Die mentale Rotationsaufgabe

Der Mental Rotation Test ist eine leistungsstarke Aufgabe im Bereich der kognitiven Psychologie zur Untersuchung der räumlichen Verarbeitung. Lesen Sie weiter, um mehr über die Einzelheiten der 2D- und 3D-mental Rotation Aufgabe, ihre Geschichte, wie sie durchgeführt werden kann (einschließlich in einem Online-Setting), die kraftvollen Forschungsergebnisse, die sie enthüllen kann, sowie Beispiele von Experimenten zu erfahren, die diese Aufgabe genutzt haben!

Geschichte der Mentalen Rotationsaufgabe

Der mentale Rotationstest geht auf die 1970er Jahre zurück, als er entwickelt wurde, um die Fähigkeiten zu untersuchen, Objekte mental zu rotieren. 1971 gehörten Roger Shepard und Jacqueline Metzler zu den Ersten, die die mentale Rotation objektiv untersucht haben, indem sie mehrere Paare von 3D, würfelförmigen oder asymmetrisch angeordneten Objekten präsentierten und anschließend die Reaktionszeit maßen, als die Teilnehmer bestimmten, ob die gepaarten Objekte übereinstimmten (Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971). 1978 formalisierten Steven G. Vandenberg und Allan R. Kuse den Mental Rotations Test basierend auf der 1971 Shepard und Metzler mentalen Rotationsaufgabe, indem sie 3D-Objekte in verschiedenen Orientierungen präsentierten, indem sie sie um eine vertikale Achse drehten. Dies war ein Test mit 20 Aufgaben, bei dem der Teilnehmer vier Figuren vergleichen und zwei Optionen auswählen musste, die mit der Kriterienfigur übereinstimmten (Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978).

Über den Mentalen Rotationstest

Was verlangt die mentale Rotationsaufgabe von den Teilnehmern? Es ist eigentlich ganz einfach!

Der allgemeine Überblick über das Experiment zur mentalen Rotation ist wie folgt:

1. Der Teilnehmer wird mit einem Kriteriums-/Zielobjekt konfrontiert.
2. Der Teilnehmer muss entscheiden, welche beiden Optionen (aus den vier vorgestellten) mit dem Kriteriums-/Zielobjekt übereinstimmen.

Somit müssen die Teilnehmer die referenzierten Stimuli untersuchen und auswählen, welche Stimuli passende Rotationen sind. In dem obigen Bild stimmen die referenzierten Stimuli mit dem ersten und dritten Stimulus überein. Unten sind weitere Beispiele dafür, wie die Versuche in der 3D mentalen Rotationsaufgabe aussehen:

2D Rotation

In einigen Versionen des Experiments zur mentalen Rotation wird die 2D-Formrotation getestet:

Durchführung des 2D oder 3D Mental Rotation Tests

Die mentale Rotationsaufgabe in Labvanced kann durchgeführt werden durch:

1. Durchführung des Tests online (für entfernte Studien), für die der URL-Studienlink leicht mit Teilnehmern geteilt werden kann, oder
2. Lokal ohne Internetverbindung mit unserer Desktop-App
3. Forscher können die Aufgabe in ihren Design-Editor importieren und das Experiment ohne Programmierung einrichten. Sehen Sie sich die mentalen Rotations Tests in Labvanced hier an, klicken Sie einfach auf die Schaltfläche „teilnehmen“, um es auszuprobieren oder „importieren“, um es in Ihr Konto hochzuladen, um es als Grundlage Ihres Experiments zu verwenden:
   • 2D Mental Rotation Task - Buchstaben
   • Mental Rotation - Körper
4. Darüber hinaus können auch erweiterte Funktionen wie unser webcam-basiertes Eye Tracking einbezogen werden, um eine zusätzliche Schicht physiologischer Daten zu ergänzen, neben den Reaktionszeiten.

