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Die zentrale Frage der Arbeit „Wie beeinflussen Emotionen kognitive Prozesse?“ wurde in den letzten Jahrzehnten intensiv erforscht. Dabei stellte sich heraus, dass entgegen der alltagspsychologischen Annahme, Emotionen nicht ausschließlich negative Effekte auf die kognitiven Leistungen haben. So fand zum Beispiel Bower (1981) sehr spezifische Einflüsse von Stimmungen auf das Gedächtnis und Isen (1999) berichtete Verbesserungen der kognitiven Leistungsfähigkeit unter positivem Gefühlseinfluss in unterschiedlichen Aufgaben. Fasst man die aktuelle Befundlage insgesamt zusammen, so ist es jedoch unmöglich ein eindeutiges Fazit zu ziehen, so heterogen sind die Ergebnisse der unterschiedlichen Studien (Rusting, 1998). Zunächst werden in dieser Arbeit daher zwei mögliche Ursachen für das heterogene Befundmuster diskutiert. Zum einen führt die Dominanz des dimensionalen Ansatzes (Russell, 2003; Bradley und Lang, 2000; Davidson et al., 2003) in der Emotionspsychologie dazu, dass spezifische Basisemotionen mit derselben Valenz und Erregung nicht unterschieden werden (Ekman, 1999; Izard, 1977; Plutchik, 1962). Zum anderen werden Emotion und Kognition meist als separate Prozesse betrachtet (Lazarus, 1984; Zajonc, 1980). In letzter Zeit mehren sich jedoch die Stimmen, die sich für eine integrative Perspektive auf die Interaktion von Emotion und Kognition aussprechen (Gray, 2004; Lewis, 2005; Scherer, 2000). Daher wird in dieser Arbeit vorgeschlagen, Emotionen nicht als separaten Elemente der menschlichen Psyche zu betrachten, sondern als spezifische Muster, die sich aus verschiedenen Komponenten zusammen setzen: u.a. Physiologie, Kognition, Motivation. Entsprechen einige dieser Komponenten einem bestimmten Emotionsmuster, so können in der Folge die übrigen Komponenten durch das Muster selbst angeregt werden und zur vollen Entfaltung des Emotionsmusters führen. Um dieses Modell zu testen, sollte in dieser Arbeit die Hypothese geprüft werden, ob für spezifische Emotionen spezifische Muster der Ausprägung kognitiver Parameter existieren. Die empirischen Untersuchungen dieser Arbeit konzentrierten sich dabei auf drei spezifische Basisemotionen (Angst, Ärger, Traurigkeit) und auf zwei ausgewählte kognitive Parameter, die an Arbeiten von Dörner (1999, Dörner und Bartl-Storck, 2002) angelehnt sind: Wechselbereitschaft (Flexibilität) und Assoziationsbreite (Kreativität). Die Stimmungsinduktion erfolgte neben dem Lesen von Geschichten vorwiegend mittels der Methode der Imagination eigener Erlebnisse. Um die beiden kognitiven Parameter Wechselbereitschaft und Assoziationsbreite zu messen, wurden zwei Paradigmen eingesetzt. Bei dem ersten handelte es sich um ein Aufgaben-Wechsel-Paradigma nach Dreisbach und Goschke (2004). Ärgerliche Probanden zeigten darin Schwierigkeiten beim Aufgabenwechsel, was auf eine verringerte Wechselbereitschaft schließen lässt. Das zweite Paradigma war ein Assoziations-Erkennungs-Paradigma, das in dieser Arbeit neu entwickelt wurde, um beide Parameter innerhalb ein und desselben Paradigmas zu messen. Es fand sich darin konsistent eine Erhöhung der Assoziationsbreite in ängstlicher Stimmung. Die Stimmungen zeigten im Gegensatz zum ersten Paradigma keine Unterschiede in ihrer Auswirkung auf die Wechselbereitschaft. Zusammenfassend geht aus der Arbeit hervor, dass es spezifische Effekte spezifischer Stimmungen gibt, es also nicht genügt, Valenz und Arousal zu unterscheiden. Allerdings sind auch die in dieser Arbeit gefundenen Effekte nicht immer stabil. Dies wird zum Teil auf zu schwache Stimmungsveränderungen, zu geringe Stichprobengröße und Stimmungsregulationsprozesse zurückgeführt. Bezogen auf die allgemeine Frage nach dem Einfluss von Emotionen auf kognitive Prozesse präsentiert diese Arbeit einen neuen Forschungsansatz, der sowohl eine theoretische Präzisierung der abstrakten Konzepte als auch eine methodische Integration der vielfältigen Befunde erlaubt. Dies geschieht mittels der Idee von einer Emotion als einen das gesamte System Mensch erfassenden Prozess. Damit legt diese Arbeit eine Basis, auf der sich zukünftige Forschungsarbeiten weiter der Frage annähern können, ob und wie unsere Gefühle zu unseren oft so beeindruckenden Verstandesleistungen beitragen.

