TY  - THES
A1  - Rabe, Maximilian Michael
T1  - Modeling the interaction of sentence processing and eye-movement control in reading
T1  - Modellierung der Interaktion von Satzverarbeitung und Blickbewegungskontrolle beim Lesen
N2  - The evaluation of process-oriented cognitive theories through time-ordered observations is crucial for the advancement of cognitive science. The findings presented herein integrate insights from research on eye-movement control and sentence comprehension during reading, addressing challenges in modeling time-ordered data, statistical inference, and interindividual variability. Using kernel density estimation and a pseudo-marginal likelihood for fixation durations and locations, a likelihood implementation of the SWIFT model of eye-movement control during reading (Engbert et al., Psychological Review, 112, 2005, pp. 777–813) is proposed. Within the broader framework of data assimilation, Bayesian parameter inference with adaptive Markov Chain Monte Carlo techniques is facilitated for reliable model fitting. Across the different studies, this framework has shown to enable reliable parameter recovery from simulated data and prediction of experimental summary statistics. Despite its complexity, SWIFT can be fitted within a principled Bayesian workflow, capturing interindividual differences and modeling experimental effects on reading across different geometrical alterations of text. Based on these advancements, the integrated dynamical model SEAM is proposed, which combines eye-movement control, a traditionally psychological research area, and post-lexical language processing in the form of cue-based memory retrieval (Lewis & Vasishth, Cognitive Science, 29, 2005, pp. 375–419), typically the purview of psycholinguistics. This proof-of-concept integration marks a significant step forward in natural language comprehension during reading and suggests that the presented methodology can be useful to develop complex cognitive dynamical models that integrate processes at levels of perception, higher cognition, and (oculo-)motor control. These findings collectively advance process-oriented cognitive modeling and highlight the importance of Bayesian inference, individual differences, and interdisciplinary integration for a holistic understanding of reading processes. Implications for theory and methodology, including proposals for model comparison and hierarchical parameter inference, are briefly discussed.
N2  - Die Evaluierung prozessorientierter kognitiver Theorien durch zeitlich geordnete Beobachtungen ist ein zentraler Baustein für die Weiterentwicklung der Kognitionswissenschaft. Die hier präsentierten Ergebnisse integrieren Erkenntnisse aus der Forschung zur Blickbewegungskontrolle und zur Satzverarbeitung beim Lesen und gehen dabei auf Herausforderungen bei der Modellierung von zeitlich geordneten Daten, statistischer Inferenz und interindividueller Variabilität ein. Unter Verwendung von Kerndichteschätzung und einer pseudo-marginalen Wahrscheinlichkeitverteilung für Fixationsdauern und -orte wird eine Implementation für die Likelihood des SWIFT-Modells zur Blickbewegungskontrolle beim Lesen (Engbert et al., Psychological Review, 112, 2005, S. 777–813) eingeführt. Im breiteren Kontext der Datenassimilation wird Bayes'sche Parameterinferenz mit adaptiven Markov-Chain-Monte-Carlo-Techniken verwendet, um eine zuverlässige Modellanpassung zu ermöglichen. In verschiedenen Studien hat sich dieser methodische Rahmen als geeignet erwiesen, um zuverlässige Parameterrückgewinnung aus simulierten Daten und Vorhersage experimenteller Zusammenfassungsstatistiken zu ermöglichen. Trotz dessen Komplexität kann SWIFT innerhalb eines fundierten Bayes'schen Workflows angepasst werden und macht daraufhin zuverlässige Vorhersagen für interindividuelle Unterschiede sowie die Modellierung experimenteller Effekte bei verschiedenen geometrischen Änderungen von Text. Basierend auf diesen Fortschritten wird das integrierte dynamische Modell SEAM eingeführt. Dieses kombiniert die Forschungsgebiete der traditionell psychologisch geprägten Blickbewegungskontrolle und der traditionell psycholinguistisch geprägten postlexikalischen Sprachverarbeitung in Form von cue-basiertem Gedächtnisabruf (Lewis & Vasishth, Cognitive Science, 29, 2005, S. 375–419). Der Nachweis der Durchführbarkeit solcher integrativer Modelle stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der natürlichen Sprachverarbeitung beim Lesen dar und legt nahe, dass die vorgestellte Methodik nützlich sein kann, um komplexe kognitive dynamische Modelle zu entwickeln, die Prozesse auf den Ebenen der Wahrnehmung, höheren Kognition, und (okulo-)motorischen Kontrolle integrieren. Diese Erkenntnisse fördern insgesamt die prozessorientierte kognitive Modellierung und betonen die Bedeutung der Bayes'schen Inferenz, individueller Unterschiede und interdisziplinärer Integration für ein ganzheitliches Verständnis von Leseprozessen. Implikationen für Theorie und Methodologie, einschließlich Vorschlägen für Modellvergleich und hierarchische Parameterinferenz, werden kurz diskutiert.
KW  - eye movements
KW  - dynamical cognitive modeling
KW  - sequential likelihood
KW  - psycholinguistics
KW  - cognitive psychology
KW  - sentence processing
KW  - reading
KW  - Blickbewegungen
KW  - Dynamische kognitive Modellierung
KW  - Sequenzielle Likelihood
KW  - Psycholinguistik
KW  - Kognitionspsychologie
KW  - Satzverarbeitung
KW  - Lesen
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-622792
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schwetlick, Lisa
T1  - Data assimilation for neurocognitive models of eye movement
T1  - Datenassimilation für Neurokognitive Modelle in der Blickbewegungsforschung
N2  - Visual perception is a complex and dynamic process that plays a crucial role in how we perceive and interact with the world. The eyes move in a sequence of saccades and fixations, actively modulating perception by moving different parts of the visual world into focus. Eye movement behavior can therefore offer rich insights into the underlying cognitive mechanisms and decision processes. Computational models in combination with a rigorous statistical framework are critical for advancing our understanding in this field, facilitating the testing of theory-driven predictions and accounting for observed data. In this thesis, I investigate eye movement behavior through the development of two mechanistic, generative, and theory-driven models. The first model is based on experimental research regarding the distribution of attention, particularly around the time of a saccade, and explains statistical characteristics of scan paths. The second model implements a self-avoiding random walk within a confining potential to represent the microscopic fixational drift, which is present even while the eye is at rest, and investigates the relationship to microsaccades. Both models are implemented in a likelihood-based framework, which supports the use of data assimilation methods to perform Bayesian parameter inference at the level of individual participants, analyses of the marginal posteriors of the interpretable parameters, model comparisons, and posterior predictive checks. The application of these methods enables a thorough investigation of individual variability in the space of parameters.  Results show that dynamical modeling and the data assimilation framework are highly suitable for eye movement research and, more generally, for cognitive modeling.
N2  - Die visuelle Wahrnehmung ist einer der komplexesten Sinne, die dem Menschen zur Verfügung stehen. Jede Sekunde werden 108 - 109 bits Information von Lichtrezeptoren in den Augen aufgenommen und verarbeitet. Dieser Verarbeitung liegen komplexe und dynamische Prozesse zugrunde, die diese große Menge an Informationen in ein kohärentes Perzept verwandeln. Da nur ein kleiner Bereich, die Fovea, hohe Auflösung aufnehmen kann, bildet die Anordnung der Lichtrezeptoren in der Retina den ersten Filtermechanismus dieses Systems. Um trotzdem das gesamte visuelle Feld scharf sehen zu können, bewegen sich die Augen nach und nach über die verschiedenen Elemente der visuellen Welt. Dabei werden interessante oder relevante Inhalte in den Fokus gerückt. Die Bewegung erfolgt in einer Reihe von schnellen Bewegungen (Sakkaden) und relativen Ruheperioden (Fixationen). Während der Fixationen ist das Auge allerdings nicht still, stattdessen sorgen mikroskopische Bewegungen, ein langsamer Drift und schnelle Mikrosakkaden, für eine konstante Bewegung des Auges. Die Auswahl der Fixationsorte sowie die Bewegung an sich bieten Hinweise auf die Verarbeitungsprozesse, die der visuellen Wahrnehmung zugrunde liegen.
Wahrnehmung und Handlung sind besonders im Falle der Blickbewegung eng verknüpft und voneinander abhängig: die Bewegung beeinflusst, welche visuelle Information auf die Rezeptoren trifft und die Wahrnehmung ist entscheidend für die Auswahl der Bewegung. In meiner Dissertation entwickele ich einen dynamischen Ansatz zur Modellierung von kognitiven Prozessen, der die Entfaltung von Wahrnehmung und Handlung über die Zeit in den Vordergrund stellt. Darüber hinaus sind die angewendeten Modelle mechanistisch, d.h. sie stützen sich auf biologisch plausible Mechanismen zur Erzeugung von Verhalten.
Ein mechanistischer, dynamischer Modellierungsansatz birgt einige entscheidende Vorteile für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn. Ergebnisse aus der Literatur und der experimentellen Forschung dienen als Grundlage, um Verhalten zu erklären. Zeigt das Modell auf Basis dieser Mechanismen tatsächlich das erwartete Verhalten, so ist dies ein starkes Indiz für die aufgestellten Hypothesen für dessen Ursache. Des Weiteren entsteht komplexes Verhalten zumeist nicht monokausal, sondern aus einer Zusammenkunft an Ursachen oder als emergente Eigenschaft. Die Modellieung erlaubt es uns, solche komplexen Prozesse durch Variationen und Veränderungen des Modells im Detail besser zu verstehen.
