Die Informationssuche und –integration konnten bei gedächtnisbasierten Multi-Attribut-Entscheidungen bislang nicht untersucht werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen prozessbasierten Verfahrens, das auf einer Analyse von Blickbewegungen beruht. Das Verfahren wurde in einer experimentellen Untersuchung erprobt. In einer vorangestellten Lernphase eigneten sich die Versuchsteilnehmer Eigenschaftsausprägungen (Cue-Ausprägungen) von sechs verschiedenen Alternativen an. Die Eigenschaftsausprägungen waren in Textform in rechteckigen Kästen um eine bildliche Darstellung einer Alternative angeordnet. In der darauf folgenden Entscheidungsphase führten die Teilnehmer gedächtnisbasierte Entscheidungen zwischen jeweils zwei der Alternativen durch. Die eine Hälfte der Versuchsteilnehmer bekam die nichtkompensatorische Take the best (TTB) Heuristik instruiert, die andere Hälfte die kompensatorische Dawes Rule (DR). Während der Entscheidungsphase wurden die Blickbewegungen der Versuchsteilnehmer aufgezeichnet. Es wurde angenommen, dass sich die Blickbewegungen zwischen den zwei Gruppen instruierter und nach ihrem Entscheidungsverhalten klassifizierter Versuchsteilnehmer hinsichtlich der strategieinduzierten Suchmuster unterscheiden würden. Diese Annahme beruht auf Befunden, die zeigen, dass Versuchsteilnehmer beim Informationsabruf an die Orte zurückblicken, an denen sie zuvor Informationen aufgenommen haben, selbst wenn diese Informationen dort nicht mehr stehen. Verwender der TTB Heuristik zeigten mehr Blickwechsel zwischen den Alternativen, je später der erste Cue differenzierte, und sie verweilten kürzer in einer Alternative, bevor sie den Blick auf die andere Alternative richteten. Bei DR Verwendern fanden sich erwartungsgemäß keine Unterschiede in den Blickwechselhäufigkeiten, je später der erste Cue differenzierte, und sie verweilten länger innerhalb einer Alternative vor einem Blickwechsel. Die Ergebnisse stützen die Idee, dass Blickbewegungen wertvolle Informationen über die kognitiven Prozesse während der Gedächtnissuche liefern können. Das Potenzial der Blickbewegungsmessung als Prozessmaß zur Untersuchung gedächtnisbasierter Entscheidungen wird diskutiert. / The common methods for studying heuristics in memory-based multi-attribute decisions provide outcome and response measures but do not directly observe information search. Hence, foregoing cognitive processes cannot be explored. In the presented experiment a novel process-tracing method is introduced that uses eye-tracking to study memory-based decisions. It is based on the so-called ‘looking at nothing’ effect that assumes that people fixate on blank locations if a relevant visual stimulus previously occupied that location. Therefore, participants learned cue information of decision alternatives in spatial frames. In the decision phase they were presented with emptied displays of two alternatives and performed binary choices between them. Participants were instructed to decide either according to a lexicographic or a compensatory strategy. Fixation patterns on former cue locations and reaction times mirrored memory search and cue processing as assumed for the tested strategies.

In der heutigen Zeit ist die effiziente Nutzung aller verfügbaren Ressourcen von zentralem Interesse. Im Bereich der Flugführung hat die Fernüberwachung von Flughäfen aus diesem Grund über die letzten 10 Jahre immer mehr Bedeutung erlangt. Die größten Vorteile der Fernüberwachung liegen in der geringeren Abhängigkeit von Flughafengebäuden und deren Instandhaltung, einer vereinfachten Personalplanung (vor allem bei kleinen Flughäfen) sowie dem möglichen Hinzufügen von zusätzlichen Informationen beim Arbeitsplatz zur Fernüberwachung. Insbesondere das Designen eines Arbeitsplatzes zur Fernüberwachung hat in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle eingenommen. Die größte Herausforderung bei dieser Umsetzung ist ein Mensch-Computer-Interaktionsmodell, das die Verlagerung der Arbeitsplätze unterstützt, indem es die Einflüsse auf den Operateur und dessen Aufgaben beschreibt. Die vorliegende Dissertation fokussiert sich auf die Anwendung und Verbesserung eines Mensch-Computer-Interfacemodells zur Umwandlung eines Arbeitsplatzinterfaces ohne Beeinflussung der Aufgabe des Operateurs. Das präsentierte Modell konzentriert sich auf den Informationsfluss am Arbeitsplatz, anstatt technisch machbare Konzepte zu präsentieren. Es besteht aus 3 Teilen, welche sich separat mit dem Einfluss des veränderten Interfaces auf den Informationsfluss auseinandersetzen. Das Modell wird für die Thematik der Fernüberwachung spezifiziert und angewendet. Nur wenige Publikationen beschäftigten sich bisher mit Strategien, mit denen Towerlotsen Flugführung durchführen. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, einen soliden Beitrag zur Entwicklung der Psychologie im Bereich Mensch-Computer-Interaktion zu leisten, welcher durch praktische Anwendungen und Erweiterungen der Methodik untermauert wird. Der Hauptunterschied zwischen dem konventionellen Arbeitsplatz und dem Arbeitsplatz zur Fernüberwachung ist der Verlust der Außensicht und des Fernglases und deren Ersatz durch Kamerasysteme. Neue Systeme in der Flugsicherung können die menschliche Leistung beeinflussen. Daher hat die Fernüberwachung besonderen Einfluss auf die Bereiche Ausrüstung des Arbeitsplatzes, das Benutzerinterface und menschliche Leistungsfähigkeit. Die Herausforderung für die Ausrüstung des Arbeitsplatzes besteht darin, Informationen zu identifizieren, welche durch die Fernüberwachung reduziert wurden und diese durch zusätzliche Informationensysteme bzw. Assistenzsysteme zu ergänzen. Für den Faktor Benutzerinterface ist das Ermitteln und Analysieren von dynamischen Informationen besonders wichtig. Für die menschliche Leistungsfähigkeit besteht hier die Frage, wie sich Arbeitslast und Situationsbewusstsein kombiniert auf die Leistung auswirken und welche Konsequenzen das auf die Arbeit an einem Arbeitsplatz zur Fernüberwachung hat. Alle Herausforderungen wurden im Detail analysiert. Für den Faktor Ausrüstung des Arbeitsplatzes zeigen zwei Analysen die große Vielzahl an Indikatoren, welche verwendet werden können, um die Veränderung des Informationsflusses zu bestimmen. Die detaillierte Analyse des Windsack Indikators liefert ein Beispiel, wie die verschiedenen Indikatoren angewendet werden können. Die zweite Analyse zeigt, wie die bestehenden Indikatoren zur Lotsenaufgabe um spezielle Wetterindikatoren erweitert werden, um den Aspekt der Überwachung des Luftraums vollständig abzudecken. Für den Faktor Benutzerinterface wurde eine besondere Blickanalyse mit dem Namen Integration Guideline for Dynamic Areas of Interest (IGDAI) entwickelt. Diese erlaubt, die dynamischen Informationen innerhalb des Interfaces eines Arbeitsplatzes zu analysieren. Sie wird auf den Arbeitsplatz zur Fernüberwachung angewendet. Für den Faktor menschliche Leistungsfähigkeit zeigt eine detaillierte Analyse, wie Arbeitslast und Situationsbewusstsein die Leistung bei niedriger und hoher Aufgabenlast beeinflussen. Durch das Anwenden von IGDAI konnten zwei Kontrollstrategien in Abhängigkeit zur Aufgabenlast identifiziert werden. Das bereitgestellte Model für die Veränderung des Interfaces ohne Beeinflussung der Operatoraufgabe stellt einen Sonderfall in Bereich der Mensch-Computer-Interaktion dar. Der Übergang vom konventionellen zum Fernüberwachungsarbeitsplatz ist ein sich immer noch fortsetzender Prozess. Weitere Entwicklungen im Bereich der Fernüberwachung von Flughäfen sind notwendig, um den zukünftigen Herausforderungen an die Flugführung zu begegnen. Deshalb stellen die in dieser Dissertation dargestellten Konstrukte, erarbeiteten Methoden sowie Ergebnisse eine solide Basis für zukünftige Forschungsarbeiten bereit.:Table of Contents I Synopsis 1 1 Introduction 2 2 Research framework and goals 4 2.1 Human-computer interaction 4 2.2 Remote Tower Operations 4 2.3 Remote Tower Research 6 2.4 Embedding into HCI 7 2.5 Research goals of the dissertation 8 3 The development of a new workplace 9 3.1 Redesign of a workplace 9 3.2 Design factors in Aviation 10 3.3 Remote Tower Metrics 11 3.4 Dynamic Areas of Interests 11 3.5 Adaptation and strategy shifts 11 4 Methodological aspects of the dissertation 13 4.1 Identify and evaluate remote tower metrics 13 4.2 Evaluate dynamic areas of interest 13 4.3 Measuring Situation Awareness 14 5 Discussion and implications 16 5.1 Summarising the findings 16 5.2 Theoretical implications 17 5.3 Implications for the application 19 5.4 Critical reflection of the methodology 20 5.5 Revenue for psychological research 22 6 Literature 24 II Article 1: How to Evaluate Remote Tower Metrics in Connection to Weather Observations. An Extension of the Existing Metrics 28 III Article 2: A Guideline for Integrating Dynamic Areas of Interests in Existing Set-up for Capturing Eye Movement: Looking at Moving Aircraft 53 IV Article 3: The Influence of Task Load on Situation Awareness and Control Strategy in the ATC Tower Environment. 84 V Contributions to conferences 116 VI Curriculum vitae and publications 117 / The efficient usage of all available resources is a central interest of our time. In air traffic management, the topic of remote tower operations has increased in importance over the last 10 years. Herein, the design of a remote tower workplace plays a key role in the successful implementation of remote tower operations. Less dependency on building and maintaining airport control towers, an improved human research planning (especially for small airports) and an increase in available information to the conventional tower workplace are central advantages of remote tower operations. However, a potential challenge for this approach is an HCI model that supports the transition by describing the influence on the operator task. This dissertation focuses on the application and improvement of an HCI approach to redesign a workplace by changing the interface without influencing the task of the operator. The presented model focuses on the flow of information rather than the presentation of technical possibilities. It consists of three parts that each individually measure and analyse the influence that a redesigned interface has on the flow in information. This model is specified and applied to remote tower operations. Prior to this dissertation, there were only a few