Lernen und Gedächtnis

VorlesungChristian Kaernbach

Teil 2: Gedächtnis

Ebbinghaus

• Ebbinghaus, H. (1885). Leipzig: Duncker & Humblot. Über das Gedächtnis. Untersuchungen zur experimentellen Psychologie.

• Erlernen von Listen (meist) sinnloser Silben (KVK) bis zu einem gewissen Kriterium(1x fehlerfreie freie Reproduktion in richtiger Reihenfolge)

• Test zu späterem Zeitpunkt:„Ersparnismaß“ als Maß für Spurstärkez.B. Erstlernen: 36 Wiederholungen,

Zweitlernen 24 Wiederholungen, Ersparnis 33%.

Ebbinghaus

• Ersparnis als Funktion der Retentionsdauer20 Minuten bis 30 Tage

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

Retentionsintervall [Tage]

Ers

parn

is [

%]

tadtx log)(

Woodworth & Schlosberg (1954):

Anderson (1983): txtx 0)(

kt

ktx

c

)(log

100)(

10

Ebbinghaus

„Potenzgesetz“

• y = a x log(y) = log(a) + · log(x)

• Ein potenzförmiger Zusammenhang wird in doppeltlogarithmischer Darstellung linear.

Anderson (1983): txtx 0)(

10

100

10 100 1000 10000 100000

log10 (Retentionsintervall [Minuten])

log1

0 (E

rsparn

is [

%])

Potenzgesetz des Lernens

• Verbesserung der Produktionsrate beim Zigarrenrollen als Funktion der Zahl der schon produzierten Zigarren

...und wo kommt das „Potenzgesetz“ her?

Memory is a mud trap

Über den Verlauf des Vergessens

Christian KaernbachUniversität Leipzig

Verteiltes versus massiertes Lernen

• Liste mit 12 Silben• massiertes Lernen:

68 x wiederholt (nach 64 x war das Kriterium erreicht)nach einem Tag 7 Wiederholungen nötig

• verteiltes Lernen:an drei Tagen insgesamt 38 x wiederholtnach einem weiteren Tag waren 6 Wiederholungen nötig

• Beim verteilten Lernenist der Lernaufwand geringerund man behält besser

Die Jostschen Gesetze

• Sind zwei Spuren zu einem bestimmten Zeitpunkt (jetzt) unter einer bestimmten Operationalisierung gleich stark (aber verschieden alt),

– dann profitiert die ältere mehr von einer Wiederholung.

– dann wird zu einem späteren Zeitpunkt die ältere stärker sein.

• Jost, A. (1897). Die Assoziationsfestigkeit in ihrer Abhängigkeit von der Verteilung der Wiederholungen. Zeitschrift für Psychologie und Physiologie der Sinnesorgane, 14, 436-472.

Das Mehrkomponenten-ModellLebensdauer Kapazität Interferenz Material

< 1 s hoch hoch akategorial

10 s 72, 4 klein kategorial

Tage, Jahre hoch klein kategorial

sensorische Register

Kurzzeitgedächtnis

Langzeitgedächtnis

Aufmerksamkeit

Einspeichern Abruf

Atkinson & Shiffrin, 1968

P T Q B

D V M R

H Z L G

„visuelles Kurzzeitgedächtnis“George Sperling, 1960

P T Q B

D V M R

H Z L G

„visuelles Kurzzeitgedächtnis“George Sperling, 1960

P T Q B

D V M R

H Z L G

50 msISI

InterStimulusIntervall

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2ISI [s]#

Be

rich

t x Z

eile

n

Vollbericht

Teilbericht

Teilberichtsvorteil

„visuelles Kurzzeitgedächtnis“George Sperling, 1960

• Ulric Neisser, 1967: Ikone (“icon”, “echo”) Atkinson & Shiffrin 1968

• George Sperling, 1960: VSTM, visual short-term memory !

• Ralph Norman Haber, 1983: The impending demise of the icon.