Der methodische Rahmen des Modellierungsansatzes stützt sich auf die umfangreiche Literatur zur dynamischen Modellierung und die Bayes’sche Likelihood-basierte Parameterinferenz. Modelle werden mithilfe dieser statistischen Methoden optimiert, sodass die statistisch bestmögliche Passung von Modell und Daten erreicht wird. Möglich gemacht wird diese Optimierung durch die Likelihood Funktion des Modells, d.h. es wird die Wahrscheinlichkeit der Daten gegeben des Modells errechnet. Zudem werden durch das Variieren der Parameter oder durch analytische Verfahren jene Parameter gewählt, welche die höchste Wahrscheinlichkeit ergeben. Darüberhinaus kann mit Hilfe eines Bays’schen Ansatzes auch eine Approximation der Wahrscheinlichkeitsverteilung (Marginal Posterior) pro Parameter errechnet werden. Wenn durch das Modell eine Likelihood Funktion definiert wird, existiert eine gute statistische Grundlage, die starke Inferenzen erlaubt. Wenn eine solche Likelihood Funktion für ein gegebenes Modell nicht formuliert werden kann, muss die Parameterinferenz anhand von anderen Qualitätsmetriken erfolgen. Obwohl dies in der Vergangenheit in den Kognitionswissenschaften häufig der Standard war, bietet die Likelihood-basierte Modellierung doch klare Vorteile, so zum Beispiel die Unabhängigkeit von der Wahl der Metrik und eine starke statistische Basis.
Modellparameter in einem mechanistischen Modell haben außerdem typischerweise eine eindeutige Bedeutung für die Mechanismen des Modells. Sie repräsentieren zum Beispiel die Größe der räumlichen Aufmerksamkeitsspanne oder die zeitliche Gedächtnisspanne. Die statistische Parameterinferenz erlaubt daher auch direkte Rückschlüsse auf die Ausprägung der Mechanismen. Zudem sind die hier behandelten Modelle auch generativ, sodass es möglich ist, Daten zu simulieren. Mithilfe von sogenannten Posterior Predictive Checks ist es möglich, das Modellverhalten direkt mit experimentell beobachtetem Verhalten zu vergleichen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird der beschriebene Modellierungsansatz auf zwei Modelle menschlicher Blickbewegungen angewandt. Das erste Modell beschreibt dabei die Auswahl der Fixationsorte bei der Betrachtung von Szenen. Es modelliert explizit die Dynamik der Aufmerksamkeit und deren Auswirkungen auf die Blickbewegung. Das zweite Modell beschreibt die mikroskopischen fixationalen Driftbewegungen mithilfe eines Self-Avoiding Walks. Beide Modelle sind dynamische Modelle mit interpretierbaren Parametern und einer Likelihood Funktion. Somit kann für beide Modelle Bayes’sche Parameterinferenz auf Versuchspersonenebene ermöglicht werden.
In der ersten im Rahmen dieser Dissertation präsentierten Arbeit verwenden wir das SceneWalk Modell. Dieses besteht grundsätzlich aus einer Aktivations- und einer Inhibitionskomponente, die sich jeweils über die Zeit mittels einer Differenzialgleichung entwickeln. Die Summe beider Komponenten ergibt für jeden Punkt auf einem diskreten Gitter die Wahrscheinlichkeit eine Sakkade zu diesem Punkt. Experimentelle Forschung zeigt, dass die visuelle Aufmerksamkeit kurz vor einer Sakkade bereits auf den nächsten Fixationsort verlagert wird. Des Weiteren gibt es nach der Sakkade Evidenz für eine Verschiebung der Aufmerksamkeit in die Richtung der Sakkade, aber über den intendierten Fixationsort hinaus. Hier erweitern wir das SceneWalk Modell, indem wir Aufmerksamkeitsprozesse rund um den Zeitpunkt der Sakkade implementieren. Diese Aufmerksamkeitsprozesse erwirken bei den Modiellierungergebnissen eine verbesserte Passung zwischen Daten und Modell und bieten einen Erklärungsansatz für die charakteristischen Winkelverteilungen von aufeinanderfolgenden Sakkaden. In dieser Arbeit zeigen wir außerdem, dass es möglich ist, mittels Bayes’scher Inferenz, separate und aussagekräftige Parameter für einzelne Individuen zu schätzen.
In der zweiten Arbeit wenden wir dasselbe Modell, SceneWalk, und die Bayes’sche Inferenz nicht nur auf die Modellierung von verschiedenen Individuen, sondern auch verschiedenen Aufgaben an. Wir zeigen hier Evidenz für systematische Unterschiede in den dynamischen Aufmerksamkeitsparametern, die durch das Modell erfasst werden können. Überdies erweitern wir das SceneWalk Modell in dieser Arbeit um eine zeitliche Komponente (Spatiotemporal Likelihood), sodass jetzt auch die Fixationsdauer im Rahmen des Modells miterfasst wird. Mithilfe dieser Erweiterung finden wir Evidenz für eine Kopplung von Fixationsdauer und Salienz.
Die dritte Arbeit beschäftigt sich mit einem Modell für fixationale Driftbewegungen. Das SAW-Modell verwendet einen statistischen Self-Avoiding Random Walk, d.h. eine quasi-zufällige Bewegung auf einem diskreten Gitter, die statistisch ihre eigene Trajektorie vermeidet. Das Gedächtnis der eigenen Trajektorie ist durch einen Parameter definiert. Diese Bewegung wird durch ein Potential daran gehindert, sich zu weit von ihrem Ausgangspunkt zu entfernen. Wir verwenden die selbe Methode der Bayes’schen Parameterinferenz und schätzen so Parameter für Individuen. Des Weiteren stellen wir eine explorative Analyse vor, die einen Zusammenhang zwischen der latenten Aktivierung des Models und Mikrosakkaden findet.
In dieser Dissertation wird ein dynamischer Ansatz zur Modellierung von Kognition untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Blickbewegungen und visueller Wahrnehmung liegt. Die Arbeit basiert auf der Beobachtung, dass Wahrnehmung und Handlung voneinander abhängig sind und sich im Laufe der Zeit dynamisch entfalten und, dass biologische und neurophysiologische Erkenntnisse die Randbedingungen für verhaltensbezogene Erklärungen liefern sollten. Beide vorgestellten Modelle erfassen zentrale Aspekte des Blickverhaltens sowie individuelle Unterschiede. Die Modelle erlauben eine Untersuchung der zeitlichen Dynamik ihrer jeweiligen Prozesse und können zur Simulation verschiedener Bedingungen und Aufgaben verwendet werden, um deren Auswirkungen auf das Verhalten zu analysieren. Der vorgestellte Modellierungsansatz beinhaltet die Verwendung von dynamischen und mechanistischen Modellen, statistische Inferenz von Parametern, Vergleich von statistischen Eigenschaften simulierter und experimenteller Daten und ermöglicht auch objektive Modellvergleiche. Der dynamische Ansatz zur Modellierung von Kognition ist eine plausible und adäquate Methode um die Interdependenz von Wahrnehmung und Handlung zu beschreiben. Sie bietet die Möglichkeit, Verhalten unter Verwendung theoriebasierter und experimentell fundierter Mechanismen zu erzeugen. Die hier vorgestellten Modelle zeigen das Potenzial dieses Ansatzes und können als Grundlage für weitere Forschungen auf dem Gebiet der kognitiven Modellierung dienen.
