Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Mechanismen und die neuronale Implementierung des taktilen Arbeitsgedächtnisses (AG) zu erleuchten. Dazu wurde eine vibrotaktile Diskriminationsaufgabe mit den Methoden der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT), Elektroenzephalografie (EEG), subliminalen elektrischen Stimulation und Psychophysik untersucht. Eine fMRT-Studie (Studie I) zeigte, dass ein ausgedehntes neuronales Netzwerk mit den einzelnen Aufgabenphasen, Enkodierung, Aufrechterhaltung, und Entscheidung, verbunden ist. Die Analyse oszillatorischer EEG-Aktivität (Studie II) und die selektive Inhibition des primären somatosensorischen Kortex (S1) durch subliminale Stimulation (Studie III) legen nahe, dass S1 nicht an der Aufrechterhaltung der vibrotaktilen Gedächtnisrepräsentation beteiligt ist. Das Ausmaß der S1-Aktivierung während der frühen Haltephase hängt vielmehr von der Effizienz, mit welcher Versuchspersonen den vibrotaktilen Reiz enkodieren, ab. Außerdem weisen Studie II and III darauf hin, dass bereits der physiologische Zustand von S1 in der Phase vor Beginn eines Versuchsdurchgangs eine einflussreiche Rolle spielt. Während Studie II zeigte, dass S1-Aktivität in dieser Phase, vermutlich durch attentionale top-down Modulation, unter AG-Anforderungen erhöht ist, ergab Studie III, dass eine optimierte bottom-up Verarbeitung in S1 zu einer verbesserten Aufgabenleistung führt. Verhaltensexperimente zeigten, dass Repräsentationen im Langzeitgedächtnis über die durchschnittliche Frequenz der präsentierten Vibrationsreize erheblich die Verhaltensleistung beeinflussen und den Zeitrichtungseffekt verursachen (Studie IV). Die Analyse der fMRT-Daten (Studie V) offenbarte außerdem, dass ein Netzwerk somatosensorischer Areale Informationen über die aktuelle Vibrationsfrequenz und die durchschnittliche Vibrationsfrequenz während der Enkodier- und Haltephase integriert. / The present dissertation aimed to shed more light on the psychological mechanisms and the neural basis of tactile working memory (WM). For this purpose, a vibrotactile delayed discrimination task was studied using the methods of functional magnetic resonance imaging (fMRI), electroencephalography (EEG), concurrent subliminal electrical stimulation and psychophysics. The fMRI study (Study I) showed that a broad network of brain regions - much broader than known from previous studies in non-human primates - supports the performance of a vibrotactile delayed discrimination task in the different task periods: encoding, maintenance, decision making. The analysis of oscillatory activity over the somatosensory cortex in the EEG study (Study II) and the experiment using subliminal electrical stimulation to locally inhibit the primary somatosensory cortex (S1) (Study III) suggest that S1 does not contribute to the active maintenance of the vibrotactile memory trace. The level of activity in S1 during the early delay period depends on the efficiency with which subjects encode the vibrotactile stimulus. Study II and III also showed that the activation level of S1 in the pre-trial period plays an important role. Study III suggests that, in this task period, S1 activity is up-regulated under WM demands probably reflecting the operation of top-down attentional control. Study III indicates that increasing local inhibition of S1 in the pre-trial period improves performance by facilitating bottom-up processing. Importantly, long-term memory representations of the average frequency of the stimulus set strongly influence performance giving rise to the time-order effect (Study IV). Additionally, the fMRI data (Study V) showed that a somatosensory network integrates information about the current vibrotactile stimulus and the representation of the average vibration frequency during stimulus encoding and maintenance.