publications connected to the strategies that air traffic control officers (ATCO) in the tower use to control traffic and virtually no publications connected to the practical implications for working at a remote tower workplace. Therefore, the goal was to provide a well-founded contribution to the development of psychology in the area of human-computer interaction by applying the psychological theories and extension of the methodology. The main difference between the conventional and the remote tower workplaces is the replacement of out-the-window view and binoculars by camera systems. Based on what influences the human performance in connection with new systems developed in air traffic control, most changes afflict the general workstation and equipment, the user interface, and human resource management. The challenge for the factor workstation and equipment is to identify the information decrease at the remote tower workplace and its replacement with additional information whilst simultaneously ensuring that this information can be tested in a standardised manor throughout a variety of research projects and several different prototypes. The challenge for the factor user interface was the analysis of the dynamic information presented at the remote tower workplace. The challenge for the human resource management is to identify how workload and situation awareness influence performance. In sum, all challenges are analysed in detail. For the factor workstation and equipment, two analyses showed a large variety of indicators that are applicable to evaluate the difference in the flow of information between the conventional and the remote tower workplace. The first analysis of the windsock indicator provided an example of how the different metrics can be applied. The second analysis showed that the weather remote tower metrics extend the existing remote tower metrics and thereby complete the aspects of the monitoring that an ATCO has to perform. For the factor user interface an advanced gaze analysis, called Integration Guideline for Dynamic Areas of Interest (IGDAI) was developed. This allows for a detailed analysis of the dynamic information presented at the remote tower workplace. For the factor human resource management, a detailed analysis shows how situation awareness and workload influence performance within low and high task load phases. By applying IGDAI, the existence of two control strategies for the Air Traffic Control (ATC) environment that are each related to the task load phases could be identified as well as the extent to which these might afflict remote tower operations. The provided model of redesigning only the interface presents a detailed approach for a special case in HCI. The transition from the conventional to the remote tower operations is an ongoing process that will be continued. The development in the domain of remote tower operations seems to be stable and necessary to keep up with the challenges of future air traffic management. Therefore, the analysed constructs, developed methodologies and presented results from this dissertation provide a seminal basis for the necessary future research.:Table of Contents I Synopsis 1 1 Introduction 2 2 Research framework and goals 4 2.1 Human-computer interaction 4 2.2 Remote Tower Operations 4 2.3 Remote Tower Research 6 2.4 Embedding into HCI 7 2.5 Research goals of the dissertation 8 3 The development of a new workplace 9 3.1 Redesign of a workplace 9 3.2 Design factors in Aviation 10 3.3 Remote Tower Metrics 11 3.4 Dynamic Areas of Interests 11 3.5 Adaptation and strategy shifts 11 4 Methodological aspects of the dissertation 13 4.1 Identify and evaluate remote tower metrics 13 4.2 Evaluate dynamic areas of interest 13 4.3 Measuring Situation Awareness 14 5 Discussion and implications 16 5.1 Summarising the findings 16 5.2 Theoretical implications 17 5.3 Implications for the application 19 5.4 Critical reflection of the methodology 20 5.5 Revenue for psychological research 22 6 Literature 24 II Article 1: How to Evaluate Remote Tower Metrics in Connection to Weather Observations. An Extension of the Existing Metrics 28 III Article 2: A Guideline for Integrating Dynamic Areas of Interests in Existing Set-up for Capturing Eye Movement: Looking at Moving Aircraft 53 IV Article 3: The Influence of Task Load on Situation Awareness and Control Strategy in the ATC Tower Environment. 84 V Contributions to conferences 116 VI Curriculum vitae and publications 117

