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Titel:Über die Charakteristika der Leistung in Konzentrationstests: Prozesskomponenten, Mechanismen und Übungseffekte
Autor:Blotenberg, Iris
Weitere Beteiligte: Schmidt-Atzert, Lothar (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2019
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2019/0212
DOI: https://doi.org/10.17192/z2019.0212
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2019-02127
Publikationsdatum:2019-11-05
DDC: Psychologie
Titel(trans.):On the Characteristics of Sustained Attention Test Performance: Process Components, Mechanisms and Practice Effects

Dokument

Schlagwörter:
Aufmerksamkeit, Test, Diagnostik, Konzentration, Kognitive Leistungsfähigkeit, Experimentelle Testvalidierung

Zusammenfassung:
Tests zur Messung der Konzentrationsfähigkeit sind seit über einhundert Jahren im Einsatz und finden in den verschiedensten psychologischen Feldern – von der Verkehrs- über die Wirtschafts- bis zur Neuropsychologie – Anwendung (Schmidt-Atzert & Amelang, 2012). Typische Konzentrationstests präsentieren eine Reihe von homogenen Stimuli, die kontinuierlich nach einer einfachen Regel zu bearbeiten sind, bis die Zeit vorüber ist (Westhoff & Hagemeister, 2005). Für diese Tests liegen diverse korrelative Validitätsbelege vor, die für konvergente (in Form eines gemeinsamen Konzentrationsfaktors) und diskriminante Validitäten (im Sinne einer gelungenen Abgrenzung von höheren kognitiven Fähigkeiten) dieser Tests sprechen (z.B. Krumm et al., 2009; Schmidt-Atzert, Bühner, & Enders, 2006). Allerdings lassen sich einige Fragestellungen mittels korrelativer Studien nur schwer adressieren, hier erwiesen sich Ansätze der experimentellen Testvalidierung als fruchtbar, um Schlüsselannahmen über Konzentrationstests zu prüfen (z. B. Krumm, Schmidt-Atzert, Bracht, & Ochs, 2011; Krumm, Schmidt-Atzert, & Eschert, 2008; Krumm, Schmidt-Atzert, Schmidt, Zenses, & Stenzel, 2012). Nichtsdestotrotz sind bislang wichtige Fragen offen geblieben: So gibt es noch kein Prozessmodell für das Zustandekommen der Leistung in Konzentrationstests und die relativ großen Übungseffekte in diesen Tests sind zwar gut belegt, aber kaum verstanden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag darin, die Prozesskomponenten bei der Bearbeitung von Konzentrationstests und die relativ großen Übungseffekte in diesen kognitiven Tests anhand dreier Beiträge zu beleuchten. Auf der Basis theoretischer und empirischer Arbeiten wird im ersten Beitrag ein generisches Prozessmodell der Leistung in Konzentrationstests vorgeschlagen. Demnach sollte die Leistung in einem Konzentrationstest davon abhängen, wie schnell eine Testperson 1) ein Item wahrnimmt, 2) eine simple mentale Operation durchführt, um ein Item zu lösen, 3) eine motorische Reaktion ausführt, um die Lösung zu indizieren, 4) selbstgesteuert zum nächsten Item wechselt. In zwei Studien (N Studie 1 = 103, N Studie 2 = 100) konnte gezeigt werden, dass die Geschwindigkeit in den einzelnen Prozesskomponenten die Leistung in drei verschiedenen Konzentrationstests maßgeblich vorhersagte (55 – 74 % Varianzaufklärung). Dabei waren besonders die Wahrnehmungsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Lösungsprozesse starke Prädiktoren für die Leistung im Test, während sich ein Trend für einen kleineren Einfluss der motorischen Geschwindigkeit zeigte. In Bezug auf die vierte postulierte Komponente, den selbstgesteuerten Itemwechsel, konnte zwar demonstriert werden, dass es für die Leistung einen großen Unterschied machte, ob kontinuierlich gearbeitet und selbstgesteuert zwischen den Items gewechselt werden musste oder ob kurze Pausen zwischen den Items vorgesehen waren: Wenn die Testpersonen sukzessiv und ohne vorgesehene Pausen arbeiten mussten, reagierten sie langsamer und machten mehr Fehler. Allerdings konnten keine stabilen interindividuellen Unterschiede in der Geschwindigkeit des Itemwechsels erfasst werden und es zeigten sich keine Zusammenhänge mit der Leistung in Konzentrationstests. Insgesamt konnten im ersten Beitrag wichtige Erkenntnisse über die Prozesskomponenten der Leistung in Konzentrationstests gewonnen werden. Es blieb aber die Frage offen, wie sich die kontinuierliche Bearbeitung von Items auf der Prozessebene auswirkt. Die Anforderung zum kontinuierlichen Arbeiten, das hatten frühere Studien bereits gezeigt, hat einen starken Einfluss auf die Validität dieser Tests (Krumm, Schmidt-Atzert, & Eschert, 2008; Krumm, Schmidt-Atzert, et al., 2012). Der zweite Beitrag befasst sich mit einer möglichen Erweiterung des Prozessmodells um weitere Komponenten. Dabei wird angenommen, dass die Darbietung vieler Stimuli, die in Konzentrationstests üblich ist, zum einen die Fokussierung auf den aktuell relevanten Stimulus erforderlich machen sollte, zum anderen aber auch die Vorschau auf nachfolgende Stimuli erlauben und zur Vorverarbeitung dieser nachfolgenden Stimuli genutzt werden könnte. Für diese Studie (N = 100) wurde ein modifizierter d2 erstellt und der Präsentationsmodus so manipuliert, dass die Anforderung an die Fokussierung und die Möglichkeit zur Vorschau auf nachfolgende Stimuli systematisch variiert wurden. In Bezug auf die Fokussierungsleistung konnte kein Effekt gefunden werden. Dabei waren die gewählten ablenkenden Stimuli womöglich zu schwach. Allerdings zeigte sich, dass die Testpersonen die Vorschau auf nachfolgende Stimuli nutzten und diese vorverarbeiteten, sofern sie die Möglichkeit dazu bekamen. Interindividuelle Unterschiede darin, wie gut ihnen die Vorbereitung auf die nachfolgenden Stimuli gelang, waren reliabel und hingen mit der Leistung in verschiedenen Konzentrationstests zusammen. Somit war es im zweiten Beitrag gelungen, eine neue Komponente der Leistung in Konzentrationstests aufzudecken: Die Vorverarbeitung nachfolgender Stimuli. Dabei sind durchaus Zusammenhänge mit einigen alltäglichen Konzentrationsaufgaben denkbar, die ebenfalls von der proaktiven Verarbeitung von Umgebungsreizen profitieren, wie das Fahren eines Autos oder die Korrektur eines Textes. Es bleibt dennoch zu prüfen, inwieweit es sich bei dieser Komponente um einen inherenten Bestandteil der Konzentrationsfähigkeit oder um einen möglicherweise nicht intendierten Nebeneffekt der Testgestaltung handelt. Der dritte Beitrag der vorliegenden Arbeit widmet sich den Übungseffekten in Konzentrationstests. Relativ große Übungseffekte zwischen einem Drittel und bis zu einer Standardabweichung nach einmaliger Testwiederholung sind ein gut dokumentiertes Phänomen in diesen Tests (z. B. Bühner, Ziegler, Bohnes, & Lauterbach, 2006; Scharfen, Peters, & Holling, 2018; Westhoff & Dewald, 1990). Es ist aber noch kaum verstanden, wie diese Übungseffekte zustande kommen (Büttner & Schmidt-Atzert, 2004; Scharfen, Blum, & Holling, 2018). Daher wird in dieser Untersuchung (N = 100) das Prozessmodell der Konzentrationsleistung zugrunde gelegt und eine Reihe kognitiver Aufgaben zweimal dargeboten, um zu untersuchen, inwieweit die einzelnen Prozesskomponenten von der Übung profitieren. Es zeigte sich, dass sich die Übung an mehreren Stellen im Prozess auszuwirken schien, in kleinerem Maße auf Wahrnehmungs- und Motorikprozesse, in größerem Maße auf die simple mentale Operation zur Lösung des Items und wahrscheinlich auch auf die Koordination der Prozesskomponenten. Weder der selbstgesteuerte Wechsel zwischen den Items noch die Vorbereitung auf nachfolgende Items wurden mit der Testwiederholung effizienter. Im dritten Beitrag war es somit gelungen, auf der Prozessebene einen Einblick in die Entstehung der Übungseffekte in Konzentrationstests zu gewinnen. Es zeigte sich, dass die Auswirkungen der Übung in Konzentrationstests komplex sind, was es schwierig macht, sie durch Anpassungen des Testmaterials zu vermindern oder die Geübtheit versus Ungeübtheit einer Testperson erkennbar zu machen. Zusammengenommen ermöglichen die vorgestellten Beiträge tiefere Einblicke in die Prozesskomponenten, die bei der Bearbeitung von Konzentrationstests eine Rolle spielen und damit ein besseres Verständnis, was diese Tests messen. Dabei ist eine Vielzahl kognitiver Prozesse an diesen so simpel anmutenden Aufgaben beteiligt. Die Ergebnisse dieser Arbeit werfen auch neue Fragen auf, beispielsweise bleibt offen, wie sich die kontinuierliche Bearbeitung von Stimuli auf der Prozessebene im Detail auswirkt, inwieweit die Fähigkeit zur Vorverarbeitung nachfolgender Stimuli in Konzentrationstests mit der proaktiven Verarbeitung in alltäglichen Konzentrationsaufgaben korrespondiert und wie sich die Übung in Konzentrationstests auf die Validität dieser Tests auswirkt. Alles in allem kann die psychologische Diagnostik sehr von experimentellen Validierungsansätzen profitieren. Für die Zukunft wäre es vielversprechend, diese zusätzlich um Ansätze der mathematischen Modellierung kognitiver Prozesse zu ergänzen.

