Kognitive Ergonomie

• “zum Mensch passend”

• wissenschaftliche Disziplin, die auf das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Menschen und anderen Komponenten eines Systems abzielt

• Profession, die theoretische Prinzipien, Daten und Methoden anwendet, um das Wohlbefinden der Menschen und die Gesamtleistung von Systemen zu optimieren

• Umwelt, Organisationen und Werkzeuge an die

• Bedürfnisse, Fähigkeiten und Grenzen von Arbeitnehmern anzupassen

  —> Ergonomen helfen bei der Gestaltung und Bewertung von Aufgaben, Tätigkeiten, Produkten, Umgebungen und Systemen, um sie mit den Bedürfnissen, Fähigkeiten und Grenzen der Menschen in Einklang zu bringen

• Physische Ergonomie (z.B. Physiologie & Anatomie)

• Organisationspsychhologie (z.B. Struktur, Prozesse, Regeln etc.)

• Kognitive Ergonomie (z.B. Wahrnehmung, Lernen, Gedächtnis etc.)

• Kognitive Ergonomie betrachtet hauptsächlich Mensch-Technik- Interaktion

  above the neck:

  – Berücksichtigung kognitiver Aspekte für die Gestaltung der Mensch-Technik-Interaktion

  —> Visuelle Salienz

• Physische Ergonomie betrachtet hauptsächlich Mensch-Technik- Interaktion

  below the neck:

  – Muskuläre Belastungen, Müdigkeit, Unfallgefahren, Arbeitsphysiologie

  —> Beispiel: Arbeitsplatzgestaltung

• Experimentelle Kontrolle

  • Alle Variablen außer denen, die für das Experiment gezielt manipuliert werden, müssen konstant gehalten werden.

    —> In der kognitiven Ergonomie ist der Anwendungsbezug häufig wichtiger als die totale experimentelle Kontrolle

• Statistische Signifikanz

  • Statistische Signifikanz dominiert häufig die praktische Signifikanz

    —> In der kognitiven Ergonomie liegt der Fokus auf der praktischen Signifikanz

• Theoretischer Erkenntnisgewinn

  • Reiner theoretischer Erkenntnisgewinn wird angestrebt

    —> In der kognitiven Ergonomie geht es um die Gewinnung von Erkenntnissen für den Anwendungsfall

• Mensch-Maschine-Interaktion (MMI)

  = zielgerichtete Zusammenwirken von Personen mit technischen Systemen zur Erfüllung eines fremd- oder selbstgestellten Auftrages

• MMI vollzieht sich in einem Mensch-Maschine-System (MMS)

• MMI ist dabei:

  – aufgaben- und situationsbezogen

  – in organisatorischen Kontext eingebunden

  – gesellschaftlichen Rahmenbedingungen unterworfen (insbesondere: politisch, juristisch, wirtschaftlich)

"enge" Definition: Mensch, Maschine, Aufgabe

“weite" Definition: plus Organisation, Gesellschaft, Umfeld, Artefakt/Leistung

Stärken

• hohe Sensivität und feine Sensumotorik

• lernfähig, daher flexibel und adaptiv

• Intentionalität, zielgerichtetes Handeln und Planen, diagnostische und prognostische Inferenzen

  
  

  Schwächen

• begrenzte Verarbeitungskapazität im Arbeitsgedächtnis, limitierte Aufmerksamkeit

• Speicherbeschränkungen bei inkohärenten Informationen und Massendaten

• begrenzte Belastbarkeit, Stressanfälligkeit und Ermüdung

• motivationale und emotionale Schwankungen

Stärken

• Sensorik für nicht unmittelbar wahrnehmbare physikalische Größen (z. B. ultraviolettes Licht)

• ausdauerndes Messen und Zählen

• Speichern von Massendaten

• schneller, sicherer Zugriff auf Daten

• zuverlässiges Ausführen von Befehlen/Routinen

• ermüdungsfreie Performanz über längere Zeiträume auch unter extremer Belastung

  
  

  Schwächen

• Schwierigkeiten bei Erkennung unvollständiger / verrauschter Muster

• keine Kreativität, Intentionalität oder selbstge- steuerte Planung

• algorithmische Rigidität

• Mangel an sozial-emotionalen Fähigkeiten

• Viele MMS sind nicht optimal gestaltet, d.h. inkompatibel mit

  der menschlichen Kognition

• Lösung: Mensch-orientierte Systementwicklung:

  • Passe die Maschine den menschlichen Anforderungen und Fähigkeiten an (nicht umgekehrt)!

• Entwicklung als iterativer Prozess zwischen User und Designer (User Centered Design = UCD)

Usability:

Benutzerfreundlichkeit / Benutzbarkeit

Intuitiv:

im Einklang mit den mentalen Modellen des Nutzers

Effizient:

ermöglicht fehlerfreie und schnelle Bearbeitung eines Problems

Zufriedenstellend:

positiver Affekt verbunden mit dem erfolgreichen Erreichen des Ziels

Produkteigentschaften (features)

• Inhalt

• Präsentation

• Funktionalität

• Interaktion

Produktcharakter

• pragmatische Eigenschaften

• hedonistische Eigenschaften

Konsquenzen

• Aussehen

• Befriedigung

• Freude

• Liefert den Rahmen für die Betrachtung verschiedener Frage- stellungen der angewandten Kognitionspsychologie bzw. kognitiven Ergonomie

Hauptmerkmale:

• Verarbeitungsstufen

• Top down & Bottom up

• limitierte Ressourcen

• Feedback-Schleife

• Start über sensorischen In- put oder über willentliche Entscheidung

Sensorische Verarbeitung

• Sensorischer Input von außen und parallele Aufnahme

• Sehr kurze Speicherung in Abhängigkeit von der Sinnesmodalität

• Selektion (vgl. selektive Aufmerksamkeit)

Wahrnehmung

• Wahrnehmen ist mehr als das Erfassen sensorischer Information und beinhaltet das Verstehen des Inputsàprä-attentiv / attentiv

• Automatisch und schnell (z. B. Orientierungsreaktion bei Warnungen)

• Kontinuierlicher Übergang zum Arbeitsgedächtnis

• Direkte Kopplung von Wahrnehmung und Handlungsauswahl und Handlungsausführung

Arbeits- und Langzeitgedächtnis

• Arbeitsgedächtnis: kapazitätsbegrenzt und störanfällig (insbesondere bei

  Unterbrechungen), bewusste Verarbeitung, aufmerksamkeitsfordernd

• Langzeitgedächtnis: Dauerhafte Informationsspeicherung, episodisch vs. semantisch, deklarativ vs. prozedural, implizit vs. explizit

Handlungsauswahl und -ausführung

• kognitive und physische Kom- ponenten, Automatisierungsgrad / Expertise

Rückmeldung

• Handeln nimmt Einfluss auf das technische System, Systemänderungen werden daraufhin wahrgenommen. Feedback konstituiert ein MMS als dynamisches und rückgekoppeltes System

Aufmerksamkeit

• zentrales Ressourcenreservoir

• Aufmerksamkeit ist: selektiv, kontrollierbar, limitiert und nur begrenzt

  teilbar

• Begrenztheit der Aufmerksamkeit bestimmt die Leistungsfähigkeit der Verarbeitung in den Substrukturen

• Wahrnehmen von und Handeln in Antwort auf „Signale“

• Detektion aggregiert sensorische Information zu einer normalverteilten Evidenzvariable X, wobei zwischen der Rauschverteilung und der Signalverteilung unterschieden wird

Luftfahrtsicherheit (Baggage Screening)

Augenzeugenberichte

Medizinische Diagnostik

Neuronale Aktivität bedingt durch die Eindeutigkeit des Stimulus:

je eindeutiger ein Stimulus ist, desto wahrscheinlicher (und schneller) wird er erkannt.

Gepäckkontrolle am Flughafen

• Welche (tatsächlichen) Zustände können vorliegen?

• Welche Entscheidungen kann der Operateur jeweils treffen?

• Welche Fehler kann er dabei machen?

• Welche Handlungskonsequenzen haben die Fehler jeweils?

  
  

  
  

  	verbotener Gegenstand	kein verbotener Gegenstand
  Alarm	HIT	FALSE ALARM
  Kein Alarm	MISS	CORRECT REJECTION

• Aus der Konstellation des Zustandes der Welt (Signal vs. Rauschen) und der Antwort (ja vs. nein) ergeben sich vier Fälle, von denen zwei richtige (grün) und zwei falsche (rot) Reaktionen beinhalten

• In vielen Arbeitskontexten handelt es sich nicht um eine Einzel- entscheidung, sondern um eine Entscheidung, die wiederholt zu treffen ist

• “Der perfekte Inspektor” —> produziert nur Hits und CR

• „Der weniger perfekte Inspektor“ —> eine andere Verteilung von

  richtigen und falschen Antworten

Detektionsprozess

Entscheidungsprozess

Der Detektionsprozess aggregiert sensorische Evidenz für oder gegen ein Signal zu einem theoretischen Wert: die Evidenzvariable X

der Wert von X hängt von der Sensitivität (d´) des Beobachters ab.

Der Entscheidungsprozess legt anhand des Antwortkriteriums Xc fest, ob die Evidenz für eine Ja- oder Nein-Antwort spricht.

(Vergleicht X mit Xc)

Die Lösung einer Detektionsaufgabe basiert auf zwei Prozessen:

• Detektionsprozess aggregiert sensorische Evidenz für oder gegen ein Signal zu einem theoretischen Wert (Evidenzvariable X)

• Entscheidungsprozess legt fest, ob die Evidenz für eine Ja- oder für eine Nein-Antwort spricht.

Zusammenhang zwischen den beiden Prozessen:

• Das Ergebnis des Detektionsprozesses – der Wert von X – hängt von

  der Sensitivität des Beobachters (d‘) ab.

• Der Entscheidungsprozesses basiert auf einem Antwortkriterium (Xc) im Sinne einer Schwelle, die von Zielen und Werten beeinflusst wird (z.B. Ja-Sage Tendenz).

Entscheidung

Erreicht oder übersteigt X das Kriterium Xc, so lautet die Antwort JA, liegt X darunter, so wird mit NEIN geantwortet.

