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.

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.

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.

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To investigate eye-movement control in reading, the present thesis examined three phenomena related to the eyes’ landing position within words, (1) the optimal viewing position (OVP), (2) the preferred viewing location (PVL), and (3) the Fixation-Duration Inverted-Optimal Viewing Position (IOVP) Effect. Based on a corpus-analytical approach (Exp. 1), the influence of variables word length, launch site distance, and word frequency was systematically explored. In addition, five experimental manipulations were conducted. <br><br> First, word center was identified as the OVP, that is the position within a word where refixation probability is minimal. With increasing launch site distance, however, the OVP was found to move towards the word beginning. Several possible causes of refixations were discussed. The issue of refixation saccade programming was extensively investigated, suggesting that pre-planned and directly controlled refixation saccades coexist. Second, PVL curves, that is landing position distributions, show that the eyes are systematically deviated from the OVP, due to visuomotor constraints. By far the largest influence on mean and standard deviation of the Gaussian PVL curve was exhibited by launch site distance. Third, it was investigated how fixation durations vary as a function of landing position. The IOVP effect was replicated: Fixations located at word center are longer than those falling near the edges of a word. The effect of word frequency and/or launch site distance on the IOVP function mainly consisted in a vertical displacement of the curve. The Fixation-Duration IOVP effect is intriguing because word center (the OVP) would appear to be the best place to fixate and process a word. A critical part of the current work was devoted to investigate the origin of the effect. It was suggested that the IOVP effect arises as a consequence of mislocated fixations, i.e. fixations on unintended words, which are caused by saccadic errors. An algorithm for estimating the proportion of mislocated fixations from empirical data was developed, based on extrapolations of landing position distributions beyond word boundaries. As a new central theoretical claim it was suggested that a new saccade program is started immediately if the intended target word is missed. On average, this will lead to decreased durations for mislocated fixations. Because mislocated fixations were shown to be most prevalent at the beginning and end of words, the proposed mechanism generated the inverted U-shape for fixation durations when computed as a function of landing position. The proposed mechanism for generating the effect is generally compatible with both oculomotor and cognitive models of eye-movement control in reading. / Um Blickbewegungen beim Lesen zu untersuchen, wurden in der vorliegenden Dissertation drei Phänomene in Bezug auf die Landeposition des Auges innerhalb des Wortes betrachtet, (1) die optimale Blickposition (OVP), (2) die präferierte Blickposition (PVL) und (3) der Invertierte Optimale Blickpositionseffekt für Fixationsdauern (IOVP). In einem corpus-analytischen Ansatz (Exp. 1) wurde systematisch untersucht, wie die Variablen Wortlänge, Sakkadenstartdistanz und Wortfrequenz die Parameter der OVP-, PVL-, bzw. IOVP-Funktion beeinflussen. Des weiteren wurden fünf experimentelle Manipulationen durchgeführt. <br><br> Erstens, die Wortmitte wurde als OVP identifiziert, operationalisiert als die Buchstabenposition innerhalb eines Wort, an der die Refixationswahrscheinlichkeit minimal ist. Mit zunehmender Sakkadenstartdistanz verschob sich die OVP jedoch in Richtung Wortanfang. Verschiedene in Betracht kommende ursächliche Faktoren für Refixationen wurden diskutiert. Des weiteren wurden Fragen zur Programmierung von Refixationen untersucht, wobei die Ergebnisse nahe legen, dass vorgeplante und unmittelbar gesteuerte Refixationssakkaden koexistieren. Zweitens, Landepositionsverteilungen (PVL-Kurven) zeigen, dass die Augen systematisch von der