4&5: Aufmerksamkeit

Informationsaufnahme im visuellen Feld (= visual sampling) ist mit parallelen und seriellen Prozessen verbunden

Herausfiltern wesentlicher Informationen

serielles Fokussieren verschiedener Areale oder Objekte im visuellen Feld

•  Supervisory Control (Überwachungsaufgaben)

• Noticing (Bemerken unerwarteter Ereignisse)

• Visual Search (zielgerichtete Suche)

• Falsche Filterung möglich

• Ablenkung stört Fokussierung

aufgrund der limitierten Ressourcen der visuellen Aufmerksamkeit können wir unsere Aufmerksamkeit nicht auf alle Reize in einem Display gleichzeitig richten

-> Selektion der vermeintlich wichtigsten Information notwendig

• Stimulusfaktoren

• Kognitive Faktoren

1. Informationsdichte

2. Diskriminierbarkeit

3. Aufgabenschwierigkeit

4. Training

5. Alter

• Supervisory Control: Zielgerichtete Überwachung dyna- mischer Variablen, die über Instrumente angezeigt werden und Eingreifen bei unerwünschten Veränderungen (z.B. Leitwarte)

• Noticing: Monitoren des visuellen Feldes und Entdecken unerwarteter Ereignisse sowie Reaktion darauf (z.B. Be-merken von Hindernissen beim Autofahren)

  
  

• Visuelle Suche nach spezifischen, meist vordefinierten

  Zielen (z.B. nach Flugschreiber an der Absturzstelle eines

Flugzeugs)

• Merkmal: Periodisches Sammeln von Informationen auf mehreren Kanälen (z. B. mehrere Instrumente), registrierbar über Blickbewegungen

• Kanäle: Anzeige normaler Werte, aber auch kritischer Ereignisse und Störungen

• Information sampling bei Supervisory Control wird von zwei Größen aus der Signalentdeckungstheorie beein- flusst:

• Häufigkeit einer Störung (Base rate des „Signals“)

• Kosten von Misses

• Simultane Überwachung mehrerer Kanäle

• Kritische Ereignisse (z. B. Zeiger außerhalb Normalbereich)

• Variation von Kosten / Häufigkeiten

• Verhaltens / Leistungsbewertung mittels SDT

• Ermittlung der Aufmerksamkeitsverteilung mit Eye Tracking

• Sekundäraufgaben möglich

• Area of Interest (AoI):

  
  

• Physikalischer Ort mit aufgabenspezifischer Informationen

  •  oI kann Informationen für mehrere Aufgaben enthalten (z. B. Wind- schutzscheibe zum Halten der Spur und zum Erkennen von Gefahr)

  • Umgekehrt benötigen manche Aufgaben mehrere AoIs (z. B. Spurwechsel: Blick in den Seitenspiegel, Schulterblick etc.)

    
    

• Maximale Scanningrate ist ca. 3 Fixationen (dwell) pro Sekunde (damit ist die durchschnittliche dwell time 1/3 Sekunde)

  -Y Dwell time länger bei umfangreichen Informationen bzw. schwer wahrnehmbaren / missverständlichen Informationen

  
  

• Blickverhalten kann mit Eyetracking erfasst werden, das zeigt welche AoI wann, wie lange und wie häufig bei der Bewältigung einer Aufgabe fixiert wird.

• Welche Faktoren bestimmen AoI Fixationen?

  -> SEEV Modell

1. Salienz

2. Aufwand

3. Erwartung

4. Wert

Wie deutlich hebt sich die AoI vom Hintergrund und / oder von anderen AoIs ab?