Der Ansatz der Arbeit lässt sich auf zwei Gebiete aus der Blickbewegungsforschung zurückführen. Einerseits basieren die Studien auf Experimenten zum remote distractor effect, andererseits auf Untersuchungen beim Lesen bzw. der Wahrnehmung komplexer Szenen. Innerhalb beider Ansätze findet eine Analyse der Auswirkungen unterschiedlichen Reizmaterials (z.B. Texte oder Bilder) auf die Fixationsdauer statt. Aktuelle Erklärungsansätze werden im Bezug zu den gefundenen Ergebnissen dargestellt und kritisch bewertet. Anhand der Ergebnisse einer Voruntersuchung wird vorgeschlagen, die gefundenen Effekte im Rahmen der Orientierungsreaktion (OR) zu betrachten. In einer Serie von vier Untersuchungen wird dargelegt, dass die Dauer von Fixationen auch durch externe Ereignisse moduliert wird. In der ersten Untersuchung wurden die zeitlichen Aspekte des Distraktoreffekts untersucht. Dafür erschienen Distraktoren mit verschiedenen Latenzen nach Fixationsbeginn. Zusätzlich wurde untersucht, welche Auswirkungen unterschiedliche Distraktormodalitäten (visuell und akustisch) zeigen. Die Ergebnisse demonstrierten eine deutliche Verlängerung der jeweils vom Distraktor betroffenen Fixation für alle Latenzen. Für Distraktoren beider Modalitäten zeigte sich eine vergleichbare Verlängerung betroffener Fixationen. Bei der zweiten Untersuchung wurde für visuelle Distraktoren geprüft, inwieweit sich die vorgeschlagene Interpretation im Rahmen der OR bestätigen lässt. Dafür wurde der Effekt hinsichtlich einer Habituation untersucht. Für die Studie wurden Distraktoren mit zwei verschiedenen Latenzen auf umweltbezogenen vs. retinal fixierten Koordinaten präsentiert. Die Ergebnisse zeigten, dass eher Störungen auf gleichen retinalen Positionen eine Abnahme des Effektes zur Folge haben (also habituieren). Für Distraktoren auf konstanten Bildpositionen konnte keine systematische Abnahme des Distraktoreffektes gemessen werden. Für die dritte Untersuchung wurden Augenbewegungen und blickkontingente ereigniskorrelierte Potentiale (EKP?s) parallel aufgezeichnet. Bisher liegen keine Erkenntnisse vor, wie anhand von Parametern der Augenbewegungen Habituation nachweisbar ist, die Abnahme der N1-Komponente der EKP?s hingegen gilt als etablierter Nachweis einer Habituation. Die Ergebnisse zeigten, neben der Verlängerung der Fixationsdauer für visuelle und akustische Distraktoren, eine deutliche Auswirkung auf die N1-Komponente. Bei der Prüfung der Habituation über die betrachteten Bilder zeigte sich eine Verringerung des Effektes in der Fixationsdauer und der N1-Komponente. Auf Schwierigkeiten in Bezug auf den Nachweis einer ausgeprägten Habituation wurde an entsprechender Stelle hingewiesen. Die letzte Studie (N=1) testete, ob sich die Neuinterpretation des Effektes mit neurophysiologischen Erkenntnissen vereinbaren lässt. Bei dem Probanden wurde aufgrund eines Unfalls eine Schädigung des frontalen Augenfeldes (FEF) angenommen. Es wurden Distraktoren links, rechts, ober- und unterhalb des Fixationsorts dargeboten. Beim ersten Versuch, 12 Monate nach dem Unfall, zeigte sich für Distraktoren links des Fixationsortes keinerlei Verlängerung der betroffenen Fixationen. Beim zweiten Versuch, acht Monate später, zeigte sich der Distraktoreffekt auf allen Positionen. Dies lässt sich als Unterstützung der Annahme einer Schädigung der FEF interpretieren, da sich in verschiedenen Studien selbst bei operativer Entfernung der FEF eine deutliche Verringerung der entstandenen Defizite nach einigen Wochen zeigte. Mögliche Alternativen der dargestellten Interpretation wurden an entsprechender Stelle diskutiert. Diese Untersuchungen bestätigen, dass sich ereignisbezogene Verlängerungen der visuellen Fixationsdauer mit dem Rahmenkonzept der OR in Verbindung bringen lassen. Es gilt jedoch zu berücksichtigen, dass eine Reihe weiterer Einflussfaktoren an der Modulation des Effektes beteiligt sind, obwohl es sich offenbar um eine Reaktion subkortikalen Ursprungs handelt.

Veränderungsblindheit tritt auf, wenn das Bewegungssignal einer Veränderung verdeckt wird oder der Betrachter von der Veränderung abgelenkt wird. In beiden Fällen kann die visuelle Aufmerksamkeit, mangels Hinweisreiz, nicht zum Ort der Veränderung gelenkt werden. Nach einer Erörterung von Augenbewegungen und ihrem Zusammenhang mit Veränderungsblindheit werden drei explorative Untersuchungen zur Veränderungsblindheit im Kontext des Straßenverkehrs vorgestellt. Untersuchung 1 befasst sich mit einem direkten Vergleich dreier unterschiedlicher Verdeckungsarten (Lidschläge, Blicksprünge, Blanks) bei statischem Stimulusmaterial (Fotos). Insgesamt führen die Ergebnisse zu dem Schluss, dass Veränderungsblindheit, unabhängig von der Verdeckungsart, ein Grund für zu spät oder nicht erkannte Gefahren im Straßenverkehr sein könnte, wenngleich sie für die gefährlichsten Situationen (relevante Additionen) am geringsten ausfällt und künstliche Blanks sich, zumindest in einer statischen Bedingung, gut zur Simulation von Lidschlägen und Sakkaden eignen. Darüber hinaus zeigen sich deutliche Hinweise zur impliziten Veränderungsentdeckung. Untersuchung 2 überprüft Teile von Untersuchung 1 in dynamischer Umgebung (Fahrsimulator) und findet überraschenderweise einen umgekehrten Effekt von Veränderungsblindheit. Die Echtheit des Effektes wird angezweifelt und auf die Nutzung von Abzählstrategien zurückgeführt. Unabhängig davon zeigen sich erneut Hinweise zur impliziten Entdeckung. Untersuchung 3 stellt schließlich einen direkten Vergleich zwischen statischer (Fotos) und dynamischer Umgebung (Filme) vor und zeigt, dass das Ausmaß an Veränderungsblindheit, unabhängig von Verdeckungsdauer und Veränderungsart, in dynamischer Umgebung größer ist als in statischer (85% vs. 64%) und daher eine Gefahr im Straßenverkehr darstellt. Wieder zeigen sich Hinweise auf eine implizite Entdeckung. Die Arbeit schließt mit einem grundlagen- und anwendungsorientierten Ausblick.