• Echogedächtnis: lange sensorische Speicher (Cowan) ähnlich zu KZG

P T Q B

D V M R

H Z L G

50 msISI

InterStimulusIntervall

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2ISI [s]#

Be

rich

t x Z

eile

n

Vollbericht

Teilbericht

• Ikonischer Speicher: total (Averbach & Coriell, 1961)

0

50

100

0 5 10 15 20

Zykluslänge / Retentionsdauer [s]

Pro

zent

kor

rekt

periodisches RauschenKZG Peterson & Petersonintern generiert

0

50

100

0 5 10 15 20

Zykluslänge / Retentionsdauer [s]

Pro

zent

kor

rekt

periodisches RauschenKZG Peterson & Petersonintern generiert

A B C D E F A B C D E F A B D F A B

• Ikonischer Speicher: angeblich „Retinabild wörtlich“• KZG: wenige Items

– Miller (1956): The magical number seven plus or minus two.– Cowan (2001): The magical number four in short-term memory.

• Echogedächtnis: wenige Items.

Langer sensorischer Speicher

• Ikonischer Speicher: 0.2 s• KZG: 5-10 s

– Brown (1958) / Peterson & Peterson (1959):• Konsonantentrigramme, rückwärts zählen

• Echogedächtnis: 5-10 s.– Zykluslänge von periodischem Rauschen

0

50

100

keine visuelle auditiveInterferenz

Pro

zen

t ri

chtig

Hauptaufgabe

Störaufgabe

Zufallsniveau

0

50

100

keine visuelle auditiveInterferenz

Pro

zen

t ri

chtig

Hauptaufgabe

Störaufgabe

Zufallsniveau

• KZG (innerhalb der Kapazität): wenig• Echogedächtnis: wenig.

Lebensdauer:

Kapazität:

Interferenz:

F P C S X

-25

-20

-15

-10

-5

0

1 2 3 4 5 6Kapazität

log

(p(H

|R))

konstant randomisiert

-25

-20

-15

-10

-5

0

1 2 3 4 5 6Kapazität

log

(p(H

|R))

konstant randomisiert

Das Mehrkomponenten-ModellLebensdauer Kapazität Interferenz Material

< 1 s hoch hoch akategorial

10 s 72, 4 klein kategorial

Tage, Jahre hoch klein kategorial

sensorische Register

Kurzzeitgedächtnis

Langzeitgedächtnis

Aufmerksamkeit

Einspeichern Abruf

Atkinson & Shiffrin, 1968

10 s 3 klein akategorial

Das Mehrkomponenten-Modell

sensorische Register

Kurzzeitgedächtnis

Langzeitgedächtnis

Aufmerksamkeit

Abruf

Atkinson & Shiffrin, 1968

Lebensdauer Kapazität Interferenz Material

< 1 s hoch hoch akategorial

10 s 72, 4 klein kategorial

Tage, Jahre hoch klein kategorial

10 s 3 klein akategorial

Einspeichern

Zwei Systeme?

• Ebbinghaus-Daten: Evidenz für 2 Systeme?• Potenzfunktion, mud trap: evtl. doch ein System

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

Retentionsintervall [Tage]

Ers

parn

is [

%]

• Material: Listen von SPO-Sätzen– Der Arzt haßt den Anwalt– ...

• Merkstrategien – kurz betrachten– lange betrachten– wiederholt vorsagen– Vokale zählen– Satz ergänzen:

• Der Arzt haßt den Anwalt, weil...der ihn wegen eines Kunstfehlers verklagt hat.

Elaboration

Kurzzeitgedächtnis

Langzeitgedächtnis

AbrufEinspeichern

Memorieren versus Elaboration• Aufenthaltsdauer von Information im KZG

bestimmt Wahrscheinlichkeitfür Übernahme ins LZG?

• Craik & Lockhart, 1972: Elaborationstiefe

Je bedeutungshaltiger die Elaboration, desto besser die Retention.

