Diabetes mellitus ist mit die häufigste Volkskrankheit auf der Welt. 371 Millionen Menschen sind weltweit erkrankt und bis zum Jahr 2030 wird die Zahl auf ca. 552 Millionen ansteigen. Doch wie erleben PatientInnen ihre Welt mit Diabetes und wie bewältigen sie ihren Alltag? Mit Hilfe der systematischen Metaphernanalyse untersuchte ich qualitativ die subjektive Welt von Typ–1 DiabetikerInnen und vor allem ihre Sprache. Mit dieser Methode wollte ich Einblicke in das Denken und Handeln von Betroffenen gewinnen und Rückschlüsse zur Bewältigung ziehen.

The US National Assessment of Educational Progress (NAEP) measures cognitive competences in reading and mathematics of US students (last 2012 survey N = 50,000). The long-term development based on results from 1971 to 2012 allows a prediction of future cognitive trends. For predicting US averages also demographic trends have to be considered. The largest groups’ (White) average of 1978/80 was set at M = 100 and SD = 15 and was used as a benchmark. Based on two past NAEP development periods for 17-year-old students, 1978/80 to 2012 (more optimistic) and 1992 to 2012 (more pessimistic), and demographic projections from the US Census Bureau, cognitive trends until 2060 for the entire age cohort and ethnic groups were estimated. Estimated population averages for 2060 are 103 (optimistic) or 102 (pessimistic). The average rise per decade is dec = 0.76 or 0.45 IQ points. White-Black and White-Hispanic gaps are declining by half, Asian-White gaps treble. The catch-up of minorities (their faster ability growth) contributes around 2 IQ to the general rise of 3 IQ; however, their larger demographic increase reduces the general rise at about the similar amount (-1.4 IQ). Because minorities with faster ability growth also rise in their population proportion the interactive term is positive (around 1 IQ). Consequences for economic and societal development are discussed.

Following Snyderman and Rothman (1987, 1988), we surveyed expert opinions on the current state of intelligence research. This report examines expert opinions on causes of international differences in student assessment and psychometric IQ test results. Experts were surveyed about the importance of culture, genes, education (quantity and quality), wealth, health, geography, climate, politics, modernization, sampling error, test knowledge, discrimination, test bias, and migration. The importance of these factors was evaluated for diverse countries, regions, and groups including Finland, East Asia, sub-Saharan Africa, Southern Europe, the Arabian-Muslim world, Latin America, Israel, Jews in the West, Roma (gypsies), and Muslim immigrants. Education was rated by N = 71 experts as the most important cause of international ability differences. Genes were rated as the second most relevant factor but also had the highest variability in ratings. Culture, health, wealth, modernization, and politics were the next most important factors, whereas other factors such as geography, climate, test bias, and sampling error were less important. The paper concludes with a discussion of limitations of the survey (e.g., response rates and validity of expert opinions).

The US National Assessment of Educational Progress (NAEP) measures cognitive competences in reading and mathematics of US students (last 2012 survey N = 50,000). The long-term development based on results from 1971 to 2012 allows a prediction of future cognitive trends. For predicting US averages also demographic trends have to be considered. The largest groups’ (White) average of 1978/80 was set at M = 100 and SD = 15 and was used as a benchmark. Based on two past NAEP development periods for 17-year-old students, 1978/80 to 2012 (more optimistic) and 1992 to 2012 (more pessimistic), and demographic projections from the US Census Bureau, cognitive trends until 2060 for the entire age cohort and ethnic groups were estimated. Estimated population averages for 2060 are 103 (optimistic) or 102 (pessimistic). The average rise per decade is dec = 0.76 or 0.45 IQ points. White-Black and White-Hispanic gaps are declining by half, Asian-White gaps treble. The catch-up of minorities (their faster ability growth) contributes around 2 IQ to the general rise of 3 IQ; however, their larger demographic increase reduces the general rise at about the similar amount (-1.4 IQ). Because minorities with faster ability growth also rise in their population proportion the interactive term is positive (around 1 IQ). Consequences for economic and societal development are discussed.