This thesis investigates the relationship between eye movements, memory and thinking in five studies based on eye tracking experiments. The studies draw on the human ability to spatially index multimodal events as demonstrated by people’s gaze reverting back to emptied spatial locations when retrieving information that was associated with this location during a preceding encoding phase – the so called “looking-at-nothing” phenomenon. The first part of this thesis aimed at gaining a better understanding of the relationship between eye movements and memory in relation to verbal information. The second part of this thesis investigated what could be learned about the memory processes involved in reasoning and decision-making by studying eye movements to blank spaces. The first study presented in this thesis clarified the role of eye movements for the retrieval of verbal information from memory. More precisely, it questioned if eye movements to nothing are functionally related to memory retrieval for verbal information, i.e. auditorily presented linguistic information. Eye movements were analyzed following correct and incorrect retrievals of previously presented auditory statements concerning artificial places that were probed during a subsequent retrieval phase. Additionally, eye movements were manipulated as the independent variable with the aid of a spatial cue that either guided the eyes towards or away from associated spatial locations. Using verbal materials elicited eye movements to associated but emptied spatial locations, thereby replicating previous findings on eye movements to nothing. This behaviour was more pronounced for correct in comparison to incorrect retrievals. Retrieval performance was higher when the eyes were guided towards in comparison to being guided away from associated spatial locations. In sum, eye movements play a functional role for the retrieval of verbal materials. The second study tested if the looking-at-nothing behaviour can also diminish; for example, does its effect diminish if people gain enough practice in a retrieval task? The same paradigm was employed as in the first study. Participants listened to four different sentences. Each sentence was associated with one of four areas on the screen and was presented 12 times. After every presentation, participants heard a statement probing one sentence, while the computer screen remained blank. More fixations were found to be located in areas associated with the probed sentence than in other locations. Moreover, the more trials participants completed, the less frequently they exhibited the looking-at-nothing behaviour. Looking-at-nothing behaviour can in this way be seen to indeed diminish when knowledge becomes strongly represented in memory. In the third and fourth study eye movements were utilized as a tool to investigate memory search during rule- versus similarity-based decision-making. In both studies participants first memorized multiple pieces of information relating to job candidates (exemplars). In subsequent test trials they judged the suitability of new candidates that varied in their similarity to the previously learned exemplars. Results showed that when using similarity, but not when using a rule, participants fixated longer on the previous location of exemplars that were similar to the new candidates than on the location of dissimilar exemplars. This suggests that people using similarity retrieve previously learned exemplars, whereas people using a rule do not. Eye movements were used yet again as a tool in the fifth study. On this occasion, eye movements were investigated during memory-based diagnostic reasoning. The study tested the effects of symptom order and diversity with symptom sequences that supported two or three contending hypotheses, and which were ambiguous throughout the symptom sequence. Participants first learned information about causes and symptoms presented in spatial frames. Gaze allocation on emptied spatial frames during symptom processing and during the diagnostic response reflected the subjective status of hypotheses held in memory and the preferred interpretation of ambiguous symptoms. Gaze data showed how the diagnostic decision develops and revealed instances of hypothesis change and biases in symptom processing. The results of this thesis demonstrate in very different scenarios the tight interplay between eye movements, memory and thinking. They show that eye movements are not automatically directed to spatial locations. Instead, they reflect the dynamic updating of internal, multimodal memory representations. Eye movements can be used as a direct behavioural correlate of memory processes involved in similarity- versus rule-based decision-making, and they reveal rich time-course information about the process of diagnostic reasoning. The results of this thesis are discussed in light of the current theoretical debates on cognitive processes that guide eye movements, memory and thinking. This thesis concludes by outlining a list of recommendations for using eye movements to investigate thinking processes, an outlook for future research and possible applications for the research findings. / Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Interaktion von Blickbewegungen, Gedächtnis- und Denkprozessen. In fünf experimentellen Untersuchungen, die auf der Messung von Blickbewegungen beruhen, wurde die menschliche Fähigkeit zum räumlichen Indizieren multimodaler Ereignisse untersucht. Diese Fähigkeit manifestiert sich u.a. im sogenannten „Looking-at-nothing“ Phänomen, das beschreibt, dass Menschen beim Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis an Orte zurückblicken, die in einer vorhergehenden Enkodierphase mit den abzurufenden Informationen assoziiert wurden, selbst wenn diese räumlichen Positionen keinerlei erinnerungsrelevante Informationen mehr enthalten. In der ersten Untersuchung wurde der Frage nachgegangen, ob Blickbewegungen an geleerte räumliche Positionen den Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis erleichtern. Während ein solches Verhalten für den Abruf zuvor visuell dargebotener Informationen bereits gezeigt werden konnte, ist die Befundlage für die Erinnerungsleistung bei auditiv dargebotenen, linguistischen Informationen unklar. Um diesen Zusammenhang zu untersuchen, wurde das Blickverhalten zunächst als Folge von richtigen und falschen Antworten untersucht. In einem weiteren Schritt wurde das Blickverhalten experimentell manipuliert. Dies geschah mit Hilfe eines räumlichen Hinweisreizes, der die Blicke entweder hin zu der Position leitete, die mit dem abzurufenden Stimulus assoziiert war, oder weg von dieser Position. Die Ergebnisse dieser Untersuchung konnten bisherige Befunde zum Looking-at-nothing Verhalten replizieren. Zudem zeigte sich, dass beim korrekten Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis vermehrt Looking-at-nothing gezeigt wurde, während das bei fehlerhaften Abrufen nicht der Fall war. Die Blickmanipulation ergab, dass die Gedächtnisleistung besser war, wenn der Hinweisreiz den Blick hin zur assoziierten räumlichen Position leitete. Im Gegensatz dazu war die Erinnerungsleistung schlechter, wenn der Blick von der assoziierten räumlichen Position weggeleitet wurde. Blickbewegungen an geleerte räumliche Positionen scheinen demnach auch den Abruf verbaler Stimuli zu erleichtern. In der zweiten Untersuchung