The influence of eye movements on sequence learning

Abstract

The aim of the dissertation is the systematic investigation of the role of eye movements in motor sequence learning. The literature offers contradictory findings on the question of whether eye movements are necessary for learning a motor sequence. For a closer look, three experiments were performed using two different movement sequences: a 16-element movement sequence, one-dimensionally presented on a horizontal plane (Experiment 1) and a simple motor sequence task, presented in two dimensions on a horizontal and vertical plane (Experiment 2 & 3). All sequences were performed via an extension and flexion motion in the elbow joint of the arm. Experiment 1 explored the role eye movements play in sequence learning and whether free eye movements improve sequence learning. The aim of Experiment 2 was to determine the role eye movements in movement sequence learning when the visual angle of the target information is systematically varied and eye movements are minimized by the instruction to fixate. Experiment 3 utilized both a physical practice group as well as a group acquired by observational learning. The purpose was to investigate the role of eye movements in observational learning in comparison to physical learning as well as the influence of eye movements on the development of a movement sequence representation following physical or observational practice. In all three experiments, an eye-tracking system was used to record and analyze eye movements. The dissertation provides five main results. First, movement sequences can be learned without eye movements; however, permitting the use of eye movements supports sequence learning. Second, eye movements facilitate sequence learning, especially when they are used in an early stage of learning, and third, eye movements facilitate sequence learning when the visual information is increased. Fourth, the results from physical practice can be extended to observational practice. Fifth, eye movements play an important role in developing a visual-spatial and motor representation.

Das Ziel der Dissertation ist die systematische Untersuchung der Rolle von Augenbewegungen beim motorischen Sequenzlernen. Die Literatur liefert kontroverse Befunde zu der Frage, ob Augenbewegungen zum Erlernen einer motorischen Sequenz notwendig sind. Zur näheren Betrachtung wurden drei Experimente mit zwei verschiedene Bewegungssequenzen durchgeführt: eine 16-elementige Bewegungssequenz, eindimensional auf einer horizontalen Ebene präsentiert (Experiment 1) und eine einfache motorische Sequenzaufgabe, zweidimensional, präsentiert auf einer horizontalen und vertikalen Ebene (Experimente 2 & 3). Alle Sequenzen wurden mittels einer Extensions- und Flexionsbewegung im Ellenbogengelenk des Armes ausgeführt. In Experiment 1 wurde untersucht, welche Rolle Augenbewegungen beim Sequenzlernen spielen und ob freie Augenbewegungen das Sequenzlernen verbessern. Ziel von Experiment 2 war herauszufinden, welche Rolle Augenbewegungen beim Sequenzlernen spielen, wenn der visuelle Winkel der Zielinformation systematisch variiert wird und die Augenbewegungen durch die Anweisung zum Fixieren minimiert werden. In Experiment 3 wurde sowohl eine physische Übungsgruppe also auch eine Gruppe, die durch Beobachtung aneignete, genutzt. Die Intension war zu untersuchen, welche Rolle Augenbewegungen beim Beobachtungslernen im Vergleich zu physischem Lernen spielen. Des Weiteren wurde der Frage nachgegangen, welchen Einfluss Augenbewegungen nach den jeweiligen Übungsformen (physisch/beobachten) auf die Entwicklung einer Bewegungsrepräsentation haben. In allen Experimenten wurde ein Eye-Tracking System verwendet, um Augenbewegungen aufzuzeichnen und zu analysieren. Die Dissertation liefert fünf Hauptergebnisse. Erstens, Bewegungssequenzen können ohne Augenbewegungen gelernt werden, jedoch unterstützen freie Augenbewegungen das Sequenzlernen. Zweitens, Augenbewegungen unterstützen Sequenzlernen vor allem dann, wenn sie im frühen Lernverlauf genutzt werden. Drittens, Augenbewegungen unterstützen Sequenzlernen, wenn die visuelle Information vergrößert wird. Viertens, die Ergebnisse können von physischem Üben auf Üben durch Beobachtung erweitert werden. Fünftens, Augenbewegungen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer visuell-räumlichen und motorischen Repräsentation.