TY - JOUR A1 - Kaufmann, Tobias A1 - Holz, Elisa M. A1 - Kübler, Andrea T1 - Comparison of tactile, auditory, and visual modality for brain-computer interface use: a case study with a patient in the locked-in state JF - Frontiers in Human Neuroscience N2 - This paper describes a case study with a patient in the classic locked-in state, who currently has no means of independent communication. Following a user-centered approach, we investigated event-related potentials (ERP) elicited in different modalities for use in brain-computer interface (BCI) systems. Such systems could provide her with an alternative communication channel. To investigate the most viable modality for achieving BCI based communication, classic oddball paradigms (1 rare and 1 frequent stimulus, ratio 1:5) in the visual, auditory and tactile modality were conducted (2 runs per modality). Classifiers were built on one run and tested offline on another run (and vice versa). In these paradigms, the tactile modality was clearly superior to other modalities, displaying high offline accuracy even when classification was performed on single trials only. Consequently, we tested the tactile paradigm online and the patient successfully selected targets without any error. Furthermore, we investigated use of the visual or tactile modality for different BCI systems with more than two selection options. In the visual modality, several BCI paradigms were tested offline. Neither matrix-based nor so-called gaze-independent paradigms constituted a means of control. These results may thus question the gaze-independence of current gaze-independent approaches to BCI. A tactile four-choice BCI resulted in high offline classification accuracies. Yet, online use raised various issues. Although performance was clearly above chance, practical daily life use appeared unlikely when compared to other communication approaches (e.g., partner scanning). Our results emphasize the need for user-centered design in BCI development including identification of the best stimulus modality for a particular user. Finally, the paper discusses feasibility of EEG-based BCI systems for patients in classic locked-in state and compares BCI to other AT solutions that we also tested during the study. KW - brain-computer interface KW - tactile auditory and visual modality KW - locked-in syndrome KW - user-centered design KW - end-user testing KW - assistive technology Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97079 ER - TY - JOUR A1 - Herbert, Cornelia A1 - Sfärlea, Anca A1 - Blumenthal, Terry T1 - Your emotion or mine: labeling feelings alters emotional face perception—an ERP study on automatic and intentional affect labeling JF - Frontiers in Human Neuroscience N2 - Empirical evidence suggests that words are powerful regulators of emotion processing. Although a number of studies have used words as contextual cues for emotion processing, the role of what is being labeled by the words (i.e., one's own emotion as compared to the emotion expressed by the sender) is poorly understood. The present study reports results from two experiments which used ERP methodology to evaluate the impact of emotional faces and self- vs. sender-related emotional pronoun-noun pairs (e.g., my fear vs. his fear) as cues for emotional face processing. The influence of self- and sender-related cues on the processing of fearful, angry and happy faces was investigated in two contexts: an automatic (experiment 1) and intentional affect labeling task (experiment 2), along with control conditions of passive face processing. ERP patterns varied as a function of the label's reference (self vs. sender) and the intentionality of the labeling task (experiment 1 vs. experiment 2). In experiment 1, self-related labels increased the motivational relevance of the emotional faces in the time-window of the EPN component. Processing of sender-related labels improved emotion recognition specifically for fearful faces in the N170 time-window. Spontaneous processing of affective labels modulated later stages of face processing as well. Amplitudes of the late positive potential (LPP) were reduced for fearful, happy, and angry faces relative to the control condition of passive viewing. During intentional regulation (experiment 2) amplitudes of the LPP were enhanced for emotional faces when subjects used the self-related emotion labels to label their own emotion during face processing, and they rated the faces as higher in arousal than the emotional faces that had been presented in the “label sender's emotion” condition or the passive viewing condition. The present results argue in favor of a differentiated view of language-as-context for emotion processing. KW - emotion regulation KW - language-as-context KW - affect labeling KW - face processing KW - event-related brain potentials KW - social context KW - social cognition KW - perspective taking Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97065 ER - TY - JOUR A1 - Kopf, Juliane A1 - Dresler, Thomas A1 - Reicherts, Philipp A1 - Herrmann, Martin J. A1 - Reif, Andreas T1 - The Effect of Emotional Content on Brain Activation and the Late Positive Potential in a Word n-back Task JF - PLoS ONE N2 - Introduction There is mounting evidence for the influence of emotional content on working memory performance. This is particularly important in light of the emotion processing that needs to take place when emotional content interferes with executive functions. In this study, we used emotional words of different valence but with similar arousal levels in an n-back task. Methods We examined the effects on activation in the prefrontal cortex by means of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) and on the late positive potential (LPP). FNIRS and LPP data were examined in 30 healthy subjects. Results Behavioral results show an influence of valence on the error rate depending on the difficulty of the task: more errors were made when the valence was