• Saliente Reize ziehen Aufmerksamkeit schnell an

• Umsetzung: Driver-Focus-Warnsystem (Continental, 2013)

Kosten für den Wechsel von der aktuell fixierten AoI zu einem Ziel (einer anderen AoI) hängen von der Entfernung beider AoIs ab:

• Ziel innerhalb des fovealen Bereichs erfordert keine Bewegung

• Entfernung kleiner 20 Grad Sehwinkel erfordert Augenbewegung

• Entfernung zwischen 20-90 Grad Sehwinkel erfordert Kopfbewegung

• Bei mehr als 90 Grad Entfernung ist eine Körperdrehung nötig 1

-> Je größer die Bewegung, desto höher die Kosten-> kein linearer Zuwachs, sondern exponentielle Steigerung

• Kosten können z.B. sein: Zeit, Beanspruchung, Ermüdung

Wahrscheinlichkeit, mit der ein Ereignis in einer bestimmten AoI erwartet wird

• Beeinflusst von der Auftretenshäufigkeit von Ereignissen / Veränderungen) in AOI: hohe Umweltdynamik -> häufige Änderungen zu erwarten

Wahrgenommene Nützlichkeit (Wichtigkeit) einer Information

• Relevanz der AoI für die Aufgabe

• Gewichtet mit der Bedeutsamkeit der Aufgabe

• Beziehung zur Erwartung:

  • Erwartete Informationen können wertlos sein, z. B. bestimmte Schilder an der Straßenseite (Werbetafeln)

  • Umgekehrt können wertvolle Informationen auch unerwartet auftreten, z. B. plötzlich kreuzendes Fahr- zeug auf der Runway eines Flughafens

• Modell sagt vorher, wo bei supervisory control fixiert wird

• viele Anwendungskontexte (Autofahren, Fliegen, OP)

• Orientierungshilfe für die Gestaltung von Displays

Einflüsse der Faktoren auf die selektive Aufmerksamkeit:

• Salienz und Aufwand: bottom-up (reizgesteuerte) Einflüsse auf die selektive Aufmerksamkeit z. B. Helligkeit eines Hinweisreizes, Entfernung zweier Reize

• Erwartung und Wert: top-down (erfahrungsgesteuerte) Einflüsse auf die selektive Aufmerksamkeit-> basieren auf dem mentalen Modell des Operateurs

• Scan-Training: Kalibrierung von Erwartung (E) an die tatsächliche Häufigkeit und den Wert (V), um ein adäquates Situationsmodell aufzubauen (-> Top-Down-Faktoren)

•  Display-Design:

  • Die Salienz (S) einer AoI sollte positiv mit dem Wert (V) der AOI korrelieren, d.h. wertvolle Information sollte möglichst salient sein

  • Der Abstand zwischen zwei Anzeigen, die häufig zusammen gescannt werden müssen, sollte möglichst gering sein, um den Aufwand (E) für einen Wechsel zwischen den Anzeigen gering zu halten.

  • Kontextuelle Hinweisreize sollten nah an der AoI platziert werden, in der ein Zielreiz auftauchen wird -> Minimierung des Aufwands (E)

    
    

•  Safety Prediction: Gefährliche Vernachlässigung bestimmter AoIs lässt sich mit dem SEEV-Modell abschätzen: Vulnerabilität durch Übersehen kritischer Ereignisse kann vorhergesagt werden -> direkter Bezug zur Signalentdeckungstheorie

Spotlight Metapher veranschaulicht die wesentlichen Prozess-

eigenschaften visueller Aufmerksamkeit

• Bei den Prozessen wird zwischen serieller und paralleler Verar- beitung, sowie zwischen selektiver und geteilter Aufmerksamkeit unterschieden

• Selektive Aufmerksamkeit spielt eine bedeutende Rolle bei:

• Überwachung / Supervisory Control

• Noticing

• Visuelle Suche

  
  

• SEEV-Modell beschreibt die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine bestimmte AoI mit Aufmerksamkeit belegt wird. Daran sind sowohl bottom-up als auch top-down Prozesse beteiligt, die wiederum durch Salience, Effort, Expectancy und Value beeinflusst werden

• change blindness

• inattentional blindness

Noticing („bemerken“) vs. supervisory

control (überwachende Kontrolle):

• Supervisory control meint die überwachende Regelung und Steuerung bestimmter Kanäle -> Sampling

• Noticing bezieht sich auch auf Über- wachung, betont dabei aber unerwar- tete, plötzliche Veränderungen im ge- samten GesichtsfeldàMüssen be- merkt werden!

