Zahlreiche Studien belegen, dass Menschen Schwierigkeiten bei der simultanen Ausführung von 2 Aufgaben haben. Diese Schwierigkeiten sind durch zusätzliche Leistungskosten in Doppelaufgabensituationen im Vergleich zu Einzelaufgabensituationen gekennzeichnet (d.h. Doppelaufgabenkosten). Allerdings konnten jüngere Studien eine deutliche Reduktion der Doppelaufgabenkosten am Ende von Übung zeigen. Der Befund von Doppelaufgabenkosten am Beginn und die deutliche Reduktion davon am Ende der Übung indiziert, dass diese Reduktion durch spezifische Lernmechanismen geleistet wird. Obwohl sich frühere Studien bereits mit diesen Mechanismen befassen, bleiben die genauen Mechanismen der Reduktion der Doppelaufgabenkosten durch Übung unbekannt. Das Ziel von vier Studien der vorliegenden Arbeit ist die Spezifizierung dieser Mechanismen durch die Anwendung einer Doppelaufgabensituation mit einer visuellen und einer auditiven Teilaufgabe (Schumacher et al., 2001). Untersuchungen zu Lernmechanismen innerhalb der Teilaufgaben zielten auf die genaue Lokalisation von Verkürzungen der Verarbeitungszeit in diesen Aufgaben während der Übung. Erstmalig konnte ich zeigen, dass die Verkürzung der Aufgabenverarbeitung in Doppelaufgabensituationen vor allem durch eine verkürzte Antwortauswahlstufe erfolgt. Demgegenüber haben Untersuchungen zu Lernmechanismen zwischen den Teilaufgaben auf den Erwerb von Fertigkeiten der Aufgabenkoordination gezielt. Hier habe ich Nachweise erbracht, dass diese Fertigkeiten während der Übung von Doppelaufgaben erwerbbar sind, aber dass kein Erwerb während Einzelaufgabenübung erfolgt. Weiterhin habe ich gezeigt, dass diese Fertigkeiten in alternative Doppelaufgabensituationen transferierbar sind. Allerdings gibt es keinen Nachweis für den Fertigkeitstransfer in Aufgabenwechsel- und Attentional-Blink-Situationen. Um das Ergebnis von Lernmechanismen weiter zu spezifizieren, habe ich gezeigt, dass die Doppelaufgabenleistung in der visuellen aber nicht in der auditiven Teilaufgabe stabil ist nachdem die Übung beendet wurde. Die vorliegenden Befunde zu Lernmechanismen werden in ein Modell von geübter Doppelaufgabenleistung, das Latent Bottleneck Model, integriert und neue Annahmen im Rahmen dieses Modells diskutiert. / Numerous studies showed that people have difficulty performing two tasks at the same time. This difficulty is indicated by additional performance costs in dual-task situations when compared to single-task situations, i.e. dual-task costs. However, recent evidence has shown a substantial reduction of dual-task costs through practice. The finding of dual-task costs at the beginning and the reduction thereof at the end of practice indicates that this reduction must be accomplished via specific learning mechanisms. Although such mechanisms have been addressed in previous studies, the specific mechanisms contributing to practice related dual-task cost reduction remained unknown. The aim of four studies in the present work is to specify these mechanisms by applying a dual-task situation including a visual and an auditory component task (Schumacher et al., 2001). Investigations on learning mechanisms within the component tasks aimed to identify loci of stage shortening in these tasks through practice. For the first time I showed that component task processing in dual-task situations is mainly shortened through a shortening at the response selection stage. In contrast, investigations on learning mechanisms between the component tasks focussed on the acquisition of task coordination skills. Here I provided evidence that these skills are acquired during dual-task practice and there is no acquisition of these skills during single-task practice. Additionally, I demonstrated that these skills are transferable to alternative dual-task situations. There is, however, no evidence for transfer of these skills to task switching and attentional blink paradigms. In order to further specify the result of the learning mechanisms, I showed that dual-task performance in the visual but not in the auditory task is stable after practice has finished. The present findings on learning mechanisms are integrated into a model of practiced dual-task performance, the latent bottleneck model, and new assumptions in the framework of this model are discussed.