For the last four decades, psycholinguistic research has dealt with the question to what extent elements of simple sentences like “The monk read the book” are planned ahead both on the abstract-lexical and phonological processing level. While a number of studies have shown that all up to the final element can be activated on these two levels, empirical evidence on the flexibility of the respective planning scopes is inconsistent, and a systematic delineation of the influence of different forms of cognitive load has not yet been provided. This thesis presents a series of 9 picture-word interference experiments in which participants produced subject-verb-object sentences while ignoring auditory distractor words. Advance planning was assessed at an abstract-lexical (lemma) level and at a phonological (word form) level under varying working memory load conditions (no load, or visuospatial load, or verbal load). In the absence of a concurrent working memory load and with a concurrent visuospatial working memory load, subject and object nouns were found to be activated at the abstract-lexical and the phonological level prior to speech onset. By contrast, with a concurrent verbal working load, the scope of advance planning at the phonological level was reduced, while the scope of advance planning at the abstract-lexical level remained unaffected. Moreover, sentence planning had a more disruptive effect on verbal working memory performance than on visuospatial working memory performance. Overall, these results suggest that advance planning at the phonological level is more adaptive to external factors than advance planning at the abstract-lexical level. Also, they indicate an overlap of resources allocated to phonological processing in speech production and verbal working memory.

Die Rolle des Arbeitsgedächtnisses für die Sprachentwicklung, insbesondere die Wortschatzentwicklung ist mittlerweile überzeugend nachgewiesen (z.B. Hasselhorn & Werner, 2000). Daran anknüpfend beschäftigt sich die vorliegende Studie mit der Wortschatzentwicklung bei dysgrammatisch bzw. spezifisch sprachgestörten Grundschulkindern und mit dem Einfluss des phonologischen Arbeitsgedächtnisses auf diesen Entwicklungsprozess. Besonders die Arbeitsgruppe um Gathercole und Baddeley konnten in einer Vielzahl von Arbeiten (z.B. Gathercole & Baddeley, 1990 a, b, 1993) stabile Zusammenhänge zwischen Arbeitsgedächtnis und Wortschatz bzw. Sprache bei normalentwickelten Kindern und spezifisch sprachgestörten Kindern nachweisen. Sie differenzieren 2 Komponenten des phonologischen Arbeitsgedächtnisses: den phonetischen Speicher, in dem akustische Informationen 1,5 bis 2 s erhalten bleibt und dann zerfällt, wenn diese Information nicht durch den Rehearsalprozess, eine Art inneres Sprechen wiederholt und damit aufgefrischt und erhalten wird. Das Arbeitsgedächtnis wurde dabei bevorzugt über das Nachsprechen von Kunstwörtern erfasst. Bezüglich dieses Vorgehen gaben z.B. Snowling, Chiat und Hulme (1991) und Bowey (1996, 2001) zu bedenken, dass durch die Komplexität des Kunstwörternachsprechens und die Redundanz zu anderen Aspekten der sprachlichen Verarbeitung der Einfluss des phonologischen Arbeitsgedächtnisses überschätzt werden könnte. Sie schlagen daher vor, eher allgemein von phonologischer Verarbeitung zu sprechen und das phonologische Arbeitsgedächtnis nicht davon zu differenzieren, zumindest müsse die Unabhängigkeit des Einflusses des phonologischen Arbeitsgedächtnisses von der phonologischen Bewusstheit nachgewiesen werden. Die Leistungsfähigkeit des phonologischen Arbeitsgedächtnisses hängt von den Qualitätsmerkmalen seiner beiden Komponenten ab. Nach Hasselhorn, Grube und Mähler (2000) lassen sich für beide Komponenten jeweils zwei Merkmale identifizieren: Die Qualität des phonetischen Speichers hängt von dessen zeitlich dimensionierter Größe und von der Präzision ab, mit der er akustische Information ablegt und wiedergibt. Die Leistungsfähigkeit des subvokalen Rehearsalprozesses wird von seiner (automatischen) Aktivierbarkeit und seiner Geschwindigkeit bestimmt. Längsschnittlich zeigten Gathercole, Willis, Emslie, & Baddeley (1992) Zusammenhänge zwischen früherem Arbeitsgedächtnis und späterem Wortschatz im Alter bis zu sechs Jahren, im Grundschulalter kehrte sich der Zusammenhang um. Diese Beiträge motivierten die vorliegende Arbeit, in der die Fragen gestellt wurden, ob sich das phonologische Gedächtnis von der phonologischen Verarbeitung im allgemeinen differenzieren lässt, welche Qualitätsmerkmale des phonologischen Arbeitsgedächtnisses bei sprachgestörten Kindern defizitär sind und wie sich die Entwicklungsdynamiken zwischen