KW  - eye movement
KW  - mathematical modeling
KW  - dynamical models
KW  - data assimilation
KW  - scan paths
KW  - attention
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - Datenassimilation
KW  - dynamische Modelle
KW  - Blickbewegungen
KW  - mathematische Modellierung
KW  - Blickpfade
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-598280
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rettig, Anja
T1  - Learning to read in German
BT  - eye movements and the perceptual span of German beginning readers and their relation to reading motivation
BT  - Blickbewegungen und die perzentuelle Lesespanne von deutschsprachigen Leseanfängern und der Zusammenhang zur Lesemotivation
N2  - In the present dissertation, the development of eye movement behavior and the perceptual span of German beginning readers was investigated in Grades 1 to 3 (Study 1) and longitudinally within a one-year time interval (Study 2), as well as in relation to intrinsic and extrinsic reading motivation (Study 3). The presented results are intended to fill the gap of only sparse information on young readers’ eye movements and completely missing information on German young readers’ perceptual span and its development. On the other hand, reading motivation data have been scrutinized with respect to reciprocal effects on reading comprehension but not with respect to more immediate, basic cognitive processing (e.g., word decoding) that is indicated by different eye movement measures. Based on a longitudinal study design, children in Grades 1–3 participated in a moving window reading experiment with eye movement recordings in two successive years. All children were participants of a larger longitudinal study on intrapersonal developmental risk factors in childhood and adolescence (PIER study). Motivation data and other psychometric reading data were collected during individual inquiries and tests at school. Data analyses were realized in three separate studies that focused on different but related aspects of reading and perceptual span development. Study 1 presents the first cross-sectional report on the perceptual span of beginning German readers. The focus was on reading rate changes in Grades 1 to 3 and on the issue of the onset of the perceptual span development and its dependence on basic foveal reading processes. Study 2 presents a successor of Study 1 providing first longitudinal data of the perceptual span in elementary school children. It also includes information on the stability of observed and predicted reading rates and perceptual span sizes and introduces a new measure of the perceptual span based on nonlinear mixed-effects models. Another issue addressed in this study is the longitudinal between-group comparison of slower and faster readers which refers to the detection of developmental patterns. Study 3 includes longitudinal reading motivation data and investigates the relation between different eye movement measures including perceptual span and intrinsic as well as extrinsic reading motivation. In Study 1, a decelerated increase in reading rate was observed between Grades 1 to 3. Grade effects were also reported for saccade length, refixation probability, and different fixation duration measures. With higher grade, mean saccade length increased, whereas refixation probability, first-fixation duration, gaze duration, and total reading time decreased. Perceptual span development was indicated by an increase in window size effects with grade level. Grade level differences with respect to window size effects were stronger between Grades 2 and 3 than between Grades 1 and 2. These results were replicated longitudinally in Study 2. Again, perceptual span size significantly changed between Grades 2 and 3, but not between Grades 1 and 2 or Grades 3 and 4. Observed and predicted reading rates were found to be highly stable after first grade, whereas stability of perceptual span was only moderate for all grade levels. Group differences between slower and faster readers in Year 1 remained observable in Year 2 showing a pattern of stable achievement differences rather than a compensatory pattern. Between Grades 2 and 3, between-group differences in reading rate even increased resulting in a Matthew effect. A similar effect was observed for perceptual span development between Grades 3 and 4. Finally, in Study 3, significant relations between beginning readers’ eye movements and their reading motivation were observed. In both years of measurement, higher intrinsic reading motivation was related to more skilled eye movement patterns as indicated by short fixations, longer saccades, and higher reading rates. In Year 2, intrinsic reading motivation was also significantly and negatively correlated with refixation probability. These correlational patterns were confirmed in cross-sectional linear models controlling for grade level and reading amount and including both reading motivation measures, extrinsic and intrinsic motivation. While there were significant positive relations between intrinsic reading motivation and word decoding as indicated by the above stated eye movement measures, extrinsic reading motivation only predicted variance in eye movements in Year 2 (significant for fixation durations and reading rate), with a consistently opposite pattern of effects as compared to intrinsic reading motivation. Finally, longitudinal effects of Year 1 intrinsic reading motivation on Year 2 word decoding were observed for gaze duration, total reading time, refixation probability, and perceptual span within cross-lagged panel models. These effects were reciprocal because all eye movement measures significantly predicted variance in intrinsic reading motivation. Extrinsic reading motivation in Year 1 did not affect any eye movement measure in Year 2, and vice versa, except for a significant, negative relation with perceptual span. Concluding, the present dissertation demonstrates that largest gains in reading development in terms of eye movement changes are observable between Grades 1 and 2. Together with the observed pattern of stable differences between slower and faster readers and a widening achievement gap between Grades 2 and 3 for reading rate, these results underline the importance of the first year(s) of formal reading instruction. The development of the perceptual span lags behind as it is most apparent between Grades 2 and 3. This suggests that efficient parafoveal processing presupposes a certain degree of foveal reading proficiency (e.g., word decoding). Finally, this dissertation demonstrates that intrinsic reading motivation—but not extrinsic motivation—effectively supports the development of skilled reading.
N2  - In der vorliegenden Dissertation wurde die Entwicklung der Blickbewegungen und der perzeptuellen Lesespanne von deutschsprachigen Leseanfängern in den Klassenstufen 1–3 im Querschnitt (Studie 1) als auch im Längsschnitt innerhalb eines Jahres (Studie 2) sowie hinsichtlich des Zusammenhangs mit der intrinsischen und der extrinsischen Lesemotivation (Studie 3) untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen einen bedeutsamen empirischen Beitrag zur ansonsten verhältnismäßig eher spärlichen empirisch-experimentellen Forschung zur frühen Leseentwicklung dar und liefern erste Erkenntnisse über die perzeptuelle Spanne von jungen deutschsprachigen Lesern. Des Weiteren wurde Neuland betreten, indem Blickdaten im Zusammenhang mit Lesemotivationsdaten ausgewertet wurden. Während es umfangreiche Forschungsarbeiten zum reziproken Zusammenhang zwischen Lesemotivation und dem Leserverstehen gibt, ist kaum etwas zu wechselseitigen Lesemotivationseffekten in Bezug auf basale kognitive Prozesse (z.B. die Wort-Dekodierung), wie sie durch verschiedene Blickbewegungsmaße indiziert werden, bekannt. Auf Grundlage eines längsschnittlichen Untersuchungsdesigns nahmen Kinder der Klassenstufen 1–3 in zwei aufeinanderfolgenden Jahren an einem Moving-Window-Leseexperiment mit manipuliertem Text teil. Alle Kinder waren Teilnehmer einer größeren Längsschnittstudie zur Untersuchung von intrapersonellen Risikofaktoren im Kindes- und Jugendalter (PIER-Studie). In individuellen Befragungen und Testungen in den Schulen wurden u.a. auch Lesemotivations- und andere psychometrische Lesedaten erhoben. Die im Labor erfassten Blickdaten wurden zusammen mit diesen psychometrischen Daten im Rahmen von drei separaten Studien ausgewertet, die jeweils verschiedene, jedoch miteinander in Bezug stehende Aspekte der Lese- und Lesespannen-Entwicklung untersuchen. Studie 1 präsentiert einen ersten querschnittlichen Bericht zur perzeptuellen Lesespanne von deutschsprachigen Leseanfängern. Hierbei lag der Fokus auf Veränderungen der Leserate in den Klassenstufen 1–3 und auf der Frage, wann die Entwicklung der perzeptuellen Spanne beginnt und inwiefern diese Entwicklung von basalen fovealen Leseprozessen abhängig ist. Studie 2 stellt eine Folgeuntersuchung dar, die erste Längsschnittdaten zur Entwicklung der perzeptuellen Lesespanne bei Grundschulkindern liefert. Untersucht wurden desweiteren die Stabilität der beobachteten und vorhergesagten Leserate als auch der perzeptuellen Lesespanne. In diesem Zusammenhang wird ein neues Spannenmaß vorgestellt, welches auf nicht-linearen gemischten Modellen basiert. Eine weitere Fragestellung der Studie ist der längsschnittliche Gruppenvergleich von langsameren und schnelleren Lesern, welcher auf die Entdeckung von Entwicklungsmustern abzielt. Studie 3 inkludiert längsschnittliche Lesemotivatonsdaten und untersucht die Beziehung zwischen verschiedenen Blickbewegungsmaßen einschließlich der perzeptuellen Lesespanne und der intrinsischen als auch extrinsischen Lesemotivation unter Berücksichtigung der Lesehäufigkeit. In Hinblick auf die Leseentwicklung in Klassenstufe 1–3 wurde ein zwischen den Klassenstufen abnehmender sukzessiver Anstieg in der Leserate beobachtet. Klassenstufeneffekte wurden außerdem berichtet für die Sakkadenlänge, die Refixationswahrscheinlichkeit und für verschiedene Fixationsdauermaße. Mit höherer Klassenstufe stieg die mittlere Sakkadenlänge, wohingegen die Refixationswahrscheinlichkeit, die Dauer der ersten Fixation auf einem Wort, die Blickdauer im sogenannten First-Pass und die Gesamtlesedauer von Worten abnahmen. Die Entwicklung der perzeptuellen Lesespanne wurde ersichtlich durch einen Anstieg von Fenstergrößen-Effekten mit steigender Klassenstufe. Der Unterschied zwischen den Klassenstufen im Hinblick