<div>Stability of motor performance is important for voluntary movement control, but it should not be maximized to the exclusion of all else. To transition to a new task, the current task must be destabilized. When expecting to switch tasks, people are known to reduce their stability prior to initiating the change. Here, we determine if the observed stability modulation is influenced by the expectation of future movement, is a relic of the movements performed in the recent past, or is a consequence of both those processes. Furthermore, this work explores the relation between stability modulation observed in isometric finger force production tasks to cognitive flexibility and clinical measures of manual dexterity. Stability modulation can be viewed as a motor response to the recognition of altered environmental demands or internally generated desires to change body movements or postures. Therefore, it is hypothesized that cognitive flexibility – the efficacy of cognitive processing – will relate to stability modulation. Finally, it is hypothesized that the motor adjustments in response to changing task/environment demands will correlate with clinical tests of manual dexterity that involve placing pegs into holes.</div><div>Twenty-two young-adult participants (age 21.05 +/- 0.44 years) completed tasks in the three domains. The Grooved Pegboard and NIH 9-Hole tests of manual dexterity measured their manual function by time to complete the tests. Cognitive flexibility was measured by a task-switching task which required adjusting to a changing set of rules, and the reaction time and accuracy costs of task-switching were recorded. Lastly, participants’ stability of performance in an isometric finger-pressing task was assessed using the uncontrolled manifold analysis and root-mean-square error (RMSE) in the performance. Participants produced pressing forces with four fingers to match a single total force targets presented as feedback on a computer screen. In the ‘Steady’ task, target remained motionless. In the ‘Future Effects’ task, the target remained motionless for several seconds and then began moving. The ‘Past Effects’ task comprised of a dynamic initial portion followed by a stationary target. Lastly, the ‘Combined’ task had a constant force section flanked on either side by epochs of target movement. </div><div>The RMSE results confirmed the existence of stability modulation and established that this is driven by the expectation of future movement, and not by the history of previous movements. The Steady and Past Effects tasks exhibited higher stability than the Future Effects and Combined tasks. The stability estimates obtained from the uncontrolled manifold analysis showed similar trends. Cognitive flexibility (quantified as global accuracy cost) correlated with stability modulation indicating that individuals who show greater cognitive flexibility tend to demonstrate greater stability modulation. However, an association between stability modulation and clinical pegboard tests of manual function were not observed. This may possibly be due to the homogeneity of the test sample, or because the finger-force-production task and pegboard task measure disparate aspects of manual function. </div><div><br></div>

This thesis is a collection of six papers and a cover paper reporting an exploration of how to strike a balance between individual task execution and work articulation in Computer-supported Cooperative Work (CSCW). The interest in this theme is motivated by an increased reliance of IT-supported cooperative work arrangements in modern organizations, the fragmented layout of work for multitasking individuals and reports on various forms of overload, increased level of stress and anxiety experienced by workers active in these organizations. Modern organizations are increasingly reliant on IT-supported cooperative work arrangements for doing work. Cooperators are not only expected to execute assigned tasks, but also to engage in work articulation. This is a term used to describe the process of rich and frequent interaction needed for securing that the contributions of cooperators are executed in such a way that the overall goal is reached. As cooperators typically are involved in several work formations in parallel, they need to find a balance between individual work and work articulation in relation to several work formations. The challenge of finding a balance in cooperative work has only to a limited extent been addressed in CSCW and there are few successful designs available for this purpose. The scope of this thesis is to develop an understanding of the challenges faced and strategies deployed by cooperators and work formations for striking a balance in work. The purpose is therefore to explore how multitasking individuals manage to find a balance between task execution and articulation work in computer-supported cooperative work, what challenges they face in the process, and how IT should be designed to support them. To reach this purpose several instances of cooperative work in different contexts have been closely studied. The main conclusions of this thesis are that cooperators are constantly struggling for a balance in work through making frequent switches between work formations, individual task execution and work articulation, sometimes through making switches in the technology that is used. Strategies for finding this balance are developed in relation to the specific context of a cooperative activity as cooperators ‘design’ their use of IT, structures, procedures and norms. It is further concluded that for avoiding overloads of interaction, cooperators show and estimate availability through reliance on various sources of shared information, that social (e.g. interpersonal relation) and contextual factors (e.g. location) are considered when establishing interaction, that cooperators when searching for interaction with others are influenced by their estimated availability, competence and willingness to assist, but also by network maintenance efforts (i.e. an ambition to avoid overloading and underutilizing other cooperators). Finally, it is concluded that norms are important for finding a balance in work as they reduce the interaction needed for work articulation. The main contributions of this thesis are rich descriptions of four cooperative work formations, the challenges they face and the strategies they apply, redefined theoretical concepts (i.e. availability management, interruption, multitasking) and extended understanding of interaction search behavior and ways to achieve high levels of informal interaction across distance. This work also provides some practical contributions in the form of implications for designers of supportive IT and implications for cooperators active in modern organizations.

