Neuronal and cognitive correlates of attentional and automatic semantic number processing [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Guilherme Maia de Oliveira Wood

Wood

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• Psychologie

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• Publié par: rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen
• Publié le: 01 janvier 2005
• Nombre de lectures: 18
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Neuronal and Cognitive Correlates of Attentional and
Automatic Semantic Number Processing

Von der Philosophischen Fakultät der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen
zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Philosophie genehmigte Dissertation

vorgelegt von

Guilherme Maia de Oliveira Wood
Diplom-Psychologe

Aus
Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasilien

Berichter: Universitätsprofessor Dr.rer.nat. Klaus Willmes-von Hinckeldey
Universitätsprofessor Dr.(NL) Wilhelmus Spijkers


Tag der mündlichen Prüfung: 18 Februar 2005


Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek verfügbar




















To my parents,
my grandfather José Wood (in memorian),
my aunt Olga Jouglaz de Oliveira (in memorian)
and Eugenia














“Nun ist eine transzendentale Zeitbestimmung mit der Kategorie (die die Einheit derselben
ausmacht) so fern gleichartig, als sie allgemein ist und auf einer Regel a priori beruht. Sie ist aber
andererseits mit der Erscheinung so fern gleichartig, als die Zeit in jeder empirischen Vorstellung des
Mannigfaltigen enthalten ist. Daher wird eine Anwendung der Kategorie auf Erscheinungen möglich
sein, vermittelst der transzendentalen Zeitbestimmung, welche, als das Schema der
Verstandesbegriffe, die Subsumtion der letzteren unter die erste vermittelt“.

Emmanuel Kant, Kritik der reinen Vernunft (B 178f).









Abstract
Number magnitude is assumed to be encoded in an analog visuo-spatial frame, which resembles a
left-to-right oriented and logarithmically compressed mental number line. Some authors have
suggested that also the semantic representation of multidigit numbers can be described by their
location on the mental number line. However, more recent behavioural studies suggest that units and
decades may be represented complementarily in separate cognitive bins of information.
In this dissertation the semantic number representation of one- and two-digit Arabic numbers is
examined. The empirical investigations are divided in two parts. The first part concerns activation of
semantic number magnitude and its association with spatial processing. In three behavioural studies
the spatial nature of the mental number line is examined. In Study 1 the congruity between the
mental number line and response location is tested. In Study 2 the congruity between the mental
number line and stimulus location is investigated, and in Study 3 the abstractness of number
magnitude.
The second part of the dissertation is dedicated to cognitive and neurophysiologic correlates of two-
digit semantic number processing. In two behavioural Studies 4 and 5 and a combined
behavioural/functional magnetic resonance tomography (fMRI) Study 6 the semantic representation
of units and decades is explored by means of the unit decade compatibility effect. In Study 4 the
influence of different semantic relations on behavioural responses of normal participants is
investigated. In Study 5 the influence of reading and segmentation abilities on the semantic
representation of units and decades is examined in adult semi-illiterates, and in the fMRI Study 6 the
neural correlates of unit and decade representations.
Two main conclusions may be drawn from our investigations. First, Semantic number processing
seems to be represented in a visuo-spatial code, which shares cognitive resources and interacts with
other spatial representations. Second, the mental number line does not provide a comprehensive
model for all features of multi-digit semantic number processing. Two-digit semantic number
processing activates separate unit and decade representations besides the analog representation of
number magnitude.