negative and the task difficult. Brain activation was dependent both on the difficulty of the task and on the valence: negative valence of a word diminished the increase in activation, whereas positive valence did not influence the increase in activation, while difficulty levels increased. The LPP also differentiated between the different valences, and in addition was influenced by the task difficulty, the more difficult the task, the less differentiation could be observed. Conclusions Summarized, this study shows the influence of valence on a verbal working memory task. When a word contained a negative valence, the emotional content seemed to take precedence in contrast to words containing a positive valence. Working memory and emotion processing sites seemed to overlap and compete for resources even when words are carriers of the emotional content. KW - analysis of variance KW - electrode recording KW - electroencephalography KW - emotions KW - eyes KW - near-infrared spectroscopy KW - reaction time KW - working memory Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96687 ER - TY - JOUR A1 - Halder, Sebastian A1 - Varkuti, Balint A1 - Bogdan, Martin A1 - Kübler, Andrea A1 - Rosenstiel, Wolfgang A1 - Sitaram, Ranganatha A1 - Birbaumer, Niels T1 - Prediction of brain-computer interface aptitude from individual brain structure JF - Frontiers in Human Neuroscience N2 - Objective: Brain-computer interface (BCI) provide a non-muscular communication channel for patients with impairments of the motor system. A significant number of BCI users is unable to obtain voluntary control of a BCI-system in proper time. This makes methods that can be used to determine the aptitude of a user necessary. Methods: We hypothesized that integrity and connectivity of involved white matter connections may serve as a predictor of individual BCI-performance. Therefore, we analyzed structural data from anatomical scans and DTI of motor imagery BCI-users differentiated into high and low BCI-aptitude groups based on their overall performance. Results: Using a machine learning classification method we identified discriminating structural brain trait features and correlated the best features with a continuous measure of individual BCI-performance. Prediction of the aptitude group of each participant was possible with near perfect accuracy (one error). Conclusions: Tissue volumetric analysis yielded only poor classification results. In contrast, the structural integrity and myelination quality of deep white matter structures such as the Corpus Callosum, Cingulum, and Superior Fronto-Occipital Fascicle were positively correlated with individual BCI-performance. Significance: This confirms that structural brain traits contribute to individual performance in BCI use. KW - BCI KW - motor imagery KW - aptitude KW - DTI KW - fractional anisotropy Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96558 ER - TY - JOUR A1 - Pauli, Paul A1 - Glotzbach-Schoon, Evelyn A1 - Andreatta, Marta A1 - Reif, Andreas A1 - Ewald, Heike A1 - Tröger, Christian A1 - Baumann, Christian A1 - Deckert, Jürgen A1 - Mühlberger, Andreas T1 - Contextual fear conditioning in virtual reality is affected by 5HTTLPR and NPSR1 polymorphisms: effects on fear-potentiated startle JF - Frontiers in Behavioral Neuroscience N2 - The serotonin (5-HT) and neuropeptide S (NPS) systems are discussed as important genetic modulators of fear and sustained anxiety contributing to the etiology of anxiety disorders. Sustained anxiety is a crucial characteristic of most anxiety disorders which likely develops through contextual fear conditioning. This study investigated if and how genetic alterations of the 5-HT and the NPS systems as well as their interaction modulate contextual fear conditioning; specifically, function polymorphic variants in the genes coding for the 5-HT transporter (5HTT) and the NPS receptor (NPSR1) were studied. A large group of healthy volunteers was therefore stratified for 5HTTLPR (S+ vs. LL carriers) and NPSR1 rs324981 (T+ vs. AA carriers) polymorphisms resulting in four genotype groups (S+/T+, S+/AA, LL/T+, LL/AA) of 20 participants each. All participants underwent contextual fear conditioning and extinction using a virtual reality (VR) paradigm. During acquisition, one virtual office room (anxiety context, CXT+) was paired with an unpredictable electric stimulus (unconditioned stimulus, US), whereas another virtual office room was not paired with any US (safety context, CXT−). During extinction no US was administered. Anxiety responses were quantified by fear-potentiated startle and ratings. Most importantly, we found a gene × gene interaction on fear-potentiated startle. Only carriers of both risk alleles (S+/T+) exhibited higher startle responses in CXT+ compared to CXT−. In contrast, anxiety ratings were only influenced by the NPSR1 polymorphism with AA carriers showing higher anxiety ratings in CXT+ as compared to CXT−. Our results speak in favor of a two level account of fear conditioning with diverging effects on implicit vs. explicit fear responses. Enhanced contextual fear conditioning as reflected in potentiated startle responses may be an endophenotype for anxiety disorders. KW - 5HTTLPR KW - NPSR1 KW - gene × gene interaction KW - contextual fear conditioning KW - fear-potentiated startle Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96516 ER - TY - JOUR A1 - Platte, Petra A1 - Herbert, Cornelia A1 - Pauli, Paul A1 - Breslin, Paul A. S. T1 - Oral Perceptions of Fat and Taste Stimuli Are Modulated by Affect and Mood Induction JF - PLoS ONE N2 - This study examined the impact of three clinical psychological variables (non-pathological levels of depression and anxiety, as well as experimentally manipulated mood) on fat and taste perception in healthy subjects. After a baseline orosensory evaluation, ‘sad’, ‘happy’ and ‘neutral’ video clips were presented to induce corresponding moods in eighty participants. Following mood