Der Gegenstand dieser Dissertation sind Situationen, in denen die Aufgabe nicht durch einen Hinweisreiz vorgegeben wird. Die Idee besteht darin, die Reaktion der Versuchsperson (anders als beim klassischen Aufgabenwechselparadigma[TS] bzw. beim Wisconsin Card Sorting Test[WCST]) bei verschiedenen gleichzeitig gültigen Antwortalternativen zu untersuchen. Dafür gibt es methodische und empirische Gründe. Zum einen wurde kritisiert, dass ein Teil der Wechselkosten durch die Verarbeitung des Hinweisreizes entsteht. Zum anderen stellt sich die empirische Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten kommt, wenn Wechsel und Wiederholung nicht durch Hinweisreize oder Rückmeldungen vorgegeben werden, sondern wenn die Versuchsperson frei entscheiden kann, ob sie die Regel wechselt oder bei der eben ausgeführten Regel bleibt. Im experimentellen Paradigma der vorliegenden Arbeit wurden den Versuchspersonen entweder nur eine oder zwei alternative Reaktionsmöglichkeiten vorgegeben. Zu diesem Zweck wurde der WCST so modifiziert, dass in der Hälfte aller Durchgänge die zum Lösen der Aufgabe relevante Merkmalsdimension gewechselt oder wiederholt werden musste, während in der anderen Hälfte aller Durchgänge gleichzeitig zwei unterschiedliche, jedoch gleichermaßen gültige Merkmalsdimensionen dargeboten wurden. Auf diese Art war es möglich, freie Wechsel unangekündigten gleichsam erzwungenen (forcierten) Wechseln gegenüberzustellen. Eine Besonderheit dieser Dissertation besteht ferner darin, dass neben den manuellen Reaktionen die Blickbewegungen analysiert wurden. Dabei eröffnete die Analyse von Blickbewegungen ein Fenster in die Prozessdynamik während eines Durchgangs und ermöglichte es, Hypothesen über Aufmerksamkeitsprozesse eingehender zu untersuchen. Mit dem Experiment 1 wird das Paradigma und der Basisbefund vorgestellt. Im Einzelnen wurde der WCST so modifiziert, dass Reaktionszeit, Fehlerrate und relative Häufigkeiten von Wiederholungen und Wechseln erhoben werden konnten. In jedem Versuchsdurchgang wurden gleichzeitig vier Einzelreize (drei Referenzreize und ein Target) dargeboten. Jeder Reiz bestand aus den Merkmalsdimensionen Farbe, Form, Anzahl, wobei jede Dimension jeweils eine von vier Ausprägungen annehmen konnte. Die Aufgabe der Versuchsperson bestand darin, aus drei dargebotenen Referenzreizen denjenigen zu identifizieren, der mit dem Target in einem von drei möglichen Reizmerkmalen übereinstimmte. Von besonderem Interesse war hierbei die Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten bzw. einer Perseverationstendenz kommt, wenn die Versuchspersonen zwei in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen mit dem Target übereinstimmende Referenzreize dargeboten bekommen. Der Ort, die Merkmalsdimension, die Merkmalsausprägung der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize, sowie die Anzahl der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize wurden randomisiert und waren für die Versuchspersonen nicht vorhersehbar. In den forcierte Wahl-Durchgängen stimmte ein Referenzreiz mit dem Target überein, während in den freie Wahl-Durchgängen zwei Referenzreize in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen (zum Beispiel Farbe und Form) mit dem Target übereinstimmten. Die Ergebnisse zeigten, dass es auch dann zu Wechselkosten kam, wenn die Versuchsperson in den freie Wahl-Durchgängen denjenigen von zwei mit dem Target übereinstimmenden Referenzreizen wählte, bei dem die Übereinstimmung auf einer anderen Merkmalsdimension lag als im unmittelbar vorhergehenden Durchgang (Wechsel), im Vergleich dazu, dass sie den Referenzreiz wählte, der mit dem Target auf der gleichen Merkmalsdimension übereinstimmte, auf der auch im vorhergehenden Durchgang die Übereinstimmung lag (Perseveration). Im Einzelnen kam es bei den freie Wahl-Durchgängen zu einer Perseverationstendenz von etwa P = 2/3. Ferner führten Wechsel sowohl bei den forcierte als auch bei freie Wahl-Durchgängen zu längeren durchschnittlichen Reaktionszeiten als Perseverationen. Damit konnte gezeigt werden, dass Wechselkosten auch in einem Paradigma ohne Hinweisreize bei „freier Wahl“ entstehen, und zwar auch dann, wenn gleichzeitig die Möglichkeit zur Wiederholung und zum Wechsel bestand. Die durchgeführte Computersimulation eines neuronalen Netzes, mit dem die vermuteten kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse in dieser Aufgabe modelliert wurden, unterstützte die Hypothese, dass die in den Experimenten gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten durch eine intensivierte Enkodierung der zuvor relevanten Übereinstimmungsdimension erklärt werden kann. Experiment 2 untersuchte die Hypothese, dass Aufmerksamkeitseinstellungen aus dem vorherigen Durchgang einen bahnenden Effekt auf