Veränderungsblindheit tritt auf, wenn das Bewegungssignal einer Veränderung verdeckt wird oder der Betrachter von der Veränderung abgelenkt wird. In beiden Fällen kann die visuelle Aufmerksamkeit, mangels Hinweisreiz, nicht zum Ort der Veränderung gelenkt werden. Nach einer Erörterung von Augenbewegungen und ihrem Zusammenhang mit Veränderungsblindheit werden drei explorative Untersuchungen zur Veränderungsblindheit im Kontext des Straßenverkehrs vorgestellt. Untersuchung 1 befasst sich mit einem direkten Vergleich dreier unterschiedlicher Verdeckungsarten (Lidschläge, Blicksprünge, Blanks) bei statischem Stimulusmaterial (Fotos). Insgesamt führen die Ergebnisse zu dem Schluss, dass Veränderungsblindheit, unabhängig von der Verdeckungsart, ein Grund für zu spät oder nicht erkannte Gefahren im Straßenverkehr sein könnte, wenngleich sie für die gefährlichsten Situationen (relevante Additionen) am geringsten ausfällt und künstliche Blanks sich, zumindest in einer statischen Bedingung, gut zur Simulation von Lidschlägen und Sakkaden eignen. Darüber hinaus zeigen sich deutliche Hinweise zur impliziten Veränderungsentdeckung. Untersuchung 2 überprüft Teile von Untersuchung 1 in dynamischer Umgebung (Fahrsimulator) und findet überraschenderweise einen umgekehrten Effekt von Veränderungsblindheit. Die Echtheit des Effektes wird angezweifelt und auf die Nutzung von Abzählstrategien zurückgeführt. Unabhängig davon zeigen sich erneut Hinweise zur impliziten Entdeckung. Untersuchung 3 stellt schließlich einen direkten Vergleich zwischen statischer (Fotos) und dynamischer Umgebung (Filme) vor und zeigt, dass das Ausmaß an Veränderungsblindheit, unabhängig von Verdeckungsdauer und Veränderungsart, in dynamischer Umgebung größer ist als in statischer (85% vs. 64%) und daher eine Gefahr im Straßenverkehr darstellt. Wieder zeigen sich Hinweise auf eine implizite Entdeckung. Die Arbeit schließt mit einem grundlagen- und anwendungsorientierten Ausblick.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Frage, inwieweit die neuronale Verarbeitung visueller Stimuli durch Prozesse der Aufmerksamkeit und des Arbeitsgedächtnisses moduliert werden kann. Darüber hinaus wurde untersucht, welche „top down“ Prozesse diese Modulation steuern. Dabei wurden zwei konkurrierende Ansichten als mögliche Erklärungsmodelle zugrunde gelegt und überprüft. Zum einen wäre es möglich, dass selektive Aufmerksamkeit zwei qualitativ unterschiedliche Mechanismen beinhaltet. Demnach würde neben dem Fokussieren auf relevante Informationen auch ein aktiver Prozess der Inhibition der Verarbeitung irrelevanter Stimuli existieren. Zum anderen ist es aber auch denkbar, dass aufgrund begrenzter Verarbeitungsressourcen das Fokussieren auf relevante Reize automatisch mit dem Nichtbeachten irrelevanter Stimuli einhergeht und nur ein Mechanismus existiert. In einem ersten Experiment wurde vorab die Alertness als ein grundlegender Prozess der Aufmerksamkeit mit der Nah-Infrarot Spektroskopie (NIRS) untersucht. Mittels eines zweigestuften Studiendesigns wurden in einem ersten Schritt für die Alertness relevante Regionen über fronto-temporalen Hirnarealen definiert. Als relevant erwiesen sich Areale des mittleren und superioren temporalen Kortex der rechten Hemisphäre und der ventrale Teil des inferioren frontalen Kortex der linken Hemisphäre. In einer zweiten Datenerhebung konnte für diese Regionen eine signifikant höhere Aktivierung während der Alertnessbedingung im Vergleich zu einer visuellen und motorischen Kontrollbedingung gefunden werden. Mit dem zweiten Experiment sollten bestehende, mit dem Elektroenzephalogramm (EEG) erhobene, Befunde zur Modulation der neuronalen Verarbeitung visueller Stimuli repliziert werden. Dies geschah mithilfe eines neu entwickelten Untersuchungsparadigmas, einer modifizierten n-back Aufgabe. Wie erwartet fand sich eine erhöhte Verarbeitung aufgaben-relevanter Reize im Vergleich zu einer perzeptuellen Kontrollbedingung. Die Verarbeitung irrelevanter Reize wurde allerdings nicht unterdrückt. Explorativ fand sich ein entsprechendes Korrelat der Aufmerksamkeitslenkung über frontalen Elektroden. In einem dritten Experiment wurde das modifizierte n-back Paradigma an die Anforderungen einer NIRS Messung angepasst, um frontale Effekte der Aufmerksamkeitslenkung direkter erfassen zu können als mit dem EEG. Wie erwartet fand sich bezüglich des Beachtens wie auch des Ignorierens von Stimuli eine Beteiligung frontaler Strukturen. Auf beachtete Stimuli folgte eine bilaterale Aktivierung des dorsolateralen präfrontalen Kortex (DL-PFK) und eine Aktivierung des linken inferioren frontalen Kortex bis hin zum prä- und postzentralen Kortex. Das Ignorieren visueller Stimuli führte zu einer weitläufigen Aktivierung des rechten präfrontalen Kortex (PFK). Eine Beteiligung des linken inferioren frontalen Gyrus an der Interferenzkontrolle konnte nicht wie erwartet nachgewiesen werden. Der Vergleich der beiden Aktivierungsmuster ergab keine signifikanten Unterschiede. Die zugrunde liegenden Prozesse des Arbeitsgedächtnisses und der Interferenzkontrolle führten also zu einer Aktivierung stark überlappender Hirnregionen. Nachdem die Ergebnisse der Experimente 2 und 3 keinerlei Hinweise auf einen aktiven Prozess der Interferenzinhibition nachweisen konnten, wurde im Experiment 4 die bisher genutzte 1-back Aufgabe durch eine schwierigere 