Kognitive Funktionen und Prozesse

Mehrere kognitive Funktionen und Prozesse werden durch Experimente zur mentalen Rotation aufgedeckt, einschließlich:

• Intelligenz
• Organisation
• Argumentation
• Räumliche Kognition
• Visuelle Wahrnehmung

Beim Abgleichen zweier identischer Bilder sind folgende kognitive Prozesse an dem mentalen Rotationstest beteiligt:

1. Perzeptuelle Vorverarbeitung
2. Identifikation / Unterscheidung der Stimuli
3. Identifikation der räumlichen Orientierung der Stimuli
4. Beurteilung der Parität
5. Verhaltensreaktion, d. h. Auswahl / Ausführung der Wahl

Zusammen ermöglichen diese Prozesse es einem Teilnehmer, eine mentale Rotationsaufgabe erfolgreich abzuschließen (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).

Messung und Daten des Mental Rotation Tests

• Genauigkeit / Fehlerquote: die allgemeine Genauigkeit oder Fehler, die während der Aufgabe gemacht werden.
• Winkeldisparität: bezieht sich auf den bestimmten Winkel, den der Stimulus im Verhältnis zum referenzierten Stimulus hat.
• Nondecision Zeit: die Zeit, die andere Prozesse über die Entscheidungsfindung hinaus benötigen, wie z. B. die Stimuluscodierung und die Ausführung motorischer Reaktionen.
• Drift-Rate: die Zeit, die benötigt wird, um Informationen zu akkumulieren.
• Grenztrennung: der Abstand zwischen zwei separaten Antworten. Dieser Wert wird größer, wenn die Genauigkeit der Geschwindigkeit vorgezogen wird, ebenso wenn der Drehwinkel erhöht wird.
• Reaktionszeit: die Zeit, die benötigt wird, um eine Antwort auszuwählen.
• Blickdauer / Fixierungen: Wenn Eye Tracking eingesetzt wird, können relevante Metriken wie Blickdauer und Fixierungen ebenfalls als Mittel zur Verständnis der visuellen Verarbeitungsstrategie der Teilnehmer berichtet werden. Ein Beispiel für Ergebnisse, die unter Verwendung von Eye Tracking-Daten im Zusammenhang mit der mentalen Rotationsaufgabe berichtet werden, umfasst das Laufanzahlverhältnis (RC-Verhältnis), das berechnet wird, indem die durchschnittliche Anzahl der Fixierungen in falschen Antworten durch die in richtigen Antworten dividiert wird (Suzuki et al., 2018).

Mögliche Störfaktoren, die zu berücksichtigen sind

Bestimmte Störfaktoren sollten während der experimentellen Planung und der Datenanalyse berücksichtigt werden, wie z. B.:

• Geschlechtsunterschiede: Bei 2D- und 3D-mental Rotationsaufgaben haben Männer einen kognitiven Vorteil (Collins, D. W., & Kimura, D., 1997). Diese Erkenntnis wurde durch eine Metaanalyse unterstützt, die eine Stichprobe von über 12 Millionen Teilnehmern umfasste und zu dem Schluss kam, dass Männer in Bezug auf den mentalen Rotationstest den größten kognitiven Geschlechtsunterschied in der psychologischen Literatur aufweisen (Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015).
• Räumliche Angst / Selbstvertrauen: In Verbindung mit dem obigen Punkt fand eine andere Studie heraus, dass die ausgeprägten geschlechtlichen Unterschiede in der mentalen Rotationsaufgabe möglicherweise durch räumliche Angst und Selbstvertrauen vermittelt werden, insbesondere wenn die Anforderungen der Aufgabe hoch sind (Arrighi, L., & Hausmann, M. , 2022).
• Händigkeit: Während nicht so auffällig wie der Störfaktor Geschlecht, spielt die Händigkeit auch eine Rolle in der Leistung bei der mentalen Rotation. Es wurde gezeigt, dass Rechtshänder schneller sind als Linkshänder. Auch spielt die Händigkeit eine Rolle bei der Erleichterung, wenn die präsentierten Bilder mit der dominanten Hand übereinstimmen (Jones et al., 2021).