den Selektionsprozess und die Reaktionszeit von verschiedenen Antwortalternativen haben. Es wurde angenommen, dass ein Merkmal einer Dimension dann mehr Aufmerksamkeit auf sich zieht, wenn diese Dimension kurz zuvor relevant war. Dazu wurde das Paradigma aus Experiment 1 mit der Messung von Blickbewegungen kombiniert. Die Ergebnisse replizierten die in Experiment 1 gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten in den Reaktionszeiten. Die Blickbewegungsanalysen klärten die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Aufmerksamkeitsprozesse auf, indem neben den durchschnittlichen Fixationszeiten und der Fixationsanzahl eines Reizes auch der zeitliche Verlauf der Fixationswahrscheinlichkeit der Reize untersucht wurde. Wie vorhergesagt, war es in einem frühen Zeitbereich sowohl bei den freie als auch bei den forcierte Wahl-Durchgängen bei einer Perseveration wahrscheinlicher als bei einem Wechsel, dass derjenige Referenzreiz fixiert wurde, der eine Übereinstimmung zum Target enthielt und auf den am Ende des Durchgangs mit einem Tastendruck reagiert wurde. Ferner war die durchschnittliche Anzahl der Fixationen auf das Target und den gewählten Referenzreiz bei einem Wechsel höher als bei einer Perseveration. Dieser Befund ist konsistent mit Annahmen aus Theorien dimensionsbasierter Aufmerksamkeit, nach denen eine zuvor relevante Merkmalsdimension höher gewichtet verarbeitet wird, wodurch andere Merkmalsdimensionen in ihrer Verarbeitung beeinträchtigt werden. Des Weiteren gelang es mithilfe der Blickbewegungsdaten, die Wechselkosten in Such- und Verarbeitungszeit zu dekomponieren: Bei einem Wechsel war nicht nur die Zeit bis zur ersten Fixation des gewählten Referenzreizes, sondern auch die Zeit von dieser Fixation bis zum Tastendruck länger als bei einer Perseveration. Mit Experiment 3 wurde die Dynamik der Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen während Perseveration und Wechsel untersucht. Wie in den vorangehenden Experimenten enthielt jeder Einzelreiz verschiedene Ausprägungen einzelner Merkmalsdimensionen. Im Gegensatz zu den vorangehenden Experimenten wurden den Einzelreizen drei weitere Merkmalsdimensionen hinzugefügt, so dass jeder Einzelreiz sechs Merkmalsausprägungen auf verschiedenen Merkmalsdimensionen enthielt. Gleichzeitig wurden die Versuchspersonen instruiert, innerhalb welcher von zwei zuvor definierten Klassen von relevanten Merkmalsdimensionen die Übereinstimmung zwischen Target und Referenzreiz in einer Abfolge von Versuchsdurchgängen gesucht werden sollte. Je nach Instruktion sollte entweder auf Merkmale der Klasse Symbole (Form, Farbe, Anzahl) oder auf Merkmale der Klasse Hintergrund (Textur, Ecke, Balken) reagiert werden. Neben der Replikation der Ergebnisse in Bezug auf die Wechselkosten (Experiment 1) und die damit einhergehenden Unterschiede in der aktiven visuellen Verarbeitung (Experiment 2) zeigte sich ferner, dass der Moment des Wechsels einer Merkmalsdimension durch eine geringere Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen charakterisiert war als eine Wiederholung. Dies war insbesondere dann der Fall, wenn die irrelevanten Reizmerkmale, die intentional ausgeblendet werden sollten, der leichten, d.h. einfach zu verarbeitenden Klasse von Merkmalsdimensionen (Symbole) angehörten. Dabei waren die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Hintergrund fast doppelt so lange wie die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Symbole. Neben den Reaktionszeiten wurde auch die aktive visuelle Verarbeitung durch die unterschiedliche Dynamik von Aufrechterhaltung und Abschirmung bei Perseveration und Wechsel beeinflusst, was sich u.a. darin zeigte, dass die irrelevanten Reize während eines Wechsels verstärkt die Aufmerksamkeit auf sich lenkten und fixiert wurden. Die Ergebnisse der Experimente demonstrieren, dass die Verwendung eines Aufgabenwechselparadigmas mit zwei gleichzeitig richtigen Antwortalternativen einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse leisten kann, die den Wechseln zwischen Reizdimensionen bzw. Zuordnungsregeln zugrunde liegen. Die Analyse der Blickbewegungen erwies sich dabei als besonders nützlich, um die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Prozesse in ihrem Zeitverlauf aufzuklären. Die Ergebnisse der Experimente zeigen ferner, dass sich die Aufgabenträgheit im Sinne von persistierenden Aufmerksamkeitseinstellungen auch in Situationen widerspiegelt, in denen die Versuchspersonen zwischen zwei Reaktionsalternativen wählen können (in den Experimenten die Wahl der zuvor relevanten vs. nicht relevanten Merkmalsdimension). Weiterhin spiegeln die Ergebnisse zwei zentrale Organisationsprinzipien des kognitiven Systems wider. Zum einen wurde eine zuvor erfolgreiche Strategie (die zuvor relevante Übereinstimmungsdimension) in etwa 2/3 aller Durchgänge stabil erneut angewandt und zum anderen wurde in etwa 1/3 aller Durchgänge mit zwei Reaktionsalternativen flexibel auf eine zuvor nicht relevante Übereinstimmungsdimension gewechselt. Möglicherweise ist dieses Ungleichgewicht von Wechsel und Perseveration eine Art Kompromiss zwischen Stabilität/ exploitation und Flexibilität/ exploration. Es ist auch denkbar, dass diese gleichzeitig zu erfüllenden ‚Randbedingungen’ (constraints) kognitiver Kontrolle auch zu der unterschiedlichen Abschirmungsdynamik bei Perseveration und Wechsel führen, indem das System bei einem Wechsel anfälliger für Ablenkungen wird als bei einer Perseveration.

