DE10114270A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung des Einflusses einer technischen Einrichtung auf einen Nutzer - Google Patents

Abstract

Die Bedienung technischer Einrichtungen ist heutzutage zwar ein täglich wiederkehrender Vorgang, ist jedoch in seiner Komplexität nicht zu unterschätzen. Dies insbesondere durch das durch den Bediener zu regelnde Zusammenspiel von Wahrnehmungs-, Lern- und Erinnerungsfähigkeit sowie seiner Fähigkeit zur Aufmerksamkeitssteuerung, Entscheidungsfindung und Reaktionsfähigkeit. Zur Messung des Einflusses einer technischen Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf einen Nutzer wird deshalb eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, welches präzise die örtliche Lokalisation und die zeitliche Varianz von Aktivitäten im Gehirn des Nutzers ermittelt. Aus den so gewonnenen Erkenntnissen kann sodann Nutzen für die ergonomische und sicherheits-technische Ausgestaltung technischer Einrichtungen gezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.

Die Bedienung technischer Einrichtungen ist heutzutage zwar ein täglich wiederkehrender Vorgang, ist jedoch in seiner Komplexität nicht zu unterschätzen. An den Bediener werden dabei unterschiedlichste Anforderungen hinsichtlich Wahrnehmung, Aufmerksamkeitssteuerung, Entscheidungsfindung und Reaktionsfähig­ keit gestellt. Dabei sind nicht nur diese fundamentalen Fähigkeiten an sich von Bedeutung, sondern auch die Mechanismen ihres Erwerbs, d. h. Lern- und Erinnerungsvorgänge. Psychologie und Arbeitsphysiologie untersuchen seit langem diese Zusammenhänge durch Verhaltensbeobachtung. Erst seit kurzem wird versucht durch direkte Beobachtung von Gehirnaktivitäten neue erweiterte Einblicke zu gewinnen.

Es existieren wenige Arbeiten, welche Gehirnaktivitäten von Fahrzeuglenkern in direkten Zusammenhang mit echten oder simulierten Fahraktivitäten, hauptsächlich mittels Elektroezephalographie (EEG), messen (Laukka SJ, Jarvilehto T, Alexandrov Yu I, et al., Frontal midline theta related to learning in a simulated driving task. Biol Psychol 40, 313-20 (1995) - Risser MR, Ware JC, and Freeman FG, Driving simulation with EEG monitoring in normal and obstructive sleep apnea patients. Sleep 23, 393-8 (2000)).

In einer Studie bei welcher Testpersonen, welche unter Fahruntüchtigkeit leiden, wurde mittels Single Positron Emissions Computer Tomographie (SPECT) wurde, dass deren Untüchtigkeit signifikant mit einer gebietsweisen Verringerung der rechtsseitigen Gehirnaktivität zusammen hängt (Ott BR, Heindel WC, Whelihan WM, et al., A single­ photon emission computed tomography imaging study of driving impairment in patients with Alzheimer's disease. Dement Geriatr Cogn Disord 11, 153-60 (2000)). Hierzu wurden die Versuchspersonen zu Beginn der Untersuchung einem Fahrsimulator ausgesetzt und im Anschluß daran mittels eines SPECT untersucht.

Aufgabe der Erfindung ist es ein neuartige Vorrichtung und ein neuartiges Verfahren nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7 zu finden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die den Patentansprüchen 1 und 7 untergeordneten Ansprüche beschrieben.

In besonders vorteilhafter Weise verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung des Einflusses einer technischen Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf einen Nutzer über ein geeignetes Mittel zur präzisen örtlichen Lokalisation und Ermittlung der zeitlichen Varianz von Aktivitäten im Gehirn des Nutzers. In besonders vorteilhafter Weise eignen sich hierzu die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), die funktionelle Magnetresonanz-spektroskopie (fMRS) sowie die Magetenzephalograpie (MEG). Andere Mittel zur präzisen örtlichen Lokalisierung und Messung der zeitlichen Varianz von Gehirnaktivitäten sind selbstverständlich ebenso geeignet. Mittels der neuartigen Vorrichtung kann in erfinderischer Weise ein Verfahren zur Bestimmung des Einflusses einer technischen Einrichtung auf die Gehirntätigkeit des Nutzers während der Nutzung dieser Einrichtung durchgeführt werden.

