Neurowissenschaften am Steuer
Mehul Nayak
28.04.2022
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Geschrieben von Dr. Nikolas Williams, EMOTIV Forschungswissenschaftler.
Vor mehreren Monaten bin ich nach acht Jahren im Ausland wieder in die USA zurückgezogen. Ein Teil des Neustarts war der Kauf aller Dinge, die man fürs Leben benötigt. Neben einer Couch, einem Bett und einem Esstisch brauchte ich natürlich ein Auto. Da ich mich als finanziell versierten Menschen betrachte, suchte ich ausschließlich nach älteren, kostengünstigen Modellen, wurde jedoch schnell von den überteuerten Preisen und dem knappen Angebot demoralisiert. Der Gebrauchtwagenmarkt von 2021 hat mich effektiv dazu gedrängt, ein neues Auto zu kaufen, was ich letztendlich auch tat. Mein Bedauern über die Verletzung grundlegender Grundsätze der privaten Finanzen wurde schnell durch ungebremste Begeisterung für den Komfort und die Funktionen ersetzt, die mit meinem brandneuen Toyota SUV einhergingen.
Besonders beeindruckt war ich von den autonomen Fahrfunktionen, von denen ich bis zu diesem Zeitpunkt nur gelesen hatte. Die unterstützte Lenkung und der vorausschauende Radar machten lange Fahrten zu einem Kinderspiel. Ich musste nur meine Augen auf der Straße und eine Hand am Lenkrad halten, und mein Auto fuhr quasi von selbst. Wenn man die Kollisionsvermeidung, die Überwachung des toten Winkels und die rückwärts gerichteten Kameras mit einem Warnsystem hinzunimmt, um sicherzustellen, dass ich niemanden überfahre, der hinter mir läuft, war dieses neue Auto objektiv um Größenordnungen sicherer als die älteren Modelle, die ich im besten Teil des letzten Jahrzehnts gefahren bin.
Autos fahren natürlich noch nicht selbst. Obwohl sie praktische autonome und Sicherheitsfunktionen haben, erfordern Autos weiterhin die Aufsicht der Fahrer und, wenn nötig, ein Eingreifen. Wir sind noch weit davon entfernt, den menschlichen Faktor aus dem Fahren zu entfernen, und es ist dieser Faktor, der überwiegend für Auto-Unfälle und Todesfälle verantwortlich ist. Menschen machen Fehler am Steuer. Ob sie entscheiden, dass es eine gute Idee ist, ein Fahrzeug nach dem Trinken zu fahren, dass Geschwindigkeitsübertretungen Spaß machen, oder dass sie sich gerade noch ein paar mehr Kilometer abmühen müssen, bevor sie anhalten, um sich auszuruhen, Menschen verursachen viele vermeidbare Autounfälle.
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Nach Angaben der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA gab es 2019 36.096 Verkehrstote durch motorisierte Fahrzeuge. Für 2020 wird geschätzt, dass die Todesfälle über 38.000 liegen [1]. Ein großer Prozentsatz dieser Unfälle ist auf riskantes Fahren zurückzuführen und damit vermeidbar. Die NHTSA hat sechs Arten von riskantem Fahren identifiziert: Geschwindigkeitsübertretungen, betrunkenes und drogenbeeinträchtigtes Fahren, das Nichtbenutzen (oder unsachgemäße Benutzen) von Sicherheitsgurten, abgelenktes Fahren und müdes Fahren. Da zwei Drittel aller Verkehrstoten auf Geschwindigkeitsübertretungen und beeinträchtigtes Fahren zurückzuführen sind, richten sich viele Interventionskampagnen zu Recht darauf, diese Risiken zu adressieren. Allerdings führen abgelenktes und müdes Fahren ebenfalls zu einer nicht unerheblichen Zahl an Todesfällen, mit 3.142 ablenkungsbedingten Todesfällen und 697 todesfällen durch Müdigkeit im Jahr 2019 [2].
Neuroscience zur Messung der Aufmerksamkeit im Labor
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Einsatz von Neurowissenschaften zur Messung der Aufmerksamkeit im Labor.
Neurowissenschaftler verwenden verschiedene Methoden zur Messung von Aufmerksamkeit im Labor. Eine dieser Methoden nutzt die Tatsache, dass unser Gehirn winzige Mengen an Elektrizität freisetzt, wenn seine Neuronen feuern. Mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) können wir die Schwankungen dieser Elektrizität messen, um zu verstehen, wann und wo das Gehirn aktiv ist. Die Geschwindigkeit oder Frequenz, mit der diese Schwankungen auftreten, wird als Oszillationen bezeichnet, oder häufiger als Gehirnwellen. Die Frequenz der Gehirnwellen kann Einblicke in mentale Zustände oder Prozesse geben.