OVP abweichen, was im Wesentlichen auf visuomotorische Faktoren zurückzuführen ist. Mittelwert und Standardverteilung der normalverteilten PVL-Kurven wurden v.a. von der Sakkadenstartdistanz beeinflusst. Als dritter Schwerpunkt wurde untersucht, wie Fixationsdauern als Funktion der Landeposition variieren. Der Invertierte Optimale Blickpositionseffekt wurde repliziert: In der Wortmitte lokalisierte Fixationen sind länger als solche, die sich an den Worträndern befinden. Der Effekt von Wortfrequenz bzw. Sakkadenstartdistanz auf die IOVP-Funktion zeigte sich im Wesentlichen in einer vertikalen Verschiebung der Kurve. Der Befund eines invertierten OVP-Effektes für Fixationsdauern ist kontraintuitiv, denn die Wortmitte (OVP) wird als optimaler Ort betrachtet, um ein Wort zu fixieren und zu verarbeiten. Ein wesentlicher Beitrag der vorliegenden Arbeit bestand darin, ursächliche Faktoren für den IOVP-Effekt zu identifizieren. Es wurde vorgeschlagen, dass der Effekt auf sog. fehlplazierte Fixationen, d.h. Fixationen auf nicht-intendierten Wörtern, zurückzuführen ist. Fehlplazierte Fixationen werden durch okulomotorische Fehler in der Sakkadenprogrammierung verursacht. Es wurde ein Algorithmus entwickelt, um den Anteil fehlplazierter Fixationen aus empirischen Lesedaten abzuschätzen, basierend auf Extrapolationen von Landepositionsverteilungen über die Wortgrenzen hinweg. Als zentrale theoretische Annahme wurde formuliert, dass ein neues potentiell korrigierendes Sakkadenprogramm unverzüglich gestartet wird, wenn das intendierte Zielwort verfehlt wurde. Dadurch verringert sich die mittlere Dauer von fehlplazierten Fixationen. Da fehlplazierte Fixationen am häufigsten am Wortanfang und am Wortende auftreten, generierte der vorgeschlagene Mechanismus die invertierte U-Form für Fixationsdauern als Funktion der Landeposition. Der Mechanismus, der – gemäß der hier entwickelten Argumentation – dem IOVP-Effekt zugrunde liegt, ist prinzipiell sowohl mit okulomotorischen als auch mit kognitiven Theorien der Blicksteuerung beim Lesen vereinbar.

Wir versuchen herauszufinden, ob das subjektive Maß der Cloze-Vorhersagbarkeit mit der Kombination objektiver Maße (semantische und n-gram-Maße) geschätzt werden kann, die auf den statistischen Eigenschaften von Textkorpora beruhen. Die semantischen Maße werden entweder durch Abfragen von Internet-Suchmaschinen oder durch die Anwendung der Latent Semantic Analysis gebildet, während die n-gram-Wortmaße allein auf den Ergebnissen von Internet-Suchmaschinen basieren. Weiterhin untersuchen wir die Rolle der Cloze-Vorhersagbarkeit in SWIFT, einem Modell der Blickkontrolle, und wägen ab, ob andere Parameter den der Vorhersagbarkeit ersetzen können. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass ein computationales Modell, welches Vorhersagbarkeitswerte berechnet, nicht nur Maße beachten muss, die die Relatiertheit eines Wortes zum Kontext darstellen; das Vorhandensein eines Maßes bezüglich der Nicht-Relatiertheit ist von ebenso großer Bedeutung. Obwohl hier jedoch nur Relatiertheits-Maße zur Verfügung stehen, sollte SWIFT ebensogute Ergebnisse liefern, wenn wir Cloze-Vorhersagbarkeit mit unseren Maßen ersetzen. / We try to determine whether it is possible to approximate the subjective Cloze predictability measure with two types of objective measures, semantic and word n-gram measures, based on the statistical properties of text corpora. The semantic measures are constructed either by querying Internet search engines or by applying Latent Semantic Analysis, while the word n-gram measures solely depend on the results of Internet search engines. We also analyse the role of Cloze predictability in the SWIFT eye movement model, and evaluate whether other parameters might be able to take the place of predictability. Our results suggest that a computational model that generates predictability values not only needs to use measures that can determine the relatedness of a word to its context; the presence of measures that assert unrelatedness is just as important. In spite of the fact, however, that we only have similarity measures, we predict that SWIFT should perform just as well when we replace Cloze predictability with our measures.

