Cognitive psychology is traditionally interested in the interaction of perception, cognition, and behavioral control. Investigating eye movements in reading constitutes a field of research in which the processes and interactions of these subsystems can be studied in a well-defined environment. Thereby, the following questions are pursued: How much information is visually perceived during a fixation, how is processing achieved and temporally coordinated from visual letter encoding to final sentence comprehension, and how do such processes reflect on behavior such as the control of the eyes’ movements during reading. Various theoretical models have been proposed to account for the specific eye-movement behavior in reading (for a review see Reichle, Rayner, & Pollatsek, 2003). Some models are based on the idea of shifting attention serially from one word to the next within the sentence whereas others propose distributed attention allocating processing resources to more than one word at a time. As attention is assumed to drive word recognition processes one major difference between these models is that word processing must either occur in strict serial order, or that word processing is achieved in parallel. In spite of this crucial difference in the time course of word processing, both model classes perform well on explaining many of the benchmark effects in reading. In fact, there seems to be not much empirical evidence that challenges the models to a point at which their basic assumptions could be falsified. One issue often perceived as being decisive in the debate on serial and parallel word processing is how not-yet-fixated words to the right of fixation affect eye movements. Specifically, evidence is discussed as to what spatial extent such parafoveal words are previewed and how this influences current and subsequent word processing. Four experiments investigated parafoveal processing close to the spatial limits of the perceptual span. The present work aims to go beyond mere existence proofs of previewing words at such spatial distances. Introducing a manipulation that dissociates the sources of long-range preview effects, benefits and costs of parafoveal processing can be investigated in a single analysis and the differing impact is tracked across a three-word target region. In addition, the same manipulation evaluates the role of oculomotor error as the cause of non-local distributed effects. In this respect, the results contribute to a better understanding of the time course of word processing inside the perceptual span and attention allocation during reading. / Die kognitive Psychologie beschäftigt sich traditionell mit dem Zusammenspiel von Wahrnehmung, Kognition und Verhaltenssteuerung. Die Untersuchung von Blickbewegungen beim Lesen bildet dabei ein Forschungsfeld, in dem die Prozesse und Interaktionen dieser Subsysteme in einem klar definierten Rahmen untersucht werden können. Dabei geht es speziell um die Frage, wie viel Information visuell wahrgenommen wird, wie die kognitive Weiterverarbeitung der visuellen Buchstabeninformation über lexikalische Wortverarbeitung hin zu einem inhaltlichen Satzverständnis zeitlich koordiniert ist, und wie sich diese Prozesse auf das Verhalten – die Steuerung der Blickbewegung – auswirken. Verschiedene Modelle zur Erklärung des spezifischen Blickbewegungsverhaltens beim Lesen wurden vorgeschlagen (für einen Überblick siehe Reichle, Rayner, & Pollatsek, 2003). Einige Modelle basieren auf der Annahme serieller Aufmerksamkeitsverschiebung von Wort zu Wort, wohingegen andere verteilte Aufmerksamkeit auf eine Region mehrerer Wörter im Satz gleichzeitig annehmen. Da Aufmerksamkeit eng mit der eigentlichen Wortverarbeitung assoziiert ist, besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen den Modellen darin, dass die eigentlichen Wortverarbeitungsprozesse entweder ebenfalls strikt seriell oder parallel erfolgen. Trotz solch entscheidender Unterschiede im zeitlichen Verlauf der Wortverarbeitung können beide Modellklassen viele der Benchmark-Effekte beim Lesen hinreichend erklären. Tatsächlich scheint es nicht viel empirische Evidenz zu geben, die die Grundannahmen der Modelle falsifizieren könnte. Die Frage, ob und wie noch nicht direkt angesehene Wörter rechts der Fixation die Blickbewegung beeinflussen, wird in der Debatte über serielle oder parallele Wortverarbeitung oft als entscheidend betrachtet. Insbesondere wird diskutiert, bis zu welcher Entfernung parafoveale Wörter vorverarbeitet werden und wie das die gegenwärtige und folgende Wortverarbeitung beeinflusst. In einer Serie von vier Leseexperimenten wurde die Vorverarbeitung von Wörtern an den Grenzen der Wahrnehmungsspanne untersucht. Die vorliegende Arbeit versucht zudem, über einen einfachen Existenzbeweis der Vorverarbeitung von Wörtern in solchen Distanzen hinaus zu gehen. Mit einer Manipulation, die verschiedene Quellen solcher weitreichenden Vorverarbeitungseffekte dissoziiert, können Nutzen und Kosten der parafovealen Vorschau in einer einzigen Analyse untersucht und über eine Zielregion von drei Wörtern hinweg verfolgt werden. Dieselbe Manipulation überprüft gleichzeitig die Rolle okulomotorischer Fehler als Ursache für nicht lokale, verteilte Effekte beim Lesen. Die Ergebnisse tragen zu einem differenzierteren Verständnis der Wortverarbeitung in der Wahrnehmungsspanne und der zeitlich-räumlichen Verteilung der Aufmerksamkeit beim Lesen bei.

