Biophysiological Mental-State Monitoring during Human-Computer Interaction

Die langfristigen Folgen von psychischer Fehlbeanspruchung stellen ein beträchtliches Problem unserer modernen Gesellschaft dar. Zur Identifizierung derartiger Fehlbelastungen während der Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) kann die objektive, kontinuierliche Messung der psychischen Beanspruchung einen wesentlichen Beitrag leisten. Neueste Entwicklungen in der Sensortechnologie und der algorithmischen Methodenentwicklung auf Basis von KI liefern die Grundlagen zu ihrer messtechnischen Bestimmung. Vorarbeiten zur Entwicklung einer Methode zur neuronalen Beanspruchungsdiagnostik sind bereits erfolgt (Radüntz, 2017). Eine praxisrelevante Nutzung dieser Ergebnisse ist erfolgsversprechend, wenn die Methode mit Wearables kombiniert werden kann. Gleichzeitig sind die Evaluation und bedingungsbezogene Reliabilitätsprüfung der entwickelten Methode zur neuronalen Beanspruchungsdiagnostik in realitätsnahen Umgebungen erforderlich. Im Rahmen von experimentellen Untersuchungen der Gebrauchstauglichkeit von kommerziellen EEG-Registrierungssystemen für den mobilen Feldeinsatz wird die darauf basierende Systemauswahl für die MMI-Praxis getroffen. Die Untersuchungen zur Validierung der kontinuierlichen Methode zur Beanspruchungsdetektion erfolgt am Beispiel des Fluglotsenarbeitsplatzes beim simulierten „Arrival Management“.The long-term negative consequences of inappropriate mental workload on employee health constitute a serious problem for a digitalized society. Continuous, objective assessment of mental workload can provide an essential contribution to the identification of such improper load. Recent improvements in sensor technology and algorithmic methods for biosignal processing are the basis for the quantitative determination of mental workload. Neuronal workload measurement has the advantage that workload registration is located directly there where human information processing takes place, namely the brain. Preliminary studies for the development of a method for neuronal workload registration by use of the electroencephalogram (EEG) have already been carried out [Rad16, Rad17]. For the field use of these findings, the mental workload assess- ment on the basis of the EEG must be evaluated and its reliability examined with respect to several conditions in realistic environments. A further essential require-ment is that the method can be combined with the innovative technologies of gel free EEG registration and wireless signal transmission. Hence, the presented papers include two investigations. Main subject of the first investigation are experimental studies on the usability of commercially-oriented EEG systems for mobile field use and system selection for the future work. Main subject of the second investigation is the evaluation of the continuous method for neuronal mental workload registration in the field. Thereby, a challenging application was used, namely the arrival management of aircraft. The simulation of the air traffic control environment allows the realisation of realistic conditions with different levels of task load. Furthermore, the work is well contextualized in a domain which is very sensible to human-factors research