Die Produktion von Polyrhythmen ist ein wichtiger experimenteller Zugang für die Untersuchung der menschlichen Motorik. Durch Variation des Tempos (externer Kontrollparameter) bei rhythmischen Bewegungsabläufen können qualitative Übergänge in der Koordinationsdynamik induziert werden. Diese Übergänge lassen sich mit der Methode der symbolischen Dynamik in experimentellen Zeitreihen nachweisen und sind ein wichtiger Hinweis darauf, dass die untersuchten Bewegungsabläufe nichtlinearen Kontrollprozessen unterliegen. <br>Die theoretische Beschreibung bimanueller Rhythmusproduktion mit gekoppelten Differenzengleichungen führt auf ein Modell mit nichtlinearer Fehlerkontrolle. Es ist eine wichtige Eigenschaft der Kontrollprozesse, dass sie mit zeitverzögerter Rückkopplung arbeiten. Neben deterministischen Steuerungsmechanismen ist die Motorik des Menschen ausserdem von Fluktuationen auf zwei Ebenen gekennzeichnet, der kognitiven Kontrollebene und der Ebene der motorischen Systeme. Daher ist die Koordination von Bewegungen das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen nichtlinearen, zeitverzögerten Kontrollprozessen und stochastischen Fluktuationen.

Wie navigieren Menschen in unüberschaubaren Umgebungen, wenn es nicht möglich ist, alle Optionen ausführlich zu untersuchen? Die Forschung zum menschlichen Lernen hat in den letzten Jahrzehnten rasche Fortschritte gemacht: Von der Entdeckung des neuronalen Substrats für Vorhersagefehler bis hin zur Verwendung ähnlicher Prinzipien zum Aufbau künstlicher Intelligenz, die in Geschicklichkeitsspielen wie Go die besten menschlichen Spieler schlagen kann. Bisher lag der Forschungsschwerpunkt auf dem Lernen durch wiederholte Interaktionen mit ein und derselben Situation. Dabei ist ungeklärt, wie Menschen sich schnell an neue Situationen anpassen können und aus spärlichen Beispielen lernen können. Wir schlagen vor, dass die Generalisierung eine wesentliche Rolle dabei spielt, wie Men- schen effizient die Welt erforschen und sich in ihr zurechtfinden. Inspiriert von Roger Shepards „law of generalization“ präsentieren wir eine allgemeine Theorie der Generalisierung in räumlichen, konzeptuellen und strukturierten Umgebungen. Wir verwenden ein Funktionslernmodell, um zu beschreiben, wie Menschen begrenzte Erfahrungen auf eine Vielzahl neuer Situationen generalisieren, basierend auf dem einfachen Prinzip, dass ähnliche Aktionen zu ähnlichen Ergebnissen führen. Unser Modell der Generalisierung erzeugt Vorhersagen über die erwartete Belohnung und die damit verbundene Unsicherheit unerforschter Optionen—zwei wichtige Komponenten dafür, wie Menschen die Welt aktiv erkunden. / How do people navigate the vastness of real-world environments where it is not feasible to explore all possibilities and the exact same situation is rarely encountered twice? The study of human learning has made rapid progress in the past decades, from discovering the neural substrate of reward prediction errors, to using similar principles to build artificial intelligence capable of beating the best human players in skillful games such as Go. Yet this line of research has primarily focused on learning through repeated interactions with the same stimuli. How are humans able to rapidly adapt to novel situations and learn from such sparse examples? We propose that generalization plays a crucial role in guiding human exploration and learning. Inspired by Roger Shepard’s law of generalization, we present a domain general theory of generalization across spatial, conceptual, and structured environments. We use a function learning model to describe how people generalize limited experiences to a wide set of novel possibilities, based on the simple principle that similar actions produce similar outcomes. Our model of generalization generates predictions about the expected reward and underlying uncertainty of unexplored options, where both are vital components in how people actively explore the world.

