Die multimodale Untersuchung kognitiver Prozesse der Mentalen Rotation

Abstract

Die Aufgabe der Mentalen Rotation nach Shepard RN und Metzler J (1971) ist ein etabliertes Forschungsparadigma zur Untersuchung kognitiver Prozesse im Bereich der räumlichen Vorstellung. In der vorliegenden Arbeit wurde im Rahmen von Mentalen-Rotations-Aufgaben der Einfluss der Winkeldifferenz zwischen den Figuren von Shepard-Metzler-Stimuluspaaren und deren Konfiguration (gleich/gespiegelt zueinander) auf Leistungs-, Blickbewegungs- und neuronale Aktivierungsparameter in einem self-paced event-related-fMRT-Design mit pupil tracking erfasst. Die Blickbewegungsparameter konnten drei Faktoren zugeordnet werden, die die Dauer und den Wechsel von Fixationen sowie Sakkadeneigenschaften bei der Aufgabenlösung repräsentieren. Reaktionszeit, Dauer und Anzahl der Fixationen sowie neuronale Aktivitäten in frontoparietalen Arealen des Mentalen-Rotations-Netzwerkes zeigen erwartungsgemäß eine Zunahme mit steigender Winkeldifferenz zwischen den Einzelfiguren eines Stimuluspaares im Sinne eines analogen Mentalen-Rotations-Vorganges (Zacks 2008). Dabei bleiben Sakkadenmuster konstant. Dies spiegelt gleichbleibende Strategien in der Aufgabenlösung wider. Zusätzliche winkelabhängige Aktivierungen in somatosensorischen Arealen werden im Rahmen von räumlichen Repräsentations- und mentalen Manipulationsprozessen erklärt. Gespiegelte Stimuli führen zu einem gegenüber gleichen Stimuli abweichenden Reaktionszeitverlauf über die Winkeldifferenzen. Dies spricht für einen früheren Wechsel der mentalen Rotationsrichtung durch die Nutzung dreidimensionaler Informationen. Außerdem führt die Präsentation gespiegelter Stimuli zu höheren Aktivierungen in frühen visuellen und weniger Aktivierungen im rechten frontalen Augenfeld als die Präsentation gleicher Stimuli. Dieser Befund wird auf Unterschiede in erstellten Salienzkarten zurückgeführt. Die Bearbeitung gleicher und gespiegelter Stimuli scheint sich somit bereits auf der frühen Prozessstufe der visuellen Enkodierung zu unterscheiden. Auch die vorliegenden Blickbewegungsergebnisse unterstützen diese Interpretation: gespiegelte Stimuli gehen mit einer kleineren Sakkadenamplitude als gleiche Stimuli einher. Die Sakkadenamplitude kennzeichnet die Größe des funktionellen Sichtfeldes und ist somit ebenfalls enkodierungsassoziiert. Um den Einfluss der Prozessdauer zu berücksichtigen, wurde sie in die fMRT-Gruppenanalyse integriert. Lediglich der Effekt gespiegelter gegenüber gleichen Stimuli auf frühe visuelle Areale bleibt hierunter stabil. Dies spricht dafür, dass der Prozessschritt der visuellen Enkodierung unabhängig von anderen Schritten des Mentalen-Rotations-Prozesses ist. Ein Vorschlag zur Erweiterung des bestehenden Prozessmodells wird ausgeführt.