2-back Aufgabe ersetzt. Aufgrund der erhöhten Auslastung des Arbeitsgedächtnisses sollte eine stärkere Anstrengung und damit eine verstärkte frontale Aktivierung bei der Interferenzinhibition auftreten. Diese Hypothese wurde mit einer frontalen NIRS Messung überprüft (Experiment 4a). Wie erwartet führte die erhöhte Auslastung des Arbeitsgedächtnisses zu einer verstärkten Aktivierung des PFK bezüglich beachteter Reize. Hinsichtlich ignorierter Reize fand sich allerdings keine frontale Beteiligung. Parallel erhobene EEG Daten zeigten keinen Unterschied zwischen der Verarbeitung beachteter und ignorierter Gesichter. Die Verarbeitung passiv betrachteter Gesichter war im Gegensatz zu beachteten und ignorierten Gesichtern vermindert. Im zweiten Teil der Studie (Experiment 4b) wurden erstmals die okzipitalen Effekte der Aufmerksamkeitslenkung mit der NIRS erfasst. Im Einklang mit den Ergebnissen der ersten EEG Studie (Experiment 2) fand sich zwar eine verstärkte Verarbeitung beachteter, aber keine verminderte Verarbeitung ignorierter Reize. Zusammengenommen sprechen die fehlende aktive Inhibition von Distraktorreizen im okzipitalen Kortex und die vergleichbaren neuronalen Korrelate von Prozessen des Arbeitsgedächtnisses und der Interferenzinhibition im frontalen Kortex für die Hypothese einer Aufteilung von begrenzten Verarbeitungsressourcen zugunsten beachteter Reize. / The aim of the present work was to investigate, to what extend the neural processing of visual stimuli could be modulated by processes of attention and working memory and which top down processes control this modulation. Two competing explanatory models were proved in the present work. On the one hand it is possible that selective attention comprise two qualitatively different mechanisms, the focussing on relevant information and the active inhibition of irrelevant stimuli. On the other hand it is possible that the limited processing capacities lead to an automatic disregard of irrelevant stimuli when focussing on relevant information. According to this, there would be only one mechanism. In a first experiment alertness was investigated with near-infrared spectroscopy (NIRS) as a basic process of attention. In a two step design relevant areas for alertness over the fronto-temporal cortex were defined first. Alertness related activity was found in the middle and superior temporal cortex of the right hemisphere and in the ventral part of the inferior frontal cortex of the left hemisphere. The analyses of a second measurement for these specific regions revealed a significantly increased activation for alertness in contrast to a visual and a motor control condition. The aim of a second experiment was to replicate existing electroencephalographic (EEG) results of the modulation of the neural processing of visual stimuli with a new developed paradigm, a modified version of the n-back task. As expected there was a higher processing of relevant stimuli in comparison to a perceptual control condition. The processing of irrelevant stimuli was not suppressed. Explorative, there was an analogue result of the modulation of attention over frontal electrodes. In a third experiment the modified n-back paradigm was adjusted to the standards of NIRS measurements to capture frontal effects of attentional modulation more immediate than with EEG. As expected both attended and ignored stimuli were associated with activation of frontal structures. Relevant stimuli were linked with a bilateral activation of the dorsolateral prefrontal cortex (DL-PFC) and activation from the left inferior frontal cortex to the pre- and postcentral cortex. Irrelevant stimuli were linked with a distributed activation of the right PFC. An involvement of the left frontal gyrus could not be verified. The comparison of the two activation patterns revealed no significant difference, the basic processes of working memory and interference control led to an activation of highly overlapping brain regions. The results of the experiments 2 and 3 revealed no evidence of an active process of interference control. Therefore, the 1-back task was replaced by a more difficult 2-back task in experiment 4. Due to the higher working memory load, there should be a stronger effort and therefore a stronger frontal activation during interference inhibition. This hypothesis was proved with a frontal NIRS measurement (experiment 4a). As expected, the higher working memory load led to a stronger activation of the PFC in respect of the relevant stimuli. Concerning irrelevant stimuli, there was no frontal activation. EEG data that were collected simultaneously showed no difference between the processing of attended and ignored faces. In comparison to that the processing of passively viewed faces was decreased. The second part of this study examined occipital effects of attentional modulation with NIRS for the first time. In line with the results of the first EEG study (experiment 2) there was an enhanced processing of relevant, but no decreased processing of ignored stimuli. In sum, the absent active inhibition of distractors in the occipital cortex and the similar neural correlates of processes of working memory and interference inhibition in the frontal cortex argue for the hypothesis of one uniform mechanism of focussing attention without an active and independent mechanism of interference inhibition.

