Ausgabe 4 2015 / Kognitionspsychologie im Alltag. Teil 2: Lernen und Gedächtnis

Kognition im Kontext: Einfluss der Lernsituation und gleichzeitig memorierter Inhalte auf die Speicherung im Arbeitsgedächtnis

• von Frank Papenmeier

Praktisch alle Tätigkeiten führen Menschen nicht isoliert, sondern eingebettet in einem Kontext aus. Beispielsweise liest man nicht einfach ein Buch, sondern man liest das Buch auf dem Sofa im Wohnzimmer. Oder: Man legt nicht einfach den Schlüssel ab, sondern man legt den Schlüssel auf den Schreibtisch neben die Tasse. Gilt dies analog für das (Arbeits-) Gedächtnis? Werden Gedächtnisinhalte also in Relation zu anderen Inhalten und zur Umgebung gespeichert oder erfolgt die Speicherung als Sammlung isolierter Einheiten ähnlich den Punkten auf einer Einkaufsliste?

Das Gedächtnis ist ein zentraler Bestandteil des menschlichen kognitiven Systems. Ohne die Fähigkeit, Inhalte im Gedächtnis abspeichern und wieder abrufen zu können, wäre menschliches Denken und Handeln nicht in gewohnter Weise möglich. Darunter fallen beispielsweise so vermeintlich einfache Dinge wie das kurzzeitige Merken des Namens einer bestimmten Schokoladensorte, die man gleich einkaufen möchte. Entsprechend hoch ist auch das Interesse daran, die Funktionsweise des Gedächtnisses zu verstehen. Dabei wird beispielsweise erforscht, wie Inhalte im Gedächtnis gespeichert beziehungsweise repräsentiert sind. Insbesondere ist hier das Arbeitsgedächtnis mit seinem beschränkten Speichervolumen (Cowan, 2001) von besonderem Interesse. Wer kennt das nicht: Möchte man nicht nur eine einzelne Sache einkaufen, sondern den gesamten Wochenendeinkauf erledigen, dann schreibt man sich lieber eine Einkaufsliste als Erinnerungsstütze, da man sonst ziemlich sicher etwas vergessen würde. Doch ist das Gedächtnis auch nur eine Art Einkaufsliste im Kopf mit voneinander unabhängigen Inhalten und Objekten (Luck & Vogel, 1997)? Dieser Frage soll im Folgenden nachgegangen werden. Hierzu werden zunächst Befunde zur Bedeutung der Lernsituation für die Gedächtnisleistung betrachtet. Anschließend werden Ergebnisse vorgestellt, welche darauf hindeuten, dass die Erinnerungsleistung an einen einzelnen Inhalt durch andere, gleichzeitig im Arbeitsgedächtnis gespeicherte Inhalte beeinflusst wird. Dabei werden im späteren Verlauf des Artikels insbesondere solche Befunde dargestellt, die sich mit dem visuellen Arbeitsgedächtnis, also mit der Speicherung bildlicher und räumlicher Informationen beschäftigen.