manipulation, subjects rated five different oral stimuli, appearing sweet, umami, sour, bitter, fatty, which were delivered at five different concentrations each. Depression levels were assessed with Beck’s Depression Inventory (BDI) and anxiety levels were assessed via the Spielberger’s STAI-trait and state questionnaire. Overall, subjects were able to track the concentrations of the stimuli correctly, yet depression level affected taste ratings. First, depression scores were positively correlated with sucrose ratings. Second, subjects with depression scores above the sample median rated sucrose and quinine as more intense after mood induction (positive, negative and neutral). Third and most important, the group with enhanced depression scores did not rate low and high fat stimuli differently after positive or negative mood induction, whereas, during baseline or during the non-emotional neutral condition they rated the fat intensity as increasing with concentration. Consistent with others’ prior observations we also found that sweet and bitter stimuli at baseline were rated as more intense by participants with higher anxiety scores and that after positive and negative mood induction, citric acid was rated as stronger tasting compared to baseline. The observation that subjects with mild subclinical depression rated low and high fat stimuli similarly when in positive or negative mood is novel and likely has potential implications for unhealthy eating patterns. This deficit may foster unconscious eating of fatty foods in sub-clinical mildly depressed populations. KW - analysis of variance KW - anxiety KW - citric acid KW - depression KW - glutamate KW - quinine KW - sensory perception KW - sucrose Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96421 ER - TY - THES A1 - Braun, Barbara T1 - Versorgung pathologischer Glücksspieler: Differentielle Aspekte der Inanspruchnahme von Hilfsangeboten T1 - Health care for pathological gamblers: individual characteristics of service utilization N2 - Ziele. Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war eine Bewertung der Versorgungslage von Personen mit glücksspielbezogenen Problemen in Deutschland. Dabei wurden 1) der Zugang zum Versorgungssystem, nämlich 1.1) Problembewusstsein bzgl. glücksspielbezogener Probleme und Erreichbarkeit von Glücksspielern über das Internet und 1.2) Faktoren der Inanspruchnahme von Hilfsangeboten untersucht sowie 1.3) eine Charakterisierung der Klientel in ambulanten Suchthilfeeinrichtungen und deren Zugang zum Hilfesystem vorgenommen. Zudem wurden in ambulanten Suchthilfeeinrichtungen 2) die erbrachten Leistungen für Personen mit glücksspielbezogenen Problemen und Einflussfaktoren auf die Versorgungsnutzung bzw. den Behandlungsverlauf sowie 3) das Behandlungsergebnis einer Analyse unterzogen. Methodik. Die Arbeit basiert auf drei Studien: einer Onlinestudie (OS), einer Versorgungsstudie (VS) und einer Bevölkerungsstudie (BS). In der OS wurde eine Gelegenheitsstichprobe von Personen, die einen im Internet bereitgestellten Selbsttest zu pathologischem Glücksspielen (PG) vollständig ausfüllten (n=277) und bei Erfüllen der Einschlusskriterien anschließend an einer vertiefenden Studie teilnahmen (n=52), hinsichtlich soziodemographischer Charakteristika, Spielverhalten und spielbezogener Motive, PG inklusive Folgen, Beratungserfahrungen sowie psychopathologischen Variablen untersucht. In den anderen Studien wurden weitestgehend dieselben Instrumente verwendet. Die VS war eine Verlaufsstudie (Messzeitpunkte: Behandlungsbeginn und -ende), bei der konsekutiv Klienten aus n=36 ambulanten Suchthilfeeinrichtungen in Bayern aufgenommen wurden, die sich zwischen April 2009 und August 2010 vorstellten (n=461). Für die BS wurden Daten aus dem Epidemiologi-schen Suchtsurvey 2006 und 2009 herangezogen, einer Deutschland weiten repräsentativen Querschnittbefragung 18- bis 64-Jähriger Erwachsener (2006: n=7.810; 2009: n=8.002). Ergebnisse. Zum Zugang zur Versorgung sind 1.1) über das Internet erreichbare Glücksspieler hauptsächlich junge, ledige Männer, von denen ungefähr die Hälfte die Diagnose PG erfüllen. Anhand der Spielmotive lassen sich drei Spielerklassen abbilden, die sich hinsichtlich ihres Schweregrads von PG unterschieden. Die Bereitschaft zur Teilnahme an einem Online-Präventionsprogramm hängt hauptsächlich mit der Anzahl erfüllter DSM-IV-Kriterien für PG zusammen. Im Gegensatz zur VS sind die online erreichten Glücksspieler jünger und zu einem höheren Anteil subklinisch pathologische Glücksspieler (SPG, ein bis vier erfüllte DSM-IV-Kriterien für PG). 1.2) Hinsichtlich der Faktoren der Inanspruchnahme bestätigen sich systematische Unterschiede zwischen Glücksspielern in Behandlung und nicht in Behandlung. Ebenso zeigen sich Unterschiede zwischen SPGr und pathologischen Glücksspielern (PGr). Dabei ist die Anzahl erfüllter DSM-IV-Kriterien für PG der wichtigste Prädiktor für einen positiven Behandlungsstatus. Auch soziodemographische Merkmale, insbesondere Alter und Staatsangehörigkeit, spielen eine Rolle. 1.3) Die Mehrheit der Klienten in ambulanten Suchthilfeeinrichtungen ist männlich, durchschnittlich 37 Jahre alt, ledig und kinderlos und hat häufig eine ausländische Staatsbürgerschaft. Die am häufigsten gespielte und bevorzugte Spielform ist das Spielen an Geldspielautomaten. Viele der Klienten haben bereits im Vorfeld Hilfe in Anspruch genommen und Gründe für die Vorstellung in der Beratungsstelle waren in ungefähr drei Viertel der Fällen finanzielle Probleme und bei ungefähr der Hälfte Probleme in der Partnerschaft. In der ambulanten Suchthilfe sind 2) Prädiktoren für eine längere Kontaktdauer u.a. der Einbezug der Familie und Gruppengespräche. Behandlungsabbrüche werden u.a. durch eine nicht-deutsche Staatsbürgerschaft und höhere Spielfrequenz vorhergesagt. 