Der präfrontale Kortex wird im Allgemeinen mit exekutiven Funktionen in Verbindung gebracht, die unter anderem Aufmerksamkeitskontrolle, Inhibition, Arbeitsgedächtnis oder die Erkennung und Bewertung neuartiger Reize beinhalten. Für die situationsgerechte Anpassung der verschiedenen Kontrollmechanismen ist in dieser Hirnregion, wie sich in zahlreichen Studien gezeigt hat, der Neurotransmitter Dopamin entscheidend. Dieser liegt, u.a. bedingt durch den Val108/158Met-Polymorphismus der Catechol-O-Methyl-Transferase, interindividuell in verschiedenem Ausmaß vor und sollte dadurch Unterschiede in präfrontalen Funktionen zwischen einzelnen Individuen maßgeblich beeinflussen. Ziel dieser Arbeit war es, diesen Einfluss mittels EEG und ereigniskorrelierten Potenzialen genauer zu bestimmen und zusätzlich herauszuarbeiten, welche kognitiven Prozesse genau durch den COMT-Genotyp beeinflusst werden. 60 gesunde Probanden absolvierten hierzu unter EEG-Ableitung eine Aufgabe mit variablem Aufmerksamkeitsbedarf. Es wurde zunächst der Zusammenhang zwischen den ereigniskorrelierten Potenzialen N200 und P300 mit präfrontalen Funktionen wie Aufmerksamkeitskontrolle, Inhibition und Konfliktdetektion bzw. –verarbeitung untersucht. Zusätzlich wurden sowohl das Verhalten als auch die elektrophysiologische Aktivität zwischen den sorgfältig gematchten Genotyp-Gruppen Val/Val, Val/Met und Met/Met (je 11 Probanden) verglichen. Es zeigte sich, dass die N200 v.a. durch eine Veränderung der Aufmerksamkeitsrichtung zwischen globalen und lokalen Stimuluseigenschaften beeinflusst wurde. Die P300 wurde dagegen sowohl von der Aufmerksamkeitsrichtung als auch der Konfliktstärke (lokale im Vergleich zu globalen Stimuluseigenschaften sowie erhöhter Konflikt mit vermehrter Beanspruchung von Aufmerksamkeitsressourcen) beeinflusst. Wir konnten keine Auswirkungen der COMT-Ausprägung auf die Performanz (Korrektheit und Reaktionsgeschwindigkeit) im VAC-Test feststellen. Die hirnelektrische Aktivität (N200 und P300) unterlag dagegen einem deutlichen Einfluss des COMT-Genotyps: Met-Allel-Homozygote zeigten ein effizienteres Arbeiten - es lag eine bessere Aktivierung des Kortex (höhere P300) sowie ein geringerer Bedarf an Inhibition bei gleicher Leistung wie bei Val-Allel-Trägern vor (niedrigere N200- Amplitude). Es zeigte sich zudem bei den Met-Allel-Homozygoten kaum Variabilität der Hirnaktivierung über alle Schwierigkeitsstufen hinweg, was möglicherweise Ausdruck einer geringeren kognitiven Flexibilität im Vergleich zu Val-Allel-Trägern ist. / The prefrontal cortex is reported to be associated with executive functions such as attentional control, inhibition, working memory or recognition and evaluation of new stimuli. To the aim of appropriate adaptation of the variable control mechanisms in this brain region, the neurotransmitter dopamine is crucial, as reported in numerous studies. Due to the Val108/158Met polymorphism (amongst others) the neurotransmitter is available in a varying amount and should therefore effect prefrontal functions amongst individuals importantly. The aim of this study was to define this influence using EEG and event related potentials and to identify in addition the cognitive processes influenced by the COMT genotype. 60 healthy individuals therefore passed a variable attentional control task during the recording of an EEG. The association of the event-related potentials N200 and P300 with prefrontal functions (attentional control, inhibition and conflict detection) was analyzed. Additionally performance and electrophysiological activity of the carefully matched genotype groups Val/Val, Val/Met and Met/Met were compared. We found N200 mainly being influenced by an attentional shift between global and local stimulus characteristics - in contrast to P300, which was affected both by attentional focus and amount of conflict (local in comparison to global stimulus characteristics as well as an increased amount of conflict with a higher demand for attentional resources). We found no influence of COMT genotype on performance (reaction time and correctness) in our task whereas electric brain activity is subject to a considerable impact of the COMT genotype: Met allele homozygotes showed more efficient working expressed by a better cortical activation (higher P300) and less inhibitory demand (lower N200) for equal performance compared to Val allele carriers. Furthermore Met allele homozygotes showed only very little variability in cortical activation throughout all conditions – maybe a sign of less cognitive flexibility compared to Val allele carriers.