Bei altersbedingt abnehmender kognitiver Funktion stellt das steigende Renteneintrittsalter Arbeitgeber und -nehmer vor wachsende Herausforderungen. Der Aufbau der kognitiven Reserve (CR) durch geistig stimulierende Aktivitäten verspricht eine Resilienz gegenüber neuropathologisch bedingten kognitiven Defiziten. In der vorliegenden Arbeit wird die Rolle der CR in Bezug auf die kognitive Leistungsfähigkeit und die neuronale Informationsverarbeitung gesunder Erwachsener im Berufsalter untersucht. Unter Ableitung des Elektroenzephalogramms bearbeiteten Probanden mittleren und hohen Erwerbsalters (34-45 J. und 46-62 J.) im 2-Jahres-Abstand Aufgaben zu drei Domänen exekutiver Funktionen: Arbeitsgedächtnis (AG), kognitive Flexibilität und Inhibitionskontrolle. Hoch-CR-Probanden wiesen aufgabenübergreifend schnellere Reaktionen und geringere Fehlerraten auf. Reduzierte Leistung ließ sich in der Gering-CR-Gruppe tendenziell bei älteren Probanden und in anspruchsvollen Aufgabenbedingungen beobachten. Nach 2 Jahren zeigten Gering-CR-Ältere eine numerisch abnehmende AG-Kapazität, während Hoch-CR-Ältere ihre hohe Leistung steigern konnten. Die P3-Amplitude variierte in Abhängigkeit von der CR und dem Alter. Hoch-CR-Jüngere wiesen im Vergleich zu Gering-CR-Jüngeren höhere P3-Amplituden auf, während Hoch-CR-Ältere im Gegensatz zu Gering-CR-Älteren kleinere P3-Amplituden generierten. Zudem legten kürzere P3-Latenzen in der Hoch-CR-Gruppe eine schnellere neuronale Verarbeitungsgeschwindigkeit nahe. In der Aufgabe zur kognitiven Flexibilität ließ sich bei Gering-CR-Probanden ein Anterior-Shift der P3 beobachten. Die Untersuchungsergebnisse konnten nach 2 Jahren repliziert werden. Alterungsrelevante Leistungsvariablen und neuronale Informationsverarbeitungsprozesse zeigten sich bereits im Berufsalter sensitiv gegenüber der CR. Das mittlere Erwachsenenalter sollte bei der Erarbeitung und Evaluation CR-basierter Maßnahmen zur Prävention kognitiver Defizite stärker berücksichtigt werden. / The increasing retirement date accompanied by an age-associated decline of cognitive functions poses growing challenges to employers and employees. The cognitive reserve (CR) promises a resilience to brain damage-associated cognitive deficits through intellectually stimulating lifestyle activities. The present study examines the role of CR relating to cognitive performance and neuronal information processing of healthy adults in working age. Using an electroencephalogram, subjects of middle and high working age (34-45 years and 46-62 years of age, respectively) completed tasks on three domains of executive functions: working memory, cognitive flexibility and inhibition control. Follow-up assessments were conducted after two years. High-CR subjects performed better across tasks than Low-CR subjects, with faster reaction times and lower error rates. Reduced performance in the Low-CR group tended to be more common among older participants and during the more challenging task conditions. In addition, after two years, Low-CR older workers showed a decreased working memory capacity while older High-CR individuals improved their higher performance. The P3 amplitude of the event-related brain potential varied systematically as a function of CR and age. High-CR younger individuals revealed higher P3 amplitudes compared to Low-CR younger individuals, while High-CR older individuals generated smaller P3 amplitudes than Low-CR older individuals. The shorter P3 peak-latencies of the High-CR group suggested moreover a difference in neural processing speed. When testing cognitive flexibility an anterior shift of the P3 was observed in older Low-CR subjects. The results were almost completely replicated after two years. Age-related performance variables and neuronal information processes revealed to be sensitive to CR already at working age. These findings recommend more research on early adulthood in the development and evaluation of CR-based programs to prevent cognitive deficits.

