Die Mental Rotation Aufgabe
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-Mental-Rotationsaufgabe, ihre Geschichte, wie sie durchgeführt werden kann (einschließlich in einer Online-Umgebung), die kraftvollen Forschungsergebnisse, die sie offenbaren kann, sowie Beispiele für Experimente, die diese Aufgabe genutzt haben, zu erfahren!
Geschichte der Mental Rotation Aufgabe
Der Mental Rotation Test reicht bis in 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 untersuchten, indem sie mehrere Paare von 3D-, kubischen oder asymmetrisch angeordneten Objekten präsentierten und anschließend die Reaktionszeiten maßen, als die Teilnehmer feststellten, 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-Mental-Rotationsaufgabe von 1971, indem sie 3D-Objekte in unterschiedlichen Orientierungen präsentierten, indem sie diese um eine vertikale Achse rotierten. Dies war ein Test mit 20 Elementen, 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 Mental Rotation Test
Was verlangt die mentale Rotationsaufgabe von den Teilnehmern? Es ist eigentlich ganz einfach!
Der allgemeine Überblick über das mentale Rotationsexperiment ist wie folgt:
- Der Teilnehmer erhält ein Kriterium / Zielobjekt
- Der Teilnehmer muss entscheiden, welche beiden Optionen (aus den vier präsentierten) mit dem Kriterium / Zielobjekt übereinstimmen
Die Teilnehmer müssen daher die referenzierten Stimuli untersuchen und entscheiden, welche Stimuli übereinstimmende Rotationen sind. Im obigen Bild stimmen die referenzierten Stimuli mit dem ersten und dem dritten Stimulus überein. Unten finden Sie zusätzliche Beispiele, wie Versuche in der 3D-Mental-Rotationsaufgabe aussehen:
2D-Rotation
In einigen Versionen des Mental-Rotations-Experiments wird die 2D-Formrotation getestet:
Durchführung des 2D- oder 3D-Mental-Rotations-Tests
Die mentale Rotationsaufgabe in Labvanced kann durchgeführt werden durch:
- Durchführung des Tests online (für Fernstudien), für die der URL-Studienlink leicht mit den Teilnehmern geteilt werden kann, oder
- Lokal ohne Internetverbindung mit unserer Desktop-App
- Forscher können die Aufgabe in ihren Design-Editor importieren und das Experiment einrichten, ohne codieren zu müssen. Sehen Sie sich die Mental-Rotations-Tests in Labvanced hier an, klicken Sie einfach auf den „teilnehmen“-Button, um es zu versuchen, oder „importieren“, um es in Ihr Konto hochzuladen und als Grundlage für Ihr Experiment zu verwenden:
- Darüber hinaus können fortgeschrittene Funktionen wie unser webcam-basiertes Eye Tracking hinzugefügt werden, um eine zusätzliche Schicht physiologischer Daten neben den Reaktionszeiten zu ermöglichen.
Kognitive Funktionen und Prozesse
Durch mentale Rotationsexperimente werden mehrere kognitive Funktionen und Prozesse aufgedeckt, darunter:
- Intelligenz
- Organisation
- Argumentation
- Räumliche Kognition
- Visuelle Wahrnehmung
Beim Abgleichen von zwei identischen Bildern sind die folgenden kognitiven Prozesse an dem Mental Rotation Test beteiligt:
- Perzeptuelle Vorverarbeitung
- Identifikation / Diskriminierung der Stimuli
- Identifikation der räumlichen Orientierung der Stimuli
- Beurteilung der Parität
- Verhaltensreaktion, d.h. Auswahl / Ausführung der Wahl
Zusammen ermöglichen diese Prozesse es einem Teilnehmer, erfolgreich eine mentale Rotationsaufgabe 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 wurden.
- Winkelunterschied: bezieht sich auf den bestimmten Winkel, den der Stimulus im Vergleich zum referierten 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.
- Grenzen-Trennung: 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 eingesetzt 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 Mental-Rotations-Aufgabe berichtet wurden, ist das Laufverhältnis (RC-Verhältnis), das berechnet wird, indem die durchschnittliche Anzahl von Fixationen in falschen Antworten durch die in korrekten Antworten dividiert wird (Suzuki et al., 2018).
Mögliche Störfaktoren
Bestimmte Störfaktoren sollten in den Phasen des experimentellen Designs und der Datenanalyse berücksichtigt werden, wie z.B.:
- Geschlechtsunterschiede: Für 2D- und 3D-Mental-Rotationsaufgaben haben Männer einen kognitiven Vorteil (Collins, D. W., & Kimura, D., 1997). Diese Erkenntnis wurde durch eine Metaanalyse unterstützt, die sich aus über 12 Millionen Teilnehmern zusammensetzt und zu dem Schluss kam, dass Männer beim Mental-Rotation-Test den größten kognitiven Geschlechtsunterschied in der psychologischen Literatur zeigen (Zell, E., Krizan, Z., & Teeter, S. R., 2015).