Mit der wachsenden Notwendigkeit zur Zusammenarbeit von Personen an unterschiedlichen Standorten gewinnt eine effektive Gestaltung technisch mediierter Kommunikation an Bedeutung. Ein wesentliches Problem liegt dabei darin, nonverbale Kommunikationsinhalte so zu übertragen, dass klare Bezüge zwischen der Aufmerksamkeit des Partners und den gemeinsamen Arbeitsobjekten hergestellt werden können. Da Blickbewegungen einen räumlich und zeitlich hochauflösenden Zugang zu Aufmerksamkeitsprozessen ermöglichen, kann ihre Übertragung als Cursor auf dem Bildschirm des Partners zu Verbesserungen im gegenseitigen Verständnis und damit auch der kooperativen Leistung führen. Eine detaillierte Untersuchung der Wirkweise von Blickfeedback und vor allem ein kritischer Vergleich mit herkömmlichen Formen der Cursorübertragung stehen jedoch noch aus. In drei Studien mit insgesamt sechs Experimenten wurde in dieser Dissertation untersucht, wie sich eine Blickübertragung auf den Prozess der technisch mediierten Kommunikation auswirken kann. In der ersten Studie nutzten Personen ihren Blick zur Kommunikation von Bildinhalten. Es wurde geprüft, wie sich Blickparameter im Rahmen einer solchen intentional-kommunikativen Verwendung von Blickbewegungen unterscheiden, die lediglich der Aufnahme von Informationen dienen. Dieser Vergleich wurde bei freier Bildbetrachtung sowie im Rahmen einer restriktiver definierten Aufgabe durchgeführt, in der zu beachtende Bereiche vorab definiert waren. Die zweite Studie kontrastiert im Kontext von Puzzleaufgaben die Übertragung des Partnerblickes mit einer rein verbalen Interaktion und der Rückmeldung seiner Mausbewegungen. Während die Interaktivität zwischen den Partnern variiert wurde, standen sowohl Aufgabenleistung als auch der kommunikative Prozess an sich im Fokus der Untersuchungen. Zu diesem Zwecke wurden verbale Äußerungen der Partner, einzelne Handlungen auf dem Weg zur Lösung und Parameter der Blickbewegungen betrachtet. In der dritten Studie wurde der übertragene Blick genutzt, um mithilfe eines beweglichen Fensters diejenigen Bildbereiche sichtbar zu machen, die der Partner zur Lösung benötigte. Blickübertragung wurde auch hier mit dem Mauszeigen verglichen. Dabei wurde die Sichtbarkeit aufgabenrelevanter Objekte für den fensterverschiebenden Assistenten variiert und geprüft, wie sich dies auf die Koordination gemeinsamer Handlungen unter Verwendung beider Cursortypen auswirkte. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass eine kommunikative Nutzung von Blickbewegungen in visuell-räumlichen Aufgaben zu Leistungsverbesserungen im Vergleich zur rein sprachlichen Kommunikation führen kann. Verglichen mit der Mausübertragung geht Blickübertragung mit einer geringeren Sicherheit über die Cursorintention und die damit verbundene Handlungsrelevanz des Blickes einher. Dieses Problem besteht vor allem in interaktiven, weniger strukturierten Aufgaben und in Situationen, in denen der Partnerblick nicht zu den Objekten in Bezug gesetzt werden kann, auf die er sich bezieht. Anhand der Ergebnisse werden Potentiale und Schwierigkeiten in der Übertragung von Blickbewegungen diskutiert. Es werden Vorschläge unterbreitet, in welchen Kontexten ihr Einsatz zur Verbesserung der technisch mediierten Kommunikation sinnvoll sein kann und was bei der Gestaltung solcher Anwendungen beachtet werden sollte.

During reading oculomotor processes guide the eyes over the text. The visual information recorded is accessed, evaluated and processed. Only by retrieving the meaning of a word from the long-term memory, as well as through the connection and storage of the information about each individual word, is it possible to access the semantic meaning of a sentence. Therefore memory, and here in particular working memory, plays a pivotal role in the basic processes of reading. The following dissertation investigates to what extent different demands on memory and memory capacity have an effect on eye movement behavior while reading. The frequently used paradigm of the reading span task, in which test subjects read and evaluate individual sentences, was used for the experimental review of the research questions. The results speak for the fact that working memory processes have a direct effect on various eye movement measurements. Thus a high working memory load, for example, reduced the perceptual span while reading. The lower the individual working memory capacity of the reader was, the stronger was the influence of the working memory load on the processing of the sentence. / Beim Lesen steuern okulomotorische Prozesse die Blickbewegungen über den Text. Die aufgenommenen visuellen Informationen werden erschlossen, beurteilt und verarbeitet. Erst durch den Abruf der Wortbedeutung aus dem Langzeitgedächtnis, und die Verknüpfung sowie Speicherung der einzelnen Wortinformationen erschließt sich die semantische Bedeutung eines Satzes. Somit stellt das Gedächtnis und hier insbesondere das Arbeitsgedächtnis eines der grundlegenden Prozesse für das Lesen dar. Die vorliegende Dissertation untersucht inwieweit sich unterschiedliche Gedächtnisanforderungen und Gedächtniskapazitäten auf das Blickverhalten während des Lesens auswirken. Für die experimentelle Überprüfung der Forschungsfragen wurde das in der Arbeitsgedächtnisforschung sehr häufig genutzte Paradigma der Lesespannenaufgabe verwendet, bei dem Probanden einzelne Sätze lesen und beurteilen. Die Ergebnisse sprechen für einen direkten Einfluss von Arbeitsgedächtnisprozessen auf verschiedene Blickbewegungsmaße. So reduzierte eine hohe Arbeitsgedächtnisbelastung beispielsweise die perzeptuelle Spanne während des Lesens. Je geringer die individuelle Arbeitsgedächtniskapazität des Lesers war, desto stärker war der Einfluss der Arbeitsgedächtnisbelastung auf die Satzverarbeitung.

