Metakognition ermöglicht Einblicke in eigene kognitive Prozesse und beeinflusst menschliches Verhalten in mehreren Bereichen. Die Debatte, ob Metakognition sich domänenallgemein oder domänenspezifisch auswirkt, bleibt unentschieden, wobei die meisten Studien auf sensorische Informationsverarbeitung und Gedächtniseffekte fokussieren. Diese Dissertation unterstreicht die Notwendigkeit, weitere Domänen zu untersuchen, um diese Frage zu klären, und tut dies, indem sie Metakognition im motorischen Bereich erforscht. Diese Arbeit umfasst vier empirische Studien. Studie 1 untersuchte die zugrundeliegenden Strukturen in metakognitiven Domänen und fand keine Beweise, die eine Unterscheidung zwischen intern oder extern generierter Information unterstützen. Studie 2 konzentrierte sich auf motorische Metakognition und verglich die Introspektion direkter und indirekter Bewegungsparameter. Obwohl beide Bewegungsparameter gleichermaßen introspektierbar sind, weisen fehlende Korrelationen zwischen verschiedenen Bewegungsparametern innerhalb einer Domäne auf die Rolle von nicht-domänenspezifischen Merkmalen in der Metakognition hin. In einem datengesteuerten Ansatz zeigte Studie 3, wie die Introspektion verschiedener Aspekte der Bewegung mit motorischer Kontrolle und Metakognition verknüpft ist. In Studie 4 wurde getestet, ob metakognitive Defizite die Vorgefühle bei Tourette-Störung untermauern. Es fanden sich keine Belege für Beeinträchtigungen in taktiler oder visueller Metakognition, was die Rolle der Metakognition in der Pathophysiologie der Störung in Frage stellt. Insgesamt betont die Arbeit die Notwendigkeit, domänenbezogene und aufgabenspezifische Merkmale zu entflechten und Faktoren zu identifizieren, die Allgemeinheit und Spezifität beeinflussen. Sie trägt zum Verständnis der motorischen Metakognition bei, indem sie experimentelle und analytische Ansätze vorantreibt und gleichzeitig Einblicke in die Architektur höherer kognitiver Funktionen und das Bewusstsein bietet. / Metacognition, the ability to introspect into one's cognitive processes, can guide human behaviour across various domains. The debate whether metacognition operates in a more domain-general or a domain-specific fashion remains inconclusive, with most studies focused on sensory and memory domains. This thesis argues that to resolve this question, it is necessary to broaden the scope of domains, and it does so by exploring metacognition in the motor domain. This thesis comprises four empirical studies. Study 1 examined the underlying structures in metacognitive domains, finding no evidence to support a distinction between internally or externally generated information. Study 2 focused on motor metacognition, comparing the monitoring of direct and indirect movement parameters. While both movement parameters can be equally well monitored, the absence of correlations within the same domain but across different monitored parameters highlights the role of non-domain features on metacognition. In a data-driven approach, Study 3 revealed how monitoring different aspects of movement is linked with motor control and metacognitive judgments. Study 4 tested whether metacognitive deficits underpin premonitory urges in Tourette's disorder. No evidence of metacognitive impairment was found in the tactile or visual domains, challenging metacognition's role in the disorder's pathophysiology. Overall, the thesis emphasises the need to disentangle domain-related and task-specific features, advocating for identifying factors that influence generality and specificity. It contributes to the understanding of motor metacognition by advancing experimental and analytical approaches, while providing insights into the architecture of higher cognitive functions and conscious processing.

Der Dialog nach David Bohm darf nicht als bloße Kommunikationsmethode verstanden werden, er stellt ein eigenes, komplexes Paradigma dar. Daher verfolgt die Arbeit den Anspruch, das bohmsche Gedankenmodell in seiner Ganzheit zu veranschaulichen. Dieses Forschungsziel ist bisher einmalig. Es gibt keine wissenschaftliche Untersuchung, die die Genese des bohmschen Dialogs in seiner interdisziplinären Komplexität aufschlüsselt. Gleichzeitig existiert keine Forschungsarbeit, die den Dialog als didaktisches Medium versteht und überprüft. Die bisherigen Forschungsansätze haben den Dialog als Medium der Organisationskommunikation zur Ergebnisoptimierung wissenschaftlich erschlossen, sein pädagogisches Potential für andere Bereiche blieb dabei unbeachtet. Gerade als Medium der Schul- und Hochschuldidaktik ist er noch nicht wissenschaftlich ergründet worden. Diesem Anspruch stellt sich die Arbeit. Im Hinblick auf die Literaturdidaktik wird erforscht, in wie weit der Dialog nach David Bohm durch seine ontologische Erklärungsgrundlage, seine Prinzipien und Regeln eine kooperative Erkundungsmethode bietet, die das Spannungsfeld zwischen individuellen Deutungshorizonten und werkimmanenter Sinnstruktur offen legt. Dabei wird die Zielsetzung Bohms verfolgt und der Dialog als prozessorientiertes Kommunikationswerkzeug verstanden, dessen Zweck im gemeinsamen Denken und in der Ergründung der Schlussfolgerungs- und Denkprozesse liegt. Beim Blick auf die gegenwärtige formale Gestaltung des Dialogs zeigt sich, dass ein Einbezug psychologischer Phänomene bisher nicht ausreichend vollzogen ist. Die Arbeit schließt eine Forschungslücke, indem sie die Bedeutung des kooperativen Denkens und die dafür notwendigen Rahmenbedingungen erörtert, um eine Übertragung des Lernkonzeptes in die Literaturwissenschaft zu ermöglichen. So ist es das Ziel der Arbeit, den dialogischen Übungsraum durch ausgewählte didaktische Elemente zu ergänzen, die in besonderer Weise geeignet sind, Denkparadoxien kenntlich zu machen und dadurch eine greifbare Erklärungsgrundlage liefern, auf deren Basis eine dialogische Haltung ausgeformt werden kann. Erst die kritische Auseinandersetzung mit der metaphysischen Grundlegung und der methodischer Ausformung des Dialogs eröffnet die Gelegenheit das Kommunikationsmodell für andere Fachbereiche, beispielsweise Literaturdidaktik und Geschlechterforschung zu erschließen. Bei der Übertragung des bohmschen Konzeptes in die Literaturdidaktik fällt die große Kongruenz zwischen rezeptionsästhetischer Haltung und der bohmschen Ontologie auf. Dem Leser wird die Rolle eines aktiven Teilhabenden zugewiesen, der die Sinnsetzung durch Ausfüllen der literarischen Leerstellen entscheidend prägt. Seine Vorannahmen, Werte und Erfahrungen fießen in die Beurteilung der Figuren und die Deutung des Handlungsverlaufs ein, so dass sich eine individuelle Interpretation entwickelt. Die Vorstellungsbilder sind dabei keine wahllosen Muster, sie replizieren, umkreisen und nuancieren verschiedene Aspekte des zugrunde liegenden Werkes. Der eröffnende Kommunikationsstil des Dialogs ermöglicht es, den Geltungsbereich eigener Interpretationsweisen abzustecken, so dass die Komplexität und die Vieldeutigkeit als wesentliches Kennzeichen des Erkundungsprozesses hervorgehoben wird. Die Konzentration liegt nicht auf dem Abschließen und Beantworten, dem fnalen Lösen einer Frage, sondern auf der Entfaltung der Perspektivenvielfalt.:Inhaltsverzeichnis Einleitung: Dialogische Prinzipien in der Literaturwissenschaft........................................7 1 Die bohmsche Ontologie des Holomovements............................................................22 1.1 Vergleich der philosophischen Ableitungen aus Mechanik und Quantenphysik..........24 1.2 Die zwei Ordnungssysteme nach Bohm: Implicate und Explicate Order....................27 1.3 Die Überwindung traditioneller Dualismen..................................................................33 1.4 Bedeutungswandel tragender epistemischer Begriffe................................................39 1.5 Radikaler Konstruktivismus und Ontologie des Holomovements – ein Vergleich........43 1.6 Wissenschaftstheoretische Konsequenzen der pluralistisch-holistischen Weltordnung .........................................................................................................................................45 1.7 Die Ontologie des Holomovements als Chance für den Geschlechterdiskurs............50 2 Untersuchung der psychologischen Denkparadoxien.................................................61 2.1 Bedeutung der Holomovementontologie für den Bewusstseinsbegriff.......................61 2.2 Fragmentierung – Der Denkprozess als Wurzel der Inkohärenz..................................63 2.3 Systemischer Kreislauf des Denkprozesses - Gefühle, Gedanken, Muskelregungen..64 2.4 Einfuss mentaler Repräsentationen auf den Denkprozess.........................................69 2.5 Reaktionsweise des Denkens – refexhafter Abruf von Wissen...................................76 2.6 Konditionierung – Stabilität und Einfuss kultureller Annahmen...................................78 2.7 Selbstbildparadoxien – Abwehrmechanismen bei der Informationsverarbeitung........82 2.8 Die Anfälligkeit des Denkens für Fehlurteile und kognitive Illusionen...........................89 3 Die Methodik des bohmschen Dialogs..........................................................................93 3.1 Die Einfüsse des Philosophen Jiddu Krishnamurti auf das Dialogkonzept.................93 3.2 Die Einfüsse des Psychotherapeuten Patrick DeMare auf das Dialogsetting...........101 