•  Die menschliche Wahrnehmung ist im Allgemeinen sensitiv gegenüber Verän- derung; trotzdem kann es zu Fehlern, kommen.

  
  

• Besonders beeindruckende Phänomene sind hierbei change blindness und inattentional blindness.

• Change blindness beschreibt das Nicht-Erkennen von

  Veränderungen in der Umgebung

• Häufig durch Unterbrechungen generiert (z.B., Sakkaden, Blinzeln, physische Objekte), die zu einer Maskierung der Veränderung führenàArbeitsgedächtnis wird für die Ver- änderungserkennung notwendig

Door Study:

• Passanten werden auf der Straße angesprochen, durch einen Trick wird die fragende Person ausgetauscht (Simons & Levin, 1998)

• ca. 50% der Versuchspersonen erkennen nicht, dass die Person ausgetauscht wurde

-> soll halt Change Blindness “Im Feld” demonstrieren

• Hoher Taskload / aufmerksamkeitsbindende konkurrierende Aufgabe -> Belastung des Arbeitsgedächtnisses

• Geringe Salienz des veränderten Stimulus

  -> Höhere Salienz (z. B. durch Farbe) ergreift die Aufmerksamkeit (atten- tional capture oder „pop out“)àkann change blindness verhindern

• Hohe Exzentrizität des Ereignisses / Entfernung des Punktes der Veränderung vom Fixationspunkt zum Zeitpunkt der Veränderung

• Element ist außerhalb des Sichtfelds bzw. maskiert, d.h. Veränderungen auf perzeptueller Ebene (sensorische Speicher) sind leichter zu entdecken als auf Gedächtnis- ebene (Arbeitsgedächtnis)

• Geringe Vorhersagbarkeit der Veränderung -> Change blindness ist weniger wahrscheinlich, wenn die Aufmerksamkeit kurz vor oder nach der Veränderung auf der Position der Veränderung liegt.

• Change blindness hat hohes Gefährdungspotential, aber kann auch für positive Zwecke eingesetzt werden

  
  

• Drei Nutzenaspekte für die Displaygestaltung (Rensink, 2000):

• Change blindness Paradigma zur Überprüfung der Aufmerksamkeitszuwendung auf Orte und Objekte im Displayraum

• Daraus für „Displayökonomie“ abgeleitet:

• Wo sollten wichtige und wo eher unwichtige Informationen

  präsentiert werden?

• An welcher Stelle sollte ein Display detailliert und feinauflösend sein, an welcher Stelle reicht eine gröbere Darstellung aus?

  
  

• Unsichtbare Veränderung auf Displays: Informationen / Veränderungen, die Nutzer nicht wahrnehmen sollen -> Vermeidung von Ablenkung

Entwickler müssen sicherstellen, dass Benutzer der Displays wirklich das sehen, was sie sehen sollen.

Implikationen:

• Entwickler müssen wissen, dass visuell vermittelte Veränderungen der Anzeigen nicht unbedingt den Nutzer erreichen

• Wichtige Veränderungen sollten nicht ausschließlich visuell vermittelt werden -> Redundanz erzeugen!

  
  

• Dynamische Darstellungen sollten nur ein dynamisches Event gleichzeitig auftreten lassen

• Unterschiede sollten so explizit wie möglich gemacht werden

• Erwartung eines Ereignisses kann durch Training verbessert werden

• Inattentional blindness beschreibt das Phänomen des „looking, but failing to see“

• Teilweise "sehen" wir Objekte, ohne uns diesen Objekten bewusst zu werdenàKlassischer Befund: Basketball-Video (Simons & Chabris, 1999) – 50% der Personen sehen den Gorilla nicht!

