Der Ereignishorizont der
Software-Ergonomie
Claus Neugebauer (LA)
Universität Kassel - Institut für Arbeitswissenschaft un...
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Die Evolution des UI
Virtuelle Realität
Definitionen
Augemented Reality
Mixed Reality
Immersion Flow
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Die Evolution des “User Interface”
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Direkte Manipulation Touchables/ Wearables
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Immersion
– “Immersion into virtual reality is a metaphoric use of the experience of submersion applied to representatio...
Flow
Exkurs: Arousal is a physiological and psychological state of
being awake or reactive to stimuli. It involves the act...
Gaming
●
Empirische Studie zu “game usability heuristics” (H. Desuvire & C. Wiberg 2009)
– Drei verschiedene Game-Genre, F...
Gaming
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Schritte in “Designing a Game” ( T. Fullerton 2008)
– Conceptualization 2. Prototyping 3. Digital Prototyping, 4....
CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)
Mehrseiten-Projektionssystem mit folgenden Komponenten:
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3 Seitenwände und eine...
Messung von Immersion / Presence
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Several approaches of measuring Immersion, most of them are questionnaire based in
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Wieviel Immersion ist genug? - Research in Progress
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Definitionen Display
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Augmented Reality - Definition und Konzepte
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“Unter erweiterter Realität (auch englisch augmented reality, kurz AR) verst...
Usability Engineering in Augmented Reality
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Hauptschritte Usability engineering für VR / AR (Gabbard & Swan 2008)
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Usability Engineering in Augmented Reality
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Kamera
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Augmented Reality - Google GlASS Funktionen
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Google Patente im Zusammengang mit Google Glass
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Life Logging /
Quantified Self
Quantified Self
Konzepte Beispiele
Übersicht
Anwendungen
Biofeedback
Biofeedback-
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Life Logging / QS – Definition und Konzepte
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“Lifelogging is the process of tracking personal data generated by our own b...
Verwandte Konzepte - Biofeedback
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“Mit dem Begriff Biofeedback (altgr. bios „Leben“ und engl. feedback „Rückmeldung“) wir...
Augmented
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Die Evolution des UI II
Definitionen
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Augmented Cognition in Training und
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Exoskeleton (IE)
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Differentielle Sensibilität Physilogischer Meßgrößen
D.A. Kobus et al. (2007)
Brain Computer
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Bio-Computational
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Ereigniskorrelierte
Potentiale SEP SSEP
"Neurophone"
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Bio-Computational Engine
Annahmen
●
Amplitudenmodulation ~ “Das ereignisskorrelierte
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Ereigniskorrelierte Potentiale
●
Ereignis vs. Reaktionsbezogene Potentiale
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Beispiel VEP (SEP) Komponenten
– P1 / N1 (100...
Einleitendes Beispiel – Das “Neurophone”
Schritt 1
Schritt 2
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Brain Computer Interface
●
“Ein Brain-Computer-Interface (BCI), ...ist eine spezielle Mensch-Maschine-Schnittstelle,
die o...
Brain Computer Interface – The digital body
●
Ausgangspunkt “The Rubber Hand Illusion” (vgl. Botvinick & Cohen, 1999)
– s....
Brain Computer Interface – Gegenwärtige und
zukünftige Anwendungsgebiete
●
BCIs for Assistive Technology
– Communication
●...
