Rethinking Variation in Social Cognition: Gaze Following Across Individuals, Ages, and Communities

Social cognition enables children to navigate the social world and engage meaningfully with others. As they develop, children become increasingly skilled at predicting and interpreting others’ mental states – such as beliefs, desires, and intentions – and at understanding different perspectives. The bedrock of many social-cognitive abilities is gaze following: Identifying another’s visual focus of attention is valuable for extracting information from the environment and determining the internal states of other agents. The emergence of gaze following has been thoroughly studied on a group level in children from the Global North. Yet we know little about individual-level and cross-cultural variation. This is problematic because many developmental theories emphasize the role of social interaction in the development of social cognition – and the frequency and characteristics of social interactions vary substantially across individuals and cultures. This dissertation aims to highlight the prevalence and importance of variation in social cognition based on the example of gaze following. In four studies, we have designed a new gaze following task and applied it to capture individual- and community-level variation in this core social-cognitive ability. Study I focused on the development and psychometric assessment of a new task, the TANGO (Task for Assessing iNdividual Differences in Gaze understanding-Open). An animated interactive picture book asked participants to locate a balloon with the help of an agent’s gaze cue. A spatial layout allowed for a discrete and continuous measure of participants’ imprecision in locating the gaze of the agent. We implemented a new interactive web application that works across devices and enables supervised and unsupervised in-person and remote testing. We found substantial individual differences in a child (N = 387 from Leipzig, Germany) and an adult (N = 236, international remote) sample. Good psychometric properties, in the form of high internal consistency and test-retest reliability, indicated highly systematic variation. Relationships with family-level variables and children’s language abilities underline the validity of the task. Together, the results show how the TANGO is a reliable and valid tool to assess individual differences in gaze following. Study II applied the TANGO to answer three research questions focusing on individual differences in gaze following. First, we aimed to assess how gaze following develops across the lifespan. For this, we examined imprecision in gaze following in children, teenagers, and adults (N = 478 3- to 19-year-olds from Leipzig, Germany, and N = 240 20- to 80-year-old international, remotely tested adults). During preschool years, children became increasingly precise in gaze following and reached adult-like performance at around ten years of age. Young adults reached the highest precision levels, which slightly declined toward old age. Across all age groups, participants showed individual differences. Second, we were interested in how people cognitively process gaze cues and how different imprecision levels in gaze following could be explained. With the help of a computational cognitive model, we conceptualized individual differences in gaze following on a process level (N = 60 3- to 5-year-olds and N = 50 adults). Participants were modeled to observe the agent’s pupil location within the eye and estimate the resulting pupil angles and gaze vectors. This inferential estimation process was assumed to be noisy. Individual differences and the development of gaze following were described as varying levels in the precision to estimate pupil angles. A model comparison with two alternative models and a signature pattern in the data yielded strong evidence for the proposed gaze model. Third, we intended to study how other (social-) cognitive abilities relate to gaze following. We experimentally tested the model’s assumption describing gaze following as a form of social vector estimation (N = 102 4- to 5-year-olds). Individuals’ gaze-following abilities correlated with their precision in non-social vector estimation and visual perspective-taking. Other Theory of Mind tasks did not correlate. These findings suggest that gaze following relies on attention to social as well as spatial components. Study III aimed at examining the universality and variability of gaze following and to broaden our perspective beyond samples coming from the Global North. We presented the largest cross-cultural study on children’s gaze following abilities to date (N = 1377): We studied 2.5- to 11-year-olds from 17 different urban/rural communities in Argentina, China, the Republic of the Congo, Germany, India, Mexico, Namibia, Nigeria, New Zealand, Sambia, Türkiye, the UK, Uganda, and the USA. Across communities, we found similar substantial developmental gains: With increasing age, children became more precise in locating the gaze focus of another agent. Absolute differences in imprecision levels could be partially explained by children’s familiarity with the data collection device (tablet/touchscreen). In all communities, we found the same signature pattern in the data, and comparisons to alternative models provided strong evidence for the previously proposed gaze model. Despite existing individual- and community-level variation in observable behavior, this speaks for a universal mechanism in how children follow gaze. Study IV described the design process of the TANGO-CC, the cross-cultural gaze following task used in Study III. We provided an open-source website and tutorial for researchers to adapt the TANGO-CC to their needs (e.g., selecting language and stimuli). Most importantly, we further aimed to assess how the psychometric properties of the TANGO(-CC) generalize across diverse communities. While we previously established the task’s validity and reliability in one community from the Global North (Leipzig, Germany; Study 1), we re-analyzed the cross-cultural data set of Study III. We found individual differences across communities and within-community variation outweighed between-community variation. Split-half reliability estimates for each community were satisfactory. These findings indicated the TANGO-CC’s suitability for cross-cultural research. Taken together, this dissertation takes an innovative, extensive, multifaceted perspective on gaze following and the cognitive processes behind it. It highlights how combining individual differences, cross-cultural research, and formal modeling will enable us to explore the development and structure of our core social-cognitive processes in greater detail. By openly providing all materials and data, we aim to foster further research in this direction and encourage the scientific community to rethink variation in social cognition.