...von der Schwierigkeit der Aufgabe

• Basketball-Profis (hohe Expertise) bemerken den Gorilla

  häufiger (Memmert, 2006)

• Personen mit größerer Arbeitsgedächtniskapazität erkennen den Gorilla häufiger, da sie mehr freie Ressourcen neben der Zählaufgabe haben (Seegmiller et al., 2011)

• Bei reduzierter Aufmerksamkeitskapazität (z. B. alkoholisierte Versuchspersonen) ist inattentional blindness größer (Clifasefi et al., 2006)

  
  

• von der visuellen Ähnlichkeit der Stimuli

  • beim Zählen der Pässe der schwarz-gekleideten Spieler wird der Gorilla häufiger erkannt (Simons & Chabris, 1999)

• Change blindness, z.B.:

  • Auffälligkeit der Veränderung (geringe Salienz)

  • Exzentrizität des Ereignisses (größerer Effort)

    
    

• Inattentional blindness z.B.:

• Unterscheidbarkeit der Stimuli (geringe Salienz)

• Übergewichtung anderer Informationskanäle (geringer Value)

• Erwartung an bestimmte Informationskanäle (Expectany)

• Kurze Unterbrechung der Aufmerksamkeit (Abschweifen des Blickes, Wimpernschlag, etc.) genügt

• Gefährlich wird es, wenn durch diese Unterbrechung der Aufmerksamkeit das Übersehen von Informationen die Sicherheit beeinträchtigt

• Straßenverkehr: Wechsel der Ampel von grün auf rot; Passanten auf der Fahrbahn (Zebrastreifen), etc.

• Flugverkehr: Kleinste Veränderungen auf Displays können von großer Bedeutung sein

• Beide Fehler treten besonders häufig bei Displays auf (Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine)

• Fehler in der Mensch-Technik-Interaktion aufgrund von in- attentional und change blindness insbesondere aufgrund von (Selbst-)Überschätzung hinsichtlich der Korrektheit der visuellen Wahrnehmung.

• Glaube, dass bei visuell dargebotener Informationen mehr Informationen verarbeitet werden als tatsächlich der Fall ist.

• Überschätzung der „Breite“: Alle Details einer visuellen Szene können gleichzeitig verarbeitet werden“ – Eindruck entsteht durch globales Bewusstsein einer Szene, tatsächlich ist Aufmerksamkeit ort- bzw. objektfixiert und deckt nur einen Teil der Szene ab

• Überschätzung der „Gleichmäßigkeit“: Beobachter schenken allen Regionen einer visuellen Szene Aufmerksam- keit – Tatsächlich werden aber selbst auffällige Reize nicht erkannt

• Überschätzung der „Tiefe“: Wahrgenommene Objekte werden automatisch detailliert im Gedächtnis abgespeichert – Tatsächlich gelangt nur ein Bruchteil der wahrgenommenen Objekte ins Arbeitsgedächtnis

-> „Blindheit für diese Blindheiten“ (blindness blindness)

Attentional Tunneling

• Übermäßige (mehr als optimale) Aufmerksamkeitszuwendung zu bestimmter Informationsquelle

• Vernachlässigung anderer Quellen

•  Führt zu falschen Schlüssen bzw. Fehlern in der Aufgabenerledigung

  
  

• Ursachen:

• Hauptsächlich hohe Salienz eines irrelevanten Stimulus

• Durch Größe, häufige Veränderungen, Farbgestaltung o. ä., zieht dieser Stimulus viel Aufmerksamkeit auf sich

• Aufmerksamkeit einer Person wird dadurch auf diesen einen Stimulus eingeengt, andere Stimuli (z. B. andere Anzeigen) werden ignoriert

Cognitive Tunneling

• Einengung von Aufmerksamkeit aufgrund (u. U. falscher) kognitiver Vorannahmen und Hypothesen

• Erfahrungs-/erwartungsgestützte Aufmerksamkeitszuwendung (top-down)

• Person konzentriert sich hypothesengeleitet nur auf Informa- tionen, die ihre (u. U. falsche) kognitive Hypothese stützen (confirmation bias)

  
  

  Ursachen

•  Mentales Modell der Anzeige bzw. des Systems kann Auf-

  merksamkeit falsch lenken

• Insbesondere bei Mehrfachaufgaben kann falsche Beurteil- ung der Aufgabenwichtigkeit zu Tunneling führen

• Es resultieren Fehler bei der Handlungsauswahl

• Oftmals keine klare Trennung der bottom-up- und top-down- Einflüsse möglich

  
  

