This study was conducted at the Swedish Defense research agency as an attempt to understand affordances and limitations in visualizing altitude information for fighter controllers. The fighter controllers are subject to large quantities of numerical information from multiple sources simultaneously. Their duties are highly stressful and require large mental workload and situational awareness. Today, a large portion of information is represented visually, except for altitude. The altitude of a jet is represented only numerically on the screen, next to the icon representing an airplane. This thesis attempts to aid the users in their tasks, by determining if interactive visual information could benefit the current system. This study resulted in one prototype, where height was represented in three different ways, one using color coordination, one using different sizes and one mimicked the current numerical representation. These variations were evaluated in a user study, consisting of semi structured interviews along with benchmark tests. None of the suggested visual cues could be demonstrated as more efficient than the current representation, but a majority of participants preferred the version using varying sizes as this was considered more intuitive and held less limitations than the other version. Future research is encouraged as to successfully determine if altitude information can be visually represented for a decreased mental workload. / Denna studie genomfördes vid Totalförsvarets Forskningsinstitut som ett försök att utreda möjligheter och svårigheter med att visuellt presentera information om altitud för flygstridsledare. Flygstridsledare utsätts för stora mängder numerisk information, från ett flertal olika källor simultant. Derad uppgifter utförs under hög stress och kräver stor mental belastning samt situationsmedvetenhet. Idag representeras en stor mängd information visuellt, på flygstridsledarens radarskärm, med undantaget för höjden. Ett objekts altitud på skärmen representeras alltid numeriskt, bredvid ikonen för flygplan. Detta arbete har gjorts i avsikt att hjälpa flygstridsledaren i dennes uppgifter, genom att utreda om interaktiv visuell information kan vara av nytta för deras nuvarande system. Denna studie resulterade i en prototyp, i vilken höjd representerades på tre olika sätt. Genom färg med varierande opacitet, genom olika storlekar på objekten, samt den nuvarande numeriska metoden. Dessa versioner utvärderades i en användarstudie, bestående av semistrukturerade intervjuer samt benchmark test. Ingen av de föreslagna visualiseringarna kunde påvisas mer effektiv än det nuvarande systemet, men en majoritet av deltagarna föredrog versionen med varierande storlekar, eftersom detta ansågs mer intuitivt samt hade färre begränsningar. Vidare studier uppmanas för att med framgång avgöra om altituden kan representeras visuellt, för en minskad mental belastning.

No description available.

No description available.

No description available.

Die Informations- und Kommunikationstechnologien haben die Arbeitswelt grundlegend verändert. Durch den Einsatz komplexer, hochautomatisierter Systeme werden an die kognitive Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit von Arbeitnehmern hohe Anforderungen gestellt. Über die Ermittlung der psychischen Beanspruchung des Menschen an Arbeitsplätzen mit hohen kognitiven Anforderungen wird es möglich, eine Über- oder Unterbeanspruchung zu vermeiden. Gegenstand der Dissertation ist deshalb die Entwicklung, Implementierung und der Test eines neuen Systems zur kontinuierlichen Bewertung psychischer Beanspruchung an informationsintensiven Arbeitsplätzen auf Basis des Elektroenzephalogramms. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die Konzepte zur Definition der psychischen Beanspruchung und Modelle zur Beschreibung der menschlichen Informationsverarbeitung zusammengestellt. Die Auswertung einer Reihe von Experimenten ist die Basis für die Konzeption und den Test des neuen Systems zur Indexierung der psychischen Beanspruchung. Die Aufgabenbatterie, die Stichprobenbeschreibung, der Versuchsaufbau und -ablauf sind Bestandteil des experimentellen Teils der Arbeit. Während der Aufgabenlösung wird von den Probanden das Elektroenzephalogramm mit 25 Kanälen abgeleitet. Es folgt eine Artefakteliminierung, für die ein neues automatisch und in Echtzeit arbeitendes Verfahren entwickelt wurde. Die Klassifikation und damit die Indexierung von Segmenten des Elektroenzephalogramms in die Klassen niedriger, mittlerer oder hoher Beanspruchung erfolgt auf Basis einer ebenfalls neu entwickelten Methode, deren Grundlage Dual Frequency Head Maps sind. Damit ist ein vollständiges System entstanden, das die einzelnen Verfahrensschritte integriert und die Aufgabenstellung der Arbeit erfüllt: Es kann an informationsintensiven Arbeitsplätzen eingesetzt werden, um kontinuierlich die Bewertung der psychischen Beanspruchung auf Basis des