3.3 Defnition Dialog – eine Abgrenzung gegenüber der Diskussion...............................107 3.4 Schwierigkeiten im Dialogprozess............................................................................110 3.5 Gestaltungsregeln für das Dialogsetting...................................................................114 3.6 Die tragenden Prinzipien des Dialogprozesses – Propriozeption und Partizipation...118 3.7 Zusammenfassung: Dialogische Haltung durch dialogische Prinzipien?...................127 4 Der Dialog als pädagogisches Konzept......................................................................131 4.1 Vergleich dialogisch-pädagogischer Gruppengesprächssettings.............................132 4.2 Spezifsches Lernfeld des bohmschen Dialogs........................................................139 5 Neugestaltung der Dialogmethode..............................................................................146 5.1 Übungsanregungen zur Stärkung der gleichberechtigten Teilhabe...........................147 5.1.1 Praxisfeld Zuhören............................................................................................148 5.1.2 Praxisfeld Respektieren....................................................................................153 5.1.3 Praxisfeld Erkunden (Suspendieren).................................................................159 5.1.4 Praxisfeld Sprechen..........................................................................................165 5.2 Übungsanregungen zur Förderung refexiver Fähigkeiten.........................................167 5.2.1 Erkenntnisse der Action Science......................................................................169 5.2.2 Metakognitive Methoden des Kritischen Denkens............................................172 5 5.2.3 Umgang mit gesellschaftlichen Stereotypen anhand des Anti-Bias-Modells.....177 5.3 Techniken des kritischen Erkundens........................................................................178 5.3.1 Orientierungsfragen..........................................................................................179 5.3.2 Kriterien für die Beurteilung von Argumenten....................................................181 5.3.3 Frame Experiments..........................................................................................183 5.3.4 Hypothesentesten............................................................................................186 5.4 Weiterentwicklungspotentiale der Dialogmethode....................................................187 6 Das Anwendungsfeld des Dialogs in der Literaturwissenschaft...............................193 6.1 Herausforderungen einer geschlechtergerechten Pädagogik...................................193 6.2 Fazit und Kritik - Der Dialog nach Bohm als pädagogisches Medium......................198 6.3 Rezeptionsästhetische Gendersensibilisierung durch den Dialog.............................203 6.4 Zukünftige Forschungsfelder und Forschungsfragen – ein Ausblick.........................215 Danksagung......................................................................................................................220 Literaturverzeichnis...........................................................................................................221 / The ideal of communication developed by David Bohm offers a broad field of experience in discovering own judgements and assumptions through the skills of \"thinking together.\" It can be used in gender sensitive didactics. It is also a valuable tool for science discussions to get an open spectrum of perspectives regarding on one critical issue and to reflect together the relations between them.:Inhaltsverzeichnis Einleitung: Dialogische Prinzipien in der Literaturwissenschaft........................................7 1 Die bohmsche Ontologie des Holomovements............................................................22 1.1 Vergleich der philosophischen Ableitungen aus Mechanik und Quantenphysik..........24 1.2 Die zwei Ordnungssysteme nach Bohm: Implicate und Explicate Order....................27 1.3 Die Überwindung traditioneller Dualismen..................................................................33 1.4 Bedeutungswandel tragender epistemischer Begriffe................................................39 1.5 Radikaler Konstruktivismus und Ontologie des Holomovements – ein Vergleich........43 1.6 Wissenschaftstheoretische Konsequenzen der pluralistisch-holistischen Weltordnung .........................................................................................................................................45 1.7 Die Ontologie des Holomovements als Chance für den Geschlechterdiskurs............50 2 Untersuchung der psychologischen Denkparadoxien.................................................61 2.1 Bedeutung der Holomovementontologie für den Bewusstseinsbegriff.......................61 2.2 Fragmentierung – Der Denkprozess als Wurzel der Inkohärenz..................................63 2.3 Systemischer Kreislauf des Denkprozesses - Gefühle, Gedanken, Muskelregungen..64 2.4 Einfuss mentaler Repräsentationen auf den Denkprozess.........................................69 2.5 Reaktionsweise des Denkens – refexhafter Abruf von Wissen...................................76 2.6 Konditionierung – Stabilität und Einfuss kultureller Annahmen...................................78 2.7 Selbstbildparadoxien – Abwehrmechanismen bei der Informationsverarbeitung........82 2.8 Die Anfälligkeit des Denkens für Fehlurteile und kognitive Illusionen...........................89 3 Die Methodik des bohmschen Dialogs..........................................................................93 3.1 Die Einfüsse des Philosophen Jiddu Krishnamurti auf das Dialogkonzept.................93 3.2 Die Einfüsse des Psychotherapeuten Patrick DeMare auf das Dialogsetting...........101 3.3 Defnition Dialog – eine Abgrenzung gegenüber der Diskussion...............................107 3.4 Schwierigkeiten im Dialogprozess............................................................................110 3.5 Gestaltungsregeln für das Dialogsetting...................................................................114 3.6 Die tragenden Prinzipien des Dialogprozesses – Propriozeption und Partizipation...118 3.7 Zusammenfassung: Dialogische Haltung durch dialogische Prinzipien?...................127 4 Der Dialog als pädagogisches Konzept......................................................................131 4.1 Vergleich dialogisch-pädagogischer Gruppengesprächssettings.............................132 4.2 Spezifsches Lernfeld des bohmschen Dialogs........................................................139 5 Neugestaltung der Dialogmethode..............................................................................146 5.1 Übungsanregungen zur Stärkung der gleichberechtigten Teilhabe...........................147 5.1.1 Praxisfeld Zuhören............................................................................................148 5.1.2 Praxisfeld Respektieren....................................................................................153 5.1.3 Praxisfeld Erkunden (Suspendieren).................................................................159 5.1.4 Praxisfeld Sprechen..........................................................................................165 5.2 Übungsanregungen zur Förderung refexiver Fähigkeiten.........................................167 5.2.1 Erkenntnisse der Action Science......................................................................169 5.2.2 Metakognitive Methoden des Kritischen Denkens............................................172 5 5.2.3 Umgang mit gesellschaftlichen Stereotypen anhand des Anti-Bias-Modells.....177 5.3 Techniken des kritischen Erkundens........................................................................178 5.3.1 Orientierungsfragen..........................................................................................179 5.3.2 Kriterien für die Beurteilung von Argumenten....................................................181 5.3.3 Frame Experiments..........................................................................................183 5.3.4 Hypothesentesten............................................................................................186 5.4 Weiterentwicklungspotentiale der Dialogmethode....................................................187 6 Das Anwendungsfeld des Dialogs in der Literaturwissenschaft...............................193 6.1 Herausforderungen einer geschlechtergerechten Pädagogik...................................193 6.2 Fazit und Kritik - Der Dialog nach Bohm als pädagogisches Medium......................198 6.3 Rezeptionsästhetische Gendersensibilisierung durch den Dialog.............................203 6.4 Zukünftige Forschungsfelder und Forschungsfragen – ein Ausblick.........................215 Danksagung......................................................................................................................220 Literaturverzeichnis...........................................................................................................221

