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.

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

Modellierung eines „Cybersickness Dose Value“ – als Maß für die Symptom Inzidenz von Cybersickess

Anwendungen in der virtuellen Realität bringen neben einer breiten Palette an vielversprechenden Anwendungen, auch einige Zugänglichkeitsprobleme mit sich. Unter anderem können eine Reihe von Symptomen, die von allgemeinem Unwohlsein, Schwindel und Desorientierung bis hin zu Erbrechen reichen können, beobachtet werden, die das Nutzererlebnis negativ beeinflussen. Diese Symptome sind in vielerlei Hinsicht ähnlich zum Phänomen der Bewegungskrankheit oder Reiseübelkeit (engl. Motion Sickness) und werden im Bereich der Virtuellen Realität unter dem Begriff Cybersickness zusammengefasst.
Aus der Forschung mit Neigezug-Simulatoren ist bekannt, dass vor allem niederfrequente Oszillationen in horizontaler und rotationaler Ebene diese Symptome induzieren. Bei experimenteller Kontrolle der Beschleunigungen lässt sich ein Maß für die Inzidenz von Bewegungskrankheit berechnen. Dieses folgt einer dreidimensionales umgekehrten U-Funktion und wird als Motion Sickness Dose Value (MSDV) bezeichnet. Allerdings ist unklar, inwiefern sich diese Ergebnisse aus der Forschung mit sich bewegenden Simulatoren auch auf die virtuelle Realität übertragen lassen, in denen die Symptome vorrangig visuell induziert werden.
Ziel der Arbeit ist anhand bereits erhobener dreidimensionaler Kopf-Tracking-Daten aus drei vorangegangenen Studien mit ca. 250 Versuchspersonen, analog zum MSDV ein Cybersickness Dose Value abzuleiten und zu modellieren.  Dadurch kann ein wichtiger Beitrag zur Integration oder Abgrenzung dieser beiden Phänomene zu geleistet werden.

Kontakt: Judith Josupeit

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:

• Methoden zur Erfassung von mentalen Modellen und deren Veränderung während der Störungsdiagnose (konzeptionelle Arbeit)
• Erfassung und Klassifikation der Hypothesengenerierungs-Strategien von Auszubildenden in der KFZ-Störungsdiagnose (empirische Arbeit)
• Anpassen oder Austauschen: Die Balance von Stabilität und Flexibilität bei Konstruktionsentscheidungen (experimentelle Arbeit)
• Darstellung von Kausalrelationen: Wie beeinflusst Information über kausale Mechanismen den Prozess der Störungsdiagnose? (experimentelle Arbeit)
• Erklärbare künstliche Intelligenz: Wie beeinflussen Begründungen für maschinelle Klassifikationen die Auswahl der richtigen Störungsklasse? (experimentelle Arbeit)
• Kognitive Fixierung in technischen Domänen und Strategien zur Förderung von Flexibilität (Literaturarbeit, Modellentwicklung)
• Mensch-Technik-Interaktion im medizinischen Kontext: Kooperationen mit dem Ear Research Center Dresden (für einzelne Themen siehe unten)

Kontakt: Romy Müller

Mensch-Technik-Interaktion im medizinischen Kontext

Wir bieten verschiedene Themen zur Mensch-Technik-Interaktion im Kontext der HNO-Medizin an. Die Arbeiten erfolgen in Kooperation mit dem Ear Research Center Dresden und eignen sich besonders für Studenten, die Freude an anwendungsorientierten Fragestellungen haben, gern tief in eine konkrete Arbeitsdomäne einsteigen möchten und sich dafür interessieren, wie man aus Domänenwissen und psychologischem Grundlagenwissen Schlussfolgerungen für die konkrete Gestaltung der Mensch-Technik-Interaktion ableiten kann.

