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Dans le cortex visuel primaire (V1 ou l’aire 17) du chat, les neurones répondent aux orientations spécifiques des objets du monde extérieur et forment les colonnes d'orientation dans la zone V1. Un neurone répondant à une orientation horizontale sera excité par le contour horizontal d'un objet. Cette caractéristique de V1 appelée sélectivité d'orientation a été explorée pour étudier les effets de l'adaptation. Suivant un schéma d’entraînement (adaptation), le même neurone ayant initialement répondu à l’orientation horizontale répondra désormais à une orientation oblique. Dans cette thèse, nous étudions les propriétés d'ajustement d'orientation de neurones individuels dans des couches superficielles et plus profondes de V1 dans deux environnements d'adaptation. En raison de la grande interconnectivité entre les neurones de V1, nous émettons l'hypothèse que non seulement les neurones individuels sont affectés par l'adaptation, mais que tout le cortex est reprogrammé par l'adaptation. Des enregistrements extracellulaires ont été effectués sur des chats anesthésiés. Les activités neuronales ont été enregistrées simultanément aux couches 2/3 et à la 5/6 à l'aide d'une électrode de tungstène. Les neurones ont été adaptés à la fois par stimulation visuelle et son répétitif selon deux protocoles différents. Dans les deux cas, une plage stimulante constituée de sinusoïdes à défilement a été présentée pour évoquer les réponses dans V1 et générer des courbes de réglage d'activité multi-unités. La connectivité fonctionnelle entre les neurones enregistrés a été démontrée par un corrélogramme croisé entre les décharges cellulaires captées simultanément. En réponse à l'adaptation visuelle, les neurones des couches 2/3 et 5/6 ont montré des glissements attractifs et répulsifs classiques. En revanche en comparant le comportement des neurones de l'une et l'autre couche, on a observé une tendance équivalente. Les corrélogrammes croisés entre les trains de neurones des couches 2/3 et 5/6 ont révélé des décharges synchronisées entre les neurones. Durant l'adaptation au son, en l'absence totale de stimuli visuel, le glissement des courbes d’accord a été observés chez l'une et l'autre couche indiquant ainsi un changement de la sélectivité de l'orientation. Toutefois, il faut prendre note du fait que les cellules des deux couches ont un glissement aux directions opposées ce qui dénote un comportement indépendant. Nos résultats indiquent que les réponses des neurones du cortex V1 peuvent être évoqués par stimulation directe ou indirecte. La différence de réponses à différents environnements d'adaptation chez les neurones des couches 2/3 et 5/6 indiquent que les neurones de l'aire V1 peuvent choisir de se comporter de la même façon ou différemment lorsque confrontés à divers’ stimuli sensoriels. Ceci suggère que les réponses dans V1 sont dépendantes du stimulus environnemental. Aussi, les décharges synchronisées des neurones de la couche 2/3 et de la couche 5/6 démontre une connectivité fonctionnelle entre les paires de neurones. En définitive on pourrait affirmer que les neurones visuels subissent une altération de leur sélectivité en construisant de nouvelles cartes de sélectivité. À la lumière de nos résultats on pourrait concevoir que le cortex en entier serait multi sensoriel compte tenu de la plasticité entre les zones sensorielles. / In the cat primary visual cortex (V1 or area17), neurons fundamentally respond to orientations of the objects in the outside world. Neurons responding to specific orientations form the orientation columns in V1. A neuron responding to a horizontal orientation will get optimally excited towards the outline of a horizontal object. This feature of the visual cortex known as orientation selectivity has been continuously explored to study the effects of adaptation. Following a training paradigm called adaptation, the same neuron that was inherently responding to the horizontal orientation will respond to an oblique orientation. In this thesis, we seek to examine the orientation tuning properties of individual neurons in superficial and deeper layers of V1 in different adaptation environments. Due to the extensive interconnectivity between V1 neurons, we hypothesize that not only do individual neurons get affected by adaptation paradigm, but the whole cortex is reprogramed. To this aim, extracellular recordings were performed in conventionally prepared anesthetized cats. Neural activities were recorded simultaneously from layer 2/3 and layer 5/6 using a tungsten multichannel electrode. Neurons were adapted with a visual adapter (visual adaptation) and a repetitive sound (sound adaptation) in two different settings. Both types of adaptations were performed uninterrupted for 12 minutes. In both settings, sine-wave drifting gratings were presented to evoke responses in V1 and generate tuning curves from the recorded multiunit activity. The functional connectivity between the recorded neurons was revealed by computing cross-correlation between individual neuron pairs. In response to visual adaptation, layer 2/3 and 5/6 neurons displayed classical attractive and repulsive shifts. On comparing the behaviour of the neurons in either layer, an equivalent tendency was observed. Cross-correlograms between the spike trains of neurons in layers 2/3 and 5/6 revealed synchronized firing between the neurons suggesting coordinated dynamics of the co-active neurons and their functional connections. During sound adaptation, where the visual adapter was completely absent, shifts in the tuning curves were observed in either layer indicating a novel orientation selectivity. However, it is noteworthy that cells in both layers shifted in opposite directions indicating independent behaviour. V1 neurons might have an additional role besides processing visual stimuli. The visual neurons may have demonstrated multisensory properties when stimulated indirectly through neighbouring sensory regions. Our results indicate that primary visual neurons can be evoked by direct or indirect stimulation. The difference in the responses of layer 2/3 and layer 5/6 neurons towards the different adaptation environments indicate that neurons in V1 may behave similar or different towards the different sensory stimulus. This suggests that V1 responses are stimulus dependent. Additionally, the synchronized firing of layer 2/3 and layer 5/6 neurons towards visual adapter signify an existence of functional connectivity between the neuron pairs. Together, it can be summarised that visual neurons undergo an alteration of selectivity by building new orientation maps that ultimately potentiates plasticity within sensory regions that are highly suggestive of entire cortex being multisensory.

Both children and adults have been shown to benefit from the integration of multisensory and sensorimotor enrichment into pedagogy. For example, integrating pictures or gestures into foreign language (L2) vocabulary learning can improve learning outcomes relative to unisensory learning. However, whereas adults seem to benefit to a greater extent from sensorimotor enrichment such as the performance of gestures in contrast to multisensory enrichment with pictures, this is not the case in elementary school children. Here, we compared multisensory- and sensorimotor-enriched learning in an intermediate age group that falls between the age groups tested in previous studies (elementary school children and young adults), in an attempt to determine the developmental time point at which children’s responses to enrichment mature from a child-like pattern into an adult-like pattern. Twelve-year-old and fourteen-year-old German children were trained over 5 consecutive days on auditorily presented, concrete and abstract, Spanish vocabulary. The vocabulary was learned under picture-enriched, gesture-enriched, and non-enriched (auditory-only) conditions. The children performed vocabulary recall and translation tests at 3 days, 2 months, and 6 months post-learning. Both picture and gesture enrichment interventions were found to benefit children’s L2 learning relative to non-enriched learning up to 6 months post-training. Interestingly, gesture-enriched learning was even more beneficial than picture-enriched learning for the 14-year-olds, while the 12-year-olds benefitted equivalently from learning enriched with pictures and gestures. These findings provide evidence for opting to integrate gestures rather than pictures into L2 pedagogy starting at 14 years of age.