Metakognition ermöglicht Einblicke in eigene kognitive Prozesse und beeinflusst menschliches Verhalten in mehreren Bereichen. Die Debatte, ob Metakognition sich domänenallgemein oder domänenspezifisch auswirkt, bleibt unentschieden, wobei die meisten Studien auf sensorische Informationsverarbeitung und Gedächtniseffekte fokussieren. Diese Dissertation unterstreicht die Notwendigkeit, weitere Domänen zu untersuchen, um diese Frage zu klären, und tut dies, indem sie Metakognition im motorischen Bereich erforscht. Diese Arbeit umfasst vier empirische Studien. Studie 1 untersuchte die zugrundeliegenden Strukturen in metakognitiven Domänen und fand keine Beweise, die eine Unterscheidung zwischen intern oder extern generierter Information unterstützen. Studie 2 konzentrierte sich auf motorische Metakognition und verglich die Introspektion direkter und indirekter Bewegungsparameter. Obwohl beide Bewegungsparameter gleichermaßen introspektierbar sind, weisen fehlende Korrelationen zwischen verschiedenen Bewegungsparametern innerhalb einer Domäne auf die Rolle von nicht-domänenspezifischen Merkmalen in der Metakognition hin. In einem datengesteuerten Ansatz zeigte Studie 3, wie die Introspektion verschiedener Aspekte der Bewegung mit motorischer Kontrolle und Metakognition verknüpft ist. In Studie 4 wurde getestet, ob metakognitive Defizite die Vorgefühle bei Tourette-Störung untermauern. Es fanden sich keine Belege für Beeinträchtigungen in taktiler oder visueller Metakognition, was die Rolle der Metakognition in der Pathophysiologie der Störung in Frage stellt. Insgesamt betont die Arbeit die Notwendigkeit, domänenbezogene und aufgabenspezifische Merkmale zu entflechten und Faktoren zu identifizieren, die Allgemeinheit und Spezifität beeinflussen. Sie trägt zum Verständnis der motorischen Metakognition bei, indem sie experimentelle und analytische Ansätze vorantreibt und gleichzeitig Einblicke in die Architektur höherer kognitiver Funktionen und das Bewusstsein bietet. / Metacognition, the ability to introspect into one's cognitive processes, can guide human behaviour across various domains. The debate whether metacognition operates in a more domain-general or a domain-specific fashion remains inconclusive, with most studies focused on sensory and memory domains. This thesis argues that to resolve this question, it is necessary to broaden the scope of domains, and it does so by exploring metacognition in the motor domain. This thesis comprises four empirical studies. Study 1 examined the underlying structures in metacognitive domains, finding no evidence to support a distinction between internally or externally generated information. Study 2 focused on motor metacognition, comparing the monitoring of direct and indirect movement parameters. While both movement parameters can be equally well monitored, the absence of correlations within the same domain but across different monitored parameters highlights the role of non-domain features on metacognition. In a data-driven approach, Study 3 revealed how monitoring different aspects of movement is linked with motor control and metacognitive judgments. Study 4 tested whether metacognitive deficits underpin premonitory urges in Tourette's disorder. No evidence of metacognitive impairment was found in the tactile or visual domains, challenging metacognition's role in the disorder's pathophysiology. Overall, the thesis emphasises the need to disentangle domain-related and task-specific features, advocating for identifying factors that influence generality and specificity. It contributes to the understanding of motor metacognition by advancing experimental and analytical approaches, while providing insights into the architecture of higher cognitive functions and conscious processing.

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.

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.

