Die mentale Rotationsaufgabe

Der Mentale Rotations-Test ist eine leistungsstarke Aufgabe im Bereich der Kognitionspsychologie zur Untersuchung der räumlichen Verarbeitung. Lesen Sie weiter, um mehr über die Details der 2D- und 3D-mental Rotation aufzuschlüsseln, ihre Geschichte, wie sie durchgeführt werden kann (auch in einem Online-Setting), die leistungsstarken Forschungsergebnisse, die sie offenbaren kann, sowie Beispiele für Experimente, die diese Aufgabe genutzt haben!

Geschichte der mentalen Rotationsaufgabe

Der mentale Rotations-Test 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 erforschten, indem sie mehrere Paare von 3D-, gewürfelten 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 mentalen Rotationsaufgabe von Shepard und Metzler von 1971, indem sie 3D-Objekte in unterschiedlichen Orientierungen präsentierten, indem sie sie um eine vertikale Achse rotierten. Dies war ein 20-Item-Test und der Teilnehmer musste vier Figuren vergleichen und zwei Optionen auswählen, die mit der Kriteriumsfigur übereinstimmten (Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978).

Über den mentalen Rotations-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 erhält ein Kriteriums- / Zielobjekt
2. Der Teilnehmer muss entscheiden, welche zwei Optionen (aus den vier präsentierten) mit dem Kriteriums- / Zielobjekt übereinstimmen

2D-Rotation

In einigen Versionen des mentalen Rotationsexperiments wird die 2D-Form-Rotation getestet:

Durchführung des 2D- oder 3D-Mental-Rotations-Tests

Die mentale Rotationsaufgabe in Labvanced kann durchgeführt werden durch:

1. Die 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 ohne Programmierung einrichten. Schauen Sie sich die mentalen Rotationstests 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
   • Mentale Rotation - Körper
4. Darüber hinaus können fortgeschrittene Funktionen wie unser kamera-basiertes Eye Tracking ebenfalls integriert werden, um eine zusätzliche Ebene physiologischer Daten zu erhalten, neben den Reaktionszeiten.

Kognitive Funktionen und Prozesse

Mehrere kognitive Funktionen und Prozesse werden durch mentale Rotations-Experimente aufgedeckt, einschließlich:

• Intelligenz
• Organisation
• Denken
• Räumliche Kognition
• Visuelle Wahrnehmung

Beim Abgleichen zweier identischer Bilder sind die folgenden kognitiven Prozesse an dem mentalen Rotations-Test beteiligt:

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

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

Messung und Daten des mentalen Rotations-Tests

• Genauigkeit / Fehlerquote: die allgemeine Genauigkeit oder die Fehler, die während der Aufgabe gemacht wurden.
• Winkeldifferenz: bezieht sich auf den bestimmten Winkel, den der Stimulus im Vergleich zum referenzierten Stimulus hat.
• Nondecision-Zeit: die Zeit, die andere Prozesse über die Entscheidungsfindung hinaus benötigen, wie Stimuluscodierung und Ausführung motorischer Antworten.
• Drift-Rate: die Zeit, die benötigt wird, um Informationen zu akkumulieren.
• Grenzwert-Trennungen: der Abstand zwischen zwei getrennten Antworten. Dieser Wert wird größer, wenn die Genauigkeit gegenüber der Geschwindigkeit priorisiert wird, sowie wenn der Rotationswinkel erhöht wird.
• Reaktionszeit: die Zeit, die benötigt wird, um eine Antwort auszuwählen.
• Blickdauer / Fixierungen: Wenn Eye Tracking verwendet wird, können relevante Maße wie Blickdauer und Fixierungen ebenfalls als Mittel zur Verständigung 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 durchschnittliche Anzahl der Fixierungen bei falschen Antworten durch die bei richtigen Antworten geteilt wird (Suzuki et al., 2018).