When we read a text, we obtain information at different levels of representation from abstract symbols. A reader’s ultimate aim is the extraction of the meaning of the words and the text. The reserach of eye movements in reading covers a broad range of psychological systems, ranging from low-level perceptual and motor processes to high-level cognition. Reading of skilled readers proceeds highly automatic, but is a complex phenomenon of interacting subprocesses at the same time. The study of eye movements during reading offers the possibility to investigate cognition via behavioral measures during the excercise of an everyday task. The process of reading is not limited to the directly fixated (or foveal) word but also extends to surrounding (or parafoveal) words, particularly the word to the right of the gaze position. This process may be unconscious, but parafoveal information is necessary for efficient reading. There is an ongoing debate on whether processing of the upcoming word encompasses word meaning (or semantics) or only superficial features. To increase the knowledge about how the meaning of one word helps processing another word, seven experiments were conducted. In these studies, words were exachanged during reading. The degree of relatedness between the word to the right of the currently fixated one and the word subsequently fixated was experimentally manipulated. Furthermore, the time course of the parafoveal extraction of meaning was investigated with two different approaches, an experimental one and a statistical one. As a major finding, fixation times were consistently lower if a semantically related word was presented compared to the presence of an unrelated word. Introducing an experimental technique that allows controlling the duration for which words are available, the time course of processing and integrating meaning was evaluated. Results indicated both facilitation and inhibition due to relatedness between the meanings of words. In a more natural reading situation, the effectiveness of the processing of parafoveal words was sometimes time-dependent and substantially increased with shorter distances between the gaze position and the word. Findings are discussed with respect to theories of eye-movement control. In summary, the results are more compatible with models of distributed word processing. The discussions moreover extend to language differences and technical issues of reading research. / Wenn wir einen Text lesen, erfassen wir Informationen auf verschiedenen Repräsentationsebenen anhand abstrakter Symbole. Das oberste Ziel des Lesers ist das Erfassen der Bedeutung der Worte und des Textes. Die Erforschung der Blickbewegungen beim Lesen umfasst verschiedene Verarbeitungsebenen, die von Warhnehmung über motorische Prozesse bis hin zu Kognition auf übergeordneter Ebene reichen. Das Lesen geübter Leser verläuft zum großen Teil automatisch, ist aber gleichzeitig ein komplexes Phänomen interagierender Teilprozesse. Die Untersuchung von Blickbewegungen beim Lesen eröffnet die Möglichkeit, kognitive Prozesse bei der Ausübung einer alltäglichen Aufgabe anhand von Verhaltensmaßen zu untersuchen. Der Leseprozess ist nicht beschränkt auf das direkt fixierte (oder foveale) Wort, sondern umfasst auch umgebende (oder parafoveale) Wörter, insbesondere das Wort rechts der Blickposition. Obgleich dies nicht notwendigerweise bewusst geschieht, ist die parafoveale Information dennoch wichtig für effizientes Lesen. Es wird darüber diskutiert, ob die Verarbeitung des nächsten Wortes die Wortbedeutung (Semantik) oder nur oberflächliche Eigenschaften umfasst. Um ein besseres Verständnis zu erhalten, ob die Bedeutung eines Wortes bei der Verarbeitung eines anderen Wortes hilft, wurden sieben Experimente durchgeführt. In diesen Studien wurde ein Wort im Satz während des Lesens ausgetauscht. Der inhaltliche Zusammenhang zwischen einer parafoveal präsentierten Vorschau und dem anschließend fixierten Zielwort wurde experimentell manipuliert. Außerdem wurde der zeitliche Verlauf der Bedeutungserfassung aus parafovealen Wörtern mit zwei Ansätzen untersucht, einem experimentellen und einem statistischen. Als primärer Befund zeigte sich, dass die Fixationszeiten durchweg kürzer waren, wenn ein semantisch verwandtes Wort als Vorschau präsentiert wurde, verglichen mit einem Wort ohne Verwandtschaft. Mit der in dieser Arbeit verwendeten experimentellen Vorgehensweise konnte zudem der zeitliche Verlauf des Verarbeitens und Integrierens von Bedeutung ermittelt wurde. Dabei ergaben sich kürzere Fixationszeiten auf dem Zielwort bei ähnlichen Wortbedeutungen und längere Fixationszeiten bei unterschiedlichen Wortbedeutungen. Die Ergebnisse zeigten sowohl leichtere als auch schwerere Verarbeitung in Folge der Ähnlichkeit von Wortbedeutungen. In einer natürlicheren Lesesituation war die Wirksamkeit der Verarbeitung nachfolgender Wörter teilweise abhängig von der Dauer der Vorschau, und sie war deutlich größer bei kürzerer räumlicher Distanz zwischen der Blickposition und der Vorschau. Die Befunde werden mit Blick auf Theorien der Blickbewegunskontrolle diskutiert. Die Ergebnisse sind stärker mit Modellen verteilter Wortverarbeitung vereinbar. Die Diskussion erstreckt sich außerdem auf Sprachunterschiede und technische Aspekte der Leseforschung.