Elektroenzephalogramms vorzunehmen. / Advanced information and communication technology has fundamentally changed the working environment. Complex and highly automated systems impose high demands on employees with respect to cognitive capacity and the ability to cope with workload. The registration of mental workload of employees on-site at workplaces with high cognitive demands enables preventing over- or underload. The subject of this dissertation is therefore the development, implementation and testing of a novel system for continuous assessment of mental workload at information intensive workplaces on the basis of the electroencephalogram. In the theoretical section of the thesis concepts for defining mental workload are given; furthermore, models for describing human information processing are introduced and the relevant terminology such as strain, workload, and performance is clarified. Evaluation of an array of experiments with cognitive tasks forms the basis for the conceptual design and testing of the novel system for indexing mental workload. Descriptions of these tasks, the sample, the experimental set-up and procedure are included in the experimental section. The electroencephalogram with 25 channels was recorded from the subjects while performing the tasks. Subsequently, an artifact elimination was carried out, for which a new, automated, and real-time capable procedure has been developed. Segments from the electroencephalogram are classified and thusly indexed into classes of low, medium, and high workload on the basis of a likewise newly developed method, whose central element are Dual Frequency Head Maps. Hence, a complete system emerges that integrates the single processing steps and satisfies the scope of this thesis: It can be applied on-site at information intensive workplaces for continuous assessment of mental workload on the basis of the electroencephalogram.

Notre comportement au quotidien nécessite la prise en compte d'informations et l'élaboration d'actions qui peuvent nous paraître banales. Il est cependant le fruit d'un traitement élaboré et complexe de la part de notre cerveau. Ce traitement cérébral est à la base des fonctions cognitives et motrices chez l'homme. Si nous voulions enregistrer in situ l'évolution temporelle des signaux cérébraux traduisant notre comportement lors de tâches cognitives et/ou sensori-motrices, nos choix se porteraient sur l'utilisation de méthodes non-invasives utilisées en neuroergonomie. Parmi les méthodes actuellement disponibles en neuroimagerie fonctionnelle, la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) quantifiant indirectement l'activité corticale (i.e., modification de la réponse hémodynamique) apparaît la plus pertinente quant à l'appréciation de l'activité corticale en continu. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés, en exploitant la NIRS, à mettre en évidence les corrélats entre l'activité corticale (lobe frontal) et le niveau de sollicitation engendré par des charges de travail dans des tâches cognitives et/ou motrices à des intensités sous-maximales et de difficultés variables. Trois études ont été menées, dont les résultats montrent que l'activité hémodynamique mesurée par NIRS varie en fonction de la charge de travail. L'activité corticale est estimable à une intensité d'effort sous-maximale pour des tâches cognitives et/ou motrices, à condition que l'analyse des signaux soit suffisamment discriminante pour des sollicitations faibles à modérées. Ce travail a révélé la sensibilité et l'utilité de la NIRS dans l'exploration de la charge de travail. / Daily behavior requires taking into account some information and actions planning which may seem trivial for us. However, it is the fruit of a complex and sophisticated processing from the brain. The cerebral processes underlie cognitive and motor functions in humans. In order to record in situ the temporal evolution of cerebral signals reflecting our behavior during cognitive and/or sensorimotor tasks, different non-invasive methods from Neuroergonomics could be used. Among the available functional neuroimaging methods, the near infrared spectroscopy (NIRS) allowing indirectly to measure cortical activity (ie, changes in hemodynamic response) appears relevant to appreciate continuously cortical activity.In this thesis, using NIRS, we were interested in highlighting the correlates between cortical activity (frontal lobe) and the level of stimulation induced by workload during cognitive and/or motor tasks at sub-maximal efforts and variable difficulties. Three studies were conducted. The results indicate that the hemodynamic activity changes by NIRS depend on the workload. The cortical activity is measurable at a sub-maximal intensity for cognitive and/or motor tasks, as long as the signal analysis can discriminate low to moderate loads. This work has revealed the sensitivity and usefulness of NIRS in workload application.

