Multiple demands on cognitive control in dual-task processing

Hirsch, Patricia Dominika; Schubert, Torsten; Koch, Iring

doi:10.18154/RWTH-2019-00184

Multiple demands on cognitive control in dual-task processing = Multiple Anforderungen an die kognitive Kontrolle in der Doppelaufgabenverarbeitung

Hirsch, Patricia Dominika^RWTH*

2018 & 2019

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Patricia Dominika Hirsch, M.Sc.

ImpressumAachen 2018

Umfang1 Online-Ressource (XVII, 185 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2019

Genehmigende Fakultät
Fak07

Hauptberichter/Gutachter
Koch, Iring (Thesis advisor)^RWTH* ; Schubert, Torsten (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-11-09

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-00184
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/752683/files/752683.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Psychologie (721110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
cognitive control (frei) ; dual tasking (frei) ; local and global processing (frei) ; task switching (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 150

Kurzfassung
Wir führen häufig zwei Aufgaben zeitüberlappend aus, obwohl dadurch in der Regel die Leistung in den individuellen Aufgaben beeinträchtigt wird. In der kognitiven Psychologie wurden Leistungseinbußen in Doppelaufgaben ausgiebig untersucht, um Einblicke in die kognitive Architektur und die Mechanismen der Informationsverarbeitung zu erhalten. Die Ergebnisse haben eine jahrzehntelange theoretische Kontroverse über die Rolle der kognitiven Kontrolle in Doppelaufgaben entfacht. Kognitive Kontrolle ermöglicht es uns, flexibel und kontextabhängig komplexe Aufgabenanforderungen zu meistern und somit zielgerichtet zu handeln. In Doppelaufgaben könnte kognitive Kontrolle u.a. erforderlich sein, um die Verarbeitung einer Aufgabe gegen interferierende Einflüsse, die aus der zeitlich überlappenden Verarbeitung einer anderen Aufgabe resultieren, abzuschirmen und um die Verarbeitung multipler Aufgaben zeitlich zu koordinieren. Es wird bis heute debattiert, ob doppelaufgabenbezogene Leistungseinbußen behaviorale Marker für kognitive Kontrolle sind oder ob diese Einbußen lediglich auf strukturelle Limitationen des kognitiven Systems zurückzuführen sind. Diese Limitationen verbieten eine simultane Reaktionsauswahl und führen dazu, dass die Reaktionen für die zwei individuellen Aufgaben einer Doppelaufgabe entsprechend einer „was zuerst kommt, wird zuerst verarbeitet“-Basis ausgewählt werden. Vor diesem Hintergrund war das Hauptziel der vorliegenden kumulativen Dissertation, die Rolle der kognitiven Kontrolle in Doppelaufgaben erneut zu untersuchen und dabei zum Verständnis der Mechanismen der kognitiven Kontrolle beizutragen, die unserer Fähigkeit zugrunde liegen in einer adaptiven und zielgerichteten Art zu handeln. Hierfür wurden zwei Ebenen der Doppelaufgabenverarbeitung, auf denen kognitive Kontrolle zum Einsatz kommen kann, basierend auf zwei Forschungslinien untersucht. Die erste Forschungslinie befasste sich mit der lokalen Ebene der Verarbeitung von Doppelaufgaben. Diese Ebene bezieht sich auf die kognitive Verarbeitung der individuellen Aufgaben einer Doppelaufgabe. Um die korrekte Verarbeitung einer individuellen Aufgabe sicherzustellen, kann kognitive Kontrolle über die mentalen Repräsentationen von individuellen Aufgaben, auch Aufgaben-Sets genannt, ausgeübt werden. Um Erkenntnisse über die zugrundeliegenden Mechanismen der lokalen Aufgaben-Set-Kontrolle zu erlangen, wurde die kognitive Verarbeitung in Doppelaufgaben mit der kognitiven Verarbeitung in Aufgabenwechselsituationen in Beziehung gesetzt. Leistungseinbußen, die in Aufgabenwechselsituationen entstehen, werden übereinstimmend als Marker kognitiver Kontrolle interpretiert. Basierend auf der Doppelaufgabenliteratur und den Ergebnissen der Studie I (Hirsch, Schwarzkopp, Declerck, Reese, & Koch, 2016) wurde die parallele Aktivierung von Aufgaben-Sets in Doppelaufgaben- und Aufgabenwechselsituationen als gemeinsame Basis für ähnliche Mechanismen der kognitiven Kontrolle auf der lokalen Ebene von Aufgaben-Sets identifiziert. Um diese kognitiven Kontrollmechanismen zu spezifizieren, wurden in Studie II (Hirsch, Nolden, Declerck, & Koch, im Druck) Korrelationen zwischen den Leistungseinbußen, die in Doppelaufgaben- und Aufgabenwechselsituationen entstehen, analysiert. Die Ergebnisse weisen erstmals darauf hin, dass Leistungseinbußen in Doppelaufgaben, zusätzlich oder anstelle von strukturellen Limitationen, die eine parallele Reaktionsauswahl verhindern, zumindest teilweise kognitive Kontrollprozesse reflektieren, die auch mit aufgabenwechselbezogenen Leistungseinbußen gemessen werden. Die zweite Forschungslinie adressierte die globale Ebene der Verarbeitung von Doppelaufgaben. Diese Ebene ist nicht auf die kognitive Verarbeitung von ausschließlich einer der beiden individuellen Aufgaben einer Doppelaufgabe beschränkt, sondern bezieht sich auf beide Aufgaben gleichzeitig. Studie III (Hirsch, Nolden, Philipp, & Koch, 2017) lieferte basierend auf einem neuen empirischen Zugang erstmals Evidenz dafür, dass die Identität der individuellen Aufgaben einer Doppelaufgabe gemeinsam in einer separaten mentalen Repräsentation, auch Aufgabenpaar-Set genannt, repräsentiert ist. Dies deutet darauf hin, dass die zwei individuellen Aufgaben einer Doppelaufgabe die Subaufgaben einer komplexeren Einzelaufgabe (z.B. Anfahren mit den zeitlich überlappenden Subaufgaben des Kuppelns und der Gasbetätigung) repräsentieren. Folglich besteht die mentale Repräsentation einer Doppelaufgabe aus multiplen Komponenten, wobei das Aufgabenpaar-Set auf einer hierarchisch höheren Ebene als die subaufgabenspezifischen Aufgaben-Sets organisiert ist. In Studie IV (Hirsch, Nolden, & Koch, 2017) wurde persistierende Aufgabenpaar-Set Aktivierung, die in residualem positivem Priming von Aufgabenpaar-Sets resultiert, als Selektionsmechanismus auf der globalen Ebene der Doppelaufgabenverarbeitung identifiziert. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation, dass es multiple Anforderungen an die kognitive Kontrolle während der Verarbeitung von Doppelaufgaben gibt. Kognitive Kontrolle ist nicht nur auf der lokalen Ebene der Doppelaufgabenverarbeitung erforderlich, um die korrekte Verarbeitung der individuellen Subaufgaben sicherzustellen, sondern auch auf der globalen Ebene, um die Auswahl des relevanten Aufgabenpaar-Sets zu ermöglichen. Das Aufgabenpaar-Set gewährleistet wiederum die Spezifikation der individuellen Subaufgaben, die im Rahmen einer Doppelaufgabe bearbeitet werden sollen. Diese neuen Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit der Berücksichtigung kognitiver Kontrollprozesse in zukünftigen Studien und Modellen zu Doppelaufgaben.