Submitted by José Maria Pimenta de Castro de Souza Coutinho (zemarsc@gmail.com) on 2017-07-27T00:26:42Z No. of bitstreams: 1 Master Thesis - Insects As a Legitimate Food Ingredient - Barriers & Strategies.pdf: 1532556 bytes, checksum: cef1675522a92fbe941f3380a897808d (MD5) / Approved for entry into archive by Janete de Oliveira Feitosa (janete.feitosa@fgv.br) on 2017-08-29T20:02:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Master Thesis - Insects As a Legitimate Food Ingredient - Barriers & Strategies.pdf: 1532556 bytes, checksum: cef1675522a92fbe941f3380a897808d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-30T20:51:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Master Thesis - Insects As a Legitimate Food Ingredient - Barriers & Strategies.pdf: 1532556 bytes, checksum: cef1675522a92fbe941f3380a897808d (MD5) Previous issue date: 2017-03-15 / Só a simples ideia de comer insectos já é suficiente para impulsionar repulsa em relação à entomofagia. Uma categorização cultural inadequada deste hábito alimentar tem vindo a ser cultivada pelas sociedades ocidentais. As diversas abordagens sobre a divulgação de invertebrados como um legítimo hábito alimentar têm sido mal aplicadas. Os esforços educacionais não alcançaram nenhum êxito. Com o fim de enfrentar esta aversão cognitiva relativamente aos insectos é imprescindível uma mudança radical no plano estratégico. Esta pesquisa qualitativa explicativa tem como objectivo uma plena compreensão teórica, e metodologicamente sustentada, dos impulsionadores psicológicos e culturais que levam às suposições negativas da população. Ao desmistificar os preconceitos e as falsas premissas através da normalização da entomofagia eliminar-se-á a imagem nociva e incoerente de repulsa que se posiciona na mente dos ocidentais. Estratégias psico-culturais juntamente com a ciência gastronómica devem ser levadas a cabo quando este produto é introduzido num mercado onde o insecto é considerado um alimento culturalmente inaceitável. / The very idea of eating insects is the greatest booster of the revulsion feeling towards entomophagy. An inappropriate cultural categorisation of this eating habit has been cultivated by Western societies. The various approaches on promoting invertebrates as a legitimate food habit have been misapplied. Educational efforts have been made unsuccessfully. To address cognitive aversion toward insects, a complete change in the strategic plan must be established. This qualitative explanatory research aims at a full theoretical, and methodologically sustained, understanding of the psychological and cultural drivers that lead to the negative assumptions of the population. The demystification of prejudices and imaginations by promoting normalcy of entomophagy it will stamp the harmful and incoherent disgust image out of the Westerners’ psyche. This study underpins the psycho-cultural strategies along with gastronomic science that must be carried out when this product is introduced in a market where the insect is a culturally unacceptable food.

Ce travail de thèse vise à améliorer notre compréhension des mécanismes sous-tendant la perception et la mémorisation des structures sonores complexes. Nous avons étudié les corrélats comportementaux et cérébraux de la perception et de la mémoire auditive pour des notes isolées, des séquences musicales et des séquences de mots, chez des auditeurs typiques et dans l'amusie congénitale, un trouble permanent de la perception de la musique. En utilisant des approches comportementales, nous avons démontré que les déficits des individus amusiques dans la dimension de la hauteur sont liés à des déficits à la fois durant l’encodage des sons courts et dans la rétention à court terme de l'information musicale. En utilisant des mesures neurophysiologiques (IRM, MEG, IRMf) nous avons démontré l’existence d’anomalies anatomiques et fonctionnelles dans le cerveau amusique, principalement dans les cortex frontal et auditif droits. De plus des anomalies fonctionnelles ont été observées à la fois durant l'encodage, la rétention et la reconnaissance de l'information mélodique lors d’une tâche de mémoire à court terme. En revanche, pour le matériel verbal, les participants amusiques recrutaient des régions cérébrales similaires à celles des contrôles, ceci suggérant que des ressources neuronales distinctes sous-tendent la mémoire tonale et verbale. A partir des conclusions de ces trois premières études, nous avons exploré deux approches visant à renforcer les capacités de traitement de la hauteur dans l'amusie: 1) en étudiant si des connaissances implicites du système musical occidental tonal pouvaient améliorer leurs capacités de mémoire à court terme pour les notes, et 2) en explorant si les capacités d’encodage altérées des participants amusiques pouvaient être améliorées par des interactions audio-visuelles. Ces études ont été encourageantes et pourraient guider la conception d'outils de réhabilitation dans ce déficit. Enfin, il convient de souligner que nos recherches contribuent également à améliorer la compréhension des mécanismes sous-tendant le traitement de la musique en général, un domaine de recherche émergeant qui fait le parallèle avec le traitement du langage / The aim of this PhD thesis is to further our understanding about how humans perceive and nmemorize complex sound structures. We investigated the behavioral and cerebral correlates of auditory perception and memory for isolated tones, musical sequences, and verbal material both in typical listeners and in individuals presenting a lifelong disorder of music perception that has been referred to as congenital amusia. Using behavioral approaches, we demonstrated that amusic individuals’ deficits in the pitch dimension are related to impairments both in the encoding of short tones and in the short term retention of pitch information. Using multimodal neuroimaging methods (MRI, MEG, fMRI) we observed anatomical and functional abnormalities in the amusic brain, mostly in the right frontal cortex and in the right auditory cortex. Functional abnormalities were observed at each level of processing in short-term memory tasks, that is for encoding, retention, and retrieval of the melodic information. In contrast, for verbal material, amusic participants recruited similar brain regions as those observed for controls, thus suggesting that separate neural resources support tonal and verbal memory. Based on the conclusions made on these first three studies, we explored two approaches aiming to boost pitch processing abilities in amusia; 1) by investigating whether implicit knowledge of the western tonal musical system could influence their short-term memory abilities, and 2) by exploring whether amusic individuals’ altered encoding of short tones could be improved by audio-visual interactions These investigations were encouraging and provide the first steps toward designing tools of rehabilitation in this musical disorder. To conclude, it is worth underlining that these studies also improve our understanding of music processing in general, which is the subject of an increasing research domain that is often making the parallel to language processing