wurde erforscht, ob das Looking-at-nothing Verhalten nachlässt, wenn das experimentelle Material stark gelernt, d.h. stark im Gedächtnis repräsentiert ist. Dazu wurde das gleiche experimentelle Paradigma, wie in der ersten Untersuchung verwendet. Vier verschiedene Sätze wurden während der Enkodierphase mit vier verschiedenen räumlichen Positionen assoziiert. Nach jeder Präsentation aller vier Sätze, wurde einer der Sätze getestet. Diese Prozedur wiederholte sich in zwölf Durchgängen. In den ersten vier Durchgängen sahen die Versuchspersonen beim Abruf häufiger in das Feld, dass mit der getesteten Information assoziiert war, d.h. sie zeigten wie erwartet das Looking-at-nothing Verhalten. Je mehr Durchgänge die Versuchspersonen bearbeiteten, desto seltener blickten sie zu der assoziierten räumlichen Position. Demnach verschwindet das Looking-at-nothing Verhalten, wenn Informationen stark im Gedächtnis repräsentiert sind. In der dritten und vierten Untersuchung wurden Blickbewegungen an geleerte räumliche Positionen als Methode verwendet um Denkprozesse zu untersuchen. In der dritten Untersuchung lernten Versuchsteilnehmer zunächst Informationen über fiktive Bewerber (Exemplare) für eine freie Position in einem Unternehmen. Jedes Exemplar wurde mit seinen Eigenschaften während der Lernphase mit einer distinkten räumlichen Position verknüpft. In einer nachfolgenden Entscheidungsphase beurteilten die Versuchsteilnehmer neue Bewerber. Diese neuen Bewerber variierten in ihrer Ähnlichkeit mit den zuvor gelernten Bewerbern. Versuchsteilnehmer die eine ähnlichkeitsbasierte Entscheidungsstrategie verwendeten, sahen an die geleerten räumlichen Positionen zurück, die in der Lernphase mit den Exemplaren verknüpft wurden. Wendeten sie jedoch eine abstrakte Regel an, um die neuen Bewerber zu beurteilten, so zeigten sie kein Looking-at-nothing Verhalten. Dieses Ergebnis lässt darauf schließen, dass eine ähnlichkeitsbasierte im Gegensatz zu einer regelbasierten Strategie den Abruf zuvor gelernter Exemplare bewirkt. Auch in der fünften Untersuchung wurden Blickbewegungen als Methode eingesetzt, diesmal zur Untersuchung gedächtnisbasierter Schlussfolgerungsprozesse, wie sie beim Finden von Erklärungen für eine Anzahl gegebener Informationen auftreten. Manipuliert wurden die Reihenfolge der präsentierten Informationen und die Diversität der möglichen Erklärungen. Die getesteten Symptomsequenzen unterstützen stets mindestens zwei mögliche Erklärungen. Die Versuchsteilnehmer lernten in einer vorangestellten Lernphase die Symptome und ihre möglichen Erklärungen. Symptome und Erklärungen wurden mit räumlichen Positionen verknüpft. In einer anschließenden Diagnosephase wurden verschiedene Symptomsequenzen getestet. Das Blickverhalten während der Diagnosephase reflektierte die Interpretation der Symptome im Sinne der subjektiv wahrscheinlichsten Erklärung. Die Aufzeichnung und Analyse der Blickbewegungen erlaubte es die Entwicklung dieser Interpretation über die gesamte Sequenz hinweg zu beobachten und Hypothesenwechsel lokalisieren zu können. Insgesamt stützen die Ergebnisse dieser Dissertation die Annahme einer engen funktionalen Verbindung von Blickbewegungen, Gedächtnis- und Denkprozessen. Sie zeigen, dass Blickbewegungen nicht automatisch an alle assoziierten räumlichen Positionen gerichtet werden, sondern dass sie vielmehr den situations- und aufgabenabhängigen Abruf von Informationen aus dem Gedächtnis widerspiegeln. Blickbewegungen können als direktes Verhaltensmaß zur Messung von Gedächtnisprozessen beim ähnlichkeitsbasierten Entscheiden herangezogen werden und liefern wertvolle Prozessdaten über die Integration von Symptominformationen beim diagnostischen Schließen. Die Ergebnisse dieser Dissertation werden im Lichte der aktuellen theoretischen Diskussion über kognitive Prozesse beim Bewegen der Augen, beim Gedächtnisabruf und beim komplexen Denken betrachtet. Abschließend werden Empfehlungen für die Verwendung der Methode der Blickbewegungsmessung als Prozessmaß zur Untersuchung gedächtnisbasierter Denkprozesse gegeben, ein Überblick über zukünftige Forschungsmöglichkeiten präsentiert und Ideen für Anwendungsmöglichkeiten der präsentierten Befunde aufgezeigt.

Die Informationssuche und –integration konnten bei gedächtnisbasierten Multi-Attribut-Entscheidungen bislang nicht untersucht werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen prozessbasierten Verfahrens, das auf einer Analyse von Blickbewegungen beruht. Das Verfahren wurde in einer experimentellen Untersuchung erprobt. In einer vorangestellten Lernphase eigneten sich die Versuchsteilnehmer Eigenschaftsausprägungen (Cue-Ausprägungen) von sechs verschiedenen Alternativen an. Die Eigenschaftsausprägungen waren in Textform in rechteckigen Kästen um eine bildliche Darstellung einer Alternative angeordnet. In der darauf folgenden Entscheidungsphase führten die Teilnehmer gedächtnisbasierte Entscheidungen zwischen jeweils zwei der Alternativen durch. Die eine Hälfte der Versuchsteilnehmer bekam die nichtkompensatorische Take the best (TTB) Heuristik instruiert, die andere Hälfte die kompensatorische Dawes Rule (DR). Während der Entscheidungsphase wurden die Blickbewegungen der Versuchsteilnehmer aufgezeichnet. Es wurde angenommen, dass sich die Blickbewegungen zwischen den zwei Gruppen instruierter und nach ihrem Entscheidungsverhalten klassifizierter Versuchsteilnehmer hinsichtlich der strategieinduzierten Suchmuster unterscheiden würden. Diese Annahme beruht auf Befunden, die zeigen, dass Versuchsteilnehmer beim Informationsabruf an die Orte zurückblicken, an denen sie zuvor Informationen aufgenommen haben, selbst wenn diese Informationen dort nicht mehr stehen. Verwender der TTB Heuristik zeigten mehr Blickwechsel zwischen den Alternativen, je später der erste Cue differenzierte, und sie verweilten kürzer in einer Alternative, bevor sie den Blick auf die andere Alternative richteten. Bei DR Verwendern fanden sich erwartungsgemäß keine Unterschiede in den Blickwechselhäufigkeiten, je später der erste Cue differenzierte, und sie verweilten länger innerhalb einer Alternative vor einem Blickwechsel. Die Ergebnisse stützen die Idee, dass Blickbewegungen wertvolle Informationen über die kognitiven Prozesse während der Gedächtnissuche liefern können. Das Potenzial der Blickbewegungsmessung als Prozessmaß zur Untersuchung gedächtnisbasierter Entscheidungen wird diskutiert. / The common methods for studying heuristics in memory-based multi-attribute decisions provide outcome and response measures but do not directly observe information search. Hence, foregoing cognitive processes cannot be explored. In the presented experiment a novel process-tracing method is introduced that uses eye-tracking to study memory-based decisions. It is based on the so-called ‘looking at nothing’ effect that assumes that people fixate on blank locations if a relevant visual stimulus previously occupied that location. Therefore, participants learned cue information of decision alternatives in spatial frames. In the decision phase they were presented with emptied displays of two alternatives and performed binary choices between them. Participants were instructed to decide either according to a lexicographic or a compensatory strategy. Fixation patterns on former cue locations and reaction times mirrored memory search and cue processing as assumed for the tested strategies.