- Räumliche Angst / Selbstbewusstsein: In Verbindung mit dem oben genannten Punkt ergab eine andere Studie, dass die ausgeprägten Geschlechtsunterschiede in der Mental-Rotations-Aufgabe durch räumliche Angst und Selbstbewusstsein vermittelt werden können, insbesondere wenn die Anforderungen an die Aufgabe hoch sind (Arrighi, L., & Hausmann, M., 2022).
- Händigkeit: Auch wenn dies nicht so auffällig ist wie der Störfaktor Geschlecht, spielt die Händigkeit auch eine Rolle bei der Leistung in der mentalen Rotation. Es wurde gezeigt, dass Rechtshänder schneller sind als Linkshänder. Darüber hinaus spielt die Händigkeit eine Rolle bei der Erleichterung, wenn die präsentierten Bilder der dominanten Hand entsprechen (Jones et al., 2021).
Verwendungen der MRT-Scores
Da die Studienziele variieren können, sind hier die häufigsten Verwendungen der aus den Mental-Rotations-Tests erhaltenen Scores aufgeführt:
- Beschreibung der räumlichen Fähigkeiten der Teilnehmer: um einen Aspekt der räumlichen Fähigkeiten und des Denkens zu quantifizieren.
- Vergleich der Kognition innerhalb von Gruppen: um die kognitiven Prozesse, die mit MRT zwischen zwei Gruppen verbunden sind, zu quantifizieren und zu vergleichen, z.B. dyslektische Teilnehmer versus Kontrollen.
- Behandlungsergebnis: wo der Hauptfokus auf den Auswirkungen der Behandlung und Intervention liegt, kann der 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 wird typischerweise mit klassischen Würfeln oder 2D-Formen durchgeführt, es gibt jedoch einige Variationen, die in der Forschung auftreten und erwähnenswert sind:
- Verschiedene visuelle Stimuli: Anstelle von Würfeln ist es auch üblich, andere Arten von visuellen Stimuli zu sehen, die in Mental-Rotations-Experimenten 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 (anstatt 4) mit Unterschieden im Winkelunterschied präsentiert. Der Teilnehmer muss schnell entscheiden, ob die beiden präsentierten Bilder dasselbe 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 einfach zu implementieren sind und viel über räumliche Fähigkeiten und Fertigkeiten offenbaren. Im Folgenden sind einige Beispiele für Anwendungen und Experimente aufgeführt.
Entwicklungs- & Bildungspsychologie
- Entwicklung räumlicher Fähigkeiten: Mental-Rotations-Aufgaben werden in experimentellen Studien der Entwicklungspsychologie eingesetzt, um zu verstehen, wie sich die Fähigkeiten der räumlichen Kognition mit dem Alter entwickeln. Ein Beispiel dafür ist eine Studie, die die Leistung bei der Mental-Rotations-Aufgabe zwischen 3-Jährigen, 4-Jährigen und 5-Jährigen verglich und zeigte, dass 3-Jährige beginnen können, diese Aufgabe über dem Zufallsniveau zu erfüllen (Krüger, M., 2018).
- Mentale Rotation verbessert mathematische Leistung: Eine andere Studie zeigte, wie ein einwöchiges Online-Training mit mentaler Rotation für 6- und 7-Jährige auf kanonische Rechenprobleme überträgt. Diese Gruppe, im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die ein Lese-Training erhielt, zeigte eine verbesserte Leistung bei bestimmten Rechenproblemen, was darauf hindeuten könnte, dass sie die Visualisierungsfähigkeit verbessern und/oder die Kapazität des visuospatialen Arbeitsgedächtnisses erhöhen (Cheung, C.N., Sung, J.Y., & Lourenco, S.F., 2019).
Klinische Psychologie
- Autismus: Eine bestimmte Untergruppe von Autisten hat verbesserte visuelle räumliche Fähigkeiten. Dies wurde durch kognitive Tests unterstützt, die mentale Rotationsaufgaben umfassen, 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 untersuchen die neuralen Korrelate einer solchen Leistung und haben eine höhere occipitale und parietale Funktion bei Autisten, die solche visuell-räumlichen Stärken haben, gefunden (Thérien, V.D., et al., 2022).
- ADHS: Diffusionsmodelle wurden entwickelt, um Werte wie Drift-Rate, Nicht-Entscheidungszeit und Grenzen-Trennung zu verwenden, um das kognitive Verhalten von ADHS-Teilnehmern in Aufgaben wie dem Mental-Rotations-Test besser zu verstehen. Solche Experimente haben gezeigt, dass die schlechten Leistungen von ADHS-Teilnehmern in der Mental-Rotations-Experiment auf eine langsame Beweissammlung und auf die relative Unbeholfenheit für die Anpassung der Grenzen-Trennung zurückzuführen sind (Feldman, J. S., & Huang-Pollock, C., 2021).
