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Wesenick, Maria-Barbara (2004): Limitations of Human Visual Working Memory. Dissertation, LMU München: Faculty of Psychology and Educational Sciences
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Abstract

The present empirical study investigates limitations of human visual working memory (VWM). The experiments of the present work involve the experimental paradigm of change detection using simple geometrical objects in the form of rectangles of different colour, length, and orientation. It can be shown, that a limited performance in the temporary storage of visual information has multiple sources. Limitations of VWM can be attributed to a limited capacity or a limited duration, but also to limitations in retrieval, which so far has found only little attention. Key findings of the present study show, that a capacity limitation cannot be described by a simple and generally valid size of the store. It is in fact generally acknowledged that the capacity limitation of VWM is object-based, which means that the capacity can roughly be determined by the number of visual objects. However, it could be shown that the complexity of the objects has an influence on memory performance: Experimental evidence shows, e.g., that memory performance decreases, when an object is characterized not only by one feature (e.g. colour), but by a number of features (e.g. colour, orientation and size). The results are explained by increased storage demands for the binding of the features. Other key findings of the present study relate to the process of retrieval of information from VWM. For example, an asymmetric performance pattern could be observed: In a change detection task a memory performance was observed that corresponds to a capacity of 3 - 4 objects. In contrast a drastic decrease of performance corresponding to a capacity of only 1 object was observed, when the task was to find a matching item among changed distractors. These results lead to the idea of a change signal, by which the empirical data can be explained. The change signal is elicited by a local mismatch between the information stored in VSTM and perceptual online information. The retrieval process is efficient, when the change signal can be used in the memory task. However, retrieval is extremely limited, when in the presence of multiple changes a less efficient strategy has to be applied. In the course of the present study, moreover, it became evident that there are various links between VWM processes and visual attention. Visual attention is probably crucial for feature binding in VWM. In retrieval the change signal probably involves mechanisms of visual attention. The present study could, therefore, contribute to a clarification of the relation between VWM and visual attention

Abstract

Die vorliegende empirische Arbeit untersucht Begrenzungen des menschlichen visuellen Kurzzeitgedächtnisses (VKZG). In den Experimenten dieser Arbeit wird unter Verwendung von visuell einfachen geometrischen Figuren in Form von Rechtecken verschiedener Farbe, Länge und Orientierung das experimentelle Paradigma der Veränderungsdetektion eingesetzt. Es wird gezeigt, dass eine begrenzte Gedächtnisleistung bei der kurzfristigen Speicherung visueller Information unterschiedliche Ursprünge hat. Diese Ursprünge können sowohl in einer begrenzten Kapazität und in einer begrenzten Speicherdauer liegen, jedoch auch in den Bedingungen des Abrufs, was bislang in der Forschung nur wenig Beachtung gefunden hat. Wesentliche Befunde der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Limitierung in der Speicherkapazität nicht durch eine einfache und allgemeingültige Angabe der Größe des Speichers zu beschreiben ist. Zwar ist es als erwiesen anzunehmen, dass die Kapazitätslimitierung des VKZG objektbasiert ist, d. h. dass sich die Kapazität des VKZG grob durch die Anzahl der zu speichernden visuellen Objekte bestimmen lässt. Jedoch spielt auch die Komplexität dieser Objekte eine Rolle: Die empirischen Ergebnisse zeigen, dass die Gedächtnisleistung abnimmt, wenn ein Objekt nicht nur durch ein Merkmal (z.B. Farbe) charakterisiert ist, sondern durch mehrere Merkmale (z.B. Farbe, Orientierung und Länge). Diese Befund wird mit einem erhöhten Speicheraufwand für die Merkmalsbindung erklärt. Andere zentrale Befunde dieser Arbeit wurden im Zusammenhang mit der Untersuchung des Abrufs von Informationen aus dem VKZG erhoben. So konnte z.B. eine asymmetrische Gedächtnisleistung beobachtet werden: Wurde das experimentelle Paradigma der Veränderungsdetektion eingesetzt, entsprach die Gedächtnisleistung einer Kapazität von etwa 3 - 4 Objekten. Im Gegensatz dazu wurde ein drastischer Leistungsabfall, entsprechend einer Kapazität von 1 Objekt, beobachtet, wenn unter Abwandlung des Paradigmas nun nicht ein verändertes, sondern ein unverändertes Objekt das Zielobjekt unter sich geänderten Distraktoren war. Aufgrund der Ergebnisse wird die Idee eines Veränderungssignals entwickelt, wodurch die Befunde erklärt werden können. Das Veränderungssignal wird durch eine lokale Inkongruenz zwischen im VKZG gespeicherter und wahrgenommener Information hervorgerufen. Wenn ein solches Veränderungssignal zur Lösung der Gedächtnisaufgabe ausgenutzt werden kann, ist der Abruf effektiv. Der Abruf ist dagegen extrem limitiert, wenn aufgrund multipler Änderungen eine weniger effektive Strategie zur Lösung der Aufgabe eingesetzt werden muss. Im Zuge der vorliegenden Arbeit haben sich darüber hinaus vielfältige Zusammenhänge zwischen Prozessen des VKZG und der visuellen Aufmerksamkeit gezeigt. So ist visuelle Aufmerksamkeit vermutlich für die Merkmalsbindung im VKZG wichtig. Und auch beim Abruf ist visuelle Aufmerksamkeit beteiligt, indem nämlich die Verarbeitung des postulierten Veränderungssignals Mechanismen der visuellen Aufmerksamkeit involviert. Die vorliegende Dissertation konnte auf diese Weise Hinweise zur Klärung der Zusammenhänge von VKZG und visueller Aufmerksamkeit liefern