The Architecture of Metacognition: Insights into its Structural Organization and Neurobiological Substrates

Abstract

Metacognition, the capacity to monitor one’s own mental states and processes, is integral to successful human behavior. However, key questions regarding the architecture of metacognition remain hitherto unresolved. For example, it is unclear whether the accuracy of metacognitive evaluations converges on a single, unitary resource across various tasks or whether there are separable metacognitive subsystems for different demands. This also poses a challenge to the investigation of the neurobiological processes underlying metacognitive operations, as insights into the structure of metacognition in one functional domain are thus not readily applicable to other domains. Furthermore, only little is known about how metacognition is underpinned at the level of neurotransmitter systems.<br /> The research reported in this dissertation aimed to yield insights towards resolving these questions by investigating the architecture of metacognition in three original studies. Specifically, a large-scale behavioral study was conducted to analyze the pattern of individual differences in metacognitive ability across experimental domains and methodological approaches, in which several aspects were taken into account that are considered to be critical to the investigation of this research question. It was found that a combination of domain-general (unity) and domain-specific (diversity) components most adequately describes the structure of metacognition. Moreover, two separate functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies are described which examined the effects of a specific pharmacological challenge on the integrity of metacognitive processes in two different domains, episodic memory and visual perception: The <em>N</em>-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist ketamine represents a promising candidate for pharmacological modulations of metacognition, as previous studies obtained indications of ketamine-induced alterations in related functions. Convergent evidence of both studies indicates an involvement of the glutamatergic neurotransmitter system in metacognition, as the precision of meta-level evaluations was found to be attenuated during acute ketamine administration, which may partially be compensated by re-representations of maintained object-level information. Overall, the studies presented in this dissertation provide novel contributions to the scientific understanding of the architecture of metacognition.

<strong>Die Architektur der Metakognition: Einblicke in ihre strukturelle Organisation und neurobiologischen Substrate</strong> <br /> Metakognition, die Fähigkeit zur Überwachung eigener mentaler Zustände und Prozesse, stellt eine wesentliche Voraussetzung für erfolgreiches menschliches Verhalten dar. Zentrale Fragen hinsichtlich der Architektur der Metakognition sind jedoch bisher ungeklärt. So ist beispielsweise offen, ob die Genauigkeit metakognitiver Bewertungen über verschiedene Aufgaben hinweg auf einer einzigen, gemeinsamen Grundlage basiert oder ob es möglich ist, trennbare metakognitive Subsysteme für unterschiedliche Anforderungen zu identifizieren. Dies stellt auch eine Herausforderung für die Untersuchung der neurobiologischen Prozesse dar, die metakognitiven Vorgängen zugrunde liegen, da Einblicke in die Struktur der Metakognition in einer funktionellen Domäne somit nicht ohne Weiteres auf andere Domänen übertragbar sind. Ferner ist nur wenig über die Grundlagen der Metakognition auf Ebene der Neurotransmitter-Systeme bekannt. <br /> Die in dieser Dissertation beschriebenen Forschungsstudien hatten zum Ziel, Erkenntnisse zur Beantwortung dieser Fragen hervorzubringen, indem die Architektur der Metakognition in drei Originalarbeiten untersucht wurde. Zum einen wurde eine umfassende Verhaltensstudie zur Analyse des Musters individueller Unterschiede in der metakognitiven Fähigkeit über experimentelle Domänen und methodische Zugänge hinweg durchgeführt, in der mehrere Aspekte Berücksichtigung fanden, die als besonders wichtig für die Untersuchung dieser Forschungsfrage gelten. Es zeigte sich, dass die Struktur der Metakognition am angemessensten durch eine Kombination aus domänenübergreifenden (Einheit) und domänenspezifischen (Vielfalt) Komponenten repräsentiert wird. Darüber hinaus werden zwei separate Studien unter Verwendung von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) beschrieben, in denen die Auswirkungen einer spezifischen pharmakologischen Intervention auf die Integrität metakognitiver Prozesse in zwei verschiedenen Domänen, dem episodischen Gedächtnis und der visuellen Wahrnehmung, untersucht wurden: Für pharmakologische Modulationen der Metakognition gilt der <em>N</em>-methyl-D-Aspartat (NMDA)-Glutamat-Rezeptor-Antagonist Ketamin als vielversprechend, u.a. da frühere Studien Hinweise auf Ketamin-induzierte Veränderungen bei verwandten Funktionen erbrachten. Die übereinstimmenden Ergebnisse beider Studien legen eine Beteiligung des glutamatergen Neurotransmittersystems an der Metakognition nahe, da ermittelt wurde, dass die Genauigkeit von Metaebenen-Bewertungen während akuter Ketamin-Verabreichung eingeschränkt war, was jedoch möglicherweise durch die Re-Repräsentation von aufrechterhaltener Objektebenen-Information anteilig kompensiert werden kann. Insgesamt leisten die in dieser Dissertation beschriebenen Studien neue Beiträge zum wissenschaftlichen Verständnis der Architektur der Metakognition.