ArztAnwalt

ArztAnwalt

PatientKunstfehler

sensorische Register

Aufmerksamkeit

Das EinspeichermodellShiffrin & Schneider, 1970

• KZG ist aktiviertes LZG

• LZG ist gegliedert nach Verarbeitungstiefe– sensorische Codes– ...– ...– semantische Codes

• Aktivierungsausbreitung

• Interferenz

Aktivierungsausbreitung im LZG• Perlmutter & Anderson (unveröffentlicht):

...Hund - K atze Zocker - K arteKnochen - F leisch Knochen - F leisch...

• RZ: 1.41 s RZ: 1.53 s120 ms Priming Effekt

Hund

Knochen

Katze

Fleisch

Zocker

Karte

Aktivierungsausbreitung im LZG• Posner & Mitchell 1967: Buchstaben vergleichen

AA Aa AX

visuell gleich

namens-gleich

ungleich• simultaner Vergleich

428 470 464visueller Vergleich

454 507 556Namensvergleich

<

• sukzessiver Vergleich (0, 0.5, 1.0 1.5 s):Der Unterschied baut sich ab.

Es baut sich ein Unterschied auf.

454 507<

470 464>

Aktivierungsausbreitung im Modell

• Klassisches Netzwerkmodell

• parallel distributed processing, PDP,neuronale Netzwerke

Hund

Knochen

Katze

Fleisch

Zocker

Karte

KapazitätChemieprofessor zum Studenten, den er immer falsch anredet:

Interferenz

Interferenz: multiple Assoziationen• Experimentalgruppe:

– Liste A:Hund - 82Tisch - 78...

– Liste B:Hund - 43Tisch - 91...

• Kontrollgruppe:– Liste A:

Hund - 82Tisch - 78...

– Liste B:Licht - 43Glas - 91...

• Behaltensleistung: Die Experimentalgruppe – braucht länger, um Liste B zu erlernen, und – behält Liste A weniger gut als die Kontrollgruppe.

Interferenz: multiple Assoziationen• Erlernen von Satzlisten (Person/Ort)

mit Einzel- oder Doppelbezügen:– Der Arzt ist in der Bank. (P1 O1)

– Der Feuerwehrmann ist im Park. (P1 O2)

– Der Rechtsanwalt ist in der Kirche. (P2 O1)

– Der Rechtsanwalt ist im Park. (P2 O2)

– ....

• Reaktionszeit: P1 O1: 1.11 s P1 O2: 1.17 s(Wiedererkennung) P2 O1: 1.17 s P2 O2: 1.22 s

• Fächereffekt: Anstieg der RZ mit Zahl der Assoziationen

Interferenz: multiple Assoziationen

Arzt

Bank

Kirche

Park

Arzt Kirche

• Fächereffekt (u.ä.): Aktivierungsausbreitung mit begrenzter „Aktivierungskapazität“ der stimulierten Knoten

Interferenz mit vorexperimentellem Wissen

• Lewis und Anderson (1976):– Listen erfundener „Fakten“ über bekannte Personen:

• Napoleon stammte aus Indien.

• ... (im Experiment „wahr“)

– 0,...,4 Aussagen pro Person– Wiedererkennung:

• gelernte „wahre“ Aussagen

• echt wahre Aussagen

• falsche Aussagen 1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

0 1 2 3 4Zahl der fiktiven Fakten

Re

akt

ion

sze

it [s

]

falschgelerntwahr

Interferenz ?Chemieprofessor zum Studenten, den er immer falsch anredet:

• Bradshaw und Anderson (1982):

– ein Faktum (Zielfaktum) über bekannte Person• Newton wurde als Kind emotional instabil.

– Zielfaktum plus zwei irrelevante Fakten• Locke war als Student in Westminster unglücklich.

• Locke erachtete Obst für Kinder als ungesund.

• Locke litt lange unter Rückenschmerzen.

– Zielfaktum plus zwei relevante Fakten• Mozart machte eine lange Reise von München nach Paris.

• Mozart war vom Musikleben in Paris fasziniert.

• Mozart entzog sich romantischen Verstrickungen in München.

