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Okulometrische Untersuchung der internalen Aufmerksamkeit

Oculometric investigation of internally directed cognition

Mathias Benedek (ORCID: 0000-0001-6258-4476)
  • Grant-DOI 10.55776/P29801
  • Förderprogramm Einzelprojekte
  • Status beendet
  • Projektbeginn 01.11.2016
  • Projektende 30.04.2021
  • Bewilligungssumme 218.096 €
  • Projekt-Website
  • E-Mail

Wissenschaftsdisziplinen

Medizinisch-theoretische Wissenschaften, Pharmazie (50%); Psychologie (50%)

Keywords

    Attention, Creativity, Eye tracking, Neuroscience, Imagination

Abstract Endbericht

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 Augenver halten 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).

Forschungsstätte(n)
  • Universität Graz - 100%
Internationale Projektbeteiligte
  • Jonathan Smallwood, University of York - Großbritannien
  • Roger E. Beaty, The Pennsylvania State University - Vereinigte Staaten von Amerika

Research Output

  • 861 Zitationen
  • 22 Publikationen
  • 2 Datasets & Models
  • 2 Disseminationen
  • 7 Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 1 Weitere Förderungen
Publikationen
  • 2020
    Titel Eye behavior predicts susceptibility to visual distraction during internally directed cognition
    DOI 10.3758/s13414-020-02068-1
    Typ Journal Article
    Autor Annerer-Walcher S
    Journal Attention, Perception, & Psychophysics
    Seiten 3432-3444
    Link Publikation
  • 2022
    Titel What’s Creative About Sentences? A Computational Approach to Assessing Creativity in a Sentence Generation Task
    DOI 10.1080/10400419.2022.2124777
    Typ Journal Article
    Autor Weinstein T
    Journal Creativity Research Journal
    Seiten 419-430
    Link Publikation
  • 2019
    Titel Toward a neurocognitive framework of creative cognition: the role of memory, attention, and cognitive control
    DOI 10.1016/j.cobeha.2018.11.002
    Typ Journal Article
    Autor Benedek M
    Journal Current Opinion in Behavioral Sciences
    Seiten 116-122
  • 2019
    Titel Eye behavior predicts susceptibility to visual distraction during internally directed cognition
    DOI 10.31234/osf.io/afcq6
    Typ Preprint
    Autor Annerer-Walcher S
  • 2019
    Titel Real-Time Multimodal Classification of Internal and External Attention
    DOI 10.1145/3351529.3360658
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Vortmann L
    Seiten 1-7
  • 2019
    Titel Objective assessment of internally directed cognition by means of oculometry
    Typ PhD Thesis
    Autor Sonja Annerer-Walcher
  • 2021
    Titel How Reliably Do Eye Parameters Indicate Internal Versus External Attentional Focus?
    DOI 10.1111/cogs.12977
    Typ Journal Article
    Autor Annerer-Walcher S
    Journal Cognitive Science
    Link Publikation
  • 2018
    Titel Are you with me? Probing the human capacity to recognize external/internal attention in others’ faces
    DOI 10.1080/13506285.2018.1504845
    Typ Journal Article
    Autor Benedek M
    Journal Visual Cognition
    Seiten 511-517
    Link Publikation
  • 2018
    Titel Internally Directed Attention in Creative Cognition
    DOI 10.1017/9781316556238.011
    Typ Book Chapter
    Autor Benedek M
    Verlag Cambridge University Press (CUP)
    Seiten 180-194
  • 2018
    Titel Eye behavior does not adapt to expected visual distraction during internally directed cognition
    DOI 10.31234/osf.io/cvpj5
    Typ Preprint
    Autor Annerer-Walcher S
    Link Publikation
  • 2018
    Titel Eye behavior does not adapt to expected visual distraction during internally directed cognition
    DOI 10.1371/journal.pone.0204963
    Typ Journal Article
    Autor Annerer-Walcher S
    Journal PLOS ONE
    Link Publikation
  • 2018
    Titel Dozing Off or Thinking Hard?
    DOI 10.1145/3242969.3243000
    Typ Conference Proceeding Abstract
    Autor Putze F
    Seiten 258-262
  • 2020
    Titel Elements of creative thought: Investigating the cognitive and neural correlates of association and bi-association processes
    DOI 10.1016/j.neuroimage.2020.116586
    Typ Journal Article
    Autor Benedek M
    Journal NeuroImage
    Seiten 116586