Der Gegenstand dieser Dissertation sind Situationen, in denen die Aufgabe nicht durch einen Hinweisreiz vorgegeben wird. Die Idee besteht darin, die Reaktion der Versuchsperson (anders als beim klassischen Aufgabenwechselparadigma[TS] bzw. beim Wisconsin Card Sorting Test[WCST]) bei verschiedenen gleichzeitig gültigen Antwortalternativen zu untersuchen. Dafür gibt es methodische und empirische Gründe. Zum einen wurde kritisiert, dass ein Teil der Wechselkosten durch die Verarbeitung des Hinweisreizes entsteht. Zum anderen stellt sich die empirische Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten kommt, wenn Wechsel und Wiederholung nicht durch Hinweisreize oder Rückmeldungen vorgegeben werden, sondern wenn die Versuchsperson frei entscheiden kann, ob sie die Regel wechselt oder bei der eben ausgeführten Regel bleibt. Im experimentellen Paradigma der vorliegenden Arbeit wurden den Versuchspersonen entweder nur eine oder zwei alternative Reaktionsmöglichkeiten vorgegeben. Zu diesem Zweck wurde der WCST so modifiziert, dass in der Hälfte aller Durchgänge die zum Lösen der Aufgabe relevante Merkmalsdimension gewechselt oder wiederholt werden musste, während in der anderen Hälfte aller Durchgänge gleichzeitig zwei unterschiedliche, jedoch gleichermaßen gültige Merkmalsdimensionen dargeboten wurden. Auf diese Art war es möglich, freie Wechsel unangekündigten gleichsam erzwungenen (forcierten) Wechseln gegenüberzustellen. Eine Besonderheit dieser Dissertation besteht ferner darin, dass neben den manuellen Reaktionen die Blickbewegungen analysiert wurden. Dabei eröffnete die Analyse von Blickbewegungen ein Fenster in die Prozessdynamik während eines Durchgangs und ermöglichte es, Hypothesen über Aufmerksamkeitsprozesse eingehender zu untersuchen. Mit dem Experiment 1 wird das Paradigma und der Basisbefund vorgestellt. Im Einzelnen wurde der WCST so modifiziert, dass Reaktionszeit, Fehlerrate und relative Häufigkeiten von Wiederholungen und Wechseln erhoben werden konnten. In jedem Versuchsdurchgang wurden gleichzeitig vier Einzelreize (drei Referenzreize und ein Target) dargeboten. Jeder Reiz bestand aus den Merkmalsdimensionen Farbe, Form, Anzahl, wobei jede Dimension jeweils eine von vier Ausprägungen annehmen konnte. Die Aufgabe der Versuchsperson bestand darin, aus drei dargebotenen Referenzreizen denjenigen zu identifizieren, der mit dem Target in einem von drei möglichen Reizmerkmalen übereinstimmte. Von besonderem Interesse war hierbei die Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten bzw. einer Perseverationstendenz kommt, wenn die Versuchspersonen zwei in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen mit dem Target übereinstimmende Referenzreize dargeboten bekommen. Der Ort, die Merkmalsdimension, die Merkmalsausprägung der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize, sowie die Anzahl der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize wurden randomisiert und waren für die Versuchspersonen nicht vorhersehbar. In den forcierte Wahl-Durchgängen stimmte ein Referenzreiz mit dem Target überein, während in den freie Wahl-Durchgängen zwei Referenzreize in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen (zum Beispiel Farbe und Form) mit dem Target übereinstimmten. Die Ergebnisse zeigten, dass es auch dann zu Wechselkosten kam, wenn die Versuchsperson in den freie Wahl-Durchgängen denjenigen von zwei mit dem Target übereinstimmenden