Les contrôleurs du trafic aérien ou « aiguilleurs du ciel », dont l’activité consiste à assurer la sécurité de l’écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d’un nouvel environnement de contrôle induisant l’introduction de nouvelles technologies et de l’automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d’augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l’interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l’étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d’évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L’évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l’analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d’eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d’abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l’introduction de nouveaux systèmes informatisés d’aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l’effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens. / The air traffic controllers, whose job is to ensure the safety of air traffic flow, will soon be faced to an unprecedented change in their work activity. To compensate a change of context, mainly associated with a significant increase of the air traffic density, the elaboration of a new air traffic control environment is considered. In particular, the introduction of new technologies (all electronic devices) causing the partial automation of the control task, has been defined as prospects for the En-Route air traffic control work position. These perspectives aim at reducing the air traffic controllers’ requirements in order to increase the capability threshold of air traffic management associated with air traffic control service rendered. Such a change may however query. Indeed, how to ensure the validation of these developments to the objectives? This research aims to study the air traffic controllers’ mental workload in different contexts. The objective of this approach is to assess the effects caused by such changes in the air traffic controllers’ daily work environment. The proposed assessment is based on a multidimensional approach mainly focused on the analysis of ocular parameters recorded through an eye-tracking technique in air traffic control situations ecologically valid with reference to the features of air traffic control task. The results deduced from the empirical work of this research were first used to characterize the management of mental workload carried by air traffic controllers during their activity in the nominal situation (reflecting the current air traffic control situation). The results obtained through this research also focused on the effects generated by the introduction of new computerized systems inducing a partial automation of the control task, and those induced by the level of training dedicated to the use of such systems on the management methods of cognitive resources employed by air traffic controllers.

In der vorliegenden Untersuchung wurde ein arbeitspsychologisches Problem thematisiert, dass in Mensch-Maschine-Systemen auftritt. <br /> In Mensch-Maschine-Systemen werden Informationen in kodierter Form ausgetauscht. Diese inhaltlich verkürzte Informationsübertragung hat den Vorteil, keine lange Zustandsbeschreibung zu benötigen, so dass der Mensch auf die veränderten Zustände schnell und effizient reagieren kann. Dies wird aber nur dann ermöglicht, wenn der Mensch die kodierten Informationen (Kodes) vorher erlernten Bedeutungen zuordnen kann. Je nach Art der kodierten Informationen (visuelle, akustische oder alphanumerische Signale) wurden Gestaltungsempfehlungen für Kodealphabete entwickelt. <br /> Für Operateure resultiert die mentale Belastung durch Dekodierungsprozesse vor allem aus dem Umfang des Kodealphabetes (Anzahl von Kodezeichen), der wahrnehmungsmäßigen Gestaltung der Kodes und den Regeln über die Zuordnung von Bedeutungen zu Kodezeichen. <br /> <br /> Die Entscheidung über die Güte von Kodealphabeten geschieht in der Arbeitspsychologie in der Regel über Leistungsindikatoren. Dies sind üblicherweise die zur Dekodierung der Kodes benötigte Zeit und dabei auftretende Zuordnungsfehler. Psychophysiologische Daten werden oft nicht herangezogen.