3) Reguläre Beendigung und höhere Kontaktzahl sind u.a. Prädiktoren für eine Verbesserung der Glücksspielsymptomatik. Schlussfolgerungen. Vor dem Hintergrund der Ergebnisse werden Implikationen für die Weiterentwicklung des Versorgungssystems zum einen im Sinne einer Erweiterung und Anpassung der Versorgungsstrukturen abgeleitet, wobei auf Information und Aufklärung, Früherkennung und Frühintervention mit einem Fokus auf Online-Angeboten sowie zielgruppen-spezifische Angebote unter anderem für Angehörige eingegangen wird. Auch die Wichtigkeit der Vernetzung verschiedener an der Beratung/Behandlung von PGr beteiligten Einrichtungen wird herausgestellt. Zum anderen beziehen sich die diskutierten möglichen Weiterentwicklungen auf das Versorgungsangebot und Behandlungsmerkmale, was Therapieumfeld/-voraussetzungen, Therapieplanung sowie therapeutische Maßnahmen beinhaltet. N2 - Aim. The aim of the following thesis was to analyze the health care situation of persons with gambling related problems in Germany. Research questions included 1) the access to treatment: 1.1) problem awareness with regard to pathological gambling (PG) and reachability of gamblers via the Internet, 1.2) factors influencing help seeking behavior and 1.3) characterization of gamblers in outpatient addiction care facilities. Furthermore, in the context of outpatient addiction care facilities 2) treatment measures and factors of treatment utilization as well as 3) improvement of gambling related problems were investigated. Methods. The thesis based on three studies: the online study (OS), the treatment study (TS) and the general population study (GS). After filling an online self-test completely (n=277), subjects fulfilling the inclusion criteria were recruited for the OS (n=52) as convenience sample. Data on socio-demographic characteristics, gambling behavior and motives, PG and consequences, former treatment and psychopathological symptoms was collected. In the other studies mostly the same instruments were used. In the VS, patients presenting in n=36 Bavarian outpatient addiction care services between April 2009 and August 2010 were examined at beginning and end of treatment consecutively (n=461). Data used for the GS comprised the Epidemiological Survey of Substance Abuse 2006 and 2009, a representative cross-sectional study of Germans aged 18 to 64 (2006: n=7,810; 2009: n=8,002). Results. Regarding access to treatment 1.1) Gamblers reachable via the Internet are mostly young single men and about half of them fulfills the diagnosis of PG. Taking into account gambling motives, three classes can be derived which differ with regard to severity of PG. Willingness to attend an online prevention program is associated with the number of fulfilled DSM-IV-criteria of PG. In comparison with the TS subjects in the OS are younger and more often subclinical pathological gamblers (SPGr, fulfilling one to four DMS-IV-criteria). 1.2) With regard to factors of help seeking systematic differences between gamblers in treatment and gamblers not in treatment are found. Also, SPGr and pathological gamblers (PGr) differ. Number of fulfilled DSM-IV-criteria is the main predictor for being in treatment. Furthermore, an impact of socio-demographic characteristics as age and nationality is noted. 1.3) The majority of patients in outpatient addiction care facilities is male, about 37 years, single, childless and has often a foreign nationality. Gambling on gaming machines is the most frequently participated and most preferred gambling activity. Many patients had attended some kind of treatment beforehand. Commonly indicated reasons for seeking help are financial problems (about three quarters) and relationship problems (about half of the cases). With regard to outpatient addiction care 2) predictors of more treatment contacts are, amongst others, inclusion of the family and group therapy. Treatment drop-out is, amongst others, predicted by foreign nationality and higher gambling frequency. 3) Regular treatment termination and more treatment contacts are, amongst others, predictors of improvement of gambling problems. Conclusions. In light of the results, implications for advancements of health care services are proposed with regard to, first, the extension and adaptation of health care structures which included the following aspects: information and dissemination, early detection and early intervention focusing on Internet based offers as well as offers for specific target group, e.g. for significant others. Also, the importance of cooperation between different services con-cerned with counseling/treatment for PG was stressed. Second, discussed advancements refer to tailoring of treatment offers according to patients´ needs, i.e. treatment setting and preconditions, treatment planning and treatment measures. KW - Glücksspieler KW - Pathologischer Glücksspieler KW - pathological gamblers KW - Pathologisches Spielen KW - Charakterisierung KW - Problembewusstsein KW - Suchthilfe KW - Versorgungsnutzung KW - characterization KW - problem awareness KW - addiction care KW - treatment utilization KW - Spielsucht KW - Suchtkrankenhilfe KW - Versorgung Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-95703 ER - TY - JOUR A1 - Meule, Adrian A1 - Fath, Katharina A1 - Real, Ruben G. L. A1 - Sütterlin, Stefan A1 - Vögele, Claus A1 - Kübler, Andrea T1 - Quality of life, emotion regulation, and heart rate variability in individuals with intellectual disabilities and concomitant impaired vision JF - Psychology of Well-Being: Theory, Research and Practice N2 - Background Positive associations have been found between quality of life, emotion regulation strategies, and heart rate variability (HRV) in people without intellectual disabilities. However, emotion regulation and HRV have rarely been investigated in people with intellectual disabilities. Assessment of subjectively reported quality of life and emotion regulation strategies in this population is even more difficult when participants are also visually impaired. Methods Subjective and objective quality of life, emotion regulation strategies, and HRV