Die Stimme ist reich an grundlegenden Kommunikationselementen: Sie transportiert Sprache, sowie auch paralinguistische Informationen, wie den emotionale Zustand und die Identität des Sprechers. Im Vergleich zur Sprach- und Emotionsverarbeitung ist die Stimmerkennung bei weitem weniger gut erforscht. Dies ist erstaunlich, angesichts der allgegenwärtigen Relevanz der stimmbasierten Personenerkennung. Ein Ansatz neue Erkenntnisse zur Stimmerkennung zu erlangen, ist die Untersuchung von Personen, die ein selektives Defizit in der Stimmerkennung aufweisen. Dieses Defizit wird Phonagnosie bezeichnet. In der vorliegenden Dissertation untersuche ich Personen, bei denen Phonagnosie nach einer Hirnschädigung aufgetreten ist (i.e. erworbene Phonagnosie) und Personen, bei denen Phonagnosie entwicklungsbedingt und nicht durch eine offensichtliche Hirnschädigung bedingt ist (i.e. entwicklungsbedingte Phonagnosie). Die zugrunde liegenden kognitiven, neuro-funktionalen und neuro-anatomischen Mechanismen der Phonagnosie habe ich detailliert mit Hilfe von umfangreichen Verhaltensuntersuchungen sowie funktionaler und struktureller Magnetresonanztomographie charakterisiert. Die Ergebnisse der Dissertation bereichern das derzeitige Stimmerkennungsmodel durch: (i) Neue Erkenntnisse darüber welche Gehirnregionen notwendig sind, um eine Stimme zu erkennen. (ii) Und durch die empirische Bekräftigung der Annahme, dass Stimmerkennung ein mehrstufiger kognitiver Prozess ist, der verschiedene Subformen der Phonagnosie bedingt. Darüber hinaus tragen neue wissenschaftliche Erkenntnisse zur Stimmerkennung maßgeblich dazu bei, praktische Anwendungsbereiche wie klinische Therapieprogramme und künstliche Stimmerkennungprogramme weiterzuentwickeln. / The voice contains elementary social communication cues: it conveys speech, as well as paralinguistic information pertaining to the emotional state or the identity of the speaker. In contrast to neuroscientific research on vocal-speech and vocal-emotion processing, voice-identity processing has been less explored. This seems surprising, given the day-to-day significance of person recognition by voice. A valuable approach to unravel how voice-identity processing is accomplished is to investigate people who have a selective deficit in voice recognition. Such a deficit has been termed phonagnosia. In the present dissertation, I investigate phonagnosia following brain damage (i.e. acquired phonagnosia), as well as phonagnosia cases without apparent brain lesion (i.e. developmental phonagnosia). I in-depth characterise the underlying cognitive, neural-functional, and neuro-anatomical mechanisms of phonagnosia by means of comprehensive behavioural testing as well as functional and structural magnetic resonance imaging. The findings of this dissertation inform the current model of voice-identity processing by (i) delivering novel evidence of brain regions that crucially contribute to voice-identity processing, and by (ii) emphasising the multistage nature of voice-identity processing. We showed that dysfunction at different cognitive stages results in behaviourally distinct phonagnosia sub-types. Generally, advanced scientific knowledge about voice-identity processing as provided in the current dissertation also propels practical applications such as clinical treatment programs and artificial voice-recognition systems.