X ist größer / gleich Xc: JA

X ist kleiner als Xc: NEIN

• Bei der Entdeckungsaufgabe führt ein externes Signal (z. B. Bild des Gepäckscanners) zu neuronaler Aktivität beim Beobachter (neuronale Feuerrate)

• Bei hoher Reizintensität (z.B. sehr klares Bild) liegt eine hohe Feuerfrequenz der Neurone vor.

• Je intensiver / deutlicher dieses Signal ist, desto ausgeprägter ist die Aktivität, desto mehr Evidenz X spricht für das Vorhandensein des Signals.

• Überschreitet X eine Schwelle, das sog. Antwortkriterium Xc, so antwortet der Beobachter mit JA (Signal liegt vor).

• Bleibt die neuronale Aktivität unterhalb dieses Kriteriums, so lautet die Antwort NEIN (Signal liegt nicht vor)

• Neuronale Aktivität ist aber auch bei nicht vorliegendem Signal vorhanden (Spontanaktivität)

• Auch ohne Signal kann Xc überschritten werden (bei niedrigem Kriterium oder bei hoher Spontanaktivität)

• Wahrscheinlichkeit dafür, dass X einen bestimmten Wert annimmt, ist normalverteilt

• Normalverteilungsannahme gilt sowohl für P(X/S), also unter der Bedingung "Signal“, als auch für P(X/N), also unter der Bedingung "Noise" (kein Signal)

• Man unterscheidet deshalb 2 Verteilungen:

• Wenn nur Rauschen vorliegt, gibt die Verteilung P(X|N) die Wahrscheinlichkeit der X-Werte an

• Wahrscheinlichkeit, dass X bei Rauschen den extremen Wert (also eine sehr niedrige neuronale Aktivität) erreicht, ist gering, da die neuronale Aktivität ein bestimmtes Level – die minimale Spontanaktivität – nicht unterschreitet

• Wahrscheinlichkeit dafür, dass X bei Rauschen diesen extremen Wert (also eine sehr hohe neuronale Aktivität ) erreicht, ist gering, da kein Signal vorliegt.

• Die maximale Wahrscheinlichkeit liegt in der Mitte zwischen den beiden minimalen Wahrscheinlichkeiten und es gilt die Normalverteilung.

• Wenn ein Signal vorliegt, gibt die Verteilung P(X|S) die Wahrscheinlichkeit der X-Werte an

• Wahrscheinlichkeit dafür, dass X den extremen Wert erreicht, ist gering, da ein Signal vorliegt, das die neuronale Aktivität steigert

• Wahrscheinlichkeit dafür, dass X diesen extremen Wert, also eine sehr hohe neuronale Aktivität erreicht, ist gering, da die neuronale

  Aktivität ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten kann

• Maximale Wahrscheinlichkeit liegt auch hier in der Mitte zwischen den beiden minimalen Wahrscheinlichkeiten und es gilt die Normalverteilung

• Schnittpunkt der Kurven heisst Indifferenzpunkt: P(X|N) = P(X|S)

• Wert von X aufgrund von Rauschen oder aufgrund eines Signals zustande kommt ist gleich wahrscheinlich

• Detektion aggregiert sensorische Information zur normalverteilten Evidenzvariablen X, wobei zwischen der Rauschverteilung und der Signalverteilung unterschieden wird

• Lösung einer Detektionsaufgabe besteht aus Ja- oder Nein- Antwort

• Antwort kann dem wahren Zustand entsprechen (wahr sein) oder nicht (falsch sein).

• Kombination aus Antwort und wahrem Zustand wird in der 4-Felder-Tafel zusammengefasst

• Bewältigung einer Detektionsausgabe involviert sensorische Prozesse und Entscheidungsprozesse

• Beide Prozesse beeinflussen das Antwortverhalten

• Antwortkriterium muss nicht in jedem Fall dem Indifferenzpunkt entsprechen. Es kann auch liberaler gewählt werden.

  • Wenig Evidenz genügt für ein JA

  • Xlib liegt weiter links § Mehr Ja- als Nein-Antworten

  • Abnahme von Misses

  • Zunahme von False Alarms

• Viel Evidenz ist nötig für ein JA

• Xkons liegt weiter rechts

• Mehr NEIN als JA Antworten

• Abnahme von False Alarms

• Zunahme von Misses

Liberales Kriterium

Es werden vermehrt Personen zu unrecht verdächtigt, dass sie verbotene Gegenstände im Handgepäck (erhöhte FA Rate) haben. Der Kontrolleur übersieht allerdings auch kaum Gefährdungen (niedrige Miss Rate).

Konservatives Kriterium

Es werden kaum Leute zu unrecht beschuldigt verbotene Gegenstände im Handgepäck zu haben (niedrige FA Rate). Allerdings gelangen so auch vermehrt gefährliche Gegenstände an Bord des Flugzeugs, da der Kontrolleur sogar relativ starke Signale übersieht (erhöhte Miss Rate).

Kriterien für optimales Antwortkriterium:

• Wahrscheinlichkeiten von Signal und Rausch

• Kosten und Nutzen (Payoffs) falscher / richtiger Antworten

Wann sind konservative Kriterien angebracht?

• Wenn False Alarms zu schwerwiegenden Konsequenzen führen würden (z.B., Augenzeugenberichte)

Wann sind liberale Kriterien angebracht?

• Wenn Misses zu schwerwiegenden Konsequenzen führen würden (z.B., Baggage Screening Task)

P(S) > P(N): liberaleres Kriterium, mehr JAs, Verschiebung nach links

P(S) = P(N): neutrales Kriterium, am Indifferenzpunkt

P(S) < P(N): konservativeres Kriterium, Mehr NEINs, Verschiebung nach rechts

Entscheidungen haben Konsequenzen, aufgeteilt in:

• Erwarteter Nutzen (Value) von Hits und korrekten Zurückweisungen (CR) —> richtige Antworten

• Kosten (Costs) von Misses und falschen Alarmen (FA) —> falsche Antworten

Verschiebung des Betas

• Eine Entscheidung mit hohem Nutzen sollte man häufiger wählen als

  eine Entscheidung mit geringem Nutzen.

• Eine Entscheidung mit geringen Kosten sollte man häufiger wählen als eine Entscheidung mit hohen Kosten.

  
  

Im Mittel werden dadurch die Payoffs optimiert!

Die Angabe von Kosten und Nutzen erfolgt zumeist in Geldeinheiten

• Die Wahrscheinlichkeit des Rauschens wird mit der Summe aus dem (positiven) Nutzen einer korrekten Zurückweisung und den (negativen) Kosten eines falschen Alarms multipliziert

• Die Wahrscheinlichkeit eines Signals wird mit der Summe aus dem (positiven) Nutzen eines Hit und den (negativen) Kosten eines Miss multipliziert.

• Enorme Kosten können dafür sorgen, dass trotz geringer Wahrscheinlichkeiten für ein Signal ein sehr liberales Kriterium gilt! (Kompensation)

• βopt und β dürfen nicht verwechselt werden: sie unterscheiden sich sehr häufig!

• β ist empirisch prüfbar; abhängig vom Beobachter

• βopt ist normativ; wird aus Wahrscheinlichkeiten und Payoffs berechnet

• Personen wollen nicht zu oft mit JA / NEIN in einer Reihe antwortenàSie wollen „kreativer“ wirken

• Einschätzung von Wahrscheinlichkeiten von Ereignissen

• sehr geringe Wahrscheinlichkeiten werden generell eher überschätzt (= größer wahrgenommen) – sie sind „auffälliger“ und „präsenter

• Fähigkeit des Beobachters zwischen Rauschen und Signal zu unterscheiden

• d’ = z(Hit) – z(FA)

• Maß: d‘ Abstand zwischen Mittelwerten der beiden Wahrscheinlich- keitsverteilungen von Signal und Noise

• Je größer d‘, desto besser die Diskriminierungsleistung

Anwendung

Keine Sensitivität: raten beim Kontrollieren der Taschen

Hohe Sensitivität: Kontrolleur kann sogar versteckte Gegenstände finden

• Gemeinsame Betrachtung von d' und β

• Sensitivität und Antwortkriterium können gemeinsam auf der

  ROC-Kurve grafisch dargestellt werden

• X-Achse ist die Wahrscheinlichkeit eines falschen Alarms, Y-

  Achse ist die Wahrscheinlichkeit eines Treffers

• Jede Kurve steht für einen

  Beobachter

• Alle Punkte auf einer Kurve gehen auf die dieselbe Sen- sitivität (d‘) zurück.

• Sensitivität steigt mit Abstand der Kurve von der Diagonalen (d‘ = 0).

• Jeder Punkt auf der Kurve stellt jeweils ein anderes Antwortkriterium dar

• Der ideale Punkt liegtbei 0 % FA und 100 %Hits

• Diagonale: zufällige Reaktion ("blinder"Operateur), Beta ist nicht von Bedeutung

• Leistung unterhalb der Zufallslinie schlechter als zufällig (= Fehlver- ständnis oder bewusste Täuschung)

• Vergleich der Sensitivität verschiedener Operateure

• Ermittlung des Einflusses verschiedener Aufgaben- bzw. Situationsvariablen auf Entdeckungsleistung und Antwort- verhalten

• Verwendung bei Personalauswahl und Trainings

• Einsatz zur Optimierung von Arbeitssituationen und technischen Anzeigen bei Überwachungs- und Entdeck- ungsaufgaben

Anwendungsfelder

• Alarm- und Assistenzsysteme

• Sicherheitschecks

• Flugsicherung

• Medizinische Diagnostik

• Signalentdeckungstheorie genutzt um Verbesserung in der Interpretation von radiologischen

  Befunden zu beschreiben

• Lernen = Sensitivitätssteigerung (Zunahme von d’)

• UV: hoch (Radiologen) vs. wenig erfahren (z.B. Medizinstudenten —> verbessern Sensitivität schnell aber haben anfangs mehr Misses)

Entscheidung des Arztes abhängig von verschiedenen Kriterien

• Wie salient ist die Auffälligkeit im Bild (Signalstärke)? a

• Wie gut erkennt der Arzt die Auffälligkeit (Sensitivität, Training)? a

• Wie hoch ist die Prävalenz der Auffälligkeit (Wahrscheinlichkeiten)? a

• Mit welchen Kosten ist eine (Fehl-)Diagnose verbunden? a

  • Kosten eines falschen Alarms (unnötige OP)

  • Kosten eines Miss (versäumte OP)

• Sensorische Prozesse und Entscheidungsprozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Detektion von Objekten/Ereignissen.