Zum Beispiel sind Gehirnwellen, die 14 bis 30 Mal pro Sekunde (oder 14 - 30 Hz) oszillieren, als Betawellen bekannt und werden mit hohen Engagementgraden in Verbindung gebracht. Oszillationen im Bereich von 8 - 13 Hz sind als Alphawellen bekannt und treten normalerweise während Perioden der Entspannung oder passiven Aufmerksamkeit auf. Zum Beispiel würde man häufig Alphawellen sehen, wenn eine Person meditiert. Thetawellen sind Oszillationen zwischen 4 und 7 Hz und sind erkennbar, wenn eine Person tief entspannt oder schläfrig ist. Die langsamsten Wellen sind Delta-Wellen (1 - 4 Hz), die auftreten, wenn eine Person tief schläft.
Siehe dazugehörigen Beitrag Der Einführungsleitfaden zu EEG
Im Labor können Wissenschaftler das Timing, die Größe und die Frequenz der Gehirnwellen messen, um zu bestimmen, wie engagiert oder nicht engagiert der Geist einer Person während Aufgaben ist. Beispielsweise zeigt ein EEG eine sehr spezifische Reaktion namens P300, die eine große Amplitudenwelle darstellt, die etwa 300 ms nach dem Auftreten des Objekts auftritt, wenn eine Person etwas sieht oder hört, auf das sie gewartet hat [3]. Ebenso kann eine Abnahme der Alpha-Oszillation anzeigen, dass jemand aufmerksam auf etwas achtet [4]. Müdigkeit erzeugt ebenfalls nachweisbare EEG-Unterschriften durch Veränderungen in Delta-, Theta- und Alpha-Oszillationen [5].
Wie können wir die Aufmerksamkeit in einem Auto messen?
In einem Fahrzeug können wir Aufmerksamkeit und Müdigkeit mithilfe von Verhaltensmethoden messen. Zum Beispiel könnten Kameras die Augen der Fahrer verfolgen, um sicherzustellen, dass sie auf die Straße schauen. Ebenso könnten Kameras erkennen, wann die Köpfe der Fahrer zu nicken beginnen, was darauf hindeutet, dass sie müde sind. Allerdings bedeutet nur, dass eine Person auf die Straße schaut oder ihr Kopf nicht hängt, nicht, dass sie aufmerksam ist oder nicht ermüdet. EEG kann die Erkennung dieser gefährlichen Zustände ergänzen. Sie könnten sogar in der Lage sein, sie vorherzusagen, bevor sie verhaltensmäßig erkennbar sind.
Neurowissenschaft im Fahrersitz - EEG kann die Erkennung dieser gefährlichen Zustände ergänzen. Sie könnten sogar in der Lage sein, sie vorherzusagen, bevor sie verhaltensmäßig erkennbar sind.
Im Jahr 2020 führten Forscher eine systematische Überprüfung von Studien durch, die kommerziell erhältliche EEG-Headsets zur Erkennung von Müdigkeit in Echtzeit verwendeten [6]. Sie berichteten, dass das am häufigsten verwendete Headset in diesen Studien von EMOTIV hergestellt wurde, gefolgt von Neurosky, Interaxon und OpenBCI. Bei der Müdigkeitserkennung fanden sie heraus, dass selbst grundlegende EEG-Funktionen, wie Frequenzoszillationen, zur Erkennung von Müdigkeit verwendet werden konnten. Sie weisen jedoch darauf hin, dass in vielen Fällen „algorithmische Optimierung erforderlich bleibt“, was bedeutet, dass maschinelles Lernen zu genaueren Erkennungen führte.
Kommerzielles EEG und maschinelles Lernen nutzen, um uns sicherer zu halten
EMOTIV ist seit über einem Jahrzehnt führend im Bereich des kommerziellen EEG. In dieser Zeit haben sie EEG-Systeme in verschiedenen Formen entwickelt, von 32-Kanal traditionellen Forschungskappen bis hin zu 2-Kanal In-Ear-Kopfhörern. Systeme mit kompakten Bauformen, wie die MN8-Kopfhörer oder Insight, repräsentieren die ersten Schritte zu alltäglicher, tragbarer Neurotechnik. Durch die Integration dieser Arten von Hardware in Fahrzeugsysteme könnten wir in der Lage sein, Unfälle zu verhindern, bevor die beitragenden mentalen Zustände überhaupt eintreten.
