Die Rehabilitation von Gangstörungen bei Patienten mit MS und Schlaganfall erfolgt häufig mithilfe eines konventionellen Laufbandtrainings. Einige Studien haben bereits gezeigt, dass durch eine Erweiterung dieses Trainings um eine virtuelle Realität die Motivation der Patienten gesteigert und die Therapieergebnisse verbessert werden können. In der vorliegenden Studie wurde eine immersive VR-Anwendung (unter Verwendung eines HMD) für die Gangrehabilitation von Patienten evaluiert. Hierbei wurden ihre Anwendbarkeit und Akzeptanz geprüft sowie ihre Kurzzeiteffekte mit einer semi-immersiven Präsentation (unter Verwendung eines Monitors) und mit einem konventionellen Laufbandtraining ohne VR verglichen. Der Fokus lag insbesondere auf der Untersuchung der Anwendbarkeit beider Systeme und der Auswirkungen auf die Laufgeschwindigkeit und Motivation der Benutzer. Im Rahmen einer Studie mit Innersubjekt-Design nahmen zunächst 36 gesunde Teilnehmer und anschließend 14 Patienten mit MS oder Schlaganfall an drei experimentellen Bedingungen (VR über HMD, VR über Monitor, Laufbandtraining ohne VR) teil. Sowohl in der Studie mit gesunden Teilnehmern als auch in der Patientenstudie zeigte sich in der HMD-Bedingung eine höhere Laufgeschwindigkeit als beim Laufbandtraining ohne VR und in der Monitor-Bedingung. Die gesunden Studienteilnehmer berichteten über eine höhere Motivation nach der HMD-Bedingung als nach den anderen Bedingungen. Es traten in beiden Gruppen keine Nebenwirkungen im Sinne einer Simulator Sickness auf und es wurden auch keine Erhöhungen der Herzfrequenzen nach den VR-Bedingungen detektiert. Die Bewertungen des Präsenzerlebens waren in beiden Gruppen in der HMD-Bedingung höher als in der Monitor-Bedingung. Beide VR-Bedingungen erhielten hohe Bewertungen für die Benutzerfreundlichkeit. Die meisten der gesunden Teilnehmer (89 %) und Patienten (71 %) präferierten das HMD-basierte Laufbandtraining unter den drei Trainingsformen und die meisten Patienten könnten sich vorstellen, es häufiger zu nutzen. Mit der vorliegenden Studie wurde eine strukturierte Evaluation der Anwendbarkeit eines immersiven VR-Systems für die Gangrehabilitation geprüft und dieses erstmals in den direkten Vergleich zu einem semi-immersiven System und einem konventionellen Training ohne VR gesetzt. Die Studie bestätigte die Praktikabilität der Kombination eines Laufbandtrainings mit immersiver VR. Aufgrund ihrer hohen Benutzerfreundlichkeit und der geringen Nebenwirkungen scheint diese Trainingsform besonders für Patienten geeignet zu sein, um deren Trainingsmotivation und Trainingserfolge, wie z. B. die Laufgeschwindigkeit, zu steigern. Da immersive VR-Systeme allerdings nach wie vor spezifische technische Installationsprozeduren erfordern, sollte für die spezifische klinische Anwendung eine Kosten-Nutzen-Bewertung erfolgen.

