Würzburg, Univ., Diss., 2001. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2001

Frankfurt (Main), Univ., Diss., 2002.

Universiẗat, Diss., 1999--Kassel.

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

Manuelle Montageprozesse sind nach wie vor unverzichtbar in vielen Bereichen der produzierenden Industrie. Vor allem die Qualitätskontrolle, sowie das Einlernen neuer Mitarbeitenden stellen Betriebe durch die voranschreitende Digitalisierung vor neue Herausforderungen. Assistenzsysteme können hier helfen, die Lücke zwischen Anforderungen und Qualifikation zu überbrücken. Wir stellen einen Ansatz zur intelligenten Assistenz vor, welcher auf einer kamerabasierten Erkennung von Arbeitsabläufen mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens beruht. Das Assistenzsystem erzeugt automatisiert Hilfsmaterial zur Unterstützung der Werkenden. Zusätzlich zur Darstellung der technischen Aspekte, werden psychologische Aspekte, wie Akzeptanz und Motivation untersucht.

Understanding human navigation behavior has implications for a wide range of application scenarios. For example, insights into geo-spatial navigation in urban areas can impact city planning or public transport. Similarly, knowledge about navigation on the web can help to improve web site structures or service experience. In this work, we focus on a hypothesis-driven approach to address the task of understanding human navigation: We aim to formulate and compare ideas — for example stemming from existing theory, literature, intuition, or previous experiments — based on a given set of navigational observations. For example, we may compare whether tourists exploring a city walk “short distances” before taking their next photo vs. they tend to "travel long distances between points of interest", or whether users browsing Wikipedia "navigate semantically" vs. "click randomly". For this, the Bayesian method HypTrails has recently been proposed. However, while HypTrails is a straightforward and flexible approach, several major challenges remain: i) HypTrails does not account for heterogeneity (e.g., incorporating differently behaving user groups such as tourists and locals is not possible), ii) HypTrails does not support the user in conceiving novel hypotheses when confronted with a large set of possibly relevant background information or influence factors, e.g., points of interest, popularity of locations, time of the day, or user properties, and finally iii) formulating hypotheses can be technically challenging depending on the application scenario (e.g., due to continuous observations or temporal constraints). In this thesis, we address these limitations by introducing various novel methods and tools and explore a wide range of case studies. In particular, our main contributions are the methods MixedTrails and SubTrails which specifically address the first two limitations: MixedTrails is an approach for hypothesis comparison that extends the previously proposed HypTrails method to allow formulating and comparing heterogeneous hypotheses (e.g., incorporating differently behaving user groups). SubTrails is a method that supports hypothesis conception by automatically discovering interpretable subgroups with exceptional navigation behavior. In addition, our methodological contributions also include several tools consisting of a distributed implementation of HypTrails, a web application for visualizing geo-spatial human navigation in the context of background information, as well as a system for collecting, analyzing, and visualizing mobile participatory sensing data. Furthermore, we conduct case studies in many application domains, which encompass — among others — geo-spatial navigation based on photos from the photo-sharing platform Flickr, browsing behavior on the social tagging system BibSonomy, and task choosing behavior on a commercial crowdsourcing platform. In the process, we develop approaches to cope with application specific subtleties (like continuous observations and temporal constraints). The corresponding studies illustrate the variety of domains and facets in which navigation behavior can be studied and, thus, showcase the expressiveness, applicability, and flexibility of our