Ce travail de thèse vise à évaluer le rôle des afférences cutanées plantaires dans le contrôle postural et oculomoteur en manipulant l’extéroception plantaire à l’aide de stimulations mécaniques plantaires fines. La 1ère étude a montré que des éléments médio-plantaires fins externes (EME) et surtout internes (EMI) améliorent la stabilité orthostatique et postériorisent le CPP de sujets jeunes et sains lors de mouvements des yeux. Ils ont aussi une action spécifique sur la vergence (pas sur les saccades) : les EMI augmentent l’amplitude phasique de divergence et diminuent la partie tonique, autrement dit agissent surtout sur la composante pré-programmée du mouvement ; alors que les EME agissent sur la convergence en augmentant son amplitude tonique, composante contrôlée sous influence de la rétroaction visuelle. Les inserts influent de manière directe sur le contrôle postural et oculomoteur par des voies spécifiques et indépendantes. La 2ème étude explique la variabilité des réponses des sujets de la 1ère. Nous avons mesuré leur degré d’utilisation des afférences extéroceptives plantaires par la méthode du Quotient Plantaire (QP = Surface CPP mousse / Surface CPP sol dur X 100). Un QP<100 suggère une Inefficience des Afférences Plantaires (IAP) : les sujets IAP ne présentent plus d’amélioration de leur stabilité ni aucune modification de la vergence avec les inserts plantaires. Nous proposons que cette situation soit non physiologique et relève d’un dysfonctionnement non douloureux latent des récepteurs plantaires, opposant les sujets IAP aux sujets ayant un QP normal. La 3ème étude a investigué les rapports entre l’utilisation des afférences plantaires et visuelles chez de jeunes adultes sains avec la méthode du QP et du Quotient du Romberg (QR). Elle mis en évidence l’existence d’une utilisation synergique des afférences visuelles et plantaires en vision de près, uniquement chez les sujets au QP normal. Les sujets IAP ont un QR plus bas que les sujets au QP normal, en vision de près et sur sol dur uniquement. Sur mousse, leur QR des sujets IAP augmente ; les yeux fermés, leur QP augmente, ce qui objective une asynergie visuo-podale. La 4ème étude, sur la même population, a montré qu’un EME bilatéral augmente l’esophorie, uniquement de loin et chez les sujets IAP. La 5ème étude a révélé l’influence de l’extéroception plantaire sur la perception de la Verticale Visuelle Subjective (VVS) sur la même population. Elle a montré une diminution de l’erreur vers la gauche de près chez les sujets au QP normal avec un EME droit, ainsi qu’une diminution de l’erreur absolue de loin chez les sujets IAP avec un EMI bilatéral. L’ensemble de ces travaux consolide au plan théorique l’importance des afférences plantaires aussi bien pour le contrôle orthostatique, le contrôle de la vergence, la perception de la VVS et l’alignement des yeux (phories). Ils démontrent que l’utilisation de ces afférences est variable selon les sujets et ont des implications cliniques pluridisciplinaires. / This thesis aims at assessing the role of plantar cutaneous afferents in postural and oculomotor control by manipulating plantar exteroception with thin mechanical plantar stimulations. The 1st study showed that lateral, and even more medial mid-foot plantar inserts (LAS / MAS) improve stability in quiet stance and induce a backward shift of the CoP of young healthy subjects during eye movements. They also have a specific action upon vergence (not saccades): MAS increase the phasic amplitude of divergence and decrease its tonic part, in other words they mainly act on the pre-programmed component of the movement; whereas LAS act upon convergence, increasing its tonic amplitude, which is under the influence of visual retroaction. The inserts have a direct influence upon postural and oculomotor control through specific and independent paths. The 2nd study explained the variability of the subjects’ answers of the former. We measured their degree of reliance upon plantar cutaneous afferents with the Plantar Quotient method (PQ = Surface CoP foam / Surface CoP firm gorund X 100). A PQ<100 suggest a Plantar Extercoeptive Inefficency (PEI): PEI subjects do not show any improvement of their stability or any modification of vergence with the inserts. We propose that this situation is non-physiological and results from a non-noxious latent dysfunction of the sole receptors, opposing the PEI subjects to those who have a normal PQ. The 3rd study investigated the relationship between the use of plantar and visual afferents in young healthy subjects with the method of the PQ and Romberg Quotient (RQ). It has evidenced the existence of a synergic use of visual and plantar afferents in close-distance vision, only among normal PQ subjects. The PEI subjects have a significantly lower RQ than the others only at close distance on firm ground. On foam, their RQ increases; eyes closed, their PQ increases, which objectifies a visual-podal asynergy. The 4th study, on the same population, showed that a bilateral LAS increase esophoria only at far distance and among the PEI subjects. The 5th study revealed the influence of plantar exteroception upon the perception of verticality on the same population. It has brought out a decrease of the leftward error at near distance among the normal PQ subjects with a right LAS, and a decrease of the absolute error at far distance among the PEI subjects with a bilateral MAS. Taken together, these studies support, from a theoretical point of view, the importance of plantar afferents for postural control as well as vergence control, SVV estimation and eyes alignment (phorias). They demonstrate that the use of these afferents depends on the subjects and have multidisciplinary clinical implications.

After experiencing moments without sight, strong moments of overcoming space and evaluating behaviour on the basis of information received by non-visual options are fixed in the memory. It was the familiar space I went through without seeing it, that showed new values and suddenly I perceived it completely differently. I focused on the materiality of the movement, which described not only its physical boundaries, but also the various sensible stimuli radiating towards my body and senses. This feeling of experiencing space differently, I would compare to feelings of when you re-discover a familiar place from childhood. We already look differently at the long-fixed images of children's eyes and minds, we are even able to compare this perception now. It is not that we did not have good eyesight as children, but we did not realise overall contexts and did not have certain experiences that now help us lead lives in a certain direction. While going through no-sight-experience myself, I found myself in a situation like that. I was like a child who knew a certain space only to a limited extent, in other words a space limited by sight. The initial intuitive assumption that looking at visual impairment not as a disability but as another means of experiencing world became the basis of inspiration for my project. I began to realise the fact that the perception of space in kids, does not only depend on the functioning of the eyesight but also on the functioning of their brain. Depending on where the children grow up, they experience changing states of the surrounding environment, which is related to their emotional, mental and physical development. However, they do not always grow up in an environment that can stimulate cognitive development and help personal, social or education growth. Thus, such a space cannot provide enough different stimuli for a certain purpose, which should help them thinking in and realise the wider context. Between the age of 3-7 years, a child's brain develops very quickly, using play or various spatial experiences. With its plasticity, the brain offers us a large volume of memory space, where almost everything that a child under the age of 7 sees around him, is initially noted down. But what’s really important is what information remains in the memory and won’t disappear. This is precisely that kind of information that has been strongly supported and influenced by various stimuli, which can always be maintained better than the unsubstantiated constant repetition of situations. Here I tried to insert a multisensory experience, which is used by the blind and visually impaired people as a vital need when moving through space and to compensate their eyesight. This experience is strongly connected with emotions, which are the main element of all long-lasting memories and experiences that we remember. That is why it is appropriate to use multisensorialism also in a learning practice, whether this is led by a teacher or through free play. In children that are not visually impaired, multisensory stimuli can support healthy emotional development but also the formation of synapses in the brain. At the same time, I see as a benefit in inter-connecting of these two groups of children, because they can be an inspiration to each other in their differential processing of information from the surrounding environment. The aim of the work is to create an inclusive space for the sighted and sight-impaired. The aim for the space is to support the possibility of obtaining information using multiple stimuli, which are proposed to be designed within the object-functionality and the overall space of the preschool facility.

