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-Mentalrotation, ihre Geschichte, wie sie durchgeführt werden kann (einschließlich in einem Online-Setting), die wichtigen Forschungsergebnisse, die er enthüllen kann, sowie Beispiele für Experimente zu erfahren, die diese Aufgabe verwendet haben!

Geschichte der Mental Rotation Task

Der Mental Rotation Test geht auf die 1970er Jahre zurück, als er entwickelt wurde, um die Fähigkeiten eines Menschen zu untersuchen, Objekte mental zu rotieren. 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 angeordneten Objekten präsentierten und anschließend die Reaktionszeit maßen, während die Teilnehmer bestimmen sollten, ob die gepaarten Objekte übereinstimmten (Shepard, R. N., & Metzler, J., 1971). Im Jahr 1978 formalisierten Steven G. Vandenberg und Allan R. Kuse den Mental Rotations Test basierend auf der mentalen Rotationsaufgabe von Shepard und Metzler aus dem Jahr 1971, indem sie 3D-Objekte in unterschiedlichen Orientierungen präsentierten, indem sie sie um eine vertikale Achse rotierten. Dies war ein Test mit 20 Elementen, und der Teilnehmer musste vier Figuren vergleichen und zwei Auswahlmöglichkeiten auswählen, die der Kriteriumsfigur entsprachen (Vandenberg, S. G., & Kuse, A. R., 1978).

Über den Mental Rotation Test

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

Der allgemeine Überblick über das mentale Rotationsexperiment ist wie folgt:

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

So müssen die Teilnehmer die entsprechenden Stimuli untersuchen und wählen, welche Stimuli übereinstimmende Rotationen sind. Im obigen Bild stimmen die entsprechenden Stimuli mit dem ersten und dritten Stimulus überein. Im Folgenden finden Sie zusätzliche Beispiele dafür, wie Versuche in der 3D-Mentalrotation aussehen:

2D-Rotation

In einigen Versionen des mentalen Rotations-Experiments 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 Remote-Studien), für die 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 einrichten, ohne codieren zu müssen. Überprüfen Sie die Mentalrotations-Tests in Labvanced hier, klicken Sie einfach auf die Schaltfläche „teilnehmen“, um es auszuprobieren, oder „importieren“, um es in Ihr Konto hochzuladen und als Grundlage für Ihr Experiment zu nutzen:
   • 2D Mental Rotation Task
   • Mental Rotation Cubes
4. Darüber hinaus können auch erweiterte Funktionen wie unser webcam-basiertes Eye-Tracking integriert werden, um eine zusätzliche Schicht physiologischer Daten hinzuzufügen, neben den Reaktionszeiten.

Kognitive Funktionen und Prozesse

Bei mentalen Rotations-Experimenten werden mehrere kognitive Funktionen und Prozesse offenbart, darunter:

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

Beim Abgleichen zweier identischer Bilder sind die folgenden kognitiven Prozesse an dem Mental Rotation Test beteiligt:

1. Perceptuelles Preprocessing
2. Identifikation / Diskriminierung der Stimuli
3. Identifikation der räumlichen Orientierung der Stimuli
4. Beurteilung der Parität
5. Verhaltenreaktion, d.h.: Auswahl / Ausführung der Wahl

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

Messung und Daten aus dem Mental Rotation Test

• Genauigkeit / Fehlerrate: die Gesamtkonstanz oder Fehler, die während der Aufgabe gemacht werden.
• Winkeldiskrepanz: bezieht sich auf den spezifischen Winkel, den der Stimulus im Vergleich zum entsprechenden Stimulus hat.
• Nicht-Entscheidungszeit: die Zeit, die andere Prozesse über die Entscheidungsfindung hinaus benötigen, wie z.B. die Kodierung von Stimuli und die Ausführung motorischer Reaktionen.
• Drift-Rate: die Zeit, die benötigt wird, um Informationen zu sammeln.
• Grenztrennung: 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 / Fixationen: Wenn Eye-Tracking eingesetzt wird, können relevante Metriken wie Blickdauer und Fixationen 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 Mental Rotation Task berichtet wurden, ist das Verhältnis der Laufanzahl (RC-Verhältnis), das berechnet wird, indem die mittlere Anzahl der Fixationen in falschen Antworten durch die in richtigen Antworten geteilt wird (Suzuki et al., 2018).