Der Distraktoreffekt beschreibt eine Verlängerung der Fixationsdauer als Folge der Darbietung irrelevanter Störreize (Distraktoren). In der Dissertation wurde der Frage nachgegangen, ob sich der Distraktoreffekt funktionell auch im Rahmen des Konzepts der Orientierungsreaktion (OR – Sokolov, 1963) betrachten lässt. Reizeigenschaften wie Neuheit und Relevanz wurden in der Vergangenheit als wesentliche Auslösebedingungen einer OR diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden beide Merkmale untersucht, um die Plausibilität des Zusammenhangs von Distraktoreffekt und OR empirisch zu testen. Hierfür kam in allen Studien ein experimentelles Paradigma zum Einsatz, bei dem Distraktoren blickkontingent während einer freien Bildbetrachtungsaufgabe dargeboten wurden. Der Einfluss von Neuheit wurde durch Untersuchungen zur Habituation des Distraktoreffekts geprüft. Die Ergebnisse der Studien ergaben deutliche Anzeichen einer Habituation im okulomotorischen Verhalten (Abnahme der Fixationsdauerverlängerung) sowie in elektrophysiologischen Parametern der kortikalen Verarbeitung des Distraktors, im Sinne einer Abnahme der N1 Komponente des EKPs. Somit konnte also eine Modulation durch Neuheit eines Distraktors nachgewiesen werden. Die Frage nach dem Einfluss von Relevanz wurde experimentell durch Manipulation aufgabenbezogener Relevanz von Distraktoren, durch Verwendung emotionaler Distraktorinhalte (unterschiedliche emotionale Gesichtsausdrücke) und durch Darbietung neutraler Distraktoren in einem emotionalen Kontext untersucht. In keiner der drei Studien konnten eindeutige Befunde, die für eine Modulation des Distraktoreffekts durch Relevanz sprechen, aufgezeigt werden. Zusammengenommen konnte der postulierte Zusammenhang von Distraktoreffekt und OR nicht bestätigt werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde das Distraktorparadigma genutzt, um zu prüfen, ob Unterschiede in der Art der Verarbeitung und Aufmerksamkeitsausrichtung innerhalb einer Fixation die Verarbeitung eines Distraktors beeinflussen. Frühere Überlegungen aufgreifend (Pannasch & Velichkovsky, 2009) wurden Verarbeitungsunterschiede anhand des Musters von Sakkaden, die eine Fixation umgeben, operationalisiert. Die distraktorinduzierte Verlängerung der Fixationsdauer war am größten, wenn die betroffene Fixation in kurze vorhergehende und nachfolgende Sakkaden eingebettet war und am kleinsten im Kontext langer Sakkaden. In parallel aufgezeichneten elektrophysiologischen Daten zeigten sich Unterschiede zwischen den sakkadischen Kontextbedingungen vor allem als Variation der distraktorbezogenen P2 Komponente. Diese Ergebnisse bestätigten die Annahme, dass anhand des sakkadischen Kontexts Unterschiede in der Art bzw. dem Modus der Verarbeitung innerhalb einer Fixation identifiziert werden können und sich in Veränderungen von Verhaltensparametern und kortikalen Aktivitätsmustern der Distraktorverarbeitung widerspiegeln. Diese Ergebnisse unterstützen einerseits frühere Annahmen bezüglich funktioneller Unterschiede von Blickbewegungsmustern (Velichkovsky, Joos, Helmert, & Pannasch, 2005) und legen außerdem eine Beteiligung kortikaler Areale an distraktorinduzierten Prozessen der sakkadischen Hemmung nahe.

Throughout its empirical research history eye movement research has always been aware of the differences in reading behavior induced by individual differences and task demands. This work introduces a novel comprehensive concept of reading strategy, comprising individual differences in reading style and reading skill as well as reader goals. In a series of sentence reading experiments recording eye movements, the influence of reading strategies on reader- and word-level effects assuming distributed processing has been investigated. Results provide evidence for strategic, top-down influences on eye movement control that extend our understanding of eye guidance in reading. / Seit Beginn der Blickbewegungsforschung beim Lesen ist man sich über Unterschiede im Blickverhalten bewusst, die im Zusammenhang mit individuellen Unterschieden oder Aufgabenanforderungen stehen. Unter dem Begriff ‚Lesestrategie’ wurden diese Unterschiede hauptsächlich für diagnostische Zwecke verwendet. Diese Studie verwendet eine neue, umfassende Definition von Lesestrategie und berücksichtigt sowohl individuelle Unterschiede in Lesestil und Lesevermögen als auch Ziel und Intention des Lesers. In einer Reihe von Satzleseexperimenten, bei denen die Blickbewegungen aufgezeichnet wurden, wurde der Einfluss von Lesestrategien auf Effekte der Leser-und Wortebene untersucht, wobei eine verteilte Verarbeitung beim Lesen angenommen wird. Die Ergebnisse liefern Evidenzen für strategische, top-down Einflüsse auf die Blickbewegungen und leisten einen wichtigen Beitrag für das bessere Verständnis der Blickbewegungskontrolle beim Lesen.

