Das Verbundprojekt 'Fahrer als Sensor' hatte zum Ziel, mithilfe neurowissenschaftlicher Methoden in Echtzeit kognitive Parameter beim Autofahren zu erfassen, zu charakterisieren und zu evaluieren. Hierfür wurde zunächst von Seiten der Charite 'eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt, welche verschiedenartige (neuro)-physiologische und behaviorale Korrelate im Zusammenhang mit Vigilanz, Müdigkeit, Monotonie sowie Überlastung (Workload) umfasste. Auf dieser Grundlage wurde ein experimentelles Paradigma erarbeitet und Studien im realen Fahrszenario durchgeführt, bei denen Probanden auf einem relativ unbefahrenen Autobahnabschnitt fuhren, während die Gehirnaktivität mittels Elektroenzephalographie (EEG), Elektromyogramm (EMG) und Elektrookulogramm (EOG) sowie subjektive Parameter der Vigilanz aufgezeichnet wurden. Zusätzlich wurde eine auditorische ('oddball') Zweitaufgabe dem Fahren hinzugefügt: Hierbei wurden den Probanden seltene und häufige akustische Stimuli präsentiert, wobei sie auf die seltenen per Tastendruck reagieren sollten. Die Analyse des EEGs ergab, dass eine P300-Komponente auf selten dargebotene akustische Reize elizitiert werden konnte und dass deren Amplitude mit einer schnellen Reaktionsfähigkeit zunahm. Allerdings erwies sich die Vorhersage des kognitiven Fahrerzustandes im Echtzeit-EEG als schwierig, da zu wenige Einzelereignisse und zu viele externe und interne Störeinflüsse, d.h. zu viele unabhängige/unbekannte Variablen, vorhanden waren. Auf Grundlage dieses empirischen Befundes bzgl. der Merkmalsextraktion auf Echtzeitebene wurden zwei Laborstudien konzipiert, welche eine Verbesserung der Signalqualität und dementsprechend eine zuverlässigere Exploration der unabhängigen Variablen durch kontrollierte Laborbedingungen gewährleisten sollten. Dazu wurden allgemeine Anforderungen erarbeitet, die zu einem Paradigma führten, welches in der ersten Studie drei Bedingungen beinhaltete (Baseline, bei der die Probanden nur ein Fixationskreuz betrachten sollten; passive Fahrbedingung, bei der die Probanden eine Fahrt eines einfachen Fahrsimulators aus Sicht eines Fahrers auf einer dreispurigen leeren Strasse mit Hinweise zum Spurwechsel betrachten sollten; aktive Fahrbedingung, bei der die Probanden ein Fahrzeug am Simulator steuern mussten) und in der zweiten Studie zwei Bedingungen (Baseline; aktive Fahraufgabe). Zusätzlich wurde in der ersten Studie eine auditorische und in der zweiten eine visuelle Zweitaufgabe hinzugefügt. Die Ergebnisse beider Laborstudien zeigten eine reduzierte parieto-okzipitale Alphaaktivität in der aktiven Fahrbedingung im Vergleich zur Baseline. Des Weiteren trat bei der akustischen Zweitaufgabe eine Interaktion zwischen den Bedingungen und den Reaktionszeiten (schnelle vs. langsame) auf. Hierbei zeigte sich eine erhöhte parieto-okzipitale Alpha-Aktivität bei schnellen auditorischen Reaktionszeiten in der aktiven Fahraufgabe. Bei der visuellen Zweitaufgabe hingegen war eine reduzierte parieto-okzipitale und frontale Alphaaktivität für schnelle Reaktionszeiten (unabhängig von der Bedingung) sichtbar. Die gemeinsame Interpretation der Ergebnisse der ersten und zweiten Laborstudie weist demnach auf eine Modulation der Alphaaktivität in Abhängigkeit der Modalität der Zweitaufgabe (akustisch oder visuell) hin. Dies bedeutet, dass falls eine weitere Modalität (in der ersten Laborstudie die akustische) für die Verarbeitung der Aufgabe relevant wird, hierfür Ressourcen verwendet werden, welche nun mehr auf die akustische als auf die visuelle Verarbeitung fokussieren und daher zu einer Erhöhung der Alpha-Aktivität führen. In einem unimodalen Setting hingegen kann eine starke Fokussierung auf den visuellen Input, welche sich in einer supprimierten Alpha-Aktivität äußert, zu einer schnelleren Reaktionszeit führen. Diese Ergebnisse stellen einen wichtigen Hinweis für die Interpretation parieto-okzipitaler Alpha-Aktivität hinsichtlich visueller Aufmerksamkeit und Reaktionsbereitschaft in einem realen Fahrszenario dar. Somit kann eine erhöhte parieto-okzipitale Alpha-Aktivität bei einer Fahraufgabe als Indikator für Ablenkung unabhängig von der interferierenden Modalität angesehen werden.

