Themen für Abschlussarbeiten

An unserer Professur werden Bachelor- und Masterarbeiten zu verschiedenen Themen im Bereich der angewandten Kognitionsforschung vergeben. Bei Interesse wenden Sie sich bitte an die jeweils angegebene Kontaktperson.

Bitte beachten Sie, dass die unten aufgeführten Themen nur eine Auswahl darstellen. Für weitere Themen sprechen Sie unsere Mitarbeiter bitte direkt an!

Bereits abgeschlossene Studienarbeiten finden Sie hier.

Übersicht über Ansätze blickbasierter Interaktion

Blickbasierte Interaktion bzw. Blicksteuerung bietet die Möglichkeit, technische Systeme mit Hilfe der Augen zu bedienen. Diese Form der Interaktion ist für Patienten, die an amyotropher Lateralsklerose (ALS) oder anderen Formen von locked in Syndromen erkrankt sind, oftmals die einzige Möglichkeit, mit der Umwelt zu interagieren. Gleichzeitig bietet Blicksteuerung eine einfachere und meist schnellere Möglichkeit der Interaktion als sogenannte Brain-Computer Interfaces (BCI). Dennoch ist blickbasierte Interaktion ungewohnt und kann zu Fehlern führen, da wir über unsere Augen eher Informationen aufnehmen statt Systeme zu steuern. Dieses Phänomen wird auch als Midas Touch Problem (z.B. hier: https://uxdesign.cc/the-midas-touch-effect-the-most-unknown-phenomenon-in-ux-design-36827204edd) bezeichnet. Ziel der Bachelorarbeit ist es, eine Übersicht über aktuelle Ansätze zur blickbasierten Interaktion und zu Lösungsmöglichkeiten bezüglich des Midas Touch Problems zu erstellen.
Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Sebastian Pannasch 

Das Situationsbewusstsein beim hochautomatisierten Fahren – Chancen und Grenzen von Trainingsmaßnahmen

Durch hochautomatisiertes Fahren, bei dem das Fahrzeug über einen definierten Streckenabschnitt die Längs- und Querregelung des Fahrzeugs übernimmt, wandelt sich die Rolle des Fahrers vom aktiven Operateur, der das Fahrzeug bedient, zum passiven Systemüberwacher, der nur dann eingreifen muss, wenn das System an seine Leistungsgrenzen stößt, z.B. bei Systemausfall oder einer technischen Fehlfunktion. Gleichzeitig darf sich der Fahrzeugführende im hochautomatisierten Fahrmodus (kurzfristig) von der Fahraufgabe abwenden, muss aber „wahrnehmungsbereit“ sein, um jederzeit der Pflicht zur Übernahme der Fahrzeugsteuerung nachkommen zu können. Dieser Paradigmenwechsel im Fahrer-Fahrzeugsystem, bei dem die Rolle für die Rückfallebene vertauscht wird -  indem sie vom Fahrzeug auf den Fahrer übertragen wird - verlangt trotz zulässiger Nebentätigkeiten eine adäquate Übernahme des Fahrers in „Notsituationen“. Derzeit ist bekannt, dass selbst nach vorheriger Warnung Fahrer mit einer Nebentätigkeit 5-7 Sekunden für eine sichere Übernahme benötigen, schnellere Übernahmen sind qualitativ schlechter. Eine zuverlässige Übernahme der manuellen Fahrzeugkontrolle aus hochautomatisierter Fahrt wird u.a. durch das Situationsbewusstsein mit den Stufen Wahrnehmen, Verstehen und Projizieren, vermittelt. Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen von Bachelorarbeiten folgende Fragestellungen bearbeitet werden:

• Welche Erkenntnisse z.B. aus der Luftfahrt existieren bereits über Trainingseffekte zum Situationsbewusstsein? Wie lassen sich diese Erkenntnisse auf die Übernahme eines Kraftfahrzeugs aus hochautomatisierter Fahrt übertragen?
• Wie könnte ein Trainingsprogramm für Situationsbewusstsein aussehen?
• Mit welchem Untersuchungsdesign ließe sich ein derartiges Trainingsprogramm evaluieren?

Der Schwerpunkt der jeweiligen Bachelorarbeit wird vorab geklärt, die Grundlage bildet jeweils eine umfassende Literaturanalyse. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Sebastian Pannasch oder bei Thomas Wagner.

