Die Quantifizierung mentaler Beanspruchungs- und emotionaler Belastungsreaktionen im Kontext der Mensch-Computer Interaktion unter Anwendung des Drei-Ebenen-Messkonzepts

Fundamentale kognitive Prinzipien sind das Gestaltgesetz der Nähe (Koffka, 1935), das Fitts’sche Gesetz (Fitts, 1954), das Prinzip des natürlichen Mappings (Norman, 1983) sowie die Reiz-Reaktions-Kompatibilität (Fitts & Seeger, 1953; Fitts & Deininger, 1954). Die vorliegende experimentelle Studie beschäftigte sich mit den Auswirkungen der Nichtbeachtung genannter kognitiver Prinzipien in Form mentaler Beanspruchungs- und emotionaler Stressreaktionen und deren Quantifizierung auf objektiver, subjektiver und physiologischer Ebene im Sinne des „Drei-Ebenen-Messkonzepts“ (Lutzenberger, Elbert, Rockstroh & Birbaumer, 1985; Trimmel, 1990) im Kontext der Mensch-Computer Interaktion. 104 Studenten bearbeiteten verschiedene Computeraufgaben. Jede dieser Aufgaben war stets so konzipiert, dass ein Teil im Sinne dieser kognitiven Prinzipien gestaltet und ein weiteres Mal nicht gestaltet war, um Unterschiede im Ausmaß der mentalen Beanspruchung und emotionalen Belastung festzustellen. Dabei wurden Reaktionszeitmessungen und Trefferraten, subjektive Angaben, die Anzahl an Spontanfluktuationen der Hautleitfähigkeit sowie die spektrale Power in den Frequenzbändern des Spontan-Elektroenzephalogramms (EEG) erhoben und analysiert. Die objektiven Verhaltensindikatoren sowie die subjektiven Einschätzungen bildeten dabei stets den erwarteten vermehrten Aufwand bei der Bearbeitung der die kognitiven Prinzipien nicht berücksichtigenden Aufgabenteile ab. Emotionale Stressreaktionen in Form erhöhter elektrodermaler Aktivität konnten im Zusammenhang mit der Nichtbeachtung dieser kognitiven Prinzipien mit Ausnahme des Prinzips des natürlichen Mappings beobachtet werden. Hingegen waren die Ergebnisse zum Spontan-EEG nicht einheitlich und entsprachen nur zum Teil der bisherigen Forschungsliteratur. Im Gegensatz zu der Aktivität in den Frequenzbändern Beta und Gamma stieg die Theta-Aktivität bei zunehmender mentaler Beanspruchung an und erwies sich damit als valider Indikator mentaler Beanspruchungsreaktionen. Diese Ergebnisse zeigen die Relevanz der Beachtung dieser fundamentalen kognitiven Prinzipien im Kontext der Mensch-Computer Interaktion. Zudem wird empfohlen, bei zukünftigen Evaluationen von User-Interfaces neben objektiven Leistungsmaßen und subjektiven Angaben auch die physiologische Ebene miteinzubeziehen.Fundamental cognitive principles are the gestalt law of proximity (Koffka, 1935), the Fitts’ law (Fitts, 1954), the principle of natural mapping (Norman, 1983) as well as the stimulus-response compatibility (Fitts & Seeger 1953; Fitts & Deininger 1954). The present experimental study dealt with the effects of the nonobservance of these cognitive principles in the form of mental strain and emotional stress reactions and their quantification on an objective, subjective and physiological level for the purposes of the "Drei-Ebenen-Messkonzept" (Lutzenberger, Elbert, Rockstroh & Birbaumer, 1985; Trimmel, 1990) in the context of human-computer interaction. 104 students worked on different computer tasks. Each of these tasks always was constructed in such a way that one part was designed in the sense of these principles whereas another part was not in order to detect differences in the degree of mental strain and emotional stress. Response time measurements and hit rates, subjective ratings, nonspecific skin conductance responses as well as the spectral power in the frequency bands of the spontaneous electroencephalogram (EEG) were measured and analysed. Performance measures as well as subjective ratings illustrated the expected increased expenses when working with computer tasks in which the principles were neglected. Emotional stress reactions in the form of raised electrodermal activity could be observed in connection with the nonobservance of these cognitive principles with the exception of the principle of the natural mapping. However, the results concerning the spontaneous EEG were not uniform and corresponded only partly to the present research literature. In contrast to the activity in the frequency bands beta and gamma, theta activity increased with increasing mental workload and thus proved to be a valid indicator of mental strain reactions. Due to these results, the relevance of the observance of these basic cognitive principles in the context of human-computer interaction has been demonstrated. In addition, it is recommended that future evaluations of user interfaces also include the physiological level besides objective performance measures and subjective ratings