at rest were measured in a sample of people with intellectual disabilities and concomitant impaired vision (N = 35). Heart rate was recorded during a 10 min resting period. For the assessment of quality of life and emotion regulation, custom made tactile versions of questionnaire-based instruments were used that enabled participants to grasp response categories. Results The combined use of reappraisal and suppression as emotion regulation strategies was associated with higher HRV and quality of life. HRV was associated with objective quality of life only. Emotion regulation strategies partially mediated the relationship between HRV and quality of life. Conclusions Results replicate findings about associations between quality of life, emotion regulation, and HRV and extend them to individuals with intellectual disabilities. Furthermore, this study demonstrated that quality of life and emotion regulation could be assessed in such populations even with concomitant impaired vision with modified tactile versions of established questionnaires. HRV may be used as a physiological index to evaluate physical and affective conditions in this population. KW - Quality of life KW - Emotion regulation KW - Heart rate variability KW - Cardiac autonomic regulation KW - Intellectual disability KW - Impaired vision Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96247 UR - http://www.psywb.com/content/3/1/1 ER - TY - THES A1 - Mühlbacher, Dominik T1 - Die Pulksimulation als Methode zur Untersuchung verkehrspsychologischer Fragestellungen T1 - The multi-driver simulation as a method to investigate research issues in traffic psychology N2 - Fahr- und Verkehrssimulation sind neben Studien mit realen Fahrzeugen die gängigen Methoden der empirischen Verkehrswissenschaft. Während sich die Fahrsimulation mit dem Erleben und Verhalten von Fahrern beschäftigt, untersucht die Verkehrssimulation das gesamte Verkehrssystem. Der Bereich zwischen diesen Polen „Fahrer“ und „Verkehr“, in dem Fahrer aufeinander treffen und miteinander interagieren, ist angesichts der Bedeutung sozialer Prozesse für das Erleben und Verhalten ein wichtiger Aspekt. Allerdings wurde dieser Bereich in der Verkehrswissenschaft bisher nur unzureichend abgebildet. Auch in der Fahr- und Verkehrssimulation wurde dieser Aspekt bislang weitgehend vernachlässigt. Um diese Lücke zu schließen, wurde mit der Pulksimulation eine neue Versuchsumgebung entwickelt. Sie besteht aus miteinander vernetzten Fahrsimulatoren und ermöglicht es, Interaktionsfragestellungen zu untersuchen. Jedoch bringt die Anwendung der Pulksimulation neue Anforderungen an den Untersucher mit sich, die bei der Fahr- bzw. Verkehrssimulation nicht notwendig sind und für die Pulksimulation neu entwickelt werden müssen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, diese Methode zur Untersuchung verkehrspsychologischer Fragestellungen weiterzuentwickeln, zu prüfen und zu etablieren. In ersten Untersuchungsansätzen werden in acht Teilstudien die grundlegenden methodischen Besonderheiten der Pulksimulation am Beispiel des Folgefahrens und des Kreuzens betrachtet. Hierbei wird auch stets der Vergleich zu den bisher genutzten Versuchsumgebungen Einzelfahrsimulation und Verkehrssimulation gezogen. Folgende Fragstellungen wurden im Rahmen dessen beantwortet: (1) Wie unterscheidet sich eine Pulkfahrt von einer Einzelfahrt? (2) Welchen Einfluss haben nachfolgende Fahrzeuge im Pulk? (3) Welche Effekte haben Positionierungen im Pulk? (4) Wie unterscheiden sich reale Fahrer und Modelle im Pulk? (5) Wie wirkt sich die Einführung einer Nebenaufgabe auf den Pulk aus? (6) Wie wirken sich verschiedene Abstandsinstruktionen aus? (7) Mit welchen Parametern kann der Pulk beschrieben werden? (8) Wie kann das Verhalten des Pulks an Kreuzungen untersucht werden? Schließlich werden zwei Anwendungsbeispiele der Pulksimulation zu aktuell relevanten Themen aufgezeigt. In der ersten Untersuchung wird ein Gefahrenwarner evaluiert, der vor Bremsungen vorausfahrender Fahrzeuge warnt. Während Fahrer direkt hinter dem bremsenden Fahrzeug vom System nicht profitieren, steigt der Nutzen des Systems mit zunehmender Positionierung im Pulk an. In einer zweiten Studie wird ein Ampelphasenassistent untersucht. Dieser informiert den Fahrer während der Annäherung an eine Ampel über die optimale Geschwindigkeit, mit der diese Ampel ohne Halt bei Grün durchfahren werden kann. Um die Auswirkungen des Systems auf den nicht-assistierten Umgebungsverkehr bestimmen zu können, werden verschiedene Ausstattungsraten innerhalb des Pulks eingeführt. Mit diesem Untersuchungsansatz können gleichzeitig Effekte des Systems auf die assistierten Fahrer (z. B. Befolgungsverhalten), die nicht-assistierten Fahrer (z. B. Ärger) sowie das Verkehrssystem (z. B. Verkehrsfluss) bestimmt werden. Der Ampelphasenassistent resultiert in einem ökonomischeren Fahrverhalten der assistierten Fahrer, erhöht aber gleichzeitig in gemischten Ausstattungsraten den Ärger der nicht-assistierten Fahrer im Verkehrssystem. Erst bei Vollausstattung entwickelt sich dieser negative Effekt zurück. Die in den Anwendungsbeispielen berichteten Phänomene sind durch Untersuchungen in einer Einzelfahrsimulation oder Verkehrssimulation nicht beobachtbar. Insbesondere für die Untersuchung von Fragen, in denen soziale Interaktionen mit anderen Fahrern eine Rolle spielen, zeichnet sich die Pulksimulation in besonderer Weise aus. Hierfür liefert die Anwendung in der Pulksimulation zusätzliche Informationen und zeigt somit, dass die Pulksimulation das Methodeninventar in der Verkehrswissenschaft effektiv ergänzt. Sie stellt zum einen eine Erweiterung der Fahrsimulation um den Faktor „Verkehr“ und zum anderen eine Erweiterung der Verkehrssimulation um den Faktor „Mensch“ dar und wird so zu einem zentralen Bindeglied beider Versuchsumgebungen. Darüber hinaus erlaubt die Pulksimulation die Modellierung von Interaktionsverhalten im Straßenverkehr, was bisher nicht bzw. nur unter größtem Aufwand realisierbar war. Hierdurch können die Modelle der Fahr- und Verkehrssimulation weiterentwickelt werden. Mit den in dieser Arbeit neu entworfenen Parametern werden Kenngrößen zur Verfügung gestellt, die Variationen bezüglich Quer- und Längsführung auch auf Ebene des Pulks abbilden können. Weitere neu entwickelte Parameter sind in der Lage, Interaktionen über den Zeitverlauf zu beschreiben. Diese Parameter sind notwendig für den Einsatz der Pulksimulation in zukünftigen Untersuchungen. Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit die Methodik der Pulksimulation für den gesamten Anwendungsprozess von der Fragestellung bis hin zur Interpretation der Ergebnisse weiterentwickelt. Der Mehrwert dieser Methode wurde an aktuellen und bisher nicht untersuchbaren Fragestellungen belegt und somit die Validität der Pulksimulation gestärkt. Die vorgestellten Untersuchungen zeigen das große Potenzial der Pulksimulation zur Bearbeitung von Fragen, die auf der Interaktion verschiedener Verkehrsteilnehmer basieren. Hierdurch wird erstmals die Möglichkeit geschaffen, soziale Interaktionen über den Zeitverlauf in die Fahrermodelle der Verkehrssimulation zu integrieren. Damit ist der Brückenschlag von der Fahr- zur Verkehrssimulation gelungen. N2 - Beside studies in real traffic, driving simulation and traffic simulation are the most common methods in traffic sciences. Driving simulation deals with mental functions and behavior of drivers. Traffic simulation analyzes the whole traffic system. Between these poles “driver” and “traffic”, several drivers meet each other and interact. These interactions are a significant aspect due to the importance of social effects regarding mental functions and behavior. However, interactions are displayed insufficiently in driving simulation and traffic simulation. The multi-driver simulation is a new tool to fill in this gap. It consists of several driving simulators which are connected. The connection enables to investigate interactions in traffic. However, using a multi-driver simulation emerges new requirements which are not necessary in driving simulation or traffic simulation. Therefore, this work aims at developing and testing a new methodology for the multi-driver simulation. First, eight studies investigate the basic methodological specialties of the multi-driver simulation on the example of car following (i.e. driving in a platoon) and intersecting. These results are compared always with driving simulation and traffic simulation. In this section, the following issues are addressed: (1) What are the differences between driving alone and driving in a platoon? (2) What is the effect of succeeding vehicles while driving in a platoon? (3) What is the effect of the position in a platoon? (4) What are the differences between real drivers and models in driving in a platoon? (5) What is the effect of a secondary task while driving in a platoon? (6) What is the effect of different car following instructions? (7) What are parameters to describe a platoon? (8) How it is possible to analyze driving behavior at intersections? The next chapter of the work shows two application examples for the multi-driver simulation. The first study evaluates a hazard warning system which warns of braking maneuvers of preceding drivers. Drivers straight behind the braking vehicle do not benefit from the system. Instead, the gain of the system increases with the position of the driver in the platoon. The second study investigates a traffic light assistant. While approaching a traffic light, this system informs the driver about the optimal speed to pass while the lights are green. Various penetration rates are realized to analyze the effect of the system on the non-equipped surrounding traffic. By means of this study design, system effects can be determined on assisted drivers (e.g. system usage), on non-assisted drivers (e.g. annoyance) and on the whole traffic system (e.g. traffic flow). On the one hand, assisted drivers show a higher economic driving behavior. One the other hand, non-assisted drivers are annoyed in a higher extent in mixed penetration rates. This negative effect decreases in a 100% penetration rate. The application examples show effects which cannot be investigated with driving simulation or traffic simulation. In particular, research questions concerning social interactions between drivers can be investigated in the multi-driver simulation. Therefore, the multi-driver simulation is a useful supplement for the methodology in traffic psychology: On the one hand, it enhances driving simulation with the factor “traffic”. On the other side, it enhances the traffic simulation with the factor “human”. Therefore, the multi-driver simulation becomes the link between these methods. Additionally, the multi-driver simulation enables modelling of interactions in traffic which is not possible with other methods. These new interaction models are able to enhance driving simulation and traffic simulation. In this work, several parameters were developed to describe lateral and longitudinal control of a group of drivers. Further parameters can describe interactions between drivers. These parameters are necessary for the application of the multi-driver simulation in future research. To sum up, this work developed a methodology for the multi-driver simulation. The added value was demonstrated in relevant application examples which cannot be investigated with other methods. The studies show a high potential of the multi-driver simulation in research issues which address interactions between several drivers. By means of this method, social interactions can be integrated in the driver models of traffic simulation. This enables the link between driving simulation and traffic simulation. KW - Verkehrspsychologie KW - Fahrsimulation KW - Methodik KW - traffic psychology KW - driving simulation KW - methodology KW - Fahrsimulator Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90051 