  —> Beide Prozesse beeinflussen das Antwortverhalten.

• Antwort abhängig von:

  Sensitivität (d‘): Unterscheidungsfähigkeit von Signal und Noise Antwortkriterium β: a priori Wahrscheinlichkeit von Signal / Noise sowie Kosten / Nutzen der Entscheidung.

• ROC-Kurven ermöglichen die gemeinsame Darstellung / analyti- sche Trennung der Einflüsse von Sensitivität und Antwortkriterium.

  • Je weiter ROC-Kurve von der Zufallslinie (d‘=0) weg gebogen ist, desto größer ist die Sensitivität

Aufmerksamkeitsressourcen sind wichtig für sowohl die Wahrnehmung, als auch die Handlungsauswahl.

Visuelle Wahrnehmung und Suche erfordern Aufmerksamkeit.

Selektive:

• Ein Ereignis

• Enger Fokus

• Hohe Auflösung

• Serielle Verarbeitung

Geteilte:

• Multiple Ereignisse

• Weiter Fokus

• Niedrige Auflösung

• Parallele Verarbeitung

• Falsche Filterung möglich

• Ablenkung stört Fokussierung

• “Echt parallele” Aufmerksamkeitsverteilung erfordert hohe Automatisierung

• Optimale Aufteilung beim Switching oft schwierig

• Wechselkosten beim Switching

• Leistungseinbußen

Aufgrund limitierter Ressourcen der visuellen Aufmerksamkeit können wir unsere Aufmerksamkeit nicht auf alle Reize in einem Display gleichzeitig richten —> Wir müssen die vermeintlich wichtigsten Informationen selektieren

1. Stimulus Faktoren

Bottom-up

z.B. Salienz

1. Kognitive Faktoren

Top-Down

• Erwartungen

• Mentale Modelle

• Aufgabenziele

Aufmerksamkeit ist wie ein Zoom mit variablem Durchmesser: direkter Zusammenhang zwischen Durchmesser und Detailliertheit der Information, die verarbeitet werden kann

Einflussfaktoren sind:

1. Informationsdichte

2. Diskriminierbarkeit

3. Aufgabenschwierigkeit

4. Training

5. Alter

Supervisory Control: Zielgerichtete Überwachung dynamischer 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. Bemerken von Hindernissen beim Autofahren)

Visuelle Suche: nach spezifischen, meist vordefinierten Zielen (z.B. nach Flugschreiber an der Absturzstelle eines Flugzeugs)

“Area of Interest”

• physikalischer Ort mit aufgabenspezifischen Informationen

• Eine AoI kann Info für mehrere Aufgaben haben

• Eine Aufgabe kann mehrere AoI benötigen

• sollte bei supervisory control möglichst foveal fixiert werden (—>Schärfe des Sichtfelds)

• Maximale Scanningrate ist ca. 3 fixationen pro Sekunde (ergibt eine Dwell-time von 1/3s)

• Blickverhalten kann mit Eyetracking erfasst werden: welche AoI wird wann, wie lang und wie häufig fixiert?

• AoI Fixationen hängen vom SEEV-Modell ab

Salience, Effort, Expectancy, Value

Das Modell sagt vorher bzw. beschreibt die Wahrscheinlichkeit, wo bei supervisory control fixiert wird. Daher hat es viele Anwendungskontexte (Auto, Flugzeug, OP…) und stellt eine Orientierungshilfe für die Gestaltung von Displays dar.

Es sind Bottom-Up und Top-Down prozesse beteiligt.

Beantwortet die Frage, wie deutlich sich die AoI vom Hintergrund und / oder von anderen AoIs abhebt.

Saliente Reize ziehen Aufmerksamkeit schnell an.

Aufwand, also die Kosten für den Wechsel von der aktuell fixierten AoI zu einer anderen AoI. Hängen von der Entfernung beider AoIs ab!

• innerhalb des Fovealen Bereichs keine Bewegung erforderlich (kein Aufwand)

• Entfernung kleiner als 20 Grad Sehwinkel erfordert nur Augenbewegung

• Entfernung zwischen 20-90 Grad erfordert Kopfbewegung

• Bei mehr als 90 Grad ist eine Körperdrehung nötig

Je größer die Bewegung desto höher die Kosten. Der Zusammenhang ist exponentiell.

Kosten können sein: Zeit, Beanspruchung, Ermüdung

Erwartung, also die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Ereignis in einer bestimmten AoI erwartet wird. Beeinflusst von der Auftretenshäufigkeit von Ereignissen in der AoI.

Hohe Umweltdynamik —> häufige Änderungen zu erwarten.

Kurz gesagt: AoIs von denen man viele Veränderungen erwartet werden häufiger “gesampled”.

Wert, also die wahrgenommen Nützlichkeit einer Information.

Relevanz der AoI für die Aufgabe

Gewichtet mit der Bedeutsamkeit der Aufgabe.

Beziehung zu Erwartung: Erwartete Information kann wertlos sein, oder auch unerwartet Information wertvoll! Beide Zusammen bilden den “Expected Value” E x V

Salience (Salienz) und Effort (Aufwand) sind bottom up: reizgesteuerte Einflüsse

Expectancy (Erwartung) und Value (Wert) sind top-down: erfahrungsgesteuerte Einflüsse —> basieren auf dem mentalen Modell des Operateurs.

P(A) = Salience - Effort + Expectancy + Value

• scan Training: Kalibrierung von Erwartung an tatsächliche Häufigkeit und Wert

• Display design: Salienz einer AoI sollte pos. mit Wert korrelieren.

  Abstand zwischen zwei Anzeigen, die häufig zusammen gescannt werden müssen, sollte gering sein um Effort niedrig zu halten

  Kontextuelle Hinweisreize sollten nah an der AoI platziert werden, wo ein Zielreiz auftauchen wird um Effort niedrig zu halten.

• Safety Prediction: Gefährliche Vernachlässigung bestimmter AoI lässt sich mit dem SEEV-Modell abschätzen. Direkter Bezug zur Signalentdeckungstheorie

Supervisory control: Überwachende Regelung / Steuerung bestimmter Kanäle —> Sampling

Noticing: auch Überwachung ABER betont unerwartete plötzliche Veränderungen im gesamten Gesichtsfeld —> die Veränderungen müssen BEMERKT werden.

Die menschliche Wahrnehmung ist im Allgemeinen sensitiv gegenüber Veränderungen aber es kann trotzdem zu Fehlern kommen.

Beispiele: Change Blindness und inattentional Blindness

Nicht-Erkennen von Veränderungen in der Umgebung

Häufig durch Unterbrechungen generiert (Sakkaden, Blinzeln, physische Objekte etc.) die zu einer Maskierung der Veränderung führen.

Um die Veränderung zu erkennen ist das Arbeitsgedächtnis notwendig

• Hoher Taskload: aufmerksamkeitsbindende konkurrierende Aufgabe —> Belastung des Arbeitsgedächtnisses

• Geringe Salienz Des veränderten Stimulus

• Höhere Salienz kann Change Blindness verhindern (pop-out, Attentional Capture)

• Hohe Exzentrität: Ereignis passiert in Entfernung zum Fixationspunkt

• Geringe Vorhersagbarkeit: Change Blindness ist weniger wahrscheinlich, wenn die Aufmerksamkeit kurz vor oder nach der Veränderung auf der Position der Veränderung liegt

• Hohes Gefährungspotenzial aber kann auch für positive Zwecke genutzt werden

Nutzen:

• Überprüfung der Aufmerksamkeitszuwendung auf Orte und Objekte im Displayraum

• Displayökonomie: Daraus abgeleitet, wo sollten wichtige / unwichtige Informationen präsentiert werden? Wo ist das Display detailliert, wo reicht gröbere Darstellung

• Unsichtbare Veränderung: Veränderungen, die der Nutzer nicht wahrnehmen soll —> Vermeidung von Ablenkung

Implikationen:

• Visuell vermittelte Veränderungen erreichen nicht unbedingt den Nutzer

• Daher sollte Redundanz erzeugt werden: nicht nur visuelle Veränderung!

• Nur ein dynamisches Event gleichzeitig auftreten lassen

• Unterschiede so explizit wie möglich machen

• Erwartung eines Ereignisses kann durch Training verbessert werden

“Looking, but failing to see”

• Wir sehen Objekte ohne uns dieser Objekte bewusst zu werden

• Bsp: Video Basketball + Affe

Ausmaß der inatt. Blindn. ist abhängig von

• der Schwierigkeit der Aufgabe (interind. Unterschiede in Expertise, Arbeitsgedächtniskapazität, Aufmerksamkeitskapazität)

• Visuelle Ähnlichkeit der Stimuli (Je ähnlicher desto weniger Blindness)

• fast alle alltäglichen Bereiche sind anfällig für change / inattentional blindness

• kurze Unterbrechung der Aufmerksamkeit genügt (Abschweifen des Blicks, Wimpernschlag etc.)

• Gefährlich wenn Informationen Sicherheit beeinträchtigen können (Straßenverkehr, Flugverkehr)

• Treten häufig bei Displays auf

• Selbstüberschätzung der Korrektheit der visuellen Wahrnehmung

• Glaube, dass man mehr dargebotene Information verarbeitet als tatsächlich der Fall ist

• Überschätzung der Breite: “Alle Details einer visuellen Szene können gleichzeitig verarbeitet werden”

• Überschätzung der Gleichmäßigkeit: “Alle regionen einer visuellen Szene werden mit Aufmerksamkeit betrachtet”

• Überschätzung der Tiefe: “Wahrgenommene Information schafft es detailliert ins Arbeitsgedächtnis”

• BLINDNESS BLINDNESS: Wir sind blind für diese Blindheiten

Attentional Tunnerling ist Datengetrieben —> Bottom-Up

Cognitive Tunneling ist durch mentales Modell getrieben —> Top-Down

Übermäßige (mehr als optimale) Aufmerksamkeitszuwendung zu bestimmter Informationsquelle, Vernachlässigung anderer Quellen —> führt zu Fehlern in der Aufgabenerledigung

Ursachen:

• Hohe Salienz eines irrelevanten Stimulus (Größere, Veränderung, Farbe etc.)

