Psychophysiologische Profile in nutzerzentrierten Mensch-Maschine-Systemen: Extraktion kardialer und elektrodermaler Profile zur Bewertung der mentalen Beanspruchung

Nutzerzentrierte Mensch-Maschine-Systemen sind darauf ausgerichtet, sich an die jeweiligen Anforderungen, Bedürfnisse und Gefühlszustände der nutzenden Person anzupassen. Dabei sollen adaptive Assistenzsysteme dem Menschen dann Unterstützung anbieten, sobald die kognitiven Ressourcen der Person an ihre Grenzen stoßen. Die kognitive Ressourcenauslastung wird durch das Konstrukt der mentalen Beanspruchung repräsentiert. Mit der physiologischen Messmethode kann die mentale Beanspruchung kontinuierlich und störungsfrei an der Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine erfasst werden. ... mehrWelche der zahlreichen physiologischen Parameter die mentale Beanspruchung zuverlässig abbilden, ist bis heute nicht eindeutig geklärt. Um valide von einer gemessenen physiologischen Aktivität auf die mentale Beanspruchung einer Person schließen zu können, fordern Cacioppo und Kollegen (Cacioppo & Tassinary, 1990; Cacioppo, Tassinary & Berntson, 2000, 2007, 2017) in ihrem theoretischen Rahmenmodell die Neustrukturierung physiologischer Einzelparameter zu physiologischen Profilen. Eine solche Neustrukturierung physiologischer Parameter wird in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe von drei empirischen Studien umgesetzt. Hierfür werden mittels mehrdimensionaler Analyseverfahren kardiale und elektrodermale Profile aus den kardialen und elektrodermalen Einzelparametern abgeleitet. Diese sagen die mentale Beanspruchung nicht nur bedeutsam und spezifisch vorher, sondern sind auch über verschiedene mentale Belastungsfaktoren generalisierbar. Die physiologischen Profile werden in die Taxonomie von Cacioppo et al. (2000, 2007, 2017) eingeordnet und die Potentiale bei der Verwendung der Profile in einer nutzerzentrierten Mensch-Maschine-Schnittstelle dargelegt.

User-centered human-machine systems are oriented on the user’s requirements, needs and emotional states. In this context, adaptive assistance systems are designed to offer personal support as soon as the imposed task demands exceed the person’s cognitive resources. The imposed task demands on the person’s information processing resources are represented by the construct of mental workload. To identify a person’s mental workload, the physiological measuring method can be used. With this method the mental workload can be measured continuously and without interference at the interface between human and machine. ... mehrThere are numerous physiological parameters which are dicussed as potential indicators for mental workload. However, it has not yet been conclusively defined which of these physiological parameters can be used as valid representators of mental workload. According to the framwork of Cacioppo and colleagues (Cacioppo & Tassinary, 1990; Cacioppo et al., 2000, 2007, 2017) single physiological parameters should be restructured into physiological profiles to validly infer a person’s mental workload from the physiological meassure. In the present thesis, such a restructuring of physiological parameters is performed on the basis of three empirical studies. This is done by deriving cardiac and electrodermal profiles from single cardiac and electrodermal parameters using multidimensional analysis methods. The resulting profiles predict a person’s mental workload significantly and specifically, but can be also be generalized across different mental workload domains. Finally, the physiological profiles are mapped to the taxonomy of Cacioppo et al. (2000, 2007, 2017) and the potentials of using the profiles in a user-centered human-machine interface are outlined.