ER - TY - THES A1 - Kaufmann, Tobias T1 - Brain-computer interfaces based on event-related potentials: toward fast, reliable and easy-to-use communication systems for people with neurodegenerative disease T1 - Gehirn-Computer Schnittstellen basierend auf ereigniskorrelierten Potentialen: Entwicklung von schnellen, zuverlässigen und leicht zu bedienenden Kommunikationssystemen für Menschen mit neurodegenerativer Erkrankung N2 - Objective: Brain Computer Interfaces (BCI) provide a muscle independent interaction channel making them particularly valuable for individuals with severe motor impairment. Thus, different BCI systems and applications have been proposed as assistive technology (AT) solutions for such patients. The most prominent system for communication utilizes event-related potentials (ERP) obtained from the electroencephalogram (EEG) to allow for communication on a character-by-character basis. Yet in their current state of technology, daily life use cases of such systems are rare. In addition to the high EEG preparation effort, one of the main reasons is the low information throughput compared to other existing AT solutions. Furthermore, when testing BCI systems in patients, a performance drop is usually observed compared to healthy users. Patients often display a low signal-to-noise ratio of the recorded EEG and detection of brain responses may be aggravated due to internally (e.g. spasm) or externally induced artifacts (e.g. from ventilation devices). Consequently, practical BCI systems need to cope with mani-fold inter-individual differences. Whilst these high demands lead to increasing complexity of the technology, daily life use of BCI systems requires straightforward setup including an easy-to-use graphical user interface that nonprofessionals can handle without expert support. Research questions of this thesis: This dissertation project aimed at bringing forward BCI technology toward a possible integration into end-users' daily life. Four basic research questions were addressed: (1) Can we identify performance predictors so that we can provide users with individual BCI solutions without the need of multiple, demanding testing sessions? (2) Can we provide complex BCI technology in an automated, user-friendly and easy-to-use manner, so that BCIs can be used without expert support at end-users' homes? (3) How can we account for and improve the low information transfer rates as compared to other existing assistive technology solutions? (4) How can we prevent the performance drop often seen when bringing BCI technology that was tested in healthy users to those with severe motor impairment? Results and discussion: (1) Heart rate variability (HRV) as an index of inhibitory control (i.e. the ability to allocate attention resources and inhibit distracting stimuli) was significantly related to ERP-BCI performance and accounted for almost 26% of variance. HRV is easy to assess from short heartbeat recordings and may thus serve as a performance predictor for ERP-BCIs. Due to missing software solutions for appropriate processing of artifacts in heartbeat data (electrocardiogram and inter-beat interval data), our own tool was developed that is available free of charge. To date, more than 100 researchers worldwide have requested the tool. Recently, a new version was developed and released together with a website (www.artiifact.de). (2) Furthermore, a study of this thesis demonstrated that BCI technology can be incorporated into easy-to-use software, including auto-calibration and predictive text entry. Naïve, healthy nonprofessionals were able to control the software without expert support and successfully spelled words using the auto-calibrated BCI. They reported that software handling was straightforward and that they would be able to explain the system to others. However, future research is required to study transfer of the results to patient samples. (3) The commonly used ERP-BCI paradigm was significantly improved. Instead of simply highlighting visually displayed characters as is usually done, pictures of famous faces were used as stimulus material. As a result, specific brain potentials involved in face recognition and face processing were elicited. The event-related EEG thus displayed an increased signal-to-noise ratio, which facilitated the detection of ERPs extremely well. Consequently, BCI performance was significantly increased. (4) The good results of this new face-flashing paradigm achieved with healthy participants transferred well to users with neurodegenerative disease. Using a face paradigm boosted information throughput. Importantly, two users who were highly inefficient with the commonly used paradigm displayed high accuracy when exposed to the face paradigm. The increased signal-to-noise ratio of the recorded EEG thus helped them to overcome their BCI inefficiency. Significance: The presented work at hand (1) successfully identified a physiological predictor of ERP-BCI performance, (2) proved the technology ready to be operated by naïve nonprofessionals without expert support, (3) significantly improved the commonly used spelling paradigm and (4) thereby displayed a way to effectively prevent BCI inefficiency in patients with neurodegenerative disease. Additionally, missing software solutions for appropriate handling of artifacts in heartbeat data encouraged development of our own software tool that is available to the research community free of charge. In sum, this thesis significantly improved current BCI technology and enhanced our understanding of physiological correlates of BCI performance. N2 - Zielsetzung: Gehirn-Computer Schnittstellen (engl. Brain-Computer Interface, BCI) bilden einen muskel-unabhängigen Interaktionskanal, was sie besonders für Menschen mit starken, motorischen Einschränkungen wertvoll macht. Daher wurden verschiedene BCI-Systeme und -Anwendungen als unterstützende Technologien (UT) für diese Patienten vorgeschlagen. Das am