methods. Using these methods, we present new aspects of navigational phenomena which ultimately help to better understand the multi-faceted characteristics of human navigation behavior. / Menschliches Navigationsverhalten zu verstehen, kann in einer Reihe von Anwendungsgebieten große Fortschritte bringen. Zum Beispiel können Einblicke in räumliche Navigation, wie etwa in Innenstädten, dabei helfen Infrastrukturen und öffentliche Verkehrsmittel besser abzustimmen. Genauso kann Wissen über das Navigationsverhalten von Benutzern im Internet, Entwickler dabei unterstützen Webseiten besser zu strukturieren oder generell die Benutzererfahrung zu verbessern. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf einen Hypothesen-getriebenen Ansatz, um menschliches Navigationsverhalten zu verstehen. Das heißt, wir formulieren und vergleichen Hypothesen basierend auf beobachteten Navigationspfaden. Diese Hypothesen basieren zumeist auf existierenden Theorien, Literatur, vorherigen Experimenten oder Intuition. Beispielsweise kann es interessant sein zu vergleichen, ob Touristen, die eine Stadt erkunden, eher zu nahegelegenen Sehenswürdigkeiten laufen, als vornehmlich große Strecken zurückzulegen. Weiterhin kann man in Online-Szenarien vergleichen, ob Benutzer zum Beispiel auf Wikipedia eher semantisch navigieren, als zufällig Artikel anzusurfen. Für diese Szenarien wurde HypTrails entwickelt, ein Bayes’scher Ansatz zum Vergleich von Navigationshypothesen. Doch obwohl HypTrails eine einfach zu benutzende und sehr flexible Methode darstellt, hat es einige deutliche Schwachstellen: Zum einen kann HypTrails keine heterogenen Prozesse modellieren (z.B., um das Verhalten von ver- schiedenen Nutzergruppen, wie etwa von Touristen und Einheimischen, zu unterscheiden). Außerdem bietet HypTrails dem Benutzer keine Unterstützung bei der Entwicklung neuer Hypothesen. Dies stellt vor allem in Kombination mit großen Mengen an Hintergrundinformationen und anderen Einflussgrößen (z.B., Sehenswürdigkeiten, Beliebtheit von Orten, Tageszeiten, oder verschieden Benutzereigenschaften) eine große Herausforderung dar. Außerdem kann sich das Formulieren von adäquaten Hypothesen abhängig vom Anwendungsszenario als schwierig erweisen (z.B. aufgrund von kontinuierlichen, räumlichen Koordinaten oder zeitlichen Nebenbedingungen). In dieser Arbeit setzen wir an eben jenen Problemstellungen an. Unsere Hauptbeiträge bestehen dabei aus den Ansätzen MixedTrails und SubTrails, die vor allem die ersten beiden genannten Schwachstellen adressieren: MixedTrails stellt einen Ansatz zum Vergleich von Hypothesen dar, der auf HypTrails basiert, es aber ermöglicht heterogene Hypothesen zu formulieren und zu vergleichen (z.B., bei Benutzergruppen mit unterschiedlichem Bewegungsverhalten). Während SubTrails eine Methode darstellt, die das Entwickeln neuer Hypothesen unterstützt, indem es die automatische Entdeckung von interpretierbaren Subgruppen mit außergewöhnlichen Bewegungscharakteristiken ermöglicht. Weiterhin, stellen wir eine verteitle und hochparallele Implementierung von HypTrails, ein Werkzeug zur Visualisierung von räumlicher Navigation zusammen mit Hintergrundinformationen, sowie ein System zur Sammlung, Analyse und Visualisierung von Daten aus dem Bereich des Participatory Sensing vor. Schließlich, führen wir mehrere Studien in verschiedenen Anwendungsbereichen durch. Wir untersuchen etwa räumliche Navigation basierend auf Photos der Onlineplattform Flickr, Browsing-Verhalten der Nutzer auf dem Verschlagwortungssystem BibSonomy, und das Arbeitsverhalten von Nutzern einer kommerziellen Crowdsourcing-Plattform. Dabei entwickeln wir mehrere Ansätze, um mit den Eigenheiten der spezifischen Szenarien umgehen zu können (wie etwa kontinuierliche räumliche Koordinaten oder zeitliche Nebenbedingungen). Die Ergebnisse zeigen die Vielzahl von Anwendungsgebieten und Facetten, in denen Navigationsverhalten analysiert werden kann, und illustrieren so die Ausdrucksstärke, vielseitige Anwendbarkeit und Flexibilität unserer Methoden. Gleichzeitig, geben wir neue Einblicke in verschiedene Navigationsprozesse und ermöglichen so einen wichtigen Schritt hin zum Verständnis der vielfältigen Ebenen menschlichen Navigationsverhaltens.