[ES] Este trabajo tiene como objetivo principal establecer un método que permita y facilite el diseño y desarrollo de entornos interactivos para la enseñanza de una segunda lengua en la primera infancia. Para ello, a lo largo de la investigación, se estableció un análisis que desarrolló el estudio a través de cuatro pilares: el contexto educativo, los fundamentos teóricos, los sujetos de estudio y la tecnología. El análisis de las facetas concernientes al ámbito educativo varía según el contexto que se estudie. En esta investigación se tuvo como foco de estudio Colombia, donde se tuvieron en cuenta diversos aspectos relacionados con las condiciones educativas del país, los planes de gobierno, los recursos y capacitaciones docentes, así como las condiciones socioeconómicas, todo lo cual determinó los resultados de los estudios que se realizaron. Los fundamentos teóricos que se tuvieron en consideración, además de girar en torno a los factores asociados al aprendizaje y la enseñanza, se enmarcaron más concretamente en el aprendizaje del inglés como segunda lengua, para alinear este proyecto investigativo con el fortalecimiento de los focos estratégicos contemplados en la propuesta política CONPES 16-25, que busca hacer de Colombia un país más desarrollado y competitivo en el marco de varios retos, uno de los cuales es el uso de las nuevas TIC en contextos educativos que generen valor agregado. De esta forma, nuestro aporte podrá ayudar a mitigar la brecha social y económica que denota el monolingüismo, aumentando las posibilidades de tener mayores y mejores oportunidades sociales, académicas y profesionales, representando en consecuencia una importante ventaja competitiva en la estructura económica y social del país. En lo que respecta a los sujetos de estudio, se incluyó a docentes de inglés en educación preescolar y a niños de 4 a 6 años. Esta es una etapa etaria clave en la intervención dentro de la denominada "primera Infancia", en la que está comprobado que los efectos educativos de calidad que se dan en esta fase incrementan y fortalecen el desarrollo individual y social de los niños, llegando a impactar, incluso, en los sectores económicos de un país. Finalmente, el objeto de estudio reflejado a lo largo de la investigación giró en torno a la tecnología, su uso, sus tendencias y su apropiación en los entornos educativos. Con ella se han gestado múltiples cambios a nivel académico. La demanda de creación de contenidos curriculares de base tecnológica y de calidad ha aumentado y, al mismo tiempo, ha supuesto un esfuerzo por parte de docentes, investigadores, diseñadores y demás profesionales interesados en proporcionar mejores herramientas de trabajo para fortalecer el proceso de enseñanza-aprendizaje. Estos profesionales utilizan metodologías efectivas que, estudiadas en conjunto, dieron lugar a la creación de un modelo que fusionó componentes y lenguaje propio de cada profesión vinculada al proceso de creación de contenidos académicos con base tecnológica. Un resultado de la investigación fue la integración de metodologías que permitieron el diseño de una plataforma web que facilita el proceso de creación de contenidos educativos de calidad basados en la tecnología. Las metodologías que, después de un amplio estudio, se seleccionaron para diseñar el instrumento web fueron el DBR, como enfoque metodológico del diseño instruccional, el Design Thinking, como metodología que facilita el desarrollo de diseño centrado en el usuario y, por último, la metodología para la creación de Juegos Serios, cuya base pedagógica facilita la creación de recursos didácticos y educativos adecuados para los sujetos de estudio de esta investigación. El uso de esta plataforma web permitió generar los requerimientos clave para el diseño de una aplicación interactiva como propuesta tecnológica innovadora que facilita el proceso de aprendizaje de inglés como segunda lengua en la primera infancia. / [CA] Aquest treball té com a objectiu principal establir un mètode que permeta i facilite el disseny i el desenvolupament d'entorns interactius per a l'ensenyament d'una segona llengua en la primera infància. Per a això, al llarg de la investigació, es va establir una anàlisi que va vertebrar l'estudi a través de quatre pilars: el context educatiu, els fonaments teòrics, els subjectes d'estudi i la tecnologia. L'anàlisi de les facetes relatives a l'àmbit educatiu varia segons el context que s'estudie. En aquesta investigació es va tenir com a focus d'estudi Colòmbia, on es van tenir en compte diversos aspectes relacionats amb les condicions educatives del país, els plans de govern, els recursos i les capacitacions docents, així com les condicions socioeconòmiques, aspectes que van determinar els resultats dels estudis que es van realitzar. Els fonaments teòrics que es van tenir en consideració, a més de girar entorn dels factors associats a l'aprenentatge i l'ensenyament, es van emmarcar més concretament en l'aprenentatge de l'anglès com a segona llengua, per a alinear aquest projecte investigatiu amb l'enfortiment de les línies estratègiques contemplades en la proposta política CONPES 16-25, que té l'objectiu de fer de Colòmbia un país més desenvolupat i competitiu en el marc de diversos reptes, un dels quals és l'ús de les noves TIC en contextos educatius que generen valor agregat. D'aquesta forma, la nostra aportació podrà ajudar a mitigar la bretxa social i econòmica que denota el monolingüisme, i augmentaran així les possibilitats de tenir majors i millors oportunitats socials, acadèmiques i professionals, el que representarà, en conseqüència, un important avantatge competitiu en l'estructura econòmica i social del país. Pel que fa als subjectes d'estudi, es van incloure docents d'anglès en educació preescolar i xiquets i xiquetes de 4 a 6 anys. Aquesta és una etapa clau en la intervenció dins de la denominada primera Infància, en la qual està comprovat que els efectes educatius de qualitat que es donen en aquesta fase incrementen i enforteixen