Die Medizintechnik Tiefe-Hirnstimulation ist nicht nur als naturwissenschaftlich-technisches Produkt zu sehen, sondern vor allem auch als kultur-technische Leistung mit historischen Wurzeln. Dieserart Schnittstellenhandlungen nehmen einen festen Platz in der Medizingeschichte ein und sind nicht losgelöst von dieser zu bestimmen. Ein- und zugreifende Praktiken wie Trepanationen und Schädelkulte sind vielfältig verankert und offenbaren einen menschheitsalten Wunsch nach Einflussnahme und Bemächtigung. Hierüber lässt sich der Mensch als verknüpf-, einstell- und gestaltbare Entität im Rahmen 'eutoper' Welt- und Technikbilder sowie deterministischer Menschenbilder darstellen. Mit der Integration aktiver, technischer Elemente in den menschlichen Körper verschieben wir die Grenzverläufe zwischen biologischen und artifiziellen Entitäten. Sowohl die Hardware-Software-Relationen als auch die Körper-Geist-Relationen unterliegen dabei Verknüpfungs- und Gestaltungsprozessen. Aus der Interaktion zwischen menschlichen und nicht-menschlichen Handlungsteilnehmern resultieren neuartige Wechselbeziehungen, welche unter Zuhilfenahme der Embodiment- und Embedded-Theorie nachgezeichnet werden. Den schwerwiegenden Aus- und Nebenwirkungen dieser Interkation wird mit einem empirischen Fallbeispiel nahegekommen. Dass diese Entwicklung hin zu einer konfigurierenden Gestaltungskultur risikobehaftet ist, wird unter Zuhilfenahme des Terminus 'Experimentalsystem' dargelegt. Dabei ist festzuhalten, dass die Tiefe-Hirnstimulation nicht trotz sondern wegen experimenteller Faktoren erfolgreich und faszinierend ist. Neurostimulationen in erster Linie als Konzept zu begreifen bedeutet, den Fokus auf kulturelle Anschichten und Handlungen zu lenken. In welchem Ausmaß wir zu ein- und zugreifenden Gestaltungen unserer Selbst bereit sind, hängt in letzter Konsequenz an unserem menschlichen Selbstverständnis. / Medical technology deep brain stimulation is not only a scientific and technical product, but also a cultural and technical achievement with historical roots. This kind of interface actions occupy a firm place in medical history and cannot be determined separately from it. Interfering practices such as trepanations and cults of the skull are rooted in many different ways and reveal an ancient human desire for influence and empowerment. In this way, man can be represented as a connectable, adjustable and configurable entity within the framework of 'eutoper' world and technology images as well as deterministic human images. By integrating active technical elements into the human body, we are shifting the boundaries between biological and artificial entities. Both the hardware-software-relations as well as the body-spirit-relations are subject to connection and design processes. The interaction between human and non-human action participants results in novel interrelationships, which are traced with the aid of the Embodiment and Embedded Theory. The serious side effects of this interaction are approached with an empirical case study. The fact that this development towards a configuring design culture entails risk is explained with the help of the term 'experimental system'. It should be noted that deep brain stimulation is successful and fascinating not despite but because of experimental factors. Understanding neurostimulation primarily as a concept means focusing on cultural strata and actions. The extent to which we are prepared to embrace and intervene in shaping ourselves depends ultimately on our human self-conception.

Bisherige Studien liefern Hinweise für das Auftreten von aktiven Prozessen der Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Diese Prozesse sind notwendig für die Regulation der Bearbeitungsreihenfolge von zwei Aufgaben. Bisher ist jedoch wenig über die kognitiven und neuronalen Mechanismen bekannt, die diesen Prozessen zugrunde liegen. Ziel der vorliegenden Dissertation war deshalb die Überprüfung eines Modells aktiver Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Das Modell nimmt an, dass diese Prozesse auf Repräsentationen zurückgreifen, die Informationen über die Verarbeitungssequenz zweier Aufgaben enthält. Zusätzlich macht das Modell Annahmen über (1) den Ort der Verarbeitung und (2) den genauen Inhalt dieser Repräsentationen. Weiterhin enthält das Modell die Annahmen, dass (3) der präfrontale Kortex kausal in Reihenfolgekoordination involviert ist und dass (4) diese Prozesse von unterschiedlichen Kriterien beeinflusst werden. In dieser Dissertation wurde das Model in einer Reihe von vier Studien überprüft. Dazu wurde ein Doppelaufgabenparadigma mit zufällig wechselnder Aufgabenreihenfolge verwendet. Ich konnte zeigen, dass die Reihenfolgerepräsentationen im Arbeitsgedächtnis aufrechterhalten und aktiv verarbeitet werden. Ich konnte weiterhin zeigen, dass diese Repräsentationen nur Information über die Sequenz der Aufgaben enthalten. Spezifische Aufgabeninformation wird hingegen separat repräsentiert. Durch den Einsatz transkranieller Magnetstimulation konnte ich zudem nachweisen, dass der präfrontale Kortex eine kausale Rolle für Reihenfolgekoordination spielt. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass Anforderungen an Reihenfolgekoordinationsprozesse in Situationen, in denen Probanden ein von außen vorgegebenes Reihenfolgekriterium befolgen, erhöht sind im Vergleich zu Situationen, in denen Probanden ein auf einer freien Wahl basierendes Kriterium nutzen können. Die Implikationen dieser Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Modells diskutiert. / Evidence from behavioral as well as neurophysiological studies indicates the occurrence of active task-order coordination processes in dual-task situations. These processes are required for planning and regulating the processing sequence of two tasks that overlap in time. So far, however, the cognitive and neural mechanisms underlying active task-order coordination are highly underspecified. To tackle this issue, in the present dissertation I tested a model of task-order coordination in dual-task situations. This model assumes that task-order coordination relies on representations that contain information about the processing sequence of the two component tasks. In addition, the model includes assumptions about the (1) locus of processing as well as (2) the exact content of these order representations. The model further assumes that (3) the lateral prefrontal cortex is causally involved in implementing task-order coordination processes and that (4) these processes are affected by different order criteria. I tested this model in a series of four studies by applying a dual-task paradigm with randomly changing task order. I demonstrated that task-order representations are actively maintained and processed in working memory during dual tasking. Moreover, I found that these order representations only contain information about the processing sequence of tasks, whereas specific component task information is represented separately. By applying transcranial magnetic stimulation, I also provided evidence for the causal role of the lateral prefrontal cortex for task-order coordination. Furthermore, I showed that the demands on task-order coordination are increased when participants have to adhere to an external and mandatory order criterion compared to when they can use an internally generated order criterion that is based on free choice. The implications of these results as well as an outlook for future research will be discussed in the framework of the proposed model.