• Besteht bereits eine kognitive Hypothese, werden kongruente Informationen in der Umwelt bevorzugt wahrgenommen

-> Wahrnehmung kann wiederum zu Attentional Tunneling führen

• Einengung auf bestimmten Wahrnehmungsbereich durch Attentional Tunneling kann zum Aufstellen einer kognitiven Hypothese verleiten, welche wiederum eine weitere Aufmerk- samkeitseinengung im Sinne des Cognitive Tunneling verstärkt

• Nur eine Veränderung pro Zeiteinheit

  
  

•  Alle Elemente die sich verändern sollten zusammen gruppiert werden

  
  

• Animationen / Kontext-Cues verwenden, um Veränderungen sichtbar zu machen

  
  

• Areale die sich nicht verändern weniger salient machen, Are- ale die sich verändern mehr salient machen

  
  

• Dynamische Elemente im Aufmerksamkeitsfokus platzieren

• Workload messen / Eye tracking benutzen um Inattentional Blindness zu entdecken

Visuelle Suche = Serielles scannen komplexer visueller Information

Zweck der visuellen Suche ist das Finden eines vordefinierten Zielob- jekts (= target)-> beim Noticing geht es dagegen um das Entdecken eines unerwarteten Zielreizes!

Dabei wird selektive Aufmerksamkeit (d.h. der „Scheinwerfer“) über das abzusuchende Feld bewegt

• Autofahren

• Lesen von Karten

• Gepäckkontrolle

• Freie Suche ein Ziel ist vorgegeben, aber der Suchraum ist nicht strukturiert z.B. Straße auf einer Landkarte

• Strukturierte Suche ein Ziel ist vorgegeben, welches im strukturierten Suchraum gefunden werden soll z.B. ein Eintrag in einer Tabelle

• Geführte Suche Top-down Faktoren leiten die Suche z.B. die Erwartung, das Ziel an einer bestimmten Stelle zu finden

  -> mentales Modell

• Useful Field of View (UFOV)

• Fixationsdauer (Dwell Time)

• Suchraum

• Größe des UFOV

• der zur Verfügung stehenden Zeit -> 3 Fixationen pro Sekunde

• Auch ohne Zeitlimit wird häufig nicht der gesamte Suchraum gescannt

• Information im UFOV muss nicht zwangsläufig wahrgenommen und verarbeitet werden -> inattentional blindness

Zeit der visuellen Informationsverarbeitung für ein UFOV

…. Dichte der relevanten Informationen (je mehr, desto länger)

….. Wichtigkeit des Kanals / Instruments (je wichtiger, desto länger wird eine Information betrachtet; Value)

….. Expertise des Beobachters (Novizen fixieren informationsreiche Instrumente fast doppelt so lange wie Experten; Expectation)

erschwerte Extraktion der Information (aber auch tiefe Verarbeitung -> Uneindeutigkeit)

Lange Dauern unabhängig von Aufgabe und Kontext -> subopti- male Anzeigengestaltung!

Suchraum für Zielsuche kann geografischer Raum (Suche an

Unfallstelle) oder artifizieller Raum (Bildschirm) sein

…kognitive Faktoren….

• Kein konsistentes Muster beim Absuchen eines Displays (z.B., von links nach rechts oder im Uhrzeigersinn)

  
  

• Display getriebene Suchstrategien werden normalerweise von konzeptuellen oder wissensbasierten Suchstrategien dominiert

zu viele ungeordnete Elemente im Display

• Numerosity: Anzahl an potentiellen Distraktoren beeinflussen Suche

• Proximity / Readout: Nah angrenzende Anzeigen stören die Ausrichtung der Aufmerksamkeit auf den Zielreiz

• Disorganizational: Unstrukturierte bzw. zufällige Anordnung von Elementen auf einem Display

• Heterogeneous: Heterogenität der nicht-zielführenden Hintergrundelemente des Displays

…. gezielte Wahrnehmung von Informationen und erschweren damit die visuelle Suche