Referenzreizen wählte, bei dem die Übereinstimmung auf einer anderen Merkmalsdimension lag als im unmittelbar vorhergehenden Durchgang (Wechsel), im Vergleich dazu, dass sie den Referenzreiz wählte, der mit dem Target auf der gleichen Merkmalsdimension übereinstimmte, auf der auch im vorhergehenden Durchgang die Übereinstimmung lag (Perseveration). Im Einzelnen kam es bei den freie Wahl-Durchgängen zu einer Perseverationstendenz von etwa P = 2/3. Ferner führten Wechsel sowohl bei den forcierte als auch bei freie Wahl-Durchgängen zu längeren durchschnittlichen Reaktionszeiten als Perseverationen. Damit konnte gezeigt werden, dass Wechselkosten auch in einem Paradigma ohne Hinweisreize bei „freier Wahl“ entstehen, und zwar auch dann, wenn gleichzeitig die Möglichkeit zur Wiederholung und zum Wechsel bestand. Die durchgeführte Computersimulation eines neuronalen Netzes, mit dem die vermuteten kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse in dieser Aufgabe modelliert wurden, unterstützte die Hypothese, dass die in den Experimenten gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten durch eine intensivierte Enkodierung der zuvor relevanten Übereinstimmungsdimension erklärt werden kann. Experiment 2 untersuchte die Hypothese, dass Aufmerksamkeitseinstellungen aus dem vorherigen Durchgang einen bahnenden Effekt auf den Selektionsprozess und die Reaktionszeit von verschiedenen Antwortalternativen haben. Es wurde angenommen, dass ein Merkmal einer Dimension dann mehr Aufmerksamkeit auf sich zieht, wenn diese Dimension kurz zuvor relevant war. Dazu wurde das Paradigma aus Experiment 1 mit der Messung von Blickbewegungen kombiniert. Die Ergebnisse replizierten die in Experiment 1 gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten in den Reaktionszeiten. Die Blickbewegungsanalysen klärten die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Aufmerksamkeitsprozesse auf, indem neben den durchschnittlichen Fixationszeiten und der Fixationsanzahl eines Reizes auch der zeitliche Verlauf der Fixationswahrscheinlichkeit der Reize untersucht wurde. Wie vorhergesagt, war es in einem frühen Zeitbereich sowohl bei den freie als auch bei den forcierte Wahl-Durchgängen bei einer Perseveration wahrscheinlicher als bei einem Wechsel, dass derjenige Referenzreiz fixiert wurde, der eine Übereinstimmung zum Target enthielt und auf den am Ende des Durchgangs mit einem Tastendruck reagiert wurde. Ferner war die durchschnittliche Anzahl der Fixationen auf das Target und den gewählten Referenzreiz bei einem Wechsel höher als bei einer Perseveration. Dieser Befund ist konsistent mit Annahmen aus Theorien dimensionsbasierter Aufmerksamkeit, nach denen eine zuvor relevante Merkmalsdimension höher gewichtet verarbeitet wird, wodurch andere Merkmalsdimensionen in ihrer Verarbeitung beeinträchtigt werden. Des Weiteren gelang es mithilfe der Blickbewegungsdaten, die Wechselkosten in Such- und Verarbeitungszeit zu dekomponieren: Bei einem Wechsel war nicht nur die Zeit bis zur ersten Fixation des gewählten Referenzreizes, sondern auch die Zeit von dieser Fixation bis zum Tastendruck länger als bei einer Perseveration. Mit Experiment 3 wurde die Dynamik der Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen während Perseveration und Wechsel untersucht. Wie in den vorangehenden Experimenten enthielt jeder Einzelreiz verschiedene Ausprägungen einzelner Merkmalsdimensionen. Im Gegensatz zu den vorangehenden