Die Dynamik des Erdsystems im Anthropozän wird durch eine zunehmende Verschränkung von Prozessen auf physikalischer und ökologischer sowie auf sozioökonomischer Ebene bestimmt. Wenn Modelle als Entscheidungshilfen in diesem Umfeld nützlich sein sollen, müssen sie diese komplexen Rückkopplungen ebenso berücksichtigen wie die inhärent emergenten und heterogenen Qualitäten gesellschaftlicher Dynamik. Diese Arbeit schlägt vor, den Menschen als begrenzten rationalen Entscheidungsträger zu modellieren, die (soziales) Lernen nutzen, um Entscheidungsheuristiken zu erwerben, die in einer gegebenen Umgebung gut funktionieren. Dies wird in einem Wirtschaftsmodell mit zwei Sektoren veranschaulicht, in dem ein Sektor eine fossile Ressource für die wirtschaftliche Produktion verwendet und die Haushalte ihre Investitionsentscheidungen in der zuvor beschriebenen Weise treffen. In der Modellökonomie können individuelle Entscheidungsfindung und soziale Dynamik die CO 2 Emissionen nicht auf ein Niveau begrenzen, das eine globale Erwärmung über 1,5◦C verhindert. Eine Kombination aus kollektivem Handeln und koordinierter öffentlicher Politik allerdings kann. Eine Folgestudie analysiert das soziale Lernen der individuellen Sparquoten in einer Ein-Sektor-Wirtschaft. Hier nähert sich die aggregierte Sparquote der eines intertemporär optimierenden allwissenden Sozialen Planers an, wenn die soziale Interaktionsrate ausreichend niedrig ist. Gleichzeitig führt eine abnehmende Interaktionsrate einem plötzlichen Übergangs von einer unimodalen zu einer stark bimodalen Verteilung des Vermögens unter den Haushalten. Schließlich schlägt diese Arbeit eine Kombination verschiedener Methoden vor, die zur Ableitung analytischer Näherungen für solche vernetzten heterogenen Agentenmodelle verwendet werden können, bei denen Interaktionen zwischen Agenten sowohl auf individueller als auch auf aggregierter Ebene auftreten. / The trajectory of the Earth system in the Anthropocene is governed by an increasing entanglement of processes on a physical and ecological as well as on a socio-economic level. If models are to be useful as decision support tools in this environment, they ought acknowledge these complex feedback loops as well as the inherently emergent and heterogeneous qualities of societal dynamics. This thesis improves the capability of social-ecological and socio-economic models to picture emergent social phenomena and uses and extends techniques from dynamical systems theory and statistical physics for their analysis. It proposes to model humans as bounded rational decision makers that use (social) learning to acquire decision heuristics that function well in a given environment. This is illustrated in a two sector economic model in which one sector uses a fossil resource for economic production and households make their investment decisions in the previously described way. In the model economy individual decision making and social dynamics can not limit CO 2 emissions to a level that prevents global warming above 1.5 ◦ C. However, a combination of collective action and coordinated public policy actually can. A follow up study analyzes social learning of individual savings rates in a one sector investment economy. Here, the aggregate savings rate in the economy approaches that of an intertemporarily optimizing omniscient social planner if the social interaction rate is sufficiently low. Sumultaneously, a decreasing interaction rate leads to emergent inequality in the model in the form of a sudden transition from a unimodal to a strongly bimodal distribution of wealth among households. Finally, this thesis proposes a combination of different moment closure techniques that can be used to derive analytic approximations for such networked heterogeneous agent models where interactions between agents occur on an individual as well as on an aggregated level.