The field of human-computer interaction (HCI) strives for innovative user interfaces. Innovative and novel user interfaces are a challenge for a growing population of older users and endanger older adults to be excluded from an increasingly digital world. This is because older adults often have lower cognitive abilities and little prior experiences with technology. This thesis aims at resolving the tension between innovation and age-inclusiveness by developing user interfaces that can be used regardless of cognitive abilities and technology-dependent prior knowledge. The method of image-schematic metaphors holds promises for innovative and age-inclusive interaction design. Image-schematic metaphors represent a form of technology-independent prior knowledge. They reveal basic mental models and can be gathered in language (e.g. bank account is container from "I put money into my bank account"). Based on a discussion of previous applications of image-schematic metaphors in HCI, the present work derives three empirical research questions regarding image-schematic metaphors for innovative and age-inclusive interaction design. The first research question addresses the yet untested assumption that younger and older adults overlap in their technology-independent prior knowledge and, therefore, their usage of image-schematic metaphors. In study 1, a total of 41 participants described abstract concepts from the domains of online banking and everyday life. In study 2, ten contextual interviews were conducted. In both studies, younger and older adults showed a substantial overlap of 70% to 75%, indicating that also their mental models overlap substantially. The second research question addresses the applicability and potential of image-schematic metaphors for innovative design from the perspective of designers. In study 3, 18 student design teams completed an ideation process with either an affinity diagram as the industry standard, image-schematic metaphors or both methods in combination and created paper prototypes. The image-schematic metaphor method alone, but not the combination of both methods, was readily adopted and applied just as a well as the more familiar standard method. In study 4, professional interaction designers created prototypes either with or without image-schematic metaphors. In both studies, the method of image-schematic metaphors was perceived as applicable and creativity stimulating. The third research question addresses whether designs that explicitly follow image-schematic metaphors are more innovative and age-inclusive regarding differences in cognitive abilities and prior technological knowledge. In two experimental studies (study 5 and 6) involving a total of 54 younger and 53 older adults, prototypes that were designed with image-schematic metaphors were perceived as more innovative compared to those who were designed without image-schematic metaphors. Moreover, the impact of prior technological knowledge on interaction was reduced for prototypes that had been designed with image-schematic metaphors. However, participants' cognitive abilities and age still influenced the interaction significantly. The present work provides empirical as well as methodological findings that can help to promote the method of image-schematic metaphors in interaction design. As a result of these studies it can be concluded that the image-schematic metaphors are an applicable and effective method for innovative user interfaces that can be used regardless of prior technological knowledge. / Innovative Benutzungsoberflächen sind eines der Hauptziele der Mensch-Computer Interaktion. Diese neuartigen Benutzungsoberflächen sind eine Herausforderung gerade für ältere Benutzer und drohen diese aus der immer digitaleren Welt auszuschließen. Hierbei spielen abnehmende kognitive Fähigkeiten und eine geringere Vorerfahrung mit Technologie eine wichtige Rolle. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Spannung zwischen Innovation und Alters-Inklusivität zu verringern und Benutzungsoberflächen zu entwickeln, die unabhängig von kognitiven Fähigkeiten und technologieabhängigem Vorwissen benutzt werden können. Die Methode der image-schematischen Metaphern verspricht innovative und zugleich alters-inklusives Interaktionsdesign. Image-schematische Metaphern stellen eine technologieunabhängige Form von Vorwissen dar. Sie offenbaren grundlegende mentale Modelle und können aus metaphorischer Sprache extrahiert werden (z.B. Bankkonto ist Container ausgehend von "Geld ein}zahlen). Die vorliegende Arbeit leitet aus vorangegangen Anwendung von image-schematischen Metaphern im Bereich der Mensch-Computer Interaktion drei empirische Forschungsfragen mit dem Fokus auf innovatives und alters-inklusives Interaktionsdesign ab. Die erste Forschungsfrage behandelt die bisher ungetestete Annahme, dass junge und ältere Menschen in ihrem technologieunabhängigem Vorwissen