Understanding cognitive structure of multitasking behavior and working memory training effects

Multitasking behavior and working memory training are important topics in psychological science. The present thesis systematically investigated the underlying cognitive constructs of multitasking behavior and the cognitive strategies related to transfer effects of working memory training, which were described in two empirical studies. In the first study, we examined the underlying cognitive constructs associated with the concept of multitasking behavior. Although prior investigations have revealed cognitive abilities to be important predictors of multitasking behavior, few studies have been conducted on the relation between executive functions (EFs) and multitasking behavior. In this regard, the current investigation explored the importance of EFs, working memory capacity (WMC), relational integration, and divided attention to multitasking behavior. A sample of 202 young adults completed a battery of EFs (shifting, updating, and inhibition), three WMC tests, three relational integration tests, two divided attention tests, and a multitasking scenario (Simultaneous Capacity). Our study provided several key findings. First, in direct replication attempts, we could replicate the multitasking behavior model (Bühner, König, Pick, & Krumm, 2006) and partially replicate the three-factor and nested factors EFs models (Friedman et al., 2016). Second, the regression analyses revealed that updating, inhibition, relational integration, and divided attention had strong contributions in explaining multitasking behavior variance, whereas shifting and WMC did not show any explanatory power beyond these constructs. Finally, using structural equation modeling, we found that the general EF ability representing variance common to shifting, updating, and inhibition highly overlapped with multitasking behavior. Our results are of value not only to shed light on the relevant cognitive correlates of multitasking behavior but also to position multitasking behavior in an established framework of cognitive abilities. Additionally, by providing strong empirical evidence in favor of cognitive constructs of multitasking behavior, this study builds the necessary groundwork for steering future research to elucidate the etiology of underlying relations between these specific cognitive correlates and multitasking behavior. The second study inspected how transfer occurs on material-specific tasks, rather than other task types within the working memory training framework. Despite numerous attempts of using training interventions to increase WMC, the role of cognitive strategy in explaining the transfer effects is not yet experimentally investigated. We hypothesized that transfer would occur when a similar cognitive strategy is applied in solving both the trained and transfer tasks. According to this idea, we examined the strategic approach by directly using tasks that allow for specific strategies and tasks that do not. In particular, training with verbal and numerical materials should show transfer to figural (symbol) material, and the other way around. Additionally, differences between visual and verbal cognitive strategies could lead to differential transfer effects on working memory tasks. Eighty young adults received training on two working memory operations: storage and processing, and relational integration (derived from Oberauer, Süß, Wilhelm, & Weittman, 2003) with four different materials verbal/numerical/figural (pattern)/figural (symbol), and another 17 served as active control group and 8 as passive group. Before and after 12 days of adaptive training, performance on the storage and processing, and on the relational integration tasks was assessed. Linear-mixed effects modeling revealed four important findings. First, following training, there were reliable improvements on the performance of trained storage and processing, and relational integration tasks, compared to the active control group. However, such training did not generalize to measures of the same working memory operation with different materials in most cases. Second, the only transfer effect was observed between numerical and figural (symbol) material within relational integration tasks, thereby confirming our hypothesis. Third, no transfer was detected between storage and processing, and relational integration. Finally, there was no direct evidence supporting the influence of cognitive strategies (visual and verbal) on transfer effects. Together, the present findings provide strong evidence for growing theories of multitasking behavior and working memory training, emphasizing the importance of cognitive underpinnings of multitasking behavior and specifying the efficacy of working memory intervention only on material-specific tasks, which may be emerged from the acquisition of task-specific cognitive strategies. Although the current investigation did not yet provide clear evidence about the strategic approach (i.e., internal information processing operations: visual and verbal), the combination of material-specific mechanisms with a general boost in the underlying cognitive strategies provides an important and interesting perspective for future work.Multitasking-Verhalten und Arbeitsgedächtnistrainings sind wichtige Themen in der psychologischen Forschung. In der vorliegenden Arbeit wurden im Rahmen von zwei empirischen Studien die dem