Ausgabe 2 2014 / Kognitionspsychologie im Alltag. Teil 1: Handlung und Wahrnehmung

Intelligente Bewegungen: Wie vorausschauendes Verhalten alltägliche Bewegungen einfacher macht

• von Oliver Herbort

Unser Körper ist natürlichen Beschränkungen unterworfen. Zum Beispiel können wir nur Dinge bis zu einer gewissen Höhe erreichen und unsere Gliedmaßen nicht beliebig verrenken. Viele Alltagshandlungen gelingen nur, weil wir diese Beschränkungen durch antizipative Bewegungen überwinden. Obwohl uns dies zumeist nicht bewusst ist, sind antizipative Bewegungen im Alltag allgegenwärtig. Dieser Artikel beschreibt einige dieser Alltagsphänomene, wie wir sie beobachten können und wie unser Gehirn zumeist unbewusst antizipative Bewegungen plant.

Im Film „Kill Bill Volume 2“ beindruckt Uma Thurman dadurch, dass sie mit bloßen Faustschlägen den Deckel eines Sarges, in welchen sie eingesperrt wurde, zerschlagen kann. Diese Leistung hält der Regisseur für so außergewöhnlich, dass er dem speziellen Training, das die Befreiung aus der Enge des Sarges erst ermöglicht, eine längere Rückblende widmet. Obwohl im restlichen Verlauf des Filmes (und auch in vielen anderen) sonst kommentarlos vergleichbare Zerstörungen hervorgerufen werden, wird diese Leistung zu Recht hervorgehoben. Die besondere Schwierigkeit für die im Sarg eingezwängte Heldin bestand darin, dass sie der normalerweise selbstverständlichen Möglichkeit beraubt war, ihre Bewegungen antizipativ vorzubereiten. Ein Faustschlag kann nur dann maximale Kraft entfalten, wenn man zuvor ausholt. Die Enge verwehrte dies der Protagonistin jedoch.

Abgesehen von solch dramatischen Situationen, sind antizipative Bewegungen auch im Alltag hilfreich und allgegenwärtig. Ein hoher Sprung gelingt nur dann, wenn man zuvor in die Knie geht und die Benutzung der meisten Gegenstände und Werkzeuge gelingt besser, wenn man diese auf geschickte Weise greift. Dabei sind solche Verhaltensweisen nur scheinbar selbstverständlich. Bei Kindergartenkindern, zum Teil sogar Kindern im Grundschulalter, bei bestimmten Erkrankungen oder in ungewohnten Situationen gelingt antizipatives Handeln oft nicht (für einen Überblicksartikel siehe Wunsch, Henning, Aschersleben & Weigelt, 2013).

In diesem Beitrag gehe ich dem Phänomen „antizipative Bewegungen“ im Zusammenhang mit (scheinbar) einfachen Alltagshandlungen nach. Im ersten Teil werden einige Beispiele für antizipative Bewegungen geschildert. Im zweiten Teil verschiebt sich der Fokus auf die zugrunde liegenden Planungsprozesse und deren Funktion. Der Text bezieht sich dabei vor allem auf den gut untersuchten Umgang mit einfachen Gegenständen.

Vorausschauende Bewegungen im Alltag

Oft sind uns unsere antizipativen Handlungen gar nicht bewusst. Sie lassen sich aber leicht beobachten. Ein Beispiel ist das antizipative Greifen von Gegenständen. Die Art und Weise, wie Menschen Gegenstände greifen, wird dadurch bestimmt, was sie mit ihnen machen wollen. Abbildung 2 zeigt Beispiele für die antizipative Anpassung der Handorientierung und -position vor einer Objektmanipulation.

Abbildung 2. Die Abbildung zeigt wie Handorientierung (links) und Handposition (rechts) beim Greifen eines Gegenstandes an unterschiedliche Folgebewegungen angepasst werden. Links: Die Greiforientierung wird so gewählt, dass am Ende der Objektbewegung eine mittlere „komfortable“ Armstellung eigenommen wird („End-state Comfort Effect“, Rosenbaum et al., 1990). Rechts: Man greift ein Objekt eher am unteren Ende, wenn man es nach oben bewegen will und eher am oberen Ende, wenn man es nach unten bewegen will („Grasp Height Effekt“, Cohen & Rosenbaum, 2004). Translated reprint from New Ideas in Psychology, 31, Oliver Herbort, Optimal versus heuristic planning of object manipulations: A review and a computational model of the continuous end-state comfort effect, 291-301, Copyright (2013), with permission from Elsevier.