Soziale Kognition ermöglicht es Kindern, sich in der sozialen Welt zurechtzufinden und angemessen mit anderen zu interagieren. Im Laufe ihrer Entwicklung werden Kinder immer geschickter darin, die mentalen Zustände anderer - wie Überzeugungen, Wünsche und Absichten - vorherzusagen, zu interpretieren und unterschiedliche Perspektiven zu verstehen. Die Grundlage vieler sozial-kognitiver Fähigkeiten ist die Blickverfolgung: Den visuellen Aufmerksamkeitsfokus eines Gegenübers zu identifizieren ist wegweisend, um Informationen aus der Umwelt und über die mentalen Zustände anderer zu gewinnen. Die Blickverfolgung ist auf Gruppenebene bei Kindern aus dem Globalen Norden gründlich untersucht. Jedoch wissen wir nur wenig über individuelle und kulturübergreifende Unterschiede. Dies ist problematisch, da viele Entwicklungstheorien die Rolle der sozialen Interaktion bei der Entwicklung sozialer Kognition betonen und die Häufigkeit und Merkmale sozialer Interaktionen zwischen Individuen und Kulturen erheblich variieren. Diese Dissertation soll die Bedeutsamkeit von Variation in der sozialen Kognition am Beispiel der Blickverfolgung aufzeigen. In vier Studien haben wir eine neue Aufgabe zur Blickverfolgung entwickelt und angewandt, um Variation in dieser zentralen sozial-kognitiven Fähigkeit auf individueller und Gemeinschaftsebene zu erfassen. Studie I befasste sich mit der Entwicklung und psychometrischen Überprüfung der neuen Aufgabe, dem TANGO (Task for Assessing iNdividual Differences in Gaze understanding-Open). Ein animiertes interaktives Bilderbuch forderte die Teilnehmenden auf, einen Luftballon zu finden, in dem sie der Blickrichtung eines Anderen folgten. Durch ein räumliches Layout konnten wir die Ungenauigkeit von Teilnehmenden in der Blickverfolgung diskret und kontinuierlich messen. Dafür haben wir eine neue interaktive Web-Anwendung implementiert, die geräteübergreifend funktioniert und Datenerhebungen beaufsichtigt vor Ort und unbeaufsichtigt unterwegs ermöglicht. Wir fanden erhebliche individuelle Unterschiede in einer Kinder- (N = 387 aus Leipzig, Deutschland) und einer Erwachsenenstichprobe (N = 236 international verteilt). Die psychometrischen Eigenschaften, basierend auf interner Konsistenz und Test-Retest-Reliabilität, wiesen auf sehr systematische Variation hin. Zusammenhänge mit Variablen auf familiärer Ebene und sprachlichen Fähigkeiten unterstreichen die Validität der Aufgabe. Insgesamt ist der TANGO ein zuverlässiges und valides Instrument, um individuelle Unterschiede in der Blickverfolgung zu erfassen. In Studie II haben wir den TANGO auf drei Forschungsfragen angewandt, die sich auf individuelle Unterschiede in der Blickverfolgung konzentrieren. Erstens wollten wir herausfinden, wie sich die Blickverfolgung über die Lebensspanne entwickelt. Zu diesem Zweck untersuchten wir die Ungenauigkeit der Blickverfolgung bei Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen (N = 478 3- bis 19-jährige Kinder aus Leipzig, Deutschland, und N = 240 20- bis 80-jährige internationale Erwachsene). Im Laufe des Vorschulalters wurden Kinder zunehmend präziser, den Blickrichtungen anderer zu folgen. Junge Erwachsene erreichten die höchste Genauigkeit, die mit zunehmendem Alter leicht abnahmen. Über alle Altersgruppen hinweg zeigten die Teilnehmenden individuelle Unterschiede. Zweitens interessierten wir uns dafür, wie Menschen Blickhinweise kognitiv verarbeiten und wie unterschiedliche Ungenauigkeiten bei der Blickverfolgung erklärt werden können. Mit Hilfe eines kognitiven Computermodells konzeptualisierten wir individuelle Unterschiede bei der Blickverfolgung auf Prozessebene (N = 60 3- bis 5-Jährige und N = 50 Erwachsene). Das Modell nimmt an, dass die Teilnehmenden die Position der Pupille im Auge des Gegenübers beobachten und die daraus resultierenden Pupillenwinkel und Blickvektoren schätzen. Dieser inferentielle Schätzprozess kann fehlerhaft sein. Individuelle