phonologischem Arbeitsgedächtnis und Wortschatz bei sprachgestörten und sprachlich unauffälligen Kindern gestalten. Um dies zu klären, wurde eine Längsschnittstudie realisiert, bei der 64 normalentwickelte und 33 sprachgestörte Kinder im Laufe des ersten und zweiten Grundschuljahres dreimal untersucht wurden; der zweite und dritte Meßzeitpunkt bildeten im wesentlichen die Grundlage der vorliegenden Arbeit. Es fanden sich starke empirische Argumente für die Position, dass Störungen im phonologischen Arbeitsgedächtnis eine Hauptursache für die Sprachauffälligkeiten dysgrammatisch-sprachgestörter Kinder sind. Abweichend von den Ergebnissen bei sprachlich unauffälligen Kindern, zeigten die sprachgestörten Kinder geringere Leistungen in allen Bereichen, weniger und niedrigere Korrelationen, das phonologische Arbeitsgedächtnis ließ sich faktorenanalytisch von der phonologischen Bewusstheit und dem phonologischen Langzeitwissen klar trennen. Bei der Betrachtung der vier Merkmale des phonologischen Arbeitsgedächtnisses (Hasselhorn, Grube & Mähler, 2000) zeigte sich kein Einsatz der Rehearsalstrategie und eine geringere Geschwindigkeit (letzteres vielleicht auch der Ausdruck eingeschränkter Sprechmotorik, siehe Gathercole, Service et al., 1999). Es gab einen Gruppenunterschied bei der Variablen für die Qualität des phonetischen Speichers. Auch die zeitliche Dimension schien reduziert, die sprachgestörten Kinder zeigten bei langen Kunstwörtern einen größeren Leistungsabfall. Bei verrauscht dargebotenen Kunstwörtern ließ sich nach Ausschluss des Einflusses von Alter und Intelligenz kein Gruppenunterschied mehr nachweisen, der bei unverrauscht dargebotenen Kunstwörtern vorhanden war, so dass die Qualität des phonetischen Speichers eine wesentliche Rolle für die Sprachentwicklung zu spielen scheint. Bei den dysgrammatischen Kindern ließ sich weiterhin eine kausale Asymmerie zwischen phonologischem Arbeitsgedächtnis und Wortschatz finden, dergestalt, dass das frühere phonologische Arbeitsgedächtnis einen größeren Einfluss auf den späteren Wortschatz hatte, als umgekehrt. Diese wurde wegen des Entwicklungsrückstands der sprachgestörten Kinder in dieser Form erwartet, bei den sprachlich-unauffälligen Kindern ließ sich kein Zusammenhang zeigen. Die phonologische Bewusstheit zeigte keinen entwicklungsrelevanten Einfluss auf den Wortschatz. Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Ergebnisse der vorliegenden Studie die Hypothese stützen, dass die Ursache für kindliche Störungen des Spracherwerbs im phonologischen Arbeitsgedächtnis und speziell in der Qualität des phonetischen Speichers zu suchen sind. Literatur Bowey, J. A. (1996). On the association between phonological memory and receptive vocabulary in five-year-olds. Journal of Experimantel Child Psychology, 63(1), 44-78. Bowey, J. A. (2001). Nonword repetition and young children`s receptive vocabulary: a longitudinal study. Applied Psycholinguistics, 22, 441-469. Gathercole, S. E. & Baddeley, A. D. (1990a). Phonological memory deficits in language disordered children: Is there a cusal connection? Journal of Educational Psychology, 29, 336-360. Gathercole, S. E. & Baddeley, A. D. (1990b). The role of phonological memory in vocabulary acquisition: A study of young children learning new names. British Journal of Psychology, 81, 439-454. Gathercole, S. E. & Baddeley, A. D. (1993). Working memory and language. Hove, UK: Erlbaum. Gathercole, S. E., Service, E., Hitch, G.J., Adams, A.-M. & Martin, A. J. (1999). Phonological short-term memory and vocabulary development: Furter evidence on the nature of relationship. Applied cognitive psychology, 13, 65-77. Gathercole, S. E., Willis, C., Emslie, H., & Baddeley, A. D. (1992). Phonological memory and vocabulary development during the early school years: a longitudinal study. Developmental Psychology, 28, 887-898. Hasselhorn, M., Grube, D. & Mähler, C. (2000). Theoretisches Rahmenmodell für ein Diagnostikum zur differentiellen Funktionsanalyse des phonologischen Arbeitsgedächtnisses. In M. Hasselhorn, W. Schneider & H. Marx, Diagnostik von Lese-Rechtschreib-Schwierigkeiten, Tests und Trends, Bd. 1 (S.167-182). Hogrefe: Göttingen. Hasselhorn, M. & Werner, I. (2000). Zur Bedeutung des phonologischen Arbeitsgedächtnisses für die Sprachentwicklung. In H. Grimm (Hrsg.), Sprachentwicklung (Enzyklopädie der Psychologie, Themenbereich C: Theorie und Forschung, Serie III Sprache, Bd. 3) (S. 363-378). Göttingen: Hogrefe. Snowling, M., Chiat, S., & Hulme. C. (1991). Words, non-words, and phonological processes: Some comments on Gathercole, Willis, Emslie, and Baddeley. Applied Psycholinguistics, 12(3), 369-373.