La fatigue est l’un des symptômes les plus fréquents et persistants chez les victimes de commotion cérébrale. Au cours des dernières années, des signes d’altérations cognitives post-commotionnelles à la suite d’un effort aérobie, soit une forme de fatigue dont la cause est physique plus que cognitive, ont été trouvés à court et à long terme chez des athlètes étudiants. Or, puisque ces athlètes évoluent dans un contexte où ils doivent non seulement performer dans leur discipline sportive, mais aussi à l’école ou au travail, il convient de se demander si un effort mental soutenu n’aurait pas le même effet chez cette population. L’objectif de cette étude était donc de déterminer si des athlètes étudiants ayant subi une commotion cérébrale (groupe HC) se sentent plus fatigués ou ont davantage tendance à se fatiguer mentalement que ceux n’ayant jamais subi de commotion cérébrale (groupe ST). Les sujets devaient répondre à une série de questionnaires auto-rapportés. Ils devaient aussi compléter une tâche informatisée recrutant les fonctions exécutives avant et après avoir répondu à une épreuve de raisonnement, d’une durée d’une heure, visant à simuler un examen scolaire. Leur réaction physiologique à la tâche était mesurée via un appareil d’électroencéphalographie et un cardiofréquencemètre. Si dans l’ensemble les résultats n’appuient pas l’hypothèse initiale, les deux groupes ont montré des différences notables dans leur façon de répondre à la tâche. Nous avons notamment constaté l’absence d’un effet de pratique à la condition la plus facile ainsi qu’une variabilité de la performance généralement plus élevée chez les sujets avec un historique de commotion cérébrale. De plus, contrairement au groupe témoin, ceux qui rapportaient des symptômes plus importants de fatigue cognitive quotidienne, de somnolence et de dépression montraient également une moins bonne précision à la tâche après un effort cognitif soutenu. Ces résultats suggèrent que les commotions cérébrales pourraient avoir pour effet d’accroître la sensibilité de certains individus à l’effort cognitif. De futures études devraient se pencher sur cette relation afin de la confirmer et d’en comprendre les causes. / Fatigue is one of the most common and persistent symptoms in concussion victims. In recent years, signs of post-concussive cognitive impairment following aerobic exertion, a form of fatigue whose cause is more physical than cognitive, have been found in both shortand long-term in student athletes. However, since these athletes evolve in a context where they must not only perform in their sport, but also at school or at work, it is worth asking whether sustained mental effort would have the same effect in this population. The objective of this study was therefore to determine whether student athletes who have suffered a concussion (HC group) feel more tired or are more likely to become mentally fatigued than those who have never suffered a concussion (ST group). Subjects were asked to complete a series of self-report questionnaires. They were also required to complete a computerized task recruiting executive functions before and after completing a one-hour reasoning test meant to simulate a school examination. Their physiological response to the task was measured using electroencephalography and a heart rate monitor. While the results do not support the original hypothesis, the groups showed significant differences in the way they responded to the task. Particularly, we found the absence of a practice effect at the easiest condition as well as a generally higher performance variability in subjects with a history of concussion. In addition, unlike the control group, those who reported greater symptoms of daily cognitive fatigue, drowsiness and depression also showed poorer task accuracy after sustained cognitive effort. These results suggest that concussions may have the effect of increasing the sensitivity of some individuals to cognitive effort. Future studies should investigate this relationship in order to confirm it and understand its causes.