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Kommerzielles EEG und maschinelles Lernen nutzen, um uns sicherer zu halten.
Die Integration von EEG-Hardware in Fahrzeuge ist nur ein Teil der Lösung. Um die gewonnenen Hirndaten zu nutzen, müssen wir sie in nützliche Kennzahlen umwandeln. Anspruchsvolle Algorithmen des maschinellen Lernens erreichen dies, indem sie EEG-Daten in Merkmale dekodieren, die bestimmte mentale Zustände indizieren können. Bis heute hat EMOTIV sieben solcher Erkennungen entwickelt: Frustration, Interesse, Entspannung, Engagement, Aufregung, Aufmerksamkeit und Stress. EMOTIV-Ingenieure haben eng mit Neurowissenschaftlern zusammengearbeitet, um diese Erkennungen durch rigorose experimentelle Studien zu entwickeln, die Protokolle verwenden, die bekannt dafür sind, diese Zustände hervorzurufen. Im Automobilbereich verfeinert EMOTIV derzeit eine Erkennung von Ablenkungen des Fahrers, die innerhalb eines Fahrsimulators entwickelt wurde. Dies folgt auf vielversprechende Ergebnisse aus einer Zusammenarbeit mit dem Royal Automobile Club of Western Australia, die zu einem aufmerksamkeitsgesteuerten Auto führte, das langsamer wurde, wenn die Aufmerksamkeit nachließ [7]. Einige Videos der Zusammenarbeit und der Ergebnisse können Sie auf YouTube finden.
Neurowissenschaft und die Zukunft des Fahrens
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Neurowissenschaft und die Zukunft des Fahrens.
Von frühen Interventionen wie Sicherheitsgurten und Rumpelstreifen bis zu modernen wie automatischen Notbremsungen und unterstützter Lenkung sind unsere Autos viel sicherer geworden. Dennoch zeigt die Anzahl der Menschen, die jedes Jahr bei Unfällen sterben, dass wir noch weit davon entfernt sind, den Punkt zu erreichen, an dem Fahrzeuge als „sicher“ betrachtet werden können. Mit dem Fortschritt der Technologie werden unsere Autos zweifellos weiterhin sicherer werden, aber solange Menschen die vorwiegenden Fahrzeugführer bleiben, wird es weiterhin menschlich verursachte Unfälle geben. Die EEG-Technologie stellt einen besonders vielversprechenden Weg dar, den menschlichen Faktor zu mildern, indem sie subtile Indikatoren erkennt und eingreift, bevor es zu Unfällen kommt.
Referenzen
Geschrieben von Dr. Nikolas Williams, EMOTIV Forschungswissenschaftler.
Vor mehreren Monaten bin ich nach acht Jahren im Ausland wieder in die USA zurückgezogen. Ein Teil des Neustarts war der Kauf aller Dinge, die man fürs Leben benötigt. Neben einer Couch, einem Bett und einem Esstisch brauchte ich natürlich ein Auto. Da ich mich als finanziell versierten Menschen betrachte, suchte ich ausschließlich nach älteren, kostengünstigen Modellen, wurde jedoch schnell von den überteuerten Preisen und dem knappen Angebot demoralisiert. Der Gebrauchtwagenmarkt von 2021 hat mich effektiv dazu gedrängt, ein neues Auto zu kaufen, was ich letztendlich auch tat. Mein Bedauern über die Verletzung grundlegender Grundsätze der privaten Finanzen wurde schnell durch ungebremste Begeisterung für den Komfort und die Funktionen ersetzt, die mit meinem brandneuen Toyota SUV einhergingen.
Besonders beeindruckt war ich von den autonomen Fahrfunktionen, von denen ich bis zu diesem Zeitpunkt nur gelesen hatte. Die unterstützte Lenkung und der vorausschauende Radar machten lange Fahrten zu einem Kinderspiel. Ich musste nur meine Augen auf der Straße und eine Hand am Lenkrad halten, und mein Auto fuhr quasi von selbst. Wenn man die Kollisionsvermeidung, die Überwachung des toten Winkels und die rückwärts gerichteten Kameras mit einem Warnsystem hinzunimmt, um sicherzustellen, dass ich niemanden überfahre, der hinter mir läuft, war dieses neue Auto objektiv um Größenordnungen sicherer als die älteren Modelle, die ich im besten Teil des letzten Jahrzehnts gefahren bin.
