German Title: Messung der kognitiven Kontrolle durch neurokognitive Prozessparameter zum Verständnis individueller Unterschiede der Intelligenz

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Abstract

Previous research has shown that both individual differences in working memory capacity (WMC) and differences in information processing speed can each explain more than 50% of the variance in intelligence. Accordingly, there has to be at least one shared process underlying these two predictors of intelligence that contributes to explaining interindividual differences in higher-order cognitive processes. In the present dissertation, cognitive control processes are examined in detail to investigate whether they can bridge the gap between WMC, information processing speed, and intelligence. Various theories of working memory conceptualize cognitive control processes as underlying mechanisms that determine differences in WMC and consider them strong predictors of intelligence. In recent years, current research has also increasingly discussed the contribution of cognitive control processes to explaining individual differences in information processing speed. Conducting three studies and employing various neurocognitive process parameters derived from behavioral and psychophysiological data from the EEG, we investigated the role of cognitive control processes in order to better understand the relationships between WMC, information processing speed, and intelligence. In this context, we examined whether cognitive control processes can account for the correlational pattern of the Worst Performance Rule (WPR; Manuscript 1). The WPR is a phenomenon showing that slower intraindividual reaction times in a task are more predictive of intelligence than medium or fast responses. Furthermore, we examined the factor structure of several cognitive control abilities (executive functions) and their specific contributions to explaining differences in WMC, information processing speed, and intelligence, as well as their interrelations. We conducted this examination at the behavioral level using the drift parameter from the drift-diffusion model (Manuscript 2) and at the psychophysiological level using event-related potentials from the EEG (Manuscript 3). Our results indicated that interindividual differences in cognitive control processes partially accounted for the WPR. However, the effects were very small, and the data still exhibited a significant WPR pattern after controlling for cognitive control. Moreover, it became evident that valid measurement of cognitive control processes is challenging. We found that classical cognitive control tasks commonly used in research primarily capture task-general processes in a hierarchical factor, which generally represented information processing. The findings of this dissertation shed critical light on previous cognitive control research and indicate that future research should focus on more precise definitions, the development of specific mathematical models for more accurate measurement, and the development of suitable tasks to validly capture cognitive control processes.

Translation of abstract (German)

Bisherige Forschung konnte zeigen, dass sowohl interindividuelle Unterschiede in der Arbeitsgedächtniskapazität (WMC) als auch Unterschiede in der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit jeweils mehr als 50 % der Varianz in Intelligenz erklären konnten. Somit muss diesen beiden Prädiktoren von Intelligenz mindestens ein gemeinsamer Prozess zugrunde liegen, der zur Erklärung interindividueller Unterschiede höherer kognitiver Prozesse beiträgt. In der vorliegenden Dissertation werden kognitive Kontrollprozesse genauer betrachtet, um zu prüfen, ob diese die Lücke zwischen WMC, Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und Intelligenz überbrücken können. Verschiedene Theorien des Arbeitsgedächtnisses sehen kognitive Kontrolle als zugrunde liegende Prozesse, die sowohl Unterschiede in der WMC determinieren als auch ein starker Prädiktor für Intelligenz darstellen. Ebenso wurde in den letzten Jahren in der aktuellen Forschung vermehrt der Beitrag kognitiver Kontrollprozesse zur Erklärung individueller Unterschiede in der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit diskutiert. Mithilfe von drei Studien und unter Verwendung verschiedener neurokognitiver Prozessparameter, generiert aus Verhaltens- und psychophysiologischen Daten aus dem EEG, untersuchten wir genauer die Rolle der kognitiven Kontrollprozesse, um die Zusammenhänge zwischen WMC, Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und Intelligenz besser zu verstehen. Dabei prüften wir, ob kognitive Kontrollprozesse das Korrelationsmuster der Worst Performance Rule (WPR) erklären können (Manuskript 1). Die WPR ist ein Phänomen, das zeigt, dass langsamere intraindividuelle Reaktionszeiten in einer Aufgabe prädiktiver für Intelligenz sind als mittlere oder schnelle Reaktionen. Des Weiteren untersuchten wir die Faktorstruktur verschiedener Fähigkeiten kognitiver Kontrollprozesse (exekutiver Funktionen) und welchen spezifischen Beitrag diese zur Erklärung von WMC, Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und Intelligenz sowie deren Zusammenhängen liefern. Dies betrachteten wir genauer auf der Ebene von Verhaltensdaten unter Verwendung des Drift-Parameters aus dem Drift-Diffusionsmodell (Manuskript 2) und auf der Ebene psychophysiologischer Daten unter Verwendung von ereigniskorrelierten Potentialen aus dem EEG (Manuskript 3). Unsere Ergebnisse zeigten, dass interindividuelle Unterschiede in kognitiven Kontrollprozessen zwar die WPR erklären konnten, jedoch waren die Effekte sehr klein, und die Daten zeigten auch nach Kontrolle kognitiver Kontrollprozesse weiterhin ein signifikantes Muster der WPR. Des Weiteren zeigte sich, dass eine valide Messung kognitiver Kontrollprozesse schwierig ist. Wir fanden heraus, dass die bisher in der Forschung verwendeten klassischen Aufgaben zur Messung kognitiver Kontrollprozesse als gemeinsame Varianz vor allem aufgabenallgemeine Prozesse erfassen, die im Allgemeinen als Informationsverarbeitungsprozesse bezeichnet werden können. Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation werfen ein kritisches Licht auf die bisherige Forschung kognitiver Kontrollprozesse und zeigen, dass sich zukünftige Forschung auf genauere Definitionen, die Entwicklung spezifischer mathematischer Modelle zur präziseren Messung und die Entwicklung geeigneter Aufgaben zur validen Erfassung solcher kognitiven Kontrollprozesse konzentrieren sollte.