auf Fenstergrößen-Effekte war größer zwischen Klasse 2 und 3 als zwischen den Klassen 1 und 2. Diese Ergebnisse wurden längsschnittlich repliziert in Studie 2. Wieder zeigte sich ein signifikanter Unterschied in der perzeptuellen Lesespanne zwischen Klassenstufe 2 und 3, jedoch nicht zwischen Klassenstufe 1 und 2 oder Klassenstufe 3 und 4. Die beobachtete und die vorhergesagte Leserate waren hoch stabil jenseits der ersten Klasse, wohingegen für die perzeptuelle Lesespanne für alle Klassenstufen nur eine moderate Stabilität gefunden wurde. Gruppenunterschiede zwischen langsameren und schnelleren Lesern im ersten Untersuchungsjahr wurden auch im zweiten Untersuchungsjahr beobachtet. Dabei zeichnete sich ein Muster eher stabiler anstatt kompensatorischer Leistungsunterschiede ab. Zwischen Klassenstufe 2 und 3 gab es sogar einen Anstieg der Disparität zwischen den Gruppen für die Leserate. Es zeichnete sich also ein sogenannter Matthäus-Effekt ab. Ein ähnlicher Effekt wurde für die perzeptuelle Lesespanne zwischen Klassenstufe 3 und 4 beobachtet. Abschließend wurde in Studie 3 ein signifikanter Zusammenhang zwischen den Blickbewegungen von Leseanfängern und ihrer Lesemotivation gefunden. In beiden Erhebungsjahren, korrelierte eine höhere intrinsische Lesemotivation mit geübteren Blickbewegungsmustern, was sich in kürzeren Fixationen, längeren Sakkaden und höheren Leseraten zeigte sowie im zweiten Erhebungsjahr auch in kleineren Refixationswahrscheinlichkeiten. In querschnittlichen linearen Modellen erwies sich die intrinsiche Lesemotivation als signifikanter Prädiktor für die oben genannten Blickmaße, selbst wenn für Klassenstufe und Lesehäufigkeit kontrolliert wurde und beide Motivationsmaße, die intrinische und die extrinsische Motivation, gleichzeitig ins Modell aufgenommen wurden. Die extrinsische Lesemotivation erwies sich hingegen nur im zweiten Erhebungsjahr als signifikanter Prädiktor der verschiedenen Fixationsdauern und der Leserate, wobei das Effektmuster durchweg entgegengesetzt zu dem für die intrinsische Lesemotivation beobachteten war. Schließlich wurden in kreuzverzögerten Autoregressionsmodellen längsschnittliche Effekte der intrinisichen Lesemotivation auf verschiedene Blickbewegungsmaße (Blickdauer im First-Pass, Gesamtlesezeit, Refixationswahrscheinlichkeit und perzeptuelle Lesespanne) beobachet. Diese Effekte waren reziprok, da alle Blickbewegungsmaße auch signifikant Varianz in der intrinsischen Lesemotivation vorhergesagt haben. Im Gegensatz dazu gab es weder signifikante längsschnittliche Effekte der extrinsichen Lesemotivation auf das Blickverhalten noch in die Gegenrichtung signifikante Effekte von Blickbewegungsmaßen auf die extrinsische Lesemotivation, mit Ausnahme einer signifikanten negativen Beziehung zwischen der extrinsischen Lesemotivation und der Lesespanne. Zusammenfassend lassen sich folgende Erkenntnisse festhalten: Die aktuelle Dissertation zeigt auf, dass der größte Zuwachs bei der Leseentwicklung im Sinne von Blickbewegungsänderungen zwischen den Klassenstufen 1 und 2 zu beobachten ist. Zusammen mit dem beobachteten Muster zeitlich stabiler Gruppenunterschiede zwischen langsameren und schnelleren Lesern und dem größer werdenden Leistungsabstand zwischen Klassenstufe 2 und 3 für das Maß der Leserate unterstreichen die Ergebnisse die Bedeutsamkeit des (der) ersten Jahre(s) formaler Leseinstruktion. Die Entwicklung der perzeptuellen Lesespanne ist verzögert, da sie am deutlichsten zwischen den Klassenstufen 2 und 3 sichtbar wird. Dies legt die Schlussfolgerung nah, dass effiziente parafoveale Verarbeitung einen gewissen Grad an fovealer Lesefertigkeit (d.h. basale Wortdekodierfähigkeiten) erfordert. Schließlich liefert die aktuelle Dissertation auch empirische Belege dafür, dass die intrinsische—aber nicht die extrinsische—Lesemotivation effektiv die Leseentwicklung unterstützt.
T2  - Lesen Lernen im Deutschen
KW  - eye movements
KW  - perceptual span
KW  - reading development
KW  - beginning readers
KW  - German
KW  - moving window
KW  - longitudinal study
KW  - reading motivation
KW  - Blickbewegungen
KW  - perzentuelle Lesespanne
KW  - Leseentwicklung
KW  - Leseanfänger
KW  - Deutsch
KW  - Moving Window
KW  - Längsschnittstudie
KW  - Lesemotivation
Y1  - 2021
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pauly, Dennis Nikolas
T1  - The effect of noun capitalization when reading German and English
N2  - Das Promotionsprojekt hatte als Ziel, die Fragestellung zu beantworten, ob die strukturelle wortinitiale Substantivgroßschreibung, wie sie sich neben dem Deutschen sonst nur noch im Luxemburgischen finden lässt, über eine Funktion verfügt, die dem Leser einen Vorteil bringt. Die übergeordnete Hypothese war, dass ein Vorteil dadurch erreicht wird, dass durch die parafoveale Wahrnehmung der Majuskel bereits eine syntaktische Kategorie, nämlich der Kern einer Nominalgruppe, aktiviert wird. Durch diese Wahrnehmung aus dem Augenwinkel sollte das nachfolgende Substantiv schon vorverarbeitet werden können. Im Ergebnis sollte eine Erleichterung der Satzverarbeitung bewirkt werden, was sich letztlich in insgesamt schnelleren Lese- bzw. Fixationszeiten zeigen sollte.
Die Struktur des Projekts beinhaltet drei Studien, die teilweise jeweils unterschiedliche Versuchspersonengruppen umfassten:
Studie 1:
- Studiendesign: Semantisches Priming mittels sogenannter Holzwegsätze sollten die Funktionsweise der Substantivgroßschreibung für den Leser hervorbringen
- Versuchspersonen: Deutsche L1-Sprecher lesen Deutsch
Studie 2:
- Studiendesign: gleiches Design wie Studie 1, allerdings auf Englisch
- Versuchspersonengruppen:
Studie 3:
1. Englische L1-Sprecher gänzlich ohne Deutschkenntnisse,
2. englische L1-Sprecher, die regelmäßig deutsche Texte lesen, 3. deutsche L1-Sprecher mit exzellenten Englischkenntnissen.
- Studiendesign: Einfluss der Substantivfrequenz auf eine potentielle Vorverarbeitung mittels boundary paradigm; Untersuchungsprachen: Deutsch und Englisch
- Versuchspersonengruppen:
1. Deutsche L1-Sprecher lesen Deutsch,
2. englische L1-Sprecher gänzlich ohne Deutschkenntnisse lesen Englisch,
3. deutsche L1-Sprecher mit exzellenten Englischkenntnissen lesen Englisch.

Zusammenfassung der Ergebnisse: Die Substantivgroßschreibung hat eindeutig einen Einfluss auf die Satzverarbeitung sowohl im Deutschen als auch im Englischen. Dass dieser einen substanziell entscheidenden Vorteil bringt, kann nicht bestätigt werden.
N2  - The aim of the doctoral project was to answer the question of whether the structural word-initial noun capitalization, as it can otherwise only be found in Luxembourgish alongside German, has a function that is advantageous for the reader. The overriding hypothesis was that an advantage is achieved by activating a syntactic category, namely the core of a noun phrase, through the parafoveal perception of the capital letters. This perception from the corner of the eye should make it possible to preprocess the following noun. As a result, sentence processing should be facilitated, which should ultimately be reflected in overall faster reading times and fixation durations.

The structure of the project includes three studies, some of which included different participant groups:

Study 1: 
Study design: Semantic priming using garden-path sentences should bring out the functionality of noun capitalization for the reader
Participant groups: German natives reading German

Study 2: 
Study design: same design as study 1, but in English
Participant groups: 
English natives without any knowledge of German reading English
English natives who regularly read German reading English
German with high proficiency in English reading English

Study 3: 
Study design: 
Influence of the noun frequency on a potential preprocessing using the boundary paradigm; Study languages: German and English
Participant groups: 
German natives reading German
English natives without any knowledge of German reading English
German with high proficiency in English reading English

Brief summary: The noun capitalization clearly has an impact on sentence processing in both German and English. It cannot be confirmed that this has a substantial, decisive advantage.
T2  - Der Einfluss der Substantivgroßschreibung beim Lesen von Deutsch und Englisch
KW  - Eye-tracking
KW  - Noun capitalization
KW  - Orthography
KW  - Blickbewegungen
KW  - Orthographie
KW  - Lesen
KW  - Substantivgroßschreibung
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-498031
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chandra, Johan
T1  - The role of the oculomotor control in eye movements during reading
N2  - Most reading theories assume that readers aim at word centers for optimal information processing. During reading, saccade targeting turns out to be imprecise: Saccades’ initial landing positions often miss the word centers and have high variance, with an additional systematic error that is modulated by the distance from the launch site to the center of the target word. The performance of the oculomotor system, as reflected in the statistics of within-word landing positions, turns out to be very robust and mostly affected by the spatial information during reading. Hence, it is assumed that the saccade generation is highly automated.
The main goal of this thesis is to explore the performance of the oculomotor system under various reading conditions where orthographic information and the reading direction were manipulated. Additionally, the challenges in understanding the eye movement data to represent the oculomotor process during reading are addressed.
Two experimental studies and one simulation study were conducted for this thesis, which resulted in the following main findings:
(i) Reading texts with orthographic manipulations leads to specific changes in the eye movement patterns, both in temporal and spatial measures. The findings indicate that the oculomotor control of eye movements during reading is dependent on reading conditions (Chapter 2 & 3).
(ii) Saccades’ accuracy and precision can be simultaneously modulated under reversed reading condition, supporting the assumption that the random and systematic oculomotor errors are not independent. By assuming that readers increase the precision of sensory observation while maintaining the learned prior knowledge when reading direction was reversed, a process-oriented Bayesian model for saccade targeting can account for the simultaneous reduction of oculomotor errors (Chapter 2).