<br /> Fraglich ist allerdings, ob Zeiten und Fehler allein verlässliche Indikatoren für den kognitiven Aufwand bei Dekodierungsprozessen sind, da im hochgeübten Zustand bei gleichen Alphabetlängen, aber unterschiedlicher Kodezeichengestaltung sich häufig die mittleren Dekodierungszeiten zwischen Kodealphabeten nicht signifikant unterscheiden und Fehler überhaupt nicht auftreten. <br /> Die in der vorliegenden Arbeit postulierte Notwendigkeit der Ableitung von Biosignalen gründet sich auf die Annahme, dass mit ihrer Hilfe zusätzliche Informationen über die mentale Beanspruchung bei Dekodierungsprozessen gewonnen werden können, die mit der Erhebung von Leistungsdaten nicht erfasst werden. Denn gerade dann, wenn sich die Leistungsdaten zweier Kodealphabete nicht unterscheiden, können psychophysiologische Daten unterschiedliche Aspekte mentaler Beanspruchung erfassen, die mit Hilfe von Leistungsdaten nicht bestimmt werden können. <br /> Daher wird in Erweiterung des etablierten Untersuchungsansatzes vorgeschlagen, Biosignale als dritten Datenbereich, neben Leistungsdaten und subjektiven Daten mentaler Beanspruchung, abzuleiten, um zusätzliche Informationen über die mentale Beanspruchung bei Dekodierungsprozessen zu erhalten.<br /> Diese Annahme sollte mit Hilfe der Ableitung von Biosignalen überprüft werden. <br /> <br /> Der Begriff mentaler Beanspruchung wird in der bisherigen Literatur nur unzureichend definiert und differenziert. Daher wird zur Untersuchung dieses Konzepts, die wissenschaftliche Literatur berücksichtigend, ein erweitertes Modell mentaler Beanspruchung vorgestellt.<br /> Dabei wird die mentale Beanspruchung abgegrenzt von der emotionalen Beanspruchung. Mentale Beanspruchung wird weiterhin unterschieden in psychomotorische, perzeptive und kognitive Beanspruchung. Diese Aspekte mentaler Beanspruchung werden jeweils vom psychomotorischen, perzeptiven oder kognitiven Aufwand der zu bearbeitenden Aufgabe ausgelöst.<br /> <br /> In der vorliegenden Untersuchung wurden zwei zentrale Fragestellungen untersucht:<br /> Einerseits wurde die Analyse der anwendungsbezogenen Frage fokussiert, inwieweit psychophysiologische Indikatoren mentaler Beanspruchung über die Leistungsdaten (Dekodierungszeiten und Fehleranzahl) hinaus, zusätzliche Informationen zur Bestimmung der Güte von Kodealphabeten liefern. <br /> Andererseits wurde der Forschungsaspekt untersucht, inwieweit psychophysiologische Indikatoren mentaler Beanspruchung die zur Dekodierung notwendigen perzeptiven und kognitiven Aspekte mentaler Beanspruchung differenzieren können. Emotionale Beanspruchung war nicht Gegenstand der Analysen, weshalb in der Operationalisierung versucht wurde, sie weitgehend zu vermeiden. Psychomotorische Beanspruchung als dritter Aspekt mentaler Beanspruchung (neben perzeptiver und kognitiver Beanspruchung) wurde für beide Experimentalgruppen weitgehend konstant gehalten.<br /> <br /> In Lernexperimenten hatten zwei anhand eines Lern- und Gedächtnistests homogenisierte Stichproben jeweils die Bedeutung von 54 Kodes eines Kodealphabets zu erwerben. Dabei wurde jeder der zwei unahbhängigen Stichproben ein anderes Kodealphabet vorgelegt, wobei sich die Kodealphabete hinsichtlich Buchstabenanzahl (Kodelänge) und anzuwendender Zuordnungsregeln unterschieden. Damit differierten die Kodealphabete im perzeptiven und kognitiven Aspekt mentaler Beanspruchung.<br /> Die Kombination der Abkürzungen entsprach den in einer Feuerwehrleitzentrale verwendeten (Kurzbeschreibungen von Notfallsituationen). In der Lernphase wurden den Probanden zunächst die Kodealphabete geblockt mit ihren Bedeutungen präsentiert. <br /> Anschließend wurden die Kodes (ohne deren Bedeutung) in sechs aufeinanderfolgenden Prüfphasen randomisiert einzeln dargeboten, wobei die Probanden instruiert waren, die Bedeutung der jeweiligen Kodes in ein Mikrofon zu sprechen. <br /> Während des gesamten Experiments wurden, neben Leistungsdaten (Dekodierungszeiten und Fehleranzahl) und subjektiven Daten über die mentale Beanspruchung im Verlauf der Experimente, folgende zentralnervöse und peripherphysiologische Biosignale abgeleitet: Blutdruck, Herzrate, phasische und tonische elektrodermale Aktivität und Elektroenzephalogramm. Aus ihnen wurden zunächst 13 peripherphysiologische und 7 zentralnervöse Parameter berechnet, von denen 7 peripherphysiologische und 3 zentralnervöse Parameter die statistischen Voraussetzungen (Einschlusskriterien) soweit erfüllten, dass sie in die inferenzstatistische Datenanalyse einbezogen wurden.<br /> <br /> Leistungsdaten und subjektive Beanspruchungseinschätzungen der Versuchsdurchgänge wurden zu den psychophysiologischen Parametern in Beziehung gesetzt. Die Befunde zeigen, dass mittels der psychophysiologischen Daten zusätzliche Erkenntnisse über den kognitiven Aufwand gewonnen werden können.<br /> <br /> Als weitere Analyse wurden die Kodes post hoc in zwei neue Kodealphabete eingeteilt. Ziel dieser Analyse war es, die Unterschiede zwischen beiden Kodealphabeten zu erhöhen, um deutlichere reizbezogene psychophysiologische Unterschiede in den EEG-Daten zwischen den Kodealphabeten zu erhalten. Dazu wurde diejenigen, hinsichtlich ihrer Bedeutung, parallelen Kodes in beiden Kodealphabeten ausgewählt, die sich in der Dekodierungszeit maximal voneinander unterschieden. Eine erneute Analyse der EEG-Daten erbrachte jedoch keine Verbesserung der Ergebnisse.