Experimenten wurden den Einzelreizen drei weitere Merkmalsdimensionen hinzugefügt, so dass jeder Einzelreiz sechs Merkmalsausprägungen auf verschiedenen Merkmalsdimensionen enthielt. Gleichzeitig wurden die Versuchspersonen instruiert, innerhalb welcher von zwei zuvor definierten Klassen von relevanten Merkmalsdimensionen die Übereinstimmung zwischen Target und Referenzreiz in einer Abfolge von Versuchsdurchgängen gesucht werden sollte. Je nach Instruktion sollte entweder auf Merkmale der Klasse Symbole (Form, Farbe, Anzahl) oder auf Merkmale der Klasse Hintergrund (Textur, Ecke, Balken) reagiert werden. Neben der Replikation der Ergebnisse in Bezug auf die Wechselkosten (Experiment 1) und die damit einhergehenden Unterschiede in der aktiven visuellen Verarbeitung (Experiment 2) zeigte sich ferner, dass der Moment des Wechsels einer Merkmalsdimension durch eine geringere Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen charakterisiert war als eine Wiederholung. Dies war insbesondere dann der Fall, wenn die irrelevanten Reizmerkmale, die intentional ausgeblendet werden sollten, der leichten, d.h. einfach zu verarbeitenden Klasse von Merkmalsdimensionen (Symbole) angehörten. Dabei waren die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Hintergrund fast doppelt so lange wie die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Symbole. Neben den Reaktionszeiten wurde auch die aktive visuelle Verarbeitung durch die unterschiedliche Dynamik von Aufrechterhaltung und Abschirmung bei Perseveration und Wechsel beeinflusst, was sich u.a. darin zeigte, dass die irrelevanten Reize während eines Wechsels verstärkt die Aufmerksamkeit auf sich lenkten und fixiert wurden. Die Ergebnisse der Experimente demonstrieren, dass die Verwendung eines Aufgabenwechselparadigmas mit zwei gleichzeitig richtigen Antwortalternativen einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse leisten kann, die den Wechseln zwischen Reizdimensionen bzw. Zuordnungsregeln zugrunde liegen. Die Analyse der Blickbewegungen erwies sich dabei als besonders nützlich, um die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Prozesse in ihrem Zeitverlauf aufzuklären. Die Ergebnisse der Experimente zeigen ferner, dass sich die Aufgabenträgheit im Sinne von persistierenden Aufmerksamkeitseinstellungen auch in Situationen widerspiegelt, in denen die Versuchspersonen zwischen zwei Reaktionsalternativen wählen können (in den Experimenten die Wahl der zuvor relevanten vs. nicht relevanten Merkmalsdimension). Weiterhin spiegeln die Ergebnisse zwei zentrale Organisationsprinzipien des kognitiven Systems wider. Zum einen wurde eine zuvor erfolgreiche Strategie (die zuvor relevante Übereinstimmungsdimension) in etwa 2/3 aller Durchgänge stabil erneut angewandt und zum anderen wurde in etwa 1/3 aller Durchgänge mit zwei Reaktionsalternativen flexibel auf eine zuvor nicht relevante Übereinstimmungsdimension gewechselt. Möglicherweise ist dieses Ungleichgewicht von Wechsel und Perseveration eine Art Kompromiss zwischen Stabilität/ exploitation und Flexibilität/ exploration. Es ist auch denkbar, dass diese gleichzeitig zu erfüllenden ‚Randbedingungen’ (constraints) kognitiver Kontrolle auch zu der unterschiedlichen Abschirmungsdynamik bei Perseveration und Wechsel führen, indem das System bei einem Wechsel anfälliger für Ablenkungen wird als bei einer Perseveration.

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.