Lernsituation und Gedächtnisleistung

In einem der bekanntesten Experimente zum Einfluss der Lernsituation auf die Gedächtnisleistung haben Godden und Baddeley (1975) TaucherInnen Wortlisten entweder an Land oder unter Wasser lernen lassen. Später sollten die TaucherInnen wiederum entweder an Land oder unter Wasser die gelernten Wortlisten wiedergeben, das heißt die Worte aus dem Gedächtnis abrufen. Die entscheidende Manipulation bestand dabei darin, ob das Lernen und der Abruf in der gleichen Situation, also beides an Land oder unter Wasser, stattfanden, oder ob sich die Situation zwischen dem Lernen und dem Abruf veränderte, also von Land zu Wasser oder umgekehrt. Falls Inhalte im Gedächtnis unabhängig von der Lernsituation gespeichert sind, dann sollte die Erinnerungsleistung unabhängig davon sein, ob sich die Umgebung zwischen dem Lernen von Inhalten und deren Abruf verändert. Sollten Gedächtnisinhalte jedoch in Beziehung zur jeweiligen Lernsituation abgespeichert sein, dann sollte ein Wechsel der Umgebung den Abruf von Inhalten aus dem Gedächtnis beeinträchtigen. Das letztgenannte Ergebnis zeigte sich: TaucherInnen konnten mehr Worte wiedergeben, wenn sie die Worte in derselben Umgebung sowohl gelernt haben als auch wiedergeben mussten. Haben die TaucherInnen dagegen die Umgebung gewechselt, so konnten sie weniger Worte erinnern. Gedächtnisinhalte werden also nicht unabhängig von der ursprünglichen Lernumgebung abgespeichert. Basierend auf diesen und ähnlichen Befunden wird manchmal empfohlen, beim Lernen auf eine Klausur die Umgebungsfaktoren während des Lernens möglichst vergleichbar zur erwarteten Testsituation zu gestalten, also beispielsweise in ruhigen Umgebungen zu lernen, wenn die Klausur auch in einem ruhigen Raum stattfindet (Grant et al., 1998).

Der Einfluss der Lernsituation auf die Gedächtnisleistung kann auch unbewusst beziehungsweise implizit sein, was in Experimenten zur visuellen Suche mit dem sogenannten Contextual Cueing Effekt (Chun & Jiang, 1998) gezeigt wird. Bei diesen Experimenten werden auf einem Monitor mehrere Buchstaben präsentiert, zum Beispiel ein nach links oder nach rechts gedrehtes „T“ und mehrere zufällig gedrehte „L“s. Die Versuchspersonen haben die Aufgabe, das „T“ zu suchen und anzugeben, ob es nach links oder nach rechts gedreht ist. Im Verlauf eines solchen Experimentes sehen sie dabei eine Vielzahl solcher Durchgänge und damit auch viele verschiedene Konfigurationen von „T“s und „L“s. Wird ein Teil der Konfigurationen über das Experiment hinweg wiederholt, so können die Versuchspersonen im späteren Verlauf des Experimentes das zufällig gedrehte „T“ schneller in wiederholten als in neuen Konfigurationen entdecken; und dies, obwohl sie sich nicht explizit an die Konfigurationen erinnern können, wie ein darauf folgender Gedächtnistest zeigt. Obwohl also die Aufgabe die Suche nach einem Einzelobjekt verlangt, wird auch die Lernsituation in Form der Konfiguration der Inhalte auf dem Monitor gelernt und im Gedächtnis abgelegt. Die Lernsituation wird also automatisch und teils unbewusst mitverarbeitet.

Beziehungen zwischen mehreren Inhalten im Gedächtnis

Doch nicht nur die Lernsituation, sondern auch die Beziehungen der erinnerten Objekte untereinander beeinflussen die Gedächtnisleistung für Inhalte im Arbeitsgedächtnis. Dies zeigen sowohl Experimente zur Memorierung räumlicher Konfigurationen im Arbeitsgedächtnis (Jiang, Olson, & Chun, 2000; Papenmeier, Huff, & Schwan, 2012) als auch Experimente zur Verzerrung der Gedächtnisleistung eines Objektes durch andere gleichzeitig memorierte Objekte (Brady & Alvarez, 2011). Im Gegensatz zu den oben dargestellten Contextual Cueing Studien (Chun & Jiang, 1998), welche die unbewusste Verarbeitung aufgabenirrelevanter räumlicher Konfigurationen untersucht haben, geht es nun um die Frage, ob auch bei der expliziten Speicherung mehrerer Einzelobjekte im Arbeitsgedächtnis die Beziehungen zwischen den Objekten automatisch mitverarbeitet werden.