Experimentell wurde dieses Verhalten von Rosenbaum und KollegInnen (1990) untersucht (Abbildung 3). Versuchspersonen sollten einen horizontal ausgerichteten Stab mit der rechten Hand entweder auf sein linkes oder rechtes Ende stellen. Sollten die Versuchspersonen den Stab auf das rechte Ende stellen, griffen sie ihn von oben, sollten sie ihn jedoch auf das linke Ende stellen, verdrehten sie zunächst ihren Arm und griffen den Stab dann von unten. Die geplante Drehbewegung wurde also einmal durch einen Griff von oben und einmal durch einen Griff von unten vorbereitet, sodass alle Bewegungen in einer angenehmen Armstellung endeten. Diese Beobachtung wird deshalb auch als „End- state Comfort Effect“ bezeichnet (für einen Überblicksartikel siehe, Rosenbaum, Chapman, Weigelt, Weiss & van der Wel, 2012). Wenn Sie die erforderlichen Bewegungen (pantomimisch) nachvollziehen, werden Sie leicht feststellen können, dass die Auswahl der unterschiedlichen Greifbewegung durchaus vernünftig ist. Im Alltag kann man analoges Verhalten beobachten, wenn Menschen zum Beispiel ein Glas umdrehen wollen und es dazu so greifen, dass Daumen und Zeigefinger unter den anderen Fingern sind.

Abbildung 3. Die Abbildung illustriert eine klassische Untersuchung zum antizipativen Greifen von Rosenbaum und Kollegen (1990). Je nachdem wie ein Stock gedreht werden soll, wird er gegriffen. Dabei werden anfänglich extreme Armstellungen in Kauf genommen, wenn dafür eine mittlere Armstellung am Ende der Bewegung erreicht wird.Welche zentrale Rolle solche antizipativen Bewegungsanpassungen spielen, zeigte sich in einem Experiment von Choelho, Studenka und Rosenbaum (2014). Rechtshändige Versuchspersonen sollten einen Stab greifen und bewegen. Dabei wurden sie vor die Wahl gestellt, den Stab entweder mit der rechten Hand zu bewegen, was jedoch einen unangenehmen End- state zur Folge hätte, oder ihn mit der linken Hand zu bewegen, was dafür aber einem angenehmen End- state zur Folge hätte. Die Versuchspersonen entschieden sich mehrheitlich für die angenehmere Armstellung am Ende der Bewegung, auch wenn sie dann die nicht-dominanten Hand benutzen mussten. Die Antizipation des End-states bestimmte also das Verhalten der VersuchsteilnehmerInnen stärker als ihre Händigkeit.

Ein anderes Beispiel für antizipatives Greifen können Sie beobachten, wenn Sie einen Ordner aufrecht auf einen Tisch stellen und eine andere Person bitten, diesen entweder ganz oben oder ganz unten in einen Schrank zu stellen (Abbildung 2). Soll der Ordner oben eingeräumt werden, wird die Person ihn weiter unten greifen als wenn er unten eingeräumt werden soll. So vermeidet man, sich zu sehr strecken oder bücken zu müssen. Die antizipative Auswahl der Greiforientierung und -position haben einen ähnlichen Zweck. Sie verhindert, dass für die Objektbewegung eine Bewegung des Armes nötig wird, die wir nur schwer oder vielleicht gar nicht ausführen können.

Auch beim Umgang mit Werkzeugen profitieren wir von antizipativen Greifbewegungen. Wie ein Werkzeug gegriffen wird, bestimmt oft, wie gut es sich für einen bestimmten Zweck handhaben lässt. Ein Beispiel ist ein Hammer. Greift man den Stiel am äußersten Ende, kann der Kopf des Hammers sehr schnell bewegt werden. Die Präzision der Bewegung leidet aber möglicherweise darunter. Umgekehrt kann der Kopf des Hammers genauer, aber dafür nur langsamer, geführt werden, wenn man den Stiel in der Nähe des Hammerkopfes greift. In einem Experiment konnte gezeigt werden, dass ProbandInnen ein ihnen unvertrautes Werkzeug je nach der damit auszuführenden Aufgabe unterschiedlich anfassten (Herbort, 2012). Dabei näherten sich die Griffe nach kurzem Training den Positionen an, die für die jeweilige Aufgabe am besten geeignet waren.

Während jeder Bewegung treten verschiedene Kräfte auf, die einen zum Beispiel aus dem Gleichgewicht bringen könnten. Auch hier sind antizipative Bewegungen unverzichtbar. Wenn man beispielsweise im Stehen an einer schweren Schublade zieht, entstehen Kräfte, die einen zur Schublade hinziehen. Damit dies nicht geschieht, lehnt man sich leicht von der Schublade weg. Diese Bewegung beginnt bereits kurz bevor man an der Schublade zieht. Sie ist also keine Reaktion auf einen äußeren Einfluss sondern wird schon im Voraus geplant (z. B. Wing, Flanagan & Richardson, 1997).