Der Gegenstand dieser Dissertation sind Situationen, in denen die Aufgabe nicht durch einen Hinweisreiz vorgegeben wird. Die Idee besteht darin, die Reaktion der Versuchsperson (anders als beim klassischen Aufgabenwechselparadigma[TS] bzw. beim Wisconsin Card Sorting Test[WCST]) bei verschiedenen gleichzeitig gültigen Antwortalternativen zu untersuchen. Dafür gibt es methodische und empirische Gründe. Zum einen wurde kritisiert, dass ein Teil der Wechselkosten durch die Verarbeitung des Hinweisreizes entsteht. Zum anderen stellt sich die empirische Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten kommt, wenn Wechsel und Wiederholung nicht durch Hinweisreize oder Rückmeldungen vorgegeben werden, sondern wenn die Versuchsperson frei entscheiden kann, ob sie die Regel wechselt oder bei der eben ausgeführten Regel bleibt. Im experimentellen Paradigma der vorliegenden Arbeit wurden den Versuchspersonen entweder nur eine oder zwei alternative Reaktionsmöglichkeiten vorgegeben. Zu diesem Zweck wurde der WCST so modifiziert, dass in der Hälfte aller Durchgänge die zum Lösen der Aufgabe relevante Merkmalsdimension gewechselt oder wiederholt werden musste, während in der anderen Hälfte aller Durchgänge gleichzeitig zwei unterschiedliche, jedoch gleichermaßen gültige Merkmalsdimensionen dargeboten wurden. Auf diese Art war es möglich, freie Wechsel unangekündigten gleichsam erzwungenen (forcierten) Wechseln gegenüberzustellen. Eine Besonderheit dieser Dissertation besteht ferner darin, dass neben den manuellen Reaktionen die Blickbewegungen analysiert wurden. Dabei eröffnete die Analyse von Blickbewegungen ein Fenster in die Prozessdynamik während eines Durchgangs und ermöglichte es, Hypothesen über Aufmerksamkeitsprozesse eingehender zu untersuchen. Mit dem Experiment 1 wird das Paradigma und der Basisbefund vorgestellt. Im Einzelnen wurde der WCST so modifiziert, dass Reaktionszeit, Fehlerrate und relative Häufigkeiten von Wiederholungen und Wechseln erhoben werden konnten. In jedem Versuchsdurchgang wurden gleichzeitig vier Einzelreize (drei Referenzreize und ein Target) dargeboten. Jeder Reiz bestand aus den Merkmalsdimensionen Farbe, Form, Anzahl, wobei jede Dimension jeweils eine von vier Ausprägungen annehmen konnte. Die Aufgabe der Versuchsperson bestand darin, aus drei dargebotenen Referenzreizen denjenigen zu identifizieren, der mit dem Target in einem von drei möglichen Reizmerkmalen übereinstimmte. Von besonderem Interesse war hierbei die Frage, ob es auch dann zu Wechselkosten bzw. einer Perseverationstendenz kommt, wenn die Versuchspersonen zwei in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen mit dem Target übereinstimmende Referenzreize dargeboten bekommen. Der Ort, die Merkmalsdimension, die Merkmalsausprägung der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize, sowie die Anzahl der mit dem Target übereinstimmenden Referenzreize wurden randomisiert und waren für die Versuchspersonen nicht vorhersehbar. In den forcierte Wahl-Durchgängen stimmte ein Referenzreiz mit dem Target überein, während in den freie Wahl-Durchgängen zwei Referenzreize in unterschiedlichen Merkmalsdimensionen (zum Beispiel Farbe und Form) mit dem Target übereinstimmten. Die Ergebnisse zeigten, dass es auch dann zu Wechselkosten kam, wenn die Versuchsperson in den freie Wahl-Durchgängen denjenigen von zwei mit dem Target übereinstimmenden Referenzreizen wählte, bei dem die Übereinstimmung auf einer anderen Merkmalsdimension lag als im unmittelbar vorhergehenden Durchgang (Wechsel), im Vergleich dazu, dass sie den Referenzreiz wählte, der mit dem Target auf der gleichen Merkmalsdimension übereinstimmte, auf der auch im vorhergehenden Durchgang die Übereinstimmung lag (Perseveration). Im Einzelnen kam es bei den freie Wahl-Durchgängen zu einer Perseverationstendenz von etwa P = 2/3. Ferner führten Wechsel sowohl bei den forcierte als auch bei freie Wahl-Durchgängen zu längeren durchschnittlichen Reaktionszeiten als Perseverationen. Damit konnte gezeigt werden, dass Wechselkosten auch in einem Paradigma ohne Hinweisreize bei „freier Wahl“ entstehen, und zwar auch dann, wenn gleichzeitig die Möglichkeit zur Wiederholung und zum Wechsel bestand. Die durchgeführte Computersimulation eines neuronalen Netzes, mit dem die vermuteten kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse in dieser