In vier Laborexperimenten wurde versucht, auf der Grundlage der Theorie multipler Ressourcen visuelle und kognitive Ablenkung bei der Kraftfahrzeugführung getrennt zu erfassen. Um die Vorhersagen der Theorie prüfen zu können, sind die zu erwartenden Ablenkungseffekte zuvor mit Hilfe des Computational Model of Task Interference geschätzt worden. Die Experimente 1 und 2 wurden als einfache, visuell ablenkende Reaktionsaufgaben an einem PC realisiert, bei denen die Versuchspersonen unter visueller und unter kognitiver Ablenkung auf den Wechsel von Verkehrszeichen reagierten. Entgegen der Hypothese wurde in Versuch 1 die Reaktionsleistung in der Primäraufgabe durch visuelle Ablenkung nicht stärker beeinträchtigt als durch kognitive Ablenkung. Die Wiederholung des Experiments mit überarbeiteten Aufgaben ergab in Versuch 2 eine hypothesenkonforme Trennung zwischen visueller und kognitiver Ablenkung. Die Experimente 3 und 4 bestanden aus einer kognitiv beanspruchenden Navigationsaufgabe, die ebenfalls an einem PC unter visueller und kognitiver Ablenkung vollzogen wurde. Die Navigationsaufgabe zeichnete sich dadurch aus, dass visuelle und motorische Störeinflüsse der ablenkenden Zweitaufgaben zum Messzeitpunkt ausgeblendet wurden, um ausschließlich kognitive Interferenzen zu erheben. Weder im dritten Versuch noch in Versuch 4 mit einer zeitlichen Zuspitzung der Navigationsaufgabe konnte gezeigt werden, dass kognitive Ablenkung eine kognitiv beanspruchende Navigationsaufgabe stärker beeinträchtigt als visuelle Ablenkung. Die anderslautende Interferenzvorhersage des Computational Model of Task Interference hat sich nicht bestätigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass visuelle und kognitive Ablenkung nicht als getrennt messbare Phänomene aufgefasst werden können. Einer dementsprechenden Auslegung der Theorie multipler Ressourcen muss für den hier gewählten experimentellen Zugang der Ablenkungsmessung widersprochen werden. / Based on multiple resource theory, four laboratory experiments were undertaken in an effort to independently measure visual and cognitive distractions during motor vehicle operation. In order to verify the predictions of the theory, the expected distraction effects were previously assessed with the aid of the computational model of task interference. Experiments 1 and 2 were performed as simple, visually distracting reaction tasks at a computer workstation, during which the test persons reacted to changing traffic signs while being subjected to visual and cognitive distractions. Contrary to the hypothesis, during experiment 1, the reaction performance in the primary task was not impaired more severely through visual distraction than through cognitive distraction. Repetition of the experiment with modified tasks in experiment 2 revealed a hypothesis-confirming separation between visual and cognitive distractions. Experiments 3 and 4 consisted of a cognitively challenging navigation task, which was also performed at a computer workstation with the interference of visual and cognitive distractions. During the navigation task, the visual and motor interferences of the distracting secondary tasks were omitted at the time of measurement in order to record only the cognitive interferences. Neither during the third experiment, nor during experiment 4, which involved an added time-pressure element to the navigation task, was it possible to demonstrate that cognitive distraction impairs a cognitively challenging navigation task to a greater extent than a visual distraction. The contrary interference prediction of the computational model of task interference was not confirmed. The results of this study suggest that visual and cognitive distractions cannot be regarded as separately measurable phenomena. A corresponding interpretation of multiple resource theory must therefore be rejected for the experimental approach selected here with regard to distraction measurement.