und damit auch im Gebrauch image-schematischer Metaphern übereinstimmen. In Studie 1 beschrieben 41 Probanden abstrakte Konzepte in den Bereichen Online Banking und Alltag. In Studie 2 wurden zehn kontextuelle Interviews durchgeführt. In beiden Studien wurde eine Übereinstimmung zwischen 70% und 75% gefunden, was auf eine substantielle Übereinstimmung der mentalen Modelle hinweist. Die zweite Forschungsfrage zielte auf die Anwendbarkeit und das Potential image-schematischer Metaphern für innovatives Design aus der Perspektive von Designern ab. In Studie 3 durchliefen 18 studentische Designteams einen Ideenfindungsprozess mit Prototypenerstellung, der entweder auf einem Affinity Diagramm als Industriestandard, image-schematischen Metaphern oder beiden Ansätzen in Kombination basierte. Die Methode der image-schematischen Metaphern, aber nicht die Kombination beider Methoden, war ebenso leicht anwendbar wie die bekanntere Standardmethode. In Studie 4 erstellten professionelle Interaktionsdesigner Prototypen mit oder ohne image-schematische Metaphern. In beiden Studien wurde die neue Methode als leicht anwendbar und die Kreativität stimulierend wahrgenommen. Die dritte Forschungsfrage ging der Frage nach, ob Prototypen, die explizit auf image-schematischen Metaphern basieren, tatsächlich innovativer wahrgenommen werden und alters-inklusiver bezüglich kognitiver Fähigkeiten und Technologievorwissen sind. In zwei experimentellen Studien (Studie 5 und 6) mit insgesamt 54 jüngeren und 53 älteren Menschen wurden Prototypen, die mit image-schematischen Metaphern entwickelt worden waren, als innovativer wahrgenommen als solche, die nicht explizit mit der neuen Methode entwickelt worden waren. Zudem war der Einfluss von Technologievorwissen auf die Interaktion geringer für Prototypen, die mit image-schematischen Metaphern erstellt worden waren. Der Einfluss von kognitiven Fähigkeiten und Alter auf die Interaktion blieb jedoch signifikant. Die vorliegende Arbeit liefert sowohl in empirischer als auch methodischer Hinsicht einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Methode der image-schematischen Metaphern im Interaktionsdesign. Als Ergebnis dieser Arbeit lässt sich festhalten, dass image-schematische Metaphern eine leicht anwendbare und effektive Methode darstellen, um innovative Benutzungsoberflächen zu entwickeln, die unabhängig von Technologievorwissen benutzt werden können.

Muskeln und Nerven bilden eine essentielle funktionelle Einheit für den Bewegungsapparat. Neuromuskuläre Erkrankungen lassen sich unterteilen in Krankheiten, denen ein muskuläres Problem zu Grunde liegt, wie zum Beispiel Muskeldystrophien (Muskeldystrophie Duchenne, DMD) und Myopathien (Myofibrilläre Myopathie, MFM), und in Erkrankungen aufgrund von Nervenschädigungen, wie zum Beispiel Neuropathien und spastische Paraplegien (SPG). In den vier Teilen der vorliegenden Arbeit konnte sowohl das genetische wie auch das phänotypische Spektrum von neuromuskulären Krankheiten erweitert werden. Die dafür verwendeten Methoden reichen von der Sanger-Sequenzierung einzelner Gene über Next-Generation Sequencing (NGS)-Panel-Diagnostik, zu Whole Exome Sequencing (WES) und schließlich zu Whole Genome Sequencing (WGS). Zusätzlich wurde cDNA zur Detektion von Veränderungen im Transkriptom sequenziert. Im ersten Teil wurde der klinische Phänotyp der Seipinopathien erweitert, der jetzt auch amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und multifokale motorische Neuropathie (MMN) beinhaltet. Dafür wurde eine Panel-Analyse durchgeführt, die eine bekannte Mutation in BSCL2 aufdeckte. Aufgrund des hiermit erweiterten Phänotyps der Seipinopathien sollten Mutationen in BSCL2 auch bei anderen Verdachtsdiagnosen, wie ALS oder MMN, berücksichtigt werden. Außerdem wurde gezeigt, dass in der Diagnostik SPGs und Charcot-Marie-Tooth Erkrankungen (CMTs) eine Überlappung zeigen und bei der Diagnose von Verdachtsfällen Gene aus beiden Krankheitsbereichen berücksichtigt werden sollten. Die Suche mit Hilfe eines Phänotyp-Filters hat sich dabei als erfolgreich erwiesen. Ungelöste Fälle sollten aber in regelmäßigen Abständen neu analysiert werden, da immer neue Gene mit den Phänotypen assoziiert werden. Der zweite Teil befasst sich mit der Untersuchung von DMD-Patienten mit bisher ungeklärtem Genotyp. Durch eine RNA-Analyse des gesamten DMD-Transkripts wurden tief-intronische Mutationen aufgedeckt, die Einfluss auf das Spleißen haben. Durch diese Mutationen wurden intronische Sequenzen als Pseudoexons in die mRNA eingefügt. Diese Mutationsart scheint häufig unter ungeklärten DMD-Fällen zu sein, in unserer Kohorte von 5 DMD-Patienten wurden in zwei Fällen Pseudoexons entdeckt. Eine Besonderheit besteht darin, dass in der RNA-Analyse immer noch ein Rest Wildtyp-Transkript vorhanden war, wodurch die Patienten vermutlich einen milderen Becker-Phänotyp aufweisen. Ein weiterer ungeklärter DMD-Fall konnte