Mögliche Störfaktoren zu berücksichtigen

Einige Störfaktoren sollten während der experimentellen Planung und 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 Metaanalyse unterstützt, die eine Stichprobe von über 12 Millionen Teilnehmern umfasste und zu dem Schluss kam, dass Männer in Bezug auf den Mental Rotation Test den größten kognitiven Geschlechtsunterschied in der psychologischen Literatur zeigen (Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015).
• Räumliche Angst / Selbstvertrauen: In Bezug auf den oben genannten Punkt ergab eine andere Studie, dass die ausgeprägten Unterschiede zwischen den Geschlechtern in der Mental Rotation Task 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 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 zur dominanten Hand passen (Jones et al., 2021).

Verwendungen von MRT-Scores

Da die Studienziele variieren können, sind hier die häufigsten Verwendungen der aus den Mental Rotations-Tests erhaltenen Ergebnisse:

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, die mit dem MRT zwischen zwei Gruppen, wie dyslexische Teilnehmer und Kontrollen, zusammenhängen, zu quantifizieren und zu vergleichen.
3. Behandlungsoutcome: Wenn der Schwerpunkt auf der Wirkung von Behandlungen und Interventionen liegt, kann das MRT als Maß verwendet werden, um spezifische Veränderungen in der räumlichen kognitiven Verarbeitung zu quantifizieren.

Variationen des Mental Rotation Tests

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

• Unterschiedliche visuelle Stimuli: Anstelle von Würfeln ist es ebenfalls üblich, andere Arten von visuellen Stimuli in mentalen Rotations-Experimenten zu präsentieren und zu rotieren, 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 (anstatt vier) mit Unterschieden in der Winkeldiskrepanz präsentiert. 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 Mental Rotationsaufgaben sind in der psychologischen Forschung beliebt, da sie leicht durchzuführen sind und viel über räumliche Fähigkeiten und Fertigkeiten offenlegen. Im Folgenden finden Sie 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 Fähigkeiten zur räumlichen Kognition mit dem Alter entwickeln. Ein Beispiel hierfür ist eine Studie, die die Leistung bei der Mental Rotation Task zwischen 3-Jährigen, 4-Jährigen und 5-Jährigen verglichen hat und zeigte, dass 3-Jährige beginnen können, diese Aufgabe über dem Zufallsniveau zu bewältigen (Krüger, M., 2018).
• Mentale Rotation zur Verbesserung der mathematischen Leistung: Eine andere Studie zeigte, wie ein einwöchiges Online-Training mit mentaler Rotationsraumschulung für 6- und 7-Jährige auf kanonische Rechenprobleme überträgt. Diese Gruppe erzielte im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die eine Schulung in der Lesekompetenz erhielt, verbesserte Leistungen bei bestimmten Rechenproblemen, 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 Subgruppe von Autisten wurden verbesserte visuell-räumliche Fähigkeiten festgestellt. Dies wurde durch kognitive Tests unterstützt, die mentale Rotationsaufgaben beinhalteten, bei denen diese Gruppe schneller abschneidet. Der kognitive Vorteil ist insbesondere für 3D-Formen hoher Komplexität definiert, im Gegensatz zu einfachen oder 2D-Stimuli. Aktuelle Forschungstrends erforschen die neuronalen Korrelate einer solchen Leistung und haben eine größere okzipitale und parietale Funktionsweise bei Autisten festgestellt, die solche visuellen Stärken aufweisen (Thérien, V.D., et al., 2022).
• ADHS: Diffusionsmodelle wurden entwickelt, um Werte wie Drift-Rate, Nicht-Entscheidungszeit und Grenztrennung zu nutzen, um das Kognitionsverhalten von ADHS-Teilnehmern in Aufgaben wie dem Mental Rotation Test besser zu verstehen. Solche Experimente haben gezeigt, dass die schlechte Leistung von ADHS-Teilnehmern in der mentalen Rotationsaufgabe auf eine langsame Rate der Informationsakkumulation und auf die relative Unflexibilität bei der Anpassung der Grenztrennung zurückzuführen ist (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021).
• Dyslexie: Mentale Rotations-Tests, einschließlich 2D-Rotationen und 2D-Formrotationen, werden häufig Patienten mit Dyslexie verabreicht. Laut dem Modell des funktionellen Koordinationsdefizits (FCD) können Dyslexiker nicht entscheiden, ob Buchstaben gespiegelt sind oder nicht, da sie die Symmetrie beim Vorlegen grafemisch-materieller Informationen nicht unterdrücken können, müssen sie also dementsprechend entscheiden, ob ein Buchstabe gespiegelt ist oder nicht, aufgrund der mehrdeutigen Zuordnung zwischen Grafem- und Phonemdarstellungen. Somit sind aufgrund der Art der Aufgabe mentale Rotationen, die mit Spiegelungen und Rotationen zu tun haben, relevante Tests, die Dyslexikern verabreicht werden können. Im Vergleich zu Kontrollen / Normallese werden bei dyslexischen Kindern aufgrund ihrer langsameren Reaktionszeiten ein größerer mentaler Rotations-Effekt beobachtet (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
• Morbus Parkinson: Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, bei der motorische und kognitive Fähigkeiten durch den Krankheitsverlauf abnehmen. Bei diesen Patienten wurde eine verringerte Leistung bei der mentalen Rotationsaufgabe festgestellt. Jüngste Anstrengungen wurden unternommen, um die mentale Rotationsaufgabe als kognitives Biomarker-Werkzeug für die frühzeitige Manifestation der Parkinson-Krankheit ohne Anzeichen einer milden kognitiven Beeinträchtigung zu verwenden (Razzaque et al., 2024).
• Morbus Alzheimer: Alzheimer-Patienten zeigen längere Reaktionszeiten und eine geringere 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 Alzheimer-Patienten oder Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) verwendet werden kann (Suzuki et al., 2018).