Erfolgreiches willkürliches Verhalten beruht auf der Selektion verhaltensrelevanter perzeptueller Informationen durch Aufmerksamkeit und deren kurzzeitiger Speicherung im Arbeitsgedächtnis. Bisherige Untersuchungen legen eine sowohl anatomische als auch funktionelle Interaktion beider kognitiver Funktionen nahe, insbesondere eine selektive Fazilitierung visueller Verarbeitung durch Arbeitsgedächtnisrepräsentationen. In der hier vorliegenden Arbeit wurde ein Gedächtnissakkadenparadigma (Gedächtnisphase von 6 Sekunden) mit einer visuellen Diskriminationsaufgabe kombiniert, die 1500, 2500 oder 3500 ms nach Präsentation des Gedächtnisstimulus durchzuführen war. Im Gegensatz zu den Erwartungen wurde eine transiente Verlängerung der Reaktionszeiten auf Diskriminationsstimuli beobachtet, die an aktuell erinnerten räumlichen Positionen präsentiert worden waren. In einem Kontrollexperiment ohne mnestische Anforderungen trat dieser Effekt hingegen nicht auf. Darüber hinaus hing die verzögerte Diskrimination von der Präzision der Gedächtnissakkaden und somit von der Güte der Arbeitsgedächtnisrepräsentation ab. Die räumliche Verteilung der Inhibition zeigte eine sog. „Center-Surround“-Organisation, wie sie für lokale neuronale Netzwerke im visuellen und präfrontalen Kortex bekannt ist. Es wird ein aktiver inhibitorischer Mechanismus postuliert, der den durch räumliches Arbeitsgedächtnis induzierten fazilitierenden Effekten entgegenwirkt und somit eine flexible Orientierung zu neuen Informationen während der Repräsentation von behavioral relevanten Informationen im räumlichen Arbeitsgedächtnis ermöglicht. Ein neurophysiologisches Korrelat für diesen Mechanismus könnte inhibitorische Gedächtnisphasenaktivität im präfrontalen Kortex darstellen, die über direkte präfrontotektale Projektionen vermittelt wird. / Voluntary behavior critically depends on attentional selection and short-term maintenance of perceptual information. Recent research suggests a tight coupling of both cognitive functions with visual processing being selectively enhanced by working memory representations. Here, a memoryguided saccade paradigm (6-s delay) was combined with a visual discrimination task, performed either 1,500, 2,500, or 3,500 ms after presentation of the memory cue. Contrary to what can be expected from previous studies, the results show that memory of spatial cues can transiently delay speeded discrimination of stimuli presented at remembered locations. This effect was not observed in a control experiment without memory requirements. Furthermore, delayed discrimination was dependent on the strength of actual memory representations as reflected by accuracy of memory-guided saccades. The spatial distribution of the observed discrimination inhibition showed a center-surround-organization reminiscent of activation patterns of local neuronal networks in prefrontal and visual cortex. An active inhibitory mechanism is proposed that counteracts facilitating effects of spatial working memory, promoting flexible orienting to novel information during maintenance of spatial memoranda for intended actions. Inhibitory delay-period activity in prefrontal cortex is a likely source for this mechanism which may be mediated by prefronto-tectal projections.

Gesichterkognition ist eine wichtige Fähigkeit für soziale Interaktionen. Obwohl große interindividuelle Unterschiede in der Gesichterkognition festgestellt wurden, gibt es bisher wenige Bestrebungen, diese Fertigkeit zu trainieren. In den vorliegenden Studien habe ich Trainingsverfahren für das Gesichtergedächtnis und die Geschwindigkeit der Gesichterkognition entwickelt und untersucht, welche auf dem Modell von Wilhelm et al. (2010) beruhen. In Studie 1 wurden Trainingseffekte bei gesunden Probanden mittleren Alters behavioral untersucht. Das Training des Gesichtergedächtnisses zeigte einen Trend zur Leistungsverbesserung in der trainierten Aufgabe. Das Training der Geschwindigkeit der Gesichterkognition verkürzte signifikant die Reaktionszeiten in allen Geschwindigkeitsaufgaben der Gesichterkognition, der Objektkognition sowie der mentalen Geschwindigkeit. Daher wird angenommen, dass das Geschwindigkeitstraining eine allgemeine Fähigkeit, komplexe visuelle Stimuli zu verarbeiten, beeinflusst hat. In Studie 2 wurden nach einem Re-Training die psychophysiologischen Grundlagen der trainingsbedingten Veränderungen untersucht. Das Geschwindigkeitstraining verkürzte zwar die Reaktionszeiten im Verlauf des Re-Trainings, jedoch unterschieden sich die beiden Trainingsgruppen nicht im folgenden Posttest. Die Auswertung der ereigniskorrelierten Potentiale wies auf eine Reduktion der strukturellen Repräsentationen aus dem Langzeitgedächtnis zur Erkennung von Individuen (N250r) durch das Geschwindigkeitstraining und auf eine Verstärkung der semantischen Verarbeitung von bekannten Gesichtern (N400) durch das Gedächtnistraining hin. Die vorliegende Arbeit zeigt die Plastizität der Verarbeitungsgeschwindigkeit für komplexe visuelle Stimuli auf. / Face cognition is a crucial skill for social interaction. Large individual differences in face cognition have been shown for healthy adults, suggesting that