Die Ionenmobilitätsspektrometrie ermöglicht eine selektive Detektion von niedrigkonzentrierten Gasen in Luft. Darauf beruhende Analysegeräte können verhältnismäßig einfach umgesetzt werden und in vielfältigen mobilen Einsatzszenarien wie der Umweltanalytik Anwendung finden. Die vorliegende Dissertation gibt einen Überblick über die Grundlagen der Ionenmobilitätsspektrometrie und setzt die funktionellen Teilkomponenten Ionenfilter und Ionendetektor mit Mikrosystemtechniken um. Dafür werden Möglichkeiten aus dem Stand der Technik vorgestellt und eine für die Umsetzung optimale Variante identifiziert. Ein Ionenfilter basierend auf der Differenzionenmobilitätsspektrometrie zeigt diesbezüglich ein sehr geeignetes Skalierungsverhalten. Zur Integration in einen Demonstrator-Chip wird ein neuartiges Bauelementkonzept verfolgt, mit technologischen Vorversuchen untersetzt und erfolgreich in einen Gesamtherstellungsablauf überführt. Mit Hilfe von weiterführenden analytischen Untersuchungen werden spezifische Phänomene bei der elektrischen Kontaktierung der verwendeten BSOI-Wafer als Ausgangsmaterial hergeleitet und Empfehlungen zur Vermeidung gegeben. Der Funktionsnachweis der Teilkomponente Ionendetektor wird anhand von hergestellten Demonstrator-Chips und mit Hilfe eines entwickelten Versuchsaufbaus begonnen. Es werden die weiteren Schritte zum Nachweis der Gesamtfunktionalität abgeleitet und festgehalten. Auf Basis des umgesetzten Bauelement- und Technologiekonzepts und der vorliegenden Ergebnisse, wird das entwickelte und realisierte Gesamtkonzept als sehr aussichtsreich hinsichtlich der favorisierten Verwendung als Teilkomponente eines miniaturisierten Ionenmobilitätsspektrometers eingeschätzt.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Zielstellung 1.2 Aufbau und Gliederung der Arbeit 2 Grundlagen zur Ionenmobilitätsspektrometrie 2.1 Grundprinzip der Ionenmobilitätsspektrometrie 2.2 Anwendungsfelder und Substanzen 2.3 Grundlagen der Ionenbewegung 2.4 Ionenquellen 2.4.1 Ionisation mittels radioaktiver Strahlungsquellen 2.4.2 Photoionisation 2.4.3 Weitere Ionenquelle 2.4.4 Vergleich von Ionenquellen 2.5 Ionendetektion 2.6 Bewertungskriterien Ionenmobilitätsspektrometer 3 Stand der Technik Ionenfilter 3.1 Überblick und Einteilung Ionenfilter 3.2 Zeitaufgelöste Detektion 3.3 Ortsaufgelöste Detektion 3.4 Differenz der Ionenmobilität 3.4.1 Differenzionenmobilitätsspektrometrie 3.4.2 Transversal Modulation Ionenfilter 3.5 Sonstige Filterrealisierungen 3.5.1 Ionenfilter mit Gegengasströmung 3.5.2 Travelling Wave Filter 3.6 Vergleich Ionenfilter für ein miniaturisiertes Ionenmobilitätsspektrometer 3.7 Konkretisierte Zielstellung der Arbeit 4 Konzeptionelle Vorarbeiten 4.1 Modellbildung und Dimensionierung des Ionenfilters 4.1.1 Allgemeine Lösung der Bewegungsgleichung 4.1.2 Lösung für den Spezialfall mit Rechteckanregung 4.1.3 Randbedingungen bei der Filterauslegung 4.1.4 Elektrische Simulation des Ionenfilters mit diskreten Elementen 4.1.5 Auslegung eines miniaturisierten Ionenfilters 4.2 Modellbildung und Auslegung des Ionendetektors 4.3 Ableitung eines relevanten Parameterraums 5 Voruntersuchungen und Empfehlungen zur technologischen Umsetzung 5.1 Herleitung des Bauelementkonzepts 5.1.1 Konzept 1 – Planar-Aufbau 5.1.2 Konzept 2 – Sandwich-Struktur 5.1.3 Konzept 3 – Erweiterte Tiefenstruktur 5.1.4 Ableitung des umzusetzenden Bauelementkonzepts 5.2 Konzept zur Herstellung der Ionenkanäle 5.2.1 Nasschemische Siliziumstrukturierung mit TMAH 5.2.2 Trockenchemische Siliziumstrukturierung mit DRIE 5.2.3 Durchführung und Ergebnisse des Vorversuchs 5.2.4 Schlussfolgerung und Ausblick für die Herstellung der Elektrodenkanäle 5.3 Konzept zur Realisierung der Elektrodenkontakte 5.3.1 Möglichkeiten zur Kontaktierung der Elektrodenstrukturen 5.3.2 Verfahren und Materialien für das Erzeugen von Isolationen 5.3.3 Verfahren und Materialien für das Abscheiden von Metallen 5.3.4 Besonderheiten beim Metall-Halbleiter-Kontakt 5.3.5 Ableiten eines Technologieablaufs und Durchführung eines Versuchs zur Herstellung der Rückseitenkontakte 5.3.6 Elektrische Charakterisierung der Rückseitenkontakte 5.3.7 Ausblick zur weiteren Bewertung der Rückseitenkontakte 5.4 Überblick über relevante Waferbondverfahren 5.5 Konzept für die Aufbau- und Verbindungstechnik 5.6 Integration der Vorversuche in ein erweitertes Bauelementkonzept 6 Bauelementauslegung für ein Ionenmobilitätsspektrometer 6.1 Voruntersuchungen für die Bauelementdimensionierung 6.1.1 Simulation des elektrischen Verhaltens mit einem erweiterten Ersatzschaltbild 6.1.2 Dimensionierung des Einströmbereichs und des Vorfilters 6.2 Zusammenfassung der Voruntersuchungen und Ableitung von Designvarianten 7 Technologische Umsetzung und Untersuchung der Kontaktproblematik 7.1 Umsetzung Filter- und Detektordemonstrator 7.1.1 Auswahl der Metallisierung 7.1.2 Erstellen eines detailliertern Gesamttechnologieablaufs 7.1.3 Verifikation des umgesetzten Herstellungsprozesses an den realisierten Demonstrator-Chips 7.2 Untersuchung Metall-Halbleiter-Kontakt 7.2.1 Untersuchung Metall-Halbleiter-Interface 7.2.2 Einfluss des Ausheilschritts auf das Kontaktverhalten 7.2.3 Untersuchung des Dotierungs- und Leitfähigkeitsprofils 7.2.4 Herleitung einer möglichen Ursachenkette für die Bor-Kontamination 7.2.5 Gegenprüfung der Ursachenkette und Schlussfolgerung 7.3 Zusammenfassung Technologieablauf 8 Charakterisierung der Teilkomponenten 8.1 Konzeptionelle Vorarbeiten zum Versuchsaufbau 8.1.1 Methoden zur Testgaserzeugung 8.1.2 Integration des IMS-Chips in die Gasversorgung 8.1.3 Elektronikanbindung 8.2 Versuchsaufbau und Versuchsplanung 8.2.1 Beschreibung Versuchsaufbau 8.2.2 Planung der Versuche für Bewertung Ionendetektor 8.2.3 Planung der Versuche für Bewertung Ionenfilter 8.3 Versuche und Bewertung Ionendetektor 8.3.1 Versuchsdurchführung 8.3.2 Auswertung Ionendetektor 8.4 Zusammenfassung und Ausblick der Charakterisierung 9 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis

The ability of the visual system for object recognition is remarkable. A better understanding of its processing would lead to better computer vision systems and could improve our understanding of the underlying principles which produce intelligence. We propose a computational model of the visual areas V1 and V2, implementing a rich connectivity inspired by the neocortical circuit. We combined the three most important cortical plasticity mechanisms. 1) Hebbian synaptic plasticity to learn the synapse strengths of excitatory and inhibitory neurons, including trace learning to learn invariant representations. 2) Intrinsic plasticity to regulate the neurons responses and stabilize the learning in deeper layers. 3) Structural plasticity to modify the connections and to overcome the bias for the learnings from the initial definitions. Among others, we show that our model neurons learn comparable receptive fields to cortical ones. We verify the invariant object recognition performance of the model. We further show that the developed weight strengths and connection probabilities are related to the response correlations of the neurons. We link the connection probabilities of the inhibitory connections to the underlying plasticity mechanisms and explain why inhibitory connections appear unspecific. The proposed model is more detailed than previous approaches. It can reproduce neuroscientific findings and fulfills the purpose of the visual system, invariant object recognition. / Das visuelle System des Menschen hat die herausragende Fähigkeit zur invarianten Objekterkennung. Ein besseres Verständnis seiner Arbeitsweise kann zu besseren Computersystemen für das Bildverstehen führen und könnte darüber hinaus unser Verständnis von den zugrundeliegenden Prinzipien unserer Intelligenz verbessern. Diese Arbeit stellt ein Modell der visuellen Areale V1 und V2 vor, welches eine komplexe, von den Strukturen des Neokortex inspirierte, Verbindungsstruktur integriert. Es kombiniert die drei wichtigsten kortikalen Plastizitäten: 1) Hebbsche synaptische Plastizität, um die Stärke der exzitatorischen und inhibitorischen Synapsen zu lernen, welches auch „trace“-Lernen, zum Lernen invarianter Repräsentationen, umfasst. 2) Intrinsische Plastizität, um das Antwortverhalten der Neuronen zu regulieren und damit das Lernen in tieferen Schichten zu stabilisieren. 3) Strukturelle Plastizität, um die Verbindungen zu modifizieren und damit den Einfluss anfänglicher Festlegungen auf das Lernergebnis zu reduzieren. Neben weiteren Ergebnissen wird gezeigt, dass die Neuronen des Modells vergleichbare rezeptive Felder zu Neuronen des visuellen Kortex erlernen. Ebenso wird die Leistungsfähigkeit des Modells zur invariante Objekterkennung verifiziert. Des Weiteren wird der Zusammenhang von Gewichtsstärke und Verbindungswahrscheinlichkeit zur Korrelation der Aktivitäten der Neuronen aufgezeigt. Die gefundenen Verbindungswahrscheinlichkeiten der inhibitorischen Neuronen werden in Zusammenhang mit der Funktionsweise der inhibitorischen Plastizität gesetzt, womit erklärt wird warum inhibitorische Verbindungen unspezifisch erscheinen. Das vorgestellte Modell ist detaillierter als vorangegangene Arbeiten. Es ermöglicht neurowissenschaftliche Erkenntnisse nachzuvollziehen, wobei es ebenso die Hauptleistung des visuellen Systems erbringt, invariante Objekterkennung. Darüber hinaus ermöglichen sein Detailgrad und seine Selbstorganisationsprinzipien weitere neurowissenschaftliche Erkenntnisse und die Modellierung komplexerer Modelle der Verarbeitung im Gehirn.