Intuitive Benutzung wird in dieser Arbeit definiert als das Ausmaß, mit dem ein Produkt mental effizient und effektiv genutzt wird, was mit einem starken metakognitiven Gefühl von Flüssigkeit einhergeht. Aktuelle Methoden verfügen nicht über eine ausreichend hohe zeitliche Anwendungseffizienz, um im Industrieprojekt 3D-GUIde effektiv zur Evaluation von Interaktionspatterns für 3D-Creation-Oriented-User-Interfaces (3D-CUIs) eingesetzt werden zu können. Diese Interaktionspatterns beschreiben strukturiert, wie 3D-CUIs als User Interfaces zur Erstellung von dreidimensionalen Inhalten gestaltet werden müssen, um intuitive Benutzung zu unterstützen. In dieser Arbeit werden daher zwei neue Evaluationsmethoden vorgeschlagen: 1) IntuiBeat-F als formative Evaluationsmethode und 2) IntuiBeat-S als summative Evaluationsmethode. Basierend auf Default-Interventionist-Theorien und bestehenden Definitionen intuitiver Benutzung werden die mentale Beanspruchung als zentrales objektives, das metakognitive Gefühl von Flüssigkeit als zentrales subjektives und die Effektivität als zentrales pragmatisches mit intuitiver Benutzung assoziiertes Merkmal identifiziert. Die Evaluation intuitiver Benutzung mithilfe von IntuiBeat-F und IntuiBeat-S ist vielversprechend, da es sich bei beiden Methoden um Inhibition basierende Rhythmuszweitaufgaben handelt und diese somit mentale Beanspruchung objektiv erfassen können. Das Potential beider Methoden wird im Hinblick auf vorherige Forschungsarbeiten zur zeitlich effizienten Evaluation von 3D-CUIs aus der Mensch-Computer-Interaktion und der Psychologie diskutiert. Aus dieser Diskussion werden empirische Forschungsfragen abgeleitet. Die erste Forschungsfrage untersucht die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-S. Im ersten, zweiten und dritten Experiment werden Paare von 3D-CUIs miteinander summativ verglichen (d.h. weniger vs. stärker intuitiv benutzbare User Interfaces). Dabei wird die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-S hinsichtlich der Hauptgütekriterien Objektivität, Reliabilität und Validität beurteilt. Die Ergebnisse zeigen, dass IntuiBeat-S eine hohe wissenschaftliche Güte bei der summativen Evaluation besitzt. Zudem macht es bei der Anwendung von IntuiBeat-S keinen Unterschied, ob der Rhythmus über die Ferse oder den Fußballen eingeben wird, und ob als Stichproben Studierende mit höherer oder geringerer Vorerfahrung bezüglich der Nutzung von 3D-CUIs verwendet werden. Die zweite Forschungsfrage untersucht die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-F. Im vierten, fünften, sechsten und siebten Experiment werden 3D-CUIs einzeln formativ evaluiert (d.h. entweder ein weniger oder stärker intuitiv benutzbares User Interface). Dabei wird die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-F hinsichtlich der Hauptgütekriterien Gründlichkeit, Gültigkeit und Zuverlässigkeit beurteilt. Die Ergebnisse zeigen, dass IntuiBeat-F eine hohe wissenschaftliche Güte bei der formativen Evaluation besitzt. Diese liegt bei strikter Anwendung der Methode (d.h. Berücksichtigung ausschließlich mit der Methode entdeckter Nutzungsprobleme) zwar höher, ist aber bei wenig strikter Anwendung der Methode (d.h. Berücksichtigung auch unabhängig von der Methode entdeckter Nutzungsprobleme) noch ausreichend hoch. Jedoch konnte erst die Entwicklung und Einführung einer zusätzlichen Analysesoftware im Zuge des sechsten und siebten Experiments die wissenschaftliche Güte von IntuiBeat-F hinsichtlich aller drei Hauptgütekriterien demonstrieren, da ohne deren Unterstützung IntuiBeat-F vom Evaluator nicht ausreichend gründlich angewendet wird. Die dritte Forschungsfrage untersucht, wie hoch die zeitliche Anwendungseffizienz beider Methoden als wichtiger Aspekt praktischer Güte im Vergleich zu bereits vorhandenen Evaluationsmethoden für intuitive Benutzung ist. Bezüglich der summativen Evaluation wird im zweiten Experiment eine höhere zeitliche Anwendungseffizienz von IntuiBeat-S im Vergleich zum aktuellen summativen Benchmark, der CHAI-Methode, sowohl bei der Evaluation von weniger als auch bei der von stärker intuitiv benutzbaren 3D-CUIs demonstriert. Auch bezüglich der formativen Evaluation konnten die Ergebnisse der letzten vier Experimente zeigen, dass die zeitliche Anwendungseffizienz von IntuiBeat-F im Vergleich zum aktuellen formativen Benchmark, dem Nutzertest mit retrospektivem Think-Aloud- Protokoll, sowohl bei der Evaluation von weniger als auch stärker intuitiv benutzbaren 3D-CUIs höher liegt. Dieser Unterschied bleibt bestehend, egal ob eine zusätzliche Analysesoftware vom Evaluator verwendet wird oder nicht. Als Ergebnis aller Experimente lässt sich feststellen, dass die wissenschaftliche Güte und die zeitliche Anwendungseffizienz beider Methoden zur Evaluation intuitiver Benutzung von 3D-CUIs mehr als zufriedenstellend beurteilt werden kann. Die Arbeit wird mit einer Diskussion des geleisteten Forschungsbeitrags geschlossen. Dabei werden Anregungen für künftige Forschung aus theoretischer (z.B. Berücksichtigung des Gefühls von Flüssigkeit bei der Evaluation), praktischer (z.B. Untersuchung der Anwendbarkeit beider Methoden in anderen Domänen) und methodischer (z.B. Beurteilung der praktischen Güte beider Methoden anhand anderer Kriterien) Perspektive gegeben.