Aber wie untersucht man, ob im Arbeitsgedächtnis mehrere Einzelobjekte abgespeichert werden oder ob auch Beziehungen zwischen mehreren gleichzeitig memorierten Objekten repräsentiert sind, beispielsweise in Form der räumlichen Konfiguration der Objekte? Eine Möglichkeit besteht darin, Versuchspersonen die Position mehrerer Objekte auf einem Bildschirm lernen zu lassen und danach zu testen, ob sie die Position einzelner Objekte unabhängig von der Position anderer Objekte erinnern können (Jiang et al., 2000; Papenmeier et al., 2012). Typischerweise sehen Versuchspersonen in solchen Experimenten mehrere Objekte (z. B. Kreise oder Quadrate; siehe Abbildung 1) für ungefähr eine Sekunde. In dieser Zeit sollen sie sich die Positionen der Objekte unabhängig voneinander einprägen und danach für eine weitere Sekunde im Gedächtnis behalten (leerer Bildschirm). Im Anschluss erfolgt die entscheidende Messung. Es wird eine variable Anzahl an Objekten gezeigt, von denen eines markiert ist. Für das markierte Objekt soll entschieden werden, ob es versetzt wurde. Typischerweise können Versuchspersonen diese Aufgabe besser lösen, sich also an die Position des Einzelobjektes besser erinnern, wenn das Objekt nicht allein, sondern zusammen mit allen anderen gelernten (memorierten) Objekten gezeigt wird. Obwohl die Aufgabe also verlangt, die Objektpositionen unabhängig voneinander im Arbeitsgedächtnis abzuspeichern, benutzen Versuchspersonen beim Abruf den Kontext der anderen memorierten Objekte. Objekte werden im Arbeitsgedächtnis also nicht unabhängig voneinander gespeichert, sondern auch die Beziehungen zwischen den Objekten werden im Gedächtnis repräsentiert. Dies gilt selbst dann, wenn sich die zu erinnernden Objekte bewegen und sich dadurch deren Beziehungen zueinander über die Zeit hinweg verändern (Papenmeier et al., 2012).

Abbildung 1. Beispielhaftes Versuchsmaterial: 1.) Die Versuchspersonen lernen die Positionen der Objekte. 2.) Nach einer kurzen Memorierungsphase entscheiden sie für ein markiertes Objekt mit Kontextinformationen (A) oder ohne Kontextinformationen (B), ob es versetzt wurde. Mit Kontextinformationen kann die Aufgabe besser gelöst werden. Objekte werden somit nicht unabhängig voneinander gespeichert. Die Abbildung zeigt eine Bedingung ohne Objektversetzung.

Doch nicht nur bei der Speicherung von Kreisen und Quadraten zeigt sich, dass Beziehungen zwischen memorierten Objekten im Gedächtnis repräsentiert sind. Werden anstatt von Kreisen und Quadraten beispielsweise Bilder von Alltagsgegenständen (z. B. Stuhl, Handy oder Lampe) auf dem Bildschirm präsentiert, dann ergeben sich ähnliche Ergebnisse (Hollingworth, 2007). So ist die Erinnerung an ein Einzelobjekt auch mit realitätsnäheren Objekten besser, wenn die Beziehung des abgefragten Objektes zu den anderen memorierten Objekten unverändert bleibt. Gestaltet man die präsentierte Szene noch realitätsgetreuer, indem Alltagsgegenstände in dreidimensionale Szenen eingebettet werden, dann zeigen sich ebenfalls dieselben Effekte (Hollingworth, 2007; Papenmeier & Huff, im Druck). Die Repräsentation der Beziehungen memorierter Objekte untereinander scheint somit ein zentraler Bestandteil der Organisation des Arbeitsgedächtnisses zu sein (Jiang et al., 2000).

