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Über den Tellerrand geschaut

René Liesefeld

Die Zahl Sieben ist nicht magisch, aber kognitive Kapazitätsgrenzen sind echt und relevant (Teil 1)

31. Januar 2012 von René Liesefeld

Es gibt eine Reihe scheinbar unumstößlicher Design-Prinzipien, die den Anspruch erheben, perfekt auf das menschliche kognitive System ausgerichtet zu sein. Die hervorstechendsten Eigenschaften dieser Prinzipien sind, dass sie vielseitig anwendbar und für den psychologischen Laien einfach zu fassen sind. Andererseits sind sie unglücklicherweise meistens falsch. Eines dieser Prinzipien ist die „magische Zahl Sieben“ (im Deutschen auch bekannt als Millersche Zahl). Sehr frei nach einem einflussreichen Artikel von Miller (1956) wird diese „magische“ Zahl von Designern als eine Richtlinie missbraucht, um zu bestimmen, wie viele Elemente ihre Produkte enthalten können, ohne die kognitiven Fähigkeiten ihrer Nutzer zu übersteigen. Generationen an Designern wurden gezwungen zum Beispiel Schritte in Workflows, Registerkarten, Einträge in Drop-down Listen, Verknüpfungen, Auswahlmöglichkeiten, Aufzählungspunkte, Radiobuttons und Checkboxen auf diese scheinbar magische Zahl zu begrenzen (vgl. z.B. Eisenberg, 2004). Wie jeder Mythos enthält auch die „magische Zahl Sieben“ einen Funken Wahrheit. Dieser Artikel gibt einen knappen Überblick über einige Aspekte der Forschung zu kognitiven Kapazitätsgrenzen aus einer grundlagenwissenschaftlichen experimentalpsychologischen Perspektive. Auch wenn die hier behandelten Erkenntnisse sicher nicht so magisch anwendbar sind, wie einige sie gerne hätten, könnte der interessierte UI Designer doch möglicherweise Nutzen aus diesem Überblick ziehen.

Was Miller eigentlich gemeint hat

Diejenigen, die Millers (1956) Artikel tatsächlich gelesen haben, wissen, dass er sicherlich nicht für irgendeine magische Zahl geworben hat (sondern für die Idee der Rekodierung zum Zweck des Chunkings von Informationen, die unten kurz eingeführt wird). Außerdem stellte Miller (1989) später explizit klar, dass er die Sieben nur als ein rhetorisches Mittel eingeführt hatte, um zwei ansonsten unabhängige Stränge seiner Forschung für einen Vortrag zu verknüpfen (vgl. Cowan, 2001). Möglicherweise auch weil er eine Fehlinterpretation seiner „magischen“ Zahl vorhergesehen hatte, ermahnt Miller (1956) den Leser wiederholt, sein rhetorisches Mittel nicht für bare Münze zu nehmen. Entsprechend lautet der letzte Satz seines Artikels: „Perhaps there is something deep and profound behind all these sevens, but I suspect that it is only a pernicious, Pythagorean coincidence”, also auf Deutsch in etwa: “Vielleicht steckt etwas Tiefgründiges und Bedeutsames hinter all diesen Siebenen, aber ich vermute, dass es sich hier nur eine schädliche, Pythagoräische Zufallsbegebenheit handelt.“ Wie sich herausstellte waren Millers Bemühungen, eine Fehlinterpretation seines Artikels zu verhindern umsonst; es wäre interessant zu wissen, was passiert wäre, hätte er nicht die Anführungszeichen um „magisch“ weggelassen.