Häufig treten mehrere Clutter Arten gemeinsam auf

Numerosity clutter: Anzahl an potentiellen Distraktoren

Heterogeneous clutter: Heterogenität nicht-zielführender Hintergrundelemente

Disorganizational clutter: Elemente nicht strukturiert

Das SSTS Modell beschreibt die Zeit, die benötigt wird, um einen Ziel- reiz / Target in einem Suchraum zu finden, der nicht leer ist sondern eine Menge von Nicht-Zielreizen / Distraktoren enthält

• Position des Targets ist dem Suchenden nicht bekannt

• Target kann im Suchraum präsent oder nicht präsent sein § Größe des Suchraums / set size (= Anzahl der Distraktoren) variiert

• Suche ist seriell, d.h. sie geht von Reiz zu Reiz

• Modell macht keine Annahme über die Reihenfolge der Suche

  
  

  Suche wird beendet, wenn:

• Zielreiz gefunden wurde

• gesamter Suchraum erfolglos gescannt wurde

a) der Zielreiz präsent ist und gefunden wird

(b) der Zielreiz nicht präsent ist und der Suchraum erfolglos abgesucht wurde

• mehreren Zielreizen (z. B. „Finde F und K“)

• Zählaufgabe (z.B. „Wie viele Ks gibt es?“)

  
  

  ->Exhaustive Search: alle Reize werden abgesucht

Parallele Verarbeitung ist möglich, vor allem wenn sich der Zielreiz durch eine bestimmte saliente Eigenschaft (singleton) abhebt -> Attentional Capture oder auch Pop Out -> Präattentive Verarbeitung, die keine Aufmerksamkeit / Ressourcen benötigt

Bisher: Freie Suche im Abhängigkeit von bottum-up / reizbezo- genen Einflüssen

• Aber: Top-down Einflüsse bei der Suche wahrscheinlich:

• Gezielte Suche abhängig vom Wissen, wo das Objekt mit größter Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist

• Konzentration auf relevante Regionen, die besonders informativ sind.

• Ziele (vermittelt über Instruktionen / Aufgaben) beeinflussen die Suche

der Trade-Off zwischen Detektionswahrscheinlichkeit und Suchzeit (Speed-Accuracy Trade-Off)

• Misses durch zwei Fehler begründet:

• Inattentional blindness

• Suchen sind meist unvollständig -> stopping policy

Beispiel:

• Hohe Korrelation zwischen Suchzeit und Finden eines Polypen bei Koloskopie (Darmspiegelung)

• Konservative stopping policy sorgt dafür, dass länger gesucht wird, unabhängig davon ob ein Polyp vorliegt oder nicht

• Frühe Abbrüche (riskante stopping policy) meist nach dem Absuchen von Regionen mit hoher Auftretenswahrscheinlichkeit

präattentive und attentive Phase

Konfigurationen, die Eigenschaften emergent machen

• Konfigurationen, die Eigenschaften emergent machen

• räumliche Nähe

• Integration zu einer Gestalt / einem Objekt (objektbezogene Nähe)

• Konfigurationen, die Eigenschaften emergent machen

• räumliche Nähe

• Integration zu einer Gestalt / einem Objekt (objektbezogene Nähe)

•  Display Proximity

• Task Proximity

perzeptiv nahe sich zwei Anzeigenkomponenten stehen

• Räumliche Nähe, aber auch Ähnlichkeiten in Form- oder Farbgebung erhöhen diese Art der Nähe

…nahe sich zwei Aufgaben in der Prozess- kette der Aufgabenbearbeitung stehen

• Müssen zwei Aufgaben gleichzeitig bearbeitet werden, ist die Task Proximity maximal

• Müssen zwei Aufgaben nacheinander verarbeitet werden, dann ver- ringern Zeitabstände und intervenierende Schritte zwischen diesen Aufgaben die Task Proximity

• Hohe Task Proximity ermöglicht geteilte Aufmerksamkeit (oder sogar parallele Informationsverarbeitung), geringe Task Proximity erfordert fokussierte Aufmerksamkeit (also serielle Informationsverarbeitung)