Neben dem Gedächtnis für Objektpositionen ist auch das Erinnern von Objektgrößen durch eine Abhängigkeit von anderen memorierten Objekten gekennzeichnet, wie ein Experiment von Brady und Alvarez (2011) zeigt. Den Versuchspersonen wurden mehrere rote, grüne und blaue Kreise in verschiedenen Größen auf einem Monitor präsentiert. Die Versuchspersonen sollten sich die Größe aller roten und blauen Kreise merken. Nachdem die Kreise für eine Sekunde im Arbeitsgedächtnis gehalten wurden (leerer Bildschirm), erschien ein einzelner schwarzer Kreis an einer Position, wo sich vorher ein roter oder blauer Kreis befand. Die Versuchspersonen mussten seine Größe so einstellen, dass sie möglichst exakt der Größe des vorher dort präsentierten Kreises entsprach. Hierbei zeigte sich ein interessanter Effekt: Die Größe des Kreises wurde systematisch falsch erinnert, und zwar in Richtung der mittleren Größe der Kreise, die die gleiche Farbe wie der Kreis hatten, der sich vorher an der abgefragten Position befand. Die Erinnerung an die Größe eines Einzelobjektes wird also durch die mittlere Größe der gleichfarbigen Objekte verzerrt, obwohl diese keinen Einfluss auf die tatsächliche Größe des abgefragten Objektes haben. Besonders interessant ist auch, dass Versuchspersonen anscheinend zwei Repräsentationen gebildet haben (hier: eine Repräsentation für die roten Kreise und eine für die blauen Kreise). Die Erinnerung an ein einzelnes Objekt wird somit nicht gleich stark von jedem der anderen im Gedächtnis gespeicherten Objekte beeinflusst. Mit einem Kontrollexperiment konnte weiterhin gezeigt werden, dass es sich wirklich um einen Gedächtniseffekt und nicht um einen Wahrnehmungseffekt handelt. Wird nämlich bereits während der Lernphase das Objekt markiert, dessen Größe im Anschluss abgefragt wird, so gibt es keine systematische Größenverzerrung in Richtung der gleichfarbigen Objekte (Brady & Alvarez, 2011).

Einschränkungen: Abweichungen zwischen Lern- und Abrufperspektive

Die obigen Befunde zeigen, dass Objekte im Arbeitsgedächtnis nicht unabhängig voneinander gespeichert werden. Dennoch sind hierbei einige Einschränkungen zu beachten und im Folgenden sollen zwei Untersuchungen zum Einfluss der Beobachtungsperspektive eines Betrachters bzw. einer Betrachterin auf eine Szene diskutiert werden. Hierbei wird der Einfluss der Abweichung zwischen der Lernperspektive (Blickwinkel auf eine 3D-Szene während des Einprägens der Szene) und der Abrufperspektive (Blickwinkel auf eine 3D-Szene während des Abrufens der Szene) auf die Gedächtnisleistung untersucht (siehe Abbildung 2). Im Speziellen geht es um die Frage, ob die typischen Effekte zur gegenseitigen Beeinflussung von Objekten im Arbeitsgedächtnis auch nach Perspektivenabweichungen auftreten. Perspektivenabweichungen entstehen beispielsweise durch die echte oder simulierte Bewegung eines Betrachters bzw. einer Betrachterin um eine Szene. Rein praktisch könnte es um die Frage gehen, ob man sich an die Position des eigenen Schlüssels auf dem Schreibtisch besser erinnern und ihn somit auch schneller wiederfinden kann, wenn man sich beim Ablegen und Holen des Schlüssels dem Schreibtisch aus derselben Richtung nähert.

Abbildung 2. Blick auf eine 3D-Szene. In den entsprechenden Experimenten wird die Abweichung zwischen Lern- und Abrufperspektive manipuliert.

Eine Möglichkeit zur Untersuchung dieser Frage besteht in der Kombination von Perspektivenabweichungen mit dem bereits erwähnten Contextual Cueing Effekt (Chua & Chun, 2003). Dabei wird ein Zielobjekt zusammen mit anderen Objekten in einer 3D-Szene präsentiert und ein Teil der sich ergebenden Konfigurationen wird über das Experiment hinweg wiederholt. Obwohl Versuchspersonen nach einem Einzelobjekt suchen und sich nicht explizit an die wiederholten Konfigurationen erinnern können, werden sie mit der Zeit schneller darin, das Zielobjekt innerhalb wiederholter Konfigurationen zu entdecken. Entscheidend ist nun die Frage, ob dieser Suchvorteil für wiederholte Konfigurationen auch dann bestehen bleibt, wenn am Ende des Experimentes die Perspektive auf die Szene verändert wird. Die Konfiguration entspricht in den wiederholten Konfigurationen damit weiterhin den bereits gelernten Konfigurationen, man sieht sie aber aus einer neuen Perspektive. Hierbei zeigt sich, dass der Suchvorteil mit zunehmenden Abweichungen von der ursprünglichen Lernperspektive abnimmt (Chua & Chun, 2003). Man findet ein Zielobjekt also insbesondere dann innerhalb einer gelernten Konfiguration schneller, wenn die Szene aus einer ähnlichen Perspektive gezeigt wird. Die Repräsentation impliziter Eigenschaften der Lernsituation scheint somit perspektivenabhängig zu sein. Man sollte sich beim Ablegen und Holen des Schlüssels also tatsächlich aus derselben Richtung dem Schreibtisch nähern, wenn man den Schlüssel besonders schnell wiederentdecken möchte.