Selbstverständlich bezieht sich der Erfindungsgegenstand gewinnbringend nicht nur auf technische Einrichtungen als solche, sondern auch auf Simulatoren, welche anderweitige technische Einrichtungen simulieren. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten System zum simultanen Vermessen von Gehirnaktivitäten in Verbindung mit der Nutzung von technischen Einrichtungen (Laukka et al., sowie Risser et al.), bietet die Erfindung den Vorteil einer räumlich hochauflösenden Analyse der Gehirnaktivität.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Verwendung im Zusammenhang mit der Benutzung eines Kraftfahrzeuges, weshalb nachfolgend mittels eines Ausführungsbeispiels aus diesem Bereich der Erfindungsgegenstand im Detail erläutert werden soll. Hierbei besteht die technische Einrichtung im Sinne der Erfindung, wie zuvor bereits erläutert, aus einem Fahrsimulator, welcher ein zu nutzendes Kraftfahrzeug darstellt.

In der vorteilhaften Anwendung der Erfindung zur Messung des Einflusses auf das Nutzen eines Kraftfahrzeugs auf dessen Nutzer (Fahrer oder Beifahrer) wurde ein Fahrzeugsimulator in einem Magnetresonanztomographen (MRT) für die fMRT implementiert. Um die visuell-motorischen Einflüsse auf den Nutzer von den wahrnehmungsmäßig höheren Funktionen zu entkoppeln, wurde erstens eine "aktive" Fahrzeugführerbedingung als auch eine "passive" Beifahrerbedingung für die Simulation realisiert. Im Rahmen der Studie hatten die zu vermessenden Versuchspersonen die Aufgabe in großer Geschwindigkeit durch ein Innenstadtszenario zu fahren. Dabei fuhren sie in der "aktiven" Bedingung das Fahrzeug selbsttätig, während sie sich in der "passiven" Bedingung einer von einer anderen Person gesteuerten Fahrsituation ausgesetzt sahen.

Die Autofahrt wurde mittels eines kommerziell erhältlichen Videospieles (Autobahnraser II, Davilex, Houten, Niedertande) auf einem Standard PC mittels einer Matrox G 100 Graphikkarte (Matrox, Montreal, Kanada) simuliert. Den Versuchspersonen (Nutzern), welche sich in einem Kernspin-Spektrometer befanden, wurde die Szenen der Simulation mittels LCD-Videobrillen (Resonance Technologies, Northridge, California) präsentiert. Anstelle eines Lenkrads wurde ein Joystick verwendet. Der Joystick wurde am Bauch des Nutzers mittels eines Gurtes befestigt, so dass der Nutzer mit seiner rechten Hand das Fahrzeug während der Simulation steuern, beschleunigen und bremsen konnte. Die Simulation umfasste eine Fahrt durch ein Innenstadtszenario ohne Verkehr aber mit Fahrbahn und Objekten am Fahrbahnrand. Die Probanden wurden angewiesen aufmerksam, aber so schnell wie möglich zu fahren.