there might be a need for improvement, yet training of this ability has seldom been attempted. In the present studies, I developed and tested training procedures for face memory and for speed of face cognition, based on the model developed by Wilhelm et al. (2010). In Study 1, training effects were studied with healthy middle-aged participants at the behavioural level. Both training procedures enhanced performance over the course of the training. For facial speed, this improvement was significant as were the faster reaction times on all tasks for facial speed, for object speed, and for general processing speed. Thus, training of facial speed influenced a more general ability to process complex visual stimuli more quickly. Study 2 was conducted to investigate the psychophysiological underpinnings of training effects after a re-training. The facial speed training enhanced performance over the course of the re-training. In the post-test conducted directly after the re-training, the two groups did not differ in reaction times. Results within event-related components suggested that the facial speed training reduced the contributions of structural representations from long-term memory to identity recognition (N250r) and that face memory training enhanced the semantic processing of familiar faces (N400). This dissertation demonstrates the plasticity of the speed of processing complex visual stimuli. The versatility of the results and the limitations of the studies are discussed along with suggestions for future research.

Wie Menschen von anderen lernen und wann es adaptiv-rational ist sich auf soziales Lernen zu verlassen sind wichtige Fragen in vielen Disziplinen einschließlich der Psychologie, der Biologie, der Anthropologie und den Wirtschaftswissenschaften. Trotz der geteilten Interessen dieser Disziplinen sind viele der vorhandenen Resultate voneinander isoliert und oft nicht vergleichbar, teilweise weil es der Forschung zum sozialen Lernen immer noch eines theoretischen Rahmens fehlt, welcher die gewonnen Erkenntnisse vergleichbar machen würde sowie erklären würde warum unterschiedliche Strategien in Abhängigkeit vom sozialen Kontext erfolgreich sind oder nicht. In meiner Arbeit schlage ich einen solchen theoretischen Rahmen vor, welcher sich auf der Forschung zur ökologischen Rationalität gründet. Ich benutze den theoretischen Rahmen der ökologischen Rationalität sozialen Lernens, um drei Fragen zu beantworten: i) Wie können soziale Lernstrategien als kognitiv plausible Strategien modelliert werden, die auf drei einfachen Building Blocks beruhen (Such-, Stopp- und Entscheidungsregeln), ii) was sind die wichtigsten Faktoren von sozialen Umwelten und Problemumwelten, in denen soziales Lernen stattfindet und iii) wie interagieren soziale Lernstrategien, die auf unterschiedlichen Building Blocks beruhen, mit der Struktur von Umwelten, um unterschiedliche Erfolgsniveaus zu erreichen. Indem ich diese drei Fragen adressiere, erarbeite ich die Bedingungen unter denen unterschiedlichen Strategien adaptiv-rational sind und erkläre wie unterschiedlichen Strategien in bestimmten Umwelten erfolgreich sind. Jedes der Kapitel behandelt eine wichtige alltägliche soziale Lernsituation, identifiziert die Schlüsselcharakteristiken der Situation und demonstriert wie die Building Blocks des sozialen Lernens mit diesen Umweltstrukturen interagieren, um unterschiedliche Erfolgsniveaus zu erreichen. / How people learn from others and when it is adaptive to rely on social learning have been major questions in several disciplines including psychology, biology, anthropology and economics. Despite the shared interest of these diverse fields, many of the results remain isolated and are often incomparable, in part because the study of social learning still lacks a general theoretical framework that would make results comparable or explain why different strategies perform well in different contexts. In this thesis I propose such a framework that is grounded in the study of ecological rationality. I use this frame- work to explore three primary questions: i) how can social learning strategies be modeled as cognitively plausible strategies composed of simple building blocks (search, stopping and decision rules), ii) what are key characteristics of social and task environments in which social learning takes place, and iii) how do social learning strategies composed of different building blocks interact with the structure of the environment to produce different levels of success. Through addressing these three questions I map out the conditions under which different strategies are adaptive and explain how the building blocks of different strategies contribute to their performance in certain environments. The thesis focuses on three representative classes of social learning strategies, namely, frequency-dependent, payoff-biased, and unbiased copying. Different chapters focus on important everyday social learning settings, identify key environmental characteristics defining the setting and demonstrate how the building blocks of social learning strategies interact with these environmental structures to produce different outcomes.