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Veranstaltungsreihe:” Software-ergonomische Herausforderungen in verteilten und virtuellen Systemen” Teil 2

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Seminar SS / WS 2014

Universität Kassel - Institut für Arbeitswissenschaft und Prozessmanagement FB Arbeits- und Organisationspsychologie

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Veranstaltungsreihe:” Software-ergonomische Herausforderungen in verteilten und virtuellen Systemen” Teil 2

  1. 1. Der Ereignishorizont der Software-Ergonomie Claus Neugebauer (LA) Universität Kassel - Institut für Arbeitswissenschaft und Prozessmanagement FG Arbeits- und Organisationspsychologie Titel Veranstaltungsreihe:” Software-ergonomische Herausforderungen in verteilten und virtuellen Systemen” Foliensatz 2
  2. 2. Virtual Reality Die Evolution des UI Virtuelle Realität Definitionen Augemented Reality Mixed Reality Immersion Flow Cognitiv Absoprtion Technology Adoption ("Acceptance") Model WoW Gaming CAVE "Elbe Dom" Immersion und Performanz Messung Immersion Genug Immersion? Simulator Sickness Stress bei Drohnenpiloten
  3. 3. Die Evolution des “User Interface” HH D CC WW I HH D CC WW HH CC WWD CC WWHH Direkte Manipulation Touchables/ Wearables VR / AR BCI AugmentedCognition
  4. 4. ● Immersion – “Immersion into virtual reality is a metaphoric use of the experience of submersion applied to representation, fiction or simulation. Immersion can also be defined as the state of consciousness where a "visitor" (Maurice Benayoun) or "immersant" (Char Davies)’s awareness of physical self is transformed by being surrounded in an engrossing environment; often artificial, used for describing partial or complete suspension of disbelief enabling action or reaction to stimulations encountered in a virtual or artistic environment.” (WIKIpedia, aufgerufen 2014) ● Dimensionen von Immersion – Tactile, strategic, narrative (E.W. Adams 2004) – Senso-motoric, cognitive, emotional and spatial (vgl. S. Björk & J. Holopainen 2004) – AIP Cube (Autonomy, Interaction, Presence) (vgl Zeltzer 1992) ● Mit Immersion verwandte Begriffe – Flow (Mihaly C. 1993) – Cognitive Absorption (vgl. Agarwal 2000) – Presence (vgl. Slater 1998), Presence ~ Eigenschaft des Benutzers, Immersion ~ Eigenschaft des technischen Systems Virtuelle Realität - Definitionen und Konzepte
  5. 5. Flow Exkurs: Arousal is a physiological and psychological state of being awake or reactive to stimuli. It involves the activation of the reticular activating system in the brain stem, the autonomic nervous system and the endocrine system, leading to increased heart rate and blood pressure and a condition of sensory alertness, mobility and readiness to respond. (WIKIpedia 2014) Dimension of Flow (Mihaly C. 2010f) – Clear goals and immediate feedback – Equilibrium between the level of challenge and personal skill – Merging of action and awareness – Focussed concentration – Sense of potential control – Loss of self-consciousness – Time distortion – Autotelic or self-rewarding experience Vgl Yerkes-Dodson Law (1908)
  6. 6. Gaming ● Empirische Studie zu “game usability heuristics” (H. Desuvire & C. Wiberg 2009) – Drei verschiedene Game-Genre, Fragebogenaktion, n=54, abhängige T-Tests ● Drei Kategorien mit jeweils 20 Unterkategorien – I. Kategorie “Game Play”: a. Enduring play,Challenge, Strategy and Pace, Consistency in Game World, Goals, Variety of Players and Game Styles, Players Perception of Control – II. Kategorie “Coolness/Entertainment/Humor/Emotional Immersion “: a. Emotional Connection, Coolness/Entertainment, Humor, Immersion – III. Kategorie: “Usability & Game Mechanics” : Documentation/Tutorial, Status and Score, Game Provides Feedback, Terminology, Burden On Player, Screen Layout, Navigation, Error Prevention, Game Story Immersion
  7. 7. Gaming ● Schritte in “Designing a Game” ( T. Fullerton 2008) – Conceptualization 2. Prototyping 3. Digital Prototyping, 4. Playtesting, 5. Functionality, Completeness, and Balance, 6. Fun and Accessability ● “Playtesting is the single most important activity adesigner engages in, and ironically, it is often the one designers understand the least about.” (p. 267 ebd.)