Mögliche Confounds, die zu berücksichtigen sind

Bestimmte Confounds sollten während der experimentellen Entwurfs- und Datenanalysephasen berücksichtigt werden, wie zum Beispiel:

• Geschlechtsunterschiede: Für 2D- und 3D-mentale Rotationsaufgaben 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 kommt, dass Männer in Bezug auf den mentalen Rotations-Test den größten kognitiven Geschlechtsunterschied in der psychologischen Literatur zeigen (Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015).
• Räumliche Angst / Selbstvertrauen: Im Zusammenhang mit dem obigen Punkt fand eine andere Studie heraus, dass die ausgeprägten Geschlechterunterschiede in der mentalen Rotationsaufgabe durch räumliche Angst und Selbstvertrauen vermittelt werden können, insbesondere wenn die Anforderungen an die Aufgabe hoch sind (Arrighi, L., & Hausmann, M., 2022).
• Händigkeit: Während nicht so auffällig wie der Confound des Geschlechts, spielt auch die Händigkeit eine Rolle bei der Leistung in 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 Punktverwendungen

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

1. Beschreibung der räumlichen Fähigkeiten der Teilnehmer: um einen Aspekt der räumlichen Fähigkeiten und des Denkens quantifizieren.
2. Vergleich der Kognition innerhalb von Gruppen: um die kognitiven Prozesse im Zusammenhang mit MRT zwischen zwei Gruppen, wie zum Beispiel dyslexischen Teilnehmern und Kontrollen, zu quantifizieren und zu vergleichen.
3. Ergebnis der Behandlung: wo der Hauptfokus auf der Wirkung von Behandlung und Intervention liegt, kann der MRT als Maß verwendet werden, um spezifische Veränderungen in der räumlichen kognitiven Verarbeitung zu quantifizieren.

Variationen des Mentalen Rotations-Tests

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

• Verschiedene visuelle Stimuli: Statt Würfeln ist es auch üblich, andere Arten von visuellen Stimuli in mentalen Rotations-Experimenten zu sehen, die präsentiert und rotiert werden, wie: 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 (anstatt 4) mit Unterschieden in der Winkeldifferenz. Der Teilnehmer muss schnell entscheiden, ob die zwei präsentierten Bilder dasselbe sind oder nicht. (Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008)

Beispiele für den Mental Rotation Test: Anwendungen & Experimente

Die Aufgaben zur mentalen Rotation sind in der psychologischen Forschung beliebt, da sie leicht umzusetzen sind und viel über räumliche Fähigkeiten und Fertigkeiten offenbaren. Nachfolgend sind einige Beispiele für Anwendungen und Experimente aufgeführt.

Entwicklungs- & Bildungspsychologie

• Entwicklung räumlicher Fähigkeiten: Aufgaben zur mentalen Rotation werden in experimenteller Entwicklungspsychologie durchgeführt, um zu verstehen, wie sich räumliche kognitive Fähigkeiten mit dem Alter entwickeln. Ein Beispiel dafür ist eine Studie, die die Leistung bei der Aufgabe zur mentalen Rotation zwischen 3-jährigen, 4-jährigen und 5-jährigen Kindern verglich und zeigte, dass 3-Jährige beginnen können, diese Aufgabe über dem Zufallsniveau zu lösen (Krüger, M., 2018).
• Mentale Rotation verbessert mathematische Leistungen: Eine andere Studie zeigte, wie eine einwöchige Online-Trainingsintervention mit räumlichem Training zur mentalen Rotation für 6- und 7-Jährige auf kanonische Rechenprobleme übertragen wird. Diese Gruppe zeigte im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die ein Lese- und Schreibtraining erhielt, verbesserte Leistungen bei bestimmten Rechenproblemen, was 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: Eine bestimmte Subgruppe von Autisten hat verbesserte visuell-räumliche Fähigkeiten. Dies wurde durch kognitive Tests unterstützt, die Aufgaben zur mentalen Rotation 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 neuralen Korrelate solcher Leistungen und haben eine erhöhte occipitale und parietale Funktionsweise bei Autisten gefunden, die solche visuell-räumlichen Stärken aufweisen (Thérien, V.D., et al., 2022).
• ADHS: Diffusionsmodelle wurden entwickelt, um Werte wie Driftgeschwindigkeit, Nicht-Entscheidungszeit und Grenztrennung zu nutzen, um das Denken von ADHS-Teilnehmern in Aufgaben wie dem Test zur mentalen Rotation besser zu verstehen. Solche Experimente haben gezeigt, dass die schwache Leistung von ADHS-Teilnehmern im Experiment zur mentalen Rotation auf eine langsame Rate der Evidenzakkumulation und die relative Unflexibilität bei der Anpassung der Grenztrennung zurückzuführen ist (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021).
• Dyslexie: Tests zur mentalen Rotation, einschließlich 2D-Rotation und 2D-Formrotation, werden häufig bei Patienten mit Dyslexie durchgeführt. Gemäß dem Modell des funktionalen Koordinationsdefizits (FCD) können Dyslektiker nicht entscheiden, ob Buchstaben gespiegelt sind oder nicht, da sie die Symmetrie nicht unterdrücken können, wenn graphemisches Material präsentiert wird, und können daher 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 Spiegelung und Rotation zu tun haben, relevante Tests, die an Dyslektikern durchgeführt werden können. Im Vergleich zu Kontrollen / normalen Lesern zeigen dyslexische Kinder einen stärkeren Effekt der mentalen Rotation aufgrund ihrer langsameren Reaktionszeiten. (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 eine verringerte Leistung bei der Aufgabe zur mentalen Rotation festgestellt. Jüngste Bemühungen wurden unternommen, um die Aufgabe zur mentalen Rotation als kognitives Biomarker-Tool für früh einsetzende Parkinson-Krankheit ohne Anzeichen eines leichten kognitiven Defizits zu nutzen (Razzaque et al., 2024).
• Alzheimer-Krankheit: Alzheimer-Patienten zeigen längere Reaktionszeiten und geringere Genauigkeit in Aufgaben zur mentalen Rotation im Vergleich zu gesunden älteren Erwachsenen. Forscher haben auch gezeigt, dass die Aufgabe zur mentalen Rotation in Kombination mit Augenbewegungsverfolgung als Screening-Tool für Patienten mit Alzheimer-Krankheit oder leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) genutzt werden kann (Suzuki et al., 2018).