Visual attention is an important cognitive concept for the daily life of humans, but still not fully understood. Due to this, it is also rarely utilized in computer vision systems. However, understanding visual attention is challenging as it has many and seemingly-different aspects, both at neuronal and behavioral level. Thus, it is very hard to give a uniform explanation of visual attention that can account for all aspects. To tackle this problem, this thesis has the goal to identify a common set of neuronal mechanisms, which underlie both neuronal and behavioral aspects. The mechanisms are simulated by neuro-computational models, thus, resulting in a single modeling approach to explain a wide range of phenomena at once. In the thesis, the chosen aspects are multiple neurophysiological effects, real-world object localization, and a visual masking paradigm (OSM). In each of the considered fields, the work also advances the current state-of-the-art to better understand this aspect of attention itself. The three chosen aspects highlight that the approach can account for crucial neurophysiological, functional, and behavioral properties, thus the mechanisms might constitute the general neuronal substrate of visual attention in the cortex. As outlook, our work provides for computer vision a deeper understanding and a concrete prototype of attention to incorporate this crucial aspect of human perception in future systems.:1. General introduction 2. The state-of-the-art in modeling visual attention 3. Microcircuit model of attention 4. Object localization with a model of visual attention 5. Object substitution masking 6. General conclusion / Visuelle Aufmerksamkeit ist ein wichtiges kognitives Konzept für das tägliche Leben des Menschen. Es ist aber immer noch nicht komplett verstanden, so dass es ein langjähriges Ziel der Neurowissenschaften ist, das Phänomen grundlegend zu durchdringen. Gleichzeitig wird es aufgrund des mangelnden Verständnisses nur selten in maschinellen Sehsystemen in der Informatik eingesetzt. Das Verständnis von visueller Aufmerksamkeit ist jedoch eine komplexe Herausforderung, da Aufmerksamkeit äußerst vielfältige und scheinbar unterschiedliche Aspekte besitzt. Sie verändert multipel sowohl die neuronalen Feuerraten als auch das menschliche Verhalten. Daher ist es sehr schwierig, eine einheitliche Erklärung von visueller Aufmerksamkeit zu finden, welche für alle Aspekte gleichermaßen gilt. Um dieses Problem anzugehen, hat diese Arbeit das Ziel, einen gemeinsamen Satz neuronaler Mechanismen zu identifizieren, welche sowohl den neuronalen als auch den verhaltenstechnischen Aspekten zugrunde liegen. Die Mechanismen werden in neuro-computationalen Modellen simuliert, wodurch ein einzelnes Modellierungsframework entsteht, welches zum ersten Mal viele und verschiedenste Phänomene von visueller Aufmerksamkeit auf einmal erklären kann. Als Aspekte wurden in dieser Dissertation multiple neurophysiologische Effekte, Realwelt Objektlokalisation und ein visuelles Maskierungsparadigma (OSM) gewählt. In jedem dieser betrachteten Felder wird gleichzeitig der State-of-the-Art verbessert, um auch diesen Teilbereich von Aufmerksamkeit selbst besser zu verstehen. Die drei gewählten Gebiete zeigen, dass der Ansatz grundlegende neurophysiologische, funktionale und verhaltensbezogene Eigenschaften von visueller Aufmerksamkeit erklären kann. Da die gefundenen Mechanismen somit ausreichend sind, das Phänomen so umfassend zu erklären, könnten die Mechanismen vielleicht sogar das essentielle neuronale Substrat von visueller Aufmerksamkeit im Cortex darstellen. Für die Informatik stellt die Arbeit damit ein tiefergehendes Verständnis von visueller Aufmerksamkeit dar. Darüber hinaus liefert das Framework mit seinen neuronalen Mechanismen sogar eine Referenzimplementierung um Aufmerksamkeit in zukünftige Systeme integrieren zu können. Aufmerksamkeit könnte laut der vorliegenden Forschung sehr nützlich für diese sein, da es im Gehirn eine Aufgabenspezifische Optimierung des visuellen Systems bereitstellt. Dieser Aspekt menschlicher Wahrnehmung fehlt meist in den aktuellen, starken Computervisionssystemen, so dass eine Integration in aktuelle Systeme deren Leistung sprunghaft erhöhen und eine neue Klasse definieren dürfte.:1. General introduction 2. The state-of-the-art in modeling visual attention 3. Microcircuit model of attention 4. Object localization with a model of visual attention 5. Object substitution masking 6. General conclusion

Many functions that at one time could only be performed by humans can nowadays be carried out by machines. Automation impacts many areas of life including work, home, communication and mobility. In the driving context, in-vehicle automation is considered to provide solutions for environmental, economic, safety and societal challenges. However, automation changes the driving task and the human-machine interaction. Thus, the expected benefit of in-vehicle automation can be undermined by changes in drivers’ behaviour, i.e. behavioural adaptation. This PhD project focuses on motivational as well as higher cognitive processes underlying behavioural adaptation when interacting with in-vehicle automation. Motivational processes include the development of trust and acceptance, whereas higher cognitive processes comprise the learning process as well as the development of mental models and Situation Awareness (SA). As an example for in-vehicle automation, the advanced driver assistance system Adaptive Cruise Control (ACC) was investigated. ACC automates speed and distance control by maintaining a constant set cruising speed and automatically adjusting vehicle’s velocity in order to provide a specified distance to the preceding vehicle. However, due to sensor limitations, not every situation can be handled by the system and therefore driver intervention is required. Trust, acceptance and an appropriate mental model of the system functionality are considered key variables for adequate use and appropriate SA. To systematically investigate changes in motivational and higher cognitive processes, a driving simulator as well as an on-road study were carried out. Both of the studies were conducted using a repeated-measures design, taking into account the process character, i.e. changes over time. The main focus was on the development of trust, acceptance and the mental model of novice users when interacting with ACC. By now, only few studies have attempted to assess changes in higher level cognitive processes, due to methodological difficulties posed by the dynamic task of driving. Therefore, this PhD project aimed at the elaboration and validation of innovative methods for assessing higher cognitive processes, with an emphasis on SA and mental models. In addition, a new approach for analyzing big and heterogeneous data in social science was developed, based on the use of relational databases. The driving simulator study investigated the effect of divergent initial mental models of ACC (i.e., varying according to correctness) on trust, acceptance and mental model evolvement. A longitudinal study design was applied, using a two-way (3×3) repeated measures mixed design with a matched sample of 51 subjects. Three experimental groups received (1) a correct ACC description, (2) an incomplete and idealised account omitting potential problems, and (3) an incorrect description including non-occurring problems. All subjects drove a 56-km track of highway with an identical ACC system, three times, and within a period of 6 weeks. Results showed that after using the system, participants’ mental model of ACC converged towards the profile of the correct group. Non-experienced problems tended to disappear from the mental model network when they were not activated by experience. Trust and acceptance grew steadily for the correct condition. The same trend was observed for the group with non-occurring problems, starting from a lower initial level. Omitted problems in the incomplete group led to a constant decrease in trust and acceptance without recovery. This indicates that automation failures do not negatively affect trust and acceptance if they are known beforehand. During each drive, participants continuously completed a visual secondary task, the Surrogate Reference Task (SURT). The frequency of task completion was used as