Aufgabe modelliert wurden, unterstützte die Hypothese, dass die in den Experimenten gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten durch eine intensivierte Enkodierung der zuvor relevanten Übereinstimmungsdimension erklärt werden kann. Experiment 2 untersuchte die Hypothese, dass Aufmerksamkeitseinstellungen aus dem vorherigen Durchgang einen bahnenden Effekt auf den Selektionsprozess und die Reaktionszeit von verschiedenen Antwortalternativen haben. Es wurde angenommen, dass ein Merkmal einer Dimension dann mehr Aufmerksamkeit auf sich zieht, wenn diese Dimension kurz zuvor relevant war. Dazu wurde das Paradigma aus Experiment 1 mit der Messung von Blickbewegungen kombiniert. Die Ergebnisse replizierten die in Experiment 1 gemessene Perseverationstendenz und die Wechselkosten in den Reaktionszeiten. Die Blickbewegungsanalysen klärten die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Aufmerksamkeitsprozesse auf, indem neben den durchschnittlichen Fixationszeiten und der Fixationsanzahl eines Reizes auch der zeitliche Verlauf der Fixationswahrscheinlichkeit der Reize untersucht wurde. Wie vorhergesagt, war es in einem frühen Zeitbereich sowohl bei den freie als auch bei den forcierte Wahl-Durchgängen bei einer Perseveration wahrscheinlicher als bei einem Wechsel, dass derjenige Referenzreiz fixiert wurde, der eine Übereinstimmung zum Target enthielt und auf den am Ende des Durchgangs mit einem Tastendruck reagiert wurde. Ferner war die durchschnittliche Anzahl der Fixationen auf das Target und den gewählten Referenzreiz bei einem Wechsel höher als bei einer Perseveration. Dieser Befund ist konsistent mit Annahmen aus Theorien dimensionsbasierter Aufmerksamkeit, nach denen eine zuvor relevante Merkmalsdimension höher gewichtet verarbeitet wird, wodurch andere Merkmalsdimensionen in ihrer Verarbeitung beeinträchtigt werden. Des Weiteren gelang es mithilfe der Blickbewegungsdaten, die Wechselkosten in Such- und Verarbeitungszeit zu dekomponieren: Bei einem Wechsel war nicht nur die Zeit bis zur ersten Fixation des gewählten Referenzreizes, sondern auch die Zeit von dieser Fixation bis zum Tastendruck länger als bei einer Perseveration. Mit Experiment 3 wurde die Dynamik der Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen während Perseveration und Wechsel untersucht. Wie in den vorangehenden Experimenten enthielt jeder Einzelreiz verschiedene Ausprägungen einzelner Merkmalsdimensionen. Im Gegensatz zu den vorangehenden Experimenten wurden den Einzelreizen drei weitere Merkmalsdimensionen hinzugefügt, so dass jeder Einzelreiz sechs Merkmalsausprägungen auf verschiedenen Merkmalsdimensionen enthielt. Gleichzeitig wurden die Versuchspersonen instruiert, innerhalb welcher von zwei zuvor definierten Klassen von relevanten Merkmalsdimensionen die Übereinstimmung zwischen Target und Referenzreiz in einer Abfolge von Versuchsdurchgängen gesucht werden sollte. Je nach Instruktion sollte entweder auf Merkmale der Klasse Symbole (Form, Farbe, Anzahl) oder auf Merkmale der Klasse Hintergrund (Textur, Ecke, Balken) reagiert werden. Neben der Replikation der Ergebnisse in Bezug auf die Wechselkosten (Experiment 1) und die damit einhergehenden Unterschiede in der aktiven visuellen Verarbeitung (Experiment 2) zeigte sich ferner, dass der Moment des Wechsels einer Merkmalsdimension durch eine geringere Abschirmung gegenüber irrelevanten Reizmerkmalen charakterisiert war als eine Wiederholung. Dies war insbesondere dann der Fall, wenn die irrelevanten Reizmerkmale, die intentional ausgeblendet werden sollten, der leichten, d.h. einfach zu verarbeitenden Klasse von Merkmalsdimensionen (Symbole) angehörten. Dabei waren die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Hintergrund fast doppelt so lange wie die Reaktionszeiten auf die Merkmale der Klasse Symbole. Neben den Reaktionszeiten wurde auch die aktive visuelle Verarbeitung durch die unterschiedliche Dynamik von Aufrechterhaltung und Abschirmung bei Perseveration und Wechsel beeinflusst, was sich u.a. darin zeigte, dass die irrelevanten Reize während eines Wechsels verstärkt die Aufmerksamkeit auf sich lenkten und fixiert wurden. Die Ergebnisse der Experimente demonstrieren, dass die Verwendung eines Aufgabenwechselparadigmas mit zwei gleichzeitig richtigen Antwortalternativen einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der