Surgery requires a high level of concentration in stressful situations. In addition, the presence of many sounds in the operating theatre (OR) causes cognitive demand for the staff. This dissertation uses electroencephalography (EEG) measurements to record the neuronal response to such sounds. Study I demonstrated that EEG signals remain valid during the performance of complex tasks and in the presence of complex soundscapes. Study II investigated how cognitive demands during simulated surgical tasks influence the processing of background sounds. Although subjects perceived more distraction at high demand, surgical performance and EEG data remained unchanged. Study III demonstrated that irrelevant speech is perceived as more distracting and is processed less during periods of high surgical task demand. Our results shed light on how surgical soundscapes are perceived and processed in demanding situations, demonstrate the potential of EEG as a tool for investigating the impact of distractions in environments such as the operating theatre (OR), and offer insights into strategies for managing auditory distractions in this setting.
Die Chirurgie erfordert eine hohe Konzentration unter Stress. Im Operationssaal (OP) wirken zudem viele Geräusche auf das Personal ein, was zu einer kognitiven Belastung führt. In dieser Dissertation wurden Elektroenzephalographie (EEG)-Messungen genutzt, um die neuronale Reaktion auf diese Geräusche zu erfassen. Studie I zeigte, dass die EEG-Signale auch unter Aufgabenbelastung valide bleiben. Studie II untersuchte den Einfluss kognitiver Anforderungen während simulierter chirurgischer Aufgaben auf die Verarbeitung der Geräuschkulisse. Obwohl subjektiv mehr Ablenkung bei höherer Belastung empfunden wurde, blieben chirurgische Leistung und EEG-Daten unverändert. Studie III zeigte, dass irrelevante Sprache subjektiv als belastend empfunden wird und bei hoher chirurgischer Aufgabenanforderung weniger stark verarbeitet wird. Unsere Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie OP-Geräuschkulissen wahrgenommen und verarbeitet werden, unterstreichen das Potenzial des EEG als Instrument zur Untersuchung der Auswirkungen von Ablenkungen in Umgebungen wie dem OP und geben Aufschluss über Strategien zur Bewältigung auditiver Ablenkungen.
Christoph S Herrmann; Martin Fränzle; Edmund Wascher
Oldenburg
xi, 99 Seiten Illustrationen, Diagramme.
Dissertation Universität Oldenburg 2025
Hochschulschrift
This thesis investigates neurophysiological correlates of human acceptance of autonomous vehicle (AV) behavior, particularly in time-critical and ambiguous traffic situations. We explored whether event-related potentials (ERPs) could serve as an unobtrusive measure of individual acceptance. Two experiments were conducted to assess ERP responses to AV behavior that was either congruent or incongruent with participants’ expectations. Study I, using images of moral dilemmas involving AVs, found increased ERPs (P3 & LPP) when the AV’s decision was incongruent with the participants’ judgment. Study II, using videos of a simulated AV executing traffic maneuvers, revealed an increased ERP (N2) for incongruent trials. These findings align with previous research suggesting that N2 and P3 components are linked to significant unexpected system behavior. Yet, inconsistencies across studies highlight the complexity of neurophysiological responses in human-AV interaction, especially in ambiguous traffic situations. Thus, with further research ERP-based measures could contribute to real-time assessment of critical or unacceptable AV behavior.
Diese Arbeit untersucht neurophysiologische Korrelate menschlicher Akzeptanz des Verhaltens autonomer Fahrzeuge (AV) in zeitkritischen, ambiguen Verkehrssituationen. Wir haben untersucht, ob ereignisbezogene Potenziale (EKPs) als unaufdringliches Maß für die individuelle Akzeptanz dienen können. In zwei Experimenten wurden ERPs zum Verhalten von AVs, das entweder mit den Erwartungen der Teilnehmer übereinstimmte oder nicht übereinstimmte, untersucht. Studie I, in der Bilder von moralischen Dilemmata mit AVs verwendet wurden, ergab erhöhte EKPs (P3 & LPP), wenn die Entscheidung des AVs inkongruent war. Studie II, in der Videos simulierten Verkehrs mit AVs verwendet wurden, ergab ein erhöhtes EKP (N2) für inkongruente Versuche. Übereinstimmend mit früher Forschung deutet das darauf hin, dass N2 und P3 mit signifikantem unerwartetem Systemverhalten zusammenhängen. Die Unstimmigkeit zwischen den Studien zeigt die neurophysiologische Komplexität bei der Interaktion zwischen Mensch und AV in ambiguen Verkehrssituationen. EKP-basierte Maße könnten mit weiterer Forschung zur Echtzeitanalyse von kritischem AV-Verhalten beitragen.
von Kyra Kannen ; Johanna Rasbach ; Amin Fantazi ; Annika Wiebe ; Benjamin Selaskowski ; Laura Asche ; Behrem Aslan ; Silke Lux ; Christoph S. Herrmann ; Alexandra Philipsen ; Niclas Braun
Andreas Hein; Christoph S Herrmann; Daniel Strüber
Oldenburg: BIS der Universität Oldenburg
1 Online-Ressource.
Dissertation Universität Oldenburg 2024
Hochschulschrift
Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a non-invasive method of modulating brain oscillations that can lead to changes in behavior and performance. Because tACS is relatively easy to apply, tACS has great potential in application-oriented contexts. Three studies are presented here: The first study shows that tACS improves reaction times in a vigilance experiment. The second study repeats the first study with older subjects. The third study examines the effect of the stimulation protocol during a monotonous car ride in a driving simulator. Although a decrease in vigilance was observed in the second and third study, no influence of the stimulation protocol could be demonstrated. Due to the high variability in the characteristics of the older subjects and in the driving behavior, it remains unclear whether the stimulation had no effect or whether the effect was too small. The results are discussed and recommendations for further research are given.
Transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) ist eine nicht-invasive Methode zur Modulation der Hirn-Oszillationen, die zu Verhaltens- und Leistungsänderungen führen kann. Da tACS relativ einfach anzuwenden ist, hat tACS ein großes Potenzial in anwendungsorientierten Kontexten. Hier werden drei Studien vorgestellt: Die erste Studie zeigt, dass tACS die Reaktionszeiten in einem Vigilanz-Experiment verbessert. Die zweite wiederholt die erste mit älteren Probanden. Die dritte untersucht die Wirkung des Stimulationsprotokolls während einer monotonen Autofahrt in einem Fahrsimulator. Obwohl in der zweiten und dritten Studie eine Abnahme der Vigilanz beobachtet wurde, konnte kein Einfluss des Stimulationsprotokolls nachgewiesen werden. Aufgrund der hohen Variabilität der Merkmale der älteren Probanden und des Fahrverhaltens bleibt unklar, ob die Stimulation keinen Effekt hatte oder ob der Effekt zu gering war. Die Ergebnisse werden diskutiert und Empfehlungen für weitere Forschung gegeben.