Erfolgreiches willkürliches Verhalten beruht auf der Selektion verhaltensrelevanter perzeptueller Informationen durch Aufmerksamkeit und deren kurzzeitiger Speicherung im Arbeitsgedächtnis. Bisherige Untersuchungen legen eine sowohl anatomische als auch funktionelle Interaktion beider kognitiver Funktionen nahe, insbesondere eine selektive Fazilitierung visueller Verarbeitung durch Arbeitsgedächtnisrepräsentationen. In der hier vorliegenden Arbeit wurde ein Gedächtnissakkadenparadigma (Gedächtnisphase von 6 Sekunden) mit einer visuellen Diskriminationsaufgabe kombiniert, die 1500, 2500 oder 3500 ms nach Präsentation des Gedächtnisstimulus durchzuführen war. Im Gegensatz zu den Erwartungen wurde eine transiente Verlängerung der Reaktionszeiten auf Diskriminationsstimuli beobachtet, die an aktuell erinnerten räumlichen Positionen präsentiert worden waren. In einem Kontrollexperiment ohne mnestische Anforderungen trat dieser Effekt hingegen nicht auf. Darüber hinaus hing die verzögerte Diskrimination von der Präzision der Gedächtnissakkaden und somit von der Güte der Arbeitsgedächtnisrepräsentation ab. Die räumliche Verteilung der Inhibition zeigte eine sog. „Center-Surround“-Organisation, wie sie für lokale neuronale Netzwerke im visuellen und präfrontalen Kortex bekannt ist. Es wird ein aktiver inhibitorischer Mechanismus postuliert, der den durch räumliches Arbeitsgedächtnis induzierten fazilitierenden Effekten entgegenwirkt und somit eine flexible Orientierung zu neuen Informationen während der Repräsentation von behavioral relevanten Informationen im räumlichen Arbeitsgedächtnis ermöglicht. Ein neurophysiologisches Korrelat für diesen Mechanismus könnte inhibitorische Gedächtnisphasenaktivität im präfrontalen Kortex darstellen, die über direkte präfrontotektale Projektionen vermittelt wird. / Voluntary behavior critically depends on attentional selection and short-term maintenance of perceptual information. Recent research suggests a tight coupling of both cognitive functions with visual processing being selectively enhanced by working memory representations. Here, a memoryguided saccade paradigm (6-s delay) was combined with a visual discrimination task, performed either 1,500, 2,500, or 3,500 ms after presentation of the memory cue. Contrary to what can be expected from previous studies, the results show that memory of spatial cues can transiently delay speeded discrimination of stimuli presented at remembered locations. This effect was not observed in a control experiment without memory requirements. Furthermore, delayed discrimination was dependent on the strength of actual memory representations as reflected by accuracy of memory-guided saccades. The spatial distribution of the observed discrimination inhibition showed a center-surround-organization reminiscent of activation patterns of local neuronal networks in prefrontal and visual cortex. An active inhibitory mechanism is proposed that counteracts facilitating effects of spatial working memory, promoting flexible orienting to novel information during maintenance of spatial memoranda for intended actions. Inhibitory delay-period activity in prefrontal cortex is a likely source for this mechanism which may be mediated by prefronto-tectal projections.