<br /> <br /> Drei Hauptergebnisse bezüglich der psychophysiologischen Parameter konnten festgestellt werden:<br /> Das erste Ergebnis ist für die psychophysiologische Methodik bedeutsam. Viele psychophysiologische Parameter unterschieden zwischen den Prüfphasen und zeigen damit eine hinreichende Sensitivität zur Untersuchung mentaler Beanspruchung bei Dekodierungsprozessen an. Dazu gehören die Anzahl der spontanen Hautleitwertsreaktionen, die Amplitude der Hautleitwertsreaktionen, das Hautleitwertsniveau, die Herzrate, die Herzratendifferenz und das Beta-2-Band des EEG. Diese Parameter zeigen einen ähnlichen Verlauf wie die Leistungsdaten. Dies zeigt, dass es möglich ist, die hier operationaliserte Art mentaler Beanspruchung in Form von Dekodierungsprozessen psychophysiologisch zu analysieren.<br /> <br /> Ein zweites Ergebnis betrifft die Möglichkeit, Unterschiede mentaler Beanspruchung zwischen beiden Gruppen psychophysiologisch abzubilden:<br /> Das Hautleitwertsniveau und das Theta-Frequenzband des Spontan-EEG zeigten Unterschiede zwischen beiden Stichproben von der ersten Prüfphase an. Diese Parameter indizieren unterschiedlichen kognitiven Aufwand in beiden Stichproben über alle Prüfphasen.<br /> <br /> Das wichtigste Ergebnis betrifft die Frage nach einem Informationsgewinn bei Einsatz psychophysiologischer Methoden zur Bewertung der Güte von Kodealphabeten: <br /> Einen tatsächlichen Informationsgewinn gegenüber den Leistungsdaten zeigte die Amplitude der elektrodermalen Aktivität und die Herzraten-Differenz an. Denn in den späteren Prüfphasen, wenn sich die Leistungsdaten beider Kodealphabete nicht mehr unterschieden, konnten unterschiedliche Ausprägungen dieser psychophysiologischen Parameter zwischen beiden Kodealphabeten verzeichnet werden. Damit konnten unterschiedliche Aspekte mentaler Beanspruchung in beiden Kodealphabeten in den späteren Prüfphasen erfasst werden, in denen sich die Leistungsdaten nicht mehr unterschieden. <br /> <br /> Alle drei Ergebnisse zeigen, dass es, trotz erheblichen technischen und methodischen Aufwands, sinnvoll erscheint, bei der Charakterisierung mentaler Belastungen und für die Gestaltung von Kodealphabeten auch psychophysiologische Daten heranzuziehen, da zusätzliche Informationen über den perzeptiven und kognitiven Dekodierungsaufwand gewonnen werden können. / In this study a problem from the work psychology was focussed, which appears in human-machine systems.<br /> In human-machine systems informations were exchanged as codes. Using this kind of shortened information transmission needs no long description of the system state, so that the operator can react to the changed system state in a quick and efficient way. This is possible only in this case, if the operator has learned the meaning of the codes before. For the different kinds of coded informations (visual, acoustic or alphanumeric signals) special recommendations for their design were developed.<br /> Mental workload caused by decoding processes resulting from the size of the code alphabet, the percepted design of the codes, and the rules about the allocation of code meanings.<br /> <br /> The decision about the validity of code alphabets in work psychology is normally made by indicators of performance, which are the decoding times and decoding mistakes. Nearly all studies do not refer to psychophysiological data. <br /> It is questioned, if times and mistakes alone are valid indicators for the cognitive cost, because in well learned state and for the same size of the code alphabet but different design of the codes, the decoding times between code alphabets are not significantly different, and mistakes do not appear.<br /> This study postulates a necessity for the registration of psychophysiological data, so that additionally informations, which are not included in the performance data, can be examined. If the performance data does not differ between two code alphabets, psychophysiological data measures different aspects of mental workload, which could not be detected by performance data. To enlarge the established approach, it is recommended to registrate biosignals as a third domain of data to get additional informations about decoding processes.<br /> These hypotheses should be verified by registration of biosignals.<br /> <br /> There are vague definitions and deficient differentiations of the concept of mental workload in the scientific publications. To examine mental workload an enlarged model of mental workload is presented. Mental workload is delimited from emotional strain. Furthermore mental workload is differentiated in psychomotoric, perceptive, and cognitive aspects. These aspects of mental workload are caused by the psychomotoric, perceptive, and cognitive cost, which are initiated by the assigned task.