  8. 8. CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) Mehrseiten-Projektionssystem mit folgenden Komponenten: ● 3 Seitenwände und eine Bodenprojektion mit je 2,3 Metern Kantenlänge ● Stereoskopische Darstellung ● Trackingsystem ● Seitenwände können aufgeklappt werden Anwendungsgebiete ● Schnelle Design-Reviews kleinerer Inhalte, wie Maschinen, Innenarchitektur oder Montageabläufen ● Individuelles Arbeitsinstrument für kleinere Personengruppen.
  9. 9. Messung von Immersion / Presence ● Several approaches of measuring Immersion, most of them are questionnaire based in regards to measuring presence – The „presence“ questionnaire from Witmer, B.G und Singer M.J. 1998 (Measuring Presence in Virtual Environments: A Presence Questionnaire) is the most often used or adapted – One of the rare methodological studies from Usoh, M. 2000, comparing presence questionnaires (incl. The Witmer and Singer questionnaire) ● Typical usage of questionnaire in studies are ● Measuring and defining the experience of immersion in games (Jennett C. et al. 2008) ● The effects of immersion on visual attention and detection of signals performance for virtual reality training systems (Shiau-Feng Lin et at 2011) ● A study of the effects of virtual reality on the retention of training (Jacquet, C.R. 1993)
  10. 10. Wieviel Immersion ist genug? - Research in Progress ● “A common assumption guiding research in virtual environments is that increased immersion (i.e. technological affordances) permits improvements in performance or engagement, with this effect mediated through user experience of 'presence'.” (J.J. Cummings et al. 2012) ● Prinzipiell sollte gelten “...that a system is more likely to be immersive – or to shut out physical reality – if it (1) offers high fidelity simulations through multiple sensory modalities,” J.J. Cummings et al ebd.) ● Meta-Analyse bestehender Literatur – Studien mit positiver Beziehung zwischen immersion und verschiedneen performance Maßen, z.B. search ability (Pausch, Proffitt, & Williams, 1997), recall (Lin, Duh,Parker, Abi-Rached, & Furness, 2002), und spatial judgments (Slater, Linakis, Usoh, & Kooper, 1996). – Studien mit geringer oder keiner postivien Beziehung zwischen immersion und performance(e.g., Narayan et al., 2005; McMahan, Gorton, Gresock, McConnell, & Bowman, 2006; Polys, Kim & Bowman, 2006). ● Bowman and McMahan (2007) - “...multiple “immersion component” technologies independently influence a variety of potential “immersion elemenis,” including presence, which in turn independently influence application effectiveness and performance.” ● Variablen – Tracking level., Stereoskopic vision, Image quality, Field of View (FOV), sound quality, display type, update rate, user perspective, overall high/low
  11. 11. Stress bei Drohnenpiloten ● Studie von 2011 klagten 48% von 840 Drohnenpiloten (Global Hawk Drones) über “High operational stress” ● Studie des Armed Forces Surviellance Center (zitiert nach NY Times 23,02.2013) – 1300 Drohnen weltweit m Einsatz. 2015 mehr Drohnenpiloten als Kampfpiloten – Drohnenpiloten haben die gleiche Häufigkeit von psychischen Problem wie Kampfpiloten in Irak und Afganistan u.U. Sogar höher (teilweise unklare Befundlage). Dazu gehören Depressionen, Angsterkrankungen und PTSD – Gründe gemäß der Studie ● Traumatisierende Bilder von Gewalt und Tod über Video ● Isoliertes Arbeiten in unregelmäßigem (“flexible”) Schichtsystem ● Pilotenmangel
  12. 12. Augmented Reality Definitionen Display Taxonomie Usability Engineering in AR HCI Prinzipien Google Glass Funktionen Interaktion und Usability UI Patterns Zukünfitige Entwicklung ARVIKA