Der Ansatz der Arbeit lässt sich auf zwei Gebiete aus der Blickbewegungsforschung zurückführen. Einerseits basieren die Studien auf Experimenten zum remote distractor effect, andererseits auf Untersuchungen beim Lesen bzw. der Wahrnehmung komplexer Szenen. Innerhalb beider Ansätze findet eine Analyse der Auswirkungen unterschiedlichen Reizmaterials (z.B. Texte oder Bilder) auf die Fixationsdauer statt. Aktuelle Erklärungsansätze werden im Bezug zu den gefundenen Ergebnissen dargestellt und kritisch bewertet. Anhand der Ergebnisse einer Voruntersuchung wird vorgeschlagen, die gefundenen Effekte im Rahmen der Orientierungsreaktion (OR) zu betrachten. In einer Serie von vier Untersuchungen wird dargelegt, dass die Dauer von Fixationen auch durch externe Ereignisse moduliert wird. In der ersten Untersuchung wurden die zeitlichen Aspekte des Distraktoreffekts untersucht. Dafür erschienen Distraktoren mit verschiedenen Latenzen nach Fixationsbeginn. Zusätzlich wurde untersucht, welche Auswirkungen unterschiedliche Distraktormodalitäten (visuell und akustisch) zeigen. Die Ergebnisse demonstrierten eine deutliche Verlängerung der jeweils vom Distraktor betroffenen Fixation für alle Latenzen. Für Distraktoren beider Modalitäten zeigte sich eine vergleichbare Verlängerung betroffener Fixationen. Bei der zweiten Untersuchung wurde für visuelle Distraktoren geprüft, inwieweit sich die vorgeschlagene Interpretation im Rahmen der OR bestätigen lässt. Dafür wurde der Effekt hinsichtlich einer Habituation untersucht. Für die Studie wurden Distraktoren mit zwei verschiedenen Latenzen auf umweltbezogenen vs. retinal fixierten Koordinaten präsentiert. Die Ergebnisse zeigten, dass eher Störungen auf gleichen retinalen Positionen eine Abnahme des Effektes zur Folge haben (also habituieren). Für Distraktoren auf konstanten Bildpositionen konnte keine systematische Abnahme des Distraktoreffektes gemessen werden. Für die dritte Untersuchung wurden Augenbewegungen und blickkontingente ereigniskorrelierte Potentiale (EKP?s) parallel aufgezeichnet. Bisher liegen keine Erkenntnisse vor, wie anhand von Parametern der Augenbewegungen Habituation nachweisbar ist, die Abnahme der N1-Komponente der EKP?s hingegen gilt als etablierter Nachweis einer Habituation. Die Ergebnisse zeigten, neben der Verlängerung der Fixationsdauer für visuelle und akustische Distraktoren, eine deutliche Auswirkung auf die N1-Komponente. Bei der Prüfung der Habituation über die betrachteten Bilder zeigte sich eine Verringerung des Effektes in der Fixationsdauer und der N1-Komponente. Auf Schwierigkeiten in Bezug auf den Nachweis einer ausgeprägten Habituation wurde an entsprechender Stelle hingewiesen. Die letzte Studie (N=1) testete, ob sich die Neuinterpretation des Effektes mit neurophysiologischen Erkenntnissen vereinbaren lässt. Bei dem Probanden wurde aufgrund eines Unfalls eine Schädigung des frontalen Augenfeldes (FEF) angenommen. Es wurden Distraktoren links, rechts, ober- und unterhalb des Fixationsorts dargeboten. Beim ersten Versuch, 12 Monate nach dem Unfall, zeigte sich für Distraktoren links des Fixationsortes keinerlei Verlängerung der betroffenen Fixationen. Beim zweiten Versuch, acht Monate später, zeigte sich der Distraktoreffekt auf allen Positionen. Dies lässt sich als Unterstützung der Annahme einer Schädigung der FEF interpretieren, da sich in verschiedenen Studien selbst bei operativer Entfernung der FEF eine deutliche Verringerung der entstandenen Defizite nach einigen Wochen zeigte. Mögliche Alternativen der dargestellten Interpretation wurden an entsprechender Stelle diskutiert. Diese Untersuchungen bestätigen, dass sich ereignisbezogene Verlängerungen der visuellen Fixationsdauer mit dem Rahmenkonzept der OR in Verbindung bringen lassen. Es gilt jedoch zu berücksichtigen, dass eine Reihe weiterer Einflussfaktoren an der Modulation des Effektes beteiligt sind, obwohl es sich offenbar um eine Reaktion subkortikalen Ursprungs handelt.