- Dyslexie: Mental-Rotations-Tests, einschließlich 2D-Rotation und 2D-Form-Rotation, 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 bei der Präsentation graphemischen Materials daran scheitern, Symmetrie zu unterdrücken. Daher können sie nicht entscheiden, ob ein Buchstabe gespiegelt ist oder nicht, aufgrund der mehrdeutigen Zuordnung zwischen Graphem- und Phonemdarstellungen. Somit sind wegen der Natur der Aufgabe mentale Rotationen, die mit Spiegelungen und Rotationen zu tun haben, relevante Tests, die bei Dyslektikern durchgeführt werden können. Im Vergleich zu Kontrollen / normalen Lesern zeigen dyslektische Kinder einen stärkeren mentalen Rotations-Effekt, gegeben der langsameren Reaktionszeiten. (Kaltner, S., & Jansen, P., 2014).
- Parkinson-Krankheit: Parkinson ist eine neurodegenerative Erkrankung, bei der sowohl motorische als auch kognitive Fähigkeiten während des Krankheitsverlaufs abnehmen. Es wurde festgestellt, dass diese Patienten eine verringerte Leistung bei der mentalen Rotationsaufgabe haben. Kürzliche Bemühungen wurden unternommen, um den Mental-Rotations-Test als kognitives Biomarker-Tool für den früh einsetzenden Parkinson ohne Hinweise auf ein mildes kognitives Defizit zu nutzen (Razzaque et al., 2024).
- Alzheimer-Krankheit: Alzheimer-Patienten zeigen längere Reaktionszeiten und geringere Genauigkeit in Mental-Rotations-Tests im Vergleich zu gesunden älteren Erwachsenen. Forscher haben auch gezeigt, dass der Mental-Rotations-Test, kombiniert mit Eye Tracking, als Screening-Tool für Patienten mit Alzheimer oder milden kognitiven Beeinträchtigungen (MCI) genutzt werden kann (Suzuki et al., 2018).
Die Verwendung des MRT in der klinischen Psychologie ist nicht nur auf die oben genannten Fälle beschränkt. Es wurde verwendet, um räumliche Fähigkeiten in einer breiten Palette von klinischen Populationen zu untersuchen, wie Patienten mit TBI oder Huntington-Krankheit.
Kognitive Psychologie
- Studien der Allgemeinbevölkerung: Die mentale Rotationsaufgabe wurde in vielen verschiedenen Arten von Studien verwendet, die kognitive Psychologie im Kern haben. 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 räumlicher Fähigkeiten 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 sich Sprache und Kognition dynamisch überschneiden, für mentale Rotationsaufgaben liegt im Kontext der Untersuchung von Gebärdensprache. Eine solche Studie zeigte, dass es eine positive Beziehung zwischen Gebärdensprachbenutzern und mentalen Rotationsfähigkeiten gibt (Kubicek, E., & Quandt, L.C., 2020).
Sportpsychologie
Im Bereich der Sport- und Bewegungsforschung wird die mentale Rotationsaufgabe in den letzten Jahren zunehmend verwendet und hat viele faszinierende Schlussfolgerungen erreicht, da die motorische Koordination das Potenzial hat, die Leistung zu beeinflussen.
- Basketballspieler mit neuer MRT-Aufgabe: In einer aktuellen Studie wurden Novizen und erfahrene Basketballspieler einer neuartigen Mental-Rotations-Test unterzogen. Anstelle der klassischen 3D-Würfel als Stimuli sahen die Teilnehmer sechs verschiedene Basketballzüge, die rotiert oder gespiegelt wurden. Die Ergebnisse waren so, dass es einen Geschlechtseffekt und einen Effekt der Expertise gab. Männliche Teilnehmer lösten mehr Aufgaben, und die Leistung war besser für erfahrenere Spieler. 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 verwendet. Die mentale Rotationsaufgabe kann online oder persönlich durchgeführt werden und wird häufig genutzt, um die räumliche Kognition zu beurteilen. Es gibt viele Variationen der mentalen Rotationsaufgabe, aber die meisten Experimente verwenden 3D- oder 2D-Würfel-Stimuli.
Quellen
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Cheung, C. N., Sung, J. Y., & Lourenco, S. F. (2020). Überträgt sich das Training der mentalen Rotation auf Gewinne in mathematischer Kompetenz? Bewertung einer visuospatialen Intervention zu Hause. Psychological Research, 84(7), 2000-2017.
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