Studien zeigen, dass Fahrer in Notfallsituationen meistens eher bremsen als ausweichen, obwohl ausweichen möglicherweise die bessere Strategie zur Kollisionsvermeidung gewesen wäre. Um Fahrer besser bei der Kollisionsvermeidung zu unterstützen, wurden daher in den letzten Jahren Assistenzsysteme entwickelt, die den Fahrer nicht mehr nur bei Notbremsmanövern, sondern auch bei Notausweichmanövern durch einen automatischen Eingriff in die Querführung unterstützen sollen. Allerdings zeigte sich in mehreren Studien, dass das Verhalten der Fahrer die Wirksamkeit dieser Assistenten reduziert, insbesondere wenn der Eingriff des Assistenten über das Lenkrad rückgemeldet wurde. In dieser Arbeit wurde davon ausgegangen, dass diese Reaktion der Fahrer eine Folge automatischer Korrekturprozesse innerhalb eines psychokybernetischen Regelkreises ist, an dem sensomotorische Regelprozesse zur Steuerung der Lenkradbewegung beteiligt sind. Dazu wurde ein Fahrerverhaltensmodell entwickelt, das den Einfluss der sensomotorischen Regelprozesse im Kontext der Fahraufgabe beschreibt. Auf Basis des Fahrerverhaltensmodells wird angenommen, dass unerwartete haptische Signale am Lenkrad auf Ebene der motorischen Regelung zunächst als Störung des ursprünglichen Handlungsziels interpretiert werden. Um die resultierenden Abweichungen zu korrigieren, wird auf sensomotorischer Ebene ein Korrekturprozess eingeleitet, der erst dann beendet wird, wenn der Fahrer die Möglichkeit hatte, die Situation visuell zu analysieren und sein Handlungsziel an die Situation anzupassen. Dies sollte sich im zeitlichen Verlauf der Fahrerreaktion am Lenkrad widerspiegeln und könnte eine Erklärung für die vom Fahrer verursachte Reduktion der Wirksamkeit sein. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Anhaltspunkte für diese Annahme aufzuzeigen. Im Rahmen von sieben Experimenten wurden der Einfluss von Eingriffen mit haptischer Rückmeldung am Lenkrad und das resultierende Zusammenspiel von sensomotorischen und visuellen Kontrollprozessen untersucht. Alle Studien befassten sich mit Eingriffen in die Querführung, die den Fahrer potenziell bei Notausweichmanövern unterstützen könnten, und betrachteten sowohl Aspekte der Wirksamkeit als auch der Kontrollierbarkeit. Dabei wurde versucht, durch die Gestaltung des Eingriffs, einer gezielten Beeinflussung der Handlungsziele des Fahrers und einer Manipulation der Rückmeldung Unterschiede in der Reaktion des Fahrers auf unerwartete Eingriffe hervorzurufen. Die Lenkreaktionszeit und das Reaktionsmuster der Fahrer dienten hierbei als Indikatoren für die Leistungsfähigkeit der Fahrer, ihre Handlungsziele an die vorliegende Situation anzupassen. Die Ergebnisse bestätigen die Relevanz der im Modell angenommenen sensomotorischen Kontrollprozesse und damit auch den Einfluss der haptischen Rückmeldung auf das Fahrerverhalten bei automatischen Eingriffen in die Querführung. Die beschriebene Betrachtung des zeitlichen Verlaufs des Lenkverhaltens ermöglicht zudem eine fundierte Evaluation der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, um verschiedene Assistenzsysteme miteinander zu vergleichen. Darüber hinaus liefert die vorliegende Arbeit wertvolle Hinweise für die Gestaltung von Assistenzsystemen, die den Fahrer in Notfallsituationen mit automatischen Eingriffen in die Querführung unterstützen sollen. Insgesamt bietet die Integration sensomotorischer Kontrollprozesse in bestehende Fahrerverhaltensmodelle einen Erklärungsansatz für bestehende Probleme bei der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion bei automatischen Eingriffen in die Querführung, wodurch eine Lücke in der aktuellen verkehrspsychologischen Forschung geschlossen wurde.