Chunking und die „magische“ Zahl 4±1

Menschen können nur eine sehr begrenzte Menge von Informationen aktiv im Arbeitsgedächtnis1 halten. Im Alltag verwendet man das Arbeitsgedächtnis zum Beispiel beim lautlosen Wiederholen einer Telefonnummer, um diese direkt ins Telefon einzutippen. Ein zentrales Thema in Millers (1956) Artikel ist, wie Leute es schaffen, viel mehr Information im Arbeitsgedächtnis zu halten als ihre begrenzte Kapazität eigentlich zulassen würde. Er nimmt an, dass kleinere Informationseinheiten in größeren und bedeutungshaltigeren Einheiten zusammengefasst werden. Dieser Prozess wurde unter der Bezeichnung Chunking bekannt. Zum Beispiel kostet das Behalten von Frankreich als ein Chunk für die Farbreihe blau, weiß, rot viel weniger Speicherkapazität als wenn man versucht sich tatsächlich blau, weiß, rot zu merken. Diese Rekodierungs-Strategie funktioniert natürlich nur, wenn auch das entsprechende Wissen zur Verfügung steht. Anders ausgedrückt, wie effektiv Chunking ist hängt davon ab, was die Person an Wissen mitbringt. Diejenigen, die die Flagge von Frankreich nicht kennen, können von der beschriebenen Chunking-Strategie auch nicht profitieren. Bei genauem Hinsehen merkt man, dass man selbst ständig Informationen chunkt, zum Beispiel wenn man, anstatt jeden einzelnen Buchstaben zu lesen und zu erinnern, ganze Wörter oder noch größere Chunks auf einmal liest und behält. Wenn man dann aufgefordert wird, die einzelnen Wörter oder Buchstaben wiederzugeben, kann man mit Hilfe seines Wissens um die Schreibweise von Wörtern und um grammatikalische Strukturen diese Informationen relativ gut „entpacken“. Natürlich ist weder das ursprüngliche Chunking noch das spätere „Entpacken“ ein bewusster Prozess. Wie auch bei vielen anderen hoch trainierten Fertigkeiten2 erhöht die „Umgehung“ des Bewusstseins sehr stark die Effizienz des Chunkings. Chunking findet auch statt wenn ein gläubiger Katholik aufgefordert wird, einen Rosenkranz zu beten anstatt der genauen Anzahl an Ehre sei dem Vaters, Ave Marias und Vaterunsers (noch komplizierter würde es wenn der Pfarrer dem Gläubigen jedes Mal den genauen Wortlaut dieser Gebete nennen müsste), oder wenn ein UI Designer überlegt, Metro Style (der eine Reihe von Design Prinzipien spezifiziert) zu verwenden.
Offensichtlich sind Schule, Arbeit und das Leben im Allgemeinen zu einem großen Teil Trainingslager für das Chunking von Informationen, weil jedes neu erworbene Faktenwissen prinzipiell Chunking unterstützen kann. Da Menschen diese Fertigkeit so stark trainiert haben und sie meist unbewusst nutzen, wäre es überraschend, wenn sie sie nicht auch in kognitiven Experimenten (oder bei der Benutzung von UIs) anwenden würden. Daraus folgt, das Chunking ziemlich sicher auch in den Studien verwendet wurde, die Miller (1956) vor mehr als 55 Jahren aufgearbeitet hat. Daher hat Miller Kapazitätsgrenzen wohl deutlich überschätzt. Um validere Einschätzungen für Kapazitätsgrenzen zu erhalten, müssen Schritte unternommen werden, um sicherzustellen, dass kein Chunking stattfindet oder dass das Ausmaß an Chunking unter experimentelle Kontrolle gebracht wird. Diese weiterentwickelten Techniken haben zu aktuellen Schätzungen der „magischen“ Zahl auf in etwa 4±1 geführt (Cowan, 2001). An dieser Stelle sei direkt erwähnt, dass auch diese Zahl möglicherweise nicht der Weisheit letzter Schluss ist. Ziemlich wahrscheinlich haben auch diese weiterentwickelten Techniken zur Bestimmung von Kapazitätsgrenzen ihre Mängel. Hinweise für eine Kapazitätsgrenze in der Nähe von Vier häufen sich in letzter Zeit allerdings. Außerdem steht die Existenz von kognitiven Kapazitätsgrenzen (was auch immer ihre genauen Ausmaße und Gründe) zumindest in der experimentellen Psychologie außer Frage.
Die Quintessenz bisher ist, dass (a) die breite Anwendung der “magischen Zahl Sieben” auf einer Fehlinterpretation der Arbeit von Miller (1956) basiert, dass (b) Chunking eine allgegenwärtige Strategie für das Erinnern von Informationen ist und dass (c) kognitive Kapazitätsgrenzen eher in der Nähe von Vier liegen. Der zweite Teil dieses Artikels behandelt die Relevanz von kognitiven Kapazitätsgrenzen über das Arbeitsgedächtnis hinaus. Außerdem werden einige Implikationen von Kapazitätsgrenzen für das Design von UIs diskutiert.

1Arbeitsgedächtnis ist eine hypothetisches kognitives Konstrukt, dass die Funktion hat eine kleine Menge an Informationen aufrechtzuhalten und zu verarbeiten. Miller benutzt anstatt Arbeitsgedächtnis den Ausdruck immediate memory (in etwa „unmittelbares Gedächtnis“). Wie auch Kurzzeitgedächtnis, bezieht sich immediate memory, grob gefasst, auf die passive Speicherfunktion des Arbeitsgedächtnisses. Das Arbeitsgedächtnis ist allerdings das theoretisch besser ausgearbeitete und in der aktuellen wissenschaftlichen Diskussion häufiger verwendete Konstrukt.
2Im UI Design ist das Konzept des muscle memory relativ populär (s. z.B. Kiermasch, 2010).

Literatur

  • Cowan, N. (2001). The magical number 4 in short-term memory: A reconsideration of mental storage capacity. Behavioral and Brain Sciences, 24(1), 87-185. doi: 10.1017/S0140525X01003922
  • Eisenberg, B. (2004, October 29). Debunking Miller’s magic 7. Abgerufen von http://www.clickz.com/clickz/column/1694545/debunking-millers-magic
  • Kiermasch, J. (2010, June 16). Die Rückkehr des Pie Menüs. Abgerufen von http://www.centigrade.de/de/blog/article/die-rueckkehr-des-pie-menues/
  • Miller, G.A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63(2), 81-97. doi: 10.1037/h0043158
  • Miller, G.A. (1989). George A. Miller. In G. Lindzey (Hrsg.), A history of psychology in autobiography (Bd. VIII, S. 391-418). Stanford, CA: Stanford University Press.