Diabetes mellitus ist mit die häufigste Volkskrankheit auf der Welt. 371 Millionen Menschen sind weltweit erkrankt und bis zum Jahr 2030 wird die Zahl auf ca. 552 Millionen ansteigen. Doch wie erleben PatientInnen ihre Welt mit Diabetes und wie bewältigen sie ihren Alltag? Mit Hilfe der systematischen Metaphernanalyse untersuchte ich qualitativ die subjektive Welt von Typ–1 DiabetikerInnen und vor allem ihre Sprache. Mit dieser Methode wollte ich Einblicke in das Denken und Handeln von Betroffenen gewinnen und Rückschlüsse zur Bewältigung ziehen.

Verkehrsschilder gelten als das gängigste Mittel zur Regulation des Straßenverkehrs und der Kommunikation zu den Straßennutzer*innen. Die Fähigkeit eines Fahrers bzw. einer Fahrerin, ein Verkehrsschild zu verstehen, ist deshalb essentiell für die Verkehrssicherheit. Zahlreiche Studien zeigen allerdings, dass mit einem durchschnittlichen Verständnis zwischen 50 und 70% der Verkehrsschilder z.T. große Verständnisschwierigkeiten bei den Fahrer*innen vorliegen. Die Verwendung von Piktogrammen stellt eine Möglichkeit dar, um vereinfachte, auf das Wesentliche reduzierte standardisierte Informationen zu übermitteln. In Folge der Zunahme des Verkehrsvolumens über die letzten Dekaden haben viele Länder solche symbolischen Schilder eingeführt, um internationale Reisen dort zu erleichtern, wo Sprachdifferenzen Barrieren darstellen könnten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich deshalb mit der Verbesserung von Beschilderungen im Straßenverkehr für in- und ausländische Fahrer*innen in Bezug auf Verständlichkeit, Korrektheit von Entscheidungen und Reaktionszeiten. Derzeit gibt es eine Fülle an Forschung zu Symbolen auf Warn- und Gebotsschildern, allerdings nicht auf Wegweisern. Ziel dieser Studie war es, einen Forschungsbeitrag zur Nutzung von Piktogrammen im Straßenverkehr und zur Verkehrssicherheit zu leisten. Dazu wurde in einem Reaktionszeitexperiment zum einen die gerichtete Hypothese untersucht, dass Piktogramme schneller und sicherer erkannt werden als verbale Zielangaben. Diese Hypothese konnte nicht bestätigt werden, stattdessen wurde ein gegenteiliger Effekt gefunden. Zum anderen wurde die gerichtete Hypothese untersucht, dass deutsche Muttersprachler*innen sowohl bei symbolischen als auch bei verbalen Zielangaben insgesamt schnellere Reaktionszeiten und mehr korrekte Antworten zeigen; dies konnte bestätigt werden. Unter Einbezug der Kovariaten Alter, Geschlecht und Fahrerfahrung zeigten sich besonders ein signifikanter Effekt des Alters und des Schildes, das die Versuchspersonen präsentiert bekamen; der zuvor noch gefundene Haupteffekt der Art der Zielangabe (symbolisch/ verbal) war dann nicht mehr signifikant. Mögliche Gründe werden abschließend diskutiert. / Road signs can be regarded as the most common means of traffic regulation and communication to road users. The driver’s ability to understand a road sign therefore is essential for traffic safety. However, a large body of research shows that – with a mean comprehension value that varies between 50 and 70% - drivers have difficulties in understanding the meaning of traffic signs. The use of pictorials represents one way of conveying simplified, standardized pieces of information. With the increase in traffic volumes over the last decades, a lot of countries have introduced such symbolic signs to facilitate international travelling where language differences constitute linguistic barriers. Currently, a variety of studies on symbolic warning and mandatory signs, but not on directory signs exists. The present study subsequently deals with the improvement of directory signs in road traffic for national and international drivers regarding comprehensibility, correctness of decisions and reaction times. The aim of this study is to contribute to existing research on the topic of use of pictorials in road traffic and on traffic safety. A reaction time experiment was developed and carried out with 101 participants aged 18 to 87. 63 of the test persons had acquired German as mother language; for 38 of the participants, German was not the native tongue. Each participant was presented with 32 German directory signs that had specially been developed for the experiment. Participants had to indicate the direction they would use to reach a certain predetermined target location that could either be represented verbally or as a symbol. Two hypotheses were tested: the first hypothesis stated that pictorials should be detected faster and more accurately than verbal targets. This could not be confirmed; instead, we found the opposite pattern. The second hypothesis assumed that German native speakers would show faster reaction times and a greater number of correct answers for symbolic as well as for verbal targets compared to non-native German speakers; this hypothesis could be confirmed. Including the covariates age, sex and driving experience, a very significant effect of age as well as of the specific sign that the subjects were presented with could be shown; the previously found main effect of target type (verbal/pictorial) was not significant, anymore. Finally, the present study discusses possible reasons and influencing factors for the observed effects like arrangement and number of targets on a sign as well as the word length of the used targets.