durch die Sequenzierung der gesamten genomischen Sequenz aufgeklärt werden. Es wurde eine perizentrische Inversion entdeckt (46,Y,inv(X)(p21.1q13.3). Dies zeigt, dass WGS auch zur Detektion von großen Strukturvariationen geeignet ist. Im dritten Teil wurden Spleißmutationen untersucht. Spleißmutationen wurden bisher nicht in TMEM5-assoziierter alpha-Dystroglykanopathie beschrieben und somit als neue Mutationsart für diese Erkrankung nachgewiesen. Dabei wurde auch die funktionelle Exostosin-Domäne in TMEM5 bestätigt. Eine RNA-Untersuchung verschiedener Spleißmutationen zeigte, dass Spleißmutationen häufig zu einem veränderten Transkript führen, auch wenn diese Mutationen weiter von der Konsensussequenz entfernt sind. Spleißmutation sollten daher häufiger in der Diagnostik berücksichtig und überprüft werden. Im letzten Teil wurde eine strukturierte Diagnostik von MFM-Patienten beschrieben und neue Kandidaten-Gene für MFM vorgestellt. Es ist zu vermuten, dass auch Mutationen in Genen, die bisher für Kardiomyopathien, Kollagen Typ VI-Myopathien und Neuropathien beschrieben sind, einen MFM-Phänotyp verursachen können. Diese Ergebnisse erweitern das genetische Spektrum der MFM, was sich auf die Diagnostik dieser Erkrankungen auswirken sollte. Im Laufe dieser Arbeit konnten damit die neuromuskulären Erkrankungen vieler Patienten genetisch geklärt werden. Neue Phänotypen und genetische Ursachen wurden beschrieben und es wurde gezeigt, dass sich WGS technisch für die Diagnostik, auch zur Detektion von großen Strukturvarianten, eignet. / Muscles and nerves form an essential functional unit for the locomotor system. Neuromuscular disorders are divided in diseases that have a muscular origin, such as muscular dystrophies (Duchenne muscular dystrophy, DMD) and myopathies (myofibrillar myopathies, MFM) and diseases based on neuron denervation, for instance neuropathies and spastic paraplegias (SPG). The four parts of the present work expand the genetic and phenotypic spectrum of neuromuscular disorders. The used methods range from Sanger sequencing of single genes to panel next-generation sequencing (NGS) diagnostics, whole exome sequencing (WES) and finally to whole genome sequencing (WGS). Additionally, cDNA was sequenced to detect transcriptome changes. In the first part, the clinical phenotype of seipinopathies has been expanded to include amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and multifocal motor neuropathy (MMN). An NGS panel was sequenced in three patients suffering from ALS, MMN and neuropathy. A known mutation in BSCL2 was detected which expands the phenotype of seipinopathies. Therefore, mutations in BSCL2 should be considered in patients with diagnosis such as ALS and MMN. Moreover, it was demonstrated that SPGs and Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) show a genetic overlap and genes of both diseases should be considered in genetic analysis. The use of a phenotype filter for variant analysis was successful. However, unsolved cases should be re-analysed in intervals, as new genes are frequently connected to phenotypes. The second part concerns DMD patients with unresolved genotype. RNA-analysis of the whole DMD transcripts revealed deep-intronic variants that influence splicing and insert intronic sequences as pseudoexons in the mRNA. This kind of mutation appears to be common, as two of our five analysed patients had pseudoexons. What is particular about these cases is the fact that a rest of wild type DMD transcript remained, which possibly contributes to a milder Becker phenotype in the patients. In another unsolved DMD case WGS was performed and a pericentric inversion including DMD was discovered (46,Y,inv(X)(p21.1q13.3), which demonstrates that WGS is capable of detecting large structural anomalies. In the third part splice mutations were analysed. Splice mutations were unknown for TMEM5-related alpha-dystroglycanopathy and are now a new kind of mutation in this disease. At the same time the functional exostosin domain in TMEM5 was confirmed. RNA analysis of further splice mutations showed a frequent influence on splicing even if the mutation was far from the canonical splice site. Therefore, splice mutations should be verified and considered in diagnostics more often. The last part describes a structured approach when diagnosing MFM patients and introduces new candidate genes for MFM. It appears that mutations in genes formerly associated with cardiomyopathies, collagen type VI-related myopathies and neuropathies can cause an MFM phenotype. These results expand the genetic spectrum of MFM which should be considered in diagnostics. In the course of this dissertation the neuromuscular diseases of many patients could be solved genetically. New phenotypes and genotypes were described and it was proven that WGS is technically suitable for genetic diagnostic, even for the detection of large structural variants.