Microsaccades are an important component of the small eye movements that constitute fixation, the basis of visual perception. The specific function of microsaccades has been a long-standing research problem. Only recently, conclusive evidence emerged, showing that microsaccades aid both visual perception and oculomotor control. The main goal of this thesis was to improve our understanding of the implementation of microsaccade generation within the circuitry of saccade control, an unsolved issue in oculomotor research. We make a case for a model according to which microsaccades and saccades result from mutually dependent motor plans, competing for expression. The model consists of an activation field, coding for fixation at its center and for saccades at peripheral locations; saccade amplitude increases with eccentricity. Activity during fixation spreads to slightly peripheral locations in the field and, thus, may result in the generation of microsaccades. Inhibition of remote and excitation of neighbouring locations govern the dynamics of the field, resulting in a strong competition between fixation and saccade generation. We propose that this common-field model of microsaccade and saccade generation finds a neurophysiological counterpart in the motor map of the superior colliculus (SC), a key brainstem structure involved in the generation of saccades. In a series of five behavioral experiments, we tested implications of the model. Predictions were derived concerning (1) the behavior of microsaccades in a given task (microsaccade rate, amplitude, and direction), (2) the interactions of microsaccades and subsequent saccades, and (3) the relationship between microsaccadic behavior and neurophysiological processes at the level of the SC. The results yielded strong support for the model at all three levels of analysis, suggesting that microsaccade statistics are indicative of the state of the fixation-related part of the SC motor map. / Mikrosakkaden sind ein wichtiger Bestandteil der kleinen Augenbewegungen, aus denen Fixationen, die Basis der visuellen Wahrnehmung, bestehen. Neuere Arbeiten erbrachten schlüssige Evidenz dafür, das Mikrosakkaden eine wichtige Rolle in der Wahrnehmung und der Blickbewegungskontrolle spielen. Hauptanliegen dieser Dissertation war es, unser Verständnis der Implementierung der Generierung von Mikrosakkaden im Kreislauf der Sakkadensteuerung zu vertiefen. Wir schlagen ein Modell vor, in dem Mikrosakkaden und Sakkaden konkurrierende Bewegungsprogramme darstellen, die um ihre Umsetzung wettstreiten. Das Modell besteht aus einem Aktivationsfeld, in dem Fixation im Zentrum und Sakkaden in der Peripherie repräsentiert sind (Sakkadenamplitude steigt mit der Exzentrizität). Aktivität während der Fixation breitet sich zu leicht peripheren Orten im Feld aus und kann so zur Generierung von Mikrosakkaden führen. Hemmung von entfernten und Erregung von benachbarten Orten bestimmen die Dynamik im Feld, was zu einem starken Wettstreit zwischen Fixation und Sakkadengenerierung beiträgt. Wir schlagen vor, dass dieses common-field model of microsaccade and saccade generation ein neurophysiologisches Pendant in der Bewegungskarte des colliculus superior (CS) findet, einer Struktur im Hirnstamm, die im starken Zusammenhang mit der Entstehung von Sakkaden steht. In fünf behavioralen Experimenten wurden Implikationen des Modells überprüft. Vorhersagen wurden auf drei Ebenen abgeleitet: (1) Verhalten der Mikrosakkaden in bestimmten Aufgaben (Mikrosakkadenrate, -amplitude und -richtung), (2) Interaktionen von Mikrosakkaden und nachfolgenden Sakkaden, (3) der Zusammenhang zwischen Mikrosakkadenverhalten und neurophysiologischen Prozessen auf der Ebene des CS. Die Ergebnisse unterstützten das Modell auf allen drei Analyseebenen. Mikrosakkaden scheinen ein Indikator der Fixationsaktivität in der Bewegungskarte des CS zu sein.