Die Verwendung des MRT in der klinischen Psychologie ist nicht auf die oben genannten Punkte beschränkt. Es wurde verwendet, um räumliche Fähigkeiten in einer Vielzahl klinischer Populationen zu untersuchen, wie z.B. bei Patienten mit TBI oder Chorea Huntington.

Kognitive Psychologie

• Studien an der Allgemeinbevölkerung: Die mentale Rotationsaufgabe wurde in vielen verschiedenen Arten von Studien verwendet, die die kognitive Psychologie im Kern haben. 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 (neben anderen Aufgaben), um den Einfluss der räumlichen Fähigkeit auf die Zeitdarstellung zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass eine höhere räumliche Fähigkeit 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 der Erforschung der Gebärdensprache. Eine solche Studie zeigte, dass es eine positive Beziehung zwischen Gebärdensprachbenutzern und Fähigkeiten zur mentalen Rotation gibt (Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020).

Sportpsychologie

Das Gebiet der Sport- und Bewegungforschung verwendet in den letzten Jahren zunehmend die mentale Rotationsaufgabe und hat viele faszinierende Schlussfolgerungen erreicht, da motorische Koordination das Potenzial hat, die Leistung zu beeinflussen.

• Basketballspieler mit neuartiger MRT-Aufgabe: In einer aktuellen Studie wurde Novizen und erfahrenen Basketballspielern ein neuartiger Mental Rotation Test vorgelegt. Anstelle der klassischen 3D-Würfel als Stimuli sahen die Teilnehmer sechs verschiedene Basketballspielzüge, die rotiert oder gespiegelt waren. Die Ergebnisse zeigten sowohl einen Geschlechtseffekt als auch einen Expertise-Effekt. 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 einen festen Platz in der Forschung und wird von Psychologen in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Die mentale Rotationsaufgabe kann sowohl online als auch persönlich durchgeführt werden und wird häufig zur Bewertung der räumlichen Kognition verwendet. Es gibt viele Variationen der mentalen Rotationsaufgabe, aber die meisten Experimente verwenden 3D- oder 2D-Würfelstimuli.

Literaturverzeichnis

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3. Collins, D. W., & Kimura, D. (1997). Ein großer Geschlechtsunterschied bei einer zweidimensionalen mentalen Rotationsaufgabe. Verhaltensneurowissenschaft, 111(4), 845.

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8. Krüger, M. (2018). Dreijährige lösen eine mentale Rotationsaufgabe über dem Zufallsniveau, aber es stellte sich keine lineare Beziehung zwischen Reaktionszeit und der präsentierten Winkeldiskrepanz heraus. Frontiers in Psychology, 9, 328248.

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10. Razzaque. J., et al. (2024). Behandlung der Pathophysiologie der Defizite bei der mentalen Rotationsaufgabe (MRT) bei Morbus Parkinson unter Verwendung von fMRI – Festlegung von Benchmarks (P8-3.018). Neurologie (Bd. 102., Nr.17).

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

12. Suzuki, A., Shinozaki, J., Yazawa, S., Ueki, Y., Matsukawa, N., Shimohama, S., & Nagamine, T. (2018). Etablierung eines neuen Screeningsystems für leichte kognitive Beeinträchtigungen und die Alzheimer-Krankheit mit mentalen Rotationsaufgaben zur Bewertung der visuellen 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). Unterschiedliche neuronale Korrelate, die den Prozessen der mentalen Rotation in zwei unterschiedlichen kognitiven Profilen im Autismus zugrunde liegen. NeuroImage: Clinical, 36, 103221.

14. Titze, C., Heil, M., & Jansen, P. (2008). Geschlechts Unterschiede 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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