Acetylcholine (ACh) mediates transmission at vertebrate neuromuscular junctions and many other synapses. The postsynaptic ACh receptors at neuromuscular junctions are of the nicotinic subtype (nAChRs). They are among the best studied receptor channels and often serve as models or receptor prototypes. Despite a wealth of information on muscle type nAChRs so far little is known about species specific functional differences. In this work, mouse and human adult muscle type nAChRs are investigated. Cell attached recordings in the HEK293T heterologous expression system provided evidence that the ACh affinity of recombinant mouse and human adult muscle type nAChRs are different. To clarify this, I compared these receptors in outside-out patches employing a system for fast agonist application. Thus, the individual membrane patches with receptors can be exposed to various ligand concentrations. In response to 10 and 30 µM ACh normalized peak currents (î) were significantly larger and current rise-time (tr) shorter in human than in mouse receptors. Analyzing dose-response curves of î and tr and fitting them with a two-step equivalent binding-site kinetic mechanism revealed a two-fold higher ACh association rate constant in human compared to mouse receptors. Furthermore, human nAChRs were blocked faster in outside-out patches by superfusion of 300 nM α-Bungarotoxin (α-Bgtx) than mouse nAChRs. Finally, human nAChRs in outside-out patches showed higher affinity at 3 µM ACh than chimeric receptors consisting of mouse α- and human β-, γ- and ε-subunits. The higher affinity of human than mouse receptors for ACh and α-Bgtx is thus at least in part due to sequence difference in their α-subunits. / Acetylcholin (ACh) vermittelt Erregungsübertragung an neuromuskulären synaptischen Kontakten (neuromuscular junction, NMJ) von Wirbeltieren und vielen anderen Synapsen. Die postsynaptischen ACh-Rezeptoren an der NMJ sind vom nikotinischen Subtyp (nAChRs). Als Teil der am besten erforschten Kanalrezeptoren dienen sie oft als Modelle oder auch Prototypen für Rezeptoren. Trotz einer Fülle an Informationen über nAChRs des Muskeltyps ist bis heute recht wenig über artenspezifischen funktionellen Unterschiede bekannt. Diese Studie befasst sich daher mit der Untersuchung von nAChRs des Muskeltyps in erwachsenen Mäusen und Menschen. Aufzeichnungen mit sogenannten Cell-attached Patches im heterologen Expressionssystem HEK293T-Zellen lieferten Beweise dafür, dass die ACh-Affinität von rekombinanten erwachsenen Maus- und menschlichen nAChRs vom Muskeltyp unterschiedlich sind. Um diesem nachzugehen, habe ich diese Rezeptoren in Outside-out Patches mit Hilfe eines schnellen Piezogetriebenen Applikationssystems verglichen. Dieses System bietet den Vorteil, dass einzelne Membran-Patches mit Rezeptoren unterschiedlichen Ligandenkonzentrationen ausgesetzt werden können. Als Reaktion auf 10 und 30 µM ACh waren die normalisierten Stromamplituden (î) und Stromanstiegszeiten (tr) der menschlichen Rezeptoren signifikant höher als die der Mausrezeptoren. Die Analyse der Dosis-Wirkungskurven von î und tr sowie die Anpassung eines quantitativen zweistufigen kinetischen Modells mit zwei äquivalenten Bindestellen an die Datensätze zeigten eine zweifach höhere Assoziationsrate für ACh bei menschlichen Rezeptoren, verglichen mit der von Mausrezeptoren. Zudem wurden menschliche nAChRs in Outside-Out-Patches schneller als Mausrezeptoren durch Superfusion mit 300 nM α-Bungarotoxin (α-Bgtx) blockiert, was für eine höhere Affinität auch für α-Bgtx spricht. Schließlich wiesen die menschlichen nAChRs in Outside-Out-Patches bei 3 µM ACh eine höhere Affinität als chimäre Rezeptoren aus Maus α- und menschlichen β-, γ- and ε-Untereinheiten auf. Die höhere Affinität der menschlichen Rezeptoren zu ACh und α-Bgtx im Vergleich zu Mausrezeptoren basiert somit zumindest in Teilen auf Sequenzdifferenzen ihrer α-Einheitenen.