el desenvolupament individual i social dels infants, i arriben a impactar, fins i tot, en els sectors econòmics d'un país. Finalment, l'objecte d'estudi reflectit al llarg de la investigació va girar entorn de la tecnologia, el seu ús, les seues tendències i la seua apropiació en els entorns educatius. Amb aquesta s'han gestat múltiples canvis a nivell acadèmic. La demanda de creació de continguts curriculars de base tecnològica i de qualitat ha augmentat i, al mateix temps, ha suposat un esforç per part de docents, investigadors, dissenyadors i altres professionals interessats a proporcionar millors eines de treball per a enfortir el procés d'ensenyament-aprenentatge. Aquests professionals utilitzen metodologies efectives que, estudiades en conjunt, van donar lloc a la creació d'un model que va fusionar components i llenguatge propi de cada professió vinculada al procés de creació de continguts acadèmics amb base tecnològica. Un resultat de la investigació va ser la integració de metodologies que van permetre el disseny d'una plataforma web que facilita el procés de creació de continguts educatius de qualitat basats en la tecnologia. Les metodologies que, després d'un ampli estudi, es van seleccionar per a dissenyar l'instrument web van ser el DBR, com a enfocament metodològic del disseny instructiu, el Design Thinking, com a metodologia que facilita el desenvolupament de disseny centrat en l'usuari i, finalment, la metodologia per a la creació de Jocs Seriosos, la base pedagògica dels quals facilita la creació de recursos didàctics i educatius adequats per als subjectes d'estudi d'aquesta investigació. L'ús d'aquesta plataforma web va permetre generar els requeriments clau per al disseny d'una aplicació interactiva que va incorporar la Realitat Augmentada, com a proposta tecnològica innovadora que que facilita el procés d’aprenentatge d’anglès com a segona llengua en la primera infància. / [EN] The main objective of this research work is to establish a method that allows and facilitates the design and development of interactive environments for the teaching of a second language in early childhood. In order to meet this aim, throughout the research, an analysis was established that developed the study around four bases: the educational context, the theoretical foundations, the study subjects and technology. The analysis of the facets concerning the educational field varies according to the context being studied. In this research, the focus of the study was on Colombia, where several aspects were taken into account related to the country's educational features, government plans, teaching resources and teacher training, as well as socioeconomic conditions, all of which determined the results of the studies that were carried out. The theoretical foundations that were taken into consideration, in addition to focusing on the factors associated with learning and teaching, were framed more specifically in the learning of English as a second language, to align this research project with the strengthening of the strategic targets contemplated in the policy proposal CONPES 16-25, which aims at making Colombia a more developed and competitive country within the framework of several challenges , one of which is the use of new ICT in educational contexts that generate added value. In this way, our contribution can help mitigate the social and economic gap denoted by monolingualism, thus increasing the chances of having greater and better social, academic and professional opportunities, as well as representing an important competitive advantage in the economic and social structure of the country. Regarding the study subjects, English teachers in preschool education and children from 4 to 6 years old were included. This is a key age stage of intervention within the so-called "early childhood", in which it is proven that the quality educational effects that occur in this phase increase and strengthen the individual and social development of children, even impacting on the economic sectors of a country. Finally, the object of study reflected throughout the research revolved around technology, its use, its trends and its appropriation in educational environments. It has brought about multiple changes at the academic level. The demand for the development of technology-based and quality curricular content has increased and, at the same time, it has involved an effort on the part of teachers, researchers, designers and other professionals interested in providing better tools to strengthen the teaching-learning process. These professionals use effective methodologies that, studied together, led to the creation of a model which merged components and language from each profession linked to the process of creating technology-based academic content. One result of the research was the integration of methodologies that resulted in the design of a web platform that facilitates the process of creating quality educational content based on technology. The methodologies that were selected, after a comprehensive study, to design the web resource were DBR, a methodological approach to instructional design, "Design Thinking", a methodology that facilitates the development of user-centered design and, finally, the methodology for the creation of Serious Games, whose pedagogical basis enables the design of didactic and educational resources suitable for the subjects involved in this research. The use of this web platform allowed us to generate the key requirements for the design of an interactive application that incorporated Augmented Reality, as an innovative technological proposal that facilitates the process of learning English as a second language in early childhood. / Harris Bonet, PM. (2021). Diseño de un entorno interactivo para la enseñanza bilingüe en la primera infancia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179558