Moralisches und unmoralisches Verhalten kann mit starken Emotionen verbunden sein. Beispielsweise kann das Beobachten einer Ungerechtigkeit echte Empörung auslösen (d. h. third-party anger). Außergewöhnliche Hilfsbereitschaft dagegen kann zu Gefühlen des Bewegtseins und der Überwältigung führen (d. h. being moved). Am Beispiel dieser Emotionen beleuchtet die vorliegende Dissertation wie Moral und Emotionen zusammenhängen. Dafür wurde die Rolle von Konsequenzen und Normen für emotionale Reaktionen und damit verbundene Verhaltensweisen anhand von sechs empirischen Studien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Gefühle des Bewegtseins das positive Pendent zu Ärger darstellen. Während Ärger durch Normverletzungen ausgelöst wird (z. B. Ungerechtigkeit oder Respektlosigkeit), werden Gefühle des Bewegtseins durch das Beobachten positiver Normabweichungen ausgelöst (z. B. ungewöhnliche Hilfsbereitschaft oder außergewöhnliche Leistung). Diese emotionalen Episoden scheinen wesentlich für ein soziales Zusammenleben zu sein, da sie mit Bestrafungsentscheidungen, politischen Wahlentscheidungen und ehrenamtlicher Arbeit verbunden waren. Wie diese Emotionen ausgelöst werden konnte wesentlich besser erklärt werden, wenn bestehende Methoden zur Erfassung von Appraisals (d. h. subjektiven Bewertungen) erweitert wurden. Zusammengenommen zeigen diese Befunde auf, wie Appraisaltheorien auf moralische Emotionen angewendet werden können und tragen dazu bei, Verbindungen zwischen moralischen Grundsätzen und Emotionen zu identifizieren. Sie weisen außerdem auf praktische Implikationen hin, wie der Auslösung von Ärger durch Medien und der Rolle von Gefühlen des Bewegtseins in Überzeugungsprozessen. / Moral and immoral behavior can elicit strong emotions. For instance, people can get outraged when they witness unfair behavior (i.e., they experience third-party anger) and they can be intensely moved and overwhelmed by exceptional helpfulness (i.e., they experience feelings of being moved). Using these feelings of third-party anger and being moved as examples, this dissertation set out to clarify how morality and emotions are related. Specifically, the role of outcomes and norms for emotional reactions and behavioral consequences were investigated within six empirical studies. Results indicate that third-party anger and feelings of being moved are counterparts: whereas witnessing behavior that violates norms (e.g., unfairness or disrespect) elicits anger, witnessing behavior that surpasses norms (e.g., exceptional helpfulness or outstanding achievement) elicits feelings of being moved. These emotional episodes seem to be highly relevant for social life as they were associated with punishment decisions, voting intentions and voluntary work. Explaining the elicitation of these emotions was improved when expanding established appraisal assessment methods. Taken together, these findings provide a framework for applying appraisal research to moral emotions and contribute to identifying links between moral principles and emotions. In addition, they point to practical implications concerning anger-induction through the media and the role of being moved in persuasion processes.