We frequently perform two tasks in temporal overlap, even though this ordinarily leads to impaired performance of the individual tasks. Such dual-task-related performance costs have been extensively studied in cognitive psychology in order to get insights into the cognitive architecture and the mechanisms of information processing. The findings have sparked a decades-long theoretical controversy about the role of cognitive control in dual-tasking. Cognitive control enables us to handle complex task demands in a flexible and context-dependent manner and thus to act in a goal-directed way. In dual-task contexts, cognitive control might be required, inter alia, for shielding the processing of each task from interfering influences resulting from the simultaneous processing of another task and for the temporal coordination of multiple task processing. Until today, it is disputed whether dual-task-related performance costs are behavioral markers of cognitive control, or whether they are solely attributable to structural limitations of the cognitive system. These limitations prohibit simultaneous response selection and lead to the situation that the responses for the two individual tasks performed within a dual task are selected on a ‘first-come, first-served’ basis. Against this background, the main objective of the present cumulative dissertation was to re-examine the role of cognitive control in dual-tasking, thereby contributing to a better understanding of the mechanisms of cognitive control that underlie our ability to perform in an adaptive and goal-directed manner. To this end, two levels of dual-task processing on which cognitive control might act, namely the local level and the global level of dual-tasking, were investigated based on two lines of research. The first research line focused on the local level of dual-task processing. This level refers to the cognitive processing of the individual tasks performed within a dual task. To ensure the correct processing of an individual task, cognitive control might act upon the mental representations of individual tasks, which are denoted as task sets. To gain insights into the underlying mechanisms of such local task-set control, dual-task processing was related to cognitive processing in task-switching contexts. The performance costs that arise in task-switching contexts are commonly interpreted as markers of cognitive control. Based on the dual-task literature and the findings of Study I (Hirsch, Schwarzkopp, Declerck, Reese, & Koch, 2016), parallel task-set activation in dual-task and task-switching contexts was identified as a common ground for related mechanisms of cognitive control at the local level of task sets. To specify these related mechanisms of cognitive control, correlations between the performance costs arising in dual-task situations and the performance costs occurring in task-switching contexts were analyzed in Study II (Hirsch, Nolden, Declerck, & Koch, in press). The findings indicate for the first time that, in addition to or instead of the structural limitations that prohibit parallel response selection, dual-task-related performance costs reflect, at least partly, those cognitive control processes that are also measured by switching-related performance costs. The second line of research addressed the global level of dual-task processing, which refers to cognitive processing that is linked not only to one of the two individual tasks performed within a dual task but to both individual tasks at the same time. Using a novel empirical approach, the findings of Study III (Hirsch, Nolden, Philipp, & Koch, 2017) provide evidence for the first time that the identity of the individual tasks performed in a dual task is jointly represented in a single mental representation, termed task-pair set. This suggests that the two individual tasks performed in a dual task represent the subtasks of a more complex single task (e.g., starting the car, with the temporally overlapping subtasks of releasing the clutch and accelerating the gas). Consequently, the mental task representation needed for performing a dual task consists of multiple components, including a task-pair set organized at a hierarchically higher-level than the subtask-specific task sets. In Study IV (Hirsch, Nolden, & Koch, 2017), persisting task-pair set activation that results in residual positive priming of task-pair sets was identified as a crucial selection mechanism at the global level of dual-task processing.In summary, the findings of the present dissertation indicate that there are multiple requirements for cognitive control in dual-tasking. Cognitive control is not only required at the local level of dual-task processing to ensure the correct processing of the individual subtasks but also at the global level to enable the selection of an appropriate task-pair set. The task-pair set, in turn, ensures the specification of the individual subtasks to be performed in a dual task. These novel findings highlight the importance of considering cognitive control processes in future dual-task studies and models.

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