It sometimes happens that we finish reading a passage of text just to realize that we have no idea what we just read. During these episodes of mindless reading our mind is elsewhere yet the eyes still move across the text. The phenomenon of mindless reading is common and seems to be widely recognized in lay psychology. However, the scientific investigation of mindless reading has long been underdeveloped. Recent progress in research on mindless reading has been based on self-report measures and on treating it as an all-or-none phenomenon (dichotomy-hypothesis). Here, we introduce the levels-of-inattention hypothesis proposing that mindless reading is graded and occurs at different levels of cognitive processing. Moreover, we introduce two new behavioral paradigms to study mindless reading at different levels in the eye-tracking laboratory. First (Chapter 2), we introduce shuffled text reading as a paradigm to approximate states of weak mindless reading experimentally and compare it to reading of normal text. Results from statistical analyses of eye movements that subjects perform in this task qualitatively support the ‘mindless’ hypothesis that cognitive influences on eye movements are reduced and the ‘foveal load’ hypothesis that the response of the zoom lens of attention to local text difficulty is enhanced when reading shuffled text. We introduce and validate an advanced version of the SWIFT model (SWIFT 3) incorporating the zoom lens of attention (Chapter 3) and use it to explain eye movements during shuffled text reading. Simulations of the SWIFT 3 model provide fully quantitative support for the ‘mindless’ and the ‘foveal load’ hypothesis. They moreover demonstrate that the zoom lens is an important concept to explain eye movements across reading and mindless reading tasks. Second (Chapter 4), we introduce the sustained attention to stimulus task (SAST) to catch episodes when external attention spontaneously lapses (i.e., attentional decoupling or mind wandering) via the overlooking of errors in the text and via signal detection analyses of error detection. Analyses of eye movements in the SAST revealed reduced influences from cognitive text processing during mindless reading. Based on these findings, we demonstrate that it is possible to predict states of mindless reading from eye movement recordings online. That cognition is not always needed to move the eyes supports autonomous mechanisms for saccade initiation. Results from analyses of error detection and eye movements provide support to our levels-of-inattention hypothesis that errors at different levels of the text assess different levels of decoupling. Analyses of pupil size in the SAST (Chapter 5) provide further support to the levels of inattention hypothesis and to the decoupling hypothesis that off-line thought is a distinct mode of cognitive functioning that demands cognitive resources and is associated with deep levels of decoupling. The present work demonstrates that the elusive phenomenon of mindless reading can be vigorously investigated in the cognitive laboratory and further incorporated in the theoretical framework of cognitive science. / Beim Lesen passiert es manchmal dass wir zum Ende einer Textpassage gelangen und dabei plötzlich bemerken dass wir keinerlei Erinnerung daran haben was wir soeben gelesen haben. In solchen Momenten von gedankenverlorenem Lesen ist unser Geist abwesend, aber die Augen bewegen sich dennoch über den Text. Das Phänomen des gedankenverlorenen Lesens ist weit verbreitet und scheint in der Laienpsychologie allgemein anerkannt zu sein. Die wissenschaftliche Untersuchung von gedankenverlorenem Lesen war jedoch lange Zeit unzureichend entwickelt. Neuerer Forschungsfortschritt basierte darauf gedankenverlorenes Lesen durch Selbstberichte zu untersuchen und als ein Phänomen zu behandeln das entweder ganz oder gar nicht auftritt (Dichotomie-Hypothese). Hier stellen wir die ‚Stufen der Unaufmerksamkeit’-Hypothese auf, dass gedankenverlorenes Lesen ein graduelles Phänomen ist, das auf verschiedenen kognitiven Verarbeitungsstufen entsteht. Wir stellen zudem zwei neue Verhaltensparadigmen