Autos fahren natürlich noch nicht selbst. Obwohl sie praktische autonome und Sicherheitsfunktionen haben, erfordern Autos weiterhin die Aufsicht der Fahrer und, wenn nötig, ein Eingreifen. Wir sind noch weit davon entfernt, den menschlichen Faktor aus dem Fahren zu entfernen, und es ist dieser Faktor, der überwiegend für Auto-Unfälle und Todesfälle verantwortlich ist. Menschen machen Fehler am Steuer. Ob sie entscheiden, dass es eine gute Idee ist, ein Fahrzeug nach dem Trinken zu fahren, dass Geschwindigkeitsübertretungen Spaß machen, oder dass sie sich gerade noch ein paar mehr Kilometer abmühen müssen, bevor sie anhalten, um sich auszuruhen, Menschen verursachen viele vermeidbare Autounfälle.
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Nach Angaben der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA gab es 2019 36.096 Verkehrstote durch motorisierte Fahrzeuge. Für 2020 wird geschätzt, dass die Todesfälle über 38.000 liegen [1]. Ein großer Prozentsatz dieser Unfälle ist auf riskantes Fahren zurückzuführen und damit vermeidbar. Die NHTSA hat sechs Arten von riskantem Fahren identifiziert: Geschwindigkeitsübertretungen, betrunkenes und drogenbeeinträchtigtes Fahren, das Nichtbenutzen (oder unsachgemäße Benutzen) von Sicherheitsgurten, abgelenktes Fahren und müdes Fahren. Da zwei Drittel aller Verkehrstoten auf Geschwindigkeitsübertretungen und beeinträchtigtes Fahren zurückzuführen sind, richten sich viele Interventionskampagnen zu Recht darauf, diese Risiken zu adressieren. Allerdings führen abgelenktes und müdes Fahren ebenfalls zu einer nicht unerheblichen Zahl an Todesfällen, mit 3.142 ablenkungsbedingten Todesfällen und 697 todesfällen durch Müdigkeit im Jahr 2019 [2].
Neuroscience zur Messung der Aufmerksamkeit im Labor
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Einsatz von Neurowissenschaften zur Messung der Aufmerksamkeit im Labor.
Neurowissenschaftler verwenden verschiedene Methoden zur Messung von Aufmerksamkeit im Labor. Eine dieser Methoden nutzt die Tatsache, dass unser Gehirn winzige Mengen an Elektrizität freisetzt, wenn seine Neuronen feuern. Mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) können wir die Schwankungen dieser Elektrizität messen, um zu verstehen, wann und wo das Gehirn aktiv ist. Die Geschwindigkeit oder Frequenz, mit der diese Schwankungen auftreten, wird als Oszillationen bezeichnet, oder häufiger als Gehirnwellen. Die Frequenz der Gehirnwellen kann Einblicke in mentale Zustände oder Prozesse geben.
Zum Beispiel sind Gehirnwellen, die 14 bis 30 Mal pro Sekunde (oder 14 - 30 Hz) oszillieren, als Betawellen bekannt und werden mit hohen Engagementgraden in Verbindung gebracht. Oszillationen im Bereich von 8 - 13 Hz sind als Alphawellen bekannt und treten normalerweise während Perioden der Entspannung oder passiven Aufmerksamkeit auf. Zum Beispiel würde man häufig Alphawellen sehen, wenn eine Person meditiert. Thetawellen sind Oszillationen zwischen 4 und 7 Hz und sind erkennbar, wenn eine Person tief entspannt oder schläfrig ist. Die langsamsten Wellen sind Delta-Wellen (1 - 4 Hz), die auftreten, wenn eine Person tief schläft.
Siehe dazugehörigen Beitrag Der Einführungsleitfaden zu EEG
Im Labor können Wissenschaftler das Timing, die Größe und die Frequenz der Gehirnwellen messen, um zu bestimmen, wie engagiert oder nicht engagiert der Geist einer Person während Aufgaben ist. Beispielsweise zeigt ein EEG eine sehr spezifische Reaktion namens P300, die eine große Amplitudenwelle darstellt, die etwa 300 ms nach dem Auftreten des Objekts auftritt, wenn eine Person etwas sieht oder hört, auf das sie gewartet hat [3]. Ebenso kann eine Abnahme der Alpha-Oszillation anzeigen, dass jemand aufmerksam auf etwas achtet [4]. Müdigkeit erzeugt ebenfalls nachweisbare EEG-Unterschriften durch Veränderungen in Delta-, Theta- und Alpha-Oszillationen [5].
Wie können wir die Aufmerksamkeit in einem Auto messen?