  13. 13. Augmented Reality - Definition und Konzepte ● “Unter erweiterter Realität (auch englisch augmented reality, kurz AR) versteht man die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung.” (Wikipedia, aufgerufen 2014) ● R.J. Azuma (1997) “...VAR as systems that have the following three characteristics – Combines real and virtual – Interactive in real time – Registered in 3-D” ● Perspektiven auf AR – AR als Gegenstand der Software-Ergonomie – Software-ergonomisches Hilfsmittel (“tools”) – AR im Einsatz in der Psychologie
  14. 14. Usability Engineering in Augmented Reality ● Hauptschritte Usability engineering für VR / AR (Gabbard & Swan 2008) – User task analysis – Expert guidelines-based evaluation – Formative user-centered evaluation – Summative comparative evaluations – “While similar methodologies have been applied to traditional (GUI-based) computer systems, this methodology is novel because we specifically designed it for and applied it to VEs, and it leverages a set of heuristic guidelines specifically designed for Ves.” M. Billinghurst et al. 2013
  15. 15. Usability Engineering in Augmented Reality ● HCI Prinzipien für AR (Billingshurst et al. 2007) – Affordance ● The concept of affordance [13, 28] suggests that there is an inherent connection between a user interface and its functional and physical properties. – Reducing cognitive overhead – Low physical effort – Learnability – User satisfaction – Flexibility in use – Responsiveness and feedback – Error tolerance ● “....Swan and Gabbard [2008] analysed 266 AR related publications from 1998-2004 and found that only 38 of those (14%) addressed some aspect of HCI, while just 21 had any formal user-based experiments...” (Billinghurst et al. , ebd, vgl Product life cycle!)
  16. 16. Augmented Reality - Google GlASS Kamera Touch Pad Projektor Prisma (Display) Batterie CPU Laut- sprecher
  17. 17. Augmented Reality - Google GlASS Funktionen ● Funktionen (heute 2013) – Uhr – Kamera (sprachgesteuert) – Video (sprachgesteuert) – Echtzeit sharing – Navigation – Instant messaging – Augemented reality – Translation (von Sprache) – Predictive ssistenance (“context aware”) ● Design Principles – Dont get in the way – Keep it relevant – Avoid the Unexpected – Build for people (“Fire and forget”)
  18. 18. Augmented Reality - Google GLASS Usability Interface – Timeline (“The timeline controls most of the user experience. ...virtual timeline that is comprised of 640 × 360 pixel cards”) – Live Cards – Static Cards – Immersions – Menus – Input
  19. 19. Augmented Reality - Google GLASS Zukunft ● Google Patente im Zusammengang mit Google Glass – “In accordance with example embodiments, hand gestures can be used to provide user input to a wearable computing device, and in particular to identify, signify, or otherwise indicate what may be considered or classified as important or worthy of attention or notice. A wearable computing device, which could include a head-mounted display (HMD) and a video camera, may recognize known hand gestures and carry out particular actions in response. Particular hand gestures could be used for selecting portions of a field of view of the HMD, and generating images from the selected portions. The HMD could then transmit the generated images to one or more applications in a network server communicatively connected with the HMD, including a server or server system hosting a social networking service.” (Patent Abstract, 15.10 2013) ● “Pinch to zoom” ● “Crop” ● “Heart shaped” gestures – Like – Save – Share
  20. 20. Life Logging / Quantified Self Quantified Self Konzepte Beispiele Übersicht Anwendungen Biofeedback Biofeedback- Anwendungen