MRT Punktzahlen Verwendung

Da die Studienziele variieren können, sind hier die häufigsten Verwendungen der aus den mentalen Rotations Tests erhaltenen Punktzahlen:

1. Beschreibung der räumlichen Fähigkeiten der Teilnehmer: um einen Aspekt räumlicher Fähigkeiten und des Denkens zu quantifizieren.
2. Vergleich der Kognition innerhalb von Gruppen: um die kognitiven Prozesse, die mit MRT zwischen zwei Gruppen verbunden sind, zu quantifizieren und zu vergleichen, wie z. B. Teilnehmer mit Legasthenie im Vergleich zu Kontrollen.
3. Behandlungsergebnis: wenn der Schwerpunkt auf den Auswirkungen von Behandlung und Intervention liegt, kann der MRT als Maß verwendet werden, um spezifische Änderungen in Bezug auf die räumliche kognitive Verarbeitung zu quantifizieren.

Variationen des Mental Rotation Tests

Die mentale Rotationsaufgabe wird typischerweise mit den klassischen Würfeln oder 2D Formen durchgeführt, es gibt jedoch einige Variationen, die in der Forschung auftauchen und erwähnenswert sind:

• Unterschiedliche visuelle Stimuli: Statt Würfeln ist es auch häufig zu sehen, dass andere Arten von visuellen Stimuli in mentalen Rotations Experimenten präsentiert und rotiert werden, wie z. B.: Buchstaben, Tiere, Gesichter, farbige Formen und Pseudo-Buchstaben (Formen, die wie Buchstaben aussehen, aber keine sind) (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
• cMRT: In chronometrischen Studien zur mentalen Rotation (cMRT) werden zwei Stimuli präsentiert (statt 4), wobei Unterschiede in der Winkeldisparität bestehen. Der Teilnehmer muss schnell entscheiden, ob die beiden präsentierten Bilder gleich sind oder nicht (Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008).

Beispiele für den Mental Rotation Test: Anwendungen & Experimente

Die mentalen Rotationsaufgaben sind in der psychologischen Forschung beliebt, da sie leicht umsetzbar sind, jedoch viel über räumliche Fähigkeiten und Fertigkeiten verraten. Unten sind einige Beispiele für Anwendungen und Experimente.

Entwicklungs- & Bildungspsychologie

• Entwicklung räumlicher Fähigkeiten: Mentale Rotationsaufgaben werden in experimentellen Studien zur Entwicklungspsychologie durchgeführt, um zu verstehen, wie sich räumliche Kognitionsfähigkeiten mit dem Alter entwickeln. Ein Beispiel dafür ist eine Studie, die die Leistung bei der mentalen Rotationsaufgabe zwischen 3-Jährigen, 4-Jährigen und 5-Jährigen verglich und zeigte, dass 3-Jährige beginnen können, diese Aufgabe über dem Zufallsniveau auszuführen (Krüger, M., 2018).
• Mentale Rotation verbessert mathematische Leistung: Eine andere Studie zeigte, wie ein einwöchiges Online-Training mit räumlichem Training zur mentalen Rotation für 6- und 7-Jährige auf die klassischen arithmetischen Probleme übertragen wird. Diese Gruppe, verglichen mit einer Kontrollgruppe, die ein Lese-Training erhielt, zeigte eine verbesserte Leistung bei bestimmten arithmetischen Problemen, was möglicherweise auf eine Verbesserung der Visualisierungsfähigkeit und/oder eine Erhöhung der Kapazität des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses zurückzuführen ist (Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019).