Emotionale Gesichtsausdrücke sind hochrelevante Reize für den Menschen. Es wurde daher angenommen, dass sie von evolutionär bedingten Mechanismen automatisch verarbeitet werden. Bis zu welchem Maße diese Verarbeitung tatsächlich automatisch verläuft ist noch immer kontrovers. Die vorliegende Arbeit schließt an diese Debatte an, indem sie eine spontane Tendenz aufzeigt vor allem bedrohlichen Gesichtsaudrücken vermehrt Verarbeitungsressourcen zuzuweisen, auch dann, wenn sie nur oberflächlich enkodiert werden und Emotionalität irrelevant für die gegebene Aufgabe ist (Studie 1 und 2). Diese Tendenz wurde bezüglich zweier Schlüsselkriterien von Automatizität untersucht, nämlich dem Intentionalitäts- (Studie 3) und dem Auslastungskriterium (Studie 4 und 5); diese nehmen an, dass automatische Verarbeitung unabhängig von der gegebenen Intention des Individuums, beziehungsweise konkurrierender Aufgabenanforderungen verläuft. Anhand ereigniskorrelierter Potenziale (EKPs) konnte gezeigt werden, dass verstärkte perzeptuelle Enkodierung emotionaler Gesichtsausdrücke weitgehend unabhängig von Intention auftrat, wohingegen verstärkte höhere kognitive Verarbeitung davon abhing, ob Reize vertieft verarbeitet wurden (Studie 3). Wurde die Kontrolle über die Gesichtsverarbeitung durch eine konkurrierende Aufgabe beeinträchtigt, während Emotionalität relevant war, so verstärkte dies emotionale Effekte auf der perzeptuellen und frühen, höheren kognitiven Ebene (Studie 4). Ähnliches konnte auch für die perzeptuelle Verarbeitung attraktiver Gesichter beobachtet werden (Studie 5). Hingegen war bei verminderter Kontrolle die verstärkte Enkodierung bedrohlicher Ausdrücke in späten kognitiven Verarbeitungsstufen unterdrückt. Die vorliegenden Befunde sprechen gegen eine Automatisierung affektiver Gesichtsverarbeitung und legen stattdessen nahe, dass biologisch vorbereitete Verarbeitungstendenzen durch aufgabenorientierte Kontrollmechanismen und ihr Zusammenspiel mit Intention moduliert werden. / Emotional facial expressions are highly relevant stimuli in humans. It has thus been suggested that they are processed automatically by evolutionarily in-built mechanisms. However, to which extent such processing in fact arises automatically is still controversial. The current work feeds into this debate by showing a tendency to spontaneously allocate increased processing capacity to emotional, especially threat-related expressions, even when processed merely superficially and emotionality is irrelevant to the task at hand (Study 1 and 2). This bias was further tested with regard to key criteria of automaticity; that is the intentionality (Study 3) and the load-insensitivity criterion (Study 4 and 5) assuming automatic processing to arise irrespective of intention of the individual, and concurrent task demands, respectively. Event-related brain potentials (ERPs) revealed enhanced perceptual encoding of threat-related expressions to remain largely unaffected by intention. In contrast, at the higher cognitive level, enhanced encoding depended on whether stimuli were voluntarily processed more deeply (Study 3). However, when control over face processing was impaired by a concurrent task, while emotionality was deemed relevant, emotion effects were enhanced at both, the perceptual and early higher cognitive level (Study 4). Similar was observed for perceptual encoding of attractive faces (Study 5). In contrast, during late higher cognitive stages of in-depth face processing, enhanced encoding of threat was eliminated when control was reduced (Study 4). The present results speak against full automaticity in affective face processing but suggest that biologically prepared processing biases are modulated by task-oriented control mechanisms and their interplay with intention.