Wie beanspruchend sind fahrfremde Aufgaben während hochautomatisierter Fahrten?

Hochautomatisiertes Fahren bedeutet, dass unter bestimmen Umständen das Fahrzeug ohne menschliche Eingriffe lenkt, bremst oder beschleunigt.  Dabei überwacht das System die Umgebung und reagiert auf vielfältige Situationen. Während solcher hochauto-matisierten Fahrten dürfen sich Fahrer:innen Aufgaben zuwenden, die nicht die Fahrzeugführung betreffen, also fahrfremd sind. Allerdings müssen Fahrer:innen die Fahrzeugführung wieder übernehmen können, sobald das Fahrzeug eine Situation nicht allein bewältigen kann. Aus praktischer Sicht stellen sich verschiedene Fragen. Beeinträchtigen fahrfremde Aufgaben die Sicherheit einer solchen Übernahme? Gehen fahrfremde Aufgaben mit negativen Beanspruchungsfolgen einher? Oder erhöhen diese Aufgaben sogar die Sicherheit, indem sie Unterbeanspruchung und Schläfrigkeit vorbeugen?

Um diese Fragestellungen zu beantworten, verwenden wir den dynamischen Fahr-simulator des Instituts für Arbeit und Gesundheit der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung.  Während der hoch-automatisierten Fahrten bearbeiten die Fahrer:innen verschiedene Varianten einer komplizierten Planungsaufgabe. Diese belasten unterschiedliche Verarbeitungs-ressourcen nach der Theory of Threaded Cognition (Salvucci & Taatgen, 2011). Neben der Fahrleistung erfassen wir Belastung und Beanspruchung über Selbstauskunft, Herzratenvariabilität und Blickverhalten. Die Datenerhebung beginnt ab sofort.

Im Rahmen einer empirischen Masterarbeit entwickeln Sie eine eigene Teilfragestellung und bearbeiten diese. Während der Datenerhebung werden Sie durch studentische Hilfskräfte unterstützt. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Kerstin Kusch.

Wie wirkt sich Schichtarbeit im Zusammenspiel mit variabler Arbeitslast auf Müdigkeit in der Flugsicherung aus?

Dies ist eine mögliche Leitfrage für empirsche Master- oder literaturbasierte Bachelorarbeiten, welche in Zusammenarbeit mit der schwedischen Flugsicherung angeboten werden.
Literaturbasierte Bachelorarbeit: Für den Automobilkontext existieren Modelle (bspw. May & Baldwin, 2009), welche Müdigkeit auf Basis von Aufgaben- und auch Chronobiologiefaktoren erklären. Im Rahmen der Abschlussarbeit soll ein Literaturscreening durchgeführt und geprüft werden, ob Müdigkeitsmodelle aus anderen Domänen ebenso fuer Flugsicherung valide sein können.
Empirische Masterarbeit: Irreguläre und präferenzbasierte Schichtarbeit und der Einfluss dessen auf objektive sowie subjektive Müdigkeitsparameter soll mittels Feldstudiendaten aus einer skandinavischen En-route Flugsicherungszentrale untersucht werden. Geeignete sowie ungeeignete Schichtrotationen sollen identifiziert und gegenübergestellt werden, Empfehlungen zur optimalen Schichtplangestaltung sollen abgeleitet werden.

Kontakt: Maximilian Peukert

Physiologische Messung von kognitiver Erschöpfung und Mind Wandering im Cockpit 

Praktikum oder Abschlussarbeit am Institut für Flugführung - Abteilung Systemergonomie in Braunschweig. Weiterführende Informationen finden Sie hier.

Kontakt: Anneke Hamann

OKN und OKAN als Marker für interindividuelle Unterschiede in der Cybersickness-Anfälligkeit

Cybersickness beschreibt ein Phänomen des Unwohlseins, welches in virtuellen Umgebungen ausgelöst wird. Die Symptompalette von Cybersickness umfasst das Gefühl von Übelkeit, Desorientierung und Erbrechen und ist interindividuell unterschiedlich stark ausgeprägt. Worin sich anfällige und nicht anfällige Personen unterscheiden, lässt bislang Raum für Spekulationen. Bis lang fehlen replizierte Erkenntnisse zu Markern, die die für gewöhnlich erhobenen Selbstauskunftsmaße mit peripherphysiologischen Messwerten untermauern.