Using color in user interface design is both art and science. Often, designers focus on aesthetic properties of color, but neglect that it also carries meaning and entails profound psychological consequences. Color psychology, filling this gap, is in its infancy, and lacks a theoretical approach that predicts and explains color-meaning associations shared by a large group of people in a large variety of contexts. To amend this situation, this work develops Conceptual Metaphor Theory of Color (CMToC), which predicts and explains cross-cultural and experience-based semantic color associations. The theory is based on the idea from cognitive linguistics that the study of metaphorical language provides valuable insights into our mental models involving color. A discussion of three types of metaphors that cover associations with physical and abstract concepts in light of existing empirical evidence provides the basis for deriving empirical research questions. The first research question addresses the use of color for conveying physical information like weight in user interfaces. The results of four online surveys involving a total of 295 German and Japanese participants show the relative impact of hue, saturation and brightness for associations with 16 physical properties. Two thirds of these color associations were correctly predicted by CMToC. Participants frequently matched physical properties to colors based on sensorimotor correspondences and participants of both cultures did not considerably vary in their performance. The second research question addresses the use of color for conveying abstract information like importance in user interfaces. In one experimental study, a total of 75 German and Japanese participants validated color-to-abstract mappings in form of color population stereotypes like important is dark. The majority of these color associations (86%) were correctly predicted by CMToC. Again, participants of both cultures did not considerably vary in their performance. The third research question addresses whether predicted color associations with physical and abstract information are processed automatically as a precondition for intuitive use. The results of three studies involving a total of 85 German and Japanese participants show on the example of temperature that color automatically influences the identification speed of related physical properties, but not vice versa. Color and abstract information were not automatically associated. As a result of these studies it can be concluded that predictions of CMToC are cross-culturally valid for user interface design. Derived implicit associations with physical properties and explicit associations with abstract concepts can inform design decisions in both hard- and software user interface design.

For the present work three main goals were formulated: goal 1 To design a tactile BCI used for mobility which is intuitive (G1.1), reliable and fast while being usable by participants aged 50 years and above. goal 2 To design an auditory BCI used for communication which is intuitive and reliable. goal 3 To examine the effects of training on tactile and auditory BCI performance. Three studies were performed to achieve these goals. In the first study nine participants aged above 50 years performed a five-session training after which eight participants were able to navigate a virtual wheelchair with mean accuracy above 95% and an ITR above 20 bits / min. In the second study 15 participants, four of them endusers with motor-impairment, were able to communicate meaningful with high accuracies using an auditory BCI. In the third study nine healthy and nine visually impaired participants (regarded as sensory experts for non-visual perception) performed tactile, auditory and visual (for healthy participants only) copy tasks. Participants with trained perception significantly outperformed control participants for tactile but not for auditory performance. Tactile performance of sensory experts was on equal levels as the visual performance of control participants. We were able to demonstrate viability of intuitive gazeindependent tactile and auditory BCI. Our tactile BCI performed on levels similar to those of visual BCI, outperforming current tactile BCI protocols. Furthermore, we were able to demonstrate significant beneficial effect of training on tactile BCI performance. Our results demonstrate previously untapped potential for tactile BCI and avenues for future research in the field of gaze-independent BCI.