Damit Fahrerassistenzsysteme das noch immer unfallträchtige Manöver des Fahrstreifenwechsels wirksam gegen Unfälle absichern können, benötigen sie zuverlässig wie frühzeitig Kenntnis der Situationen, denen ein solches folgen wird. Nur so sind sie in der Lage, ihre Unterstützung in wirklich allen Situationen zu leisten, in denen diese von Nutzen ist, ohne dafür unpassende Warnungen oder Eingriffe in die Fahrzeugführung in Kauf nehmen zu müssen und an Akzeptanz einzubüßen oder gar selbst zum Sicherheitsrisiko zu werden. Die größte Herausforderung stellt dabei die Komplexität und Vielfalt der im städtischen Verkehr vorkommenden Situationen dar. Bisherige Assistenzsysteme stützen sich zur Aktivierung ihrer Funktion entweder auf den Status des Fahrtrichtungsanzeigers oder werten das Überfahren einer Fahrstreifenbegrenzung als dann allerdings bereits laufenden Fahrstreifenwechsel. Das eine erfolgt nachweislich äußert unzuverlässig, mit dem anderen bleibt kaum mehr Zeit für eine frühzeitige, auf Situation und Fahrer abgestimmte Assistenz. Mit der vorliegenden Arbeit wird ein funktionierender Ansatz zur automatisierten Erkennung bevorstehender Fahrstreifenwechsel vorgestellt, als im Fahrzeug lauffähiges System implementiert und seine Funktion anhand realer Fahrdaten unter Beweis gestellt. Im Zentrum des Erkennungsansatzes stehen aus dem Fahrzeug heraus erfassbare Merkmalsgrößen des Fahrzeugumfelds, Fahrerverhaltens und Fahrzeugstatus, die mit Hilfe künstlicher neuronaler Netze fusioniert und klassifiziert werden. Die Entwicklung der Algorithmen sowie sämtliche Untersuchungen zu ihrer Leistungsfähigkeit beruhen auf Messdaten natürlichen Fahrverhaltens im Verkehr einer Großstadt, die in einer umfangreichen Realfahrtstudie mit einem mit Radar- und Kamerasensorik ausgestatteten Versuchsfahrzeug erhoben wurden. Basierend auf diesen Daten werden zunächst Parameter einer zonenbasierten Repräsentation des Fahrzeugumfelds, der Blickrichtung des Fahrers sowie Zustandsgrößen des Fahrzeugs auf ihre Eignung als Merkmalsgröße untersucht. Es wird gezeigt, inwieweit für verschiedene Arten von Fahrstreifenwechseln und in unterschiedlichem zeitlichen Abstand auf das Manöver bereits zwischen dem Wert einer Merkmalsgröße und dem Bevorstehen eines Fahrstreifenwechsels ein Zusammenhang besteht. Mit einer Auswahl geeigneter Merkmalsgrößen wird die Erkennung schließlich in verschiedenen Ausprägungen implementiert, mittels maschinellen Lernens parametrisiert und über alle Arten in den Daten vorkommender Fahrstreifenwechselsituationen evaluiert. Untersucht wird dabei nicht nur die Erkennungsleistung des Gesamtsystems für verschiedene Vorhersagehorizonte, sondern ebenso die einer Erkennung mit den Merkmalsgrößen nur jeweils eines der Aspekte Fahrzeugumfeld, Fahrerverhalten und Fahrzeugstatus sowie der Effekt des Einbeziehens auch der Merkmalswerthistorie.:Bibliographische Beschreibung i Inhaltsverzeichnis v Abkürzungs- und Symbolverzeichnis xi Abkürzungen xi Symbole xi Vorwort xiii 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Aktueller Stand der Forschung 4 1.3 Forschungslücken 11 1.4 Zielsetzung der Arbeit 12 1.5 Inhalt und Gliederung der Arbeit 14 1.6 Formelzeichen und Zahlenwerte 15 2 Die Fahrstreifenwechselsituation und der algorithmische Ansatz ihrer Erkennung 17 2.1 Grundlegende Begriffe 17 2.2 Modelle zur Beschreibung des Fahrstreifenwechsels 18 2.2.1 Das 3-Ebenen-Modell der kognitiven Prozesse zur Fahrzeugführung 18 2.2.2 Messbarkeit kognitiver Prozesse und der Fahrerintention 21 2.2.3 Das System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt 23 2.2.4 Das Phasenmodell des Ablaufs eines Fahrstreifenwechsels 25 2.2.5 Das Modell der Fahrstreifenwechselsituation 26 2.3 Der prinzipielle Ansatz zur Erkennung von Fahrstreifenwechseln 30 2.4 Ein aspektübergreifender Erkennungsansatz im System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt 31 3 Merkmalsgrößen zur Erkennung bevorstehender Fahrstreifenwechsel 35 3.1 Kriterien der Wahl der Merkmalsgrößen 35 3.2 Das Versuchsfahrzeug 36 3.2.1 Umfeldsensorik 37 3.2.2 Fahrersensorik 40 3.2.3 Rechentechnik 42 3.3 Definition und Berechnung der Merkmalsgrößen 42 3.3.1 Merkmalsgrößen des Fahrzeugumfelds 43 3.3.1.1 Existenz, Zugänglichkeit und Abstand benachbarter Fahrstreifen 43 3.3.1.2 Sensorübergreifendes Tracking umgebender Objekte als Grundlage 44 3.3.1.3 Einteilung des Fahrzeugumfelds in Zonen 45 3.3.1.4 Beschreibung der Belegung umgebender Zonen durch Objektparameter 49 3.3.1.5 Kurzreferenz zu den Merkmalsgrößen des Fahrzeugumfelds 57 3.3.2 Merkmalsgrößen des Fahrerverhaltens 58 3.3.2.1 Kopfposition und Kopflage 59 3.3.2.2 Blickbereiche 60 3.3.2.3 Kurzreferenz zu den Merkmalsgrößen des Fahrerverhaltens 63 3.3.3 Merkmalsgrößen des Fahrzeugstatus 64 3.3.3.1 Kurzreferenz zu den Merkmalsgrößen des Fahrzeugstatus 66 3.4 Synchrone Berechnung und Auswertung der Merkmalswerte 67 4 Realfahrtstudie zur Messdatenakquise 69 4.1 Studienteilnehmer 69 4.2 Studiendesign und Ablauf 70 4.3 Streckenverlauf 72 4.4 Erhobene Datensätze und Arten vorkommender Fahrstreifenwechselsituationen 73 5 Statistische Analyse und Einzelbewertung der Merkmalsgrößen 77 5.1 Metriken zur statistischen Bewertung der Merkmalsgrößen 77 5.1.1 Der t-Test 78 5.1.2 Die Effektstärke Cohen’s d 81 5.1.3 Die Effektstärke Hedges‘ g 82 5.1.4 Einordnung der Effektstärke 83 5.1.5 Auffassung der Messdaten und Durchführung der Evaluation 83 5.2 Bewertung aus Sicht des einzelnen Messdatums 85 5.2.1 Wahl und Berechnung der Metriken zur Bewertung aus Messdatensicht 85 5.2.2 Ergebnisse zur Signifikanz und Effektstärke aus Messdatensicht 87 5.3 Bewertung aus Sicht des einzelnen Manövers 97 5.3.1 Wahl und Berechnung der Metriken zur Bewertung aus Manöversicht 98 5.3.2 Ergebnisse zur Signifikanz und Effektstärke aus Manöversicht 100 5.4 Fazit der Evaluation und ausgewählter Satz von Merkmalsgrößen 108 6 Wissensbasiert modellierte Klassifikation mittels eines Bayes’schen Netzes 113 6.1 Verfahren zur wissensbasiert modellierten Klassifikation 113 6.1.1 Fuzzy-Logik 114 6.1.2 Support-Vector-Machines und Relevance-Vector-Machines 117 6.1.3 Bayes‘sche Netze 120 