Places - Routes - Maps: Acquisition, structure and usage of place representations in spatial cognition

Für das Leben und überleben von Tieren und Menschen sind nur wenige kognitive Mechanismen so fundamental wie die Fähigkeit sich in der Umwelt zu orientieren. Diese Orientierungsfähigkeit bildete den Rahmen der vorliegenden Arbeit, die sich auf die Erkennung und die kognitive Repräsentation von Orten konzentrierte. Das einzelne Orte bereits mit geringer sensorischer und verarbeitender Kapazität erkannt und unterschieden werden können, konnte in einer Computersimulation zum Orientierungsverhalten von Wüstenameisen gezeigt werden. Einfache visuelle Merkmale, wie sie in der natürlichen Umgebung der Tiere vorkommen, sind dabei für die Orientierung ausreichend. In einem Verhaltensexperiment beim Menschen konnte nicht nur der Aufbau von einzelnen Ortsrepräsentationen, sondern auch deren Integration in Routen- und Kartenrepräsentationen beobachtet werden. Dabei zeigte sich, dass abhängig davon, ob vermehrt lokale oder globale Strukturen zur Orientierung genutzt wurden, auch verstärkt eine Routen- oder Kartenrepräsentation aufgebaut wurde. Die verschiedenen Raumrepräsentationen selbst stehen in Verbindung mit unterschiedlich komplexen Verhaltensmustern und der Interaktion zwischen Arbeits- und Langzeitgedächtnis. Auf Grundlage dieser Zusammenhänge wurde ein allgemeiner Rahmen formuliert, in dem Orientierungsverhalten, ökologische Voraussetzungen und neuronale Mechanismen diskutiert wurden. In einem weiteren Experiment konnte gezeigt werden, dass der Abruf von Ortswissen aus dem Langzeitgedächtnis in perspektivischer egozentrischer Form erfolgt, wobei eine bevorzugte Perspektive nicht nur von den Strukturen eines Ortes bestimmt wurde, sondern auch situations- und aufgabenabhängig war. Die einzelnen Arbeiten der vorliegenden kumulativen Dissertation zeigen die unterschiedlichen Stufen von einfacher Ortserkennung über den Aufbau einer Raumrepräsentation bis hin zu Verwendung solcher Repräsentationen aus dem Langzeitgedächtnis. Dabei wurden sowohl bestehende Konzepte der Raumkognition diskutiert und ergänzt, als auch weitere Grundlagen für die Entwicklung theoretischer Modelle und künstlicher Systeme geschaffen.Finding one's way in the environment is a core cognitive function in animal kingdom. The underlying navigational abilities are the basis of the present work that explores recognition abilities and cognitive representations of place knowledge. Single places can be recognised already with a basic sensor system and low processing capacity as shown in a computer simulation of navigational abilities of desert ants. Basic visual features of the animal's environment (i.e. the skyline) are sufficient for distinction and recognition of places. In a behavioural study with humans could not only the acquisition of place knowledge be observed but as well the integration of places into route and survey representations. Results show that participants built up route knowledge or survey knowledge depending on wether they use local or global structures of the environment for wayfinding. Different mental representations of spatial knowledge are linked to behavioural patterns of different complexity and the interaction of working and long-term memory. On basis of these interactions an overall framework of spatial cognition is provided with respect to navigational abilities, ecological requirements and neuronal mechanisms Further, place knowledge recalled from existing long-term representations exhibit a viewdependent egocentric characteristic. The preferred perspective depends not only on the structure of the recalled place but also on the current task and situational state. The presented projects of this dissertation show an increasing complexity beginning with simple place recognition and acquisition of spatial knowledge up to recall of spatial long-term memory. Existing concepts of spatial cognition are discussed and extended as well as novel design concepts for the development of theoretical models and artificial systems are presented