Klinische Psychologie

• Autismus: Bei einer bestimmten Untergruppe von Autisten wurde festgestellt, dass sie verbesserte visuell-räumliche Fähigkeiten besitzen. Dies wurde durch kognitive Tests unterstützt, die mentale Rotationsaufgaben enthalten, bei denen diese Gruppe schneller abschneidet. Der kognitive Vorteil ist besonders ausgeprägt bei 3D-Formen mit hoher Komplexität im Vergleich zu einfachen oder 2D Stimuli. Aktuelle Forschungstrends erforschen die neuronalen Korrelate dieser Leistung und haben eine höhere occipitale und parietale Funktion bei Autisten gefunden, die solche visuell-räumlichen Stärken aufweisen (Thérien, V.D., et al., 2022).
• ADHS: Diffusionsmodelle wurden entwickelt, um Werte wie Drift-Rate, Nondecision-Zeit und Grenztrennung zu nutzen, um das Kognition von ADHS-Teilnehmern in Aufgaben wie dem Mental Rotation Test besser zu verstehen. Solche Experimente haben gezeigt, dass die schwache Leistung von ADHS-Teilnehmern in dem mentalen Rotations Experiment auf einer langsamen Rate der Evidenzakkumulation und auf der relativen Unflexibilität zur Anpassung der Grenztrennung beruht (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021).
• Legasthenie: Mentale Rotations Tests, einschließlich 2D-Rotation und 2D-Formrotation, werden häufig an Patienten mit Legasthenie durchgeführt. Gemäß dem Modell des funktionalen Koordinationsdefizits (FCD) können Legastheniker nicht entscheiden, ob Buchstaben gespiegelt sind oder nicht, aufgrund des Versagens, Symmetrie zu unterdrücken, wenn grafemisches Material präsentiert wird; sie können also nicht entscheiden, ob ein Buchstabe gespiegelt ist oder nicht, aufgrund der mehrdeutigen Zuordnung zwischen Graphem- und Phonemdarstellungen. Aufgrund der Art der Aufgabe sind mentale Rotationen, die mit Spiegelungen und Drehungen zu tun haben, relevante Tests, die bei Legasthenikern durchgeführt werden können. Im Vergleich zu Kontrollen/Normallesern zeigen legasthenische Kinder einen stärkeren Effekt der mentalen Rotation, da ihre Reaktionszeiten langsamer sind (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
• Morbus Parkinson: Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, bei der sowohl motorische als auch kognitive Fähigkeiten durch den Krankheitsverlauf abnehmen. Bei diesen Patienten wurde festgestellt, dass sie bei der Mentalen Rotationsaufgabe schlechter abschneiden. Neueste Bemühungen wurden unternommen, um die mentale Rotationsaufgabe als kognitives Biomarkertool für die früh einsetzende Parkinson-Krankheit ohne Nachweis eines leichten kognitiven Defizits zu verwenden (Razzaque et al., 2024).
• Alzheimer-Krankheit: Alzheimer-Patienten zeigen längere Reaktionszeiten und niedrigere Genauigkeit in mentalen Rotationsaufgaben im Vergleich zu gesunden älteren Erwachsenen. Forscher haben auch gezeigt, dass die mentale Rotationsaufgabe in Kombination mit Eye Tracking als Screening-Tool für Patienten mit Alzheimer-Krankheit oder milden kognitiven Beeinträchtigungen (MCI) verwendet werden kann (Suzuki et al., 2018).

Die Verwendung der MRT in der klinischen Psychologie ist nicht auf die oben genannten Punkte beschränkt. Sie wurde genutzt, um räumliche Fähigkeiten in einer breiten Palette klinischer Populationen zu untersuchen, wie z. B. Patienten mit TBI oder Chorea Huntington.

Kognitive Psychologie

• Studien zur Allgemeinbevölkerung: Die mentale Rotationsaufgabe wurde in vielen verschiedenen Arten von Studien verwendet, die in der kognitiven Psychologie im Mittelpunkt stehen. Diese Experimente werden mit gesunden, neurotypischen Teilnehmern durchgeführt, um räumliche kognitive Fähigkeiten zu verstehen. Eine solche Studie, die in Labvanced durchgeführt wurde, nutzte die mentale Rotationsaufgabe (in Verbindung mit anderen Aufgaben), um den Einfluss der räumlichen Fähigkeit auf die Zeitdarstellung zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere räumliche Fähigkeiten und chronologisches Lernen zu besserem Gedächtnis führen (Otenen, E., & Kanero, J., 2022).
• Gebärdensprache: Ein faszinierendes Thema, da Sprache und Kognition dynamisch überlappen, für mentale Rotationsaufgaben liegt im Kontext des Studiums der Gebärdensprache. Eine solche Studie zeigte, dass es eine positive Beziehung zwischen gebärdensprachlichen Benutzern und mentalen Rotationsfähigkeiten gibt (Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020).