objective online-measure for SA, based on the principle that situationally aware driver would reduce the engagement in the secondary task if they expect potentially critical situations. Results showed that correctly informed drivers were aware of potential system limitations and reduced their engagement in the secondary task when such situations arose. Participants with no information about limitations became only aware after first encounter and reduced secondary task engagement in corresponding situations during subsequent trials. However, trust and acceptance in the system declined over time due to the unexpected failures. Non occurring limitations tended to drop from the mental model and resulted in reduced SA already in the second trial. The on-road study investigated the learning process, as well as the development of trust, acceptance and the mental model for interacting with ACC in real conditions. Research questions aimed to model the learning process in mathematical/statistical terms, examine moments and conditions when these processes stabilize, and assess how experience changes the mental model of the system. A sample of fifteen drivers without ACC experience drove a test vehicle with ACC ten consecutive times on the same route within a 2-month period. In contrast to the driving simulator study, all participants were fully trained in ACC functionality by reading the owner’s manual in the beginning. Results showed that learning, as well as the development of acceptance and trust in ACC follows the power law of learning, in case of comprehensive prior information on system limitations. Thus, the major part of the learning process occurred during the first interaction with the system and support in explaining the systems abilities (e.g. by tutoring systems) should therefore primarily be given during this first stage. All processes stabilized at a relatively high level after the fifth session, which corresponds to 185 km or 3.5 hours of driving. No decline was observable with ongoing system experience. However, in line with the findings from the simulator study, limitations that are not experienced tended to disappear from the mental model if they were not activated by experience. With regard to the validation of the developed methods for assessing mental models and SA, results are encouraging. The studies show that the mental model questionnaire is able to provide insights into the construction of mental models and the development over time. Likewise, the implicit measurement approach to assess SA online in the driving simulator is sensitive to user’s awareness of potentially critical situations. In terms of content, the results of the studies prove the enduring relevance of the initial mental model for the learning process, SA, as well as the development of trust, acceptance and a realistic mental model about automation capabilities and limitations. Given the importance of the initial mental model it is recommended that studies on system trust and acceptance should include, and attempt to control, users’ initial mental model of system functionality. Although the results showed that also incorrect and incomplete initial mental models converged by experience towards a realistic appreciation of system functionality, the more cognitive effort needed to update the mental model, the lower trust and acceptance. Providing an idealised description, which omits potential problems, only leads to temporarily higher trust and acceptance in the beginning. The experience of unexpected limitations results in a steady decrease in trust and acceptance over time. A trial-and-error strategy for in-vehicle automation use, without accompanying information, is therefore considered insufficient for developing stable trust and acceptance. If the mental model matches experience, trust and acceptance grow steadily following the power law of learning – regardless of the experience of system limitations. Provided that such events are known in advance, they will not cause a decrease in trust and acceptance over time. Even over-information about potential problems lowers trust and acceptance only in the beginning, and not in the long run. Potential problems should therefore not be concealed in over-idealised system descriptions; the more information given, the better, in the long run. However, limitations that are not experienced tend to disappear from the mental model. Therefore, it is recommended that users be periodically reminded of system limitations to make sure that corresponding knowledge becomes re-activated. Intelligent tutoring systems incorporated in automated systems could provide a solution. In the driving context, periodic reminders about system limitations could be shown via the multifunction displays integrated in most modern cars. Tutoring systems could also be used to remind the driver of the presence of specific in-vehicle automation systems and reveal their benefits.:Table of contents LIST OF FIGURES I LIST OF TABLES II LIST OF ABBREVIATIONS III ACKNOWLEDGEMENTS IV SUMMARY V ZUSAMMENFASSUNG VIII 1 INTRODUCTION 12 2 THEORETICAL BACKGROUND 14 2.1 BEHAVIOURAL ADAPTATION AND HIGHER COGNITIVE PROCESSES 14 2.2 VEHICLE AUTOMATION AND ADAPTIVE CRUISE CONTROL 17 2.3 MENTAL MODELS 20 2.3.1 Definition 20 2.3.2 Mental model construction and update 20 2.3.3 Discussion of existing measures 21 2.3.4 Development of the mental model questionnaire 23 2.4 SITUATION AWARENESS 24 2.4.1 Definition 24 2.4.2 Relationship between mental models and Situation Awareness 26 2.4.3 Situation Awareness as comprehension process 27 2.4.4 Discussion of existing measures 27 2.4.5 Development of the Situation Awareness measurement technique 29 2.5 LEARNING, ACCEPTANCE AND TRUST IN AUTOMATION 30 2.5.1 Power law of learning 30 2.5.2 Acceptance 31 2.5.3 Trust in automation 31 2.5.4 Related research on learning, acceptance and trust in ACC 32 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 34 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 35 4.1 DRIVING SIMULATOR STUDIES AND ON-ROAD TESTS 35 4.2 DATABASE-FRAMEWORK FOR DATA STORAGE AND ANALYSIS 37 5 DRIVING SIMULATOR STUDY 42 5.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 42 5.2 METHOD AND MATERIAL 43 5.2.1 Sampling and participants 43 5.2.2 Research design and procedure 44 5.2.3 Facilities and driving simulator track 45 5.2.4 Secondary task SURT 46 5.2.5 System description 46 5.2.6 Dependent variables trust, acceptance and mental model 47 5.2.7 Contrast analysis 48 5.3 RESULTS 49 5.3.1 Mental model 49 5.3.2 Trust and acceptance 51 5.3.3 Situation Awareness 52 5.4 DISCUSSION 56 6 ON-ROAD STUDY 59 6.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 59 6.2 METHOD AND MATERIAL 59 6.2.1 Research design and procedure 59 6.2.2 Sampling and participants 60 6.2.3 Facilities and apparatus 60 6.2.4 Dependent variables mental model, trust, acceptance, learning and ACC usage 62 6.3 RESULTS 63 6.3.1 ACC usage 63 6.3.2 Trust and acceptance 64 6.3.3 Learning 65 6.3.4 Mental model 67 6.4 DISCUSSION 68 7 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 70 7.1 THEORETICAL AND PRACTICAL CONSIDERATIONS 70 7.2 METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 71 7.3 LIMITATIONS AND DIRECTIONS FOR FUTURE RESEARCH 74 8 REFERENCES 76 9 APPENDIX 88 9.1 QUESTIONNAIRES USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 88 9.1.1 Original German version 88 9.1.2 English translation 91 9.2 ACC DESCRIPTIONS USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 94 9.2.1 Correct description 94 9.2.2 Incomplete description 95 9.2.3 Incorrect description 96 9.3 SCHEMATIC OVERVIEW OF THE DRIVING SIMULATOR TRACK 97 9.4 QUESTIONNAIRES USED IN THE ON-ROAD STUDY 99 9.4.1 Original German version 99 9.4.2 English translation 103 9.5 SEMINAR PROGRAMME: DATABASES AS ANALYSIS TOOL IN SOCIAL SCIENCE 107 9.6 CURRICULUM VITAE AND PUBLICATIONS 109 / Viele Aufgaben, die ehemals von Menschen ausgeführt wurden, werden heute von Maschinen übernommen. Dieser Prozess der Automatisierung betrifft viele Lebensbereiche von Arbeit, Wohnen, Kommunikation bis hin zur Mobilität. Im Bereich des Individualverkehrs wird die Automatisierung von Fahrzeugen als Möglichkeit gesehen, zukünftigen Herausforderungen wirtschaftlicher, gesellschaftlicher und umweltpolitischer Art zu begegnen. Allerdings verändert Automatisierung die Fahraufgabe