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 Details der 2D- und 3D-mentalrotation Aufgabe, ihre Geschichte, wie sie durchgeführt werden kann (auch online), die kraftvollen Forschungsergebnisse, die sie enthüllen kann, sowie Beispiele für Experimente, die diese Aufgabe genutzt haben, zu erfahren!

Geschichte der mentalen Rotationsaufgabe

Der Test zur mentalen Rotation geht auf die 1970er Jahre zurück, als er entwickelt wurde, um die Fähigkeiten zur mentalen Rotation von Objekten zu untersuchen. 1971 waren Roger Shepard und Jacqueline Metzler unter den ersten, die die mentale Rotation objektiv studierten, indem sie mehrere Paare von 3D-, kubischen oder asymmetrisch ausgerichteten 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 Test der mentalen Rotation basierend auf der Shepard- und Metzler-Aufgabe zur mentalen Rotation von 1971, indem sie 3D-Objekte in unterschiedlichen Orientierungen präsentierten, indem sie sie um eine vertikale Achse drehten. Dies war ein Test mit 20 Elementen, und der Teilnehmer musste vier Figuren vergleichen und zwei Auswahlmöglichkeiten auswählen, die mit der Kriteriumsfigur übereinstimmten (Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978).

Über den Mental Rotation Test

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

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

1. Der Teilnehmer wird mit einem Kriteriums- / Zielobjekt präsentiert
2. Der Teilnehmer muss entscheiden, welche zwei Optionen (von den vier präsentierten) mit dem Kriteriums- / Zielobjekt übereinstimmen

2D-Rotation

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

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

Die mentale Rotationsaufgabe in Labvanced kann durchgeführt werden durch:

1. Durchführung des Tests online (für Fernstudien), wobei der URL-Studienlink einfach 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 Programmieren einrichten. Werfen Sie hier einen Blick auf die Mental Rotation Tests in Labvanced, 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 verwenden:
   • 2D-Mental-Rotations-Aufgabe - Buchstaben
   • Mentale Rotation - Körper
4. Darüber hinaus können fortgeschrittene Funktionen wie unser webcam-basiertes Eye Tracking ebenfalls einbezogen werden, um eine zusätzliche Schicht physiologischer Daten zu ergänzen, neben den Reaktionszeiten.

Kognitive Funktionen und Prozesse

Durch mentale Rotationsexperimente werden verschiedene kognitive Funktionen und Prozesse aufgedeckt, darunter:

• Intelligenz
• Organisation
• Logik
• Räumliche Kognition
• Visuelle Wahrnehmung

Beim Abgleichen zweier identischer Bilder sind die folgenden kognitiven Prozesse im Mentale-Rotation-Test beteiligt:

1. Perceptual Preprocessing
2. Identifikation / Diskriminierung der Stimuli
3. Identifikation der räumlichen Orientierung der Stimuli
4. Beurteilung der Parität
5. Verhaltensantwort, d.h. Auswahl / Ausführung der Entscheidung

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

Messung und Daten aus dem Mental Rotation Test

• Genauigkeit / Fehlerquote: die allgemeine Genauigkeit oder Fehler, die während der Aufgabe gemacht werden.
• Winkelabweichung: bezieht sich auf den bestimmten Winkel, den der Stimulus im Verhältnis zum referierenden Stimulus hat.
• Nicht-Entscheidungszeit: die Zeit, die andere Prozesse über die Entscheidungsfindung hinaus in Anspruch nehmen, wie die Codierung des Stimulus und die Ausführung motorischer Reaktionen.
• Drift-Rate: die Zeit, die benötigt wird, um Informationen zu sammeln.
• Grenztrennung: der Abstand zwischen zwei separaten Antworten. 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 Antwort auszuwählen.
• Blickdauer / Fixationen: wenn Eye Tracking verwendet wird, können relevante Metriken wie Blickdauer und Fixationen ebenfalls berichtet werden, um die visuelle Verarbeitungsstrategie der Teilnehmer zu verstehen. Ein Beispiel für Ergebnisse, die unter Verwendung von Eye Tracking-Daten im Kontext der mentalen Rotationsaufgabe berichtet wurden, ist das Verhältnis der Laufanzahl (RC-Verhältnis), das berechnet wird, indem die durchschnittliche Anzahl der Fixationen in falschen Antworten durch die in richtigen Antworten geteilt wird (Suzuki et al., 2018).