Sakkadische Blickbewegungen sind die häufigsten und schnellsten aller menschlichen Bewegungen und führen zur wiederholtem und rapiden Verschiebung von Objektprojektionen über die Retina. Entgegen der verbreiteten Annahme der Suppression untersucht diese Arbeit Ausmaß und Funktion intrasakkadischer visueller Wahrnehmung. Studie I beschreibt eine individuell gefertigte LED-Installation zur ausschließlich intrasakkadischen Präsentation von Text und Bildern, während Studie II einen Algorithmus zur Detektion von Sakkaden vorstellt, welcher blickkontingente Stimulusmanipulationen mithilfe eines DLP Projektionssystems mit einer Bildwiederholungsrate von 1440 Hz ermöglicht. Studien III und IV untersuchten ob visuelle Bewegungsspuren (sog. motion streaks), welche durch die schnelle Bewegung von Objekten über die Retina erzeugt werden, Korrespondenz zwischen Objekten über Sakkaden hinweg herstellen könnten. Diese Bewegungsspuren erlaubten Versuchsteilnehmern nicht nur einen präsakkadischen Stimulus aus zwei identischen postsakkadischen Stimuli zu identifizieren, während diese Fähigkeit von der Deutlichkeit der Bewegungsspur abhing, sondern auch Korrektursakkaden zu einem ursprünglichen präsakkadischen Stimulus zu erleichtern, falls dieser während der Sakkade versetzt wurde. Studie V untersuchte die subjektive Wahrnehmung und Lokalisierung von intrasakkadischen Bewegungsspuren, indem Teilnehmer gezeichnete Berichte angaben. Die Modellierung letzterer ergab, dass retinale Positionssignale mit einer zeitlich gedämpften mentalen Repräsentation von Augenposition kombiniert wurden, um eine Lokalisation in weltzentrierten Koordinaten zu ermöglichen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass intrasakkadische visuelle Signale einen Einfluss auf transsakkadische perzeptuelle und motorische Prozesse haben könnten. Letztlich werden die mögliche Funktionen intrasakkadischer Wahrnehmung, sowie Möglichkeiten für zukünftige wissenschaftliche Untersuchungen, diskutiert. / Rapid eye movements, so-called saccades, are the fastest and most frequent human movements and cause projections of objects in the world to constantly shift across the retina at high velocities, thereby producing large amounts of motion blur. In contrast to accounts of saccadic suppression, this work explores the extent and potential functional role of intra-saccadic perception. As saccades are fast and brief events, technical challenges were addressed. Study I describes a custom LED-based anorthoscopic presentation setup capable of displaying text and images strictly during saccades. In study II, a novel online saccade detection algorithm enabled rapid, gaze-contingent display changes using a DLP projection system running at 1440 fps. Studies III and IV investigated whether intra-saccadic motion streaks, i.e., blurred traces routinely induced by stimuli moving at saccadic speeds, could serve as cues to establishing object correspondence across saccades. Motion streaks not only enabled perceptual matching of pre- and post-saccadic object locations, while performance depended strongly on streak efficiency, but also facilitated gaze correction in response to intra-saccadic target displacements, that was previously found to be mainly driven by objects’ surface features. Finally, study V explored the subjective appearance and localization of intra-saccadic motion streaks, tasking observers to reproduce their trajectories. Computational modeling of resulting response patterns suggested that retinal positions over time were combined with a damped eye position signal to readily localize intra-saccadic input in world-centered coordinates. Taken together, these results invite the intriguing hypothesis that intra-saccadic visual signals are not discarded from processing and might affect trans-saccadic perceptual and motor processes. The potential role of intra-saccadic perception for active vision, as well as directions for future research, are discussed.