Summary:
Sustained attention tests have been in use for more than a hundred years and they are applied in various psychological disciplines from traffic to business to neuropsychology (Schmidt-Atzert & Amelang, 2012). Typically, these tests consist of many homogenous and simultaneously presented stimuli and the test-taker is required to continuously apply a simple rule to them (like finding targets or assessing whether two single-digit numbers add up to a third) until the test is over (Westhoff & Hagemeister, 2005). A large body of correlational validity evidence supports sustained attention tests’ convergent (there is evidence for a common factor; e.g. Schmidt-Atzert et al., 2006) and discriminant validity (correlations with higher cognitive abilities are low to moderate; e.g. Krumm et al., 2009). However, some research questions are difficult to address using only correlational approaches to validity. For example, until today, there is no generic process model of performance in sustained attention tests and the large practice effects in these tests are well confirmed, but poorly understood. Therefore, a more in-depth analysis of the processes involved in sustained attention tests requires an experimental approach. Along these lines, the aim of the present thesis was to investigate the processes involved in sustained attention tests and the locus of the practice effect in these tests. In the first contribution of the present thesis, based on theoretical considerations and earlier research, a process model of sustained attention tests was proposed. According to the model, performance in these tests should depend on: How fast the test-taker 1) perceives an item, 2) performs a simple mental operation to solve an item, 3) responds to indicate the answer to an item and 4) deliberately shifts towards the next item. In two studies (N Study 1 = 103, N Study2 = 100), three sub-components jointly predicted 55 to 74 % of the variance in three sustained attention tests. Perceptual and item solving processes showed to be strong predictors of performance, while there was a consistent trend towards a small influence of motor speed on test performance. Regarding item shifting, it was confirmed that the requirement to constantly stay on task and deliberately shift between items (the so-called self-paced mode) affected performance compared to a force-paced mode (sometimes also called computer-paced mode) which involved short intervals between successive stimuli. However, interindividual differences in item shifting were low in reliability and unrelated to performance in sustained attention tests. Thus, it remains to be elucidated how the requirement to continuously work on and deliberately shift between items impacts information processing in sustained attention tests. In the second contribution of the present thesis, it was examined whether the process model had to be extended when considering the characteristic presentation mode of sustained attention tests. Typically, in these tests, many stimuli are presented simultaneously and should therefore require the test-takers to focus on the currently relevant stimulus but could also enable them to preprocess upcoming stimuli. In order to assess the role of focusing and preprocessing in sustained attention tests, a modified version of the d2 test of sustained attention was created and its stimulus arrangement was manipulated. There was no effect of focusing in the present data, which might be due to the use of relatively simple distractors. However, it was shown that there was a large preview benefit (with regard to speed and error rates) in the conditions that allowed a preprocessing of upcoming stimuli. Moreover, interindividual differences in the extent to which preprocessing took place were reliable and substantially correlated with performance in three different sustained attention tests. Thus, a new component of performance in sustained attention tests was revealed: The preprocessing of upcoming stimuli. This component of test performance could very likely be linked to everyday sustained attention tasks that also benefit from a proactive scanning of potentially relevant information in the environment, like driving a car or proofreading a text. However, this potential link is yet to be investigated before we can draw conclusions about whether preprocessing constitutes an inherent part of sustained attention or rather an ancillary effect of the way sustained attention tests are designed. The subject of the third contribution of the present thesis were the large practice effects in sustained attention tests that have frequently been reported and range between one-third and one standard deviation (z. B. Bühner et al., 2006; Scharfen, Peters, et al., 2018; Westhoff & Dewald, 1990). Based on the previously proposed process model, it was investigated which of the sub-components of sustained attention tests benefitted from practice and to which extent. Therefore, in this study (N Study = 100), several cognitive tasks were administered twice to examine the effects of practice on the sub-components. It was shown that practice affected several sub-components, among them perceptual and motor processes but especially item solving processes and potentially also the coordination of the sub-components. However, neither the deliberate shifting between items nor the preprocessing of upcoming items became more efficient through practice. Altogether, the effects of practice on the sub-components of sustained attention tests seem to be rather complex and therefore, taking measures in order to reduce the practice effect in these tests or to recognize pre-exposure to these tests appears challenging. To sum up, using experimental test validation approaches, the present thesis allows a more in-depth insight into the processes involved as participants work through sustained attention tests and therefore, allows a better understanding of what these tests measure. It has again been shown that performance in these seemingly simple tests relies on several cognitive processes. However, the results of the current studies also raise new questions: For example, it is yet to be investigated how the continuous self-paced processing of stimuli impacts information processing in these tests, whether preprocessing corresponds to everyday sustained attention tasks and finally, how practice affects the validity of sustained attention tests. Altogether, the field of psychological assessment can strongly benefit from experimental approaches to validity. In future studies, it might be promising to also apply mathematical models of cognitive processes to address some of the open questions.


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