Nikotin in den unterschiedlichsten Darreichungsformen verringert bei verschiedenen Spezies im räumlichen Hinweisreizparadigma die Kosten invalider Hinweisreize. Welcher Teilprozess genau durch Nikotin beeinflusst wird, ist bislang nicht untersucht worden. Die gängige Interpretation ist, daß Nikotin das Loslösen von Aufmerksamkeit von einem bisher beachteten Ort erleichtert. In fünf Studien, drei elektrophysiologischen und zwei behavioralen wurden drei mögliche Mechanismen der Nikotinwirkung an Nichtrauchern untersucht. Experiment 1 und 2 gingen der Frage nach, ob Nikotin eine Modulation sensorischer gain Kontrolle bewirkt. Dazu wurden ereigniskorrelierte Potentiale (EKP) im Posner-Paradigma erhoben und die Wirkung von Nikotin auf die aufmerksamkeitsassoziierten Komponenten P1 und N1 betrachtet. Nikotin verringerte die Kosten invalider Hinweisreize bei Aufmerksamkeitslenkung durch endogene Hinweisreize, nicht aber bei exogenen Hinweisreizen. Die P1 und N1 Komponenten zeigten sich unbeeinflusst von Nikotin, damit findet also die Annahme einer Wirkung auf sensorische Suppression keine Unterstützung. In Experiment 3 und 4 wurde untersucht, ob Nikotin einen Effekt auf kostenträchtige unwillkürliche Aufmerksamkeitsverschiebungen, Distraktionen, hat. In Experiment 3 wurden in einem räumlichen Daueraufmerksamkeitsparadigma Distraktionen durch deviante Stimulusmerkmale ausgelöst und die Wirkung von Nikotin auf eine distraktionsassoziierte Komponente des EKP, die P3a, betrachtet. <br>In Experiment 4 wurde in einem Hinweisreizparadigma durch zusätzliche Stimuli eine Distraktion ausgelöst und die Nikotinwirkung auf die Reaktionszeitkosten untersucht. Nikotin zeigte keinen Einfluss auf Distraktionskosten in beiden Studien und auch keine Wirkung auf die P3a Komponente in Experiment 3. In Experiment 4 wurde zusätzlich die Wirkung von Nikotin auf das Loslösen von Aufmerksamkeit untersucht, indem die Schwierigkeit des Loslösens variiert wurde. Auch hier zeigte sich keine Nikotinwirkung. Allerdings konnte in beiden Studien weder die häufig berichtete generelle Reaktionszeitverkürzung noch die Verringerung der Kosten invalider Hinweisreize repliziert werden, so dass zum Einen keine Aussage über die Wirkung von Nikotin auf Distraktionen oder den Aufmerksamkeitsloslöseprozess gemacht werden können, zum Anderen sich die Frage stellte, unter welchen Bedingungen Nikotin einen differentiellen Effekt überhaupt zeigt.<br><br> Im letzten Experiment wurde hierzu die Häufigkeit der Reaktionsanforderung einerseits und die zeitlichen Aspekte der Aufmerksamkeitslenkung andererseits variiert und der Effekt des Nikotins auf den Validitätseffekt, die Reaktionszeitdifferenz zwischen valide und invalide vorhergesagten Zielreizen, betrachtet. Nikotin verringerte bei Individuen, bei denen Aufmerksamkeitslenkung in allen Bedingungen evident war, in der Tendenz den Validitätseffekt in der ereignisärmsten Bedingung, wenn nur selten willentliche Aufmerksamkeitsausrichtung notwendig war. Dies könnte als Hinweis gedeutet werden, dass Nikotin unter Bedingungen, die große Anforderungen an die Vigilanz stellen, die top-down Zuweisung von Aufmerksamkeitsressourcen unterstützt. / Nicotine has consistently been shown to improve performance on a range of attentional tasks. In spatial cueing (Posner-type) paradigms, where a cue indicates the likely location of a subsequent target stimulus, nicotine influences the ability to react to invalidly cued targets across different species and ways of administration. Previous research suggested that the cholinergic effect is due to a facilitated disengagemant of attention from the cued location. In five studies with nonsmoking subjects, three candidate mechanisms of nicotinic action were examined. <br><br> Experiment 1 and experiment 2 investigated whether nicotine modulates attentional processes of sensory gain control. In a Posner-paradigm event-related potentials (ERP) were measured and the effect of nicotine on the attention-related components P1 and N1 was assessed. Behaviorally, nicotine reduced the costs of invalid cueing when cues were endogenous, but not with exogenous cues. Electrophysiologically, the P1 and N1 components were not affected by nicotine. These data provide therefore no support for the notion of a nicotine-modulated attentional suppression. <br><br> In experiment 3 and 4 the effect of nicotine on involuntary distracting attention shifts was investigated. In experiment 3 ERPs were measured in a spatial sustained attention paradigm, where rare changes in a target stimulus attribute were used as distractors. The effect of nicotine on the distraction-associated P3a component was assessed. In experiment 4 the effect of nicotine on the reaction time costs of additional distracting stimuli was studied in a Posner paradigm. In both studies nicotine did not show an effect on distractions, neither in the reaction time costs nor in the parameters of the P3a component. Experiment 4 also investigated whether nicotine has an effect on the disengagement of attention by varying the difficulty of disengaging one's focus from the cued location. Again, nicotine did not show an effect. However, experiment 3 and 4 also neither replicated the commonly reported general nicotinic reduction of reaction times nor the differential reduction of the costs of invalid cueing. Therefore, regarding the effect of nicotine on distraction and on the disengagement of attention the data remain inconclusive. However, these data suggest that there are conditions and mechanisms moderating nicotinic action, that are still unknown. <br><br> Accordingly, experiment 5 made the attempt to determine such conditions. Response frequency and temporal characteristics of attention orientation were varied. In individuals, who evidently had shifted their attention, nicotine reduced the validity effect under uneventful conditions, when attention was not to be shifted in each trial. This might suggest that nicotine facilitates the top-down allocation of attentional resources in vigilance-demanding situations.

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.

