Blickbasierte Beanspruchungsmessung : Entwicklung und Evaluation eines Kalibrierungssystems zur individuellen Bewertung der mentalen Beanspruchung in der Mensch-Technik-Interaktion

In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Verfahren zur blickbasierten Erfassung der mentalen Beanspruchung von Menschen in der Interaktion mit technischen Systemen entwickelt. Die zuverlässige Erfassung der mentalen Beanspruchung bildet eine der wichtigsten Vorrausetzungen für die menschenzentrierte und nachhaltige Gestaltung sozio-technischer Systeme. Das entwickelte Verfahren berücksichtigt die hohe Individualität der Informationsverarbeitungsprozesse und der physiologischen Reaktionen des Menschen. Durch die Verwendung einer Kalibrierungsaufgabe, wird eine individuelle Beanspruchungsfunktion aus verschiedenen okularen Beanspruchungsindikatoren (z. ... mehrB. Blinzelrate, Pupillendurchschnittsvariabilität, Fixationsdauer) hergeleitet. Diese individuelle Herangehensweise ermöglicht eine zuverlässige Quantifizierung und Vorhersage der mentalen Beanspruchung zur direkten Ableitung beanspruchungsrelevanter Systemgestaltungsmaßnahmen. Neben den Verhaltensänderungen in Abhängigkeit von der Dauer der Tätigkeit, der Aufgabenart und der Anforderungshöhe, berücksichtigt der Algorithmus ebenfalls bewusste und unbewusste Veränderungen der Verhaltensstrategien von Anwendern. Es werden insgesamt drei experimentelle Studien beschrieben, in denen das Verfahren schrittweise hergeleitet, entwickelt und erprobt wird. Die Aufgaben der Studien, die den Probanden gestellt werden, umfassen sowohl kognitive als auch manuelle Tätigkeiten in kontrollierten Versuchsumgebungen. Es zeigen sich Vorteile des individuellen Ansatzes gegenüber den bisherigen generellen und differenzierten Vorgehensweisen hinsichtlich der Sensitivität und Diagnostizität in der Beschreibung der mentalen Beanspruchung über physiologische Indikatoren. Durch die kontinuierliche Aufzeichnung und die hohe zeitliche Auflösung des Blickerfassungssystems wird eine genaue Beschreibung des Beanspruchungsverlaufs ermöglicht.

In this thesis a new method for ocular mental workload assessment of humans in the interaction with technical systems is developed in order to optimize the human-centered design of socio-technical systems. For the first time, the developed method considers the high individuality of human information processing and the physiological responses. An individual workload function is derived from different ocular workload indicators (e. g. blinks rate, pupil dilations, fixation durations) by the use of a standardized calibration task. This individual approach allows a reliable quantification and prediction of the mental workload for the direct derivation of relevant system design aspects. ... mehrIn addition to the behavioral changes depending on the time on task, the type of task and the level of requirements, the algorithm also considers the distinction of conscious and unconscious changes in behavioral strategies. A total of three experimental studies are described in which the method is gradually derived, developed and tested. The tasks given to the subjects within the studies include both cognitive and manual activities in controlled experimental environments. The individual approach shows advantages regarding the sensitivity and diagnosticity in the description of the mental workload via physiological indicators compared to the common general and differentially procedures. The continuous recording combined with the high temporal resolution of the eye tracking system allows an exact description of the workload profile.