Eine mögliche theoretische Einordnung erlaubt die Eye Movement Theory, welche Basis der vorliegenden Studie ist (Ebenholtz, Cohen, & Linder, 1994, Noji et al., 2017). Gemäß dieser Theorie entsteht Cybersickness durch den sog. optokinetischen Nystagmus (OKN), der sich als natürlichen Bewegungsreflex der Augen beim Verfolgen von sich bewegenden Gegenständen versteht. Dabei wechselt die Augenposition von der langsamen Objektverfolgung in Bewegungsrichtung zu gleichmäßig schnellen Sakkaden in die Gegenrichtung (Noji et al., 2017). Simultan erfolgt eine unfreiwillige Stimulierung des Nervus Vagus (Yates, Miller, & Lucot, 1998). Der Nervus Vagus innerviert den gesamten Bauchraum und kann daher als Erklärungsansatz für die Symptome Übelkeit und Erbrechen herangezogen werden.

Der OKN kann über das Verlassen der virtuellen Umgebung hinaus andauern, wenn sich die Personen in einer absolut dunklen Umgebung befinden. In diesem Fall ist vom optokinetischen Nachnystagmus (OKAN) die Rede.

Die Arbeit soll untersuchen inwiefern der OKN und OKAN durch eine klassische optokinetische Trommel in virtueller Umgebung erzeugt, mit der selbstberichteten Cybersickness in einer klassischen interaktiven virtuellen Umgebung korreliert.  

Kontakt: Judith Josupeit

Welche physiologischen Daten eignen sich zur Vorhersage von Cybersickness?

Virtuelle Realität (VR) ist schon lange keine abgehobene Science-Fiction mehr, sondern eine vielversprechende Technologie mit vielen Anwendungsfeldern. Obwohl VR-Brillen und entsprechende Hardware mittlerweile recht erschwinglich sind, gibt es einen Elefanten im Raum, der die Technik hinsichtlich ihrer Zugänglichkeit unattraktiv macht. Ein unerwünschter Nebeneffekt bei der Interaktion mit VR stellt Desorientierung, Schwindel, Schwitzen, Kopfschmerz, in extremen Fällen Erbrechen oder Ohnmacht dar. Diese Palette von Symptomen wird unter dem Begriff Cybersickness zusammengefasst und ist interindividuell unterschiedlich ausgeprägt.  

Um die Zugänglichkeit von VR für vulnerable Personen in Zukunft zu erhöhen, ist es notwendig die Cybersickness zu Grunde liegenden Mechanismen zu verstehen. Dabei sind physiologische Messmethoden zum Teil aufgrund ihrer mangelnden Ökonomie und hohen Artefaktanfälligkeit insbesondere bei raumfüllender-VR, bei der sich Versuchspersonen relativ frei bewegen können, nur bedingt sinnvoll anzuwenden. Weniger obstruktive Methoden stellen das Eye-Tracking, das Head-Tracking und − wenn genutzt − das Controller-Tracking dar. Ziel der Arbeit ist die Auswertung und Einordnung physiologischer Daten (z.B. Pupillendurchmesser, Blickrichtung oder Controlleraktivität) aus bereits erhobenen Datensätzen (Erhebungszeitraum Oktober 2020 bis Januar 2021). Dabei darf der Fokus nach Interesse selbstbestimmt werden. Programmierkenntnisse sind von Vorteil, werden aber nicht vorausgesetzt. Um die Datensätze greifbarer zu machen, können Sie gern, selbst aus der Perspektive einer Versuchsperson und oder Versuchsleitung und oder Softwareentwickler*in die VR-Umgebungen kennen lernen. 

Kontakt: Judith Josupeit

Bachelorarbeit | Das Lenkrad als Informationsquelle zur Unterstützung der Fahraufgabe

Das Lenkrad ist eines der wesentlichen Elemente zur Ausführung der Fahrausgabe. Aktuell wird es vornehmlich als Eingabeelement zur Erfüllung der Fahraufgabe im Fahrzeug verwendet. Allerdings bietet das Lenkrad darüber hinaus die Möglichkeit, als zusätzliche Informationsquelle den Fahrenden bei seiner Fahraufgabe zu unterstützen. Ziel der Arbeit ist es, ein Anzeigenkonzept für den Prototypen eines Multifunktionslenkrads mit einen 360° LightBar im Lenkkranz zu entwickeln. Der Fahrende soll darin unterstützt werden, relevante Elemente der Verkehrssituation wahrzunehmen und die Dringlichkeit des eigenen Handlungsbedarfs zu erkennen. Dazu soll eine systematische Literaturrecherche durchgeführt und ein Katalog geeigneter Statusanzeigen entwickelt werden. Diese literaturbasierte Arbeit wird in Kooperation mit der Professur für Kraftfahrzeugtechnik am Institut für Automobiltechnik Dresden (IAD) durchgeführt (Ausschreibung als pdf).