• Andere Stimuli (z.B. Anzeigen) werden ignoriert

Einengung der Aufmerksamkeit aufgrund von Vorannahmen und Hypothesen. Die Aufmerksamkeitszuwendung geschieht Erfahrungs- und Erwartungsgestützt. (—> Confirmation Bias)

Ursachen:

• Mentales Modell lenkt Aufmerksamkeit falsch

• Insb. bei Mehrfachaufgaben durch falsche Beurteilung der Aufgabenwichtigkeit

• Es resultieren Fehler bei der Handlungsauswahl

Nein! sie bedingen sich oft gegenseitig

• keine klare Trennung von Bottom-Up und Top-Down

• kognitive Hypothese führt zu selektiver Wahrnehmung

• Attentional Tunneling kann zum Aufstellen einer kogn. Hypothese verleiten

• Nur eine Veränderung pro Zeiteinheit

• Alle Elemente die sich verändern zusammen gruppieren

• Animationen und Kontext-Cues verwenden um Veränderungen sichtbar zu machen

• Areale die sich nicht verändern weniger Salient machen, die die sich verändern mehr salient machen

• Dyanmische Elemente im Aufmerksamkeitsfokus platzieren

• Workload messen / Eye tracking um Inattentional Blindness zu entdecken

• Ziel: Finden eines vordefinierten targets (beim noticing geht es um das entdecken eines unerwarteten reizes)

• selektive Aufmerksamkeit (Scheinwerfer) wird über das Suchfeld bewegt

Freie Suche: Target ist vorgegeben, der Suchraum ist nicht strukturiert (z.b. landkarte)

Strukturierte Suche: Target ist vorgegeben, Suchraum ist strukturiert (z.b. Tabelle)

Geführte Suche: Top-Down Faktoren leiten die Suche —> mentales Modell

Useful Field of View (UFOV)

Fixationsdauer (Dwell time)

Suchraum

useful field of view

kreisförmiges Areal um den Fixationspunkt

wird bei der Suche über die Suchfläche bewegt

Größe: 1 bis 4 Grad Sehwinkel

• Die Fläche die gescannt werden kann hängt von Größe des UFOV und der verfügbaren Zeit ab

• Fehlerquellen: es wird nicht der gesamte Raum gescannt, und selbst wenn: inattentional blindness

Dwell Time, bestimmt die Zeit der visuellen informationsverarbeitung für ein UFOV

Abhängig von:

• Dichte der relevanten Info

• Wichtigkeit des Kanals

• Expertise des Beobachters

Lange Fixation spricht für erschwerte Extraktion der Info (tiefe Verarbeitung —> Uneindeutigkeit)

Lange Fixation unabhängig von Aufgabe und Kontext —> suboptimale Anzeigengestaltung

Kann geografischer Raum oder Bildschirm sein

Suche maßgeblich von kognitiven Faktoren bestimmt (Ziele, Kosten nutzen überlegungen)

Kognitive Einflüsse sind meist stärker als Anzeigeneinflüsse

Konsequenzen:

• kein konsistentes Muster bei Absuchen

• Display getriebene Suchstrategien werden von wissensbasierten Suchstrategien dominiert

Eyetracking: Heatmap

Eyetracking: Sakkadenkarte

in welcher Reihenfolge wird der Suchraum abgesucht

Numerosity: Anzahl an potentiellen Distraktoren

Proximity / Readout: Nah angrenzende Anzeigen

Disorganizational: Unstrukturierte Anordnung von Elementen

Heterogenous: Heterogenität der nicht-zielführenden Hintergrund elemente

Alle Arten von Clutter erschweren die visuelle Suche, oft treten sie gemeinsam auf.

Serial Self Terminating Search

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

Eigenschaften:

• Position des Targets ist dem Suchenden nicht bekannt

• Target kann im Suchraum präsent oder nicht präsent sein

• Größe des Suchraum (Set-size) variiert

• Suche ist seriell (von Reiz zu Reiz)

• keine Annahme über die Reihenfolge der Suche

• Suche beendet wenn: Zielreiz gefunden oder gesamter Suchraum erfolglos gescannt wurde

Sternberg-Aufgabe (Sternberg, 1969)

• Suche ist nicht immer selbstbeendend (insbesondere bei mehreren Zielreizen und Zählaufgaben)

• Suche ist nicht immer seriell, vorallem wenn der Zielreiz eine saliente eigenschaft hat (Pop out)

• Zeit pro Item wird länger, wenn Distraktoren und Zielreize eigenschaften teilen

• Parallele Suche ist wahrscheinlicher je höher die Unterscheidbarkeit ist

• Schnellere Suche wenn die Distraktoren Homogen sind

• Suche nach Reiz MIT merkmal ist leichter als nach Reiz dem ein Merkmal FEHLT

• verschiedene Zielreize zu suchen verlängert die Suchzeit erheblich

• Ausführliches Training mit konsistentem Mapping kann die Suchleistung automatisieren

Radiologie

Wahrscheinlichkeit steigt mit Dauer der Suche

nicht linearer zusammenhang, asymptotisch, kein erreichen des Maximums

Trade-Off zwischen Detektionswahrscheinlichkeit und Suchzeit

Misses werden durch zwei Fehler begründet:

• Inattentional Blindness

• Stopping Policy (wann höre ich mit der Suche auf? konservativ vs. liberal)

Sie wächst sukzessiv mit der Anzahl der Elemnte die zwischen Start- und Zielelement liegen.

Aber: Die UFOV kann auch mehrere Elemente abdecken!

Summer der Zeiten der einzelnen Komponenten:

• Konfiguration, die Eigenschaften emergent machen

  Bsp. Die Anzeigen so ausrichten, dass die Zeiger im Normalzustand in die gleiche Richtung zeigen —> Abweichung hat dann Pop-Out-Effekt

• räumliche Nähe

  Bsp. HUD/AR: Überlagerung von Informationen ermöglicht geteilte aufmerksamkeit

• Objektbezogene Nähe

  Bsp: Kombination zweier Informationen in einem Display

Bei hoher Task-Proximity sollte display-proximity hoch sein!

und andersrum!

• Grafiken sind statisch, Anzeigen dynamisch

• Verständlichkeit dynamischer Anzeigen: § Müssen die Dynamik und Struktur des physischen Systems abbilden

  —> ökologische Kompatibilität

• Müssen mit dem Vorwissen des Nutzers (mentales Modell) vereinbar

  —> Anzeigenkompatibilität

• Nicht-Übereinstimmung des mentalen Modells mit dem physikalischen System führt häufig zu Fehlern

• Dynamik und Struktur des Systems sollte im mentalen Modell ange- messen und korrekt repräsentiert sein

• Da Wissen über das System durch die Anzeige des MMS vermittelt wird, müssen die Anzeigen möglichst intuitiv verständlich sein

Statische Kompatibilität (Struktur des Systems)

• Bildhafter Realismus (= principle of pictorial realism, PPR)

• Color Coding

Dynamische Kompatibilität (Dynamik des Systems)

• Bewegungskompatibilität (= principle of the moving part, PMP)

—> Förderung der Intuitiven Verständlichkeit

• Anzeige sollte möglichst eine bildhafte Repräsentation des darzustel- lenden Systems sein

• in Reinform meist nicht möglich; abdecken mögicher Eigenschaften

• Beispiel: topologische Struktur des Systems

  • Anordnung und Nähe von Displaykomponenten sollten der Anordnung und Nähe von Systemkomponenten möglichst entsprechen —> (a) besser als (b)

P1: Stetige Variablen analog darstellen

—> Anzeigen-Kompatibilität; insbesondere bei Variablen mit hoher Dynamik, da Veränderungen leichter erkennbar sind, wenn sie analog statt digital angezeigt werden

P2: Richtung und Form der Darstellung

(z. B. wo ist oben / höher, wo ist unten / tiefer repräsentiert?) sollten der Realität entsprechen

(Systemzustand ändert sich über die Zeitàkann als Variable charakteri- siert werden)

• Veränderungen sind bedeutsam und sollten schnell sichtbar werden

• Transformation digitaler Information in analoges Format erfordert zu- sätzlichen kognitiven Verarbeitungsschritt: längere Fixationen, höhere Verarbeitungszeit, größere Fehlerhäufigkeit

• ABER: Ob das analoge oder das digitale Format geeigneter ist, hängt sehr stark von der Aufgabe ab, für die das Display benutzt wird

• Angabe der exakten Zeit: Digital besser als analog

• Schnelle Schätzung der Minuten bis zu einem Zeitpunkt: Analog besser als digital

  
  

• —> gibt auch hybride Lösungen

• Richtung und Form der Anzeigen sollten konsistent mit mentalem Modell und physikalischer Größe sein

• Beispiel (Form): Vertikaler Aspekt der Höhe sollte vertikal umgesetzt werden.

• Beispiel (Richtung): Hohe Höhenangaben sollten im Display oben, niedrige Höhenangaben unten angezeigt werden.

• Displays können aber auch „zu realistisch“ in ihrer Bildhaftigkeit seinànaiver Realismus (naïve realism)

• Untersuchung (Smallman & Cock, 2011):

  • Vergleich fotorealistischer und topografischer Karten

  • Fotorealistische Karten wurden von Probanden als realistischer und besser geeignet für die Navigation bewertet

  • Aber Leistung schlechter mit fotorealistischen Karten a

• Begründung

  Hohe Datendichte fotorealistischer Karten (viele aufgabenirrelevante Details) —> erhöht die kognitive Beanspruchung durch Ablenkung

  (vgl. cluttering)

Farben können bei der Displaygestaltung eingesetzt werden, um Informationen zu strukturieren

• Color Coding: konsistente Verwendung von Farbe zur Vermittlung einfacher Information

• Für bestimmte Formen dieser Farbkodierung bestehen Konventionen (z.B., rot = Gefahr, grün = ok)

• Konventionen und kulturelle Unterschiede (z.B., Populationsstereotype)

• Farbe sticht aus einfarbigem Hintergrund hervor

  —> schnelle visuelle Verarbeitung (siehe "pop out“)

• Sinnnvoll für die Kodierung kategorialer, qualitativer Informationen sein

• Trennung unterschiedlicher Objektkategorien des Displays und unterschiedlicher diskreter Systemzustände

  
  

• Aber: Schwierigkeiten der Unterscheidung zwischen Farben (insbe- sondere bei wechselnden Lichtverhältnissen)

  • Empfehlung: nicht mehr als sieben verschiedene Farben pro Display verwenden; bei wechselnden Lichtverhältnissen noch weniger