Gegenstand dieser Dissertation war die Frage, wie Menschenaffen physische Beziehungen zwischen Objekten verstehen. In der ersten Studie (STUDIE I) wurden drei Menschenaffenarten und Kinder mit einem Problem konfrontiert, dessen Lösung die Verwendung eines flüssigen Werkzeugs (Wasser) erforderte. Schimpansen und Kinder entdeckten einsichtsvoll eine Lösung, um an eine Belohnung (Erdnuss) zu gelangen, die sich außerhalb ihrer Reichweite befand. Verschiedene Kontrollbedingungen untermauerten die Zielgerichtetheit des Verhaltens der erfolgreichen Schimpansen. Die getesteten Gorillas und die Orang-Utans konnten die Aufgabe nicht lösen. Zwei weitere Studien widmeten sich der Frage, ob Schimpansen Gewicht als kausal relevantes Unterscheidungsmerkmal nutzen können. In STUDIE II war es Aufgabe der Schimpansen aus insgesamt fünf in Form und Größe identischen Flaschen diejenige zu finden, die als einzige Fruchtsaft enthielt, wobei diese sich entweder durch ihr Gewicht (kausales Merkmal) oder durch ihre Farbmarkierung (arbiträres Merkmal) von den anderen Flaschen unterschied. Es zeigte sich, dass die Testtiere schnell lernten, den kausal relevanten Hinweisreiz zu nutzen, dies ihnen jedoch anhand des arbiträren Hinweisreizes nicht gelang. In STUDIE III waren Schimpansen entweder Zeuge einer kausal informativen Ereignisabfolge (hervorgerufen durch die physische Wirkung des Futters) oder einer rein arbiträren (hervorgerufen durch ein Ereignis, dass in keinerlei kausalem Zusammenhang zum Futter stand). Auch hier waren die Tiere nur dann erfolgreich, wenn die Testsituation kausale Rückschlüsse ermöglichte. Zusammenfassend lassen sich die Daten dahingehend interpretieren, dass – ähnlich wie bei Menschen – die kausale Kognition bei Schimpansen nicht nur auf rein perzeptuellen Informationen, sondern zudem auf strukturellen Abstraktionen ihrer physischen Umgebung beruht. / This thesis focused on the topic of primates’ understanding of physical object–object relations. In the first study (STUDY I), three great ape species and human children were confronted with a problem that required the use of a liquid tool in order to access a reward (peanut). Without any training, some chimpanzees and human children found the solution in an insightful way. Several control conditions confirmed the goal directedness of chimpanzees’ behavior. None of the tested gorilla and orangutan subjects were successful. The next two studies addressed chimpanzees’ notion of weight as a causally relevant object property. In STUDY II, chimpanzees were required to detect a bottle containing juice from five opaque bottles of equal shape and size. The bottle of juice differed either by weight (causal property) or by color (arbitrary property) from the other bottles. It turned out that subjects readily inferred the bottle of juice from its causally relevant property but were not able to use the arbitrary cue during the course of the experiment. In STUDY III chimpanzees had to infer the location of a reward (banana) by passively watching an external procedure. Two kinds of event sequences were presented: a causally informative sequence (derived from the physical effect of the reward) and a completely arbitrary sequence (derived from an action unrelated to the reward). Again, chimpanzees performed more correctly when the situation allowed for causal judgments but failed to make useful inferences when the underlying logic was arbitrary. Taking together all of the current data, I suggest that—similar to in humans—chimpanzees’ causal cognition is based not only on perceptual information but also on structural abstraction about their physical environment.

