Die Mental Rotation Task

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 Details der 2D- und 3D-Mentalrotationsaufgabe, ihre Geschichte, wie sie durchgeführt werden kann (einschließlich in einem Online-Setting), die bedeutenden Forschungsergebnisse, die sie enthüllen kann, sowie Beispiele von Experimenten zu erfahren, die diese Aufgabe genutzt haben!

Geschichte der Mental Rotation Task

Der Mentalrotationstest geht auf die 1970er Jahre zurück, als er entwickelt wurde, um die Fähigkeiten einer Person zur mentalen Rotation von Objekten zu untersuchen. 1971 gehörten Roger Shepard und Jacqueline Metzler zu den Ersten, die die mentale Rotation objektiv untersuchten, indem sie mehrere Paare von 3D-, gewürfelten oder asymmetrisch geformten Objekten präsentierten und anschließend die Reaktionszeit maßen, während 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 Shepard- und Metzler-Mentalrotationsaufgabe von 1971, indem sie 3D-Objekte in verschiedenen Orientierungen präsentierten, indem sie sie um eine vertikale Achse drehten. Dies war ein Test mit 20 Items, und der Teilnehmer musste vier Figuren vergleichen und zwei Auswahlmöglichkeiten auswählen, die mit der Kriteriumfigur übereinstimmten (Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978).

Über den Mental Rotation Test

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

Der allgemeine Überblick über das mentale Rotationsexperiment ist wie folgt:

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

2D Rotation

In einigen Versionen des Mentalrotationsexperiments wird die 2D-Formrotation getestet:

Durchführung des 2D- oder 3D-Mentalrotationstests

Die mentale Rotationsaufgabe in Labvanced kann durchgeführt werden durch:

1. Durchführung des Tests online (für Fernstudien), für die der URL-Studienlink leicht mit den 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 einrichten, ohne dass Code geschrieben werden muss. Schauen Sie sich die Mentalrotationstests 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 für Ihr Experiment zu nutzen:
   • 2D-Mental Rotation Task - Buchstaben
   • Mental Rotation - Körper
4. Darüber hinaus können fortschrittliche Funktionen wie unser webcam-basiertes Eye-Tracking ebenfalls integriert werden, um eine zusätzliche Schicht physiologischer Daten zusätzlich zu Reaktionszeiten hinzuzufügen.

Kognitive Funktionen und Prozesse

Mehrere kognitive Funktionen und Prozesse werden durch mentale Rotationsexperimente aufgedeckt, einschließlich:

• Intelligenz
• Organisation
• Schlussfolgerung
• Räumliche Kognition
• Visuelle Wahrnehmung

Beim Abgleichen von zwei identischen Bildern sind die folgenden kognitiven Prozesse am mentalen Rotations-Test beteiligt:

1. Perzeptuelle Vorverarbeitung
2. Identifizierung / Unterscheidung der Stimuli
3. Identifizierung der räumlichen Orientierung der Stimuli
4. Urteil über die Parität
5. Verhaltensreaktion, d. h. Auswahl / Ausführung

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

Messung und Daten aus dem Mentalrotationstest

• Genauigkeit / Fehlerquote: die allgemeine Genauigkeit oder die während der Aufgabe gemachten Fehler.
• Winkelabweichung: bezieht sich auf den bestimmten Winkel, den der Stimulus im Verhältnis zum referenzierten Stimulus hat.
• Nicht-Entscheidungszeit: die Zeit, die andere Prozesse über die Entscheidungsfindung hinaus benötigen, wie z. B. die Stimuluskodierung und die Ausführung motorischer Reaktionen.
• Drift-Rate: die Zeit, die benötigt wird, um Informationen zu accumulieren.
• Grenztrennung: der Abstand zwischen zwei getrennten Reaktionen. Dieser Wert wird größer, wenn die Genauigkeit über die Geschwindigkeit priorisiert wird, sowie wenn der Rotationswinkel erhöht wird.
• Reaktionszeit: die Zeit, die benötigt wird, um eine Reaktion 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 Kontext der mentalen Rotationsaufgabe berichtet werden, ist das Run Count Ratio (RC-Verhältnis), das berechnet wird, indem die mittlere Anzahl von Fixierungen bei falschen Antworten durch die bei richtigen Antworten geteilt wird (Suzuki et al., 2018).

