded and typically developing children through the role of the surface features (adjacent or non-adjacent repetitions) of the material and the influence of test instructions (implicit or explicit generation tests). One of the aims is to differentiate between four of the main implicit learning models by examining the sensitivity to the perceptually salient features of the material presented to children of different ages. The robustness of implicit learning capacities in the face of development and intellectual level is equally tested according to the permeability of the test instructions to explicit influences. Finally, these experiments study the apprehension of the training stimuli and the progressive behavioural adaptation as a function of the age of the participants and the perceptual and statistical characteristics of the material. The results reveal sensitivity to the specific surface features of the training sequences rather than to the grammatical structure from which they were built. On the one hand, Experiments 1 and 3 show that implicit learning is invariant with age and intellectual level when the test instructions limit the explicit contaminations. On the other hand, despite the same training phase used in Experiments 1 and 3, Experiments 2 and 4 indicate age effects and a performance impairment in children with mental retardation, when the test instructions elicit intentional information retrieval processes. Experiment 5 shows that different types of saliencies (perceptual, positional and statistical) guide the apprehension of the material during the training phase operating concurrently, before leading to the progressive formation of more complex units. This thesis brings elements in favour of a stimuli-specific learning, based on the attentional processing of their surface features and the involvement of basic associative mechanisms. It also confirms the postulates of robustness of implicit processes and states the methodological precautions that are necessary to the study of implicit learning capacities, such as the neutrality of the procedures to explicit influences or the use of a control group.