When top sports performers fail or “choke” under pressure, everyone asks: why? Research has identified a number of conditions (e.g. an audience) that elicit choking and that moderate (e.g. trait-anxiety) pressure – performance relation. Furthermore, mediating processes have been investigated. For example, explicit monitoring theories link performance failure under psychological stress to an increase in attention paid to a skill and its step-by-step execution (Beilock & Carr, 2001). Many studies have provided support for these ideas. However, so far only overt performance measures have been investigated which do not allow more thorough analyses of processes or performance strategies. But also a theoretical framework has been missing, that could (a) explain the effects of explicit monitoring on skill execution and that (b) makes predictions as to what is being monitored during execution. Consequently in this study, the nodalpoint hypothesis of motor control (Hossner & Ehrlenspiel, 2006) was taken to predict movement changes on three levels of analysis at certain “nodalpoints” within the movement sequence. Performance in two different laboratory tasks was assessed with respect to overt performance (the observable result, for example accuracy in the target), covert performance (description of movement execution, for example the acceleration of body segements) and task exploitation (the utilization of task properties such as covariation). A fake competition (see Beilock & Carr, 2002) was used to invoke pressure. In study 1 a ball bouncing task in a virtual-reality set-up was chosen. Previous studies (de Rugy, Wei, Müller, & Sternad, 2003) have shown that learners are usually able to “passively” exploit the dynamical stability of the system. According to explicit monitoring theories, choking should be expected either if the task itself evokes an “active control” (Experiment 1) or if learners are provided with explicit instructions (Experiment 2). In both experiments, participants first went through a practice phase on day 1. On day 2, following the Baseline Test participants were divided into a High-Stress or No-Stress Group for the final Performance Test. The High-Stress Group entered a fake competition. Overt performance was measured by the Absolute Error (AE) of ball amplitudes from target height; covert performance was measured by Period Modulation between successive hits and task exploitation was measured by Acceleration (AC) at ball-racket impact and Covariation (COV) of impact parameters. To evoke active control in Exp. 1 (N=20), perturbations to the ball flight were introduced. In Exp. 2 (N=39) half of the participants received explicit skill-focused instructions during learning. For overt performance, results generally show an interaction between Stress Group and Test, with better performance (i. e. lower AE) for the High-Stress group in the final Performance Test. This effect is also independent of the Instructions that participants had received during learning (Exp. 2). Similar effects were found for COV but not for AC. In study 2 a visuomotor tracking task in which participants had to pursuit a target cross that was moving on an invisible curve. This curve consisted of 3 segments of 6 turning points sequentially ordered around the x-axis. Participants learned two short movement sequences which were then concatenated to form a single sequence. It was expected that under pressure, this sequence should “fall apart” at the point of concatenation. Overt Performance was assessed by the Root Mean Square Error between target and pursuit cross as well as the Absolute Error at the turning points, covert performance was measured by the Latency from target to pursuit turning and task exploitation was measured by the temporal covariation between successive intervals between turning points. Experiment 3 (intraindividual variation) as well as Experiment 4 (interindividual variation) show performance enhancement in the pressure situation on the overt level with matching results on covert and task exploitation level. Thus, contrary to previous studies, no choking under pressure was found in any of the experiments. This may be interpreted as a failure in the experimental manipulation. But certainly also important characteristics of the task are highlighted. Choking should occur in tasks where performers do not have the time to use action or thought control strategies, that are more relevant to their “self” and that are discrete in nature. / Wenn Top-Athleten im Wettkampf versagen fragt sich jeder: warum? Die Forschung hat dazu einerseits Bedingungen identifiziert (z.B. die Anwesenheit von Publikum), die „Versagen“ auslösen und die Beziehung Druck- Leistung moderieren. Zudem wurden vermittelnde Prozesse gefunden wie zum Beispiel die bewusste Aufmerksamkeitsfokussierung („explicit monitoring“) auf die Ausführung der Bewegung (Beilock & Carr, 2001). Obwohl es gerade für diese Vorstellungen einige Befunde gibt, wurde bislang fast ausschließlich das Bewegungsresultat („overt performance“) untersucht, nicht aber Variablen, die Aussagen über die Bewegungsausführung zulassen. Zudem fehlt ein theoretischer Rahmen, der Vorhersagen zulässt darüber, (a) welche Veränderungen der Bewegungsausführung unter Druck zu erwarten sind und (b) welchen Stellen der Bewegung bewusst fokussiert werden. Darum wurde für diese Studie die „Knotenpunkthypothese motorischer Kontrolle“ (Hossner & Ehrlenspiel, 2006) herangezogen um auf drei Analyse-Ebenen zu ermöglichen Vorhersagen an Knotenpunkten der Bewegung zu treffen. Leistung wurde entsprechend auf einer