Die Erforschung der neuronaler Grundlagen des Arbeitsgedächtnisses (WM) fand breite Aufmerksamkeit, konzentrierte sich aber auf die Speicherung sensorischer Inhalte. Beweise für die kurzfristige Aufrechterhaltung abstrakter, verbaler oder kategorischer Informationen sind selten. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der neuronalen Repräsentation von WM-Inhalten auf verschiedenen Abstraktionsebenen. Ich stelle hier drei empirische Studien vor, in denen fMRT, multivariate Musteranalyse oder probabilistische Modelle als Hauptmethoden eingesetzt wurden. Die erste Studie identifizierte kortikale Regionen, die den WM-Inhalt eines Skripts behielten. Chinesische Muttersprachler wurden gebeten, sich bekannte chinesische Zeichen zu merken, was die verbale Kodierung stark fördern. Die Ergebnisse zeigten links lateralisierte sprachbezogene Hirnareale als Kandidatenspeicher für verbale Inhalte. Die zweite und dritte Studie zielten darauf ab, die Hypothese zu testen, dass Farbe als eine Kombination aus einer visuellen Repräsentation und einer kategorischen Repräsentation gespeichert wird. Die zweite Studie verwendete ein sensorisches Kodierungsmodell und ein empirisch basiertes kategorisches Kodierungsmodell, um jeweils zwei Quellen neuronaler Repräsentationen zu charakterisieren. Farbinformationen wurden in drei farbbezogenen ROIs dekodiert: V1, V4, VO1, und insbesondere wurde eine Erhöhung der kategorischen Repräsentation in vorderen kortikalen Arealen beobachtet. In der dritten Studie wurde die verzögerte Verhaltensreaktion untersucht, die ein systematisches Bias-Muster zeigte; es wurde ein probabilistisches Dual-Content-Modell implementiert, das ein mit den experimentellen Ergebnissen hoch korreliertes Antwortmuster erzeugte; dies bestätigte die Hypothese der mnemonischen Dual-Content Repräsentation. Diese Studien zusammen schlagen eine Arbeitsteilung entlang der rostro-kaudalen Achse des Gehirns, die auf der Abstraktionsebene der gespeicherten Inhalte basiert. / Research on the neural basis of working memory (WM) has received broad attention but has focused on storage of sensory content. Evidence on short-term maintenance of abstract verbal or categorical information is scarce. This thesis aims to investigate neural representation of WM content at different levels of abstraction. I present here three empirical studies that employed fMRI, multivariate pattern analysis or probabilistic modeling as major methods. The first study identified cortical regions that retained WM content of a script. Native Chinese speakers were asked to memorize well-known Chinese characters which strongly facilitated verbal coding. Results indicated left lateralized language-related brain areas as candidate stores for verbal content. The second and the third studies aimed to test the hypothesis that color is memorized as a combination of the low-level visual representation and the abstract categorical representation. The second study utilized a conventional sensory encoding model and a novel empirical-based categorical encoding model to characterize two sources of neural representations. Color information was decoded in three color-related ROIs: V1, V4, VO1, and notably, an elevation in categorical representation was observed in more anterior cortices. In the third study, the delayed behavioral response was examined, which exhibited a systematic bias pattern; a probabilistic dual-content model was implemented, which produced response patterns highly correlated with experimental results; this confirmed the hypothesis of dual-content mnemonic representations. These studies together suggest a division of labor along the rostral-caudal axis of the brain, based on the abstraction level of memorized contents.