(iii) Plausible parameter values serving as proxies for the intended within-word landing positions can be estimated by using the maximum a posteriori estimator from Bayesian inference. Using the mean value of all observations as proxies is insufficient for studies focusing on the launch-site effect because the method exhibits the strongest bias when estimating the size of the effect. Mislocated fixations remain a challenge for the currently known estimation methods, especially when the systematic oculomotor error is large (Chapter 4).
The results reported in this thesis highlight the role of the oculomotor system, together with underlying cognitive processes, in eye movements during reading. The modulation of oculomotor control can be captured through a precise analysis of landing positions.
N2  - Zahlreiche Theorien des Lesens gehen davon aus, dass Sakkaden beim Lesen auf die Wortmitte abzielen, um eine optimale Informationsverarbeitung zu erreichen. Die Lan- depositionen von Sakkaden verfehlen oft die Wortmitte und weisen eine hohe Varianz auf, mit einem zusätzlichen systematischen Fehler, der durch die Entfernung zwischen der Sakkadensstartposition und der Position der Wortmitte moduliert wird. Das Verhalten der Okulomotorik, wie es sich in der Statistik der Sakkadenlandepositionen widerspiegelt, erweist sich als sehr robust und wird hauptsächlich von räumlichen Informationen beeinflusst. Daher wird angenommen, dass der Sakkadengenerierungprozess automatisiert ist.
Das Hauptziel dieser Dissertation ist es, das Verhalten des okulomotorischen Systems unter verschiedenen Lesebedingungen zu untersuchen. Hierzu wurden orthographische Informationen und die Leserichtung manipuliert. Blickbewegungsdaten repräsentieren den okulomotorischen Prozess beim Lesen. Die Herausforderungen beim Verständnis dieser Daten wurden thematisiert.
Insgesamt wurden zwei experimentelle Studien und eine Simulationsstudie durchgeführt, die zu folgenden Hauptergebnissen führen:
(i) Die Blickbewegungsmuster beim Lesen von Texten mit manipulierter Orthographie veränderten sich spezifisch zur jeweiligen Bedingung, sowohl in zeitlichen als auch räumlichen Kennwerten der Blickbewegungsdaten. Dies legt nahe, dass die okulomotorische Kontrolle beim Lesen an die Manipulation anpasst (Kapitel 2 & 3).
(ii) Sowohl Genauigkeit, als auch Präzision von Sakkaden lassen sich durch die veränderte Leserichtung verbessern. Das Ergebnis zeigt, dass systematische und zufällige Fehler des okulomotorischen Systems nicht unabhängig sind. Das Bayes’sche Model zur Sakkadenplanung kann die empirischen Ergebnisse approximieren und zeitgleich die verbesserte Sakkadenausrichtung erklären. In der Rechts-nach-Links Lesebedingung verbessert sich die Präzision von sensorischen Informationen, während das a priori erlernte Vorwissen unverändert bleibt (Kapitel 2).
(iii) Plausible Parameterwerte, die als Annäherung für intendierte Landepositionen dienen, können durch Verwendung des maximalen a posteriori Schätzers aus der Bayes’schen Inferenz geschätzt werden. Die einfache Mittelwertsmethode weist die stärksten Verzerrung bei der Schätzung der Effektstärke des Launch-Site-Effekts auf. Daher ist sie nicht ausreichend um den Effekt zu beschreiben. Falsch verorterte Fixationen bleiben eine Herausforderung für die derzeit bekannten Schätzmethoden, insbesondere wenn der systematische okulomotorische Fehler groß ist (Kapitel 4).
Die in dieser Arbeit berichteten Ergebnisse unterstreichen die Rolle des okulomotorischen Systems, zusammen mit den zugrundeliegenden kognitiven Prozessen, bei der Blicksteuerung beim Lesen. Die Modulation der okulomotorischen Steuerung kann durch die genauen Analysen der Sakkadenlandepositionen erfasst werden.
T2  - Die Rolle der Okulomotorik in Blickbewegungen beim Lesen
KW  - Oculomotor control
KW  - Eye movements
KW  - Reading
KW  - Blickbewegungen
KW  - Okulomotorik
KW  - Lesen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-475930
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haendler, Yair
T1  - Effects of embedded pronouns on relative clause processing
T1  - Effekte eingebauter Pronomen auf Relativsatzverarbeitung
BT  - cross-linguistic evidence from children and adults
BT  - Hinweise zwischensprachlischer Daten von Kindern und Erwachsenen
N2  - Difficulties with object relative clauses (ORC), as compared to subject relative clauses (SR), are widely attested across different languages, both in adults and in children. This SR-ORC asymmetry is reduced, or even eliminated, when the embedded constituent in the ORC is a pronoun, rather than a lexical noun phrase. The studies included in this thesis were designed to explore under what circumstances the pronoun facilitation occurs; whether all pronouns have the same effect; whether SRs are also affected by embedded pronouns; whether children perform like adults on such structures; and whether performance is related to cognitive abilities such as memory or grammatical knowledge. Several theoretical approaches that explain the pronoun facilitation in relative clauses are evaluated. The experimental data have been collected in three languages–German, Italian and Hebrew–stemming from both children and adults.
In the German study (Chapter 2), ORCs with embedded 1st- or 3rd-person pronouns are compared to ORCs with an embedded lexical noun phrase. Eye-movement data from 5-year-old children show that the 1st-person pronoun facilitates processing, but not the 3rd-person pronoun. Moreover, children’s performance is modulated by additive effects of their memory and grammatical skills. In the Italian study (Chapter 3), the 1st-person pronoun advantage over the 3rd-person pronoun is tested in ORCs and SRs that display a similar word order. Eye-movement data from 5-year-olds and adult controls and reading times data from adults are pitted against the outcome of a corpus analysis, showing that the 1st-/3rd-person pronoun asymmetry emerges in the two relative clause types to an equal extent. In the Hebrew study (Chapter 4), the goal is to test the effect of a special kind of pronoun–a non-referential arbitrary subject pronoun–on ORC comprehension, in the light of potential confounds in previous studies that used this pronoun. Data from a referent-identification task with 4- to 5-year-olds indicate that, when the experimental material is controlled, the non-referential pronoun does not necessarily facilitate ORC comprehension. Importantly, however, children have even more difficulties when the embedded constituent is a referential pronoun. The non-referentiality / referentiality asymmetry is emphasized by the relation between children’s performance on the experimental task and their memory skills.
Together, the data presented in this thesis indicate that sentence processing is not only driven by structural (or syntactic) factors, but also by discourse-related ones, like pronouns’ referential properties or their discourse accessibility mechanism, which is defined as the level of ease or difficulty with which referents of pronouns are identified and retrieved from the discourse model. Although independent in essence, these structural and discourse factors can in some cases interact in a way that affects sentence processing. Moreover, both types of factors appear to be strongly related to memory. The data also support the idea that, from early on, children are sensitive to the same factors that affect adults’ sentence processing, and that the processing strategies of both populations are qualitatively similar.
In sum, this thesis suggests that a comprehensive theory of human sentence processing needs to account for effects that are due to both structural and discourse-related factors, which operate as a function of memory capacity.
N2  - Zahlreiche Studien haben gefunden, dass sowohl Erwachsene als auch Kinder über Sprachen hinweg größere Schwierigkeiten mit Objektrelativsätzen (ORS) als mit Subjektrelativsätzen (SRS) haben. Diese SRS-ORS-Asymmetrie wird reduziert oder sogar ausgelöscht, wenn das eingebaute Subjekt im ORS keine lexikalische Nominalphrase, sondern ein Pronomen ist. Die Experimente in dieser Dissertation erforschen unter welchen Umständen die Begünstigung des Pronomens geschieht; ob alle Pronomen denselben Effekt haben; ob SRS ebenso von eingebauten Pronomen beeinflusst werden; ob Erwachsene und Kinder in Bezug auf diese Strukturen eine ähnlich Leistung zeigen; und ob die Leistung von Versuchspersonen eine Verbindung mit kognitiven Fähigkeiten hat, wie zum Beispiel mit dem Arbeitsgedächtnis oder mit grammatikalischer Kenntnis. Verschiedene theoretische Rahmen, die die Pronomenvereinfachung in Relativsätzen erklären, werden evaluiert. Die Daten wurden in drei Sprachen–Deutsch, Italienisch und Hebräisch–mit Kindern und Erwachsenen erhoben.