overt-Ebene (beobachtbare Bewegungsresultat, z.B. Treffgenauigkeit), einer covert-Ebene (z.B. raum-zeitliche Verlaufe von Gelenkwinkeln) und einer task-exploitation-Ebene (z.B. die Covariation von Ausführungsparametern) untersucht. Für die Manipulation einer „Druck-Bedingung“ wurde ein Pseudowettkampf (nach Beilock & Carr, 2002) verwendet. Für die Experimente 1 und 2 wurde eine semi-virtueller „ball bouncing“-Aufgabe verwendet, für die sich gezeigt hat (de Rugy, Wei, Müller, & Sternad, 2003), dass Lernende tatsächlich in der Lage sind, die dynamische Stabilität der Aufgabe zunehmend auszunutzen. Angenommen wurde, dass Versagen unter Druck erscheinen sollte, wenn die Aufgabe entweder eine „aktive Kontrolle“ verlangt (Experiment 1) oder aber die Lernenden explizite Instruktionen während der Lernphase erhalten. Allerdings zeigen die Ergebnisse beider Experimente nur Leistungsverbesserungen unter Druck-Bedingungen auf overt-Ebene, die mit entsprechenden Verbesserungen auf covefrt- und task-exploitation-Ebene einhergehen. Für die Experimente 3 und 4 wurde eine visuomotorische Tracking-Aufgabe verwendet in der die Probanden zunächst zwei kleinere Bewegungssequenzen erlernten, bevor diese zu einer großen Sequenz verbunden wurde. Unter Druck sollte diese Gesamtsequenz „auseinander brechen“. Jedoch zeigt sich auch hier in beiden Experimenten eine Resultatsverbesserung unter Druck (gegenüber Kontrollbedingungen bzw. –gruppen) auf overt wie auf covert-Ebene. Im Gegensatz zu vielen vorangehenden Studien zeigte sich kein „Choking under Pressure“. Sicherlich stellt sich zunächst die Frage nach der Validität der Druckmanipulation, die aber zumindest für die beiden ersten Experimente gesichert scheint. Relevanter scheint demnach eine Inspektion der Aufgabe. Hier dürfte es sein, dass diskrete Aufgaben, die einen Einsatz von Handlungskontroll-Strategien nicht erlauben und die von größerer „Selbst“-Relevanz sind, eher unter Druck beeinträchtigt werden.

Visual attention can be voluntarily focused on a location or automatically attracted by salient features in a visual scene. Studies using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) suggest two networks of visual attention involved in these complementary mechanisms: a dorsal frontoparietal network and a ventral frontoparietal network of visuospatial attention respectively. However, most studies so far have applied non‐natural schematic stimuli. The present study investigates visual attention in images of natural environmental scenes. Adopting previously used eye‐tracker paradigms, we study the influence of task instruction and luminance contrast modifications in pictures on both eye movements and neural activity using Eye‐Tracking and functional Magnetic Resonance Imaging simultaneously. We expect increased top‐down control of attention in a search task compared to a free viewing condition visible in enhanced neural activation in the intraparietal sulcus (IPS) as part of the dorsal frontoparietal network. Strong modifications of luminance contrast should foster bottom‐up processing activating the temporoparietal junction (TPJ) a crucial area in the ventral frontoparietal network of visual attention. Although the obtained eye‐tracking data shows the expected shift of fixations towards locations of increased luminance contrast, we do not find an influence of luminance contrast modifications on neural processing. Comparison of instructions reveals diverse results across participants possibly due to the long presentation duration of stimuli which allowed participant’s attention to wander independently of task instruction. We find bilateral activation in IPS and parahippocampal place area (PPA) as well as bilateral deactivation in the TPJ region independent of task context. This might indicate similar contributions of these areas to free viewing of and search in visual scenes. However, dissociation of target detection and attention during search by deconvolution analysis of data obtained in this study might reveal a more detailed picture of functional involvement of the IPS and TPJ region in processes of visual attention. Remarkably, results show robust activation of the PPA in both tasks, suggesting that the PPA region might not only be activated by houses and open scenes but by narrow scenes (bushes, leaves) of natural outdoor environment as well.

The primary aim of the present thesis was to investigate how the human brain handles and distributes limited processing resources among different sensory modalities. Two main hypothesis have been conventionally proposed: (1) common processing resources shared among sensory modalities (supra-modal attentional system) or (2) independent processing resources for each sensory modality. By means of four EEG experiments, we tested whether putative competitive interactions between sensory modalities – regardless of attentional influences – are present in early sensory areas. We observed no competitive interactions between sensory modalities, supporting independent processing resources in early sensory areas. Consequently, we tested the influence of top-down attention on a cross-modal dual task. We found evidence for shared attentional resources between visual and tactile modalities. Taken together, our results point toward a hybrid model of inter-modal attention. Attentional processing resources seem to be controlled by a supra-modal attentional system, however, in early sensory areas, the absence of competitive interactions strongly reduces interferences between sensory modalities, thus providing a strong processing resource independence.