“Wer nicht wagt, der nicht gewinnt!” —hohe Gewinne sind oft unwahrscheinlich. Theorien der “Adaptiven Kognition” sagen voraus, dass ein solcher statistischer Zusammenhang aus der Welt kognitive Prozesse systematisch beeinflussen kann (u.A. Anderson, 1991; Brunswik, 1944; Gibson, 1979). Im 1. Kapitel gebe ich einen breit gefächerten Überblick warum dies der Fall sein kann. Im 2. Kapitel zeige ich experimentell, dass eine Korrelation zwischen Gewinnhöhe und Gewinnwahrscheinlichkeit Entscheidungen unter Unsicherheit (keine Gewinnwahrschenlichkeit gegeben) beeinflusst. Versuchspersonen schätzten die Gewinnwahrscheinlichkeit gemäß der Gewinnhöhe ein. Im 3. Kapitel zeige ich experimentell, dass Versuchspersonen durch die Korrelation zwischen Gewinnhöhe und Gewinnwahrscheinlichkeit Erwartungen aufbauten: War eine Option “überraschend”, z.B. da sie einen hohen Gewinn mit einer hohen Wahrscheinlichkeit verspricht, wurde eine solch überraschend gute Optionen länger evaluiert. Im 4. Kapitel beschäftige ich mich mit Entscheidungen unter Risiko. Mithilfe eines kognitiven Modells zeige ich, dass eine Struktur, in der hohe Gewinne sich als unwahrscheinlich erweisen, zu einer schnelleren, einfacheren Entscheidungsstrategie führen, als eine unkorrelierte Struktur. Im 5. Kapitel zeige ich, wie das von vielen Menschen angenommene “No free Lunch” Prinzip sich auf die Beurteilung von Risiken im Bereich klinischer Studien auswirkt: Hohe Vergütungen für klinische Studien können dazu führen, dass die Studie als riskanter und schlussendlich unethischer wahrgenommen wird. Zusammengefasst ergänzt die Arbeit ergänzt vorherige Forschung, indem sie zeigt, dass Gewinne und Wahrscheinlichkeiten nicht nur in der Welt systematisch miteinander verbunden sind, sondern auch in der menschlichen Kognition. Dies wirft ein neues Licht auf eine alte Frage: Wer entscheidet wann “rational”, und warum? / The large rewards that people desire are typically unlikely. Theories of adaptive cognition predict that such a regularity can systematically affect how the mind operates (e.g. Anderson, 1991; Brunswik, 1944; Gibson, 1979). In this dissertation, I theoretically and empirically examined how the link between risks and rewards affects judgments and decisions. In Chapter 1, I provide a broad theoretical overview. In Chapter 2, I show how people exploit risk–reward structures in decisions under uncertainty; that is, decisions in which probabilities are unavailable to the decision maker or difficult to ascertain. In these situations, people can infer the probabilities of events directly from the payoffs when risks and rewards are found to be correlated. Chapter 3 shows that risk–reward shapes how people evaluate options in decisions under risk. Surprising options that did not fit surrounding risk–reward structures were linked to longer response times and an increase in pupil size, particularly when options were “surprisingly good”—i.e., when they offered a high payoff and a high probability. Chapter 4 addresses how risk–reward structures affect decisions under risk in general. A computational model showed that risk–reward structures do not change (subjective) preferences in choices. Instead, risk–reward structures affect how people accumulate evidence in risky choice. Specifically, inversely related risks and rewards promote satisficing whereas uncorrelated risks and rewards promote maximizing. In Chapter 5, I provide an example of how risk–reward structures affect decision making in the wild. Specifically, I show that some individuals use very high pay as a cue to infer the potential risks a clinical trial poses. Taken together, this work suggests that people’s risk–reward priors should not be blindly assumed away, and challenges assumptions on who is considered rational and why.