Mögliche Störfaktoren zu berücksichtigen

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

• Geschlechtsunterschiede: Bei 2D- und 3D-Mentalrotationsaufgaben haben Männer einen kognitiven Vorteil (Collins, D. W., & Kimura, D., 1997). Diese Erkenntnis wurde durch eine Metasynthese-Studie mit einer Stichprobe von über 12 Millionen Teilnehmern unterstützt, die zu dem Schluss kam, dass Männer in Bezug auf den Mentalrotationstest den größten kognitiven Geschlechtsunterschied in der psychologischen Literatur zeigen (Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015).
• Räumliche Angst / Selbstvertrauen: Im Zusammenhang mit dem vorherigen Punkt fand eine andere Studie heraus, dass die ausgeprägten Geschlechtsunterschiede in der Mentalrotationsaufgabe durch räumliche Angst und Selbstvertrauen vermittelt werden können, insbesondere wenn die Anforderungen an die Aufgabe hoch sind (Arrighi, L., & Hausmann, M., 2022).
• Händigkeit: Obwohl nicht so auffällig wie der Störfaktor Geschlecht, spielt auch die Händigkeit eine Rolle bei der Leistung bei der mentalen Rotation. Es wurde gezeigt, dass Rechtshänder schneller sind als Linkshänder. Händigkeit spielt auch eine Rolle bei der Erleichterung, wenn die präsentierten Bilder der dominanten Hand entsprechen (Jones et al., 2021).

MRT-Punkteverwendung

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

1. Beschreibung der räumlichen Fähigkeiten der Teilnehmer: um einen Aspekt der räumlichen Fähigkeiten und des Denkens zu quantifizieren.
2. Vergleich der Kognition innerhalb von Gruppen: um die kognitiven Prozesse im Zusammenhang mit MRT zwischen zwei Gruppen zu quantifizieren und zu vergleichen, z. B. zwischen dyslexischen Teilnehmern und Kontrollen.
3. Behandlungsergebnis: Wenn der Schwerpunkt auf den Auswirkungen von Behandlung und Intervention liegt, kann die MRT als Maß verwendet werden, um spezifische Veränderungen im Zusammenhang mit der räumlichen kognitiven Verarbeitung zu quantifizieren.

Variationen des Mental Rotation Tests

Die mentale Rotationsaufgabe erfolgt typischerweise mit den klassischen Würfeln oder 2D-Formen, es gibt jedoch einige Variationen, die in der Forschung auftauchen, die erwähnt werden sollten:

• Verschiedene visuelle Stimuli: Anstelle von Würfeln ist es auch üblich, andere Arten von visuellen Stimuli zu sehen, die in mentalen Rotationsexperimenten präsentiert und rotiert werden, wie z. B.: Buchstaben, Tiere, Gesichter, farbige Formen und Pseudobuchstaben (Formen, die wie Buchstaben aussehen, es aber nicht sind) (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
• cMRT: In chronometrischen Studien zur mentalen Rotation (cMRT) werden zwei Stimuli (anstatt 4) mit Unterschieden in der Winkelabweichung präsentiert. Der Teilnehmer muss schnell entscheiden, ob die beiden präsentierten Bilder identisch sind oder nicht. (Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008)

Beispiele für den Mental Rotation Test: Anwendungen & Experimente

Die Mentalrotationsaufgaben sind in der psychologischen Forschung beliebt, da sie leicht durchzuführen sind und viel über räumliche Fähigkeiten und Fertigkeiten enthüllen. Nachfolgend einige Beispiele für Anwendungen und Experimente. ### Entwicklungs- & Bildungspsychologie