vor um verschiedene Stufen von gedankenverlorenem Lesen im Augenbewegungslabor zu untersuchen. Als erstes (in Kapitel 2) stellen wir das Lesen von verwürfeltem Text vor als ein Paradigma um Zustände von schwach gedankenverlorenem Lesen experimentell anzunähern, und vergleichen es mit dem Lesen von normalem Text. Die Ergebnisse von statistischen Augenbewegungsanalysen unterstützen qualitativ die ‚Unaufmerksamkeits’-Hypothese, dass kognitive Einflüsse auf Augenbewegungen beim Lesen von verwürfeltem Text reduziert ist, und die ‚Foveale Beanspruchungs’-Hypothese, dass die Reaktion der zoom lens visueller Aufmerksamkeit auf lokale Textschwierigkeit beim Lesen von verwürfeltem Text verstärkt ist. Wir stellen eine weiterentwickelte Version des SWIFT Modells (SWIFT 3) vor, welches die zoom lens der Aufmerksamkeit implementiert, und validieren dieses Modell am Lesen von verwürfeltem und normalem Text (Kapitel 3). Simulationen des SWIFT 3 Modells unterstützen die ‚Unaufmerksamkeits’ und die ‚Foveal Beanspruchungs’-Hypothese in einem vollständig quantitativen Modell. Zudem zeigen sie, dass die zoom lens der Aufmerksamkeit ein wichtiges Konzept ist um Augenbewegungen in Aufgaben zum Lesen und gedankenverlorenen Lesen zu erklären. Als zweites (Kapitel 4) stellen wir den sustained attention to stimulus task (SAST) vor um Episoden von spontaner externer Unaufmerksamkeit (also Entkopplung der Aufmerksamkeit oder Abschweifen der Gedanken) in einem Paradigma über Verhaltensparameter wie das Übersehen von Fehlern im Text und Signal-Detektions-Analysen von Fehlerentdeckung zu messen. Augenbewegungsanalysen im SAST decken abgeschwächte Einflüsse von kognitiver Textverarbeitung während gedankenverlorenem Lesen auf. Basierend auf diesen Befunden zeigen wir, dass es möglich ist Zustände von gedankenverlorenem Lesen online, also während dem Lesen, aus Augenbewegungen vorherzusagen bzw. abzulesen. Dass höhere Kognition nicht immer notwendig ist um die Augen zu bewegen unterstützt zudem autonome Mechanismen der Sakkadeninitiierung. Ergebnisse aus Analysen von Fehlerdetektion und Augenbewegungen unterstützen unsere ‚Stufen der Unaufmerksamkeit’-Hypothese, dass Fehler auf verschiedenen Textebenen verschiedene Stufen von Entkopplung messen. Analysen der Pupillengröße im SAST (Kapitel 5) bieten weitere Unterstützung für die ‚Stufen der Unaufmerksamkeit’-Hypothese, sowie für die Entkopplungs-Hypothese, dass abschweifende Gedanken eine abgegrenzte kognitiver Funktionsweise darstellen, welche kognitive Ressourcen benötigt und mit tiefen Stufen von Unaufmerksamkeit zusammenhängt. Die aktuelle Arbeit zeigt, dass das flüchtige Phänomen des gedankenverlorenen Lesens im kognitiven Labor mit strengen Methoden untersucht und weitergehend in den theoretischen Rahmen der Kognitionswissenschaft eingefügt werden kann.

Reading is a complex cognitive task based on the analyses of visual stimuli. Due to the physiology of the eye, only a small number of letters around the fixation position can be extracted with high visual acuity, while the visibility of words and letters outside this so-called foveal region quickly drops with increasing eccentricity. As a consequence, saccadic eye movements are needed to repeatedly shift the fovea to new words for visual word identification during reading. Moreover, even within a foveated word fixation positions near the word center are superior to other fixation positions for efficient word recognition (O’Regan, 1981; Brysbaert, Vitu, and Schroyens, 1996). Thus, most reading theories assume that readers aim specifically at word centers during reading (for a review see Reichle, Rayner, & Pollatsek, 2003). However, saccades’ landing positions within words during reading are in fact systematically modulated by the distance of the launch site from the word center (McConkie, Kerr, Reddix, & Zola, 1988). In general, it is largely unknown how readers identify the center of upcoming target words and there is no computational model of the sensorimotor translation of the decision for a target word into spatial word center coordinates. Here we present a series of three studies which aim at advancing the