Werden zwei Aufgaben in einem Doppelaufgaben-Paradigma gleichzeitig bearbeitet, dann treten oft sogenannte Doppelaufgabenkosten auf (längere Reaktionszeiten und/oder höhere Fehlerzahlen). Diese Doppelaufgabenkosten werden durch einen zentralen “Flaschenhals” erklärt, der die gleichzeitige Verarbeitung der beiden Aufgaben an der zentralen Verarbeitungsstufe der Reaktionsauswahl verhindert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einige mögliche Faktoren der Verarbeitungsreihenfolge an diesem Flaschenhals zu untersuchen. Die Studie zeigt, dass die Ankunftszeit am Flaschenhals ein wichtiger Faktor bei der Festlegung der Verarbeitungsreihenfolge ist. Zusätzlich ist der Einfluss der Ankunftszeit auf die Verarbeitungsreihenfolge unabhängig davon, welche der beiden Aufgaben manipuliert wurde um den Einfluss dieser Aufgabe zu untersuchen (visuelle oder auditorische Aufgabe). Ein zweiter Faktor der manipuliert wurde, ist die Instruktion an die Probanden. Die Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Instruktionsbedingungen kognitive Kontrollprozesse aktiviert zu werden scheinen. Als dritten Faktor wurden Aufgabenanforderungen untersucht, indem eine Aufgabe mit zeitlicher Reihenfolge-Entscheidung mit einer Doppelaufgabe mit zufälliger Aufgabenreihenfolge, d.h.: Bestimmung der zeitlichen Reihenfolge mit der zusätzlichen Anforderung einer Reaktionswahl-Aufgabe, verglichen wurde. Die Ergebnisse dieser Experimente deuten darauf hin, dass die Entscheidung über die zeitliche Reihenfolge der beiden Aufgaben zwischen der Wahrnehmungsstufe und der Reaktionswahlstufe getroffen wird. / The simultaneous performance of two tasks in a dual-task paradigm is often accompanied by dual-task costs (longer reaction times and/or higher error rates). These dual-task costs have been explained by the existence of a central bottleneck which prohibits the simultaneous processing of the two tasks at the central response-selection stage of information processing. The aim of the present work was to investigate several of the possible factors which determine the task processing order at this central bottleneck. The study shows that the arrival time of the two tasks at the bottleneck plays an important role in the determination of task order. Additionally, the influence of the arrival time on processing order is independent of the component task which is manipulated to test the influence of that task (i.e., visual & auditory task). A second factor that was manipulated is the instruction given to the participants. The results show that cognitive control processes are activated under certain instruction conditions. As a third factor, task requirements were investigated by comparing a temporal order judgement task with a dual task with random task order (i.e., temporal order judgement with the additional requirement to do a choice-RT task). The results suggest that the decision about the temporal order of the two tasks is located between the perception stage and the response-selection stage of processing.

Zahlreiche Untersuchungen belegen fundamentale Grenzen in der menschlichen Fähigkeit, mehrere Dinge gleichzeitig zu tun. Aktuelle Theorien zur Verarbeitung von Doppelaufgaben gehen davon aus, dass kognitive Kontrollprozesse den Verarbeitungsstrom mehrerer Aufgaben koordinieren. Funktionell-neuroanatomisch wird insbesondere der laterale Präfrontalcortex (lPFC) mit der Kontrolle zielgerichteten Verhaltens in Verbindung gebracht. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) wurde bereits eine Beteiligung des lPFC an der Verarbeitung von Doppelaufgaben nachgewiesen. Die neuronalen Mechanismen der Doppelaufgabenkoordination sind jedoch weitgehend ungeklärt. Die drei fMRT Studien der vorliegenden Dissertation spezifizieren die funktionelle Rolle des lPFC bei der Interferenzverarbeitung in Doppelaufgaben. Die Ergebnisse zeigen (1) die Allgemeinheit der lPFC-Beteiligung über verschiedenen Doppelaufgabensituationen hinweg, (2) die funktionell-neuroanatomische Dissoziierbarkeit verschiedener doppelaufgabenrelevanter Kontrollfunktionen im lPFC , (3) die Bedeutung der Interaktion des lPFC mit posterioren aufgabenrelevanten Regionen für die Kontrolle von Doppelaufgabenverarbeitung. / Numerous studies indicate fundamental limitations in the human ability to do multiple things at the same time. Recent theories on dual-task processing postulate the involvement of cognitive control processes in the coordination of the processing stream of multiple tasks. The most prominent neuroanatomical structure associated with the control of goal-directed human behavior is the lateral prefrontal cortex (lPFC). It has been show with functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) that the lPFC is also involved in the processing of dual tasks. However, the precise role of the lPFC for the control of dual-task processing and the neural mechanisms of dual-task coordination are still widely unknown. The three fMRI studies presented in this dissertation specify the functional role of the lPFC in interference processing in dual tasks.The results show (1) the generality of lPFC involvement across different types of dual-task situations, (2) the functional neuroanatomical dissociability of different dual-task relevant control process in the lPFC, (3) the role of the interaction of the lPFC with posterior task-relevant brain regions for the control of dual-task processing

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.