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Multimodal EEG and Eye Tracking Feature Fusion Approaches for Attention Classification in Hybrid BCIs
    DOI 10.3389/fcomp.2022.780580
    Typ Journal Article
    Autor Vortmann L
    Journal Frontiers in Computer Science
    Seiten 780580
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Imaging Time Series of Eye Tracking Data to Classify Attentional States
    DOI 10.3389/fnins.2021.664490
    Typ Journal Article
    Autor Vortmann L
    Journal Frontiers in Neuroscience
    Seiten 664490
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Neurophysiological indicators of internal attention: An fMRI–eye-tracking coregistration study
    DOI 10.1016/j.cortex.2021.07.005
    Typ Journal Article
    Autor Ceh S
    Journal Cortex
    Seiten 29-46
    Link Publikation
  • 2020
    Titel Neurophysiological indicators of internal attention: An electroencephalography–eye-tracking coregistration study
    DOI 10.1002/brb3.1790
    Typ Journal Article
    Autor Majed S
    Journal Brain and Behavior
    Link Publikation
  • 2017
    Titel To create or to recall original ideas: Brain processes associated with the imagination of novel object uses
    DOI 10.1016/j.cortex.2017.10.024
    Typ Journal Article
    Autor Benedek M
    Journal Cortex
    Seiten 93-102
    Link Publikation
  • 2017
    Titel Looking for ideas: Eye behavior during goal-directed internally focused cognition
    DOI 10.1016/j.concog.2017.06.009
    Typ Journal Article
    Autor Walcher S
    Journal Consciousness and Cognition
    Seiten 165-175
    Link Publikation
  • 2017
    Titel Eye Behavior Associated with Internally versus Externally Directed Cognition
    DOI 10.3389/fpsyg.2017.01092
    Typ Journal Article
    Autor Benedek M
    Journal Frontiers in Psychology
    Seiten 1092
    Link Publikation
  • 2017
    Titel Creativity on tap? Effects of alcohol intoxication on creative cognition
    DOI 10.1016/j.concog.2017.06.020
    Typ Journal Article
    Autor Benedek M
    Journal Consciousness and Cognition
    Seiten 128-134
    Link Publikation
  • 2017
    Titel Data on eye behavior during idea generation and letter-by-letter reading
    DOI 10.1016/j.dib.2017.09.009
    Typ Journal Article
    Autor Walcher S
    Journal Data in Brief
    Seiten 18-24
    Link Publikation
Datasets & Models
  • 2017 Link
    Titel Open archive for this project at Open Science Framework
    DOI 10.17605/OSF.IO/6QVCG
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
  • 2017 Link
    Titel Open archive for this project at Open Science Framework
    DOI 10.17605/osf.io/6qvcg
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
Disseminationen
  • 0
    Titel NeuroDesign Workshop
    Typ A talk or presentation
  • 0 Link
    Titel Online presentation for Mensa Goes Science
    Typ A talk or presentation
    Link Link
Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 2021
    Titel Seraphine Puchleitner Recognition Award
    Typ Research prize
    Bekanntheitsgrad Regional (any country)
  • 2020
    Titel Invited Fellow of International Society for the Study of Creativity and Innovation
    Typ Awarded honorary membership, or a fellowship, of a learned society
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2019
    Titel William Stern Award
    Typ Research prize
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2019
    Titel Keynote at the European Collaborative Creativity Conference (EC3)
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2018
    Titel Featured speaker at the 4th annual meeting of the Society for the Neuroscience of Creativity (SfNC)
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Continental/International
  • 2017
    Titel Keynote at annual meeting of IngeSt
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Regional (any country)
  • 2017
    Titel INGE St Research Award
    Typ Research prize
    Bekanntheitsgrad Regional (any country)
Weitere Förderungen
  • 2020
    Titel Ocular mechanisms in internally directed cognition, FWF stand-alone grant
    Typ Research grant (including intramural programme)
    Förderbeginn 2020
    Geldgeber Austrian Science Fund (FWF)

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