Veränderungsblindheit tritt auf, wenn das Bewegungssignal einer Veränderung verdeckt wird oder der Betrachter von der Veränderung abgelenkt wird. In beiden Fällen kann die visuelle Aufmerksamkeit, mangels Hinweisreiz, nicht zum Ort der Veränderung gelenkt werden. Nach einer Erörterung von Augenbewegungen und ihrem Zusammenhang mit Veränderungsblindheit werden drei explorative Untersuchungen zur Veränderungsblindheit im Kontext des Straßenverkehrs vorgestellt. Untersuchung 1 befasst sich mit einem direkten Vergleich dreier unterschiedlicher Verdeckungsarten (Lidschläge, Blicksprünge, Blanks) bei statischem Stimulusmaterial (Fotos). Insgesamt führen die Ergebnisse zu dem Schluss, dass Veränderungsblindheit, unabhängig von der Verdeckungsart, ein Grund für zu spät oder nicht erkannte Gefahren im Straßenverkehr sein könnte, wenngleich sie für die gefährlichsten Situationen (relevante Additionen) am geringsten ausfällt und künstliche Blanks sich, zumindest in einer statischen Bedingung, gut zur Simulation von Lidschlägen und Sakkaden eignen. Darüber hinaus zeigen sich deutliche Hinweise zur impliziten Veränderungsentdeckung. Untersuchung 2 überprüft Teile von Untersuchung 1 in dynamischer Umgebung (Fahrsimulator) und findet überraschenderweise einen umgekehrten Effekt von Veränderungsblindheit. Die Echtheit des Effektes wird angezweifelt und auf die Nutzung von Abzählstrategien zurückgeführt. Unabhängig davon zeigen sich erneut Hinweise zur impliziten Entdeckung. Untersuchung 3 stellt schließlich einen direkten Vergleich zwischen statischer (Fotos) und dynamischer Umgebung (Filme) vor und zeigt, dass das Ausmaß an Veränderungsblindheit, unabhängig von Verdeckungsdauer und Veränderungsart, in dynamischer Umgebung größer ist als in statischer (85% vs. 64%) und daher eine Gefahr im Straßenverkehr darstellt. Wieder zeigen sich Hinweise auf eine implizite Entdeckung. Die Arbeit schließt mit einem grundlagen- und anwendungsorientierten Ausblick.

Since the turn of the millennium, a large number of computational models of visual salience have been put forward. How best to evaluate a given model's ability to predict where human observers fixate in images of real-world scenes remains an open research question. Assessing the role of spatial biases is a challenging issue; this is particularly true when we consider the tendency for high-salience items to appear in the image center, combined with a tendency to look straight ahead (“central bias”). This problem is further exacerbated in the context of model comparisons, because some—but not all—models implicitly or explicitly incorporate a center preference to improve performance. To address this and other issues, we propose to combine a-priori parcellation of scenes with generalized linear mixed models (GLMM), building upon previous work. With this method, we can explicitly model the central bias of fixation by including a central-bias predictor in the GLMM. A second predictor captures how well the saliency model predicts human fixations, above and beyond the central bias. By-subject and by-item random effects account for individual differences and differences across scene items, respectively. Moreover, we can directly assess whether a given saliency model performs significantly better than others. In this article, we describe the data processing steps required by our analysis approach. In addition, we demonstrate the GLMM analyses by evaluating the performance of different saliency models on a new eye-tracking corpus. To facilitate the application of our method, we make the open-source Python toolbox “GridFix” available.