• Unterschiedliche Farben eignen sich jedoch nicht für relative Mengenangaben (rot ist nicht mehr als grün)

  • Farbintensitäten / -helligkeiten sind hierfür besser geeignet

Richtung, in die sich Komponenten eines Displays bewegen (z.B. der Zeiger), sollte der Richtung entsprechen, in die sich das physikalische System bewegt, dessen Bewegung angezeigt wird

•  Räumliche Veränderung ist mit Bewegung verbunden,

  • z.B. beim Sinken oder Steigen eines Flugzeugs

• Darstellung der Aspekte der Bewegung (Richtung, Geschwindigkeit, etc.) durch korrespondierende Aspekte

• Unterstützt den Aufbau eines geeigneten mentalen Modells

• Ist nicht immer ohne weiteres möglich, so dass Trade-offs in Betracht gezogen werden müssen

• Änderung der Flughöhe durch Zeiger- bewegungen nach unten (sinken) und nach oben (steigen) anzeigen

• Prinzip des bildhaften Realismus (PPR) und der Bewegungskompatibilität (PMP) sind erfüllt

Nachteile

• nur für einen kleinen / festgelegten Wertebereich möglich

  • für große Wertebereiche ist die Darstellung entweder nicht groß (z.B. viele Angaben mit kleiner Größe) oder nichtpräzise genug (wenige Angaben unter Auslassung von Zwischenwerten)

• Menschliche Wahrnehmung benötigt ein festes Bezugssystem

• Parameter, an denen sich das Wahrnehmungssystem orientieren kann, unabhängig davon, ob wir uns bewegen oder nicht

• Insbesondere zentral nach vorne gerichtete Be- reiche, aber auch periphere Bereiche sind dafür wichtig (Gibson, 1979)

  Invarianten::

• Texturgradient

• Spreizung (splay) / Kompression (compression)

• (Global) Optical Flow

• Tau (time to contact)

• Edge Rate

• Oberflächen sind meist strukturiert, abhängig von Materialeigenschaften des Bodens

• Spezifische Strukturiertheit ist nach Gibson die Textur a

• Texturgradient: In weiterer Entfernung erscheinen die Elemente des Bodens zunehmend dichter gepackt

• Besonders guter Anhaltspunkt, da er auch bei Bewegung konstant bleibt —> nicht der Fall bei anderen Kriterien

Beispiel: Beim Passieren der Schilder bleibt die Textur trotz der Bewegung bestehen.

Spreizung und Kompression sind wichtig für die Wahrnehmung von Höhe

Anflug auf eine Landebahn

Größere Höhe:

• Vertikale Linien schließen sich nicht am Horizont; weisen im Vordergrund geringere Spreizung auf

Abnehmende Höhe:

• Vertikale Linien schließen sich am Horizont

  —> weisen im Vordergrund größere Spreizung auf

• Horizontale Linien verdichten sich zum Horizont hin (höhere Kompression)

  —> rücken im Vordergrund weiter auseinander

Zusammen bildet dies einen Bezugsrahmen für die Höhenwahrnehmung

• schnelle Flugzeugbewegungen: Bewegungskompati bilität (OI)

  —> kurzfristiger Verstoß gegen das Prinzip des bildhaften Realismus

• Ist die Lage dann stabil, wird dieser Verstoß kompensiert, indem die Darstellung langsam dem Prinzip des bildhaften Realismus (IO) folgend angepasst wird

• Hoch automatisiert / bottom-up

• Ausgelegt auf die Wahrnehmung naher Objekte und Oberflächen bei Eigenbewegung (egomotion, Bewegung durch die 3D Welt)

• Peripheres (ambientes) Sehen —> visuelle Rezeptoren über ge-

  samte Retina verteilt

• Assoziation mit ökologischer Wahrnehmungspsychologie

• Kontrolliert / top-down

• Abhängig von Schlussfolgerung und höheren kognitiven Funktionen (z.B. Ziele, mentale Modelle, etc.)

• Objektwahrnehmung (alle Entfernungen)àexplizite, be- wusste Beurteilung von Tiefe und Entfernung zu Objekten

• Fokales Sehen —> visuelle Rezeptoren —> vor allem foveal

• Bieten eine Möglichkeit, ein höheres Maß an bildlichem Realismus zu erzielen

• Primär für räumliche Aufgaben hilfreich (sonst Gefahr des naiven Realismus)

• Aber: beliebt bei Nutzern (räumliche Tiefe wird als sehr „attraktiv“ bewertet)

• 3D Displays sind eher kompatibel mit dem mentalen Modell von Piloten, das

  der drei-dimensionalen Welt entspricht

• Konstruktion eines 3D Modells aus 2D Information erfordert mehr mentalen

  Aufwand

• Perspective Display integriert die Information über Höhe (y), und Position (x,z) in einem dreidimensionalen Display

• Plan View Display zeigt Position (x,y) zweidimensional an, repräsentiert aber die Höheninformation über Symbole: höher/tiefer als eigenes Flugzeug.

• In beiden Displays zeigen die Geraden die Flugrichtung an.

Highway in the Sky (HITS) Anzeigen

• vermitteln aktuelle Position und zu fliegende Route

• nutzen hierfür lineare Perspektive und relative Größe

Tangible User Interface

reale physische Objekte zur Reprä- sentation und Inter- aktion mit computergenerierten Infos

Erweiterte Realität

fügt realer Welt computergenerierte Informationen hinzu

Erweiterte Virtualität

fügt reale Informationen zu einer computergenerierten Umgebung hinzu

Virtuelle Realität

komplett com- puter-generierte Umgebungen

Training

• Planung militärischer Missionen, chirurgische Eingriffe, Flug- und Fahrsimulation

• E-Learning (virtual classroom)

Therapie

• Insbesondere bei Phobien und Traumatisierung

Interaktive Zusammenarbeit

• Computerspiele (multi-/ single-player)

• Soziale Umgebungen

• Telemedizin / Tele-Reha

• Verzögerungen (Systemlatenz durch Messung der Kopf-/ Augenbewegung und Berechnung bzw. Fehleranfälligkeit)

  • 15-20 ms Latenz vermindert bereits deutlich Präsenz- und Immer- sionsgefühl

• Verzerrungen (durch schmales Sichtfeld)

  • Ebene Flächen scheinen anzusteigen, abwärtsgehende Schrägen werden als weniger stark fallend wahrgenommen

  • Entfernungen in der Tiefe werden unterschätzt, der virtuelle Raum wird kleiner wahrgenommen, als er ist bzw. sein soll.

  • HMD (pincushion distortion („Nadelkissenverzerrung): Raum ist an den Enden des Displays gestaucht oder gestreckt, was zu schlechterer Tiefenwahrnehmung führt

• Orientierungsschwierigkeiten

  • Bei großen virtuellen Umgebungen kann sich der Nutzer verirren

  • Karten unterstützen in VR bei der Orientierung, sind aber schwierig umsetzbar (erfordern hohe Auflösung)

• Cybersickness

  • Unwohlsein durch Darstellung von Bewegungen in VR

  • Übelkeit, Schwindel, Desorientierung

  • Wird insbesondere durch Displayverzögerungen (lags) bzw. Diskrepanzen zwischen Kopf- und Displaybewegungen (gain mismatch) hervorgerufen

  • Stereoskopische Bilder können auf Dauer zudem das visuelle System überfordern (weniger Lidschlüsse, trockene Augen)

    
    

• Fazit: Virtuelle Realitäten haben trotz ihrer Probleme ein großes Potential für die Analyse und das Training im Human-Factors-Bereich

VR und AR sind eine gute (und mittlerweile auch einigermaßen günstige) Moeglichkeit, eine dritte Dimension darzustellen.

• Die Dynamik und Struktur des physischen Systems abbilden

  —> ökologische Kompatibilität

• Mit dem Vorwissen des Nutzers und seiner Wahrnehmung vereinbar sein

  —> Anzeigenkompatibilität

  • Hohe Anzeigenkompatibilität erleichtert den Aufbau angemessener mentaler Modelle und steigert somit das Verständnis des aktuellen Systemzustands.

• Bei Anzeigenkompatibilität wird unterschieden, zwischen

  • dem statischen Aspekt: Prinzip des bildhaften Realismus; PPR &

  • dem dynamischen Aspekt: Prinzip der Bewegungskompatibilität; PMP

• Anzeigen- und Schnittstellendesign können häufig nicht beide Prinzipien berücksichtigt werden —> In dieser Trade-off Situation muss entschieden werden, welches Prinzip jeweils wichtiger ist bzw. gegen welches eher verstoßen werden kann

  • Am besten ist es, wenn solche Widersprüche aufgelöst werden können, indem Kompromisse erreicht werden —> hybride Lösungen, frequency separation

• Für die Wahrnehmung der dritten Dimension sind cues wichtig, die mit der direkten (Peripherie —> Invarianten) und indirekten (foveal —> muss generiert werden, kognitive Kosten) Wahrnehmung verbunden sind

• Invarianten informieren über bestimmte Attribute der Eigenbewegung; objekt- und beobachterzentrierte Tiefen-Cues (statisch vs. dynamisch; monokular vs. Binokular) helfen bei der Übersetzung des 2D Retinabildes in eine 3D Repräsentation der Realität

• Tiefen-Cues können miteinander in Konflikt stehen und/oder sich gegenseitig dominieren

• 3D Anzeigen sind oft hilfreich bei Integrationsaufgaben, aber sind nicht immer zwangslaeufig die beste Wahl —>Aufgabenangemessenheit

Hohe Anzeigenkompatibilität erleichtert den Aufbau angemessener mentaler Modelle und steigert somit das Verständnis des aktuellen Systemzustands

• Hochfrequente Veränderungen (z.B. schnelle Veränderung der Höhe) folgen dem Prinzip der Bewegungskompatibilität, d.h. das Anzeigenelement das bewegt wird (Zeiger), entspricht dem Objekt, das sich tatsächlich bewegt

• Um zu vermeiden, dass das Anzeigeelement den Wertebereich ver- lässt, wird eine niedrig frequente Korrektur der Skala vorgenom- men, d.h. sie wird nachfolgend und langsamer als die Zeigerbewe- gung so angeglichen, dass der Zeiger sich wieder im mittleren Be- reich befindet.