und die Mensch-Technik Interaktion im Fahrzeug. Daher können beispielsweise erwartete Sicherheitsgewinne automatisch agierender Assistenzsysteme durch Veränderungen im Verhalten des Fahrers geschmälert werden, was als Verhaltensanpassung (behavioural adaptation) bezeichnet wird. Dieses Dissertationsprojekt untersucht motivationale und höhere kognitive Prozesse, die Verhaltensanpassungen im Umgang mit automatisierten Fahrerassistenzsystemen zugrunde liegen. Motivationale Prozesse beinhalten die Entwicklung von Akzeptanz und Vertrauen in das System, unter höheren kognitiven Prozessen werden Lernprozesse sowie die Entwicklung von mentalen Modellen des Systems und Situationsbewusstsein (Situation Awareness) verstanden. Im Fokus der Untersuchungen steht das Fahrerassistenzsystem Adaptive Cruise Control (ACC) als ein Beispiel für Automatisierung im Fahrzeug. ACC regelt automatisch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, indem bei freier Fahrbahn eine eingestellte Wunschgeschwindigkeit und bei einem Vorausfahrer automatisch ein eingestellter Abstand eingehalten wird. Allerdings kann ACC aufgrund von Einschränkungen der Sensorik nicht jede Situation bewältigen, weshalb der Fahrer übernehmen muss. Für diesen Interaktionsprozess spielen Vertrauen, Akzeptanz und das mentale Modell der Systemfunktionalität eine Schlüsselrolle, um einen sicheren Umgang mit dem System und ein adäquates Situationsbewusstsein zu entwickeln. Zur systematischen Erforschung dieser motivationalen und kognitiven Prozesse wurden eine Fahrsimulatorstudie und ein Versuch im Realverkehr durchgeführt. Beide Studien wurden im Messwiederholungsdesign angelegt, um dem Prozesscharakter gerecht werden und Veränderungen über die Zeit erfassen zu können. Die Entwicklung von Vertrauen, Akzeptanz und mentalem Modell in der Interaktion mit ACC war zentraler Forschungsgegenstand beider Studien. Bislang gibt es wenige Studien, die kognitive Prozesse im Kontext der Fahrzeugführung untersucht haben, unter anderem auch wegen methodischer Schwierigkeiten in diesem dynamischen Umfeld. Daher war es ebenfalls Teil dieses Dissertationsprojekts, neue Methoden zur Erfassung höherer kognitiver Prozesse in dieser Domäne zu entwickeln, mit Fokus auf mentalen Modellen und Situationsbewusstsein. Darüber hinaus wurde auch ein neuer Ansatz für die Analyse großer und heterogener Datenmengen im sozialwissenschaftlichen Bereich entwickelt, basierend auf dem Einsatz relationaler Datenbanken. Ziel der der Fahrsimulatorstudie war die systematische Erforschung des Effekts von unterschiedlich korrekten initialen mentalen Modellen von ACC auf die weitere Entwicklung des mentalen Modells, Vertrauen und Akzeptanz des Systems. Eine Stichprobe von insgesamt 51 Probanden nahm an der Studie teil; der Versuch wurde als zweifaktorielles (3x3) gemischtes Messwiederholungsdesign konzipiert. Die 3 parallelisierten Versuchsgruppen zu je 17 Personen erhielten (1) eine korrekte Beschreibung des ACC, (2) eine idealisierte Beschreibung unter Auslassung auftretender Systemprobleme und (3) eine überkritische Beschreibung mit zusätzlichen Hinweisen auf Systemprobleme, die nie auftraten. Alle Teilnehmer befuhren insgesamt dreimal im Zeitraum von sechs Wochen dieselbe 56 km lange Autobahnstrecke im Fahrsimulator mit identischem ACC-System. Mit zunehmendem Einsatz des ACC zeigte sich im anfänglich divergierenden mentalen Modell zwischen den Gruppen eine Entwicklung hin zum mentalen Modell der korrekt informierten Gruppe. Nicht erfahrene Systemprobleme tendierten dazu, im mentalen Modell zu verblassen, wenn sie nicht durch Erfahrung reaktiviert wurden. Vertrauen und Akzeptanz stiegen stetig in der korrekt informierten Gruppe. Dieselbe Entwicklung zeigte sich auch in der überkritisch informierten Gruppe, wobei Vertrauen und Akzeptanz anfänglich niedriger waren als in der Bedingung mit korrekter Information. Verschwiegene Systemprobleme führten zu einer konstanten Abnahme von Akzeptanz und Vertrauen ohne Erholung in der Gruppe mit idealisierter Beschreibung. Diese Resultate lassen darauf schließen, dass Probleme automatisierter Systeme sich nicht zwingend negativ auf Vertrauen und Akzeptanz auswirken, sofern sie vorab bekannt sind. Bei jeder Fahrt führten die Versuchsteilnehmer zudem kontinuierlich eine visuell beanspruchende Zweitaufgabe aus, die Surrogate Reference Task (SURT). Die Frequenz der Zweitaufgabenbearbeitung diente als objektives Echtzeitmaß für das Situationsbewusstsein, basierend auf dem Ansatz, dass situationsbewusste Fahrer die Zuwendung zur Zweitaufgabe reduzieren wenn sie potentiell kritische Situationen erwarten. Die Ergebnisse zeigten, dass die korrekt informierten Fahrer sich potentiell kritischer Situationen mit möglichen Systemproblemen bewusst waren und schon im Vorfeld der Entstehung die Zweitaufgabenbearbeitung reduzierten. Teilnehmer ohne Informationen zu auftretenden Systemproblemen wurden sich solcher Situationen erst nach dem ersten Auftreten bewusst und reduzierten in entsprechenden Szenarien der Folgefahrten die Zweitaufgabenbearbeitung. Allerdings sanken Vertrauen und Akzeptanz des Systems aufgrund der unerwarteten Probleme. Erwartete, aber nicht auftretende Systemprobleme tendierten dazu, im mentalen Modell des Systems zu verblassen und resultierten in vermindertem Situationsbewusstsein bereits in der zweiten Fahrt. Im Versuch unter Realbedingungen wurden der Lernprozesses sowie die Entwicklung des mentalen Modells, Vertrauen und Akzeptanz von ACC im Realverkehr erforscht. Ziele waren die statistisch/mathematische Modellierung des Lernprozesses, die Bestimmung von Zeitpunkten der Stabilisierung dieser Prozesse und wie sich reale Systemerfahrung auf das mentale Modell von ACC auswirkt. 15 Versuchsteilnehmer ohne ACC-Erfahrung fuhren ein Serienfahrzeug mit ACC insgesamt 10-mal auf der gleichen Strecke in einem Zeitraum von 2 Monaten. Im Unterschied zur Fahrsimulatorstudie waren alle Teilnehmer korrekt über die ACC-Funktionen und Funktionsgrenzen informiert durch Lesen der entsprechenden Abschnitte im Fahrzeughandbuch am Beginn der Studie. Die Ergebnisse zeigten, dass der Lernprozess sowie die Entwicklung von Akzeptanz und Vertrauen einer klassischen Lernkurve folgen – unter der Bedingung umfassender vorheriger Information zu Systemgrenzen. Der größte Lernfortschritt ist am Beginn der Interaktion mit dem System sichtbar und daher sollten Hilfen (z.B. durch intelligente Tutorsysteme) in erster Linie zu diesem Zeitpunkt gegeben werden. Eine Stabilisierung aller Prozesse zeigte sich nach der fünften Fahrt, was einer Fahrstrecke von rund 185 km oder 3,5 Stunden Fahrzeit entspricht. Es zeigten sich keine Einbrüche in Akzeptanz, Vertrauen bzw. dem Lernprozess durch die gemachten Erfahrungen im Straßenverkehr. Allerdings zeigte sich – analog zur Fahrsimulatorstudie – auch in der Realfahrstudie ein Verblassen von nicht erfahrenen Systemgrenzen im mentalen Modell, wenn diese nicht durch Erfahrungen aktiviert wurden. Im Hinblick auf die Validierung der neu entwickelten Methoden zur Erfassung von mentalen Modellen und Situationsbewusstsein sind die Resultate vielversprechend. Die Studien zeigen, dass mit dem entwickelten Fragebogenansatz zur Quantifizierung des mentalen Modells Einblicke in Aufbau und Entwicklung mentaler Modelle gegeben werden können. Der implizite Echtzeit-Messansatz für Situationsbewusstsein im Fahrsimulator zeigt sich ebenfalls sensitiv in der Erfassung des Bewusstseins von Fahrern für potentiell kritische Situationen. Inhaltlich zeigen die Studien die nachhaltige Relevanz des initialen mentalen Modells für den Lernprozess sowie die Entwicklung von Situationsbewusstsein, Akzeptanz, Vertrauen und die weitere Ausformung eines realistischen mentalen Modells der Möglichkeiten und Grenzen automatisierter Systeme. Aufgrund dieser Relevanz wird die Einbindung und Kontrolle des initialen mentalen Modells in Studien zu automatisierten Systemen unbedingt empfohlen. Die Ergebnisse zeigen zwar, dass sich auch unvollständige bzw. falsche mentale Modelle durch Erfahrungslernen hin zu einer realistischen Einschätzung der Systemmöglichkeiten und -grenzen verändern, allerdings um den Preis sinkenden Vertrauens und abnehmender Akzeptanz. Idealisierte Systembeschreibungen ohne Hinweise auf mögliche Systemprobleme bringen nur anfänglich etwas höheres Vertrauen und Akzeptanz. Das Erleben