<br /> <br /> Two main questions were examined in this study. <br /> First question refers to applied research. Do psychophysiological indicators of mental workload provide more information about the validity of code alphabets than performance data?<br /> The second question refers to what extent psychophysiological indicators of mental workload necessary for the decoding process could differentiate the perceptive and cognitive aspects of mental workload. <br /> <br /> >The emotional strain was not the objective of this study, therefore it was excluded from the experimental design.<br /> Psychomotoric workload as the third aspect of mental workload was a constant value for both experimental samples.<br /> <br /> In two learning experiments two samples with identical habituational memory performance were instructed to learn the meaning of 54 codes of a code alphabet. Both samples was presented another code alphabet, which differed in the number of included letters and the allocation rules. Thus the two code alphabets differed in the perceptive and in the cognitive aspect of mental workload.<br /> The combination of abbreviations was comparable to those used in a fire station. In a learning phase the code alphabets were presented with their meanings. Afterwards the codes were presented without their meanings in six following tests phases. Subjects were instructed to answer in a microphone. <br /> During the whole experiment performance data, subjective data of perceived strain, and psychophysiological data were registrated. The psychophysiological data contained: blood pressure, heart rate, phasic and tonic electrodermal activity, and the EEG. Thirteen peripherphysiological and seven EEG parameters were extracted from these raw data. Seven peripherphysiological and three EEG parameters accomplished the statistical premises and were included to further statistical analysis.<br /> Performance data and subjective data were set in relation to the psychophysiological parameters. The outcomes showed that using psychophysiological data generate additional informations about the cognitive cost.<br /> <br /> For further analysis the code items were divided into two new code alphabets. The intention of this analysis was to maximize the difference between the two code alphabets to get more stimuli based psychophysiological differences in the EEG data. This analysis included those pairs of codes with identical meaning and maximum difference in their decoding time. This further analysis did not improve the outcomes. <br /> <br /> Three main outcomes in respect to the psychophysiological data were detected. <br /> The first one is an important outcome for psychophysiological methodology. Many psychophysiological parameters differ between the test phases and thus show a sufficient sensitivity to examine mental workload in decoding processes. The number of spontaneous electrodermal responses, the amplitude of electrodermal responses, the electrodermal level, the heart rate, the heart rate difference, and the beta-2 frequency band of the EEG belong to these parameters. These parameters show a similar distribution like performance data. This shows the possibility of the operationalized mental workload through decoding processes analysable with psychophysiological methods.<br /> A second outcome concerns the possibility to show differences in mental workload between both samples in psychophysiological parameters:<br /> The electrodermal level and the theta frequency band of the EEG showed differences between both samples beginning from the first test phase. These parameters indicate different cognitive cost in both samples in all test phases.<br /> <br /> The most important outcome regards to the profit of information by using psychophysiological methods to test the validity of code alphabets. The amplitude of the electrodermal responses and the heart rate difference shows a surplus of information compared to performance data. Thus in later test phases, in which the performance data did no longer differ, different characteristics of psychophysiological parameters between both code alphabets were registrated. Therefore different aspects of mental workload could be quantified.<br /> <br /> All three outcomes showed that, nevertheless of the considerable technical and methodological expenditure, it is reasonable to use psychophysiological data to design code alphabets, because it supplies additional information about the perceptional and cognitive cost of the decoding processes.