Die Interaktion zwischen Maschinen und ihrer Umgebung sollte zuverlässig, sicher und ökologisch adequat sein. Um das in komplexen Szenarien langfristig zu gewährleisten, wird eine Theorie adaptiven Verhaltens benötigt. In der Entwicklungsrobotik und verkörperten künstlichen Intelligenz wird Verhalten als emergentes Phänomen auf der fortlaufenden dynamischen Interaktion zwischen Agent, Körper und Umgebung betrachtet. Die Arbeit untersucht Roboter, die in der Lage sind, schnell und selbständig einfache Bewegungen auf Grundlage sensomotorischer Information zu erlernen. Das langfristige Ziel dabei ist die Wiederverwendung gelernter Fertigkeiten in späteren Lernprozessen um damit ein komplexes Interaktionsrepertoire mit der Welt entstehen zu lassen, das durch Entwicklungsprozesse vollständig und fortwährend adaptiv in der sensomotorischen Erfahrung verankert ist. Unter Verwendung von Methoden des maschinellen Lernens, der Neurowissenschaft, Statistik und Physik wird die Frage in die Komponenten Repräsentation, Exploration, und Lernen zerlegt. Es wird ein Gefüge für die systematische Variation und Evaluation von Modellen errichtet. Das vorgeschlagene Rahmenwerk behandelt die prozedurale Erzeugung von Hypothesen als Flussgraphen über einer festen Menge von Funktionsbausteinen, was die Modellsuche durch nahtlose Anbindung über simulierte und physikalische Systeme hinweg ermöglicht. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf dem kausalen Fussabdruck des Agenten in der sensomotorischen Zeit. Dahingehend wird ein probabilistisches graphisches Modell vorgeschlagen um Infor- mationsflussnetzwerke in sensomotorischen Daten zu repräsentieren. Das Modell wird durch einen auf informationtheoretischen Grössen basierenden Lernalgorithmus ergänzt. Es wird ein allgemeines Modell für Entwicklungslernen auf Basis von Echtzeit-Vorhersagelernen präsentiert und anhand dreier Variationen näher besprochen. / The interaction of machines with their environment should be reliable, safe, and ecologically adequate. To ensure this over long-term complex scenarios, a theory of adaptive behavior is needed. In developmental robotics, and embodied artificial intelligence behavior is regarded as a phenomenon that emerges from an ongoing dynamic interaction between entities called agent, body, and environment. The thesis investigates robots that are able to learn rapidly and on their own, how to do primitive motions, using sensorimotor information. The long-term goal is to reuse acquired skills when learning other motions in the future, and thereby grow a complex repertoire of possible interactions with the world, that is fully grounded in, and continually adapted to sensorimotor experience through developmental processes. Using methods from machine learning, neuroscience, statistics, and physics, the question is decomposed into the relationship of representation, exploration, and learning. A framework is provided for systematic variation and evaluation of models. The proposed framework considers procedural generation of hypotheses as scientific workflows using a fixed set of functional building blocks, and allows to search for models by seamless evaluation in simulation and real world experiments. Additional contributions of the thesis are related to the agent's causal footprint in sensorimotor time. A probabilistic graphical model is provided, along with an information-theoretic learning algorithm, to discover networks of information flow in sensorimotor data. A generic developmental model, based on real time prediction learning, is presented and discussed on the basis of three different algorithmic variations.