Okulometrische Untersuchung der internalen Aufmerksamkeit

Obwohl unsere Augen im Wachzustand zumeist offen sind, richtet sich unsere Aufmerksamkeit doch häufig auf internale Prozesse und ignoriert dabei den visuellen Input von außen. Das trifft insbesondere bei kognitiven Aufgaben zu welche unabhängig von Außenreizen sind, so wie wenn wir uns etwas vorstellen oder planen. In vielen Bereichen der Kognitionswissenschaften und Neurowissenschaften ist es wichtig den aktuellen Fokus der Aufmerksamkeit bestimmen zu können. Mit Hilfe von Eye-Tracking kann der visuelle Fokus in der Außenwelt bereits gut gemessen werden. Bisher fehlt allerdings eine Methode um zu festzustellen, ob der Aufmerksamkeitsfokus überhaupt nach außen oder nach innen gerichtet ist. Verschiedene Befunde deuten darauf hin, dass internale Kognitionen (IK) mit einem Zustand von visueller Entkopplung einhergehen, welcher durch ein spezifisches Augenverhaltens charakterisiert werden kann. Ein zentrales Ziel dieses Projekts ist es daher die Validität von Augenparametern als objektive und kontinuierliche Indikatoren eines internalen versus externalen Aufmerksamkeitsfokus zu überprüfen. Hierbei werden sowohl etablierte Augenparameter berücksichtigt als auch die Vergenz, ein neues, vielversprechendes Maß welches die (Dis-)Akkommodation widerspiegelt und somit bei der visuellen Entkopplung involviert ist. Als ein weiteres Ziel des Projekts, werden interindividuelle Unterschiede untersucht in der Fähigkeit visuelle Entkopplung umzusetzen und aufrecht zu halten, und ob diese Unterschiede Leistungen in internalen Aufgaben vorhersagen und mit anderen Personenmerkmalen wie kognitiver Kontrolle und Kreativität assoziiert sind. Schließlich eröffnet die Verfügbarkeit eines kontinuierlichen Indikators internaler (versus externaler) Aufmerksamkeit auch neue Möglichkeiten die neuronalen Grundlagen internaler Kognitionen mittels EEG und fMRT zu untersuchen. Das Projekt wird somit die Erforschung internaler Kognitionen vorantreiben und soll wichtige Erkenntnisse zum Verständnis von Aufmerksamkeit, Kreativität und deren neuronaler Grundlagen beitragen.

Verschiedene kognitive Aktivitäten erfordern, dass die Aufmerksamkeit entweder nach außen gerichtet wird (z.B. Lesen, visuelle Suche) oder nach innen gerichtet wird (z.B. Imagination, Kopfrechnen). Dieses Forschungsprojekt untersuchte wie sich das Augenverhalten zwischen externaler und internaler Aufmerksamkeit unterscheidet und wie zuverlässig man den Aufmerksamkeitsfokus anhand des Augenverhalten bestimmen kann. Über verschiedene Studien hinweg zeigte sich, dass bei internaler Aufmerksamkeit tatsächlich Veränderungen hinsichtlich zahlreicher Augenparameter beobachtet werden können (z.B. Fixationshäufigkeit, Pupillendilatation, Blinzelrate, Augenvergenz etc.). Manche Veränderungen sind darauf zurückzuführen, dass, entsprechend der perceptual decoupling-Hypothese, visuelle Reize weniger beachtet werden (z.B. Reduktion der Fixationen); andere Veränderungen sind auf eine reduzierte visuelle Aufnahmebereitschaft (z.B. häufigeres Blinzeln) und einen höheren kognitiven Load bei internalen Aktivitäten zurückzuführen (z.B. erhöhte Pupillendilatation); wieder andere Veränderungen dürften durch eine Kopplung des Augenverhaltens an die internen Vorstellungen zustande kommen (z.B. erhöhte Varianz in verschiedenen Augenparametern). In weiteren Studien konnten wir zeigen, dass diese Veränderungen bei höheren internalen Anforderungen weitgehend unwillkürlich geschehen und nicht etwa proaktiv zur Reduktion erwarteter visueller Interferenz auftreten. Zusammenfassend kann man sagen, dass zahlreiche Augenparameter sensitiv auf einen Wechsel zwischen externaler und internaler Aufmerksamkeit reagieren, wobei manche Veränderungen jedoch von der konkreten externalen/internalen Aktivität abhängen. In weiterführenden Untersuchungen konnten wir zeigen, dass sich der Aufmerksamkeitsfokus anhand des Augenverhaltens vorhersagen bzw. klassifizieren lässt. Eine Studie zeigte, dass das aktuelle Augenverhalten vorhersagt, ob ein Distraktor beachtet wird oder nicht. Weitere Studien zeigten, dass der Aufmerksamkeitsfokus einer Person auch automatisch klassifiziert werden kann, wobei die Genauigkeit deutlich abhängt vom Ausmaß an verwendeter Information sowie von der Art der externen/internen Aktivität. Schließlich fanden wir heraus, dass wir auch durch Beobachtung anderer, deren Aufmerksamkeitsfokus überzufällig erkennen können, wenn auch vielleicht weniger gut als gedacht. Auch hierbei achten wir vor allem auf die Augen unseres Gegenübers. In einem weiteren Teil des Projekts untersuchten wir den Zusammenhang von Augenverhalten und Gehirnaktivität im Kontext des Aufmerksamkeitsfokus. Eine EEG-Untersuchung zeigte, dass interne Aufmerksamkeit mit erhöhter Alpha-Aktivität (d.h., Gehirnoszillationen im Bereich von 8-12 Hz) in hinteren Gehirnregionen assoziiert ist und dass die Alpha-Aktivität auch über die Zeit hinweg mit der Pupillendilatation (einem wichtigen Indikator internaler Aufmerksamkeit) kovariiert. Eine MRT-Untersuchung zeigte, dass interne Aufmerksamkeit mit erhöhter Aktivierung des Lingualen Gyrus einhergeht, einer Region, die mit visueller Vorstellung assoziiert ist; außerdem kovariierten Regionen des visuellen Kortex wiederrum exklusiv mit der Pupillendilatation über die Zeit hinweg. Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen in Summe, dass das Augenverhalten einen sensitiven, objektiven Indikator für den Aufmerksamkeitsfokus zwischen externen und internen Welten darstellt. Diese Erkenntnisse könnten etwa dafür genutzt werden um mittels unaufdringlicher Augenmessungen Veränderungen des Aufmerksamkeitsfokus festzustellen (z.B. Tagträumen oder Ablenkungen im Bereich der Verkehrssicherheit oder in Lernkontexten).