Kontakt: Kerstin Kusch

Problemlösen und Entscheidungen in komplexen Systemen: Kognitive Prozesse und deren Unterstützung

Wie gehen Menschen vor, wenn sie in komplexen sozio-technischen Systemen Probleme lösen und Entscheidungen treffen? Wie kann man diese Prozesse mithilfe von Assistenzsystemen unterstützen? Im Kontext dieser Fragestellungen bieten wir verschiedene Themen an. Diese reichen von kontrollierten Laborexperimenten über praxisnahe Erhebungen im Berufsumfeld bis hin zu konzeptionellen Arbeiten zur Gestaltung von Assistenzsystemen. Viele der Themen werden in Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen bearbeitet (z.B. Fraunhofer IVV, Professur für Berufspädagogik, Uniklinik) und bieten daher viele Möglichkeiten zum interdisziplinären Austausch. Hier eine Übersicht von möglichen Themen, die wir regelmäßig aktualisieren und je nach eurem Interesse erweitern und anpassen können:

• Förderung von KFZ-Störungsdiagnosestrategien durch Verstehbarmachen von Systemzusammenhängen in simulationsbasierten Assistenzsystemen (konzeptionelle Arbeit) 
• Methodische Arbeiten zum Vergleich verschiedener Concept Mapping Techniken zur Erfassung mentaler Modelle (empirische Arbeit)
• Darstellung von Kausalrelationen in Prozessketten: Wie beeinflusst Information über kausale Mechanismen den proaktiven Umgang mit Störungen? (experimentelle Arbeit)
• Darstellung von Kausalrelationen in Prozessketten: Wie beeinflusst Information über Ursachen auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen den proaktiven Umgang mit Störungen? (experimentelle Arbeit)
• Erklärbare künstliche Intelligenz: Wie beeinflussen Begründungen der vom Algorithmus ausgewählten Einflussfaktoren den Prozess der Störungsdiagnose? (experimentelle Arbeit)

Kontakt: Romy Müller

Literaturbasierte Arbeit zum Thema Physiologie und Cybersickness

Virtuelle Realität (VR) kann das menschliche Wohlbefinden beeinflussen. So kann unter anderem visuell induzierte Kinetose, engl. Cybersickness, ein unbehagliches Gefühl von Übelkeit und Desorientierung, in provokativen virtuellen Umgebungen entstehen. Neben der Möglichkeit Cybersickness über Fragebögen zu operationalisieren, stellen physiologische Marker eine Möglichkeit dar Cybersickness zu quantifizieren. Aus dem Bereich Simulator Sickness (Kinetose induziert durch Simulatoren) sind einige physiologische Marker bekannt, die sich allerdings nur teilweise auf Cybersickness übertragen lassen. Das liegt zum Einen an der limitierten Übertragbarkeit aufgrund der interschiedlichen Bewegungsintensität und zum Anderen an technischen Unterschieden und Limitationen.

Welche physiologischen Marker haben universelle Gültigkeit und welche Marker sind auf eine der beiden Umgebungen beschränkt?
Welche technischen Limitationen gibt es bei der Erfassung von Cybersickness, die die theoriegeleitete Forschung erschweren können?

Ziel der Arbeit soll sein einen Überblick zu geben, dabei sollen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den beiden Konstrukten auf Basis von physiologischen Markern herausgearbeitet werden.