Mögliche Störfaktoren zu berücksichtigen

Bei der experimentellen Gestaltung und den Datenanalysestadien sollten bestimmte Störfaktoren 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 bestätigt, die ergab, dass Männer beim Mental Rotation Test den größten kognitiven Geschlechterunterschied in der psychologischen Literatur zeigen (Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015).
• Räumliche Angst / Selbstvertrauen: In Bezug auf den oben genannten Punkt fand eine andere Studie heraus, dass die ausgeprägten Geschlechterunterschiede in der Mentalrotationsaufgabe möglicherweise durch räumliche Angst und Selbstvertrauen vermittelt werden, insbesondere wenn die Anforderungen der 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 in der mentalen Rotation. Es wurde gezeigt, dass Rechtshänder schneller sind als Linkshänder. Außerdem spielt die Händigkeit eine Rolle bei der Erleichterung, wenn die präsentierten Bilder mit der dominanten Hand übereinstimmen (Jones et al., 2021).

MRT-Score-Nutzungen

Da die Studienziele variieren können, sind hier die häufigsten Anwendungen der aus den Tests zur mentalen Rotation gewonnenen Ergebnisse:

1. Beschreibung der räumlichen Fähigkeiten der Teilnehmer: um einen Aspekt der räumlichen Fähigkeiten und des logischen 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, wie z.B. dyslektische Teilnehmer versus Kontrollen.
3. Behandlungsergebnisse: Wenn der Hauptfokus auf der Wirkung von Behandlung und Intervention liegt, kann die MRT als Maß dienen, um spezifische Änderungen in der räumlichen kognitiven Verarbeitung zu quantifizieren.

Variationen des Mental Rotation Tests

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

• Verschiedene visuelle Stimuli: Anstelle von Würfeln werden auch häufig andere Arten visueller Stimuli präsentiert und in den Experimenten zur mentalen Rotation gedreht, wie: 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 präsentiert (anstatt 4), wobei es Unterschiede in der Winkelabweichung gibt. Der Teilnehmer muss schnell entscheiden, ob die beiden präsentierten Bilder übereinstimmen oder nicht. (Titze, C., Heil, M., & Jansen, P., 2008)

Beispiele für Tests zur mentalen Rotation: Anwendungen & Experimente

Die Aufgaben zur mentalen Rotation sind in der psychologischen Forschung beliebt, da sie einfach zu implementieren sind und viel über räumliche Fähigkeiten und Fertigkeiten offenbaren. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für Anwendungen und Experimente.

