Distraction during driving is one of the leading contributors to injury and mortality rates in traffic accidents. The aim of this current thesis was to consider 1) whether oculomotor and electrophysiological metrics could act as markers of cognitive distraction; 2) whether decrements in hazard perception performance caused by secondary cognitive task demand are to some extent due to cognitive load interfering with processes of alerting, orienting, inhibitory control and visual search; 3) what elements of secondary cognitive tasks have the greatest impact on hazard perception performance; and 4) whether the susceptibility of previously identified markers of cognitive distraction are affected by primary task difficulty. Over the course of four Experiments we recorded the effects of secondary cognitive task demand on behavioural, oculomotor and electrophysiological metrics during a variety of low-level and complex visual tasks. Taken together the experiments of this thesis have demonstrated that secondary cognitive task demand interferes with not just one but every component process of hazard perception performance that was examined. Next, this research has demonstrated that measures such as blink rates, saccade peak velocities, the spread of fixations along the horizontal axis as well as reductions in alpha and beta power output may be reliable indicators of secondary cognitive task demand regardless of the type of primary task. Finally we have shown that the co-registration of eye movements, EEG and ERP measures is a viable method with which to study the cognitive processes involved in visual processing within low level and complex visual tasks.

Driver distraction is a major contributor to car crashes, and visual distraction caused by using invehicle infotainment systems (IVIS) degrades driving performance and increases crash risk. Air gesture interfaces were developed to mitigate for driver distraction, and using auditory displays showed a decrease in off-road glances and an improved perceived workload. However, the design of auditory displays was not fully investigated. This thesis presents directional research in the design of auditory displays for air-gesture IVIS through two dual-task experiments of driving a simulator and air-gesture menu navigation. Experiment 1 with 32 participants employed a 2x4 mixed-model design, and explored the effect of four auditory display conditions (auditory icon, earcon, spearcon, and no-sound) and two menu-generation interfaces (fixed and adaptive) on driving performance, eye glance behavior, secondary task performance and subjective perception. Each auditory display (within-subjects) was tested with both a fixed and adaptive menu-generation interface (between-subjects). Results from Experiment 1 demonstrated that spearcon provided the least visual distraction, least workload, best system usability and was favored by participants; and that fixed menu generation outperformed adaptive menu generation in driving safety and secondary task performance. Experiment 2 with 24 participants utilized the best interface to emerge from Experiment 1 to further explore the auditory display with the most potential: spearcon. 70% spearcon and 40% spearcon were compared to text-to-speech (TTS) and no audio conditions. Results from Experiment 2 showed that 70% spearcon induced less visual distraction than 40% spearcon, and that 70% spearcon resulted in the most accurate but slowest secondary task selections. Experimental results are discussed in the context of the multiple resource theory and the working memory model, design guidelines are proposed, and future work is discussed. / Master of Science / Driver distraction is a major cause of car accidents, and using in-vehicle infotainment systems (IVIS) while driving can distract drivers and increase the risk of crashes. Air gesture interfaces and auditory displays were created to help reduce driver distraction, and using auditory displays has been shown to decrease the number of times a driver looks away from the road and to improve the perceived workload of the driver. However, the design of auditory displays has not been thoroughly studied. This study examined the design of auditory displays for air gesture IVIS through two experiments in which participants drove a simulator and used air gesture menus while navigating. The first experiment, which included 32 participants, looked at the effect of four different types of auditory displays (auditory icon, earcon, spearcon, and no sound) and two different types of menu-generation interfaces (fixed and adaptive) on driving performance, eye glance behavior, secondary task performance, and subjective perception. The second experiment, which included 24 participants, compared the use of 70% and 40% spearcon displays to text-to-speech and no audio conditions. The results of these experiments showed that using spearcon displays resulted in the least visual distraction and workload, the best system usability, and the most accurate but slowest secondary task selections. These findings are discussed in relation to existing theories of how the brain processes multiple tasks, and design guidelines for auditory displays are proposed for future research.