Multitasking-Verhalten zugrunde liegenden kognitiven Konstrukte sowie die mit Transfereffekten in Arbeitsgedächtnistrainings assoziierten kognitiven Strategien systematisch untersucht. In der ersten Studie wurden die dem Multitasking-Verhalten zugrunde liegenden kognitiven Konstrukte betrachtet. Obwohl frühere Untersuchungen einen wichtigen Beitrag kognitiver Fähigkeiten zu Multitasking-Verhalten aufzeigen konnten, wurden bisher nur wenige Studien über den Zusammenhang zwischen exekutiven Funktionen (EF) und Multitasking-Verhalten durchgeführt. Aus diesem Grund wurde in dieser Studie die Bedeutsamkeit von EF, Arbeitsgedächtniskapazität (AGK), Relational Integration und geteilte Aufmerksamkeit für Multitasking-Verhalten untersucht. Eine Stichprobe von 202 jungen Erwachsenen bearbeitete eine Aufgabenbatterie für EF (Shifting, Updating, Inhibition), drei AGK Aufgaben, drei Tests zu Relational Integration, zwei Tests zur geteilten Aufmerksamkeit und ein Szenario zu Multitasking (Simultankapazität). Die Hauptergebnisse der Studie lauten wie folgt: Erstens konnte das Modell zu Multitasking-Verhalten (Bühner, König, Pick & Krumm, 2006) direkt repliziert und das Drei-Faktoren-Modell sowie das Hierarchische-Faktoren-Modell (Friedman et al., 2016) zu EF teilweise repliziert werden. Zweitens konnte mit Regressionsanalysen gezeigt werden, dass Updating, Inhibition, Relational Integration und geteilte Aufmerksamkeit jeweils stark zur Erklärung der Varianz von Multitasking-Verhalten beitrug, während Shifting und AGK keinen Erklärungswert, zusätzlich zu den anderen Konstrukten, lieferte. Schließlich zeigte in einem Strukturgleichungsmodell ein allgemeiner Faktor zur Fähigkeit EF, der gemeinsame Varianz von Shifting, Updating und Inhibition beinhaltete, starke Überlappung mit Multitasking-Verhalten. Die Ergebnisse verdeutlichen nicht nur die relevanten kognitiven Korrelate von Multitasking-Verhalten, sondern ermöglichen es auch, Multitasking-Verhalten in einem anerkannten Framework kognitiver Fähigkeiten einzuordnen. Außerdem bildet die Studie, durch ihre starke empirische Evidenz zugunsten kognitiver Konstrukte von Multitasking-Verhalten, die notwendige Grundlage für die zukünftige Erforschung der Ätiologie zugrunde liegender Zusammenhänge zwischen spezifischen kognitiven Korrelaten und Multitasking-Verhalten. In der zweiten Studie wurde untersucht, wie Transfer zwischen materialspezifischen Aufgaben im Gegensatz zu anderen Aufgabentypen, im Rahmen von Arbeitsgedächtnistrainings stattfindet. Trotz zahlreicher Versuche, AGK durch Trainingsmaßnahmen zu steigern, wurde die Rolle kognitiver Strategien bei der Erklärung des Transfereffekts bisher nicht experimentell untersucht. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass ein Transfer auftritt, wenn ähnliche kognitive Strategien sowohl bei der Lösung der Trainingsaufgabe als auch bei der Lösung der Transferaufgabe angewendet werden. Im Rahmen dieser Idee wurde der sogenannte strategische Ansatz dadurch untersucht, dass einerseits Aufgaben verwendet wurden, die spezifische Strategien erlauben und andererseits Aufgaben die dies nicht ermöglichen. Konkret sollte bei einem Training mit verbalem und numerischem Material Transfer zu figuralem (symbolischen) Material stattfinden und umgekehrt. Außerdem könnten Unterschiede zwischen visuellen und verbalen kognitiven Strategien zu differentiellen Transfereffekten bei Arbeitsgedächtnisaufgaben führen. Achtzig junge Erwachsene wurden in zwei Arbeitsgedächtnisfacetten trainiert: Speicherung/Verarbeitung und Relational Integration (angelehnt an Oberauer, Süß, Wilhelm & Weittman, 2003), mit vier verschiedenen Materialien: Verbal, numerisch, figural (Muster), figural (Symbole). Siebzehn weitere Probanden dienten als aktive und weitere acht als passive Kontrollgruppe. Vor und nach zwölf Tagen adaptiven Trainings wurde die Leistung in den Aufgaben Speicherung/Verarbeitung und Relational Integration erfasst. Gemischte lineare Modelle lieferten vier wichtige Erkenntnisse: Erstens zeigte die Trainingsgruppe im Vergleich zur aktiven Kontrollgruppe eine stabile Leistungsverbesserung in den trainierten Bereichen Speicherung/Verarbeitung und Relational Integration. Jedoch konnte ein solches Training in den meisten Fällen nicht auf Maße derselben Arbeitsgedächtnisfacette mit anderem Material generalisiert werden. Zweitens wurde der einzige Transfereffekt zwischen numerischem und figuralem (Symbole) Material innerhalb der Relational Integration Aufgabe beobachtet, was die Hypothese bestätigte. Drittens gab es keine direkte Evidenz für den Einfluss kognitiver Strategien (visuell und verbal) auf Transfereffekte. Zusammenfassend liefern die vorliegenden Ergebnisse starke Evidenz für die wachsenden Theorien zu Multitasking-Verhalten und Arbeitsgedächtnistraining. Dabei wird vor allem die Wichtigkeit kognitiver Grundlagen von Multitasking-Verhalten betont sowie die ausschließliche Wirksamkeit von Arbeitsgedächtnisinterventionen bei materialspezifischen Aufgaben konkretisiert, die durch die Aneignung aufgabenspezifischer kognitiver Strategien zustande kommen könnte. Obwohl die vorliegende Untersuchung noch keine klare Evidenz für den strategischen Ansatz (d.h. internale Informationsverarbeitungstypen: visuell und verbal) liefern konnte, bietet die Kombination aus materialspezifischen Mechanismen und einer generellen Verbesserung in den zugrunde liegenden Strategien wichtige und interessante Perspektiven für zukünftige Forschung