unerwarteter Probleme führt zu einem stetigen Abfall dieser motivationalen Faktoren über die Zeit. Ein alleiniges Versuchs-Irrtums-Lernen für den Umgang mit automatisierter Assistenz im Fahrzeug ohne zusätzliche Information wird daher als nicht ausreichend für die Entwicklung stabilen Vertrauens und stabiler Akzeptanz betrachtet. Wenn das initiale mentale Modell den Erfahrungen entspricht, entwickeln sich Akzeptanz und Vertrauen gemäß einer klassischen Lernkurve – trotz erlebter Systemgrenzen. Sind diese potentiellen Probleme vorher bekannt, führen sie nicht zwingend zu einer Reduktion von Vertrauen und Akzeptanz. Auch zusätzliche überkritische Information vermindert Vertrauen und Akzeptanz nur am Beginn, aber nicht langfristig. Daher sollen potentielle Probleme in automatisierten Systemen nicht in idealisierten Beschreibungen verschwiegen werden – je präzisere Information gegeben wird, desto besser im langfristigen Verlauf. Allerdings tendieren nicht erfahrene Systemgrenzen zum Verblassen im mentalen Modell. Daher wird empfohlen, Nutzer regelmäßig an diese Systemgrenzen zu erinnern um die entsprechenden Facetten des mentalen Modells zu reaktivieren. In automatisierten Systemen integrierte intelligente Tutorsysteme könnten dafür eine Lösung bieten. Im Fahrzeugbereich könnten solche periodischen Erinnerungen an Systemgrenzen in Multifunktionsdisplays angezeigt werden, die mittlerweile in vielen modernen Fahrzeugen integriert sind. Diese Tutorsysteme können darüber hinaus auch auf die Präsenz eingebauter automatisierter Systeme hinweisen und deren Vorteile aufzeigen.:Table of contents LIST OF FIGURES I LIST OF TABLES II LIST OF ABBREVIATIONS III ACKNOWLEDGEMENTS IV SUMMARY V ZUSAMMENFASSUNG VIII 1 INTRODUCTION 12 2 THEORETICAL BACKGROUND 14 2.1 BEHAVIOURAL ADAPTATION AND HIGHER COGNITIVE PROCESSES 14 2.2 VEHICLE AUTOMATION AND ADAPTIVE CRUISE CONTROL 17 2.3 MENTAL MODELS 20 2.3.1 Definition 20 2.3.2 Mental model construction and update 20 2.3.3 Discussion of existing measures 21 2.3.4 Development of the mental model questionnaire 23 2.4 SITUATION AWARENESS 24 2.4.1 Definition 24 2.4.2 Relationship between mental models and Situation Awareness 26 2.4.3 Situation Awareness as comprehension process 27 2.4.4 Discussion of existing measures 27 2.4.5 Development of the Situation Awareness measurement technique 29 2.5 LEARNING, ACCEPTANCE AND TRUST IN AUTOMATION 30 2.5.1 Power law of learning 30 2.5.2 Acceptance 31 2.5.3 Trust in automation 31 2.5.4 Related research on learning, acceptance and trust in ACC 32 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 34 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 35 4.1 DRIVING SIMULATOR STUDIES AND ON-ROAD TESTS 35 4.2 DATABASE-FRAMEWORK FOR DATA STORAGE AND ANALYSIS 37 5 DRIVING SIMULATOR STUDY 42 5.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 42 5.2 METHOD AND MATERIAL 43 5.2.1 Sampling and participants 43 5.2.2 Research design and procedure 44 5.2.3 Facilities and driving simulator track 45 5.2.4 Secondary task SURT 46 5.2.5 System description 46 5.2.6 Dependent variables trust, acceptance and mental model 47 5.2.7 Contrast analysis 48 5.3 RESULTS 49 5.3.1 Mental model 49 5.3.2 Trust and acceptance 51 5.3.3 Situation Awareness 52 5.4 DISCUSSION 56 6 ON-ROAD STUDY 59 6.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 59 6.2 METHOD AND MATERIAL 59 6.2.1 Research design and procedure 59 6.2.2 Sampling and participants 60 6.2.3 Facilities and apparatus 60 6.2.4 Dependent variables mental model, trust, acceptance, learning and ACC usage 62 6.3 RESULTS 63 6.3.1 ACC usage 63 6.3.2 Trust and acceptance 64 6.3.3 Learning 65 6.3.4 Mental model 67 6.4 DISCUSSION 68 7 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 70 7.1 THEORETICAL AND PRACTICAL CONSIDERATIONS 70 7.2 METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 71 7.3 LIMITATIONS AND DIRECTIONS FOR FUTURE RESEARCH 74 8 REFERENCES 76 9 APPENDIX 88 9.1 QUESTIONNAIRES USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 88 9.1.1 Original German version 88 9.1.2 English translation 91 9.2 ACC DESCRIPTIONS USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 94 9.2.1 Correct description 94 9.2.2 Incomplete description 95 9.2.3 Incorrect description 96 9.3 SCHEMATIC OVERVIEW OF THE DRIVING SIMULATOR TRACK 97 9.4 QUESTIONNAIRES USED IN THE ON-ROAD STUDY 99 9.4.1 Original German version 99 9.4.2 English translation 103 9.5 SEMINAR PROGRAMME: DATABASES AS ANALYSIS TOOL IN SOCIAL SCIENCE 107 9.6 CURRICULUM VITAE AND PUBLICATIONS 109

Der Dialog nach David Bohm darf nicht als bloße Kommunikationsmethode verstanden werden, er stellt ein eigenes, komplexes Paradigma dar. Daher verfolgt die Arbeit den Anspruch, das bohmsche Gedankenmodell in seiner Ganzheit zu veranschaulichen. Dieses Forschungsziel ist bisher einmalig. Es gibt keine wissenschaftliche Untersuchung, die die Genese des bohmschen Dialogs in seiner interdisziplinären Komplexität aufschlüsselt. Gleichzeitig existiert keine Forschungsarbeit, die den Dialog als didaktisches Medium versteht und überprüft. Die bisherigen Forschungsansätze haben den Dialog als Medium der Organisationskommunikation zur Ergebnisoptimierung wissenschaftlich erschlossen, sein pädagogisches Potential für andere Bereiche blieb dabei unbeachtet. Gerade als Medium der Schul- und Hochschuldidaktik ist er noch nicht wissenschaftlich ergründet worden. Diesem Anspruch stellt sich die Arbeit. Im Hinblick auf die Literaturdidaktik wird erforscht, in wie weit der Dialog nach David Bohm durch seine ontologische Erklärungsgrundlage, seine Prinzipien und Regeln eine kooperative Erkundungsmethode bietet, die das Spannungsfeld zwischen individuellen Deutungshorizonten und werkimmanenter Sinnstruktur offen legt. Dabei wird die Zielsetzung Bohms verfolgt und der Dialog als prozessorientiertes Kommunikationswerkzeug verstanden, dessen Zweck im gemeinsamen Denken und in der Ergründung der Schlussfolgerungs- und Denkprozesse liegt. Beim Blick auf die gegenwärtige formale Gestaltung des Dialogs zeigt sich, dass ein Einbezug psychologischer Phänomene bisher nicht ausreichend vollzogen ist. Die Arbeit schließt eine Forschungslücke, indem sie die Bedeutung des kooperativen Denkens und die dafür notwendigen Rahmenbedingungen erörtert, um eine Übertragung des Lernkonzeptes in die Literaturwissenschaft zu ermöglichen. So ist es das Ziel der Arbeit, den dialogischen Übungsraum durch ausgewählte didaktische Elemente zu ergänzen, die in besonderer Weise geeignet sind, Denkparadoxien kenntlich zu machen und dadurch eine greifbare Erklärungsgrundlage liefern, auf deren Basis eine dialogische Haltung ausgeformt werden kann. Erst die kritische Auseinandersetzung mit der metaphysischen Grundlegung und der methodischer Ausformung des Dialogs eröffnet die Gelegenheit das Kommunikationsmodell für andere Fachbereiche, beispielsweise Literaturdidaktik und Geschlechterforschung zu erschließen. Bei der Übertragung des bohmschen Konzeptes in die Literaturdidaktik fällt die große Kongruenz zwischen rezeptionsästhetischer Haltung und der bohmschen Ontologie auf. Dem Leser wird die Rolle eines aktiven Teilhabenden zugewiesen, der die Sinnsetzung durch Ausfüllen der literarischen Leerstellen entscheidend prägt. Seine Vorannahmen, Werte und Erfahrungen fießen in die Beurteilung der Figuren und die Deutung des Handlungsverlaufs ein, so dass sich eine individuelle Interpretation entwickelt. Die Vorstellungsbilder sind dabei keine wahllosen Muster, sie replizieren, umkreisen und nuancieren verschiedene Aspekte des zugrunde liegenden Werkes. Der eröffnende Kommunikationsstil des Dialogs ermöglicht es, den Geltungsbereich eigener Interpretationsweisen abzustecken, so dass die Komplexität und die Vieldeutigkeit als wesentliches Kennzeichen des Erkundungsprozesses hervorgehoben wird. Die Konzentration liegt nicht auf dem Abschließen und Beantworten, dem fnalen Lösen einer Frage, sondern auf der Entfaltung der Perspektivenvielfalt. / The ideal of communication developed by David Bohm offers a broad field of experience in discovering own judgements and assumptions through the skills of \"thinking together.\" It can be used in gender sensitive didactics. It is also a valuable tool for science discussions to get an open spectrum of perspectives regarding on one critical issue and to reflect together the relations between them.