In der vorliegenden Arbeit wurde mit einer Reihe von Experimenten geprüft, ob sich die Tonarterinnerung von Nichtabsoluthörern durch aus der Gedächtnisforschung abgeleitete Einflussfaktoren erklären lässt. Zunächst erfolgte eine theoretische Betrachtung des Tonartgedächtnisses sowohl aus musikpsychologischer als auch aus gedächtnispsychologischer Perspektive. Die Analyse von Befunden zum „latenten“ und „echten“ absoluten Gehör zeigte, dass eine Reihe von potenziellen Einflussfaktoren auf die Tonarterinnerung betrachtet werden muss, um herauszufinden, ob es sich bei diesen beiden Phänomenen um unterschiedliche Ausprägungen derselben Fähigkeit handelt. Um den Einfluss von Faktoren der Melodien, der Melodie-Lernenden und der Art des Melodie-Lernens auf die Tonarterinnerung zu prüfen, wurden insgesamt 268 Probanden gebeten, vertraute Melodien aus dem Gedächtnis zu singen. Unabhängige Variablen waren die musikalische Expertise der Probanden, ihre Fähigkeit Töne zu benennen, die Form und die Intensität des dem Experiment vorangegangenen Melodie-Lernens sowie verschiedene Charakteristika der Melodien. Abhängige Variable war die Genauigkeit, mit der die Originaltonarten der Melodien produziert wurden. Es konnten Effekte der Hör-Häufigkeit, der musikalischen Expertise, der Tonbenennung, der Melodie-Eingängigkeit sowie ein Effekt motorischer Kontextinformationen auf die Genauigkeit der Tonarterinnerung nachgewiesen werden. Um den Häufigkeitseffekt mit einer weiteren Anforderung zu untersuchen, wurde in einem weiteren Experiment die Tonbenennungsleistung von Absoluthörern und Nichtabsoluthörern verglichen. Dabei kam die Methode der Pupillometrie zum Einsatz, um Unterschiede in der mentalen Beanspruchung beim Benennen von Tönen unterschiedlicher Klangfarbe und Tonklasse nachweisen zu können. Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass das häufige Hören bestimmter Töne sowohl bei Absoluthörern als auch bei Nichtabsoluthörern die Tonbenennung erleichtert. Dies verweist darauf, dass auch bei der musikspezifischen Aufgabe der Tonbenennung ein so grundlegendes Prinzip des menschlichen Gedächtnisses wie die Stabilisierung von Gedächtnisinhalten durch Wiederholung zum Tragen kommt. Insgesamt weisen die Ergebnisse darauf hin, dass Tonarterinnerung ein komplexes Phänomen ist, für das eine alleinige Erklärung als „latentes absolutes Gehör“ zu kurz greift. Statt einer schwachen Ausprägung einer hochspezialisierten Fähigkeit scheint es sich eher um eine eigene Form des Erinnerns, die auf allgemeingültigen Gedächtnisprinzipien beruht, zu handeln. / In this thesis, memory for musical keys among absolute pitch nonpossessors, which is often referred to as “latent” absolute pitch, is examined. A theoretical analysis focused on existing research about “latent” and “manifest” absolute pitch. Evidence from music-psychological and general memory research as well as neuropsychological evidence was considered. The review of existing research revealed that several factors are potentially relevant for the memory of musical keys and should be considered in trying to determine whether “latent” and “manifest” absolute pitch can be described as different levels of the same ability on an “absolute pitch continuum”. To examine whether characteristics of learned melodies, of melody-learners, and of melody-learning influence memory for musical keys among absolute pitch nonpossessors, 268 participants were asked in a series of experiments to sing familiar melodies from memory. Independent variables were the musical expertise of participants, their ability to label pitches, type and intensity of melody-learning, and characteristics of the learned melodies. The accuracy with which learned melodies could be produced in the original key was the dependent variable. Results revealed that frequency of melody-learning as well as participants’ musical expertise and ability to label pitches influence the accuracy of key production. Whether or not a melody is catchy as well as the existence of different types of motor imagery are further influencing factors for the accuracy of key production. To examine the frequency-of-hearing effect in more detail, another experiment compared the pitch labeling performance of absolute pitch possessors and nonpossessors. Pupillary responses were measured in order to show differences in mental resource allocation when labeling pitches of different key colors or timbres. Results support the assumption that frequent exposure to pitches of certain key colors or timbres facilitate their labeling among both absolute pitch possessors and nonpossessors. This suggests that basic principles of human memory such as learning by frequency of exposure affect also very specific tasks such as pitch labeling. Taken together, the results suggest that memory for musical keys is a complex phenomenon which can not adequately be described as being simply a “latent” or weak form of absolute pitch. Instead, memory for musical keys can be described as a “normal” memory mechanism, influenced by factors known to influence numerous other forms of human memory.