In der Studie auf Deutsch (Kapitel 2) werden ORS mit einem eingebauten Pronomen der ersten oder der dritten Person mit ORS verglichen, die eine eingebaute lexikalische Nominalphrase haben. Blickbewegungsdaten von 5-jährigen Kindern zeigen, dass das Pronomen der ersten Person die Satzverarbeitung vereinfacht, nicht jedoch das Pronomen der dritten Person. Die Performance von Kindern wird durch zusätzliche Effekte wie Gedächtnis und grammatikalische Fähigkeiten beeinflusst. In der Studie auf Italienisch (Kapitel 3) wird der Vereinfachungsvorteil des Pronomens der ersten Person, im Vergleich mit dem der dritten Person, in ORS und SRS, die eine ähnliche Wortstellung haben, untersucht. Blickbewegungsdaten von 5-jährigen Kindern und von einer Kontrollgruppe von Erwachsenen sowie Lesezeiten von Erwachsenen, werden mit dem Ergebnis einer Korpusanalyse verglichen. Sie zeigen denselben asymmetrischen Effekt der zwei Pronomen in beiden Relativsatztypen. In der Studie auf Hebräisch (Kapitel 4) war das Ziel, den Effekt eines besonderen Pronomens, nämlich eines nicht-referentiellen beliebigen Subjektspronomens, auf das Verständnis von ORS zu untersuchen, anhand methodischer Problematiken in vergangenen Studien, die dieses Pronomen verwendet haben. Daten von 4- und 5-jährigen Kindern, die eine Referentenerkennungsaufgabe gemacht haben, zeigen, dass mit kontrolliertem Versuchsmaterial das nicht-referentielle Pronomen nicht unbedingt das Verständnis von ORS erleichtert. Jedoch hatten die Kinder aber noch mehr Schwierigkeiten, wenn das eingebaute Pronomen ein referentielles Pronomen war. Die Asymmetrie zwischen nicht-referentiellen und referentiellen Pronomen wird durch die Verbindung zwischen der Performance in der experimentellen Aufgabe und den Gedächtnisfähigkeiten der Kinder hervorgehoben.
In ihrer Gesamtheit zeigen die in dieser Arbeit präsentierten Daten, dass Sprachverarbeitung nicht nur durch strukturelle (oder syntaktische) Faktoren beeinträchtigt wird, sondern auch durch Diskurs-gebundene Faktoren, wie die referentiellen Eigenschaften von Pronomen oder den Mechanismus von Diskurszugänglichkeit (discourse accessibility). Diese wird definiert als das Leichtigkeits- oder Schwierigkeitslevel mit dem Referenten von Pronomen im Diskursmodell erkannt und abgerufen werden. Diese strukturellen und diskursgebundenen Faktoren, obwohl sie im Wesentlichen unabhängig voneinander sind, können in manchen Fällen aufeinander einwirken und zusammen die Sprachverarbeitung beeinträchtigen. Darüber hinaus scheinen beide Faktoren eine Verbindung mit dem Gedächtnis zu haben. Die Daten unterstützen auch die Idee, dass Kinder von früh an auf dieselben Faktoren empfindlich reagieren, die die Sprachverarbeitung von Erwachsenen bestimmen und dass die Sprachverarbeitungsstrategien von beiden Altersgruppen qualitativ ähnlich sind.
Zusammengefasst weist diese Dissertation darauf hin, dass eine umfassende Theorie der menschlichen Sprachverarbeitung in der Lage sein sollte, Effekte zu erklären, die sowohl durch Satzstruktur als auch durch Diskurs bedingt werden und die in Abhängigkeit von Gedächtnisfähigkeit funktionieren.
KW  - relative clauses
KW  - pronouns
KW  - discourse
KW  - sentence processing
KW  - eye-tracking
KW  - language development
KW  - Relativsätze
KW  - Pronomen
KW  - Diskurs
KW  - Sprachverarbeitung
KW  - Blickbewegungen
KW  - Sprachentwicklung
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396883
ER  - 
TY  - THES
A1  - Cajar, Anke
T1  - Eye-movement control during scene viewing
T1  - Blicksteuerung bei der Betrachtung natürlicher Szenen
BT  - the roles of central and peripheral vision
BT  - die Rollen des zentralen und peripheren Sehens
N2  - Eye movements serve as a window into ongoing visual-cognitive processes and can thus be used to investigate how people perceive real-world scenes. A key issue for understanding eye-movement control during scene viewing is the roles of central and peripheral vision, which process information differently and are therefore specialized for different tasks (object identification and peripheral target selection respectively). Yet, rather little is known about the contributions of central and peripheral processing to gaze control and how they are coordinated within a fixation during scene viewing. Additionally, the factors determining fixation durations have long been neglected, as scene perception research has mainly been focused on the factors determining fixation locations. The present thesis aimed at increasing the knowledge on how central and peripheral vision contribute to spatial and, in particular, to temporal aspects of eye-movement control during scene viewing. In a series of five experiments, we varied processing difficulty in the central or the peripheral visual field by attenuating selective parts of the spatial-frequency spectrum within these regions. Furthermore, we developed a computational model on how foveal and peripheral processing might be coordinated for the control of fixation duration. The thesis provides three main findings. First, the experiments indicate that increasing processing demands in central or peripheral vision do not necessarily prolong fixation durations; instead, stimulus-independent timing is adapted when processing becomes too difficult. Second, peripheral vision seems to play a prominent role in the control of fixation durations, a notion also implemented in the computational model. The model assumes that foveal and peripheral processing proceed largely in parallel and independently during fixation, but can interact to modulate fixation duration. Thus, we propose that the variation in fixation durations can in part be accounted for by the interaction between central and peripheral processing. Third, the experiments indicate that saccadic behavior largely adapts to processing demands, with a bias of avoiding spatial-frequency filtered scene regions as saccade targets. We demonstrate that the observed saccade amplitude patterns reflect corresponding modulations of visual attention. The present work highlights the individual contributions and the interplay of central and peripheral vision for gaze control during scene viewing, particularly for the control of fixation duration. Our results entail new implications for computational models and for experimental research on scene perception.
N2  - Blickbewegungen stellen ein Fenster in aktuelle visuell-kognitive Prozesse dar und können genutzt werden um zu untersuchen wie Menschen natürliche Szenen wahrnehmen. Eine zentrale Frage ist, welche Rollen zentrales und peripheres Sehen für die Blicksteuerung in Szenen spielen, da sie Information unterschiedlich verarbeiten und auf verschiedene Aufgaben spezialisiert sind (Objektidentifikation bzw. periphere Zielauswahl). Jedoch ist kaum bekannt, welche Beiträge zentrale und periphere Verarbeitung für die Blicksteuerung in Szenen leisten und wie sie während der Fixation koordiniert werden. Des Weiteren wurden Einflussfaktoren auf Fixationsdauern bisher vernachlässigt, da die Forschung zur Szenenwahrnehmung hauptsächlich auf Einflussfaktoren auf Fixationsorte fokussiert war. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, das Wissen über die Beiträge des zentralen und peripheren Sehens zu räumlichen, aber vor allem zu zeitlichen Aspekten der Blicksteuerung in Szenen zu erweitern. In einer Serie von fünf Experimenten haben wir die Verarbeitungsschwierigkeit im zentralen oder peripheren visuellen Feld durch die Abschwächung selektiver Raumfrequenzanteile innerhalb dieser Regionen variiert. Des Weiteren haben wir ein computationales Modell zur Koordination von fovealer und peripherer Verarbeitung für die Kontrolle von Fixationsdauern entwickelt. Die Arbeit liefert drei Hauptbefunde. Erstens zeigen die Experimente, dass erhöhte Verarbeitungsanforderungen im zentralen oder peripheren visuellen Feld nicht zwangsläufig zu längeren Fixationsdauern führen; stattdessen werden Fixationsdauern stimulus-unabhängig gesteuert, wenn die Verarbeitung zu schwierig wird. Zweitens scheint peripheres Sehen eine entscheidene Rolle für die Kontrolle von Fixationsdauern zu spielen, eine Idee, die auch im computationalen Modell umgesetzt wurde. Das Modell nimmt an, dass foveale und periphere Verarbeitung während der Fixation weitgehend parallel und unabhängig ablaufen, aber interagieren können um Fixationsdauern zu modulieren. Wir schlagen somit vor, dass Änderungen in Fixationsdauern zum Teil auf die Interaktion von zentraler und peripherer Verarbeitung zurückgeführt werden können. Drittens zeigen die Experimente, dass räumliches Blickverhalten sich weitgehend an Verarbeitungsanforderungen anpasst und Betrachter Szenenregionen mit Raumfrequenzfilterung als Sakkadenziele vermeiden. Wir zeigen, dass diese Sakkadenamplitudeneffekte entsprechende Modulationen der visuellen Aufmerksamkeit reflektieren. Die vorliegende Arbeit hebt die einzelnen Beiträge und das Zusammenspiel zentralen und peripheren Sehens für die Blicksteuerung in der Szenenwahrnehmung hervor, besonders für die Kontrolle von Fixationsdauern. Unsere Ergebnisse geben neue Implikationen für computationale Modelle und experimentelle Forschung zur Szenenwahrnehmung.
KW  - psychology
KW  - eye movements
KW  - scene perception
KW  - Psychologie
KW  - Blickbewegungen
KW  - Szenenwahrnehmung
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-395536
ER  - 
TY  - THES
A1  - Engelmann, Felix
T1  - Toward an integrated model of sentence processing in reading
T1  - Grundlage eines integrierten Modells der Satzverarbeitung beim Lesen
N2  - In experiments investigating sentence processing, eye movement measures such as fixation durations and regression proportions while reading are commonly used to draw conclusions about processing difficulties. However, these measures are the result of an interaction of multiple cognitive levels and processing strategies and thus are only indirect indicators of processing difficulty. In order to properly interpret an eye movement response, one has to understand the underlying principles of adaptive processing such as trade-off mechanisms between reading speed and depth of comprehension that interact with task demands and individual differences. Therefore, it is necessary to establish explicit models of the respective mechanisms as well as their causal relationship with observable behavior. There are models of lexical processing and eye movement control on the one side and models on sentence parsing and memory processes on the other. However, no model so far combines both sides with explicitly defined linking assumptions.