Die Medizintechnik Tiefe-Hirnstimulation ist nicht nur als naturwissenschaftlich-technisches Produkt zu sehen, sondern vor allem auch als kultur-technische Leistung mit historischen Wurzeln. Dieserart Schnittstellenhandlungen nehmen einen festen Platz in der Medizingeschichte ein und sind nicht losgelöst von dieser zu bestimmen. Ein- und zugreifende Praktiken wie Trepanationen und Schädelkulte sind vielfältig verankert und offenbaren einen menschheitsalten Wunsch nach Einflussnahme und Bemächtigung. Hierüber lässt sich der Mensch als verknüpf-, einstell- und gestaltbare Entität im Rahmen 'eutoper' Welt- und Technikbilder sowie deterministischer Menschenbilder darstellen. Mit der Integration aktiver, technischer Elemente in den menschlichen Körper verschieben wir die Grenzverläufe zwischen biologischen und artifiziellen Entitäten. Sowohl die Hardware-Software-Relationen als auch die Körper-Geist-Relationen unterliegen dabei Verknüpfungs- und Gestaltungsprozessen. Aus der Interaktion zwischen menschlichen und nicht-menschlichen Handlungsteilnehmern resultieren neuartige Wechselbeziehungen, welche unter Zuhilfenahme der Embodiment- und Embedded-Theorie nachgezeichnet werden. Den schwerwiegenden Aus- und Nebenwirkungen dieser Interkation wird mit einem empirischen Fallbeispiel nahegekommen. Dass diese Entwicklung hin zu einer konfigurierenden Gestaltungskultur risikobehaftet ist, wird unter Zuhilfenahme des Terminus 'Experimentalsystem' dargelegt. Dabei ist festzuhalten, dass die Tiefe-Hirnstimulation nicht trotz sondern wegen experimenteller Faktoren erfolgreich und faszinierend ist. Neurostimulationen in erster Linie als Konzept zu begreifen bedeutet, den Fokus auf kulturelle Anschichten und Handlungen zu lenken. In welchem Ausmaß wir zu ein- und zugreifenden Gestaltungen unserer Selbst bereit sind, hängt in letzter Konsequenz an unserem menschlichen Selbstverständnis. / Medical technology deep brain stimulation is not only a scientific and technical product, but also a cultural and technical achievement with historical roots. This kind of interface actions occupy a firm place in medical history and cannot be determined separately from it. Interfering practices such as trepanations and cults of the skull are rooted in many different ways and reveal an ancient human desire for influence and empowerment. In this way, man can be represented as a connectable, adjustable and configurable entity within the framework of 'eutoper' world and technology images as well as deterministic human images. By integrating active technical elements into the human body, we are shifting the boundaries between biological and artificial entities. Both the hardware-software-relations as well as the body-spirit-relations are subject to connection and design processes. The interaction between human and non-human action participants results in novel interrelationships, which are traced with the aid of the Embodiment and Embedded Theory. The serious side effects of this interaction are approached with an empirical case study. The fact that this development towards a configuring design culture entails risk is explained with the help of the term 'experimental system'. It should be noted that deep brain stimulation is successful and fascinating not despite but because of experimental factors. Understanding neurostimulation primarily as a concept means focusing on cultural strata and actions. The extent to which we are prepared to embrace and intervene in shaping ourselves depends ultimately on our human self-conception.

Die vorliegende Publikation widmet sich der Frage nach dem therapeutischen Potential von Musik und Tanz in Kamerun, Marokko und Liberia in verschiedenen Kontexten. In Kamerun untersuchte die Autorin die Rolle des Rappens für die Alltags- und Lebensgestaltung von jugendlichen Straßenkindern. Der musikalische und poetische Ausdruck förderte nicht nur die Kreativität und Lebensfreude der Jugendlichen sondern stärkte gleichzeitig generelle Lebensbewältigungsressourcen. Die Rolle der Kreativität im Kontext der Heilung kommt im Prozess des Lernens zum Ausdruck. Entwicklung und Heilung können als zwei Seiten einer Medaille angesehen werden, die durch die Musik gleichermaßen unterstützt werden. Die Autorin veranschaulicht diesen Zusammenhang am Beispiel des interkulturellen musikalischen Austausches in Khamlia (Marokko). In Liberia untersuchte sie die Rolle des Tanzes in der sozialtherapeutischen Arbeit mit traumatisierten Kindern. Neben der ethnologischen Feldarbeit und betreffenden anthropologischen Themen wurden verschiedene relevante Fragestellungen wie Traumatisierung, Entwicklung und Heilung auf biologisch-neurologischer, psychologischer und philosophischer Ebene erörtert. Ein wichtiges Fazit besteht in der Einsicht, dass Musik und Tanz heilen und fördern, weil sie als ein Medium zur Einstimmung an einer umfassenden Teilhabe am Leben einladen. / This publication seeks to explore the therapeutical potential of music and dance in Cameroon, Morocco and Liberia in different settings. In Cameroon the author examines the role of rapping for the resilience of elder street children. The musical and poetical expression in rapping enhances not only the children´s creativity and joyfulness but at the same time strengthens their general coping strategies. The role of creativity in the context of healing is also expressed in the process of learning. Development and healing can be considered as two sides of one coin equally supported by music. The author explores this relation in the context of the intercultural music exchange in Khamlia (Morocco). In Liberia she analyzes the role of dance in the socio-therapeutical work with traumatized children. Apart from ethnological fieldwork and connected anthropological questions, different related issues like trauma, development and healing are discussed from a neurological, psychological and philosophical the point of view. Concluding it can be stated that healing and development can be realized through music due to its seductive power for attunement to the complexity of life itself.

Bisherige Studien liefern Hinweise für das Auftreten von aktiven Prozessen der Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Diese Prozesse sind notwendig für die Regulation der Bearbeitungsreihenfolge von zwei Aufgaben. Bisher ist jedoch wenig über die kognitiven und neuronalen Mechanismen bekannt, die diesen Prozessen zugrunde liegen. Ziel der vorliegenden Dissertation war deshalb die Überprüfung eines Modells aktiver Reihenfolgekoordination in Doppelaufgaben. Das Modell nimmt an, dass diese Prozesse auf Repräsentationen zurückgreifen, die Informationen über die Verarbeitungssequenz zweier Aufgaben enthält. Zusätzlich macht das Modell Annahmen über (1) den Ort der Verarbeitung und (2) den genauen Inhalt dieser Repräsentationen. Weiterhin enthält das Modell die Annahmen, dass (3) der präfrontale Kortex kausal in Reihenfolgekoordination involviert ist und dass (4) diese Prozesse von unterschiedlichen Kriterien beeinflusst werden. In dieser Dissertation wurde das Model in einer Reihe von vier Studien überprüft. Dazu wurde ein Doppelaufgabenparadigma mit zufällig wechselnder Aufgabenreihenfolge verwendet. Ich konnte zeigen, dass die Reihenfolgerepräsentationen im Arbeitsgedächtnis aufrechterhalten und aktiv verarbeitet werden. Ich konnte weiterhin zeigen, dass diese Repräsentationen nur Information über die Sequenz der Aufgaben enthalten. Spezifische Aufgabeninformation wird hingegen separat repräsentiert. Durch den Einsatz transkranieller Magnetstimulation konnte ich zudem nachweisen, dass der präfrontale Kortex eine kausale Rolle für Reihenfolgekoordination spielt. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass Anforderungen an Reihenfolgekoordinationsprozesse in Situationen, in denen Probanden ein von außen vorgegebenes Reihenfolgekriterium befolgen, erhöht sind im Vergleich zu Situationen, in denen Probanden ein auf einer freien Wahl basierendes Kriterium nutzen können. Die Implikationen dieser Ergebnisse werden unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Modells diskutiert. / Evidence from behavioral as well as neurophysiological studies indicates the occurrence of active task-order coordination processes in dual-task situations. These processes are required for planning and regulating the processing sequence of two tasks that overlap in time. So far, however, the cognitive and neural mechanisms underlying active task-order coordination are highly underspecified. To tackle this issue, in the present dissertation I tested a model of task-order coordination in dual-task situations. This model assumes that task-order coordination relies on representations that contain information about the processing sequence of the two component tasks. In addition, the model includes assumptions about the (1) locus of processing as well as (2) the exact content of these order representations. The model further assumes that (3) the lateral prefrontal cortex is causally involved in implementing task-order coordination processes and that (4) these processes are affected by different order criteria. I tested this model in a series of four studies by applying a dual-task paradigm with randomly changing task order. I demonstrated that task-order representations are actively maintained and processed in working memory during dual tasking. Moreover, I found that these order representations only contain information about the processing sequence of tasks, whereas specific component task information is represented separately. By applying transcranial magnetic stimulation, I also provided evidence for the causal role of the lateral prefrontal cortex for task-order coordination. Furthermore, I showed that the demands on task-order coordination are increased when participants have to adhere to an external and mandatory order criterion compared to when they can use an internally generated order criterion that is based on free choice. The implications of these results as well as an outlook for future research will be discussed in the framework of the proposed model.