  21. 21. Life Logging / QS – Definition und Konzepte ● “Lifelogging is the process of tracking personal data generated by our own behavioral activities. ... Lifelogging tracks personal activity data like exercising, sleeping, and eating. ...The Quantified Self movement takes the aspect of simply tracking the raw data to try and draw correlations and ways to improve our lives from it.” ( http://lifestreamblog.com/lifelogging/ aufgerufen 2014) ● “The Quantified Self is an international collaboration of users and makers of self-tracking tools.” (http://quantifiedself.com/about/ aufgerufen 2014) ● Beispiele – Fitbit(Schrittzähler, Entfernung, Kalorienverbrauch, Schlafdauer und- Qualität) – Withings Pulse (& Herzratenmonitor) – Strava (Radfahren und Wandern) – The Trace (skate-, snow- oder sufrboard – Geschwindigkeit, Entfernung, Sprundhöhe, Kalorienverbrauch und mehr) – Monthly cycles, MyCycles, iPeriod oder auch Spreadsheets – http://www.getsaga.com/
  22. 22. Verwandte Konzepte - Biofeedback ● “Mit dem Begriff Biofeedback (altgr. bios „Leben“ und engl. feedback „Rückmeldung“) wird eine Methodeβίος bezeichnet, bei der Veränderungen von Zustandsgrößen biologischer Vorgänge, die der unmittelbaren Sinneswahrnehmung nicht zugänglich sind, mit technischen (oft elektronischen) Hilfsmitteln beobachtbar, d. h. dem eigenen Bewusstsein zugänglich gemacht werden.” (WIKIPEDIA, aufgerufen 2014) (vgl. Auch Neurofeedback) ● Anwendungsgebiete (N. Birbaumer et al. Edts, 2011) – Chronische Rückenschmerzen, – Spannungskopfschmerzen und Migräne, – essentielle Hypertonie – Somatoforme Störungen – Angststörungen – Tinnitus – Inkontinenz und Obstipation – Asthma bronchiale – Lähmungen – ADHS – Epilepsien – Schlafstörungen – Lock-in Syndrom
  23. 23. Augmented Cognition Die Evolution des UI II Definitionen Forschungsschwerpun kte Augmented Cognition in Training und Ausbildung Information Exoskeleton Maße und Indikatoren Meßgenauigkeit
  24. 24. HH Die Evolution des “User Interface” SS CC D CC WWHH Life Logging AR + D CC WWHH SS Augmented Cognition (“closed loop system”)
  25. 25. Augmented Cognition Forschungsschwerpunkte ● Hauptschwerpunkte des Augmented Cognition Forschungsgebiets (vgl. D.D. Schmorrow, Foundations of Augmented Cognition. 2013) – Augmented Cognition in Training and Education* – Team Cognition – Cognitive Load, Stress and Fatigue* – Brain Activity Measurement – Understanding and Modeling Cognition ● Augmented Cognition is stark durch den militärischen Bereich getrieben, teilweise DARPA finanziert
  26. 26. Augmented Cognition in Training und Ausbildung (2 /2 ) ● Beispiel “Bio-reckoning: Perceptual User Interface Design for Military Training” (T. Griffith et al. 2013) ● BRI – Bio-Reckoning Interface – Brain-computer Interface Techniques – Eye-Tracking – Face recognition ● Beispiel für erste Ansätze “Enhanced Dynamic Geo-Social Environment (EDGE)” – “EDGE is a government owned architecture designed using AMSAA approved standards (e.g., OneSAF) to provide highly accurate virtual simulations of military operational environments utilizing state-of-the-art Multiplayer Online Gaming Bio-reckoning: Perceptual User Interface Design for Military Training 37 (MOG) technologies.”
  27. 27. Augmented Cognition - Information Exoskeleton (IE) Beispiel “The Information Exoskeleton: Augmenting Human Interaction with Information Systems” (J.P. Allen 2013)
  28. 28. Differentielle Sensibilität Physilogischer Meßgrößen D.A. Kobus et al. (2007)
  29. 29. Brain Computer Interface (BCI) Bio-Computational Engine II Ereigniskorrelierte Potentiale SEP SSEP "Neurophone" Definition und Aufbau BCI "rubber hand" Digital body "The Ultimate Interface" Aufgaben eines BCI usability engineers BCI illiteracy Anwendungsgebiete BCI
  30. 30. Bio-Computational Engine Annahmen ● Amplitudenmodulation ~ “Das ereignisskorrelierte Potential ist also darauf zurückzuführen, dass elektrische Generatoren in einer zeitlich festgelegten Reihenfolge an- und ausgeschaltet werden und somit positive oder negative Gipfel hervorbringen” ● Phasenmodulation ~ “Phasensynchronisation verschiedener Rhythmen zustande kommt, die durch das Ereignis ausgelöst wird.... lässt sie (sich” durch Mittelung nicht eliminieren...”
