Design and evaluation of a representative, sensorimotor test to assess complex anticipation and decision-making behavior in sports

Abstract

Across high-performance sports, athletic attributes such as the physical, physiological, or anthropometrical ones are found to be performance-discriminating and -determining factors in sports. However, the determination of an expert athlete should consider a multidimensional view on an athlete’s performance capabilities, taking perceptual-cognitive skills into account, also being essential for high-level performances. Still, there is an ongoing debate in science of how to set up performance environments best that combines perceptual-cognitive and motor skills of athletes to ultimately identify expertise in sports. The purpose of this thesis was to create and evaluate a multidimensional diagnostic tool that is able to capture perceptualcognitive behavior and expertise with a representative task design and the involvement of complex, sport-specific motor responses. A domain-specific performer environment was created, with an ecological dynamics and cognitive approach, and the expert performance approach (Ericsson & Smith, 1991) as guiding frameworks from the literature. The designed representative, sensorimotor test consisted of varying attack actions presented on a life-size projection screen, and multiple, pre-specified defensive actions on a pressure contact plate system. First, the test was checked for reproducibility in test retest sessions, by analyzing the agreement of the given motor defense responses of team-handball players within a temporalocclusion test paradigm. Results indicated reliable test metrics, as moderate agreement of the motor responses with the majority of the attack situations were revealed. Furthermore, players also gave faster responses with more visual information in the attack sequences, giving support for the practicability of the complex temporal-occlusion paradigm. Second, comparisons of response frequencies between elite and amateur team-handball players should reveal differences in complex decision-making behavior. Contrasting the performances of both groups, elite players demonstrated significantly more often a rather offensive-orientated response behavior, whereas amateurs showed significant preferences for rather defensiveorientated response behavior. The absence of decision time differences suggests that decision quality might be of stronger relevance than presumed in heuristic decision-making processes. Third, with regard to embodied choices (Lepora & Pezzulo, 2015), further between-group comparisons were drawn with an in situ paradigm in a simple heuristic (Raab, 2012) context. Elite players were found to invest additional time for achieving higher accuracies in decisions significantly, pointing to speed-accuracy trade-offs in expert heuristic decision making. The findings in this thesis demonstrated the methodological complexity of analyzing perceptualcognitive performances with respect to current scientific theories and models, when assessing expert anticipation and decision making. The overall results contribute to recent developments in psychology and cognition science in sports, while having several implications for theory and practice.

Im Hochleistungs- und Spitzensport-Bereich sind die individuellen Eigenschaften eines Athleten, wie zum Beispiel physische, physiologische oder anthropometrische Attribute, als leistungs-diskriminierende Faktoren für den Erfolg im Sport determiniert worden. Für die Identifikation von sportlicher Überlegenheit sollte jedoch ein multidimensionaler Blick auf die Leistungsfähigkeit von Athleten geworfen werden, welcher ebenfalls die für den sportlichen Erfolg notwendigen perzeptuell-kognitiven Fähigkeiten mit berücksichtigt. In der Wissenschaft gibt es daher aktuelle Debatten über methodologische Strategien, wie bestmöglich Leistungsumgebungen geschaffen werden sollten, die in kombinierender Art und Weise perzeptuell-kognitive und motorische Fähigkeiten abbilden und schlussendlich sportspezifisches Verhalten und einhergehender Expertise identifizieren können. Zielstellung der vorliegenden Arbeit war es, ein multidimensionales Diagnoseinstrument zu entwickeln und zu evaluieren, welches perzeptuell-kognitive Expertise mithilfe von repräsentativen Aufgabenstellungen und komplexen, sport-spezifischen Bewegungsantworten messbar machen kann. Dazu wurde eine handball-spezifische Leistungsumgebung geschaffen, die in ihrer Konzeption auf ecological dynamics- und kognitive Ansätze, sowie den expert performance approach (Ericsson & Smith, 1991) zurückgriff. Der entwickelte repräsentative, sensomotorische Leistungstest beinhaltete Leinwand-basierte, handball-spezifsche Angriffssequenzen, sowie multiple Abwehrantworten auf einem mit Kontaktsensoren verbundenen Sportboden. Anfangs wurde der Leistungstest auf Reproduzierbarkeit überprüft. Dazu wurde in einer Test-Retest-Studie die Übereinstimmung aller gegebenen Abwehrantworten von Handballspielern innerhalb eines zeitlichen Okklusions-Paradigma analysiert. Moderate Übereinstimmungsmaße für die Mehrheit der Abwehrantworten induzierte reliable Testmetriken, die Spieler erzielten dabei ebenfalls schnellere Antwortzeiten mit steigender visueller Information, untermauernd für Anwendbarkeit des komplexen Okklusions-Paradigmas. Weiterhin sollten durch Vergeiche der Antworthäufigkeiten von Leistungs- und Amateur-Handballspielern Unterschiede in komplexem Entscheidungsverhalten zu Tage gebracht werden. Spitzen-Handballer zeigten dabei signifikant häufigeres offensiv-orientiertes Entscheidungsverhalten, wohingegen Amateur- Handballer signifikant häufiger defensiv-orientiertes Entscheidungsverhalten tendierten. Absente Gruppen-Unterschiede in Entscheidungszeit suggerieren eine stärkere Bedeutung der Entscheidungsqualität in heuristischem Entscheidungsverhalten. Abschließend wurden Gruppen-Vergleiche mit einem in situ-Paradigma in einem embodied choice- (Lepora & Pezzulo, 2015) und simple Heuristiken-Kontext (Raab, 2012) gezogen. Sigifikante speedaccurracy trade-offs im Entscheidungsverhalten wurden dabei offengelegt, in denen Spitzen- Handballer scheinbar zusätzliche Zeit zugunsten von höherer Entscheidungsgenauigkeit investieren. Die vorgelegte Arbeit verdeutlicht aktuelle, methodologische Anknüpfungspunkte zur Messbarmachung von Antizipations- und Entscheidungsfindungs-Expertise.