Univ., Diss.--Würzburg, 2006. / Literaturverz. S. [134] - 142.

Entwicklung und Validierung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Geruchsausbreitung im bodennahen Bereich, Entwicklung einer künstlichen Nase, Nutzung von künstlich-neuronalen Netze (Kohonen- und MLP-Netze), Ausbreitungsrechnung beruhend auf ein Erweitertes Zellenmodell mit Platzwechselwahrscheinlichkeit (EZEMP), Gauß-Modelle sowie durch das CFD-Programm FLUENT, Beispielrechnungen für realitätsnahe Ausbreitungen in der Atmosphäre und Nachrechnungen von Untersuchungen an einem Versuchsstand, Beschreibung eines Messverfahrens

Hintergrund: Wir erleben die Realität durch die Stimulation unserer fünf Sinne. In den vergangenen Jahrzehnten bekam auch die virtuelle Realität eine immer größere Bedeutung. Ob im Freizeitbereich, beim Gaming, der Industrie, aber auch beim Lernen von neuen Abläufen oder Fertigkeiten sowie im medizinischen Bereich. Um möglichst gute Effekte zu erzielen, braucht es ein realistisches Erleben und Wahrnehmen. Bisher beschränkte sich die Verbesserung der VR vor allem auf die visuelle Perzeption. Man hat jedoch verstanden, dass es für eine möglichst realistische Wahrnehmung vor allem einer multimodalen neuronalen Aktivierung bedarf, die insbesondere durch multisensorisches Erleben entsteht. Bis jetzt sind Auswirkungen auf die Wahrnehmung in VR-Umgebungen nur unvollständig verstanden. Fragestellung: Ziel war es, herauszufinden, ob Proband*innen, welche die VR-Umgebungen subjektiv und objektiv als kongruenter wahrnehmen, sich später positiver an die Umgebung erinnern. Zudem ging die vorliegende Arbeit der Frage nach, ob Teilnehmende mit einem subjektiv erklärten und objektiv gemessenen besseren Gedächtnisleistung die VR-Umgebung positiver als Teilnehmende mit niedrigerer Gedächtnisleistung bewerteten. Des Weiteren wurde analysiert, ob Kongruenz von olfaktorischen Reizen in VR-Umgebungen zu einer Zunahme bzw. Rechtsverschiebung der Leistungsdichtespektren in niedrigen EEG-Wellenbereichen (Delta, Theta, Alpha) führt bzw. bei Inkongruenz eher eine Abnahme bzw. Linksverschiebung der Leistungsdichte zu sehen ist. Methoden: An der Studie nahmen 100 gesunde Proband*innen teil. Die Eignung der Teilnehmenden wurde im Vorfeld durch affektive, kognitive und psychophysikalische Tests geprüft. Das Riechvermögen wurde mittels eines Drei-Komponenten-Identifikationstest, den Sniffin‘ Sticks, beurteilt. Die Kognition wurde mithilfe des MoCAs eingeschätzt und der Affekt durch die PANAS-Skala gemessen. Alle Proband*innen nahmen an zwei Sitzungen teil. Die erste Sitzung umfasste die Präsentation fünf unterschiedlicher VR-Umgebungen durch eine VR-Brille. Die Videos waren so gewählt, dass sie olfaktorische Assoziation hervorrufen sollten. Es wurden zwei angenehme, zwei unangenehme und ein neutrales Video präsentiert. Die Experimentalgruppe umfasste 20 Teilnehmende und die Kontrollgruppe 80 Proband*innen. Die Experimentalgruppe erhielt zu den Videos kongruente Düfte, während die Kontrollgruppe inkongruente Düfte erhielt. Zur Duftpräsentation wurden Nasenclips verwendet. Gleichzeitig wurde bei allen Teilnehmenden ein 64-Kanal-EEG abgeleitet. Nach den einzelnen Videos wurden die Proband*innen zur Wahrnehmung und Erinnerungsvermögen befragt. Um auditive Beeinflussung zu vermeiden, bekamen alle Teilnehmenden Kopfhörer mit weißem Rauschen aufgesetzt. Die zweite Sitzung fand zwei Wochen später statt und bestand in einer erneuten Befragung der Teilnehmenden zu Wahrnehmung und Erinnerung der zwei Wochen zuvor präsentierten VR-Umgebung. Ergebnis: Zunächst fand sich, dass für alle fünf Videos mit Ausnahme der verlorenen Orte immer der objektiv kongruente Geruch auch subjektiv als am kongruentesten wahrgenommen worden ist. Bei den verlorenen Orten wurde der Kontrollclip ohne Duft am kongruentesten wahrgenommen. Es zeigte sich, dass kongruente Bedingungen die Wahrnehmung nicht zwangsläufig immer positiv beeinflussen. Für die angenehmen Videos Kaffeehaus und Tulpenfeld konnte zwar eine positivere Wahrnehmung gemessen werden, für