Sportpsychologie

Das Feld der Sport- und Bewegungsforschung nutzt in den letzten Jahren zunehmend die mentale Rotationsaufgabe und hat faszinierende Schlussfolgerungen erzielt, da die motorische Koordination das Potenzial hat, die Leistung zu beeinflussen.

• Basketballspieler mit neuem MRT-Test: In einer aktuellen Studie wurde Anfängern und Experten unter den Basketballspielern ein neuartiger mentaler Rotationstest vorgelegt. Anstelle der klassischen 3D-Würfel als Stimuli sahen die Teilnehmer sechs verschiedene Basketballspielzüge, die gedreht oder gespiegelt wurden. Die Ergebnisse zeigten einen Effekt des Geschlechts und einen Effekt des Fachwissens. Männliche Teilnehmer lösten mehr Aufgaben, und die Leistung war besser für die erfahreneren Spieler. Diese Studie ebnet den Weg für unterstützungsspezifisches Stimulationsmaterial (Weigelt, M. & Memmert, D., 2020).

Fazit

Die mentale Rotationsaufgabe hat in der Forschung viel Fuß gefasst und wird von Psychologen in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Die mentale Rotationsaufgabe kann online oder persönlich durchgeführt werden und wird häufig zur Bewertung der räumlichen Kognition genutzt. Es gibt viele Variationen der mentalen Rotationsaufgabe, aber die meisten Experimente verwenden Stimuli in Form von 3D- oder 2D-Würfeln.

Literaturverzeichnis

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8. Krüger, M. (2018). Dreijährige lösten eine mentale Rotationsaufgabe über dem Zufallsniveau, jedoch stellte sich keine lineare Beziehung bezüglich Reaktionszeit und angezeigter Winkeldisparität ein. Frontiers in Psychology, 9, 328248.

9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). Locating past and future: der Einfluss der räumlichen Fähigkeit auf die Zeitdarstellung. In den Proceedings of the Annual Meeting of the Cognitive Science Society (Vol. 44, No. 44).

10. Razzaque. J., et al. (2024). Die Pathophysiologie von Defiziten im Mental Rotation Test (MRT) bei Morbus Parkinson mittels fMRI adressieren – Benchmarks definieren (P8-3.018). Neurologie (Vol. 102., No.17).

11. Shepard, R. N., & Metzler, J. (1971). Mentale Rotation dreidimensionaler Objekte. Science, 171(3972), 701-703.

12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). Etablierung eines neuen Screening-Systems für milde kognitive Beeinträchtigungen und Alzheimer-Krankheit mit mentalen Rotationsaufgaben, die die visuospatialen Funktionen bewerten. Journal of Alzheimer's disease, 61(4), 1653-1665.

13. Thérien, V. D., Degré-Pelletier, J., Barbeau, E. B., Samson, F., & Soulières, I. (2022). Unterschiedliche neuronale Korrelationen, die Prozesse der mentalen Rotation in zwei verschiedenen kognitiven Profilen im Autismus zugrunde liegen. NeuroImage: Clinical, 36, 103221.

14. Titze, C., Heil, M., & Jansen, P. (2008). Geschlechtsunterschiede im Mental Rotations Test (MRT) sind nicht auf die Komplexität der Aufgabe zurückzuführen. Journal of Individual Differences, 29(3), 130-133.

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16. Weigelt, M., & Memmert, D. (2021). Die mentale Rotationsfähigkeit von Experten-Basketballspielern: Identifizierung von Spielzügen auf dem Platz. Forschungsquartal für Bewegung und Sport, 92(1), 137-145.

17. Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R. (2015). Bewertung von Geschlechtsähnlichkeiten und -unterschieden mittels Metasynthese. Amerikanischer Psychologe, 70(1), 10.