In this thesis, a model is developed that integrates oculomotor control with a parsing mechanism and a theory of cue-based memory retrieval. On the basis of previous empirical findings and independently motivated principles, adaptive, resource-preserving mechanisms of underspecification are proposed both on the level of memory access and on the level of syntactic parsing. The thesis first investigates the model of cue-based retrieval in sentence comprehension of Lewis & Vasishth (2005) with a comprehensive literature review and computational modeling of retrieval interference in dependency processing. The results reveal a great variability in the data that is not explained by the theory. Therefore, two principles, 'distractor prominence' and 'cue confusion', are proposed as an extension to the theory, thus providing a more adequate description of systematic variance in empirical results as a consequence of experimental design, linguistic environment, and individual differences. In the remainder of the thesis, four interfaces between parsing and eye movement control are defined: Time Out, Reanalysis, Underspecification, and Subvocalization. By comparing computationally derived predictions with experimental results from the literature, it is investigated to what extent these four interfaces constitute an appropriate elementary set of assumptions for explaining specific eye movement patterns during sentence processing. Through simulations, it is shown how this system of in itself simple assumptions results in predictions of complex, adaptive behavior. 

In conclusion, it is argued that, on all levels, the sentence comprehension mechanism seeks a balance between necessary processing effort and reading speed on the basis of experience, task demands, and resource limitations. Theories of linguistic processing therefore need to be explicitly defined and implemented, in particular with respect to linking assumptions between observable behavior and underlying cognitive processes. The comprehensive model developed here integrates multiple levels of sentence processing that hitherto have only been studied in isolation. The model is made publicly available as an expandable framework for future studies of the interactions between parsing, memory access, and eye movement control.
N2  - In experimentellen Studien zur Satzverarbeitung werden für gewöhnlich Blickbewegungsmaße wie Fixationsdauern oder Regressionshäufigkeiten beim Lesen herangezogen, um auf Verarbeitungsschwierigkeiten zu schließen. Jedoch resultieren diese Signale aus der Interaktion mehrerer kognitiver Ebenen und Verarbeitungsstrategien und sind daher nur indirekte Indikatoren von Verarbeitungsschwierigkeit. Um ein Blickbewegungssignal richtig zu interpretieren, müssen die zugrundeliegenden Prinzipien adaptiver Verarbeitungsprozesse verstanden werden, wie zum Beispiel Ausgleichmechanismen zwischen Lesegeschwindigkeit und Verarbeitungstiefe, welche mit der gegenwärtigen Verarbeitungsanforderung und individuellen Unterschieden interagieren. Es ist daher notwendig, explizite Modelle dieser Mechanismen und ihrer kausalen Beziehung zu behavioralen Signalen wie Blickbewegungen zu etablieren. Es existieren Modelle der lexikalischen Verarbeitung und Blicksteuerung auf der einen Seite und Modelle der Satzverarbeitung und Gedächtnismechanismen auf der anderen. Jedoch existiert noch kein Modell, welches beide Seiten durch explizit formulierte Annahmen verbindet.

In der vorliegenden Dissertation wird ein Modell entwickelt, welches Okulomotorik mit Satzverarbeitungsmechanismen und einer Theorie des assoziativen Gedächtniszugriffs integriert. Auf der Grundlage bisheriger empirischer Ergebnisse und unabhängig motivierter Prinzipien werden adaptive ressourcenschonende Mechanismen der Unterspezifikation sowohl auf der Ebene des Gedächtniszugriffs als auch auf der Ebene der syntaktischen Verarbeitung vorgeschlagen. Die Dissertation untersucht zunächst das Modell des assoziativen Gedächtniszugriffs bei der Satzverarbeitung von Lewis & Vasishth (2005) mithilfe eines umfassenden Literaturreviews sowie Computermodellierung von Interferenzeffekten im Gedächtniszugriff während der Verarbeitung syntaktischer Abhängigkeiten. Die Ergebnisse zeigen eine hohe Variabilität der Daten auf, die von der Theorie nicht erklärt werden kann. Daher werden zwei Prinzipien, ‘distractor prominence’ und ‘cue confusion’, als Erweiterung des Modells vorgeschlagen, wodurch eine genauere Vorhersage systematischer Varianz als Folge von Experimentaldesign, linguistischer Umgebung und individuellen Unterschieden erreicht wird. Im verbleibenden Teil der Dissertation werden vier Schnittstellen zwischen linguistischer Verarbeitung und Blicksteuerung definiert: Time Out, Reanalyse, Unterspezifikation und Subvokalisation. Durch Vergleich von computational hergeleiteten Vorhersagen und experimentellen Ergebnissen aus der Literatur wird der Frage nachgegangen, inwieweit diese vier Mechanismen ein angemessenes elementares System von Annahmen darstellen, welches spezifische Blickbewegungsmuster während der Satzverarbeitung erklären kann. Durch Simulationen wird gezeigt, wie dieses System aus für sich genommen simplen Annahmen im Ergebnis komplexes und adaptives Verhalten vorhersagt. 

In Konklusion wird argumentiert, dass der Satzverarbeitungsapparat auf allen Ebenen eine Balance zwischen notwendigem Verarbeitungsaufwand und Lesegeschwindigkeit auf der Basis von Erfahrung, Anforderung und limitierten Ressourcen anstrebt. Deshalb sollten Theorien der Sprachverarbeitung explizit formuliert und implementiert werden, insbesondere in Bezug auf die kausale Verbindung zwischen experimentell beobachtbarem Verhalten und den zugrundeliegenden kognitiven Prozessen. Das hier entwickelte Modell integriert mehrere Ebenen der Satzverarbeitung, die bisher ausschließlich unabhängig voneinander untersucht wurden. Das Modell steht öffentlich als erweiterungsfähiges Framework für zukünftige Studien der Interaktion zwischen Sprachverarbeitung, Gedächtniszugriff und Blickbewegung zur Verfügung.
KW  - working memory
KW  - sentence processing
KW  - cue confusion
KW  - cognitive modeling
KW  - psycholinguistics
KW  - eye movement control
KW  - ACT-R
KW  - cue-based retrieval
KW  - underspecification
KW  - dependency resolution
KW  - Satzverarbeitung
KW  - Arbeitsgedächtnis
KW  - Blickbewegungen
KW  - kognitive Modellierung
KW  - Lesen
KW  - reading
KW  - Unterspezifikation
KW  - retrieval interference
KW  - adaptive processing
KW  - adaptive Verarbeitung
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100864
ER  - 
TY  - THES
A1  - Metzner, Paul-Philipp
T1  - Eye movements and brain responses in natural reading
T1  - Blickbewegungen und Hirnströme im natürlichen Lesen
N2  - Intuitively, it is clear that neural processes and eye movements in reading are closely connected, but only few studies have investigated both signals simultaneously. Instead, the usual approach is to record them in separate experiments and to subsequently consolidate the results. However, studies using this approach have shown that it is feasible to coregister eye movements and EEG in natural reading and contributed greatly to the understanding of oculomotor processes in reading. The present thesis builds upon that work, assessing to what extent coregistration can be helpful for sentence processing research.

In the first study, we explore how well coregistration is suited to study subtle effects common to psycholinguistic experiments by investigating the effect of distance on dependency resolution. The results demonstrate that researchers must improve the signal-to-noise ratio to uncover more subdued effects in coregistration. In the second study, we compare oscillatory responses in different presentation modes. Using robust effects from world knowledge violations, we show that the generation and retrieval of memory traces may differ between natural reading and word-by-word presentation. In the third study, we bridge the gap between our knowledge of behavioral and neural responses to integration difficulties in reading by analyzing the EEG in the context of regressive saccades. We find the P600, a neural indicator of recovery processes, when readers make a regressive saccade in response to integration difficulties.

The results in the present thesis demonstrate that coregistration can be a useful tool for the study of sentence processing. However, they also show that it may not be suitable for some questions, especially if they involve subtle effects.
N2  - Es erscheint offensichtlich, dass neuronale Prozesse und Blickbewegungen im Lesen eng miteinander verwoben sind, aber nur wenige Studien haben beide Signale simultan betrachtet. Der übliche Ansatz ist, sie stattdessen in separaten Esxperimenten aufzuzeichnen und die Ergebnisse anschließend miteinander zu vereinbaren. Es wurde jedoch bereits gezeigt, dass Blickbewegungen und EEG im natürlichen Lesen koregistriert werden können; Studien, die diesen Ansatzes verfolgen, haben entscheidend zum Verständnis okulomotorischer Prozesse beim Lesen beigetragen. Von diesen Studien ausgehend erörtert die vorliegende Dissertation, inwieweit Koregistrierung auch für Satzverarbeitungsforschung nützlich sein kann.