Künstlicher Horizont, der die Lage des Flugzeugs zum Horizont anzeigt, wenn eine Kurve geflogen wird.

• Inside-out (IO) Display zeigt die Lageveränderung aus Sicht des Piloten, entspricht also der Sicht aus dem Cockpit (PPR+).

  • Dabei wird das Flugzeug als gerade dargestellt (PMP-), aber um die Neigung zu zeigen, muss der Horizont bewegt werden.

• Das Outside-in (OI) Display zeigt die Lageveränderung des Flugzeugs aus Sicht eines Dritten von hinten auf das Flugzeug.

  • Dabei wird das Flugzeug als geneigt dargestellt (PMP+), aber um die Neigung zu zeigen, muss der Horizont gerade bleiben (PPR-)

• Bei Höhenänderung bewegt sich der Zeiger in einem aktuell ausgewählten Skalenbereichà im Steigflug nach oben, im Sinkflug nach unten

• Verlässt der Zeiger den zentralen Skalenbereich, so beginnt die Skala langsam zu „rollen“, bis der Zeiger sich wieder ungefähr in der Mitte befindet

• Skala rollt damit nach unten (und zeigt höhere Werte an), wenn der Zeiger nach oben geht, um ein Steigen anzuzeigen und umgekehrt

  —> Zeiger und Skala verhalten sich also gegenläufig

• Basiert auf dem Prinzip der frequency separation

• Kompression —> Höhe

• Spreizung —> Höhe

• Muster optischen Fließens —> Richtung und Geschwindigkeit

• Tau —> Kontaktzeitpunkt

• Globales optisches Fließen —> Geschwindigkeit

• Edge rate —> Geschwindigkeit

Je mehr Tiefenhinweise verfügbar sind, desto stärker ist der subjektive Eindruck von Tiefe

• Tiefenhinweise unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Verlässlichkeit, d.h. wie sie zu einem verlässlichen Eindruck hinsichtlich Größe und Entfernung von Objekten

  „verrechnet“ werden

• Besonders verlässlich ist z.B. der Hinweis der Verdeckung, der deshalb im Fall von Konflikten andere Hinweise dominiert

• Beurteilen von Tiefen und Entfernungen ist die Hauptaufgabe der Tiefenwahrnehmung

• Transformation des zweidimensionalen Retinabildes in ein dreidimensionales Korrelat gelingt über Tiefenkriterien (depth cues)

• Unterscheidung zwischen

  • objektzentrierten und beobachterzentrierten Tiefenkriterien

  • monokularen und binokularen Tiefenkriterien

  • dynamischen und statischen Tiefenkriterien

• Ergibt sich aus der Rate der Texturveränderung und entsteht durch Zusammenwirken von Geschwindigkeit und Höhe des Betrachters

• Nimmt zu, je schneller wir uns bewegen und je näher wir dem Boden sind (Geschwindigkeitsüberschätzung; z.B. tiefer Sportwagen)

• Nimmt ab, je langsamer wir uns bewegen und je entfernter wir vom Boden sind (Geschwindigkeitsunterschätzung; Doppeldeckerbus)

• Zeit bis zum Kontakt mit einem Objekt, das auf dem Weg der sich bewegenden Person liegt (bei gleichbleibender Richtung und Geschwindigkeit)

• Veränderungsrate der Ausdehnung eines Objekts auf der Retina, das auf Kollisionskurs ist

  • Je höher die Rate, desto schneller erfolgt der Kontakt

  • Je näher am Objekt, desto größer das Retinaabbild

• Tau wird beeinflusst durch die Größe des Objekts und die Entfernung zum Betrachter

  • Tau wird unterschätzt für große, weit entfernte Objekte

  • Tau wird überschätzt für kleine, sehr nah gelegene Objekte.

Erhöhung der subjektiven Geschwindigkeit durch:

• Abstände von Randmarkierungen auf dem Weg zum Kreisverkehr zunehmend verringern

  • Erfolgreich getestet (Denton, 1980)

• Anzahl von Kanten / Diskontinuitäten, die das Blickfeld des Beobachters

  pro Zeiteinheit (in der Peripherie) passieren

  • Je größer die edge rate (je dichter die Pfosten bzw. Markierungsstriche aufeinander folgen), desto höher ist die wahrgenommene Geschwindigkeit

  • Global optical flow und edge rate sind hoch korreliert

• Beispiel: Leitpfosten am Fahrbahnrand, Fahrtstreifen der gestrichelten Linie

• Oben: rückwärts

• Unten: vorwärts

  
  

• Bei einer Vorwärtsbewegung entsteht ein sich ausdehnendes Muster

• Bei einer Rückwärtsbewegung ein sich zusammenziehendes Muster

  
  

• Beim Gehen liefern Muster des optischen Fließens Informationen über Körperschwankungen, die benutzt werden, um Bewegungskorrekturen durchzuführen und die eine aufrechte Haltung zu ermöglichen

Bei Moving Scale Displays bleibt der Zeiger fest, stattdessen bewegt sich die Skala nach unten (b) oder oben (c)

Design (b)

• große Höhen werden oben angezeigt (realismuskonform)

• Skala bewegt sich aber abweichend vom Flugzeug nach unten (nicht bewegungs- kompatibel)

Design (c)

• Skala bewegt sich wie das Flugzeug nach oben (bewegungskompatibel)

• aber große Höhen werden unten angezeigt (nicht bildhaft realistisch)

• Richtung & Relative Geschwindigkeit mit der sich Bildpunkte durch das Blickfeld bewegen

• Hinweise auf eigene Bewegungsrich- tung und -geschwindigkeit

• Fließen geht vom Expansionszentrum aus —> Stelle ohne Fließen im Blickfokus

  • Je schneller der Fluss ist, desto schneller ist die Eigenbewegung

  • Wird begleitet von einer Texturänderung im Vordergrund

Visuell / Graphisch:

• 2D oder 3D

• Exozentrisch oder Egozentrisch

Verbal:

• Wegbeschreibungen

Teilaufgaben:

• Standortbestimmung

• Routenplanung zum Ziel

• Zurücklegen eines Weges

• Kontrolle der Routeneinhaltung

• Zielerkennung und Stopp

Probleme:

• Wegoptimierung

• Wegrekonstruktion (Zurückfinden)

• Orientierungsverlust

Raumdarstellung von oben und der Seite auf zwei getrennten displays:

• Vorteil: Ablesen von z.B. Höhe leicht möglich

• Nachteil: Geringere Display Proximity als bei integrierter Darstellung (Obwohl taskproximity hoch ist)

Akteur selber wird durch Avatar oder Icon so präsentiert, als würde eine andere Person ihn von hinten betrachten.

Kann durch Kamerabilder ergänzt werden (augmendet virtuality) und mehrere Displays verwenden.

• Vorteil: Elemente entsprechen der realen Umgebung (bildhafter Realismus), welche großflächig um den Akteur herum dargestellt wird

• Nachteil: Entfernungsschätzung schwierig bzw. Ungenau

Immersed view, 3D darstellung POV quasi.

• Vorteil: Bildhafter Realismus

• Nachteile: Entfernungsschätzungen ungenauer + keyhole view (Betonung des Blicks nur nach vorn)

• Ermöglicht kaum einen Aufbau des Verständnisses über die Umgebung

• “Blindes Befolgen” kann gefährlich sein

Frame of Reference Transformation

bekannteste FORT ist mentale Rotation.

Wird benötigt, wenn die beiden Bezugsrahmen nicht übereinstimmen: Norden (exozentrisch) und Vorne (Egozentrisch)

• Leistung am besten, wenn die Karte zur Richtung der Navigation passt: Track up / heading up vs. north up (fixiert)

• In 2D Karten möglichst FORT kosten minimieren

• You-Are-Here-Maps (YAH-Maps): festinstalliert, Ausrichtung passt zur Blickrichtung

• Elektronische Karten so drehen, dass sie immer nach vorne zeigt (beschriftungen anpassen für lesbarkeit)

1. Stetige Anpassung der elekt. Karte erschwert Aufbau eines mentalen Modells

2. Anpassung nicht für jeden notwending: hohe interindividuelle Untschiede in der mentalen Rotationsfähigkeit

3. Erschweren Kommunikation: Hier exozentrische Sicht geeigneter

Ja.

Up and over the Top ist am einfachsten

Rotationen die die vertikale Achse beinhalten sind schwieriger

Displaydesign: Zwei oder mehr Karten zur Aufgabenunterstützung (z.B. Co-Planar)

• am besten simultan darbieten

• Elemente möglichst gleich darstellen

• Proximity-Compatibility Principle beachten

Trainingsansätze:

• Training kognitiver / perzeptueller Fähigkeiten (z.b. mentale Rotation von Karten)

Egozentrisch:

• Landmark Knowledge

• Route Knowledge (prozedurales aber verbalisierbares wissen)

Exozentrisch:

• Survey Knowledge (interne Kognitive Karte über die topografische Struktur einer Region, die unverzerrt und analog die räumlichen Relationen wiedergibt —> Kartenwissen

All diese Wissensformen verbessern Navigation und Verständnis des Raums

Route knowledge: durch navigatorische Praxis

Survey Knowledge: Durch den umgang mit Karten

Asymmetrie: navigatorische Praxis kann auf lange sicht zum erwerb von survey knowledge führen, aber umgekehrt ist dies sehr viel schwieriger

route- und survey knowledge werden nicht sequentiell erworben sondern entstehen meist parallel.

Planung: Start, Ziel, Etappen & Wege, Entfernungen, Zeiten, Hindernisse

Ausführung: Raumwahrnehmung, Fortbewegung, Wahrnehmung der Eigenbewegung, Räumliches Wissen

Überwachung: Wo bin ich? Wohin will ich? Woher komme ich?