• Entwicklung räumlicher Fähigkeiten: In der Entwicklungspsychologie werden mentale Rotationsaufgaben eingesetzt, um zu verstehen, wie sich die Fähigkeiten der räumlichen Kognition im Laufe des Alters 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 zu bewältigen (Krüger, M., 2018).
• Mentale Rotation verbessert die mathematische Leistung: Eine andere Studie zeigte, wie ein einwöchiges Online-Training mit mentaler Rotation räumliches Training für 6- und 7-Jährige auf klassische Rechenaufgaben überträgt. Diese Gruppe zeigte im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die Lese- und Schreibtraining erhielt, eine verbesserte Leistung bei bestimmten Rechenaufgaben, die auf eine Verbesserung der Visualisierungsfähigkeit und/oder eine Erhöhung der Kapazität des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses zurückzuführen sein könnte (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 gestützt, die mentale Rotationsaufgaben umfassen, bei denen diese Gruppe schneller abschneidet. Der kognitive Vorteil ist insbesondere für 3D-Formen mit hoher Komplexität definiert, im Gegensatz zu einfachen oder 2D-Reizen. Aktuelle Forschungstrends untersuchen die neuronalen Korrelate solcher Leistungen und haben eine höhere occipitale und parietale Funktionsweise bei Autisten festgestellt, die solche visuell-räumlichen Stärken haben (Thérien, V.D., et al., 2022).
• ADHS: Diffusionsmodelle wurden entwickelt, um Werte wie Driftgeschwindigkeit, Non-Decision-Zeit und Grenzenseparation zu nutzen, um die Kognition von ADHS-Teilnehmern bei Aufgaben wie dem mentalen Rotationstest besser zu verstehen. Solche Experimente haben gezeigt, dass die schwache Leistung von ADHS-Teilnehmern im mentalen Rotationsexperiment auf eine langsame Rate der Evidenzakkumulation und auf die relative Unflexibilität bei der Anpassung der Grenzenseparation zurückzuführen ist (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021).
• Legasthenie: Mentale Rotationsaufgaben, einschließlich 2D-Rotation und 2D-Formrotation, werden häufig bei Patienten mit Legasthenie durchgeführt. Gemäß dem Modell der funktionalen Koordinationsdefizite (FCD) können Legastheniker nicht entscheiden, ob Buchstaben gespiegelt sind oder nicht, da sie die Symmetrie bei der Präsentation graphemischen Materials nicht unterdrücken können und somit nicht entscheiden können, ob ein Buchstabe gespiegelt ist oder nicht, aufgrund der mehrdeutigen Zuordnung zwischen Graphem- und Phonemdarstellungen. Daher sind aufgrund der Natur der Aufgabe mentale Rotationen, die mit Spiegelungen und Rotationen zu tun haben, relevante Tests, die bei Legasthenikern durchgeführt werden können. Im Vergleich zu Kontrollen / Normallesern zeigen legasthenische Kinder einen größeren Effekt der mentalen Rotation, da ihre Reaktionszeiten langsamer sind. (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
• Parkinson-Krankheit: Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, bei der sowohl motorische als auch kognitive Fähigkeiten durch den Krankheitsverlauf abnehmen. Bei diesen Patienten wurde festgestellt, dass sie eine verringerte Leistung bei der mentalen Rotationsaufgabe aufweisen. Jüngste Bemühungen wurden unternommen, um die mentale Rotationsaufgabe als kognitiven Biomarker für die früh einsetzende Parkinson-Krankheit ohne Nachweis eines milden kognitiven Defizits zu nutzen (Razzaque et al., 2024).
• Alzheimer-Krankheit: Alzheimer-Patienten zeigen längere Reaktionszeiten und eine niedrigere Genauigkeit bei 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 oder leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) genutzt werden kann (Suzuki et al., 2018).

Die Verwendung der MRT in der klinischen Psychologie beschränkt sich nicht nur auf die obigen Punkte. Sie wurde genutzt, um räumliche Fähigkeiten in einer Vielzahl von klinischen Populationen zu untersuchen, wie z.B. Patienten mit TBI oder Huntington-Krankheit.

Kognitive Psychologie

• Studien an der Allgemeinbevölkerung: Die mentale Rotationsaufgabe wurde in vielen verschiedenen Studien eingesetzt, die der kognitiven Psychologie zugrunde liegen. Diese Experimente werden mit gesunden, neurotypischen Teilnehmern durchgeführt, um die räumlichen kognitiven 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 miteinander verschmelzen, für mentale Rotationsaufgaben liegt im Kontext des Studiums der Gebärdensprache. Eine solche Studie zeigte, dass es eine positive Beziehung zwischen Gebärdensprache-Nutzern und den Fähigkeiten zur mentalen Rotation gibt (Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020).

Sportpsychologie

Das Gebiet der Sport- und Bewegungserforschung hat in den letzten Jahren zunehmend die mentale Rotationsaufgabe genutzt und viele 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 erfahrenen Basketballspielern ein neuartiger Test zur mentalen Rotation angeboten. Anstelle der klassischen 3D-Würfel als Reize sahen die Teilnehmer sechs verschiedene Basketballspielzüge, die rotiert oder gespiegelt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass es einen Geschlechtseffekt und einen Effekt der Expertise gab. Männliche Teilnehmer lösten mehr Aufgaben, und die Leistung war bei erfahreneren Spielern besser. Diese Studie ebnet den Weg für unterstützungsspezifisches Stimulusmaterial (Weigelt, M. & Memmert, D., 2020).

Fazit

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

Literaturverzeichnis

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9. Otenen, E., & Kanero, J. (2022). Vergangenes und Zukünftiges lokalisieren: Der Einfluss der räumlichen Fähigkeit auf die Zeitdarstellung. In Proceedings of the Annual Meeting of the Cognitive Science Society (Vol. 44, No. 44).

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12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). Etablierung eines neuen Screening-Systems für leichte kognitive Beeinträchtigung und Alzheimer-Krankheit mit mentalen Rotationsaufgaben zur Bewertung der visuell-räumlichen Funktion. Journal of Alzheimer's disease, 61(4), 1653-1665.

13. Thérien, V. D., Degré-Pelletier, J., Barbeau, E. B., Samson, F., & Soulières, I. (2022). Differenzielle neuronale Korrelate, die mentalen Rotationsprozesse in zwei unterschiedlichen 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 Aufgabenkomplexität zurückzuführen. Journal of Individual Differences, 29(3), 130-133.

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