Die Anwendung des MRT in der klinischen Psychologie beschränkt sich nicht nur auf die oben genannten Aspekte. Es wurde verwendet, um räumliche Fähigkeiten in einer Vielzahl von klinischen Bevölkerungsgruppen zu untersuchen, wie z. B. bei Patienten mit TBI oder Huntington-Krankheit.

Kognitive Psychologie

• Studien zur allgemeinen Bevölkerung: Die Aufgabe zur mentalen Rotation wurde in vielen verschiedenen Arten von Studien verwendet, 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 Aufgabe zur mentalen Rotation (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 Aufgaben zur mentalen Rotation liegt im Kontext des Studiums der Gebärdensprache. Eine solche Studie zeigte, dass es eine positive Beziehung zwischen Gebärdensprachebenutzern und Fähigkeiten zur mentalen Rotation gibt (Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020).

Sportpsychologie

Das Feld der Sport- und Bewegungsforschung nutzt in den letzten Jahren zunehmend die Aufgabe zur mentalen Rotation und hat viele faszinierende Schlussfolgerungen gezogen, da die motorische Koordination das Potenzial hat, die Leistung zu beeinflussen.

• Basketballspieler mit neuem MRT-Test: In einer aktuellen Studie erhielten novice und Experten Basketballspieler einen neuen Mentalrotationstest. Anstelle der klassischen 3D-Würfel als Reize sahen die Teilnehmer sechs verschiedene Basketballspielzüge, die rotiert oder gespiegelt wurden. Die Ergebnisse zeigten einen Effekt des Geschlechts und einen Effekt der Expertise. Männliche Teilnehmer lösten mehr Aufgaben, und die Leistung war besser bei erfahreneren Spielern. Diese Studie ebnet den Weg für unterstützungsspezifisches Stimulusmaterial (Weigelt, M. & Memmert, D., 2020).

Fazit

Die Aufgabe zur mentalen Rotation hat in der Forschung viel Fuß gefasst und wird von Psychologen in verschiedenen Bereichen genutzt. Die Aufgabe zur mentalen Rotation kann online oder persönlich durchgeführt werden und wird häufig verwendet, um die räumliche Kognition zu bewerten. Es gibt viele Variationen der Aufgabe zur mentalen Rotation, aber die meisten Experimente verwenden 3D- oder 2D-Würfelreize.

Literaturverzeichnis

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