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Erforschung der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion mit dem Ziel der Fahrerabsichtserkennung bei Spurwechselmanövern. Diese Fahrmanöver sind mit einer überproportionalen Unfallhäufigkeit verbunden, die sich in den Unfallstatistiken widerspiegelt. Laut Statistischem Bundesamt (2008) kamen im Jahr 2007 12,0% (1857) aller Unfälle mit schwerem Sachschaden auf Autobahnen in Deutschland aufgrund von Zusammenstößen mit seitlich in die gleiche Richtung fahrenden Fahrzeugen zustande (S. 65). Mit Hilfe der Information über einen intendierten Spurwechsel kann ein System an das zukünftige Fahrerverhalten angepasst werden, um so die Funktionalität und damit das Sicherheitspotential des Gesamtsystems zu erhöhen. Zusätzlich können mit dieser Information auch unerwünschte Systemeingriffe unterdrückt werden, die den Fahrer stören und so zu einer Minderung der Akzeptanz des jeweiligen Fahrerassistenz- und Informationssystems führen könnten. So kann einerseits ein Assistenzsystem eingeschaltet werden, das den Spurwechsel erleichtert (z.B. Side Blind Zone Alert, Kiefer & Hankey, 2008). Zum anderen kann ein Assistenzsystem abgeschaltet werden, das den Fahrer irrtümlich warnen würde, wie zum Beispiel ein Spurverlassenswarner im Falle eines beabsichtigten Überfahrens der Fahrspur (Henning, Beyreuther et al., 2007). In diesem Zusammenhang bilden drei Untersuchungen das Herzstück der vorliegenden Arbeit. In einer Feldstudie untersuchten Henning, Georgeon, Dapzol und Krems (2009) Indikatoren, die auf die Vorbereitung eines Spurwechsels hindeuten und fanden dabei vor allem Blickverhalten in den linken Außenspiegel als einen geeigneten und sehr frühen Indikator. Dieser dient wahrscheinlich vor allem dem Aufbau einer mentalen Repräsentation des rückwärtigen Verkehrs. In einer anschließenden Fahrsimulatorstudie wurde experimentell erforscht, wie diese mentale Repräsentation beschaffen ist und in welchen Komponenten des Arbeitsgedächtnisses sie gespeichert wird (Henning, Beyreuther, & Krems, 2009). In einer dritten Studie, bestehend aus zwei Laborexperimenten, wurde nach einer Schwelle für den Übergang von einer statischen in eine dynamische mentale Repräsentation sich nähernder Fahrzeuge mit Hilfe des Paradigmas des Representational Momentum (Freyd & Finke, 1984) gesucht und ebenfalls deren Lokalisation im Arbeitsgedächtnis erforscht (Henning & Krems, 2009). Die den drei Manuskripten vorangestellte Einleitung dient der allgemeinen Einführung in das Thema und der Einordnung der Befunde. Dabei wird zuerst der Spurwechselprozess dargestellt, gefolgt von einer Diskussion der zugrundeliegenden kognitiven Prozesse und einem Exkurs über die Möglichkeiten der Spurwechselabsichtserkennung und deren Verbesserung im Lichte der Befunde.

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Erforschung der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion mit dem Ziel der Fahrerabsichtserkennung bei Spurwechselmanövern. Diese Fahrmanöver sind mit einer überproportionalen Unfallhäufigkeit verbunden, die sich in den Unfallstatistiken widerspiegelt. Laut Statistischem Bundesamt (2008) kamen im Jahr 2007 12,0% (1857) aller Unfälle mit schwerem Sachschaden auf Autobahnen in Deutschland aufgrund von Zusammenstößen mit seitlich in die gleiche Richtung fahrenden Fahrzeugen zustande (S. 65). Mit Hilfe der Information über einen intendierten Spurwechsel kann ein System an das zukünftige Fahrerverhalten angepasst werden, um so die Funktionalität und damit das Sicherheitspotential des Gesamtsystems zu erhöhen. Zusätzlich können mit dieser Information auch unerwünschte Systemeingriffe unterdrückt werden, die den Fahrer stören und so zu einer Minderung der Akzeptanz des jeweiligen Fahrerassistenz- und Informationssystems führen könnten. So kann einerseits ein Assistenzsystem eingeschaltet werden, das den Spurwechsel erleichtert (z.B. Side Blind Zone Alert, Kiefer & Hankey, 2008). Zum anderen kann ein Assistenzsystem abgeschaltet werden, das den Fahrer irrtümlich warnen würde, wie zum Beispiel ein Spurverlassenswarner im Falle eines beabsichtigten Überfahrens der Fahrspur (Henning, Beyreuther et al., 2007). In diesem Zusammenhang bilden drei Untersuchungen das Herzstück der vorliegenden Arbeit. In einer Feldstudie untersuchten Henning, Georgeon, Dapzol und Krems (2009) Indikatoren, die auf die Vorbereitung eines Spurwechsels hindeuten und fanden dabei vor allem Blickverhalten in den linken Außenspiegel als einen geeigneten und sehr frühen Indikator. Dieser dient wahrscheinlich vor allem dem Aufbau einer mentalen Repräsentation des rückwärtigen Verkehrs. In einer anschließenden Fahrsimulatorstudie wurde experimentell erforscht, wie diese mentale Repräsentation beschaffen ist und in welchen Komponenten des Arbeitsgedächtnisses sie gespeichert wird (Henning, Beyreuther, & Krems, 2009). In einer dritten Studie, bestehend aus zwei Laborexperimenten, wurde nach einer Schwelle für den Übergang von einer statischen in eine dynamische mentale Repräsentation sich nähernder Fahrzeuge mit Hilfe des Paradigmas des Representational Momentum (Freyd & Finke, 1984) gesucht und ebenfalls deren Lokalisation im Arbeitsgedächtnis erforscht (Henning & Krems, 2009). Die den drei Manuskripten vorangestellte Einleitung dient der allgemeinen Einführung in das Thema und der Einordnung der Befunde. Dabei wird zuerst der Spurwechselprozess dargestellt, gefolgt von einer Diskussion der zugrundeliegenden kognitiven Prozesse und einem Exkurs über die Möglichkeiten der Spurwechselabsichtserkennung und deren Verbesserung im Lichte der Befunde.