Der Einfluß der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug wurde mittels fMRT gemessen. Hierbei wurden die Daten mit einem 1.5 Tesla Magnetom VISION (Siemens, Erlangen, Deutschland) Ganzkörper-MRT aufgezeichnet. T2*-gewichtete funktionelle Magnetresonanz Bilder wurden mittels echo-planarer Aufzeichnung gewonnen, bei axialer Orientierung (TE = 50 ms). Das vermessene Volumen betrug 39 Schichten (TR = 4000 ms, TE = 50 ms, Schichtdicke 2.4 mm, Schichtabstand 0.6 mm, Voxelgröße damit 3.59 × 3.59 × 3.0 mm). Als anatomische Referenz wurden T2 gewichtete Turbo-Spin- Echo Bilder aufgenommen. Insgesamt wurden bei jedem Durchlauf (je Simulation) 166 Gehirnvolumina akquiriert. Die Bildverarbeitung und die statistische Analyse wurden mit Hilfe des Programms SPM99 (Statistical Parametric Mapping, Welcome Department of Cognitive Neurology, London, GB) durchgeführt. Die einzelnen funktionellen Bilder eines jeden Durchlaufs wurden bezüglich der Ausrichtung des ersten vermessenen Volumens bewegungs-korrigiert. Zur Neuberechnung der so entstehenden Bilder wurde eine sinc-Interpolation angewandt. Die funktionellen Bilder eines jeden Durchlaufs wurden räumlich auf ein Standard Epi-Template von 3 × 3 × 3 mm normalisiert. Anschließend wurden die funktionellen Meßdaten räumlich geglättet. Für jeden Durchgang wurde die Varianz des Signalverlaufs eines jeden Voxels gemäß dem allgemeinen linearen Model geschätzt.

Als Ergebnis zeigten sich in der aktiven Bedingung relativ zu einer Ruhebedingung (Situation, während welcher der Simulator in einem Stillstand mit Standbild verharrte) signifikante Aktivitäten in der linken senso-motorischen Hirnrinde, des Vermis, in kortikalen Bereichen des Hinterhauptes beiderseits; hauptsächlich den Brodman- Arealen BA 19 und in der parietalen Rinde BA 7 beiderseits.

Für die passive Bedingung zeigten sich relativ zur Ruhebedingung Aktivitäten im Bereich der visuellen Rinde, welche große Bereiche wie BA 17, 18 und 19 umfaßten sowie der parietalen, vor allem den superior parietalen Hirnabschnitten.

Bei den nachfolgend aufgezeigten Meßgrößen stehen die sogenannten Talairach- Koordinaten x, y, z für räumliche Koordinaten innerhalb eines standardisierten Raumes. Die Variable Z entspricht einem z-transformierten p-Wert, der Auskunft über die statistische Signifikanz der Hirnaktivierung gibt, die Abkürzung BA steht für Brodman- Areal.

Wenn man die aktive und die passive Bedingung der Versuchspersonen direkt miteinander vergleicht, stellt man fest, daß sich in folgenden Hirnarealen für den Fall der aktiven Nutzung verglichen mit der passiven Nutzung mehr Aktivität zeigt.

Der linke senso-motorische Kortex (Gyrus praecentralis, BA 4; x = -30, y = -21, z = 63, Z = 4.66; Gyrus postcentralis, BA 3; x = -36, y = -33, z = 66, Z = 4.38), die beiden Kleinhirnhemisphären (links: x = -24, y = -54, z = -24, Z = 4.46, rechts: x = 24, y = -51, z = -27, Z = 4.86), sowie der Kleinhirmwurm (Vermis) (x = 3, y = -72, z = -24, Z = 5.28)

Umgekehrt zeigt sich bei der passiven Nutzung im Verglich zu aktiven Nutzung mehr Aktivität in einer Vielzahl vo Hirnarealen:

Gyrus fusiformis (links: x = -18, y = -36, z. = -15, Z = 3.79; rechts: x = 42, y = -27, z = -18, Z = 5.02), primärer visueller Kortex (BA 17/ 18; x = 15, y = -96, z = 0, Z = 3.85), occipitotemporaler Kortex (BA 37, V5/MT; x = 51, y = -63, z = 6, Z = 3.40), Precuneus (BA 7; links: x = -6, y = -66, z = 36, Z = 3.86; rechts: x = 9, y = -57, z = 39, Z = 4.27), superior parietaler Kortex (BA 7; x = 42, y = -60, z = 48, Z = 4.14), inferior parietaler Kortex (BA 40; links: x = 39, y = -51, z = 39, Z = 4.04; rechts: x = 54, y = -48, z = 45, Z = 4.43), Uncus hippocampalis (x = 33, y = 3, z = -33, Z = 4.74), Gyrus parahippocampais (links: x = -30, y = -12, z = -24, Z = 4.41; rechts: x = 30, y = -27, z = -b, Z = 4.51), Gyrus temporalis medialis (BA 21; x = 51, y = -60, z = -15, Z = 3.53; BA 27; x = -54, y = -24, z = -9, Z = 4.24; BA 39; x = -42, y = -72, z = 24, Z = 3.97), Gyrus temporalis superior (BA 22; links: x = -63, y = -51, z = 15, Z = 3.53; rechts: x = 60, y = -48, z = 21, Z = 3.54; BA 38; links: x = -33, y = 6, z = -27, Z = 4.41; rechts: x = 51, y = 15, z = -24, Z = 4.29), Gyrus temporalis inferior (BA 37; x = 60, y = -51, z = -12, Z = 3.87; BA 20; x = 57, y = -33, z = -15, Z = 3.32), temporoparietaler Kortex (BA 39; x = 48, y = -60, z = 24, Z = 3.78); Gyrus supramarginalis (BA 39; x = 60, y = -51, z = 27, Z = 4.30), ventromedialer Frontalkortex (BA 24/32; x = 6, y = 39, z = 3, Z = 3.78), Gyrus frontalis medius (BA 8; links: x = -30, y = 15, z = 48, Z = 4.07; rechts: x = 45, y = 27, z = 45, Z = 4.70; BA 9; x = 42, y = 36, z = 33, Z = 4.50; BA 11; x = 39, y = 48, z = -15, Z = 4.40), Gyrus frontalis inferior (BA 46; links: x = -42, y = 33, z = 6, Z = 3.51; rechts: x = 51, y = 39, z = 3, Z = 4.74; BA 47; links: x = -48, y = 36, z = -9, Z = 4.45; rechts: x = 48, y = 36, z = -9, Z = 4.31; BA 45/46; links: x = -39, y = 27, z = 21, Z = 4.33; rechts: x = 45, y = 21, z = 21, Z = 4.40), frontopolarer Kortex (BA 10; links: x = 9, y = 69, z = 6, Z = 4.51; rechts: x = 30, y = 54, z = -9, Z = 4.07), Gyrus frontalis superior (BA 8; links: x = -24, y = 39, z = 48, Z = 4.18; rechts: x = 33, y = 30, z = 48, Z = 4.42), Gyrus frontalis dorsalis (BA 8; Prä SMA; x = 9, y = 39, z = 39, Z = 4.41), Gyrus präcentralis (BA b; x = 54, y = 0, z = 45, Z = 5.37), Gyrus postcentralis(BA 43; x = 48, y = -9, z = 18, Z = 3.83), Amygdala (x = 27, y = 3, z = -15, Z = 4.10), Gyrus cinguli (BA 32/24; x = 6, y = 33, z = 15, Z = 3.36; BA 23/24; links: x = -6, y = -6, z = 30, Z = 3.92; rechts: x = 6, y = -12,z = 33, Z = 4.16; BA 30; x = 12, y = -48,z = 21, Z = 3.83; BA 31; x = -9, y = -45, z = 27, Z = 3.78).

Auf Grundlage der vorgenannten Ergebnisse läßt sich schließen, dass im Falle des aktiven und schnellen Fahrens und in Betrachtung über die gesamte Fahrzeit aller Versuchspersonen vor allem sensomotorische Gebiete im Gehirn aktiviert werden, welche vor allem die Koordination der Handbewegung steuern. Bereiche die mit höheren kognitiven Funktionen in Verbindung gebracht werden, sind dagegen wesentlich weniger aktiv. Im Gegensatz dazu findet sich bei den Fahrten, bei denen die Versuchspersonen nur zuschauten (passive Bedingung) überraschender Weise stärkere Aktivitäten in den höheren kortikalen Arealen. Diesen Ergebnissen zufolge gibt es kein "Fahr-Zentrum" im Gehirn, abgesehen von den Bereichen, welche generell mit senso- motorischen Funktionen beauftragt sind.

Erhöhte Verkehrsdichte, die Steigerung der Durchschnittsgeschwindigkeit und eine Reihe anderer Faktoren erhöhen zunehmend die Notwendigkeit, die unterschiedlichsten verkehrssicherheitstechnischen Maßnahmen im Gesamtfeld der Mensch-Maschine- Interaktionen zu entwickeln und auf Tauglichkeit zu prüfen. Der geeigneste, sicherste und auch wirtschaftlich effizienteste Weg zur Untersuchung verschiedener Maßnahmen besteht offensichtlich in ökologisch validen Simulationsszenarien, den Fahrsimulatoren, wie sie bereits aus der Luftfahrttechnologie bekannt sind. Gelingt eine realistische Übersetzung der Anforderungssituation "Autofahren" in eine Simulation, lassen sich eine Reihe experimenteller Fragestellungen schnell, sicher und in standardisierten Untersuchungsprotokollen bearbeiten. Beispiele möglicher Untersuchungsszenarien speisen sich aus dem Feld der Amaturen- und Cockpitgestaltung, der Fahrplatzergonomie, der Verkehrsleitsysteme zur Verbesserung der Orientierung in fremden Umgebungen während des Fahrbetriebs, bis hin zur Verbesserung der fahrrelevanten Informationsversorgung von Fahrer und Beifahrer.

So wichtig der Wert der Fahrsimulation für diesen Themenkomplex ist, so eingeschränkt sind aus neurowissenschaftlicher Sicht bisher die Maße (abhängige Variablen), die für die Interpretation der Untersuchungssimulationen erhoben wurden. Im wesentlichen können zur Zeit folgende Parameter im Rahmen verkehrsrelevanter Mensch-Maschine- Interaktionen erhoben werden: Reaktionszeiten auf bestimmte kritische Reize, Abweichungen und Fehlverhalten in experimentell induzierten Sonder-Situationen, grobe Indikatoren der emotionalen Belastung (psychogalvanischer Hautwiederstand), Nachbefragungen über das psychische Erleben und Verhalten mit Hilfe von Fragebögen sowie elektroenzephalographische Parameter. Allen genannten Maßen und ableitbaren Parametern ist gemein, daß sie keine direkten Indikatoren der zentralnervösen Verarbeitung sind und ihr Zustandekommen letztlich einen weiten Interpretationsspielraum eröffnet, der weniger mit der experiementellen Bedingungsvariation zu tun hat, als vielmehr mit der inherenten methodischen Variabilität. Vor allem für elektroenzephalographische Methoden ist diese Einschränkung bedeutsam. Von denjenigen Maßen, die über die Funktionsgüte kognitiver Prozeße in Mensch-Maschine-Interaktionen informieren können, bieten sie zwar die beste zeitliche Auflösung und sind in der Lage zu einem Zeitpunkt an sehr unterschiedlichen Stellen des zentralen Systems zu messen. Es bleiben jedoch hinsichtlich des Zustandekommens der unterschiedlich auswertbaren Hirnstrompotentiale in erheblichem Ausmass Fragen offen, die über Lokalisation und das entscheidende Zusammenspiel der beteiligten Strukturen, einschließlich ihrer Gewichtung offen. Nur bei sicherer Kenntnis nicht nur des Zeitverlaufs kognitiver Leistungen, sondern auch ihrer Funktionsträger ist eine eindeutige Aussage über die nachhaltige Wirksamkeit bestimmter Bestimmungskonstellationen möglich, die letztlich dann auch die entscheidenden Informationen liefern können, um durch weitere, zielgerichtete Maßnahmen in die zentralnervöse "Orchestrierung" beim Fahren einzugreifen. Ziel aller verkehrstechnischen Maßnahmen kann aus neurowissenschaftlicher nur sein, die ohnehin beschränkte Kapazität der verfügbaren neuronalen Funktionsträger zu optimieren und letztlich solche Bedingungskonstellationen zu etablieren, die ein möglichst optimales Ausmaß an zentralnervöser Verarbeitung bewirken.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt kann in besonders gewinnbringender Weise davon ausgegangen werden, daß die Etablierung einer ökologisch validen, experimentell sehr variablen Fahrsimulation im Rahmen der ereigniskorrelierten funktionellen Magnetresonanztomographie die methodische Konstellation ist, die die oben genannten Forderungen in Zukunft am besten erfüllen wird. Dies sei am Beispiel grundlagenorientierter Forschungsbemühungen zur Aufmerksamkeit und Handlungskontrolle in informationsreichen Umgebungen exemplarisch dargestellt. Bei allen genannten zentralnervösen Strukturen handelt es sich um Bereiche des menschlichen Gehirns, deren Funktionsbeteiligung erst durch die funktionelle Magnetresonanztomographie beobachtbar wurde.

Die Basalganglien (Putamen, Nucleus caudatus und Pallidum) sind seit Jahren als die verantwortlichen Strukturen für die Bewegungssteuerung bekannt. Die als Morbus Parkinson bekannte neurologische Erkrankung ist eine metabole Störung des Funktionsgleichgewichts dieser Strukturen und führt zu einer drastischen Reduktion der Steuerung und Ausführung zielgerichteter Bewegungen. Im Zusammenspiel mit dem Kleinhirn haben diese Strukturen auch Relevanz für die Kalibrierung und Feinabstimmung der Effektororgane, d. h. der Muskelinnervationen. Darüber hinaus bilden sie neuronale Schaltstationen für die Ausführungen sehr schneller motorischer Reaktionen, sog. "Notfallreaktionen". Mit anderen Worten kann eine Aktivierung dieser Strukturen zu einer sehr schnellen motorischen Antwort führen, ohne daß weitere kortikale Strukturen hinzugeschaltet werden müssen.

Thalamische Kerngebiete, vor allem der sogenannte Pulvinar, sind direkt an der Steuerung von Aufmerksamkeitsfunktionen beteiligt. Im Konzert mit anderen subkortikalen Strukturen, vor allem der oberen Vierhügel-Platte (colliculi superiores) und dem seitlichen Kniehöcker (Nucleus geniculatum laterale) steuert der Pulvinar die nicht-bewußtseinspflichtige Ausrichtung und Ausdehnung des Aufmerksamkeitsfeldes. Ein Ausfall dieser Strukturen kann dazu führen, daß kritische Ereignisse, die außerhalb des zentralen und aktuellen Gesichtsfeldes stattfinden, nicht mehr wahrgenommen werden können bzw. adaptive Reaktionen auf diese relevanten Reize nicht mehr durchgeführt werden können. Die Erforschung ihrer funktionellen Relevanz als gewissermaßen "sensitives" Organ für kritische Reize in der Peripherie des Aufmerksamkeitsfeldes ist für Mensch-Maschine-Interaktionen im Straßenverkehr von besonderer Relevanz.

Der Hippocampus ist eine Struktur in den innen liegenden und mehr inferioren Schichten des Gehirns. Aus einer sehr großen Zahl von Studien am Tier und am Menschen ist bekannt, daß der Hippocampus das Organ für den Orientierungssinn im dreidimensionalen Raum ist. Sein Ausfall führt zu einem Verlust der räumlichen Orientierungsfähigkeit. Neueste Arbeiten konnten zeigen, daß die Aktivierbarkeit dieser Struktur bei Männern und Frauen unterschiedlich ist. Es ist davon auszugehen, daß der Vorteil, den Männer bei der Navigation im 3D-Raum gegenüber Frauen haben, dadurch begründbar ist, daß Männer in der Lage sind sowohl den rechten als auch den linken Hippocampus zu aktivieren. Die bilaterale Aktivierbarkeit des Hippocampus führt dazu, daß Männer mehr geometrische Informationen für die Navigation im 3D-Raum nutzen können. Die wahrscheinlich kompensativ eingesetzten frontalen Strukturen bei Frauen lassen hingegen vermuten, daß deren Navigation mehr auf der Verwendung sogenannter objekt-bezogener Landmarken beruht. Sind sich diese Landmarken hinsichtlich der konstituierenden Merkmale jedoch sehr ähnlich, kann es zu Interferenzen kommen, so daß ihre Wertigkeit für eine erfolgreiche Navigation abnimmt.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht allein auf die zuvor im Detail erläuterte Anwendung im Zusammenhang mit der aktiven oder passiven Nutzung von Kraftfahrzeugen, sondern läßt sich gleichermaßen auf die Nutzung unterschiedlichster technischer Einrichtungen ausdehnen. So ist es denkbar, die Gehirnaktivitäten beispielsweise bei der Bedienung von Leitständen industrieller oder kraftwerkstechnischer Anlagen zu erfassen. Ebenso kann der Erfindungsgegenstand auch bei der Bedienung einzelner Maschinen (Drehbänke, Fertigungsmaschinen) eingesetzt werden. Dabei umfasst der Begriff Nutzung nicht nur die direkte Interaktion zwischen Mensch und Maschine, im Sinne einer direkten Bedienung und Steuerung, sondern auch jegliche Beeinflussung durch die Maschine auf einen die Maschine auch nur passiv nutzenden Menschen (beispielsweise einen Beifahrer in einem Kraftfahrzeug oder Arbeitskräfte, die in Werkhallen optisch oder akustisch mit Maschinen in Verbindung stehen).

In diesem Sinne eignet sich der Erfindungsgegenstand in besonders vorteilhafter Weise für die Optimierung der Ergonomie von Mensch-Maschine-Schnittstellen (Verbesserung von Signalisierungs- und Bedienelementen, sowie Verbesserung von Umwelt­ eigenschaften), für die Optimierung von optischen Ausgestaltung (Design) technischer Einrichtungen und die Verbesserung von gesetzlichen Regelungen (beispielsweise: Regelungen zur Arbeitssicherheit und -ergonomie oder der Straßenverkehrsordnung).

In besonderer Weise läßt sich der Erfindungsgegenstand dahingehend ausgestalten, dass zur effizienteren Prüfung verkehrsrelevanter Bedingungsmodifikationen im Rahmen der Mensch-Maschine-Interaktion die zuvor diskutierten zentralen "Relais- Stationen" im Gehirn bei der Messung des Einflusses einer technischen Einrichtung auf einen Nutzer mit in Betracht gezogen werden. Auf diese Weise wird die Abhängigkeit ihrer Rekrutierung in unterschiedlichsten Situationen, beispielsweise einer Verkehrssituation, überprüfbar. Dies kann gewinnbringend erreicht werden, wenn die präzise Lokalisation und Messung der Varianz der Gehirnaktivitäten eines Nutzers ereigniskorreliert erfolgt. Die Besonderheit einer solchen ereigniskorrelierten Analyse werden im Nachfolgenden wieder im Hinblick auf dem Einsatz von Untersuchungen am Fahrsimulator im Zusammenhang mit der funktionellen Magnetresonanztomographie im Detail diskutiert.

Methodische Weiterentwicklungen der funktionellen Magnetresonanztomographie konnten der Überlegenheit dieser Methode hinsichtlich der Ortsauflösung in neuerer Zeit auch eine deutliche Verbesserung der zeitlichen Auflösung bei Seite stellen. Zeitauflösungen im Bereich von einigen hundert Millisekunden sind mit dem zur Zeit verfügbaren methodischen Arsenal möglich und können bei entsprechender Erhöhung der Magnetfeldstärke noch weiter differenziert werden. Der Schlüssel dieser Technologie besteht in der Korrelation von psychischen Ereignissen mit der Aufnahme der dreidimensionalen Hirnbilder. Durch geeignete experimenentelle Variationen können zentralnervöse Abbildungen externer Ereignisse in sehr rascher Folge aufgenommen und off-line mit sehr hoher zeitlicher und räumlicher Genauigkeit wieder rekonstruiert werden. Mit anderen Worten steht dem Einsatz sogenannter Echtzeit- Szenarien, wie sie Fahrsimulationen im ökologisch validen Sinne sein sollen, nichts mehr im Wege.

Unter einer eher anwendungsbezogenen Perspektive können ereigniskorrelierte funktionell magnetresonanztomographischen Untersuchung zentralnervöser Strukturen folgende Teilgebiete umfassen: Zunächst werden experimentelle Verfahren zu testen sein, die unter strengen paradigmatischen Gesichtspunkten erlauben, die wirklich relevanten neuronalen Strukturen für diejenigen Funktionen beobachtbar zu machen, die für die Verhaltenssteuerung im Straßenverkehr von Bedeutung sind. Im wesentlichen handelt es sich hierbei um einen Funktionskatalog, der Prozesse der Aufmerksamkeitssteuerung umfaßt sowie eine Differenzierung zwischen automatischen und kontrollierten Prozessen unter bedingungsanalytischer Perspektive erlaubt. Ein eigener Abschnitt wird sich mit der Navigation in bekannten und unbekannten dreidimensionalen Räumen beschäftigen, um beispielsweise diejenigen kritischen Bedingungen zu erarbeiten, die für eine erfolgreiche und effiziente Navigation bei minimaler neuronaler Belastung verantwortlich sind.

Ein zweiter Bereich umfaßt die Implementierung experimenteller Verkehrsparadigmen selbst. Auf der Grundlage beantworteter Teilfragen wird es möglich sein, ein Szenario als Untersuchungsinstrument zu implementieren, das eine Reihe verkehrsrelevanter Ereignisse modelliert, die einerseits ökologisch valide wie auch taxonomisch bestimmten neuropsychologischen Teilfunktionen zuordenbar sind, deren neuronale Organisation dann bekannt ist. Dadurch wird die Interpretation der neuronalen Aktivität bei bestimmten Verkehrssituationen sowie deren Bedingtheit in einen validen Zusammenhang gestellt und Fehldeutungen der neuralen Aktivität bezüglich des einen oder anderen Ereignisses vermieden.

Schließlich lassen sich gruppenspezifische Unterschiede der neuronalen Aktivität beim Verhalten im Straßenverkehr erforschen. Interessante und notwendige Gruppierungen können sein: Frauen vs. Männer; jüngere vs. ältere Verkehrsteilnehmer; geübte vs. weniger geübte Fahrer, sowie ein Vergleich von Tag- und Nachtszenarien und dem Fahren unter beispielsweise kontrolliert induzierter Ermüdung.

Die Erkenntnisse aus dem voran diskutierten Anwendungen einer ereigniskorrelierten Analyse im Hinblick auf dem Einsatz von Untersuchungen am Fahrsimulator im Zusammenhang mit der funktionellen Magnetresonanztomographie lassen sich selbstverständlich auch auf andere Anwendungsfelder und auf entsprechende andere Meßmethoden, welche es erlauben, Aktivitäten im Gehirn zu lokalisieren übertragen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Messung des Einflusses einer technischen Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf einen Nutzer, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung ein Mittel zur präzisen örtlichen Lokalisation und Messung der zeitlichen Varianz von Aktivitäten im Gehirn vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Lokalisation und Messung ein Mittel zur Durchführung einer (funktionellen) Magnetresonanztomographie ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Lokalisation und Messung ein Mittel zur Durchführung einer (funktionellen) Magnetresonanzspektroskopie ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Lokalisation und Messung ein Magnetoenzyphalograph (MEG) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die technische Einrichtung ein Simulator einer anderen technischen Einrichtung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Mittel zur ereigniskorrelierten präzisen Lokalisation und ereigniskorrelierten Messung der Varianz der Gehirnaktivitäten eines Nutzers vorgesehen ist.

7. Verfahren zur Bestimmung des Einflusses einer technischen Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf einen Nutzer, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Einflusses eine präzise örtliche Lokalisation und Messung der zeitlichen Varianz von Aktivitäten im Gehirn des Nutzers während der Nutzung der Einrichtung durch Messung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage der präzisen Lokalisation von Aktivitäten im Gehirn des Nutzers diejenigen Bereiche identifiziert werden, welche durch die technische Einrichtung beeinflußt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die präzise Lokalisation und Messung der Varianz der Gehirnaktivitäten eines Nutzers ereigniskorreliert erfolgt.