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. / In this work, intuitive use is defined as the extent to which a product can be used in a mentally efficient and effective manner, which is accompanied by a strong metacognitive feeling of fluency. Currently available methods to measure intuitive use lack sufficiently high time efficiency to apply them effectively for evaluating interaction patterns for 3DCreation- Oriented-User-Interfaces (3D-CUIs) in the context of the industrial project 3DGUIde. These interaction patterns describe in a structured way how 3D-CUIs – user interfaces aimed to create three-dimensional content – should be designed to support intuitive use. This work therefore proposes two new evaluation methods for intuitive use: 1) IntuiBeat-F as a formative method and 2) IntuiBeat-S as a summative method. Based on default-interventionist theories and current definitions of intuitive, this work identifies mental efficiency as the central objective, the metacognitive feeling of fluency as the central subjective and the effectiveness as the central pragmatic attribute associated with intuitive use. The evaluation of intuitive use with IntuiBeat-F and IntuiBeat-S is promising since both methods are inhibition-based rhythm secondary tasks, and can therefore assess mental efficiency objectively. Their potential for a time efficient evaluation of 3D-CUIs is discussed in the light of existing research in human-computer interaction and psychology and empirical research questions are derived from this discussion. The first research question examines the scientific quality of IntuiBeat-S. In the first, the second and the third experiment pairs of 3D-CUIs are compared in a summative manner (i.e., less intuitive vs. more intuitive user interfaces) and the scientific quality of IntuiBeat- S is assessed with regard to the scientific criteria objectivity, reliability and validity. The results show that IntuiBeat-S has a high scientific quality. Moreover, it makes no difference whether the rhythm is entered via the heel or the ball of the foot and whether the tested undergraduate students are more or less experienced in dealing with 3D-CUIs. The second research question examines the scientific quality of IntuiBeat-F. In the fourth, the fifth, the sixth and the seventh experiment 3D-CUIs are evaluated individually in a formative manner (i.e., either a less intuitive or more intuitive user interface) and the scientific quality of IntuiBeat-F is assessed with regard to the scientific criteria thoroughness, validity and reliability. The results show that IntuiBeat-F has a high scientific quality. The scientific quality of IntuiBeat-F is higher when strictly applied (i.e., considering usability problems solely found with the method), but it is already high when applied less strictly (i.e., considering further usability problems found regardless of the method). However, only the development and use of an additional analysis software in the sixth and the seventh experiment show the scientific quality of IntuiBeat-F as a formative evaluation method for intuitive use with regard to all three scientific criteria. Without the software support, IntuiBeat-F is not applied thoroughly by the evaluator. The third research question examines the practical quality of both methods in terms of application time efficiency when compared to existing evaluation methods for intuitive use. Regarding the summative evaluation, the second experiment demonstrates a higher application time efficiency of IntuiBeat-S in comparison to the current summative benchmark, the CHAI method, when evaluating both less and more intuitive 3D-CUIs. With regard to the formative evaluation, the last four experiments show a higher application time efficiency of IntuiBeat-F in comparison to the current formative benchmark, the user test with retrospective think-aloud protocol, when evaluating both less and more intuitive 3D-CUIs, irrespective of whether or not an additional analysis software is used. As a result of these studies it can be concluded that the scientific quality and the application time efficiency of both methods for the evaluation of intuitive use in the context of 3D-CUIs can be considered satisfactory. This work closes with a discussion of the accomplished research contribution and suggestions for future research from a theoretical (e.g., consideration of the feeling of fluency during the evaluation), a practical (e.g., applicability of both methods in other domains) and a methodological perspective (e.g., assessment of the practical quality of both methods using other criteria).