In der ersten Studie wird erörtert, wie gut Koregistrierung für die Erfassung schwacher Effekte geeignet ist, wie sie für psycholinguistische Experimente typisch sind. Die linguistische Fragestellung in dieser Studie ist, wie sich Distanz auf die Auflösung linguistischer Abhängigkeiten auswirkt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Forscher den Signal-Rausch-Abstand erhöhen müssen, um kleinere Effekte mittels Koregistrierung zu erfassen. In der zweiten Studie werden neuronale Oszillationen in unterschiedlichen Präsentationsformen untersucht. Mithilfe robuster Effekte in Reaktion auf Weltwissensverletzungen wird gezeigt, dass Enkodierung und Abruf von Gedächtnisspuren sich zwischen natürlichem und wortweisem Lesen unterscheidet. In der dritten Studie wird eine Verbindung zwischen behavioralen und elektrophysiologischen Reaktionen auf Integrationsschwierigkeiten im Lesen hergestellt. Hierzu wird das EEG in An- und Abwesenheit regressiver Sakkaden analysiert. Die P600, eine neuronale Reflektion von Reparaturprozessen, ist nur im Kontext von regressiven Sakkaden in Reaktion auf Integrationsschwierigkeiten zu beobachen.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit demonstrieren, dass Koregistrierung eine vielversprechende Methode für die Satzverarbeitungsforschung ist. Sie zeigen jedoch auch, dass Koregistrierung sich nicht für jede Fragestellung eignet, insbesondere, wenn schwache Effekte zu erwarten sind.
KW  - natural reading
KW  - sentence processing
KW  - eye tracking
KW  - EEG
KW  - coregistration
KW  - dependency resolution
KW  - neural oscillations
KW  - regressive saccades
KW  - natürliches Lesen
KW  - Satzverarbeitung
KW  - Blickbewegungen
KW  - EEG
KW  - Koregistrierung
KW  - Abhängigkeitsauflösung
KW  - neuronale Oszillationen
KW  - regressive Sakkaden
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82806
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schad, Daniel
T1  - Mindless reading and eye movements : theory, experiments and computational modeling
T1  - Gedankenverlorenes Lesen und Blickbewegungen : Theorie, Experimente, und Computationale Modellierung
N2  - It sometimes happens that we finish reading a passage of text just to realize that we have no idea what we just read. During these episodes of mindless reading our mind is elsewhere yet the eyes still move across the text. The phenomenon of mindless reading is common and seems to be widely recognized in lay psychology. However, the scientific investigation of mindless reading has long been underdeveloped. Recent progress in research on mindless reading has been based on self-report measures and on treating it as an all-or-none phenomenon (dichotomy-hypothesis). Here, we introduce the levels-of-inattention hypothesis proposing that mindless reading is graded and occurs at different levels of cognitive processing. Moreover, we introduce two new behavioral paradigms to study mindless reading at different levels in the eye-tracking laboratory. First (Chapter 2), we introduce shuffled text reading as a paradigm to approximate states of weak mindless reading experimentally and compare it to reading of normal text. Results from statistical analyses of eye movements that subjects perform in this task qualitatively support the ‘mindless’ hypothesis that cognitive influences on eye movements are reduced and the ‘foveal load’ hypothesis that the response of the zoom lens of attention to local text difficulty is enhanced when reading shuffled text. We introduce and validate an advanced version of the SWIFT model (SWIFT 3) incorporating the zoom lens of attention (Chapter 3) and use it to explain eye movements during shuffled text reading. Simulations of the SWIFT 3 model provide fully quantitative support for the ‘mindless’ and the ‘foveal load’ hypothesis. They moreover demonstrate that the zoom lens is an important concept to explain eye movements across reading and mindless reading tasks. Second (Chapter 4), we introduce the sustained attention to stimulus task (SAST) to catch episodes when external attention spontaneously lapses (i.e., attentional decoupling or mind wandering) via the overlooking of errors in the text and via signal detection analyses of error detection. Analyses of eye movements in the SAST revealed reduced influences from cognitive text processing during mindless reading. Based on these findings, we demonstrate that it is possible to predict states of mindless reading from eye movement recordings online. That cognition is not always needed to move the eyes supports autonomous mechanisms for saccade initiation. Results from analyses of error detection and eye movements provide support to our levels-of-inattention hypothesis that errors at different levels of the text assess different levels of decoupling. Analyses of pupil size in the SAST (Chapter 5) provide further support to the levels of inattention hypothesis and to the decoupling hypothesis that off-line thought is a distinct mode of cognitive functioning that demands cognitive resources and is associated with deep levels of decoupling. The present work demonstrates that the elusive phenomenon of mindless reading can be vigorously investigated in the cognitive laboratory and further incorporated in the theoretical framework of cognitive science.
N2  - Beim Lesen passiert es manchmal dass wir zum Ende einer Textpassage gelangen und dabei plötzlich bemerken dass wir keinerlei Erinnerung daran haben was wir soeben gelesen haben. In solchen Momenten von gedankenverlorenem Lesen ist unser Geist abwesend, aber die Augen bewegen sich dennoch über den Text. Das Phänomen des gedankenverlorenen Lesens ist weit verbreitet und scheint in der Laienpsychologie allgemein anerkannt zu sein. Die wissenschaftliche Untersuchung von gedankenverlorenem Lesen war jedoch lange Zeit unzureichend entwickelt. Neuerer Forschungsfortschritt basierte darauf gedankenverlorenes Lesen durch Selbstberichte zu untersuchen und als ein Phänomen zu behandeln das entweder ganz oder gar nicht auftritt (Dichotomie-Hypothese). Hier stellen wir die ‚Stufen der Unaufmerksamkeit’-Hypothese auf, dass gedankenverlorenes Lesen ein graduelles Phänomen ist, das auf verschiedenen kognitiven Verarbeitungsstufen entsteht. Wir stellen zudem zwei neue Verhaltensparadigmen vor um verschiedene Stufen von gedankenverlorenem Lesen im Augenbewegungslabor zu untersuchen. Als erstes (in Kapitel 2) stellen wir das Lesen von verwürfeltem Text vor als ein Paradigma um Zustände von schwach gedankenverlorenem Lesen experimentell anzunähern, und vergleichen es mit dem Lesen von normalem Text. Die Ergebnisse von statistischen Augenbewegungsanalysen unterstützen qualitativ die ‚Unaufmerksamkeits’-Hypothese, dass kognitive Einflüsse auf Augenbewegungen beim Lesen von verwürfeltem Text reduziert ist, und die ‚Foveale Beanspruchungs’-Hypothese, dass die Reaktion der zoom lens visueller Aufmerksamkeit auf lokale Textschwierigkeit beim Lesen von verwürfeltem Text verstärkt ist. Wir stellen eine weiterentwickelte Version des SWIFT Modells (SWIFT 3) vor, welches die zoom lens der Aufmerksamkeit implementiert, und validieren dieses Modell am Lesen von verwürfeltem und normalem Text (Kapitel 3). Simulationen des SWIFT 3 Modells unterstützen die ‚Unaufmerksamkeits’ und die ‚Foveal Beanspruchungs’-Hypothese in einem vollständig quantitativen Modell. Zudem zeigen sie, dass die zoom lens der Aufmerksamkeit ein wichtiges Konzept ist um Augenbewegungen in Aufgaben zum Lesen und gedankenverlorenen Lesen zu erklären. Als zweites (Kapitel 4) stellen wir den sustained attention to stimulus task (SAST) vor um Episoden von spontaner externer Unaufmerksamkeit (also Entkopplung der Aufmerksamkeit oder Abschweifen der Gedanken) in einem Paradigma über Verhaltensparameter wie das Übersehen von Fehlern im Text und Signal-Detektions-Analysen von Fehlerentdeckung zu messen. Augenbewegungsanalysen im SAST decken abgeschwächte Einflüsse von kognitiver Textverarbeitung während gedankenverlorenem Lesen auf. Basierend auf diesen Befunden zeigen wir, dass es möglich ist Zustände von gedankenverlorenem Lesen online, also während dem Lesen, aus Augenbewegungen vorherzusagen bzw. abzulesen. Dass höhere Kognition nicht immer notwendig ist um die Augen zu bewegen unterstützt zudem autonome Mechanismen der Sakkadeninitiierung. Ergebnisse aus Analysen von Fehlerdetektion und Augenbewegungen unterstützen unsere ‚Stufen der Unaufmerksamkeit’-Hypothese, dass Fehler auf verschiedenen Textebenen verschiedene Stufen von Entkopplung messen. Analysen der Pupillengröße im SAST (Kapitel 5) bieten weitere Unterstützung für die ‚Stufen der Unaufmerksamkeit’-Hypothese, sowie für die Entkopplungs-Hypothese, dass abschweifende Gedanken eine abgegrenzte kognitiver Funktionsweise darstellen, welche kognitive Ressourcen benötigt und mit tiefen Stufen von Unaufmerksamkeit zusammenhängt. Die aktuelle Arbeit zeigt, dass das flüchtige Phänomen des gedankenverlorenen Lesens im kognitiven Labor mit strengen Methoden untersucht und weitergehend in den theoretischen Rahmen der Kognitionswissenschaft eingefügt werden kann.
KW  - Gedankenverlorenes Lesen
KW  - Blickbewegungen
KW  - Gedankenschweifen
KW  - Computationale Modellierung
KW  - Levels-of-inattention Hypothese
KW  - mindless reading
KW  - eye movements
KW  - mind wandering
KW  - computational modeling
KW  - levels-of-inattention hypothesis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70822
ER  -