Kontakt für alle Unterthemen: Romy Müller

[1] Konzeption eines KI-basierten Assistenzsystems zur Vermeidung von Bohrlärm bei der chirurgischen Bearbeitung am Schädel

Bei chirurgischen Eingriffen ist die Patientensicherheit ein zentrales Anliegen. Deswegen können während einer Operation mithilfe von Sensortechnik Signale erfasst und mittels künstlicher Intelligenz (KI) ausgewertet werden, um die Qualität des Eingriffs zu beurteilen, potentielle Probleme frühzeitig zu erkennen und dem Chirurgen angemessene Rückmeldung zu geben. Unklar ist jedoch, wie eine solche Rückmeldung zu gestalten ist und wie dies vom Merkmalen des konkreten Eingriffs und den damit verbundenen Arbeitsaufgaben abhängt. Deswegen soll in dieser Arbeit am Beispiel von Fräsarbeiten am Felsenbein des menschlichen Schädels ein Konzept zur KI-gestützten Assistenz erarbeitet werden. Dabei sollen basierend auf einer Domänen- und Aufgabenanalyse Anforderungen für die Informationspräsentation abgeleitet werden. Diese sollen in ein Assistenzkonzept überführt werden, welches im Rahmen von Expertenbefragungen formativ evaluiert wird.

[2] Tele-Medizin und Tele-Teaching: Konzeption und Evaluation von computerbasierten Lehrformaten

Medizinische Fertigkeiten erwirbt man zum großen Teil durch aktives Anwenden und Üben. Aufgrund aktueller Entwicklungen werden Online-Lehrkonzepte jedoch immer relevanter. Dabei ergeben sich folgende Fragen: (1) Inwiefern ist es möglich, in Online-Formaten die erforderlichen Fertigkeiten zu erwerben? Wie kann man untersuchen, ob und wie diese Fertigkeiten tatsächlich erworben wurden und welche Lernverläufe dabei zu beobachten sind? (2) Wie kann man Online-Lehrformate gestalten, um den Fertigkeitserwerb bestmöglich zu unterstützen? Vorarbeiten am Ear Research Center Dresden ergaben erste spannende Erkenntnisse und legen nahe, dass der Fertigkeitserwerb durch Online-Lehrformate unterstützt werden kann. Im Rahmen von studentischen Arbeiten soll nun untersucht werden, auf welche Weise diese Lehrformate weiter verbessert werden können und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen (z.B. Gestaltung der Aufgaben, direkte Interaktion mit der Lehrperson, verwendete Materialien). Außerdem sind methodische Arbeiten möglich, die sich damit beschäftigen wie die Evaluation der Lernformate erfolgen sollte (z.B. Erfassung von Lernkurven, Differenzierung erworbener Kenntnisse und Fertigkeiten).

[3] Assistenz- und Visualisierungskonzepte für die Endoskopie

Endoskopische Untersuchungen werden mit moderner Technik unterstützt, die komplexe Daten aufzeichnet und verfügbar macht. Zum Beispiel können Schwingungsverläufe am Trommelfell und anatomische Ansichten aus bildgebenden Verfahren präsentiert werden. Allerdings ist unklar, wie man Chirurgen am besten darin unterstützen kann, diese komplexen Daten zu verarbeiten und daraus geeignete Entscheidungen abzuleiten. Zum Beispiel besteht eine offene Frage darin, wie man die Integration verschiedener Datentypen erleichtern kann (z.B. Schwingungsverläufe und anatomische Ansichten). In der Ingenieurpsychologie werden im industriellen Kontext seit vielen Jahren ähnliche Fragen diskutiert. Dabei wird angenommen, dass Mensch-Maschine-Interfaces Information über ein und dasselbe System auf verschiedenen Abstraktionsebenen (vom Ziel über die Funktion bis hin zur physischen Form) präsentieren und die Navigation zwischen diesen Ebenen unterstützen sollten. Auf diese Weise kann ein flexibles und situationsangemessenes Handeln gefördert werden. In dieser Arbeit soll am Beispiel der Endoskopie untersucht werden, welche dieser Konzepte in der Medizin anwendbar sind und wie sie an den spezifischen Domänenkontext angepasst werden sollten. Die Arbeit eignet sich vor allem für Studenten, die Freude an komplexen Fragestellungen haben, sich gern mit (teilweise abstrakten) Konzepten aus der Literatur befassen und diese auf neue Kontexte übertragen, und tief in eine bestimmte Anwendungsdomäne eintauchen möchten, um die dort vorhandenen Informationsbedarfe zu verstehen. 

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