Normalerweise stimmen die Ausrichtung der Augen und die der visuellen Aufmerksamkeit überein. Frühere Arbeiten, vor allem im Kontext so genannter ‚Fixieren-Springen’ Paradigmen, haben gezeigt, dass zum Zeitpunkt der Programmierung einer neuen Sakkade die Aufmerksamkeit bereits zum Sakkadenziel verlagert wird. Bei Untersuchungen in natürlicheren Umgebungen konnte dieser Befund allerdings nicht gezeigt werden. Aus diesen teilweise widersprüchlichen Befunden ergibt sich die Fragestellung der vorliegenden Arbeit: Wie wirken sich visuelle Aufgaben am aktuellen Fixationsort innerhalb einer Sequenz von Blickbewegungen auf die Verlagerung der visuellen Aufmerksamkeit aus? Welche Rolle spielt dabei der Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation? Diese Fragen werden auf der Basis des Zusammenhangs zwischen objektivem und subjektivem Blickort untersucht. Als objektiver Blickort wird dabei der durch ein Blickbewegungsmesssystem ermittelte aktuelle Fixationsort begriffen. Während der Ausführung verschiedener visueller Aufgaben – Lokalisation, Identifikation und Katego¬risierung – wird der subjektive Blickort als derjenige bezeichnet und untersucht, den Probanden bei einer plötzlichen Unterbrechung ihrer aktuellen Tätigkeit angeben können. In einer Serie von drei Experimenten wurde getestet, welcher Zusammen¬hang zwischen objektivem und subjektivem Maß vor dem Hinter¬grund der verschiedenen Aufgaben und dem Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation besteht. Dabei wurden den Probanden in jedem Durchgang sechs kreisförmig angeordnete Piktogramme präsentiert, die im Uhrzeigersinn nacheinander zu betrachten waren. Zu einem nicht vorhersehbaren Zeitpunkt wurde die Betrachtung unterbrochen, wobei der subjektive Blickort durch einen Mausklick auf das aktuell betrachtete Piktogramm angegeben werden sollte. In einem vierten Experiment wurde eine blickgesteuerte Schreibumgebung untersucht, bei der auf der Basis der Ergebnisse der Experimente 1 bis 3 die Rückmeldung der eigenen Blickposition und die Schwellzeit zum Auslösen einer Taste systematisch variiert wurden. Es wurde davon ausgegangen, dass die Rückmeldung weniger an den aktuellen tatsächlichen, als an den subjektiven Blickort gebunden sein sollte. Schreiben mit den Augen setzt voraus, dass Buchstaben auf der Tastatur lokalisiert, und danach identifiziert werden müssen, um eine Entscheidung treffen zu können, ob die Taste ausgelöst werden soll oder nicht. Die vorhergehenden Experimente zum subjektiven und objektiven Blickort bei der Identifikation haben gezeigt, dass der subjektive hinter dem objektiven Blickort eher zurückbleibt. Aus diesem Grund ist anzunehmen, dass eine Verzögerung der Rückmeldung gegenüber der objektiven Blickposition als angenehm empfunden werden müsste. Es zeigte sich, dass die besten Ergebnisse in Bezug auf Fehlerrate und Schreibgeschwindigkeit bei Schwellzeiten um die 500 ms erreicht werden. Die subjektiven Einschätzungen der Probanden ergab eine signifikante Präferenz der verzögerten Rückmeldung. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Untersuchungen, dass der Zusammenhang zwischen subjektiven und objektiven Blickort nicht nur durch den Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation, sondern vor allem auch durch die momentan bearbeitete Aufgabe moduliert wird. Besonders letzteres wird in aktuellen Theorien der visuellen Aufmerksamkeit nur wenig beachtet. Für die vorliegenden Ergebnisse wird ein Erklärungsansatz entwickelt, der die Idee aufeinander aufbauender Ebenen der Informationsverarbeitung kognitiver Aufmerksamkeitsmodelle aufgreift. Besonders das von Velichkovsky (2002) vorgeschlagene Modell erweist sich dabei als fruchtbar, da es feiner differenziert, und darüber hinaus zwischen Hintergrundkoordination und Führungsebene unterscheidet. In diesem Sinne lassen sich die untersuchten Aufgaben mit einer zunehmenden Tiefe der Verarbeitung assoziieren. Damit einhergehend steigt die Komplexität der zu verarbeitenden Information und sinkt die Wahr¬scheinlichkeit, dass Informationen jenseits der aktuellen Fixation abgerufen werden können: Im Gegenteil, früh innerhalb einer Fixation werden bei tiefer Verarbeitung sogar noch Informationen aus der vorhergehenden Fixation berichtet. Diese Konzeptionalisierung der Ergebnisse gestattet es, vordergründig unterschiedliche Befunde aus ‚Fixieren und Springen’ Paradigmen und Studien in natürlicheren Umgebungen zu integrieren. Die Ergebnisse von Experiment 4 zeigen, dass dieser Erklärungsansatz auch praktische Ableitungen für die Gestaltung von blick¬gesteuerter Interaktion mit dem Computer geeignet ist. Die führende Aufgabe bei solchen intentionalen Fixationen bestimmt die Art und Weise, wie der subjektive Blickort dem Nutzer zurückgemeldet werden sollte.

