Intelligente Bewegungen: Wie vorausschauendes Verhalten alltägliche Bewegungen einfacher macht

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

Coelho, C. J., Studenka, B. E. & Rosenbaum, D. A. (2014). End- state comfort trumps handedness in object manipulation. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 40, 718-730. doi: 10.1037/a0034990

Cohen, R. G. & Rosenbaum, D. A. (2004). Where grasps are made reveals how grasps are planned: Generation and recall of motor plans. Experimental Brain Research, 157, 486-495. doi: 10.1007/s00221-004-1862-9

Herbort, O. (2012). Where to grasp a tool? Task-dependent adjustments of tool transformations by tool users. Zeitschrift für Psychologie, 220, 37-43. doi: 10.1027/2151-2604/a000089

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

Herbort, O. & Butz, M. V. (2012). The continuous end- state comfort effect: Weighted integration of multiple biases. Psychological Research, 76, 345-363. doi: 10.1007/s00426-011-0334-7

Herbort, O., Koning, A., van Uem, J. & Meulenbroek, R. (2012). The end- state comfort effect facilitates joint action. Acta Psychologica, 139, 404-416. doi: 10.1016/j.actpsy.2012.01.001

Johnson, S. H. (2000). Thinking ahead: The case for motor imagery in prospective judgements of prehension. Cognition, 74, 33-70. doi: 10.1016/S0010-0277(99)00063-3

Rosenbaum, D. A., Chapman, K. M., Weigelt, M., Weiss, D. J. & van der Wel, R. (2012). Cognition, Action, and Object Manipulations. Psychological Bulletin, 138, 924-946. doi: 10.1037/a0027839

Rosenbaum, D. A., Marchak, F., Barnes, H. J., Vaughan, J., Slotta, J. D. & Jorgensen, M. J. (1990). Constraints for action selection: Overhand versus underhand grips. In M. Jeannerod (Ed.) Attention and Performance (pp. 321-345). Hillsdale, New Jersey, Hove and London: Lawrence Erlbaum Associates.

Wing, A. M., Flanagan, J. R. & Richardson, J. (1997). Anticipatory postural adjustments in stance and grip. Experimental Brain Research, 116, 122-130. doi: 10.1007/PL00005732

Wunsch, K., Henning, A., Aschersleben, G. & Weigelt, M. (2013). A systematic review of the end- state comfort effect in normally developing children and in children with developmental disorders. Journal of Motor Learning and Development, 1, 59-76.

Zander, S. L., Weiss, D. J. & Judge, P. G. (2013). The interface between morphology and action planning: a comparison of two species of New World monkeys. Animal Behaviour, 86, 1251-1258. doi: 10.1016/j.anbehav.2013.09.028

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