kognitiven und aufmerksamkeitsbezogenen Prozesse leisten kann, die den Wechseln zwischen Reizdimensionen bzw. Zuordnungsregeln zugrunde liegen. Die Analyse der Blickbewegungen erwies sich dabei als besonders nützlich, um die Mikrostruktur der zugrunde liegenden Prozesse in ihrem Zeitverlauf aufzuklären. Die Ergebnisse der Experimente zeigen ferner, dass sich die Aufgabenträgheit im Sinne von persistierenden Aufmerksamkeitseinstellungen auch in Situationen widerspiegelt, in denen die Versuchspersonen zwischen zwei Reaktionsalternativen wählen können (in den Experimenten die Wahl der zuvor relevanten vs. nicht relevanten Merkmalsdimension). Weiterhin spiegeln die Ergebnisse zwei zentrale Organisationsprinzipien des kognitiven Systems wider. Zum einen wurde eine zuvor erfolgreiche Strategie (die zuvor relevante Übereinstimmungsdimension) in etwa 2/3 aller Durchgänge stabil erneut angewandt und zum anderen wurde in etwa 1/3 aller Durchgänge mit zwei Reaktionsalternativen flexibel auf eine zuvor nicht relevante Übereinstimmungsdimension gewechselt. Möglicherweise ist dieses Ungleichgewicht von Wechsel und Perseveration eine Art Kompromiss zwischen Stabilität/ exploitation und Flexibilität/ exploration. Es ist auch denkbar, dass diese gleichzeitig zu erfüllenden ‚Randbedingungen’ (constraints) kognitiver Kontrolle auch zu der unterschiedlichen Abschirmungsdynamik bei Perseveration und Wechsel führen, indem das System bei einem Wechsel anfälliger für Ablenkungen wird als bei einer Perseveration.

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Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), commonly called drones, have been applied in manifold fields recently. With the development of UAV autonomy, the next generation of drone applications is moving towards team-based, multi-drone operations. This also promotes the transition of the operator role to the supervisory control of multiple UAVs. Situation awareness (SA) is a significant concept in this aspect to evaluate human performance in complex systems. This thesis work proposes a human-system interface for monitoring multiple autonomous UAVs simultaneously by a single operator, and investigates how to decrease the impact of task switching among different UAVs on the operator’s SA. Tasks in the context of fleet mission control are defined to be of different levels of urgency. Several design strategies have been concluded to address the research question. In conclusion, the usage of similar interface layouts between different tasks is effective to generally decrease the impact of task switching. The alert system with appropriate design is a specific factor in mitigating the impact of task switching towards higher urgency tasks/interfaces. Moreover, the reasonable division of areas of the interface and proper presentation of information by their importance are significant, especially for task switching towards lower urgency tasks/interfaces. / Unmanned Aerial Vehicles (UAV), vanligtvis kallade drönare, har använts i många områden nyligen. Med utvecklingen av UAV-autonomi, går nästa generation av drönarapplikationer mot teambaserad, multi-drönarverksamhet. Detta främjar också övergången av operatörsrollen till övervakande kontroll av flera UAV. Situationsmedvetenhet (SA) är ett betydelsefullt koncept i denna aspekt för att utvärdera mänsklig prestation i komplexa system. Detta examensarbete föreslår ett gränssnitt mellan människa och system för att övervaka flera autonoma UAV:er samtidigt av en enda operatör, och undersöker hur man kan minska effekten av uppgiftsbyte mellan olika UAV:er på operatörens SA. Uppgifter i samband med kontroll av flottans uppdrag definieras till att vara av olika brådskande nivå. Flera designstrategier har tagits fram för att ta itu med forskningsfrågan. Sammanfattningsvis är användningen av liknande gränssnittslayouter mellan olika uppgifter effektivt för att generellt minska effekten av uppgiftsbyte. Varningssystemet med lämplig design är en specifik faktor för att mildra effekterna av uppgiftsbyte mot mer brådskande uppgifter/gränssnitt. Dessutom är den rimliga uppdelningen av områden i gränssnittet och korrekt presentation av information efter deras betydelse betydande, särskilt för uppgiftsbyte mot mindre brådskande uppgifter/gränssnitt.

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