Die vorliegende Dissertation behandelt die Frage nach Prozesskomponenten eines flexiblen Zugriffs auf im verbalen Arbeitsgedächtnis gehaltene "mentale Objekte" sowie nach deren Eigenschaften. Ein gängiges Arbeitsgedächtnismodell geht davon aus, dass das aktuell bearbeitete Objekt im Fokus der Aufmerksamkeit steht und beliebigen mentalen Operationen zur Verfügung steht, während die übrigen in einer "Region des direkten Zugriffs" aufrechterhalten werden. Ein Wechsel des mentalen Objekts führt zu zeitlichen Kosten, weil unter den Kandidaten eine erneute Objektselektion stattfinden muss (Oberauer, 2002). Mit Hilfe von vier Experimenten konnte gezeigt werden, dass diese Sichtweise erweitert werden muss: Mentale Objekte werden nicht für beliebige sondern spezifisch für die aktuelle Aufgabe bereitgestellt, während nicht mehr ausgewählte Objekte, deren Merkmalsinformation zerfällt, durch subvokales Rehearsal verfügbar gehalten werden und einer Neuselektion zunächst wahrscheinlich als phonologische Codes zugrunde liegen. Der Zugriff auf ein mentales Objekt erfordert somit neben der Objektselektion auch (anforderungsabhängig) Prozesse des Merkmalsabrufs und der Merkmalsselektion innerhalb des mentalen Objekts, welche die aktuell relevante Objektinformation bereitstellen. Sequenzen von Vergleichen mit wechselndem Zugriff auf Elemente einer Gedächtnismenge aus einstelligen Zahlen oder einsilbigen Wörtern ergaben höhere Objektwechselkosten, wenn die mentalen Objekte phonologisch ähnlich waren (Objektselektion), und wenn der Vergleich stärker semantische Objektinformation erforderte (Merkmalsabruf), sowie Kosten für einen Wechsel der relevanten Merkmale innerhalb eines Objekts (Merkmalsselektion), nicht aber bei Objektwechsel, der in jedem Fall die Selektion neuer Merkmale einschließt. Die Resultate sprechen für die postulierte Anforderungsabhängigkeit der Selektion im Arbeitsgedächtnis. / The dissertation aims at identifying component processes of access to "mental objects" from verbal working memory and characterizing the involved memory codes. In one of the current working memory models it is assumed that the object actually selected for processing is in the focus of attention and can be subjected to any upcoming mental operation while the remaining candidates are maintained within the "region of direct access". When the focus is moved to a new object this results in time costs since it requires the selection of a new object from the set (Oberauer, 2002). This task-independent view of working memory access has to be extended: The mental object in focus is usually selected for a certain (not any) operation while feature information of objects outside the focus of attention is subject to decay. Maintenance of objects currently not selected objects is probably realized by subvocal rehearsal that provides phonological codes of the objects - being the basis of a new object selection. Consequently, when switching mental objects there is not only object selection necessary but also feature retrieval and feature selection processes within the object that provide the task-relevant object information. Four Experiments were conducted. They consisted of sequences of comparisons using randomly changing elements from a memory set of one-digit numbers or monosyllabic german nouns. Object switching costs are higher when the memory set contains phonologically similar elements (object selection) and when the task requires semantic rather than superficial information (feature retrieval). There are costs for changing the relevant features within an object (feature selection) but not with an object switch that always includes the selection of new object features. The results strongly support the view of task-dependent selection processes in working memory.