Kontakt: Judith Josupeit

Aktuelle Fragestellungen zur Mensch-Maschine-Interaktion / Human Factors in der Luftfahrt 

Die detaillierten Ausschreibungsinhalte finden Sie hier: link

Kontakt: Sebastian Pannasch

Ermittlung von Operator-Kompetenzen für das Safety-Engineering modularer Anlagen

Die Modularisierung von Prozessanlagen zur Flexibilisierung der Produktion bringt neue Herausforderungen für das Safety-Engineering mit sich. Während in konventionellen Anlagen Sicherheitssysteme entsprechend der jeweilig vorherrschenden Risiken entwickelt und angepasst werden können, beschränkt sich die Beherrschung von Risiken in modularen Anlagen auf die Sicherheitssysteme der einzelnen Module. Insofern ist die Beherrschung modulübergreifender Risiken eine große Herausforderung. Damit eine Anlage sicher betrieben werden kann und gleichzeitig eine flexible Verschaltung der Module gewährleistet ist, müssen die Beherrschungsmaßnahmen intermodularer Risiken bei der Anlagenverschaltung durch den Operator implementiert werden.

In der Masterarbeit sollen folgende Fragen untersucht werden:

• Welche Fähigkeiten sowie Wissensgrundlage ist notwendig, um Tätigkeiten des Safety-Engineerings in konventionellen Prozessanlagen auszuführen?
• Welcher Wissens- sowie Fähigkeitslücken besteht bei Operatoren modularer Anlagen, unter der Annahme, dass Operatoren das Safety-Engineering mit konventionellen Maßnahmen durchführen?

Die Betreuung dieses interdisziplinären Themas erfolgt durch Vertreter der Ingenieurspsychologie sowie der Prozessleittechnik.

Kontakt: Sebastian Pannasch

Aktueller Stand und Grenzen beim Einsatz von Videokonferenzsystemen

Die gegenwärtige Situation macht den intensiven Gebrauch von Technologien für Online-Meetings erforderlich. Dabei zeigt sich, dass virtuelle Treffen in verschiedenen Hinsichten an Grenzen stoßen, z.B. bei gemeinsamen Brainstorming. Daraus ergibt sich die Frage, worin die Limitation der aktuellen Technologien bestehen und auf welche Weise dem begegent werden kann. Für die Anfertigung einer Masterarbeit soll in einer online Umfrage erfasst werden, wodurch sich aktuelle Online-Meeting-Systeme auszeichnen, wo gegenwärtig noch Limitationen gesehen werden und welche Verbesserungen gewünscht werden.   

Kontakt und Betreuung: Sebastian Pannasch

Zwei visuelle Systeme der Informationsverarbeitung

Bei der Verarbeitung von visuellen Informationen werden zwei Pfade der Verarbeitung angenommen: ambiente Verarbeitung erfolgt über den posterior-parietalen Pfad und extrahiert vor allem räumliche Informationen, sowie fokale Verarbeitung, die über den inferior-temporalen Pfad objektbezogene Informationen zur Verfügung stellt. Mit Hilfe von Blickbewegungsmessung ist es möglich, die Balance der Aktivität dieser beiden Systeme bei der Betrachtung von visuellen Szenen zu untersuchen. Die Hypothese zum Zusammenhang der Verarbeitungssysteme und den Blickbewegungen geht davon aus, dass ambiente Verarbeitung mit kurzen Fixationen und relativ langen Sakkaden einhergeht, während fokale Verarbeitung durch lange Fixationen innerhalb kurzer Sakkaden gekennzeichnet ist.

Die Zuordnung der Fixationen und Sakkaden zu den visuellen Systemen hat in letzter Zeit Aufmerksamkeit in der Forschungsliteratur erfahren. Eine Hypothese besagt, dass durch die Anwendung statistischer Verfahren (coefficient k) die Klassifikation automatisiert werden kann, und dadurch auch eine Veränderung über den Verlauf einer Bildbetrachtung erfassbar wird.

Die Masterarbeit soll sich mit dieser neuen Herangehensweise beschäftigen, und mit Hilfe von bereits erfassten Daten das herkömmliche und das neue Verfahren gegenüberstellen. Die Aufgaben beinhalten folgende Punkte:

• Was ist der aktuelle Stand der Literatur zum Thema?

• Lassen sich frühere Ergebnisse mit Hilfe des coefficient k replizieren?

• Welche Auswirkungen haben Normalisierungsalgorithmen (da Fixationsdauern links-steil rechts-schief verteilt sind) vor Anwendung der z-Standardisierung auf k?

• Welche Auswirkung hat die individuelle z-Standardisierung (also pro VP) auf die Aussagekraft von coeffcient k?

• Was können wir aus den Ergebnissen für zukünftige Forschung lernen?

 Kontakt und Betreuung: Sebastian Pannasch, Jens Helmert