Abbildung 4. Antizipatives Verhalten vereinfacht auch die Zusammenarbeit mit anderen. Man kann aufgrund der unterschiedlichen Greifarten leicht erahnen, wie die Person im Bild den Stift benutzen wird. In der Abbildung links unten wurde so gegriffen, dass eine andere Person den Stift leicht entgegennehmen kann. Es wurden also sogar die Erfordernisse der Bewegungen einer anderen Person mitberücksichtigt. Beim rechts unten gewählten Griff ist weniger rücksichtsvolles Sozialverhalten zu befürchten.Welche Rolle die antizipative Anpassung an während einer Bewegung auftretende Kraft hat, kann man mit einem kleinen Experiment nachvollziehen. Dazu bittet man jemanden, einem einen schweren, vorzugsweise unzerbrechlichen, Gegenstand aus kurzer Höhe plötzlich in die Hand fallen zu lassen. Eine große PET-Flasche stilles Wasser oder ein dickes Buch eignen sich hervorragend. Man versucht dann beispielsweise das Buch einhändig und mit gestrecktem Arm aufzufangen, ohne dass sich der Arm bewegt. Der eigene Arm wird jedoch nach dem Greifen des Buches unvermeidlich nach unten sinken. Erst nachdem man sich auf die neue Belastung eingestellt hat, bewegt er sich an die ursprüngliche Position zurück. Lässt man sich das Buch jedoch selbst in die Hand fallen, wird es sich nach dem Greifen kaum bewegen. Dies liegt daran, dass man natürlich weiß, wann man den Gegenstand loslässt. Dementsprechend kann bereits antizipativ im entgegennehmenden Arm die nötige Kraft erzeugt werden, um den Gegenstand zu halten. Da man jedoch nicht vorhersagen kann, wann eine andere Person den Gegenstand loslässt, kann man seine Armmuskeln auch nicht antizipativ anspannen. Instabiles Verhalten ist die Folge.

Dies waren nur einige Beispiele für vorausschauende Bewegungen. Auch beim Gehen, beim Sport, beim Sprechen (Koartikulation) und in vielen anderen Situationen passen wir unsere Bewegungen an die Erfordernisse späterer Handlungen an. Der Nutzen solch antizipativer Bewegungen beschränkt sich dabei nicht nur auf die handelnde Person. So berücksichtigt jemand, der einer anderen Person einen Gegenstand überreichen will, wie diese ihn benutzen will. Letztlich verraten unsere antizipativen Handlungen auch zu einem gewissen Grad, was wir als nächstes tun werden. Dies ermöglicht es, effizienter mit anderen Personen zusammenzuarbeiten (Abbildung 4, Herbort, Koning, van Uem & Meulenbroek, 2012).

Antizipative Planungsprozesse und ihre Funktion

So selbstverständlich antizipative Bewegungen für die meisten Menschen sind, so wenig trivial ist deren Planung. Im Folgenden betrachten wir daher die vergleichsweise gut untersuchte Planung von Greifbewegungen vor Objektmanipulationen. Das Problem der Planung antizipativer Bewegungen kann aus zwei Perspektiven betrachtet werden. Einerseits stellt sich die Frage nach ihrer Funktion, andererseits nach den Mechanismen, die sie hervorbringen.

Die Funktion antizipativer Handlungen

Es wurde bereits der Nutzen antizipativer Bewegungen erwähnt. Doch worin genau besteht der Vorteil, zum Beispiel die Bewegung eines Gegenstandes in einer angenehmen Armstellung zu beenden? Ein Vorteil ist, dass Bewegungen genauer und schneller ausgeführt werden können, wenn dabei eine komfortable Armposition eingenommen wird. Dementsprechend beobachtet man antizipative Bewegungen häufiger, wenn ein Gegenstand am Ende einer Bewegung genau platziert werden muss.

Weitere Evidenz für die Funktionalität antizipativer Bewegungen ergibt sich aus Studien mit Affen. Zander, Weiss und Judge (2013) verglichen gewöhnliche Totenkopfaffen, die übrigens kaum Werkzeuge gebrauchen, mit im Werkzeuggebrauch versierten, gehaubten Kapuzinern. Beide Arten sind etwa 40 cm groß und leben in Südamerika. Während des Experimentes mussten die Affen ein auf dem Kopf stehendes Weinglas umdrehen (um an einen Marshmallow zu gelangen). Dazu mussten die Affen das Glas am nach oben gerichteten Stil greifen. Interessanterweise griffen die Totenkopfaffen den Stil viel häufiger mit dem Daumen nach unten – und zeigten damit den End-state comfort Effekt – als die Kapuzineraffen. Wichtiger als die Fähigkeit zum Werkzeuggebrauch scheint hier die Fingerfertigkeit der Affen zu sein. Totenkopfaffen können Dinge nur mit der ganzen Hand umfassen, wohingegen die Kapuzineraffen Gegenstände auch mit den Fingern greifen können. Um diese Einschränkung der Beweglichkeit auszugleichen, müssen sie antizipativ greifen.  Zusammenfassend zeigen sich also zwei Befunde. Erstens, antizipative Bewegungen sind oft nützlich. Zweitens, sie werden vermehrt gezeigt, wenn dies besonders hilfreich ist.