Entwicklungs- und Bildungspsychologie

• Entwicklung räumlicher Fähigkeiten: Mentale Rotationsaufgaben werden in experimenteller Entwicklungspsychologie eingesetzt, um zu verstehen, wie sich die Fähigkeiten zur räumlichen Kognition 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 verglichen hat und zeigte, dass 3-Jährige beginnen können, diese Aufgabe über dem Zufallsniveau zu lösen (Krüger, M., 2018).
• Mentale Rotation verbessert die mathematische Leistung: Eine andere Studie zeigte, wie ein einwöchiges Online-Training mit mentalem Rotationsraumtraining für 6- und 7-Jährige auf kanonische Rechenprobleme übertragen wird. Diese Gruppe, verglichen mit einer Kontrollgruppe, die Lesen und Schreiben trainierte, zeigte verbesserte Leistungen bei bestimmten Rechenproblemen, was auf eine Verbesserung der Visualisierungsfähigkeiten 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 zeigt verbesserte visuospatiale Fähigkeiten. Dies wurde durch kognitive Tests unterstützt, die mentale Rotationsaufgaben einschließen, bei denen diese Gruppe schneller abschneidet. Der kognitive Vorteil ist besonders ausgeprägt bei 3D-Formen hoher Komplexität, im Gegensatz zu einfachen oder 2D-Stimuli. Aktuelle Forschungstrends erkunden die neuronalen Korrelate einer solchen Leistung und fanden heraus, dass Autisten mit solchen visuospatialen Stärken eine höhere occipitale und parietale Funktion aufweisen (Thérien, V.D., et al., 2022).
• ADHS: Diffusionsmodelle wurden entwickelt, um Werte wie Driftgeschwindigkeit, Nichtentscheidungszeit und Grenztrennung zu nutzen, um das Denken von ADHS-Teilnehmern bei Aufgaben wie dem mentalen Rotations-Test besser zu verstehen. Solche Experimente haben gezeigt, dass die schlechte Leistung von ADHS-Teilnehmern bei der mentalen Rotationsaufgabe auf eine langsame Rate der Evidenzakkumulation und auf eine relative Unflexibilität bei der Anpassung der Grenztrennung zurückzuführen ist (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021).
• Legasthenie: Mentale Rotationsaufgaben, einschließlich 2D-Rotation und 2D-Formrotation, werden häufig bei Patienten mit Legasthenie angewendet. Laut dem Modell des funktionalen Koordinationsdefizits (FCD) können Legastheniker nicht entscheiden, ob Buchstaben gespiegelt sind oder nicht, da sie die Symmetrie nicht unterdrücken können, wenn graphemisches Material präsentiert wird, und daher nicht entscheiden können, ob ein Buchstabe gespiegelt ist oder nicht aufgrund der mehrdeutigen Zuordnung zwischen Graphem- und Phonemdarstellungen. Aufgrund der Natur der Aufgabe sind mentale Rotationen, die mit Spiegelung und Rotation zu tun haben, relevante Tests, die bei Legasthenikern durchgeführt werden können. Im Vergleich zu Kontrollen / normalen Lesern zeigen legasthene Kinder einen größeren mentalen Rotations-Effekt, da ihre Reaktionszeiten langsamer sind. (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
• Parkinson-Krankheit: Die Parkinson-Krankheit ist eine neurodegenerative Störung, 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. Kürzlich wurden Anstrengungen unternommen, die mentale Rotationsaufgabe als kognitives Biomarker-Werkzeug für die früh einsetzende Parkinson-Krankheit ohne Anzeichen einer leichten kognitiven Beeinträchtigung zu nutzen (Razzaque et al., 2024).
• Alzheimer-Krankheit: Alzheimer-Patienten zeigen längere Reaktionszeiten und 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-Krankheit 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 oben genannten Aspekte. Sie wurde verwendet, 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 Arten von Studien verwendet, die das Zentrum der kognitiven Psychologie bilden. 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 räumlicher Fähigkeit auf die Zeitdarstellung zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass höhere räumliche Fähigkeiten und chronologisches Lernen zu einem besseren 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 von 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

In den letzten Jahren hat die Forschung im Bereich Sport und Bewegung zunehmend die mentale Rotationsaufgabe genutzt und viele faszinierende Schlussfolgerungen gezogen, da die motorische Koordination das Potenzial hat, die Leistung zu beeinflussen.

• Basketballspieler mit neuem MRT-Test: In einer aktuellen Studie wurde sowohl Anfängern als auch erfahrenen Basketballspielern ein neuartiger Test zur mentalen Rotation angeboten. Anstatt die klassischen 3D-Würfel als Stimuli zu verwenden, sahen die Teilnehmer sechs verschiedene Basketballspielzüge, die rotiert oder gespiegelt waren. Die Ergebnisse zeigten sowohl einen Geschlechtereffekt als auch einen Effekt der Expertise. Männliche Teilnehmer lösten mehr Aufgaben und die Leistung war bei erfahreneren Spielern besser. Diese Studie ebnet den Weg für support-spezifisches Stimulusmaterial (Weigelt, M. & Memmert, D., 2020).

Fazit

Die mentale Rotationsaufgabe hat einen festen Platz in der Forschung und wird von Psychologen in verschiedenen Bereichen verwendet. 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-Würfelstimuli.

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