Abductive reasoning is the process of finding a best explanation for a set of observations. In many abductive problems, like medical diagnosis, scientific discovery, debugging or troubleshooting, an amount of information far beyond the capacity limits of working memory (WM) must be processed. Although WM plays a central role in theories of human cognition, theories of abductive reasoning do not specify WM processes during the generation of explanations. On the basis of a computational model of abductive reasoning and of theories of text comprehension a mechanism is proposed that reduces WM load during abductive reasoning. The computational model views abductive reasoning as the sequential comprehension and integration of observations into a situation model that represents the current best explanation for the observations. The proposed WM mechanism assumes that the situation model is only partly kept in WM, whereas other pieces are stored in long-term memory. These long-term representation part can be reliably accessed through retrieval structures to reinstatiate information in WM during abductive reasoning. It is assumed that unexplained observations are actively maintained in WM until an explanation for them could be generated. Thereafter their representation is lost from WM. But these explained observations can be recalled from long-term memory via their integration into the situation model. This mechanism makes predictions about the availability of the mental representation of explained and unexplained observations. These predictions were tested in four experiments, using different memory tests for observations. In Experiments 1 and 2 a recognition test was used, in Experiment 3 an implicit menory test was used and in Experiment 4 the participants had to perform an unexpected recall after task interruption. The results show that unexplained observations are accessed faster than explained ones during abductive reasoning. This confirms the mechanism's assumption that unexplained observations are kept in WM and explained ones not. But explained observations seem not to be represented in long-term memory. Rather, it seems that observations are rapidly forgotten afer they are explained. Different possible reasons for this pattern of result are discussed.

The need for navigation in hypertext requires cognitive resources, and this can result in disorientation and cognitive overhead. So, information retrieval and text comprehension are impaired. It is not possible to construct a coherent mental representation of text content (situation model), which is essential for text comprehension. The question is, how can, based on hypertext studies and knowledge about text comprehension, suggestions for hypertext design be found. In this study, the influence of different navigation possibilities and linking structures of hypertext on orientation problems, text comprehension, and efficiency of information retrieval was investigated. First, linear text and hierarchic structured hypertext with a graphical overview over the text structure were compared. Furthermore, text comprehension processes were focused more intensively. Therefore, the influence of the coherence of linking structure and of working memory load on interaction with the text, text comprehension, and efficiency of information retrieval was investigated. Results show that disadvantages of hypertext concerning orientation problems can be compensated with the aid of a graphical overview which is usable for navigation. This orientation and navigation aid is also an advantage for the speed of information retrieval. In contrast, for text comprehension coherence of the linking of individual text nodes plays an essential role. Only if hypertext is constructed in a way that a coherent reading sequence is suggested to the reader, the user is able to construct a coherent mental representation about the text content. It becomes apparent that different tasks, in this case reading a text vs. information retrieval, make different demands to hypertext. To some extend, the results were only shown with high working memory load, which shows the influence of cognitive resources. / Die Notwendigkeit der Navigation in Hypertexten beansprucht kognitive Ressourcen und führt leicht zu einer Desorientierung und einer kognitiven Überlastung. Sie erschwert damit das Auffinden von Informationen und beeinträchtigt das Verstehen des Textes, d.h. es kann keine kohärente mentale Repräsentation über den Textinhalt (Situationsmodell) aufgebaut werden, was jedoch in der Textverstehensforschung als zentraler Punkt des Verstehens betrachtet wird. Die Frage ist nun, wie aus den bisherigen Erkenntnissen zu Hypertexten und aus dem Wissen über Textverstehensprozesse Hinweise für eine optimale Hypertextgestaltung abgeleitet werden können. In der vorliegenden Arbeit wurde dazu der Einfluss verschiedener Navigationsmöglichkeiten und der Verknüpfungsstruktur von Hypertexten auf die Probleme des Nutzers beim Umgang mit dem Hypertext und auf das Textverstehen bzw. den Wissenserwerb und die Effizienz der Informationssuche