Le contrôle aérien doit faire face à une forte intensification du trafic aérien. Dans cette situation, la problématique de la charge mentale chez les contrôleurs aériens est une préoccupation majeure pour maintenir le niveau de sécurité actuel. Le système d’aide automatisé ERASMUS a été élaboré afin de réduire la charge mentale chez les contrôleurs aériens. L’objectif d’ERASMUS est de compenser les effets liés à l’intensification du trafic en réduisant de manière subliminale la charge mentale associée à l’augmentation des conflits potentiels. L’objectif principal de cette thèse est de proposer pour la première fois une mesure objective de l’impact du système d’aide ERASMUS sur la charge mentale des contrôleurs aériens. La réalisation de cet objectif a nécessité le développement d’une plateforme originale d’enregistrement et de traitement des mouvements oculaires non intrusive dans un environnement de simulation hautement fidèle. Les mouvements oculaires d’un groupe de contrôleurs aériens experts ont été enregistrés. En accord avec l’hypothèse d’ERASMUS, les résultats ont montré des effets de tailles moyennes à grandes sur l’amplitude des saccades, le temps moyen passé sur les aéronefs et sur la distribution de l’attention allouée à la scène visuelle. De plus, sans ERASMUS, l’augmentation de la densité du trafic a augmenté de manière significative les diamètres pupillaires. A l’opposé, quand ERASMUS est actif, l’intensification du trafic n’a pas impacté significativement les diamètres pupillaires. Nous discutons l’impact d’ERASMUS sur la charge mentale ainsi que l’utilisation des mesures oculométriques dans un environnement de simulation écologique de contrôle aérien. / Air Traffic Control has to handle the strong and constant increase in air traffic density. In this context, mental workload experienced by air traffic controllers is a key research concept to maintain the actual safety level. ERASMUS is an automated aid system designed to reduce air traffic controllers’ workload. The purpose of ERASMUS is to compensate the effects of the air traffic growth by reducing the increased mental workload associated with a greater number of potential conflicts. Prior experiments designed to validate the ERASMUS system showed a reduction in ratings of mental workload, but only subjectives measures were used. In the present thesis, the first goal is to complete these first results by providing, for the first time, a real time objective measure of controllers’ mental workload. In this purpose, we had to develop a new non-intrusive eye-tracking platform in a fully realistic simulation environment. The eye movements of seven controllers, placed in a high-fidelity simulation, were recorded. Traffic sequences were manipulated (with vs. without ERASMUS). Consistent with a reduced workload hypothesis, results showed medium to large effects of ERASMUS on the amplitude of saccades, on the time spent gazing aircraft, and on the distribution of attention over the visual scene. Moreover, without ERASMUS, growth in the traffic density significantly increased pupil diameters. In contrast, when ERASMUS was activated, traffic density growth did not impact significantly pupil diameters. Finally, we discuss the impact of ERASMUS on mental workload and the use of pupillometric measures in an ecological air traffic control environment.

Tato práce se zabývá využitím EEG dat pro výpočet mozkové konektivity a vytvořením klasifikátoru mentální zátěže. Nejdříve je popsán teoretický základ EEG, následně jsou rozebrány některé metody pro určení mozkové konektivity. Pro výpočet klasifikačních příznaků byla použita data nasnímaná během experimentu, který manipuloval s mentální zátěží ve dvou stupních. V práci je popsán průběh experimentu, zpracování a redukce nasnímaných dat, stejně jako extrakce příznaků z nasnímaných EEG dat pomocí několika metod měření konektivity (korelační funkce, kovariance, koherence a míra fázové soudržnosti) a následná automatická klasifikace třemi způsoby (na základě vzdálenosti od vzoru tvořeného průměrem, metoda nejbližšího souseda a diskriminační alanýza). Dosažené výsledky jsou detailně popsány a diskutovány. Nejlepšího výsledku (úspěšnost 60,64%) bylo dosaženo při použití kovarianční matice určené z dat získaných ze 4 elektrod z různých mozkových oblastí (beta pásmo EEG) při klasifikaci založené na lineární diskriminační funkci.