Visuell-räumliche Aufmerksamkeit spielt eine Schlüsselrolle in der Wortverarbeitung und der Augenbewegungskontrolle beim Lesen. Dennoch bleibt die räumliche und zeitliche Dynamik von Aufmerksamkeitsbereitstellung innerhalb einer Fixation ungeklärt. Die vorliegende Dissertation nutzt drei Ansätze in der Ko-Registrierung von Augenbewegungen und EEG um diese Forschungslücke zu untersuchen und direkte Einblicke in die Aufmerksamkeitsverteilung zwischen Fovea und Parafovea, ihre Anpassung an Verarbeitungsansprüche und Sakkaden sowie ihre Auswirkungen auf Wortverarbeitung zu liefern. In Studie 1 wurde das Probe Paradigma als Maß zur Abbildung räumlicher Aufmerksamkeit ohne Augenbewegungen implementiert. Die vergrößerte, Probe-bezogene N1 zwischen Wortpräsentationen deutet auf eine Bereitstellung und Umverteilung zusätzlicher Ressourcen zur simultanen fovealen und parafovealen Wortverarbeitung hin. Studie 2 untersuchte den Preview Benefit und seine Modulation durch Sakkaden und Verarbeitungsschwierigkeit und zielte darauf ab, das elektrophysiologische Korrelat als indirektes Maß für parafoveale Aufmerksamkeit in ERPs und FRPs zu etablieren. Es zeigte sich ein Effekt des orthographischen Previews auf die N1. Interaktionen mit Lesemodus und Verarbeitungsschwierigkeit implizieren, dass dem Preview Effekt Aufmerksamkeitseffekte zugrunde liegen. In Studie 3 wurden zwei Datensätze hinsichtlich der Lateralisierung von Oszillationen im Alpha-Band untersucht um die in Studie 2 generierten Hypothesen zu unterstützen. Alpha war im sakkadischen Lesen stärker rechts-lateralisiert als in RSVP und eine stärkere Lateralisierung sagte eine kürzere Fixationsdauer vorher, was die Rolle von parafovealer Aufmerksamkeit und ihre Verbindung zu Sakkaden betont. Trotz der Einschränkungen der drei Ansätze stellt die Kombination von Augenbewegungen, ERPs, FRPs und EEG-Oszillationen geeignete Maße für Aufmerksamkeitsprozesse in der Wortverarbeitung dar, die traditionelle Forschungsmethoden ergänzen. / Visuo-spatial attention is a key contributor to word processing and oculomotor control in reading. Yet, the spatial and temporal dynamics of attention allocation within a fixation remain unclear. The present dissertation uses three approaches in the co-registration of eye movements and EEG to investigate this gap and provide direct, online insights into attention distribution across fovea and parafovea, its adaptation to processing load and saccadic behavior, as well as its effects on word processing. In Study 1, the probe paradigm was implemented as a mapping tool of spatial attention adaptation in the absence of eye movements, yielding ERPs. The enhanced probe-related N1 in-between trials indicates a recruitment and redistribution of additional resources to achieve simultaneous foveal and parafoveal word-recognition. Study 2 tested the preview benefit and its modulation by saccades and foveal load, thereby aiming at establishing its electrophysiological correlate as an indirect index of parafoveal attention allocation in ERPs and FRPs. There was an effect of orthographic preview on the N1. Interactions with reading mode and foveal load indicate underlying attention effects. In Study 3, two datasets were reanalyzed with regard to the lateralization of oscillatory activity in the alpha-band in order to directly support the assumptions generated in Study 2. Alpha was more strongly right-lateralized in saccadic reading compared to RSVP, and moment-to-moment lateralization predicted shorter subsequent fixation duration, emphasizing the role of parafoveal attention allocation and its relation to saccades. Despite the limitations of the three approaches at this point, the combination of eye movements, ERPs, FRPs, and EEG oscillations provides suitable online markers of attention processes in word recognition that complement traditional research methods.