Mechanismen antizipativen Planens

Im letzten Absatz wurde der Nutzen antizipativer Bewegungen beschrieben. Dies führt zu der Frage, wie das Gehirn sie plant. Obwohl Menschen oft nicht bewusst ist, dass sie zum Beispiel ihre Greifbewegungen an Folgebewegungen ausrichten, ist die Planung alltäglicher (antizipativer) Bewegungen eine Herausforderung. Um eine optimale Greifposition auszuwählen, müsste das Gehirn die geplante Objektbewegung genau vorhersehen, berechnen welche Armbewegung dafür geeignet wären, und inwieweit diese möglich oder gar besonders geeignet sind.

Abbildung 5. Die Orientierung der rechten Hand beim Greifen eines Drehreglers hängt hauptsächlich von der Richtung und weniger von der Weite der geplanten Drehbewegung ab (Daten aus Herbort und Butz, 2010).Es gibt zwar Hinweise darauf, dass das Gehirn solche komplexen Berechnungen durchführt (Johnson, 2000), neuere Forschungen sprechen aber dafür, dass es sich in vielen Fällen eines einfachen Tricks bedient. Zu dieser Annahme führten Experimente, in denen Versuchspersonen einen runden Griff greifen und drehen sollten (eine kleine Übersicht findet sich in Herbort, 2013). In manchen Experimenten war dies ein Drehregler, ähnlich dem Lautstärkeregler an einer Stereoanlage, in anderen Versuchen konnte mit dem runden Griff ein ganzes Objekt bewegt werden. Es zeigte sich, dass die Richtung der Drehbewegung einen relativ großen Einfluss auf die Greifbewegung hat. Die Weite der Drehbewegung hat dagegen nur einen kleineren Einfluss (Abbildung 5). Sie können diesen Effekt selbst leicht beobachten. Bitten Sie jemanden, einen Lautstärkeregler (oder Ähnliches) nur um wenige Grad im oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Wahrscheinlich wird die Person den Regler trotzdem auf sehr unterschiedliche Arten greifen. Und wahrscheinlich ändert sich die Greifbewegung kaum, wenn sie den Regler etwas weiter drehen soll.

Ein neues Computermodell legt nahe, dass das Gehirn die Greifbewegung aufgrund weniger einfacher Regeln plant (Herbort & Butz, 2012). Erstens, bei der antizipativen Planung wird eine Greiforientierung nach der groben Kategorie der geplanten Bewegung ausgewählt. Zum Beispiel könnte es eine bestimmte Greiforientierung für alle Drehungen im Uhrzeigersinn und alle Drehungen gegen den Uhrzeigersinn geben. Zweitens, diese Greiforientierung wird mit alternativen Greiforientierungen verrechnet, um die letztendlich ausgeführte Greifbewegung zu bestimmen. So fließen zum Beispiel die allgemein bevorzugte Armstellung zum Greifen, die Stellung des Armes vor der Bewegung oder wie ein Objekt gewöhnlich gegriffen wird mit ein. Drittens, die antizipativ ausgewählte Greiforientierung wird umso stärker berücksichtigt, je schwieriger oder weiter die geplante Bewegung ist. So ist es möglich eine Greifbewegung zu planen, ohne die Details der Folgebewegung verarbeiten zu müssen.

Die Herausforderung, eine Lösung für ein komplexes Problem berechnen zu müssen, umgeht das Gehirn also mit einfachen Mitteln. Die resultierenden Bewegungen sind zwar nicht optimal, aber normalerweise gut genug. Menschen wenden ähnliche Strategien übrigens auch beim Entscheiden und Urteilen an. Dort bezeichnet man solche Verfahren als Urteilsheuristiken.

Zusammenfassung

Dieser kurze Abriss zeigt, dass antizipative Bewegungen uns im Alltag ständig begleiten. Obwohl es uns zumeist nicht bewusst ist, helfen sie uns, mit den natürlichen Beschränkungen des Körpers umzugehen, und vereinfachen oder ermöglichen so erst viele alltägliche Handlungen.

Literaturverzeichnis

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Herbort, O. (2013). Optimal versus heuristic planning of object manipulations: A review and a computational model of the continuous end- state comfort effect. New Ideas in Psychology, 31, 291-301. doi: 10.1016/j.newideapsych.2013.01.003

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