current knowledge about the computation of saccade target coordinates during saccade planning in reading. Based on a large corpus analyses, we firstly identified word skipping as a further factor beyond the launch-site distance with a likewise systematic and surprisingly large effect on within-word landing positions. Most importantly, we found that the end points of saccades after skipped word are shifted two and more letters to the left as compared to one-step saccades (i.e., from word N to word N+1) with equal launch-site distances. Then we present evidence from a single saccade experiment suggesting that the word-skipping effect results from highly automatic low-level perceptual processes, which are essentially based on the localization of blank spaces between words. Finally, in the third part, we present a Bayesian model of the computation of the word center from primary sensory measurements of inter-word spaces. We demonstrate that the model simultaneously accounts for launch-site and saccade-type contingent modulations of within-word landing positions in reading. Our results show that the spatial saccade target during reading is the result of complex estimations of the word center based on incomplete sensory information, which also leads to specific systematic deviations of saccades’ landing positions from the word center. Our results have important implications for current reading models and experimental reading research. / Lesen ist eine komplexe kognitive Aufgabe, die auf der Analyse visueller Reize beruht. Aufgrund der Physiologie des Auges kann jedoch nur eine kleine Anzahl von Buchstaben um den Fixationsort mit hoher visueller Genauigkeit wahrgenommen werden, während die Sichtbarkeit der Buchstaben und Wörter außerhalb der sogenannten fovealen Zone mit zunehmender Entfernung stark abnimmt. Während des Lesens sind deshalb sakkadische Augenbewegungen erforderlich, um die Fovea zur visuellen Identifikation neuer Wörter wiederholt innerhalb des Textes zu verschieben. Auch innerhalb eines direkt betrachteten Wortes erlauben mittige Fixationsorte eine effizientere Wortverarbeitung als randnahe Blickpositionen (O’Regan, 1981; Brysbaert, Vitu, and Schroyens, 1996). Die meisten Lesemodelle nehmen deshalb an, dass Leser auf die Mitte von Worten zielen (für eine Übersicht siehe Reichle, Rayner, & Pollatsek, 2003). Es zeigt sich aber, dass Landepositionen innerhalb von Wörtern im Lesen von der Distanz der Startposition einer Sakkade zur Mitte des Zielwortes moduliert werden (McConkie, Kerr, Reddix, & Zola, 1988). Noch ist weitgehend unklar, wie Leser die Mitte eines Zielwortes identifizieren. Es fehlt an computationalen Modellen die die sensumotorische Umwandlung der Auswahl eines Zielwortes in eine räumliche Koordinate der Wortmitte beschreiben. Wir präsentieren hier eine Reihe von drei Studien, die darauf abzielen, das Wissen über die Berechnung von Sakkadenzielkoordinaten im Lesen zu erweitern. In einer umfangreichen Korpusanalyse identifizerten wir zunächst das Überspringen von Wörtern als weiteren wichtigen Faktor bei der Sakkadenprogrammierung, der einen ähnlich systematischen und großen Effekt auf die Landepositionen hat wie die Startpositionen der Sakkaden. Anschließend zeigen wir Ergebnisse eines einfachen Sakkadenexperiments, welche nahelegen, dass der Effekt übersprungener Wörter das Ergebnis hoch automatisierter perzeptueller Prozesse ist, die wesentlich auf der Bestimmung von Leerzeichen zwischen Wörtern basieren. Schließlich präsentieren wir ein Bayesianisches Modell der Berechnung von Wortmitten auf der Grundlage der primären sensorischen Erfassungen von Leerzeichen zwischen Wörtern. Wir zeigen, dass das Modell gleichzeitig Effekte der Startposition und des Sakkadentyps erklärt. Unsere Arbeiten zeigen, dass die Berechnung räumlicher Koordinaten für die Sakkadenprogrammierung im Lesen auf einer komplexen Schätzung der Wortmitte anhand unvollständiger sensorischer Informationen beruht, die zu systematischen Abweichungen von der tatsächlichen Wortmitte führt. Unsere Ergebnisse haben wichtige Folgen für gegenwärtige Lesemodelle und für die experimentelle Leseforschung.