6.1.4 Hidden-Markov-Models 125 6.1.5 Die Wahl eines Bayes’schen Netzes zur wissensbasierten Modellierung 129 6.2 Umsetzung einer Erkennung auf Basis eines Bayes‘schen Netzes 130 6.2.1 Aufbau des modellierten Bayes’schen Netzes 131 6.3 Übergang zu einer auf maschinellem Lernen beruhenden Klassifikation 133 7 Künstliche neuronale Netze als Verfahren zur maschinell optimierten Klassifikation 135 7.1 Biologisches Vorbild und Entstehungsgeschichte 135 7.2 Aufbau und Funktionsweise künstlicher neuronaler Netze 137 7.3 Netzschichten und Netztopologie 141 7.4 Parametrisierung 143 7.4.1 Maschinelles Lernen und Optimierung durch Fehlerminimierung 144 7.4.2 Das Gradientenverfahren 146 7.4.3 Gütefunktion und Delta-Lernregel 149 7.4.4 Backpropagation 151 7.4.5 Inkrementelles und stapelweises Training 153 7.5 Abbildung zeitlicher Zusammenhänge 154 7.5.1 Zeitverzögerte neuronale Netze 154 7.5.2 Rekurrente neuronale Netze 156 7.5.3 Das Problem der verschwindenden und explodierenden Gradienten 158 7.5.4 Long-Short-Term-Memory 158 8 Neuronales Netz zur Erkennung jedes Bevorstehens eines Fahrstreifenwechsels 161 8.1 Anforderungen an die Erkennung und ihre Umsetzung 161 8.1.1 Forderung von Effektivität 161 8.1.2 Forderung von Echtzeitfähigkeit 162 8.1.3 Forderung von Realitätsnähe 162 8.1.4 Forderung einer geringen Modellkomplexität 162 8.1.5 Forderung einer gruppenweisen Verarbeitung der Merkmalsgrößen 163 8.2 Aufbau und Funktionsweise des Netzes 164 8.3 Modellierung der Merkmalswerthistorie 166 9 Maschinelle Parametrisierung des neuronalen Netzes 171 9.1 Assistenzbedingte Anforderungen an das Verhalten des Erkennungssystems 171 9.2 Vorbetrachtungen zur Gesamtfehlerdefinition 172 9.2.1 Detektionswert und Detektionsfehler als binäre Größen 173 9.2.2 Bewertung der Güte eines binären Klassifikators 174 9.2.3 Gewichtung der Fehlerklassen in der Gesamtfehlerfunktion 175 9.3 Gesamtfehlerfunktion 177 9.4 Optimierungsverfahren 180 9.5 Aufteilung und Filterung der Messdaten 181 9.6 Technische Umsetzung und Durchführung der Parametrisierung 183 10 Realisiertes Gesamtsystem zur Erkennung bevorstehender Fahrstreifenwechsel 185 10.1 Aufbau und Implementierung des Erkennungssystems 185 11 Empirische Evaluation der realisierten Erkennungsleistung 191 11.1 Evaluationsmethode 191 11.2 Erkennungsleistung des Gesamtsystems 193 11.3 Erkennungsleistung der Merkmalsgruppen in Abhängigkeit des Zeithorizonts 195 11.4 Beitrag der Modellierung der Merkmalswerthistorie 199 11.5 Beitrag der gruppenübergreifenden Fusion von Merkmalsgrößen 202 11.6 Abhängigkeiten der Ergebnisse und sie beeinflussende Faktoren 204 12 Zusammenfassung und Ausblick 207 A Anhang 219 A.1 Tracking der Objekte im Fahrzeugumfeld 219 A.1.1 Prinzip des Unscented-Kalman-Filters und CTRV Bewegungsmodells 219 A.1.2 Probabilistische Multi-Sensor-Multi-Objekt-Messdatenzuordnung 222 A.1.3 Initialisierung, Nutzung und Auflösung von Objektschätzungen 228 A.2 Tabellen zur Signifikanz und Stärke des Effekts einzelner Merkmalsgrößen 229 Literaturverzeichnis 233 Abbildungsverzeichnis 251 Tabellenverzeichnis 253 / In order to enable driver assistance systems to effectively safeguard the still accident-prone manoeuvre of changing lanes against accidents, they need reliable and early knowledge of any situation that will be followed by such a manoeuvre. Only then they will be able to provide assistance in all the situations in which it is useful without having to accept inappropriate warnings or interventions in vehicle control and so losing acceptance or even becoming a safety risk themselves. The biggest challenge here is the complexity and variety of situations occurring in urban traffic. Current assistance systems either rely on the status of the direction indicator to activate their function or interpret the crossing of a lane boundary as a lane change that is already in progress. The former has been proven to be very unreliable, while the latter leaves hardly any time for early assistance tailored to the situation and driver. This work presents a functional approach to the automated detection of impending lane changes, implements it as an in-vehicle system and demonstrates its functionality by using real driving data. The detection approach centres on feature variables of the driving situation, driver behaviour and vehicle status that can be recorded from a vehicle and which are fused and classified with the help of artificial neural networks. The development of the algorithms and all investigations into their performance are based on measurement data of natural driving behaviour in traffic in a bigger city that were collected in an extensive naturalistic driving study with a test vehicle equipped with radar and camera sensors. Based on these data, parameters from a zone-based representation of the surroundings of the vehicle, the direction of the driver’s glances and vehicle state variables are first analysed for their suitability as feature variables. For different types of lane changes and at different time intervals to the manoeuvre it is shown to what extent there already is a correlation between the value of a variable and the imminence of a lane change. Using a selection of suitable feature variables the automated detection is finally implemented in various versions, parameterised by means of machine learning and evaluated across all types of lane change situations occurring in the data. Not only the detection performance of the overall system for different prediction horizons is investigated but also the detection with the feature variables of only one of the aspects driving situation, driver behaviour and vehicle status as well as the effect of including the feature value history.:Bibliographische Beschreibung i Inhaltsverzeichnis v Abkürzungs- und Symbolverzeichnis xi Abkürzungen xi Symbole xi Vorwort xiii 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Aktueller Stand der Forschung 4 1.3 Forschungslücken 11 1.4 Zielsetzung der Arbeit 12 1.5 Inhalt und Gliederung der Arbeit 14 1.6 