die unangenehmen Videos konnte dies jedoch nicht bestätigt werden. Die unangenehmen Videos, Küstenexpedition und verlorene Orte wurden in der inkongruenten Bedingung als angenehmer empfunden. Zudem wiesen die Ergebnisse darauf hin, dass Gedächtnisleistung einen Einfluss auf die Wahrnehmung von VR-Umgebungen hat, die Effekte jedoch nicht ausschließlich positiv waren. So gaben die Teilnehmenden für das Küstenexpeditionsvideo an, dass sie eher geneigt seien, sich das Video erneut anzuschauen, wenn ein objektiv höheres Erinnerungsvermögen vorlag. Auch bei den verlorenen Orten wurde angegeben, dass das Video weniger irritierend war, wenn ein objektiv hohes Erinnerungsvermögen vorlag. Allerdings konnte beim Kaffeehaus-Video gezeigt werden, dass Proband*innen mit objektiv besserem Erinnerungsvermögen es weniger kongruent fanden. Auch bei dem Sternennacht-Video fanden die Teilnehmenden mit subjektiv hohem Erinnerungsniveau, dass das Video zwar unterhaltsamer und aufregender war, jedoch auch mit einer höheren Alarmiertheit einhergehe.Es fand sich kein Zusammenhang zwischen Kongruenz bzw. Inkongruenz auf die Hirnfrequenzen. Im Speziellem zeigte sich weder eine Rechts- noch eine Linksverschiebung der Leistungsdichtespektren in niedrigen EEG-Wellenbereichen (Delta, Theta, Alpha), abhängig von Kongruenz oder Inkongruenz. Ebenso ließen sich keine spezifischen Effekte zwischen einzelne Elektroden erkennen. Schlussfolgerung: Die Annahme, dass Kongruenz bzw. Inkongruenz die Wahrnehmung von VR-Umgebungen positiv beeinflusst, bestätigte sich nicht. Sowohl positive als auch negative Effekte waren zu verzeichnen. Die Hypothese, dass ein höheres Erinnerungsvermögen zu einer positiveren Wahrnehmung führt, konnte sich so ebenfalls nicht bestätigen. Auch hier wurden gegenteilige Ergebnisse gefunden. Auch die dritte Hypothese, dass Kongruenz von olfaktorischen Reizen in VR-Umgebungen zu einer Zunahme bzw. Rechtsverschiebung der Leistungsdichtespektren in niedrigen EEG-Wellenbereichen führt bzw. Inkongruenz zu einer Linksverschiebung der Leistungsdichte konnte nicht bestätigt werden. Es konnten keine eindeutigen Effekte durch Kongruenz bzw. Inkongruenz auf die Hirnfrequenzen nachgewiesen werden. Diese Untersuchung wirft weitere Fragen auf, da die Ergebnisse einzelnen vorherigen Studien widersprechen. Für ein vertieftes und besseres Verständnis von Wahrnehmung in VR-Umgebungen sind weitere, breiter aufgestellte Untersuchungen und eventuell auch andere Untersuchungs- und Messmethoden notwendig.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis III Abbildungsverzeichnis V Tabellenverzeichnis VI Abkürzungsverzeichnis VII 1. Einleitung 1 1.1 VR-Umgebung und Geruch 4 1.2 VR-Umgebungen und Gedächtnis 5 1.3 VR-Umgebungen und EEG 7 1.3.1 Auswirkungen von olfaktorischen Reizen in VR-Umgebungen auf die EEG-Aktivität 8 2. Theoretischer Hintergrund 10 2.1 Der Geruchssinn 10 2.2 EEG 14 2.2.1 Elektroenzephalografie: 14 2.2.2 Frequenzbereiche im EEG 15 3. Motivation der Arbeit 17 4. Material und Methoden 18 4.1 Proband*innen und Teilnahmekriterien 18 4.2 Studiendesign 19 4.3 Experimenteller Aufbau 20 4.3.1 Ablauf und Durchführung 20 4.3.2 Telefonat zur erneuten Befragung der Proband*innen 26 4.4 Methoden 27 4.5 Datenanalyse der Fragebögen 29 4.5.1 Datenanalyse der EEG-Daten 33 5. Ergebnisse 34 5.1 Basisdaten der Studienteilnehmer und deskriptive Statistik 34 5.2 Auswirkungen von Kongruenz und Inkongruenz auf die Wahrnehmung der VR-Umgebung 35 5.3 Auswirkungen der Gedächtnisleistung auf die Wahrnehmung in VR-Umgebungen 42 5.4 Auswirkungen der olfaktorischen Stimulation in VR-Umgebungen auf das EEG 46 6. Diskussion 47 6.1 Diskussion der Ergebnisse 47 6.1.1 Wahrnehmung der VR-Umgebung unter kongruenten Bedingungen 47 6.1.2 Einfluss der Gedächtnisleistung auf Wahrnehmung der VR-Umgebung 51 6.1.3 Spezifische EEG-Veränderungen in VR-Umgebungen 54 6.2 Diskussion der Methoden 55 6.3 Limitationen und Herausforderungen 56 6.4 Ausblick 59 7. Zusammenfassung 61 7. Summary 64 8. Literaturverzeichnis 64 9. Anhang 81 Danksagung 86