häufigsten verwendete System zu Kommunikationszwecken basiert auf ereigniskorrelierten Potentialen (EKP) des Elektroenzephalogramms (EEG) und ermöglicht es Buchstabe für Buchstabe zu kommunizieren. Zum derzeitigen Stand der Technik sind Berichte über alltägliche Verwendung von BCI-Systemen jedoch selten. Zusätzlich zu dem hohen Präparationsaufwand, der mit dem Messen eines EEGs verbunden ist, ist eine der Hauptursachen der verhältnismäßig geringe Informationstransfer im Vergleich zu anderen existierenden UT-Lösungen. Zudem wird häufig beobachtet, dass das BCI-Kontrollvermögen bei Patienten deutlich niedriger ist als bei gesunden Nutzern. Das EEG von Patienten weißt häufig ein niedrigeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf und die Erkennung von Hirnantworten kann durch interne (z. B. Spasmus) oder externe Artefakte (z. B. von einem Beatmungsgerät herrührend) zusätzlich erschwert werden. Somit müssen praxisrelevante BCI-Systeme mit einer Vielfalt von interindividuellen Unterschieden klar kommen. Obschon diese hohen Anforderungen zu einer zunehmend komplexeren Technologie führen, erfordert der Alltagsgebrauch von BCI-Systemen einen einfachen Aufbau inklusive leicht zu bedienender, grafischer Benutzeroberfläche, die von Laien, ohne Unterstützung von Experten, bedient werden kann. Forschungsfragestellungen dieser Dissertationsschrift: Das Dissertationsprojekt bezweckte die Weiterentwicklung von BCI-Systemen, um den Weg für eine Integration in das tägliche Leben von Benutzern zu bahnen. Vier grundlegende Forschungsfragestellungen wurden adressiert: (1) Können Prädiktoren des BCI-Kontrollvermögens gefunden werden, sodass Nutzer mit individuell angepassten BCI-Lösungen versorgt werden können, ohne dass mehrfache, anstrengende Testsitzungen notwendig sind? (2) Kann komplexe BCI-Technologie auf automatisierte, nutzerfreundliche und leicht zu bedienende Weise bereitgestellt werden, sodass BCIs, ohne die Unterstützung von Experten, zuhause verwendet werden können? (3) Wie kann man den im Vergleich zu anderen existierenden UT-Lösungen niedrigen Informationstransferraten begegnen und sie erhöhen? (4) Wie kann ein Abfall des Kontrollvermögens verhindert werden, der häufig in Erscheinung tritt, wenn man BCI-Technologie, die an Gesunden getestet wurde, zu Patienten mit starken motorischen Einschränkungen bringt? Ergebnisse und Diskussion: (1) Herzratenvariabilität als Index des inhibitorischen Kontrollvermögens (die Fähigkeit Aufmerksamkeitsressourcen bereitzustellen und ablenkende Reize zu inhibieren) wurde zu EKP-BCI-Kontrollvermögen in einen signifikanten Bezug gesetzt und klärte beinahe 26% der Varianz auf. HRV ist leicht aus kurzen Aufzeichnungen des Herzschlags zu erheben und könnte daher als Prädiktor des EKP-BCI-Kontrollvermögens dienen. Aufgrund fehlender Softwarelösungen für angemessene Artefaktbehandlung in Aufzeichnungen des Herzschlags (Elektrokardiogramm und Interbeat-Intervall Daten) wurde ein eigenes Programm entwickelt, das frei erhältlich ist. Bis heute wurde es von mehr als 100 Wissenschaftlern weltweit angefordert. Unlängst wurde zudem eine neue Version entwickelt, die zusammen mit einer Website veröffentlicht wurde (www.artiifact.de). (2) Des Weiteren zeigte eine Studie dieser Dissertation, dass BCI-Technologie samt Auto-Kalibration und Wortvervollständigung in eine leicht zu bedienende Software integriert werden kann. Ungeschulte, gesunde Probanden waren in der Lage die Software ohne Unterstützung von Experten zu bedienen und buchstabierten mit dem auto-kalibrierten BCI erfolgreich Wörter. Sie gaben an, dass die Bedienung der Software leicht zu tätigen sei und dass sie in der Lage wären, das System anderen zu erklären. Jedoch muss zukünftige Forschung klären, ob sich die Ergebnisse auf Patienten übertragen lassen. (3) Das häufig verwendete EKP-BCI-Paradigma wurde signifikant verbessert. Statt - wie normalerweise getätigt - visuell präsentierte Buchstaben einfach aufleuchten zu lassen, wurden Bilder berühmter Gesichter als Stimulationsmaterial verwendet. Hierdurch wurden spezifische Gehirnpotentiale der Gesichtserkennung und -verarbeitung ausgelöst. Das ereigniskorrelierte EEG wies daher ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf, was die Detektion von EKPs stark vereinfachte. Infolgedessen war das BCI-Kontrollvermögen signifikant erhöht. (4) Die guten Ergebnisse dieses neuen Gesichter-Stimulus-Paradigmas, die mit gesunden Probanden erreicht wurden, ließen sich gut auf Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen übertragen. Die Verwendung eines Gesichter-Paradigmas erhöhte den Informationstransfer erheblich. Zwei Nutzer, die sehr ineffizient im Umgang mit dem herkömmlichen BCI-System waren, erreichten zudem ein hohes Kontrollvermögen mit dem Gesichter-Paradigma. Das erhöhte Signal-zu-Rausch-Verhältnis des aufgezeichneten EEGs half ihnen somit ihre BCI Ineffizienz zu überwinden. Signifikanz: Die hier vorgestellte Arbeit (1) identifizierte einen physiologischen Prädiktor des EKP-BCI-Kontrollvermögens, (2) zeigte, dass die Technologie bereit ist für die Verwendung durch ungeschulte Laien ohne Unterstützung von Experten, (3) verbesserte das herkömmliche Kommunikationsparadigma signifikant, und (4) zeigte hierdurch einen Weg auf, die BCI Ineffizienz von Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen effektiv zu verhindern. Die fehlende Softwarelösung zur angemessenen Behandlung von Artefakten in Aufzeichnungen des Herzschlags animierte zudem zur Entwicklung einer eigenen Anwendung, die der Wissenschaftsgemeinschaft kostenfrei zur Verfügung gestellt wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass dieses Dissertationsprojekt somit derzeitige BCI-Technologie signifikant verbesserte und unser Verständnis physiologischer Korrelate des BCI-Kontrollvermögens erweiterte. KW - Gehirn-Computer-Schnittstelle KW - Herzfrequenzvariabilität KW - Nervendegeneration KW - BCI KW - HRV Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83441 ER -