1. Szene muss wahrgenommen werden und Aufmerksamkeit gerichtet werden

2. Raum muss verstanden werden (Räumliches Arbeitsgedächtnis)

3. Richtung muss ausgewählt werden

4. Auswahl mus ausgeführt werden

1. Ungewissheit (und damit verbundenes Risiko)

2. Zeit und Zeitdruck

3. Relevanz von Expertise / Bekanntheit der Situation

Experten können häufig schnell und intuitiv die richtige Entscheidung fällen. (Aber nicht immer)

Novizen wägen mehr ab und treffen häufiger falsche Entscheidungen

1. Maximierung des erwarteten (langfristigen) Nutzens (Expected Value)

2. Erzielen eines guten Ergebnisses: gute Entscheidungen führen zu zufriedenstellenden Resultaten, schlechte nicht —> Aber HINDSIGHT BIAS

3. Expertise hilft dabei, bessere Entscheidungen zu treffen, stellt diese aber nicht sicher

1. Rationale / Normative Entscheidungsstrategien: legen fest wie Menschen idealerweise entscheiden sollten, um den Nutzen einer Entscheidung zu maximieren (Gold Standard)

2. Kognitive / Informationsverarbeitende Entscheidungsfindung: fokussiert auf Verzerrungen und Limitation bei Strategiewahl und Etnscheidungsroutinen (Heuristiken)

3. Naturalistische Entscheidungsfindung beschäftigt sich mit Entscheidungen in der realen Umgebung, schließt Einflüsse wie Expertise, Komplexität, Zeitverlauf usw. ein

Nicht wahrgenommene Informationen können nicht in Entscheidungsfindung einbezogen werden.

Entscheidungsstrategien können mehr oder weniger aufwändig und komplex sein

• z.b. rationale Entscheidung auf Basis normativer Entscheidungsstrategien vs. Heuristiken

Die Rückversicherung bezogen auf die Diagnose (Entscheidung)

• Handlung führt zu Änderung in der Umwelt (Feedbackschleife)

• Dadurch entstehen iterative Diagnoseprozesse

• Es entsteht dabei Erfahrung —> mögliche Grundlage für zukünftige Entscheidungen

Beinhaltet wissen über bestehende Limitationen im Entscheidungsprozess (wieviel weiß ich? wv nicht? wieviel Aufwand betreibe ich?)

beurteilt / steuert die Art der Entscheidungsfindung und wirkt sich auf die Qualität der Entscheidung aus

SB ist die BASIS für korrekte Diagnose und effektive Entscheidung.

a) Informationswert

Reliabilität (wahrscheinlichkeit, das dem Cue geglaubt werden kann) x Diagnostizität (Ausmaß der Evidenz für eine bestimmte Hypothese) = Informationswert

b) Salienz (physikalische Eigenschaften)

1. Fehlen von Informationen:

   fehlende Cues müssen erinnert werden

   gute Entscheider denken im Vorfeld an fehlende Informationen und verschieben ggf die Entscheidung (Metakognition)

2. Informationsüberflutung:

   selektive Aufmerksamkeit wird herausgefordert.

   Qualität der Entscheidung steigt nicht immer mit der Zahl der Informationen.

   Es werden häufig nicht alle Cues genutzt.

   Unter Zeitdruck sinkt die Qualität der Entscheidung mit Zunahme der Cue-Anzahl.

3. Unterschiedliche Salienz:

   Salience Bias (je salienter, desto beachteter).

   schwierig zu verarbeitende Info wird vernachlässigt.

   bei gleicher Salienz haben unangenehme Informationen einen größeren Einfluss.

   Abwesenheit von Informationen wird nur eingeschränkt genutzt um alternativen auszuschließen —> confirmation bias

4. Undifferenzierte gewichtung von Informationen:

   Verläuft nach Alles oder nichts prinzip

   Eher leicht erreichbare Informationen werden als Grundlage für die Entscheidung gewählt (cheapskate mentality)

   Bei Weitergabe von Informationen besteht die Gefahr, dass Informationen zu ihrer Diagnostizität und Reliabiltät verloren gehen.

Fließen durch das Wirken des Langszeitgedächtnisses in die Entscheidungssituation ein —> Häufig die Grundlage von Heuristiken (mentale Shortcuts)

Die Verwendung von Heuristiken vermeidet die Verarbeitung aller relevanten Informationen und spart so Zeit und Ressourcen, aber das Risiko suboptimale Entscheidungen zu treffen steigt.

• Diagnose aufgrund von korrelierten Cues

• Es wird versucht ein Match herzustellen zwischen dem beobachteten Zustand und früheren Erfahrungen

• Ist problematisch wenn

  Hinweise unvollständig, mehrdeutig, nicht prototypisch

  Anwendung ohne Berücksichtigung der Basisrate

• Wenn keine Cues vorhanden sind, benutzen menschen für Diagnose wahrgenommene Wahrscheinlichkeiten und Basisraten

Beurteilung von Häufigkeit oder Wahrscheinlichkeit basierend auf der Zugänglichkeit relevanter Erinnerungen bzw. Leichtigkeit mit der Hypothesen ins Bewusstsein gebracht werden können (availability)

• Häufige Ereignisse werden leicher abgerufen als seltene Ereignisse —> prinzipiell valide schätzbasis für Wahrscheinlichkeiten

• Aber: Neben der Auftretenshäufigkeit von Ereignissen beeinflussen auch andere Variablen die Verfügbarkeit: Recency, Einfachheit, Elaboration im Gedächtnis, Bekanntheitsgrad

Es gibt starke Präferenz zu Gunsten der ersten Anname —> mentaler Anker

primacy effect vlg. auch confirmation bias

auch recency effect möglich

Lösungsansatz: Informationen möglichst simultan darbieten.

Informationssuche wird bei hoher subjektiver Sicherheit zu früh beendet

Es werden verstärkt Informationen gesucht, die die eigene Annahme bestätigen.

Mehrdeutige Informationen werden verzerrt interpretiert.

Selektive Wahrnehmung

Phantom memory: widersprüchliche Informationen werden nachträglich umgedeutet (falsch berichtet), zusätzliche konsistente Informationen, die in der Situation nicht vorlagen aber zu ihr passen werden nachträglich berichtet (Unbewusster Effekt)

Zufälligkeit wird falsch eingeschätzt. Besonders bei dichotomen Ereignissen wie dem Münzwurf.

Wahrscheinlichkeit für Kopf Kopf Kopf wird niedriger eingeschätzt als Kopf Zahl Kopf.

++ bei Häufiger Wiederholung des gleichen Ereignisses wird die Wahrscheinlichkeit des Gegenereignisses überschätzt.

Bei wiederholten Entscheidungen sinkt zunehmend die Anstrengung, die in Entscheidungsfindung investiert wird.

• Führt zu weniger Sorgfalt und Prüfung der Situation

• Über die Zeit werden kognitive Ressourcen erschöpft, das führt zu einfacherer Entscheidungsstrategie

Trotz der ganzen Biases und Heuristiken sind Menschen keine schlechten Entscheider.

Heuristiken sind effiziente Entscheidungsrichtlinien, die oft positive Ergebnisse herbeiführen.

Oft gibt es keine Alternative zu Heuristiken (Zeitdruck)

Fast alle Biases und Heuristikfehler können mit gutem Training adressiert werden.

Richtung der Entscheidungsforschung, die sich damit beschäftigt, wie Entscheidungssituationen systematisch analysiert und dann rational entschieden werden kann.

Die MAUT: Multi Attribute Utility Theorie

SEU: Subjective Expected Utility Theory

Einfache Wahl: eine Option ist auf allen Bewertungsdimensionen am besten

Entscheidungsproblem: Das ist nicht der Fall, es müssen die Bewertung der Attribute und die Wichtigkeit der Attribute zur Entscheidung herangezogen werden.

Pro Handlungsoption werden zuerst die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten der Zustände der Welt mit ihrem Wert multipliziert und danach aufsummiert.

Es sind einfache Entscheidungsstrategien, im Alltag können verschiedene Faktoren die Anwendung erschweren:

• Menschen streben nicht immer nach Gewinnmaximierung (Bsp.: streben nach minimierung des max. Verlusts)

• Es ist oft schwierig den Optionen objektive Werte zuzuordnen

• Die Beziehung von objektivem Value und subjektiven Kosten und Nutzen ist keine lineare Funktion (Prospect Theory)

• Subjektive Wahrscheinlichkeitsschätzungen sind oft nicht objektiv

1. Direkter Gedächtnisabruf:

   Kein erneutes abwägen, Handlung aus Erfahrung (besonders bei bekannter Domäne und hohem Zeitdruck)

2. Divergenz von objektiven und subjektiven Nutzen/Kosten

   Prospect Theory: schon geringe Verluste werden stark überbewertet. Loss aversion

3. Verzerrte Wahrnehmung von Wahrscheinlichkeiten:

   meistens werden Wahrscheinlichkeiten unterschätzt. Extrem seltene Ereignisse werden als unmöglich angesehen. Wahrscheinlichkeit sehr seltener Ereignisse wird überbewertet. Bei geringen wahrscheinlichkeiten verläuft Kurve flach (sluggish beta)

4. Framing - Effekt

   Bei gewinnorientierte Formulierung ist man risikoavers, bei kostenorientierter Formulierung ist man risikofreudig

1. Heuristiken (z.B. Verfügbarkeitsheuristik)

2. Angstfaktor: unkontrollierbare, unvermeidbare Ereignisse werden in ihrer Häufigkeit überschätzt

3. Unbekanntheitsfaktor: unbekannte Phänomene werden als gefährlicher eingestuft

4. Freiwilligkeit: “verharmlost” das Gefahrenpotenzial

1. “Debiasing” Training

2. Prozeduralisierung

3. Automatisierung

• Feedback in probabilistischen Situation ist oft nicht eindeutig (z.b. schlechtes Vorgehen führt zu gutem Ergebnis) kann zu verstärkung von schlechtem verhalten führen

• Feedback ist oft verzögert

• Feedback wird selektiv verarbeitet (confirmation bias, oder steht nur selektiv zur Verfügung)

Debiasing: bewusstmachung bekannter Verzerrungen

• Overconfidence Bias: sich bewusst machen, warum meine Hypothese nicht stimmen könnte

• Bewusstes Nutzen aller (auch nicht salienter) hinweisreize (Beispiel: mangel von Symptomen)

Eindeutiges, spezifisches unmittelbares Feedback

Das vorschreiben von normativen Wegen der Entscheidungsfindung.

(z.B. SEU & MAUT)

Wahrnehmungsphase: Computer können bei der Informationsintegration helfen

Diagnosephase:

• passive Rolle: Entlasten des Arbeitsgedächtnisses mittels Aufzeichnung oder Verrechnung von Werten

• Aktive Rolle: Generierung von Diagnosen und Vorhersagen

Handlungsauswahlphase: Automatisierung kann Handlungsalternativen aufzeigen und mit Informationen hinterlegen

• Repräsentation von Information, die nicht mehr vorhanden ist

• Erinnern von Information ist essentiell für nahezu alle Dinge des täglichen Lebens

• Vergessen wichtiger Informationen kann kritisch / gefährlich für viele Situationen und Aufgaben sein

Langzeit-Gedächtnis ist eine Zeitmaschine, die uns hilft:

• Ereignisse und Gefühle wieder zu erleben (episodisch)

• Fakten zu erinnern, die wir gelernt haben (semantisch)

• Pläne für die Zukunft zu erinnern (prospektiv)

• Motorschemata anzuwenden (prozedural)

Arbeitsgedächtnis „speichert“ und „verarbeitet“

• Speichert Informationen für wenige Sekunden

• Verarbeitet Information

• Lenkt Aufmerksamkeit aus (external und internal)

• Gestaltung von Technik kann Gedächtnis entlasten oder be- lasten (Fehler, Verzögerungen, Beanspruchung)

• Trainings im Bereich der Mensch-Technik-Interaktion dienen der Vermittlung von:

  • Wissen über das System

  • motorischen oder mentalen Fertigkeiten

• Trainingsgestaltung sollte generell unter Berücksichtigung der Fähigkeiten und Beschränkungen des menschlichen Gedächt- nisses erfolgen

• Bodencrew vergisst Druckkabinenregelung nach

  Wartungsarbeiten zurück auf Automatik zu stellen

• Die Piloten vergessen während der Checkliste zu überprüfen, ob der Schalter auf „AUTO“ steht

• Folgefehler führen zum Absturz des Flugzeugs

Hilfe-Menü (Instruktionen)

• Meist in einem neuen Fenster / Browser

• Nutzer müssen dann zwischen zwei Fenstern wechseln und zwischendurch die Schritte „im Kopf behalten“

• Dies führt zu Verzögerungen und Wechselkosten

1. Enkodieren: Aufnehmen von Informationen in ein Speicher- system (Arbeits- oder Langzeit- gedächtnis)

2. Speichern: Repräsentation von Informationen (Wichtig: Art undDauer der Speicherung)

3. Dekodieren / Retrieval: Dinge aus dem Gedächtnis wieder zu- gänglich machen

• Informationen, die entweder von außen oder aus dem Langzeit- gedächtnis kommen, werden hier (möglichst) so lange gespeich- ert, wie sie benötigt werden

• Von außen kommende Informationen werden im Arbeitsspeicher prozessiert. Sie können (je nach Verarbeitungsintensität) in den Langzeitspeicher gelangen – oder sie „verfallen“.

• Das Arbeitsgedächtnis fungiert als Kurzzeitspeicher, dessen Kapazität und Speicherdauer begrenzt sind

Arbeitsgedächtnis als Kurzzeitspeicher besteht aus mehreren Subsystemen

• Zwei modalitätsspezifische Komponenten

  • phonologische Schleife

  • visuell-räumlicher Notizblock

• zentrale Exekutive (Ressourcenverwaltung)

• episodischer Puffer

• Repräsentiert Informationen in sprachlicher / phonetischer Form, wie Wörtern oder Klängen (auditiver Code)

• Aufrechterhaltung der Information durch rehearsal (wiederholtes Artikulieren, vokal oder subvokal)

  —> Schleife schützt vor Ver- blassen der Information

• Repräsentiert visuelle / räumliche Informationen in analoger Form (bildhafter Code).

• Zuständig für die Aufrechterhaltung von visuellen Informationen und Manipulation (z. B. Drehen einer Karte im Kopf)

• „Neueste“ Komponente: temporärer, passiver Speicher, in dem die verschiedenen Komponenten des Arbeitsgedächtnisses interagieren

  —> Verbinden verschiedener perzeptueller Eigenschaften zu einer "Episode“

• Zugriff auf diesen Puffer erfolgt bewusst

• Kontrolle der Arbeitsgedächtnisaktivität

  • Verteilung der Ressourcen auf die einzelnen Komponenten (Fokussierung, Bewegung und Loslösung von Aufmerksamkeit; Ausblenden von Störreizen)

• Verbindung zum Langzeitgedächtnis

• Koordination der Verarbeitungsprozesse beim Multitasking

• Messwerte des Arbeitsgedächtnisses (z. B. Zahlenspanne / digit span) sagen eine Vielzahl von Leistungen voraus:

  • Lesen, Schreiben, Schlussfolgern und Denken, Multitasking, komplexe Entscheidungen in der Luftfahrt etc.

• Arbeitsgedächtnisleistung sinkt mit dem Alter

• Arbeitsgedächtnis stellt eine grundlegende Kontrollinstanz dar, die für viele kognitive Aufgaben unverzichtbar ist

  • Zentrale Exekutive: Kein Speicher im eigentlichen Sinne, eher Kapazität für kontrollierte, aufrechterhaltende Aufmerksamkeit

Interferenzen in modalitätsspezifischen Subkomponenten: q

• Wenn zwei unterschiedliche Aufgaben (A1, A2) ein Subsystem beanspruchen, kommt es zur Interferenz

• Beanspruchen die Aufgaben (B1, B2) unterschiedliche Subsysteme, kommt es zum time sharing

• Nicht anfällig für modalitätsspezifische Interferenz, sondern für konkurrierende Aufgaben höherer Anforderung

• Aufgaben mit kontrollierten (nicht-automatisierten) Prozessen

  (z. B. zufälliges Generieren von Buchstaben)

• Benötigt hohes Maß an Aufmerksamkeit selbst bei viel Übung

Interferenz: Aufgaben konkurrieren um die Ressourcen eines Subsystems und stören / unterbrechen einander

• Aufgaben sollten so konzipiert werden, dass sie diese Form der Störung / Unterbrechung vermeiden

• Displays sollten die Form haben, die dem Code entspricht, den eine Aufgabe verlangt (z. B. visuell-räumlich bei Navigation)

• Arbeitsgedächtnis am besten unterstützt, wenn Anzeigeformat mit Aufgabencode übereinstimmt

• Wenn zur Primäraufgabe eine weitere Aufgabe hinzukommt, die das gleiche Subsystem beansprucht, kann es sinnvoll sein, von diesem Prinzip abzuweichen!

• Navigationsgerät ablesen: visuell-räumliche Ressourcen (Anzeige des Weges auf der Karte)

• Autofahren: visuell-räumliche Ressourcen (Außenblick, Ablesen der Instrumente)

• Aufgaben konkurrieren (Interferenz im visuell-räumlichen Notizblock; Wechselkosten)

• Abhilfe schafft akustische Navigationsunterstützung (beansprucht phonologischen Speicher, time sharing möglich)

• Dauer, mit der Informationseinheiten gespeichert werden

• Anzahl der Informationseinheiten, die parallel Platz finden

• Beide Limitierungen interagieren: Zeitlicher Verfall ist umso schneller (Dauer), je mehr Informationseinheiten gleichzeitig behalten werden müssen (Kapazität)

Speicherdauer und -anzahl wurden im Brown-Peterson-Paradigma überprüft:

• Behalten von Items (1-7 oder mehr Buchstaben)

• Gleichzeitig rückwärts zählen (zum Vermeiden von Rehearsal)

• Reproduktion der Items auf Hinweisreiz nach Be- haltensintervall (retention interval)

• Information zerfällt nach 10-15 Sekunden (wenn kein rehearsal vorgenommen werden kann)

• Zerfallsdauer für verbal- und visuell-räumlich-kodierte Informationen sind nahezu identisch

• Schneller Verfall hat nachteiligen Einfluss auf Bewältigung von Aufgaben, die längeres Behalten erfordern, deren Lösung aber rehearsal verbietet

Grenzen des Arbeitsgedächtnisses: Kapazität

• Klassischer Befund: Gedächtnisspanne (memory span) liegt bei

• 7 +/- 2 Informationseinheiten (oder chunks): – Genaue Grenze abhängig von jeweiligen Aufgabencharakteristika und Rahmenbedingungen

• Binnenstruktur beeinflusst die Spanne: 4 7 1 1 (4 chunks) können zu 47 11 (Siebenvierzig-elf) auf ein chunk reduziert werden.

• Das nennt man chunking: Zusammenfassung in größere, semantisch sinnvolle Einheiten (via episodischer Puffer)

• Chunking wird erleichtert durch parsing (physische / akustische, sinnvoll gruppierte Darbietung von Einheiten, z. B. 47 11 statt 4711 oder 4 7 1 1)

• Beispiel: erinnern an Telefonnumern in chunks aus drei elementen am besten, Piloten erinnern sich besser an 4-stellige Codes die in zwei Chunks getilt werden (27 40; 2 7 4 0)

Interferenz: Abruf einer Information aus dem Gedächtnis wird gestört durch andere Gedächtnisinhalte

Man unterscheidet zwei Formen:

• Bei der retroaktiven Interferenz beeinträchtigt eine nachfolgende Lernerfahrung das Erinnern vorher erlernten Materials

  Beispiel:

  • Nach einem Umzug parkt der Autofahrer seinen Wagen jeden

    Abend an Platz C

  • Versucht er sich an den Parkplatz vor dem Umzug zu erinnern, stört die Erinnerung an den aktuellen Platz C, das Erinnern des alten Platzes A

• Bei der proaktiven Interferenz stört eine vorangegangene Lernerfahrung das Er- innern nachfolgenden Lernmaterials

  Beispiel:

  • Ein Autofahrer parkt seinen Wagen jeden Abend an Platz A

  • An einem Abend ist dieser Platz besetzt und er muss an Platz B parken

  • Beim Erinnern des aktuellen Parkplatzes am nächsten Morgen stört die Erinnerung an Platz A das Erinnern von Platz B

• Lange Folgen ähnlich klingender Informationseinheiten sollten vermieden werden

  —> Verwechslungsgefahr

• Für verschiedene Informationsquellen möglichst unterschiedliche Codes (verbal vs. visuell-räumlich) verwenden

  —> Reduzierung von Interferenz

• Buchstaben- und Zahlenfolgen sollten möglichst so strukturiert werden, dass chunking unterstützt wird

  —> Erhöhung der Speicherkapazität

• In der Zeit unmittelbar vor, während und nach der Speicherung von Information sollten Verarbeitungsprozesse, die den gleichen Code beanspruchen wie das zu erinnernde Material, möglichst vermieden werden

  —> Vermeidung von proaktiver und retroaktiver Interferenz