Eye movements are a powerful tool to examine cognitive processes. However, in most paradigms little is known about the dynamics present in sequences of saccades and fixations. In particular, the control of fixation durations has been widely neglected in most tasks. As a notable exception, both spatial and temporal aspects of eye-movement control have been thoroughly investigated during reading. There, the scientific discourse was dominated by three controversies, (i), the role of oculomotor vs. cognitive processing on eye-movement control, (ii) the serial vs. parallel processing of words, and, (iii), the control of fixation durations. The main purpose of this thesis was to investigate eye movements in tasks that require sequences of fixations and saccades. While reading phenomena served as a starting point, we examined eye guidance in non-reading tasks with the aim to identify general principles of eye-movement control. In addition, the investigation of eye movements in non-reading tasks helped refine our knowledge about eye-movement control during reading. Our approach included the investigation of eye movements in non-reading experiments as well as the evaluation and development of computational models. I present three main results : First, oculomotor phenomena during reading can also be observed in non-reading tasks (Chapter 2 & 4). Oculomotor processes determine the fixation position within an object. The fixation position, in turn, modulates both the next saccade target and the current fixation duration. Second, predicitions of eye-movement models based on sequential attention shifts were falsified (Chapter 3). In fact, our results suggest that distributed processing of multiple objects forms the basis of eye-movement control. Third, fixation durations are under asymmetric control (Chapter 4). While increasing processing demands immediately prolong fixation durations, decreasing processing demands reduce fixation durations only with a temporal delay. We propose a computational model ICAT to account for asymmetric control. In this model, an autonomous timer initiates saccades after random time intervals independent of ongoing processing. However, processing demands that are higher than expected inhibit the execution of the next saccade and, thereby, prolong the current fixation. On the other hand, lower processing demands will not affect the duration before the next saccade is executed. Since the autonomous timer adjusts to expected processing demands from fixation to fixation, a decrease in processing demands may lead to a temporally delayed reduction of fixation durations. In an extended version of ICAT, we evaluated its performance while simulating both temporal and spatial aspects of eye-movement control. The eye-movement phenomena investigated in this thesis have now been observed in a number of different tasks, which suggests that they represent general principles of eye guidance. I propose that distributed processing of the visual input forms the basis of eye-movement control, while fixation durations are controlled by the principles outlined in ICAT. In addition, oculomotor control contributes considerably to the variability observed in eye movements. Interpretations for the relation between eye movements and cognition strongly benefit from a precise understanding of this interplay. / Blickbewegungen stellen ein wichtiges Instrument dar, um kognitive Prozesse zu untersuchen. In den meisten Paradigmen ist allerdings wenig über die Entstehung von Sakkaden und Fixationen bekannt. Insbesondere die Kontrolle der Fixationsdauern wurde häufig außer acht gelassen. Eine wesentliche Ausnahme stellt die Leseforschung dar, in der sowohl zeitlichliche als auch räumliche Aspekte der Blickbewegungssteuerung im Detail betrachtet wurden. Dabei war der wissenschaftliche Diskurs durch drei Kontroversen gekennzeichnet, die untersuchten, (i), welchen Einfluss okulomotorische bzw. kognitive Prozesse auf die Blicksteuerung haben, (ii), ob Worte seriell oder parallel verarbeitet werden und, (iii), wie Fixationsdauern kontrolliert werden. Die vorliegende Arbeit zielt im wesentlichen darauf ab, die Dynamik von Fixationssequenzen zu erforschen. Ausgehend von den Erkenntnissen beim Lesen untersuchten wir Blickbewegungen in Nichtlese-Aufgaben, mit dem Ziel allgemeine Prinzipien der Blicksteuerung zu identifizieren. Zusätzlich versuchten wir mit Hilfe dieser Aufgaben, Erkenntnisse über Prozesse beim Lesen zu vertiefen. Unser Vorgehen war sowohl von der Durchführung von Experimenten als auch der Entwicklung und Evaluation computationaler Modelle geprägt. Die Hauptbefunde zeigten: Erstens, okulomotorische Phänomene des Lesens lassen sich in Suchaufgaben ohne Wortmaterial replizieren (Kapitel 2 & 4). Dabei bestimmen okulomotorische Prozesse die Fixationsposition innerhalb eines Objektes. Diese wiederum beeinflusst das nächste Sakkadenziel sowie die Fixationsdauer. Zweitens, wesentliche Vorhersagen von Modellen, in denen Blickbewegungen von seriellen Aufmerksamkeitsverschiebungen abhängen, konnten falsifiziert werden (Kapitel 3). Stattdessen legen unsere Erkenntnisse nahe, dass die Blicksteuerung von der parallelen Verarbeitung mehrerer Objekte abhängt. Drittens, Fixationsdauern werden asymmetrisch kontrolliert (Kapitel 4). Während hohe Verarbeitungsanforderungen Fixationsdauern unmittelbar verlängern können, führen niedrige Verarbeitungsanforderungen nur zeitlich verzögert zu einer Reduktion. Wir schlagen ein computationales Modell ICAT vor, um asymmetrische Kontrolle zu erklären. Grundlage des Modells ist ein autonomer Zeitgeber, der unabhängig von der momentanen Verarbeitung nach zufälligen Zeitintervallen Sakkaden initiiert. Unerwartet hohe Verarbeitungsanforderungen können die Initiierung der nächsten Sakkade hinauszögern, während unerwartet niedrige Verarbeitungsanforderungen den Beginn der nächsten Sakkade nicht verändern. Der Zeitgeber passt sich allerdings von Fixation zu Fixation neuen Verarbeitungsanforderungen an, so dass es zu einer zeitlich verzögerten Reduktion der Fixationsdauern kommen kann. In einer erweiterten Version des Modells überprüfen wir die Kompatibilität ICATs mit einer realistischen räumlichen Blicksteuerung. Die Ähnlichkeit von Blickbewegungsphänomenen über Aufgaben hinweg legt nahe, dass sie auf allgemeinen Prinzipien basieren. Grundlage der Blicksteuerung ist die verteilte Verarbeitung des visuellen Inputs, während die Kontrolle der Fixationsdauer auf den Prinzipien von ICAT beruht. Darüber hinaus tragen okulomotorische Phänomene wesentlich zur Variabilität der Blicksteuerung bei. Ein Verständnis dieses Zusammenspiels hilft entscheidend den Zusammenhang von Blickbewegungen und Kognitionen besser zu verstehen.