Kurzfassung der Dissertation
Die semantische Verarbeitung ein- und zweistelliger Zahlen wird hier untersucht. Die
Zahlengrößerepräsentation einstelliger Zahlen wird als ein von links nach rechts orientierter und
logarithmisch komprimierter mentaler Zahlenstrahl beschrieben. Die semantische Repräsentation
zweistelliger Zahlen ist etwas komplexer und schließt holistische sowie separierte Repräsentationen
von Einer und Zehnerzahlen mit ein.
Für zweistellige Zahlen existieren bereits kognitive Modelle, die in dieser Dissertation überprüft
werden. Hier wird ein neues kognitives Modell, das “Konzeptuelle Modell des SNARC Effekts“, für
die räumlich-semantische Verarbeitung einstelliger Zahlen präsentiert, das empirisch überprüft wird.
Das Konzeptuelle Modell geht davon aus, dass die semantische Zahlenrepräsentation von
allgemeinen kognitiven Schemata organisiert wird. Die semantischen Zahlenrepräsentationen nicht
ausschließlich mit den Antworten verknüpft sind sondern auch mit generellen räumlichen Schemata,
die für die Wahrnehmung sowie für die Planung motorischer Antworten verfügbar sind. Wenn
unterschiedliche Repräsentationen auf die gleichen Schemata zugreifen, kann dies zu Interferenz
oder Fazilitation führen. Die räumlichen Schemata sind nach dem Konzeptuellen Modell abstrakt
und sollten modalitätsunabhängig wirken.
Diese Annahmen wurden mittels des SNARC Effekts überprüft. Der SNARC Effekt besagt, dass
kleinere Zahlen schneller mit der linken Hand beantwortet werden und größere Zahlen schneller mit
der rechten Hand. In Studie 1 wurde gezeigt, dass die Orientierung des mentalen Zahlenstrahls nicht
nur räumlich von links nach rechts geht, sondern den durch unterschiedliche räumliche
Bezugsrahmen aufgebauten kognitiven räumlichen Schemata folgt. Studie 2 belegt, dass der SNARC
Effekt nicht nur antwort- sondern auch wahrnehmungsbasiert. Ferner kann er mit anderen
räumlichen Kongruenzeffekten wie dem Simon-Effekt interagieren. Schließlich zeigen die Daten aus
Studie 3, dass der SNARC Effekt modalitätsunabhängig ist, also auf abstrakte räumliche Schemata
zugreift. Insofern werden die Annahmen des Konzeptuellen Modells bestätigt. In der Diskussion
werden weitere Vorhersagen des Modells abgeleitet.
Der Untersuchung zweistelliger Zahlen wurde das Hybride Modell zugrunde gelegt. Das Modell geht
davon aus, dass die Größe zweistelliger Zahlen auf drei Arten repräsentiert ist. Die Größe der
gesamten Zahl ist holistisch repräsentiert. Darüber hinaus sind die Größen der Zehner und Einer
jeweils separat repräsentiert. Wichtigster Beleg für die separaten Repräsentationen von Zehnern und
Einern ist der Kompatibilitätseffekt. Er besagt, dass kompatible Größenvergleiche zweistelliger
Zahlen, in denen Zehnervergleich und Einervergleich zur gleichen Antwort führen (42_57, 4<5 und
2<7) schneller sind als inkompatible Vergleiche, in denen Zehnervergleich und Einervergleich zum
unterschiedlichen Antworten führen (47_62, 4<6 aber 7>2).
Studie 4 zeigt, dass der Einfluss der separaten Repräsentationen von Einern und Zehnern durch
visuelle Maskierungsverfahren abgeschwächt und verstärkt werden können. In Studie 5 wurde
gezeigt, dass die separaten Repräsentationen von Zehnern und Einern nicht auf Beschulung und
Lesefertigkeit zurückgeführt werden können, denn der Kompatibilitätseffekt wurde auch bei
brasilianischen Semi-Illiteraten beobachtet. Studie 6 belegt, dass die kognitiven Repräsentationen
auch ihre neuronale Entsprechung haben. Neben gemeinsam aktivierten Arealen finden sich auch
neurofunktionelle Korrelate von Zehner- und Einerrepräsentation. Insgesamt wurde also das
Hybride Modell bestätigt und sein Geltungsbereich durch die vorliegenden Daten erweitert.
Es wird gefolgert, dass die Größen ein- und zweistelliger Zahlen unterschiedlich verarbeitet werden,
da bei zweistelligen Zahlen zusätzliche Repräsentationen aufgebaut und verarbeitet werden. Die
räumlichen Schemata, die bei der Größenverarbeitung einstelliger Zahlen eine Rolle spielen, sind
abstrakt und universell und werden auch von anderen kognitiven Repräsentationen genutzt.


Table of Contents

Chapter 1- Introduction ________________________________________________________________1
1. Theoretical and Empirical Foundations _____________________________________________ 3
1.1. Models of number processing ____________________________________________________ 5
1.1.1. The Triple-Code model of Dehaene ______________________________________________________ 6
1.1.2. The visual (Arabic) number form________________________________________________________ 9
1.1.3. The number word form and the other verbal number representations ___________________________ 10
1.1.4. Magnitude representation _____________________________________________________________ 11
1.2. Arithmetical operations and integration of the differ