Die sensorischen und hedonischen Eigenschaften von Essen sind wichtige Einflussfaktoren für die Nahrungsauswahl und –aufnahme. Was macht die Anziehungskraft von Nahrungsreizen aus? Die sensorischen und hedonsichen Eigenschaften von Nahrungsreizen werden mit allen Sinnen, oftmals sogar gleichzeitig, verarbeitet. Nahrungswahrnehmung ist damit ein mutlisensorisches Phänomen. Der Geruch, der Anblick, der Tasteindruck oder Geräusche können bereits vor der Nahrungsaufnahme wahrgenommen werden und Erwartungen hinsichtlich des Geschmacks auslösen. Diese prä-ingestiven Wahrnehmungseindrücke spielen daher auch eine maßgebliche Rolle bei der Entstehung von Verlangen und Gelüsten. Während der Nahrungsaufnahme, beim Kauen und Schlucken, spielen die chemischen Sinne, Schmecken und Riechen, eine besondere Rolle. Der Gesamtsinneseindruck aus den chemischen Sinneskanälen wird auch als Flavor bezeichnet. Wobei angemerkt sein soll, dass auch nicht-chemische Sinne, Sehen, Hören und Tasten, in die Flavordefinition einbezogen werden können. Zweifelsohne stellt die Nahrungsaufnahme ein komplexes Verhalten dar, das perzeptuelle, kognitive und Stoffwechselprozesse gleichermaßen umfasst. Die vorliegende Habilitationsschrift widmet sich der Untersuchung der neurokognitiven Mechanismen der visuellen, gustatorischen und flavour Wahrnehmung von Nahrungsobjekten und umfasst Untersuchungen zur Vulnerabilität der neuronalen Repräsentationen durch kontextuelle Reize. Zusammenfassend schließt die Arbeit mit der Feststellung, dass ein umfassendes Verständnis der psychophysiologischen Mechanismen der sensorischen und hedonischen Verarbeitung von Nahrungsreizen über alle Sinne die perzeptuelle Grundlage für nahrungsbezogenes Urteilen und Entscheiden darstellt. / What characterizes food and makes it so tempting? Sensory and hedonic information about food is conveyed by all senses, activated more or less simultaneously, having led to the notion that food perception is a multisensory experience. The smell, sight, touch or sound of a food can be experienced before ingestion and elicit expectations about the "taste" of that food based on previous encounters. It is, therefore, not surprising that these so-called pre-ingestive sensory experiences play a role in the formation of cravings and the elicitation of appetitive responses. Only during consumption, the chemical senses, smell, taste and oral touch and irritation, are experienced in the oral cavity as food is masticated and swallowed and gives rise to the overall experience commonly referred to as taste. While the term taste is, strictly speaking, incorrect as it does not refer to the gustatory perception, many languages including German lack an appropriate term for the holistic flavor experience arising from the food-induced stimulation of the chemical senses, gustation, olfaction and oral somatosensation in a minimalist interpretation, or, in a broader sense, of all our senses, including hearing and vision. Undoubtedly, feeding behavior is characterized by a complex interplay of perceptual, cognitive and metabolic processes and research on the mechanisms by which these processes regulate food intake behavior is only in its infancy. In this thesis, I present a series of studies aiming to elucidate the cortical representations of the visual, gustatory and flavor components of food objects along with evidence for the vulnerability of these presentations to contextual information. Together, I reckon that an understanding of the psychophysiological mechanisms of the sensory and affective processing of food objects mediated by our senses, seeing, smelling, tasting, feeling and hearing, represents the perceptual basis of food-related decision making.