Unterschiede und die Altersentwicklung in der Blickverfolgung wurden modelliert durch unterschiedlich genaue Schätzungen der Pupillenwinkel. Durch einen Modellvergleich mit zwei alternativen Modellen und einem Signaturmuster in den Daten konnte das vorgeschlagene Blickmodell klar bestätigt werden. Drittens wollten wir untersuchen, wie andere (sozial-) kognitive Fähigkeiten mit der Blickverfolgung zusammenhängen. Wir testeten experimentell die Modellannahme, die Blickverfolgung als eine Form der sozialen Vektorschätzung beschreibt (N = 102 4- bis 5-Jährige). Die Genauigkeit in der Blickverfolgung korrelierte mit einer nicht-sozialen Vektorschätzaufgabe und der visuellen Perspektivübernahme. Andere Theory-of-Mind-Aufgaben korrelierten nicht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Blickverfolgung von der Aufmerksamkeit auf soziale und räumliche Aspekte abhängt. Studie III zielte darauf ab, die Universalität und Variabilität der Blickverfolgung zu untersuchen und unsere Perspektive über Stichproben des Globalen Nordens hinaus zu erweitern. Diese Studie stellt die bisher größte kulturübergreifende Studie über Blickverfolgung von Kindern dar (N = 1377): Wir untersuchten 2,5- bis 11-Jährige aus 17 verschiedenen städtischen und ländlichen Gemeinschaften in Argentinien, China, der Republik Kongo, Deutschland, Indien, Mexiko, Namibia, Nigeria, Neuseeland, Sambia, der Türkei, Großbritannien, Uganda und den USA. In allen Gemeinschaften fanden wir ähnliche Entwicklungsabläufe: Mit zunehmendem Alter wurden die Kinder präziser darin, den Aufmerksamkeitsfokus eines Gegenübers zu bestimmen. Die absoluten Unterschiede in der Ungenauigkeit konnten teilweise durch die Vertrautheit der Kinder mit dem Endgerät (Tablet/Touchscreen) erklärt werden. In allen Gemeinschaften fanden wir das gleiche charakteristische Muster in den Daten, und Vergleiche mit alternativen Modellen lieferten starke Evidenz für das zuvor vorgeschlagene kognitive Modell. Trotz vorhandener individueller und gemeinschaftlicher Verhaltensunterschiede spricht dies für einen universellen Prozess, wie Kinder der Blickrichtung anderer folgen. Studie IV beschreibt den Entwicklungsprozess des TANGO-CC – der kulturübergreifenden Blickverfolgungsaufgabe, die wir in Studie III verwendet haben. Wir präsentieren eine Open-Source-Web-Anwendung und ein Tutorial für Forschende, damit diese den TANGO-CC an ihre Bedürfnisse anpassen können (z.B. durch die Wahl der Sprache und der Stimuli). Das wichtigste Ziel unserer Studie war es, die psychometrischen Eigenschaften des TANGO(-CC) in verschiedenen Gemeinschaften zu untersuchen. Während wir die Validität und Reliabilität der Aufgabe bereits in einer Gemeinschaft des globalen Nordens (Leipzig, Deutschland; Studie 1) nachgewiesen hatten, analysierten wir die kulturübergreifenden Daten der Studie III daraufhin erneut. Wir fanden heraus, dass es in allen Gemeinschaften individuelle Unterschiede gab und dass die Variation innerhalb der Gemeinschaften größer war als die Variation zwischen den Gemeinschaften. In allen Gemeinschaften fanden wir zufriedenstellende Werte in den Split-Half-Reliabilitätsschätzungen. Diese Ergebnisse zeigen, dass der TANGO-CC in der kulturübergreifenden Forschung angewendet werden kann. Zusammenfassend bietet diese Dissertation eine innovative und vielschichtige Perspektive auf die Entwicklung der Blickverfolgung und die dahinterstehenden kognitiven Prozesse. Sie hebt hervor, wie die Kombination aus einem Fokus auf individuelle Unterschiede, kulturübergreifende Forschung und formaler Modellierung es uns ermöglichen wird, die Entwicklung und Struktur unserer zentralen sozial-kognitiven Prozesse genauer zu untersuchen. Indem wir all unsere Materialien und Daten offen zur Verfügung stellen, wollen wir weitere Forschung in dieser Richtung fördern und die wissenschaftliche Gemeinschaft dazu ermutigen, Variation in sozialer Kognition neu zu überdenken.