Doch bedeutet das, dass man sich aus anderen Perspektiven überhaupt nicht an die Position des Schlüssels erinnern kann? Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass Veränderungen der Beobachterperspektive insbesondere zu Beeinträchtigungen des Gedächtniszugriffes auf die räumliche Konfiguration und damit auf die Beziehungen zwischen den memorierten Objekten führen (Papenmeier & Huff, im Druck). Der Gedächtniszugriff auf die Information des Einzelobjektes ist dagegen weniger stark beeinträchtigt. Somit kann man sich auch dann noch mit einer gewissen Genauigkeit an die Position des Schlüssels erinnern, wenn man sich dem Schreibtisch aus einer neuen Richtung nähert. Je ähnlicher aber die Richtung zum Schreibtisch zwischen Ablegen und Holen des Schlüssels ist, umso stärker wird der Gedächtnisabruf durch die Präsenz der umliegenden Objekte unterstützt, die man unter Umständen ebenfalls mit in die Gedächtnisrepräsentation aufgenommen hat.

Zusammenfassung

Es hat sich gezeigt, dass das Arbeitsgedächtnis keinesfalls nur als Einkaufsliste im Kopf mit mehreren unabhängig voneinander gespeicherten Inhalten betrachtet werden kann. So wird die Speicherung einzelner Objekte sowohl durch die Lernsituation als auch durch andere gleichzeitig memorierte Objekte beeinflusst. Aber auch die Betrachtung des Arbeitsgedächtnisses als reinen Speicher von Abhängigkeiten zwischen Objekten, aus denen dann die Informationen zu den Einzelobjekten extrahiert werden, ist nicht treffend (Papenmeier & Huff, im Druck). Vielmehr scheint es so zu sein, dass Inhalte sowohl als Einzelobjekte als auch in Relation zum Lernkontext im visuellen Arbeitsgedächtnis repräsentiert sind.

Literaturverzeichnis

Brady, T. F., & Alvarez, G. A. (2011). Hierarchical encoding in visual working memory: Ensemble statistics bias memory for individual items. Psychological Science, 22, 384–392.

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Chun, M. M., & Jiang, Y. (1998). Contextual cueing: Implicit learning and memory of visual context guides spatial attention. Cognitive Psychology, 36, 28–71.

Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24, 87–185.

Godden, D. R., & Baddeley, A. D. (1975). Context-dependent memory in two natural environments: on land and underwater. British Journal of Psychology, 66, 325–331.

Grant, H. M., Bredahl, L. C., Clay, J., Ferrie, J., Groves, J. E., McDorman, T. A., & Dark, V. J. (1998). Context-dependent memory for meaningful material: information for students. Applied Cognitive Psychology, 12, 617–623.

Hollingworth, A. (2007). Object-position binding in visual memory for natural scenes and object arrays. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 33, 31–47.

Jiang, Y., Olson, I. R., & Chun, M. M. (2000). Organization of visual short-term memory. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 26, 683–702.

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Papenmeier, F., & Huff, M. (im Druck). Viewpoint-dependent representation of contextual information in visual working memory. Attention, Perception, & Psychophysics.

Papenmeier, F., Huff, M., & Schwan, S. (2012). Representation of dynamic spatial configurations in visual short-term memory. Attention, Perception, & Psychophysics, 74, 397–415.