The optimisation of compressor stage aerofoil and fan blade design remains an important area of titanium alloy research and development for aerospace gas turbines. Such research has important implications for critical and sensitive component integrity and efficiency. In particular, a better understanding of how deformation twinning interacts with microstructural features in titanium alloys is required, because such twinning facilitates plastic deformation at a higher strain rate than dislocations. To investigate this behaviour, commercial purity titanium and the titanium alloy Ti–6Al–4V were subjected to ballistic impact testing at room temperature with a high strain rate of 10³s⁻¹. In addition, a detailed analysis was conducted of three manufacturing processes of Ti–6Al–4V (wt. %) that are likely to cause deformation twinning: metallic shot peening, laser shock peening and deep cold rolling. The results presented in this thesis have furthered the understanding of the role of deformation twinning in the plastic deformation of α-phase titanium. Key findings of the research include the characterisation of deformation twinning types and the conditions that favour certain deformation twinning types. From the analysis of the ballistic testing of commercial purity titanium, the first definitive evidence for the existence of {112‾4} twinning as a rare deformation twinning mode at room temperature in coarse-grained commercial purity titanium is presented. In addition, the ballistic testing results of the Ti–6Al–4V alloy highlighted very different deformation twinning characteristics. Commercial purity titanium deformed plastically by a combination of {101‾2} and {112‾1} tensilve twinning and {112‾4} and {112‾2} compression twinning modes. By contrast, the deformation twinning of Ti–6Al–4V was limited to only the {101‾2} and {112‾1} tensile twinning modes. The two tensile deformation twinning types have very different morphologies in equiaxed fine grained Ti–6Al–4V. {112‾1} deformation twins span multiple grain boundaries and {101‾2} deformation twins reorient entire grains to a twinned orientation. This observation provides evidence for whole grain twinning of equiaxed fine grained Ti–6Al–4V by {101‾2} twinning. Grain boundary interactions between various deformation twinning types and alpha phase grain boundaries in commercial purity titanium and Ti–6Al–4V are reported and analysed. In commercial purity titanium {101‾2} as well as other deformation twinning types were observed interacting across alpha phase boundaries and higher angle alpha phase grain boundaries. The analyses of the manufacturing processes of Ti–6Al–4V highlight the very different dislocation and deformation twinning structures in surfaces processed by these techniques. A notable feature of material processed by laser shock peening is the almost complete absence of deformation twinning, contrasting with the frequent observation of extensive deformation twinning observed in the material processed by metallic shot peening and deep cold rolling. Therefore, the findings suggest that there is a strain rate limit above which deformation twinning is suppressed. The implications of this research are that a better understanding of the conditions that that favour certain deformation twinning types or propagation behaviours will enable more accurate plasticity modelling and better alloy design. This is important for the design and the manufacturing of titanium components and the high strain rate deformation to which titanium components in aerospace gas turbines can be subjected because of bird strike, foreign object debris ingestion or fan blade failures.

Small quantities of amorphous content can have a profound influence on the properties of a material, however their instability means that quantifying amorphous content over time is important for proving the stability of a drug. Quantifying amorphous content in α-lactose monohydrate by solid state 13C CP MAS NMR, has been carried out by use of proton saturation recovery relaxation and differentiating between spectra by partial least squares (PLS), however these techniques have not proved sensitive on their own, this work investigates their sensitivity in combination. Crystalline α-lactose monohydrate and a rapidly quenched melt were combined to create a set of calibration mixes, whose spectra were recorded using proton saturation recovery relaxations ranging from 2 to 60 seconds. This technique showed a limit of detection of 0.17% (LOD = intercept + 3xSy/x), with a relaxation delay of 15 s and was able to recognise amorphous materials generated by spray and freeze drying. The atmospheric effects on the proton saturation recovery relaxation times of different amorphous lactose preparations were investigated. This found that an oxygen atmosphere reduced the relaxation times, of amorphous lactose that was prepared from a rapidly quenched melt. The loss of moisture from spray dried and freeze dried samples to less than 1% removed the significance of this effect. Lactose is an important excipient in pharmaceuticals and a key ingredient of confectionary, very little research has been carried out in to the quantification of the isomers of different preparations of amorphous lactose. This work quantifies the isomer content by Gas Chromatography with Flame Ionisation Detection (GC-FID) using a DB-17 15m 0.53mm 1.00 μm column and derivatisation with N- (trimethylsilyl)imidazole.