    The project 'Fahrer als Sensor' aimed at investigating real-time cognitive parameters of car drivers by means of objective neuroscientific methods. To this end, Charite first performed an extended literature research covering different (neuro)-physiological and behavioural correlates with respect to vigilance, drowsiness, monotony and workload. On the basis of this literature research first studies in a real driving scenario were performed in which participants had to drive along a relatively light traffic highway section while the following parameters were measured: the brain activity by means of electroencephalography (EEG), electromyogram (EMG), electrooculogram (EOG), and subjective vigilance parameters. Additionally, a second auditory (oddball) task was added. In this task subjects heard frequent and infrequent acoustic stimuli to which they had to react via a button press. The EEG analysis showed a P300 component in relation to infrequent stimuli. Its amplitude increased with a fast reaction time. However, the prediction of the driver's cognitive state in the real-time EEG turned out to be difficult as too few single events and too many external and internal perturbations, i.e., too many independent/unknown variables, were present. Considering this empirical finding two laboratory studies were conceived which should ensure a better signal quality and as a consequence provide a more reliable exploration of the independent variables by means of controlled laboratory conditions. General requirements were developed and resulted in a paradigm consisting of three conditions in the first study (baseline in which participants had to simply watch a fixation cross; a passive driving condition in which participants had to watch a drive in a simulator from the perspective of a driver showing an empty three-lane street with cues regarding lane changes; active driving condition in which subjects had to drive a car in the simulator) and of two conditions in the second study (baseline; active driving). Additionally, a secondary auditory task in the first study and a secondary visual task in the second study was added. Results of both laboratory studies showed a reduced parieto-occipital alpha activity in the active driving condition in contrast to baseline. Furthermore, an interaction between the conditions and reaction times (fast vs. slow) were present in the secondary auditory task. Here, an increased parieto-occipital alpha activity was found for fast auditory reaction times in the active driving condition. In the secondary visual task, in contrast, a reduced parieto-occipital and frontal alpha activity was observable for fast reaction times (irrespective of the condition). The combined interpretation of the results of the first and second laboratory study reveals a modulation of alpha activity dependent on the modality of the secondary task (auditory or visual). This suggests that, if an additional modality (in the first laboratory study the auditory modality) becomes relevant, resources are focused more on acoustic than on visual processing leading to an increase in alpha activity. In a unimodal setting, in contrast, a strong focusing on the visual input, which showed up in a suppressed alpha activity, led to faster reaction times. The results provide important cues for the interpretation of parieto-occipital alpha activity with respect to visual attention and reaction readiness in a real driving scenario. Thus, an increased parieto-occipital alpha activity in a driving task constitutes an indicator of distraction independent of the interfering modality.


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    Titel :

    Aufmerksamkeitszustand und adaptive Fahrerassistenzsysteme: Integration in den Regelkreis Fahrer - Fahrzeug - Umfeld. Teilprojekt. Schlussbericht. Projekt: FaSor - Fahrer als Sensor. Gewährleistung und Erhöhung der Verkehrssicherheit durch die Berücksichtigung des kognitiven Fahrerzustandes für eine optimale Wirkungsweise von Fahrerassistenzsystemen.


    Weitere Titelangaben:

    State of vigilance and adaptive driver assistance systems: integration into the controller loop driver- vehicle- environment. Subproject. Final report. Project: FaSor - the driver as a sensor. Assurance and improvment of the traffic safety by recognition of the cognitive driver behaviour to optimize the driver assistance system impact


    Beteiligte:
    Gugler, Manfred F. (Autor:in) / Schubert, Ruth (Autor:in) / Curio, Gabriel (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    21 Seiten, 6 Bilder, 35 Quellen


    Medientyp :

    Report


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch