Augmented Reality: Das Gehirn hinter der smarten Brille

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Intelligente Brillen, die die Realität erweitern, Informationen über die Umgebung einblenden und sogar bei Operationen Anwendung finden, sind schon länger nicht mehr der Science Fiction vorbehalten. Sie haben zumal auch das Potential, die Ausführung bestimmter Aufgaben geistig weniger anspruchsvoll zu machen. Doch vorher ist zu klären, welchen Einfluss diese Brillen auf das menschliche Gehirn haben.
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Intelligente Brillen, die die Realität erweitern, Informationen über die Umgebung einblenden und sogar bei Operationen Anwendung finden, sind schon länger nicht mehr der Science Fiction vorbehalten. Sie haben zumal auch das Potential, die Ausführung bestimmter Aufgaben geistig weniger anspruchsvoll zu machen. Doch vorher ist zu klären, welchen Einfluss diese Brillen auf das Gehirn haben.

Bevor diese smarte Brillen zum Alltag gehören, sollten die Entwickler einen Weg finden, um ihre Auswirkungen auf das Gehirn in alltäglichen Situationen zu überwachen. An der Drexel University haben Wissenschaftler ein tragbares System entwickelt, das genau das kann. Es basiert auf der funktionalen Nahinfrarot-Spektroskopie oder fNIRS, mit der sich die Hirnaktivität der Probanden messen lässt. Die möglichen Einsatzgebiete des Verfahrens im neurologischen Umfeld sind breit gestreut und reichen vom Training für Fluglotsen bis hin zu Untersuchungen über optimales Lernen. Wie Hasan Ayaz, PhD, Professor an der School of Biomedical Engineering, Science and Health Systems, ausführt, sei dies ein Trend namens Neuroergonomics. Es handle sich darum, dem Gehirn bei der Arbeit zuzusehen, –kognitive Neurowissenschaft plus menschliche Faktoren.

Feldstudien noch selten

Bislang fanden die meisten Studien mit fNIRS in Innenräumen statt. Obwohl die Teilnehmer sich mit dem System frei umherbewegen konnten, während sie beobachtet wurden, spielte sich das aber immer in den Grenzen des Labors ab. Eine Gruppe von biomedizinisch beschlagenen Ingenieuren hat nun in Zusammenarbeit mit Forschern an der George Mason University ihr tragbares fNIRS-System in die freie Wildbahn gebracht. In ihrer Untersuchung, publiziert in Frontiers in Human Neuroscience, haben die Forscher die Hirnaktivität der Teilnehmer erfolgreich messen können, während diese auf dem Campus unterwegs waren.

Brille belastet weniger als Smartphone

In der Versuchsanordnung galt es ein Teilnehmergruppe, die sich auf dem Campus mit der Google Glass bewegen musste, zu vergleichen mit einer anderen, die mit Google Maps auf dem iPhone navigieren sollte. Ziel war, die mentale Belastung (wie hart das Gehirn arbeiten muss) und das Bewusstsein von der Situation (Wahrnehmung von Elementen in der Umwelt) zu messen, um daraus zu erschließen, welches Gerät geistig weniger herausfordernd ist.

Alles in allem haben die Anwender von Google Glass ein besseres Bewusstsein von der Situation und weniger mentale Belastung als ihre Kollegen mit dem iPhone. Die Wissenschaftler haben andererseits jedoch festgestellt, dass die Google Glass-Anwender einer Art Tunnelblick zum Opfer fielen. Das heißt, sie fokussierten einen großen Teil der Aufmerksamkeit auf das Display, so dass sie andere Aspekte der Umgebung ignorierten. Ayaz sagt, dass man die Stärken und Schwächen beider Lösungen ermitteln konnte. Auf dieser Grundlage könne man ihr Design verbessern.

Benutzerfreundlichkeit von Augmented Reality-Systemen

fNIRS stellt eine Möglichkeit dar, die Sauerstoffkonzentration im präfrontalen Kortex zu erfassen, den Teil des Gehirns, der für komplexe Verhaltensweisen wie das Treffen von Entscheidungen, den kognitiven Ausdruck und die persönliche Entwicklung verantwortlich zeichnet. Vermehrte Aktivität verweist darauf, dass die entsprechende Person ein Anfänger in der ausgeführten Aktion ist und daher geistig härter arbeiten muss. Hat jemand eine Fähigkeit bereits erworben, wandert die Informationsverarbeitung in rückwärtige Bereiche des Gehirns.

In der Vergangenheit mussten Wissenschaftler auf sekundäre Aufgabenstellungen ausweichen, um die Benutzerfreundlichkeit von Augmented-Reality-Lösungen zu testen. Wenn eine Person etwa in einer Kartenanwendung navigierte, bekam sie Töne über Kopfhörer zugespielt, die sie später abrufen sollte. Waren die Antworten ungenau, hieß dass, das Gehirn musste härter arbeiten, um der primären Aufgabe, also der Navigation, die notwendige Aufmerksamkeit zu zollen.

HMDs noch nicht optimal

Vergleichsweise haben die Wissenschaftler ebenfalls sekundäre Aufgaben eingesetzt, um die mentale Belastung und das situative Bewusstsein zu ermitteln. Doch sie empfanden diese Aufgaben als aufdringlich und letztlich überflüssig. Die fNIRS-Lösung war in der Lage, die Hirnaktivität während der Aufgabe akkurat zu erfassen und die Unterschiede zwischen dem Handheld und dem tragbaren Display herauszustellen. Für die Head-Mounted-Displays ließen sich größere mentale Kapazitätsreserven während der Navigation im Raum feststellen, basierend auf dem Verhalten und den neurometabolischen Tatsachen. Einige der Vorteile dieser Geräte würden jedoch von den suboptimalen Displaysymbolen, die viel Aufmerksamkeit auf sich zögen, wieder aufgezehrt, so Ryan McKendrick, PhD und Hauptautor der Studie.

Weil die Forscher bei den Anwendern der Google Glass auf den kognitiven Tunnelblick während der Navigation gestoßen ist, regen sie nun an, dass zukünftige Untersuchungen andere Biomarker im Gehirn identifizieren, die diese „Blindheit“ gegenüber der Außenwelt widerspiegeln. Damit ließe sich das Display-Design für Navigation, Training und andere Aufgaben im großen Maßstab vorantreiben.

Bild: Der fNIR-Sensor wird am Kopf platziert  und scannt 16 Gehirnregionen. Die Wissenschaftler nutzen das Verfahren, um die Sauerstoffkonzentration im Gehirn zu messen, während der Proband kognitive Aufgaben bewältigt. CREDIT: Drexel University

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