  31. 31. Ereigniskorrelierte Potentiale ● Ereignis vs. Reaktionsbezogene Potentiale ● Beispiel VEP (SEP) Komponenten – P1 / N1 (100ms) ● P1 ~Aufmerksamkeitsreaktion ● N1 Genauere Erfassung des Stimulus – PN (“Processing Negativity”) – MMN (“Mismatch Negativity”) nur bei akustschen Reizen) ● “.... tritt sie nur auf Reize auf, die in irgendeiner Form vom erwarteten physikalischen Kontext abweichen, und zwar auch dann, wenn diese Reize nicht beachtet werden” – P3 – Maß für Dauer für Reizanalyse und Bewertung ● Die Amplitude der P3 variiert mit der Häufigkeit des seltenen Reizes, je seltener, desto größer. Sie ist unabhängig von der Modalität – P3a – Orientierungsreaktion ● “unbekannter Reiz (der) atomatisch Aufmerksamkeit auf sich zieht...” – N400 - “...assoziiert mit einer enttäuschten Erwartung, die auf semantischem Priming beruht.” ● “...Amplitude ist abhängig davon wie gut bzw. schlecht das Wort in den gegebenen Kontext passt, je geringer der Zusammenhang, desto größer die N400.”
  32. 32. Einleitendes Beispiel – Das “Neurophone” Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4
  33. 33. Brain Computer Interface ● “Ein Brain-Computer-Interface (BCI), ...ist eine spezielle Mensch-Maschine-Schnittstelle, die ohne Aktivierung des peripheren Nervensystems, wie z. B. die Nutzung der Extremitäten, eine Verbindung zwischen dem Gehirn und einem Computer ermöglicht.” (Wikipedia, aufgerufen 2014) ● Der grundsätzliche Aufbau eines BCI's enthält (M. Slater et al 2010) 1. Preprozessor (artifact reduction electrooculogram (EOG) and electromyogram (EMG)), application of signal processing methods, i.e., low-pass or high-pass filters, methods to remove the influence of the line frequency, and, in the case of multi-channel data, the use of spatial filters (bipolar, Laplacian, common average reference) 2. Musteranalyse (“featue extraction”) (“...find a suitable representation (signal features) of the electrophysiological data that simplifies the subsequent classification or detection of specific brain patterns” ) 3. Klassifikation 4. Signalnehmer 5. Applikations Interface
  34. 34. Brain Computer Interface – The digital body ● Ausgangspunkt “The Rubber Hand Illusion” (vgl. Botvinick & Cohen, 1999) – s.a. body-ownership, multi-sensory integration, Neuroplastizität ● Towards a digital body: the virtual arm illusion (M. Slater et al. 2008) – “In this study we show that the illusion can be produced within an immersive virtual environment (VE), and provide subjective, behavioural and physiological evidence for this.” – Versuchsaufbau ● (AV=EMG, Fragebogen) ● Synchron vs asynchron ● Die “rubber hand illusion” kann in einem VE nachgestellt werden, mit einem virtuellen Ball (!) – Hoher (loglinearer) korrelativer Zusammenhang zwischen EMG Maßen und Fragenbogen bei Synchronität – Kein Zusammenhang in der asynchronen Bedingung. Signifikanter Unterschied in den Fragebogenergebnissen ziwschen den Bedingungen – Vergleichbare Unterschiede für den “propriocentive drift”
  35. 35. Brain Computer Interface – Gegenwärtige und zukünftige Anwendungsgebiete ● BCIs for Assistive Technology – Communication ● Yes/No Communication ● Spellers ● Web Browsers – Environmental Control – Mobility ● Wheelchair Control ● Robotics ● BCIs for Recreation – Games – Virtual Reality – Creative Expression ● Music ● Visual Art ● BCIs for Cognitive Diagnostics and Augmented Cognition – Coma Detection – Meditation Training – Computational User Experience – Visual Image Classification – Attention Monitoring ● Rehabilitation and Prosthetics

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