• Abruf nachsofort 1 Woche

92 % 62 %

80 % 45 %

94 % 73 %

Locke

Obst

Student

Rücken

Interferenz und Redundanz

Mozart

Paris

Reise

München

Newton Kind

Das Arbeitsgedächtnis

• Allan Baddeley (1986):– Ableitung von Subsystemen des

Arbeitsgedächtnis aus dual task Aufgaben• z.B. Hauptaufgabe: auditive Information erinnern

• auditive/visuelle Störaufgabe im Retentionsintervall

zentrale Exekutive

arti

kula

tori

sche

Sc

hlei

fe

räumlich-

visuellerN

otizblock

Die zentrale Exekutive

• Baddeley: „Ein vages Konzept zur Aufnahme ungeklärter Prozesse im Arbeitsgedächtnis“

• Forschung zur Aufmerksamkeit wird oft als Forschung zur zentralen Exekutive aufgefaßt.

Die Kapazität der artikulatorischen Schleife

• alternatives Maß der Kapazität:– nicht Items, sondern Dauer (1.5 Sekunden)

• Wortlängeneffekte (z. B. Listen von Ländernamen)

• Abhängigkeit von der Lesegeschwindigkeit

• Chinesische Kinder können sich mehr Ziffern merken als walisische Kinder

• Silbenzahl in 1.5 Sekunden?

Arbeitsgedächtnis und KZG

• AG = KZG plus „Operationen“– merke 2– addiere 4– teile durch 3– addiere 5...

• KZG nicht obligatorische Durchgangsstation zum LZG

• KZG keine Strukturkomponente, kein Hirnareal, sondern aktiviertes LZG

• AG involviert frontalen Kortex („zentrale Exekutive“, Aufmerksamkeitssteuerung)

Das Gedächtnismodell von Cowan

Langzeitgedächtnis

• sensorische Areale• ...• ...• ...• semantische Areale

kurze sensorische Speicher= Anfangsphase des

KZG-Prozesses

Aufmerk-samkeit

KZG-Prozeß

Cowan (1988, 1995)

zentrale Exekutive =

Aufmerksamkeits-steuerung

Ähnlichkeiten und Unterschiede der Speicherung

akategorialer und kategorialer Information

• Definition: Was unterscheidet akategoriale von kategorialer Information?– kategoriale Wahrnehmung (nächste Folie)

• Ähnlichkeiten:– Lebensdauer, Kapazität, und Interferenz

• Unterschied:– Rehearsal (s.u.)

kategoriale Wahrnehmung

• Kennzeichen:– Stimuluskontinua werden nicht kontinuierlich,

sondern in Kategorien eingeteilt wahrgenommen• Kategoriegrenzen• typische Kategorievertreter

– scharfe Übergänge an den Kategoriengrenzen– Zunahme der Unterscheidungsfähigkeit an den

Kategoriengrenzen

John R. Anderson, Kognitive Psychologie, Kapitel 2, S. 56-58

kategoriale Wahrnehmung

• b - d - g Kontinuum: Änderung von Formant f2

kategoriale Wahrnehmung

• b - d - g Kontinuum: Identifizierung

kategoriale Wahrnehmung

• b - d - g Kontinuum: Diskrimination– Triaden 2 same - 1 different, Abweichler finden

– 33% Zufallstreffer. Chirps: nur f2 darbieten.

Sensorisches Rehearsal Kategoriales Rehearsal

Rehearsal für akategoriale und kategoriale Information

• keine Verbesserung der Behaltensleistung für akategoriale (sensorische) Information durch Rehearsal

Rehearsal

Durchschnittswerte 3 VPn0.5 s 4.9 0.5 cent6.0 s kein Reh.: 10.3 1.7 cent6.0 s stilles Reh.: 9.0 1.5 cent6.0 s offenes Reh.: 11.8 0.4 cent

Rehearsal von TonhöheKaernbach und Schlemmer

• Shepard-Töne(Tonklasse gut definiert, Oktave mehrdeutig)

• S1-S2 Paradigma, 6 s (0.5 s) Retentionsintervall, • 3 Instruktionen: kein / stilles / offenes Rehearsal• Tonaufnahme während offenem Rehearsal.

Rehearsal

Rehearsal