Die Erforschung visueller Aufmerksamkeit beruht auf verdeckter Aufmerksamkeit; das heißt, wenn der Fokus der Aufmerksamkeit trotz strikter Fixation ausgerichtet wird ohne größere Sakkaden auszuführen. EEG-Studien haben das neuronale Netzwerk identifiziert, dass verdeckte Aufmerksamkeit steuert. Diese Studien ignorieren jedoch unwillkürliche kleine Sakkaden während der Fixation - Mikrosakkaden (MS) genannt. Blickbewegungsstudien hingegen belegen einen Zusammenhang zwischen Aufmerksamkeit und diesen MS, beziehen ihre Resultate jedoch nicht auf etablierte EEG-Befunde. Um diese Forschungslücke zu schließen, zielt diese Dissertation darauf, den Zusammenhang zwischen Ereignis-korrelierten Potentialen (EKP) endogener Aufmerksamkeit und MS zu untersuchen. Folglich wurden drei Studien mit gleichzeitiger Erfassung von EEG und Blickbewegungen durchgeführt. In den Studien haben die Probanden ein „Posner Spatial-Cueing-Paradigma“ absolviert mit einem endogenen Hinweisreiz. Wir zeigen deutliche Zusammenhänge zwischen MS und neuronalen Korrelaten visueller Aufmerksamkeit. Erstens, MS und ein posteriores EKP reflektierten die Selektion visueller Reize basierend auf deren Merkmale. Dieses Ergebnis stärkt die Idee eines Netzwerkes, dass relevante Reize unter Distraktoren selektiert und zielgerichtetes Verhalten initiiert. Zweitens, MS erzeugten ein visuelles Potential, das verstärkte Potentialkomponenten für Reize zeigte, die im Aufmerksamkeitsfokus lagen. Dieses MS-evozierte Potential stellte einen zeitlich gut aufgelösten Aufmerksamkeitsindex dar. Drittens, MS erzeugten zudem ein in früheren Studien übersehenes, korneoretinales Artefakt. Dieses Artefakt kontaminierte die Messung eines frontalen EKPs, dass zuvor mit der Kontrolle von Aufmerksamkeit assoziiert war. Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass die gleichzeitige Erfassung von EEG und Blickbewegungen bedeutsame Einblicke in den Zusammenhang von MS und visueller Aufmerksamkeit erlaubt. / Research on visual attention focusses on covert attention; that is, when attention is directed during fixation periods in the absence of larger saccades. While previous EEG research has provided insights into the neural network that controls covert attention, this field fails to account for the inevitable occurrence of miniature fixational saccades - called microsaccades (MS). In contrast, previous eye-tracking research has established links between MSs and covert attention, but has not directly related their findings to seminal EEG results. This thesis bridges this research gap by investigating the link between event-related potentials (ERPs) of endogenous attention and MSs. To this end, three studies were conducted with concomitant ERP and high-resolution eye-tracking recordings while participants performed a Posner spatial cueing task with an endogenous cue. Crucially, we show that MSs relate to neural correlates of visual attention. First, MS and an early posterior ERP reflected the top-down selection of a visual stimulus based on its features. This finding is consistent with the notion of a neural network that selects relevant stimuli from distracting ones and initiates goal-directed behavior toward selected stimuli. Second, gaze shifts from MSs evoked a visual potential in the EEG that was enhanced for stimuli in the focus of attention; a finding well-known for the visual potential measured after presenting a stimulus. Importantly, these MS-related potentials provided a fine-grained temporal index of the subject’s attentional state. Finally, MSs further evoked a corneoretinal artifact overlooked in previous EEG studies. This artifact contaminated the measurement of a frontal ERP previously associated with preparatory attentional control. In sum, this thesis provides first evidence for the benefits of using concomitant ERP and eye-tracking recordings to examine the link between MSs and visual attention.

Bisherige Studien liefern Hinweise für das Auftreten von aktiven Prozessen der Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Diese Prozesse sind notwendig für die Regulation der Bearbeitungsreihenfolge von zwei Aufgaben. Bisher ist jedoch wenig über die kognitiven und neuronalen Mechanismen bekannt, die diesen Prozessen zugrunde liegen. Ziel der vorliegenden Dissertation war deshalb die Überprüfung eines Modells aktiver Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Das Modell nimmt an, dass diese Prozesse auf Repräsentationen zurückgreifen, die Informationen über die Verarbeitungssequenz zweier Aufgaben enthält. Zusätzlich macht das Modell Annahmen über (1) den Ort der Verarbeitung und (2) den genauen Inhalt dieser Repräsentationen. Weiterhin enthält das Modell die Annahmen, dass (3) der präfrontale Kortex kausal in Reihenfolgekoordination involviert ist und dass (4) diese Prozesse von unterschiedlichen Kriterien beeinflusst werden. In dieser Dissertation wurde das Model in einer Reihe von vier Studien überprüft. Dazu wurde ein Doppelaufgabenparadigma mit zufällig wechselnder Aufgabenreihenfolge verwendet. Ich konnte zeigen, dass die Reihenfolgerepräsentationen im Arbeitsgedächtnis aufrechterhalten und aktiv verarbeitet werden. Ich konnte weiterhin zeigen, dass diese Repräsentationen nur Information über die Sequenz der Aufgaben enthalten. Spezifische Aufgabeninformation wird hingegen separat repräsentiert. Durch den Einsatz transkranieller Magnetstimulation konnte ich zudem nachweisen, dass der präfrontale Kortex eine kausale Rolle für Reihenfolgekoordination spielt. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass Anforderungen an Reihenfolgekoordinationsprozesse in Situationen, in denen Probanden ein von außen vorgegebenes Reihenfolgekriterium befolgen, erhöht sind im Vergleich zu Situationen, in denen Probanden ein auf einer freien Wahl basierendes Kriterium nutzen können. Die Implikationen dieser Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Modells diskutiert. / Evidence from behavioral as well as neurophysiological studies indicates the occurrence of active task-order coordination processes in dual-task situations. These processes are required for planning and regulating the processing sequence of two tasks that overlap in time. So far, however, the cognitive and neural mechanisms underlying active task-order coordination are highly underspecified. To tackle this issue, in the present dissertation I tested a model of task-order coordination in dual-task situations. This model assumes that task-order coordination relies on representations that contain information about the processing sequence of the two component tasks. In addition, the model includes assumptions about the (1) locus of processing as well as (2) the exact content of these order representations. The model further assumes that (3) the lateral prefrontal cortex is causally involved in implementing task-order coordination processes and that (4) these processes are affected by different order criteria. I tested this model in a series of four studies by applying a dual-task paradigm with randomly changing task order. I demonstrated that task-order representations are actively maintained and processed in working memory during dual tasking. Moreover, I found that these order representations only contain information about the processing sequence of tasks, whereas specific component task information is represented separately. By applying transcranial magnetic stimulation, I also provided evidence for the causal role of the lateral prefrontal cortex for task-order coordination. Furthermore, I showed that the demands on task-order coordination are increased when participants have to adhere to an external and mandatory order criterion compared to when they can use an internally generated order criterion that is based on free choice. The implications of these results as well as an outlook for future research will be discussed in the framework of the proposed model.