Fahrerablenkung ist ein Begriff, der in den vergangen Jahren verstärkt in das Blickfeld der Öffentlichkeit geraten ist. Dies ist im Wesentlichen zurückzuführen auf die deutlich steigende Verbreitung und Nutzung von Fahrerinformationssystemen. Gleichzeitig führt die steigende Automatisierung im Fahrzeug dazu, dass dem Fahrer in seiner subjektiven Wahrnehmung mehr Ressourcen zur Verfügung stehen, um sich anderen Aktivitäten wie etwa Essen, Rauchen oder Telefonieren zuzuwenden. Die steigende Aktualität dieser Problematik wirft viele Fragen auf. Wie häufig tritt Fahrerablenkung auf? Welche Konsequenzen hat sie? Welche kognitiven Prozesse zeichnen für diese Konsequenzen verantwortlich? Und wie kann man Fahrerablenkung messen? Die vorliegende Dissertation besteht aus drei empirischen Beiträgen, sowie einer kurzen Einführung, die die grundlegenden Fragen und Befunde zum Thema Fahrerablenkung betrachtet. Das Augenmerk des ersten Beitrags liegt auf der Überprüfung theoretischer Annahmen zur Fahrerablenkung. Eine Vielzahl von Untersuchungen zeigt, dass sich kognitiv beanspruchende Zweitaufgaben negativ auf die Fahrleistung auswirken. Im vorliegenden Beitrag wird davon ausgegangen, dass dieser Effekt eine Folge von Interferenzen zwischen den Funktionen des Arbeitsgedächtnisses, die dazu dienen das Situationsmodell der Verkehrssituation aktuell zu halten, und den bearbeiteten Zweitaufgaben ist. Im Rahmen einer Simulatorstudie wurde diese Annahme überprüft. Es zeigte sich, dass die Probanden, die eine Zweitaufgabe ausführten, die speziell die Integration von neuen Informationen in das bestehende Situationsmodell behindern sollte, später auf antizipierbare kritische Ereignisse reagierten als Vergleichsgruppen. Im Gegensatz dazu ergaben sich für unvorhersehbare Ereignisse keine Unterschiede. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die negativen Effekte kognitiver Belastung tatsächlich auf Interferenzen mit spezifischen Arbeitsgedächtnisprozessen zurückzuführen sind. Die beiden weiteren Beiträge befassen sich mit messmethodischen Fragen in Bezug auf Fahrerablenkung. In Beitrag zwei wird die Lane Change Task (LCT) thematisiert, eine Labormethode zur Erfassung von Ablenkung. Aufgabe der Probanden ist die Steuerung eines virtuellen Fahrzeuges mittels Lenkrad, und dabei konkret die Ausführung von Spurwechseln, bei gleichzeitiger Bearbeitung von Zweitaufgaben. Trotz eines standardisierten Versuchsaufbaus sind allerdings starke Messvarianzen zwischen verschiedenen Testreihen zu beobachten. Der Übungsgrad der Versuchsteilnehmer wurde dabei als eine mögliche Ursache identifiziert. In zwei Experimenten wurde dieser Vermutungnachgegangen. Probanden bearbeiteten parallel zur LCT Zweitaufgaben verschiedener Schwierigkeitsstufen, nachdem sie zuvor trainiert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass der Grad der Übung tatsächlich einen Einfluss auf die Spurwechselperformanz hat, und dass dieser Einfluss auch Monate später noch zu finden ist. Es ist jedoch zweifelhaft, dass dieser Effekt allein ursächlich für die zu beobachtenden Messvarianzen ist. Im dritten Beitrag wird die Critical Tracking Task (CTT) betrachtet, ein Verfahren, das im Kontext Fahrerablenkung bisher kaum Beachtung fand. Die CTT ist eine einfache Trackingaufgabe, welche vom Nutzer die Stabilisierung eines dynamischen, instabilen Elementes auf einem Bildschirm fordert. Die zur Bearbeitung der Aufgabe auszuführenden Tätigkeiten der kontinuierlichen visuellen Überwachung und manuellen Kontrolle sind grundsätzlich vergleichbar mit basalen Anforderungen der Fahraufgabe. Ziel war es, das Potenzial der CTT als Messverfahren von Fahrerablenkung durch Fahrerinformationssysteme zu überprüfen. Die Ergebnisse der vier durchgeführten Experimente, in denen sowohl künstliche als auch reale Aufgaben und Systeme bearbeitet und bedient wurden, legen den Schluss nahe, dass die CTT in der Tat in der Lage ist, das Ausmaß von Ablenkung ausgelöst durch Fahrerinformationssysteme zu quantifizieren.