untersucht. Zunächst wurde dazu ein Vergleich von linear verknüpftem Text und einem hierarchisch strukturierten Hypertext mit einer graphischen Übersicht über die Textstruktur vorgenommen. Weiterhin wurden verstärkt die Textverstehensprozesse beim Umgang mit Hypertext betrachtet. Dazu wurde der Einfluss des Kohärenzgrades der Verknüpfung des Textes und der Arbeitsgedächtnisbelastung auf den Umgang mit dem Text, das Textverstehen und die Effizienz der Informationssuche untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nachteile des Hypertextes hinsichtlich der Orientierungsprobleme durch eine navigierbare graphische Übersicht über die Textstruktur kompensiert werden können. Diese Strukturierungs- und Navigationshilfe erweist sich auch als Vorteil für die Schnelligkeit der Informationssuche. Für das Textverstehen hingegen spielt die Kohärenz der Verknüpfung der einzelnen Textknoten eine zentrale Rolle. Nur wenn der Hypertext so strukturiert ist, dass dem Nutzer eine zeitlich kohärente Leseweise nahegelegt wird, ist der Nutzer auch in der Lage, eine kohärente mentale Repräsentation über den Textinhalt aufzubauen. Es zeigt sich deutlich, dass unterschiedliche Aufgaben, hier Lesen eines Textes vs. Suchen nach Informationen, unterschiedliche Anforderungen an Hypertexte stellen. Teilweise werden die gezeigten Ergebnisse erst unter einer erhöhten Arbeitsgedächtnisbelastung deutlich, was den Einfluss kognitiver Ressourcen deutlich macht.

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Deficits in working memory (WM) functions represent one of the main causes of limited participation in daily life and impaired recovery after brain injury. Based on promising research in clinically healthy individuals, which suggest that repetitive training may improve WM performance and other related cognitive functions, this thesis aimed at exploring the potential and limits of WM training in clinical populations. Existing research on WM training and relevant neuropsychological outcomes were examined with a special focus on individuals with acquired brain injury by means of a meta-analysis (study I). The findings indicated relevant impact of WM training on both behavioral performance and disease-related symptom reduction. To determine the primary outcome variable for the evaluation studies, the Corsi Block-Tapping Task was reviewed (study II). Due to the lack of an appropriate theory-based intervention tailored for the needs of individuals with low WM capacity, the program 'WOME' was developed (study III). Three randomized, double-blind, placebo-controlled trials were carried out to evaluate the efficacy of the new intervention and to provide valuable recommendations for its application in clinical practice (study IV, V and VI). Significant improvements in the trained tasks, moderate to large transfer effects in overall WM performance, and related benefits in daily life were demonstrated. The effects were short-termed with very limited evidence supporting transfer to other cognitive functions. In accordance with the results of the meta-analysis (study I), the number of sessions was identified as an important modulator of efficacy by comparing different training intensities and training tasks. The specific content, in contrast, seemed to be less relevant. Mediation analyses revealed that inter-individual differences influence the successful application of the intervention, in particular initial WM capacity. Implications for clinical application and WM training research are discussed.:1. Introduction 1.1. Definition of the working memory system 1.2. Functional neuroanatomy of working memory 1.3. Functional relevance of working memory 1.4. Training of working memory functions 1.5. Objectives of the current thesis 2. Experimental work 2.1. Study I: Can impaired working memory functioning be improved by training? A meta-analysis with a special focus on brain injured patients 2.2. Study II: „Was misst eigentlich die Blockspanne?“ — Der Gold-Standard im Fokus. 2.3. Study III: WOME working memory training — A new intervention for individuals with low WM capacity 2.4. Study IV: WOME: Theory-based working memory training — A placebo-controlled, double-blind evaluation in older adults 2.5. Study V: Effects of working memory training in patients with acquired brain injury: a double-blind randomized controlled trial. 2.6. Study VI: The effect of high vs. low intensity neuropsychological treatment on working memory in patients with acquired brain injury. 3. General discussion 3.1. Summary of the empirical findings 3.2. Implications for clinical practice 3.2.1. Benefits and limits of working memory training 3.2.2. The importance of training dose and its practical implementation 3.2.3. The influence of inter-individual differences on training efficacy 3.3. Implications for working memory training research 3.4. Critical comments and directions for future research 3.5. Conclusion 4. References 5. Summary 6. Zusammenfassung Appendices List of abbreviations List of Tables List of Figures Supplemental material Curriculum vitae List of publications Selbstständigkeitserklärung