Zugl.: Würzburg, Universiẗat, Diss., 2008.

Purpose This study aimed to evaluate the course of olfactory dysfunction [OD] due to upper respiratory tract infections [URTI] especially for COVID-19 [C19] in a multicentric design and to investigate possible predictors for the outcome. Methods In a multicentric study, patients (n = 147, of which 96 were women) with OD due to URTI, including C19 and non-C19 were evaluated at two visits with a standardized medical history and “Sniffin’ Sticks” extended psychophysical testing to examine the course and possible predictors for improvement of olfactory function. Results C19 patients showed better overall olfactory function (p < 0.001) compared to non-C19. Olfactory function (p < 0.001) improved over 3.5 ± 1.2 months in a comparable fashion for C19 and non-C19 comparable over time (p = 0.20) except for a more pronounced improvement of odour threshold (p = 0.03) in C19. C19 patients with parosmia exhibited a higher probability of clinically relevant improvement of odour threshold, a better threshold in the second visit, and tended to have a better TDI-score at the second visit. Further possible predictors for an improving olfactory function were younger age, female gender, and had lower scores in olfactory tests at the first visit. Conclusions Patients with C19 and non-C19 URTI exhibit a similar improvement over 3–4 months except for the odour threshold, with a better TDI in both visits for C19. For C19 a better prognosis in terms of olfactory recovery was found for younger patients with parosmia and lower olfactory scores at the first visit. Still, for many patients with olfactory loss, an improvement that is experienced as complete may only occur over months and possibly years.

Although most odorants we encounter in daily life are mixtures of several chemical substances, we still lack significant information on how we perceive and how the brain processes mixtures of odorants. We aimed to investigate the processing of odor mixtures using behavioral measures and functional magnetic resonance imaging (fMRI). The odor mixture contained a target odor (ambroxan) in a concentration at which it could be perceived by half of the subjects (sensitive group); the other half could not perceive the odor (insensitive group). In line with previous findings on multi-component odor mixtures, both groups of subjects were not able to distinguish a complex odor mixture containing or not containing the target odor. However, sensitive subjects had stronger activations than insensitive subjects in chemosensory processing areas such as the insula when exposed to the mixture containing the target odor. Furthermore, the sensitive group exhibited larger brain activations when presented with the odor mixture containing the target odor compared to the odor mixture without the target odor; this difference was smaller, though present for the insensitive group. In conclusion, we show that a target odor presented within a mixture of odors can influence brain activations although on a psychophysical level subjects are not able to distinguish the mixture with and without the target. On the practical side these results suggest that the addition of a certain compound to a mixture of odors may not be detected on a cognitive level; however, this additional odor may significantly change the cerebral processing of this mixture. In this context, FMRI offers unique possibilities to look at the subliminal effects of odors.

Although most odorants we encounter in daily life are mixtures of several chemical substances, we still lack significant information on how we perceive and how the brain processes mixtures of odorants. We aimed to investigate the processing of odor mixtures using behavioral measures and functional magnetic resonance imaging (fMRI). The odor mixture contained a target odor (ambroxan) in a concentration at which it could be perceived by half of the subjects (sensitive group); the other half could not perceive the odor (insensitive group). In line with previous findings on multi-component odor mixtures, both groups of subjects were not able to distinguish a complex odor mixture containing or not containing the target odor. However, sensitive subjects had stronger activations than insensitive subjects in chemosensory processing areas such as the insula when exposed to the mixture containing the target odor. Furthermore, the sensitive group exhibited larger brain activations when presented with the odor mixture containing the target odor compared to the odor mixture without the target odor; this difference was smaller, though present for the insensitive group. In conclusion, we show that a target odor presented within a mixture of odors can influence brain activations although on a psychophysical level subjects are not able to distinguish the mixture with and without the target. On the practical side these results suggest that the addition of a certain compound to a mixture of odors may not be detected on a cognitive level; however, this additional odor may significantly change the cerebral processing of this mixture. In this context, FMRI offers unique possibilities to look at the subliminal effects of odors.

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