Normalerweise stimmen die Ausrichtung der Augen und die der visuellen Aufmerksamkeit überein. Frühere Arbeiten, vor allem im Kontext so genannter ‚Fixieren-Springen’ Paradigmen, haben gezeigt, dass zum Zeitpunkt der Programmierung einer neuen Sakkade die Aufmerksamkeit bereits zum Sakkadenziel verlagert wird. Bei Untersuchungen in natürlicheren Umgebungen konnte dieser Befund allerdings nicht gezeigt werden. Aus diesen teilweise widersprüchlichen Befunden ergibt sich die Fragestellung der vorliegenden Arbeit: Wie wirken sich visuelle Aufgaben am aktuellen Fixationsort innerhalb einer Sequenz von Blickbewegungen auf die Verlagerung der visuellen Aufmerksamkeit aus? Welche Rolle spielt dabei der Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation? Diese Fragen werden auf der Basis des Zusammenhangs zwischen objektivem und subjektivem Blickort untersucht. Als objektiver Blickort wird dabei der durch ein Blickbewegungsmesssystem ermittelte aktuelle Fixationsort begriffen. Während der Ausführung verschiedener visueller Aufgaben – Lokalisation, Identifikation und Katego¬risierung – wird der subjektive Blickort als derjenige bezeichnet und untersucht, den Probanden bei einer plötzlichen Unterbrechung ihrer aktuellen Tätigkeit angeben können. In einer Serie von drei Experimenten wurde getestet, welcher Zusammen¬hang zwischen objektivem und subjektivem Maß vor dem Hinter¬grund der verschiedenen Aufgaben und dem Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation besteht. Dabei wurden den Probanden in jedem Durchgang sechs kreisförmig angeordnete Piktogramme präsentiert, die im Uhrzeigersinn nacheinander zu betrachten waren. Zu einem nicht vorhersehbaren Zeitpunkt wurde die Betrachtung unterbrochen, wobei der subjektive Blickort durch einen Mausklick auf das aktuell betrachtete Piktogramm angegeben werden sollte. In einem vierten Experiment wurde eine blickgesteuerte Schreibumgebung untersucht, bei der auf der Basis der Ergebnisse der Experimente 1 bis 3 die Rückmeldung der eigenen Blickposition und die Schwellzeit zum Auslösen einer Taste systematisch variiert wurden. Es wurde davon ausgegangen, dass die Rückmeldung weniger an den aktuellen tatsächlichen, als an den subjektiven Blickort gebunden sein sollte. Schreiben mit den Augen setzt voraus, dass Buchstaben auf der Tastatur lokalisiert, und danach identifiziert werden müssen, um eine Entscheidung treffen zu können, ob die Taste ausgelöst werden soll oder nicht. Die vorhergehenden Experimente zum subjektiven und objektiven Blickort bei der Identifikation haben gezeigt, dass der subjektive hinter dem objektiven Blickort eher zurückbleibt. Aus diesem Grund ist anzunehmen, dass eine Verzögerung der Rückmeldung gegenüber der objektiven Blickposition als angenehm empfunden werden müsste. Es zeigte sich, dass die besten Ergebnisse in Bezug auf Fehlerrate und Schreibgeschwindigkeit bei Schwellzeiten um die 500 ms erreicht werden. Die subjektiven Einschätzungen der Probanden ergab eine signifikante Präferenz der verzögerten Rückmeldung. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Untersuchungen, dass der Zusammenhang zwischen subjektiven und objektiven Blickort nicht nur durch den Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation, sondern vor allem auch durch die momentan bearbeitete Aufgabe moduliert wird. Besonders letzteres wird in aktuellen Theorien der visuellen Aufmerksamkeit nur wenig beachtet. Für die vorliegenden Ergebnisse wird ein Erklärungsansatz entwickelt, der die Idee aufeinander aufbauender Ebenen der Informationsverarbeitung kognitiver Aufmerksamkeitsmodelle aufgreift. Besonders das von Velichkovsky (2002) vorgeschlagene Modell erweist sich dabei als fruchtbar, da es feiner differenziert, und darüber hinaus zwischen Hintergrundkoordination und Führungsebene unterscheidet. In diesem Sinne lassen sich die untersuchten Aufgaben mit einer zunehmenden Tiefe der Verarbeitung assoziieren. Damit einhergehend steigt die Komplexität der zu verarbeitenden Information und sinkt die Wahr¬scheinlichkeit, dass Informationen jenseits der aktuellen Fixation abgerufen werden können: Im Gegenteil, früh innerhalb einer Fixation werden bei tiefer Verarbeitung sogar noch Informationen aus der vorhergehenden Fixation berichtet. Diese Konzeptionalisierung der Ergebnisse gestattet es, vordergründig unterschiedliche Befunde aus ‚Fixieren und Springen’ Paradigmen und Studien in natürlicheren Umgebungen zu integrieren. Die Ergebnisse von Experiment 4 zeigen, dass dieser Erklärungsansatz auch praktische Ableitungen für die Gestaltung von blick¬gesteuerter Interaktion mit dem Computer geeignet ist. Die führende Aufgabe bei solchen intentionalen Fixationen bestimmt die Art und Weise, wie der subjektive Blickort dem Nutzer zurückgemeldet werden sollte.