Aktuelle Forschung

Aktuelle Forschung

Bewegungswahrnehmung & Simulation

Bewegungswahrnehmung ist grundlegend für das menschliche Verhalten. Sie erlaubt es sich in der Natur zu orientieren und mit der Welt zu interagieren. Das Ziel unser Forschung ist ein besseres Verständnis der Wahrnehmungs- und Kognitionsprozesse beim Laufen, Fahren oder Fliegen zu erzielen.

Dazu verfolgen wir einen integrativen Ansatz: Wir betreiben Grundlagenforschung, die beschreiben soll, wie das Gehirn multisensorische Reize verarbeitet, um zu einheitlichen bewussten Erfahrungen zu gelangen. Zudem betreiben wir angewandte Forschung zur Entwicklung modernster Simulationstechnologien. Diese beiden Ansätze bauen aufeinander auf: Je detaillierter unser Wissen über die Mechanismen, der Wahrnehmung, desto besser wissen wir, wie man realitätsnahe Simulationen generiert. Je realistischer widerum unsere Simulationen sind, desto fortschrittlicher kann die Forschung zur Bewegungswahrnehmung sein.

In unseren Experimenten entwickeln und verwenden wir Geräte, die uns ein Höchstmaß an Kontrolle über die Reize geben, die die Teilnehmer erleben. In mehr als 25 Jahren Forschung an unserem Institut hat dies zu einzigartigen Bewegungssimulatoren geführt: dem CyberMotion-Simulator (CMS) und dem CableRobot-Simulator (CRS); Simulatoren, die es uns ermöglichen, Beschleunigungsreize, visueller, auditiver und taktiler Art unabhängig voneinander zu manipulieren. Diese Simulatoren sind dynamische Bewegungsplattformen mit Kabinen, die physisch bewegt werden können. Sie verfügen über einen großen Bewegungsspielraum und ermöglichen uns, unterschiedlichste Bewegungsprofile nachzubilden - von einfachen Linear- oder Drehbewegungen bis hin zu Formel-1-Rennwagenfahrten oder Hubschrauberflügen. Wir nutzen die Bewegungsplattformen in Verbindung mit Visualisierungstools wie Großbildstereoprojektoren oder Head-Mounted-Displays mit Bewegungskompensation, um synchron zur Bewegung eine hochrealistische visuelle Stimulation auf diesen Bewegungsplattformen zu erreichen.

Von der Grundlagenforschung zur angewandten Forschung

Unsere Grundlagenforschung untersucht sowohl die Low-Level-Prozesse der ein- und multisensorischen visuellen/inertialen Bewegungswahrnehmung als auch die abstrakten Darstellungen von Selbstbewegung, einschließlich der bewussten Erfahrung und der darauffolgenden kognitiven Reaktion. Diese grundlegende Forschung ermöglicht es uns, den Zusammenhang zwischen tatsächlicher und wahrgenommener Bewegung zu beschreiben während wir durch einen anderen Forschungsansatz beispielsweise die Ursachen der Reisekrankheit (Motion Sickness) besser verstehen können.

In unserer Grundlagenforschung zur Bewegungswahrnehmung bestimmen wir, wie unser Gehirn Bewegungsreize verarbeitet. Wir messen die Wahrnehmung als Reaktion auf Reize; wir formulieren Algorithmen zur Beschreibung der Daten und wir bestimmen, wie und wo diese Algorithmen im Gehirn implementiert werden können. Um die Wahrnehmung zu quantifizieren, kombinieren wir Methoden, die spezifische Informationen liefern: Direkte, aber subjektive Wahrnehmungsmessungen können mit sogenannten psychophysischen Methoden gewonnen werden, bei denen die Teilnehmer über (relative) Eigenschaften von Reizen urteilen. Beispiele dafür sind:

  • Forced-Choice-Aufgaben: Hier bestimmen wir, wie gut Testpersonen zwischen Reizen unterscheiden können.
  • Magnitude-Estimation-Aufgaben:  Hier liefern Testpersonen subjektive Schätzungen eines Reizattributs.
  • Methode der Anpassung: Hier reproduzieren die Testpersonen Reize .

Indirekte, aber objektive Wahrnehmungsmessungen können aus physiologischen Messungen gewonnen werden (beispielsweise per Eye-Tracker). Um festzustellen, wo im Gehirn bestimmte Prozesse ablaufen, können wir die elektrische Aktivität in der Hirnrinde messen, Neuroimaging mit Elektroenzephalographie (EEG) durchführen oder hämodynamische Aktivität (d.h. Blutfluss) mit funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie bestimmen.

In unserer High-Level-Forschung versuchen wir, Konsequenzen unserer Wahrnehmung für komplexe Szenarien mit Bezug zum Alltag (ökologischer Validität) zu ermitteln. Dazu gehören beispielsweise Gleichgewichtsstörungen und Reisekrankheit (motion sickness). Als Reize benutzen wir virtuelle Fahr- und Flugszenarien. Zudem können wir Aufzeichnungen von tatsächlichen Autofahrten und Hubschrauberflügen auf den Bewegungsplattformen abspielen. Für die Datenerhebung in diesen Experimenten wurden Fragebögen durch Magnitude-Estimation-Methoden ergänzt und auch neue  Methoden entwickelt (z.B. "Continuous Rating").

Unsere angewandte Forschung an Simulationstechnologien zielt darauf ab, möglichst realitätsnahe Simulationen zu entwickeln. Besser gesagt, streben wir hochpräzise und ökologisch valide Simulationen an. Zu diesem Zweck arbeiten wir an der Schaffung fotorealistischer, visueller Umgebungen, die wir in unseren Experimenten nutzen können. Wir erforschen Möglichkeiten, die Fähigkeiten eines Bewegungssimulators optimal zu nutzen. Zudem untersuchen wir, wie neue Technologien genutzt werden können, um die Darstellung der Simulation weiter zu verbessern, beispielsweise durch aktive Simulatorsitze (VI-grade GmbH).

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