Formelzeichen und Zahlenwerte 15 2 Die Fahrstreifenwechselsituation und der algorithmische Ansatz ihrer Erkennung 17 2.1 Grundlegende Begriffe 17 2.2 Modelle zur Beschreibung des Fahrstreifenwechsels 18 2.2.1 Das 3-Ebenen-Modell der kognitiven Prozesse zur Fahrzeugführung 18 2.2.2 Messbarkeit kognitiver Prozesse und der Fahrerintention 21 2.2.3 Das System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt 23 2.2.4 Das Phasenmodell des Ablaufs eines Fahrstreifenwechsels 25 2.2.5 Das Modell der Fahrstreifenwechselsituation 26 2.3 Der prinzipielle Ansatz zur Erkennung von Fahrstreifenwechseln 30 2.4 Ein aspektübergreifender Erkennungsansatz im System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt 31 3 Merkmalsgrößen zur Erkennung bevorstehender Fahrstreifenwechsel 35 3.1 Kriterien der Wahl der Merkmalsgrößen 35 3.2 Das Versuchsfahrzeug 36 3.2.1 Umfeldsensorik 37 3.2.2 Fahrersensorik 40 3.2.3 Rechentechnik 42 3.3 Definition und Berechnung der Merkmalsgrößen 42 3.3.1 Merkmalsgrößen des Fahrzeugumfelds 43 3.3.1.1 Existenz, Zugänglichkeit und Abstand benachbarter Fahrstreifen 43 3.3.1.2 Sensorübergreifendes Tracking umgebender Objekte als Grundlage 44 3.3.1.3 Einteilung des Fahrzeugumfelds in Zonen 45 3.3.1.4 Beschreibung der Belegung umgebender Zonen durch Objektparameter 49 3.3.1.5 Kurzreferenz zu den Merkmalsgrößen des Fahrzeugumfelds 57 3.3.2 Merkmalsgrößen des Fahrerverhaltens 58 3.3.2.1 Kopfposition und Kopflage 59 3.3.2.2 Blickbereiche 60 3.3.2.3 Kurzreferenz zu den Merkmalsgrößen des Fahrerverhaltens 63 3.3.3 Merkmalsgrößen des Fahrzeugstatus 64 3.3.3.1 Kurzreferenz zu den Merkmalsgrößen des Fahrzeugstatus 66 3.4 Synchrone Berechnung und Auswertung der Merkmalswerte 67 4 Realfahrtstudie zur Messdatenakquise 69 4.1 Studienteilnehmer 69 4.2 Studiendesign und Ablauf 70 4.3 Streckenverlauf 72 4.4 Erhobene Datensätze und Arten vorkommender Fahrstreifenwechselsituationen 73 5 Statistische Analyse und Einzelbewertung der Merkmalsgrößen 77 5.1 Metriken zur statistischen Bewertung der Merkmalsgrößen 77 5.1.1 Der t-Test 78 5.1.2 Die Effektstärke Cohen’s d 81 5.1.3 Die Effektstärke Hedges‘ g 82 5.1.4 Einordnung der Effektstärke 83 5.1.5 Auffassung der Messdaten und Durchführung der Evaluation 83 5.2 Bewertung aus Sicht des einzelnen Messdatums 85 5.2.1 Wahl und Berechnung der Metriken zur Bewertung aus Messdatensicht 85 5.2.2 Ergebnisse zur Signifikanz und Effektstärke aus Messdatensicht 87 5.3 Bewertung aus Sicht des einzelnen Manövers 97 5.3.1 Wahl und Berechnung der Metriken zur Bewertung aus Manöversicht 98 5.3.2 Ergebnisse zur Signifikanz und Effektstärke aus Manöversicht 100 5.4 Fazit der Evaluation und ausgewählter Satz von Merkmalsgrößen 108 6 Wissensbasiert modellierte Klassifikation mittels eines Bayes’schen Netzes 113 6.1 Verfahren zur wissensbasiert modellierten Klassifikation 113 6.1.1 Fuzzy-Logik 114 6.1.2 Support-Vector-Machines und Relevance-Vector-Machines 117 6.1.3 Bayes‘sche Netze 120 6.1.4 Hidden-Markov-Models 125 6.1.5 Die Wahl eines Bayes’schen Netzes zur wissensbasierten Modellierung 129 6.2 Umsetzung einer Erkennung auf Basis eines Bayes‘schen Netzes 130 6.2.1 Aufbau des modellierten Bayes’schen Netzes 131 6.3 Übergang zu einer auf maschinellem Lernen beruhenden Klassifikation 133 7 Künstliche neuronale Netze als Verfahren zur maschinell optimierten Klassifikation 135 7.1 Biologisches Vorbild und Entstehungsgeschichte 135 7.2 Aufbau und Funktionsweise künstlicher neuronaler Netze 137 7.3 Netzschichten und Netztopologie 141 7.4 Parametrisierung 143 7.4.1 Maschinelles Lernen und Optimierung durch Fehlerminimierung 144 7.4.2 Das Gradientenverfahren 146 7.4.3 Gütefunktion und Delta-Lernregel 149 7.4.4 Backpropagation 151 7.4.5 Inkrementelles und stapelweises Training 153 7.5 Abbildung zeitlicher Zusammenhänge 154 7.5.1 Zeitverzögerte neuronale Netze 154 7.5.2 Rekurrente neuronale Netze 156 7.5.3 Das Problem der verschwindenden und explodierenden Gradienten 158 7.5.4 Long-Short-Term-Memory 158 8 Neuronales Netz zur Erkennung jedes Bevorstehens eines Fahrstreifenwechsels 161 8.1 Anforderungen an die Erkennung und ihre Umsetzung 161 8.1.1 Forderung von Effektivität 161 8.1.2 Forderung von Echtzeitfähigkeit 162 8.1.3 Forderung von Realitätsnähe 162 8.1.4 Forderung einer geringen Modellkomplexität 162 8.1.5 Forderung einer gruppenweisen Verarbeitung der Merkmalsgrößen 163 8.2 Aufbau und Funktionsweise des Netzes 164 8.3 Modellierung der Merkmalswerthistorie 166 9 Maschinelle Parametrisierung des neuronalen Netzes 171 9.1 Assistenzbedingte Anforderungen an das Verhalten des Erkennungssystems 171 9.2 Vorbetrachtungen zur Gesamtfehlerdefinition 172 9.2.1 Detektionswert und Detektionsfehler als binäre Größen 173 9.2.2 Bewertung der Güte eines binären Klassifikators 174 9.2.3 Gewichtung der Fehlerklassen in der Gesamtfehlerfunktion 175 9.3 Gesamtfehlerfunktion 177 9.4 Optimierungsverfahren 180 9.5 Aufteilung und Filterung der Messdaten 181 9.6 Technische Umsetzung und Durchführung der Parametrisierung 183 10 Realisiertes Gesamtsystem zur Erkennung bevorstehender Fahrstreifenwechsel 185 10.1 Aufbau und Implementierung des Erkennungssystems 185 11 Empirische Evaluation der realisierten Erkennungsleistung 191 11.1 Evaluationsmethode 191 11.2 Erkennungsleistung des Gesamtsystems 193 11.3 Erkennungsleistung der Merkmalsgruppen in Abhängigkeit des Zeithorizonts 195 11.4 Beitrag der Modellierung der Merkmalswerthistorie 199 11.5 Beitrag der gruppenübergreifenden Fusion von Merkmalsgrößen 202 11.6 Abhängigkeiten der Ergebnisse und sie beeinflussende Faktoren 204 12 Zusammenfassung und Ausblick 207 A Anhang 219 A.1 Tracking der Objekte im Fahrzeugumfeld 219 A.1.1 Prinzip des Unscented-Kalman-Filters und CTRV Bewegungsmodells 219 A.1.2 Probabilistische Multi-Sensor-Multi-Objekt-Messdatenzuordnung 222 A.1.3 Initialisierung, Nutzung und Auflösung von Objektschätzungen 228 A.2 Tabellen zur Signifikanz und Stärke des Effekts einzelner Merkmalsgrößen 229 Literaturverzeichnis 233 Abbildungsverzeichnis 251 Tabellenverzeichnis 253