In einem Fahrzeug können wir Aufmerksamkeit und Müdigkeit mithilfe von Verhaltensmethoden messen. Zum Beispiel könnten Kameras die Augen der Fahrer verfolgen, um sicherzustellen, dass sie auf die Straße schauen. Ebenso könnten Kameras erkennen, wann die Köpfe der Fahrer zu nicken beginnen, was darauf hindeutet, dass sie müde sind. Allerdings bedeutet nur, dass eine Person auf die Straße schaut oder ihr Kopf nicht hängt, nicht, dass sie aufmerksam ist oder nicht ermüdet. EEG kann die Erkennung dieser gefährlichen Zustände ergänzen. Sie könnten sogar in der Lage sein, sie vorherzusagen, bevor sie verhaltensmäßig erkennbar sind.
Neurowissenschaft im Fahrersitz - EEG kann die Erkennung dieser gefährlichen Zustände ergänzen. Sie könnten sogar in der Lage sein, sie vorherzusagen, bevor sie verhaltensmäßig erkennbar sind.
Im Jahr 2020 führten Forscher eine systematische Überprüfung von Studien durch, die kommerziell erhältliche EEG-Headsets zur Erkennung von Müdigkeit in Echtzeit verwendeten [6]. Sie berichteten, dass das am häufigsten verwendete Headset in diesen Studien von EMOTIV hergestellt wurde, gefolgt von Neurosky, Interaxon und OpenBCI. Bei der Müdigkeitserkennung fanden sie heraus, dass selbst grundlegende EEG-Funktionen, wie Frequenzoszillationen, zur Erkennung von Müdigkeit verwendet werden konnten. Sie weisen jedoch darauf hin, dass in vielen Fällen „algorithmische Optimierung erforderlich bleibt“, was bedeutet, dass maschinelles Lernen zu genaueren Erkennungen führte.
Kommerzielles EEG und maschinelles Lernen nutzen, um uns sicherer zu halten
EMOTIV ist seit über einem Jahrzehnt führend im Bereich des kommerziellen EEG. In dieser Zeit haben sie EEG-Systeme in verschiedenen Formen entwickelt, von 32-Kanal traditionellen Forschungskappen bis hin zu 2-Kanal In-Ear-Kopfhörern. Systeme mit kompakten Bauformen, wie die MN8-Kopfhörer oder Insight, repräsentieren die ersten Schritte zu alltäglicher, tragbarer Neurotechnik. Durch die Integration dieser Arten von Hardware in Fahrzeugsysteme könnten wir in der Lage sein, Unfälle zu verhindern, bevor die beitragenden mentalen Zustände überhaupt eintreten.
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Kommerzielles EEG und maschinelles Lernen nutzen, um uns sicherer zu halten.
Die Integration von EEG-Hardware in Fahrzeuge ist nur ein Teil der Lösung. Um die gewonnenen Hirndaten zu nutzen, müssen wir sie in nützliche Kennzahlen umwandeln. Anspruchsvolle Algorithmen des maschinellen Lernens erreichen dies, indem sie EEG-Daten in Merkmale dekodieren, die bestimmte mentale Zustände indizieren können. Bis heute hat EMOTIV sieben solcher Erkennungen entwickelt: Frustration, Interesse, Entspannung, Engagement, Aufregung, Aufmerksamkeit und Stress. EMOTIV-Ingenieure haben eng mit Neurowissenschaftlern zusammengearbeitet, um diese Erkennungen durch rigorose experimentelle Studien zu entwickeln, die Protokolle verwenden, die bekannt dafür sind, diese Zustände hervorzurufen. Im Automobilbereich verfeinert EMOTIV derzeit eine Erkennung von Ablenkungen des Fahrers, die innerhalb eines Fahrsimulators entwickelt wurde. Dies folgt auf vielversprechende Ergebnisse aus einer Zusammenarbeit mit dem Royal Automobile Club of Western Australia, die zu einem aufmerksamkeitsgesteuerten Auto führte, das langsamer wurde, wenn die Aufmerksamkeit nachließ [7]. Einige Videos der Zusammenarbeit und der Ergebnisse können Sie auf YouTube finden.
Neurowissenschaft und die Zukunft des Fahrens
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Neurowissenschaft und die Zukunft des Fahrens.
Von frühen Interventionen wie Sicherheitsgurten und Rumpelstreifen bis zu modernen wie automatischen Notbremsungen und unterstützter Lenkung sind unsere Autos viel sicherer geworden. Dennoch zeigt die Anzahl der Menschen, die jedes Jahr bei Unfällen sterben, dass wir noch weit davon entfernt sind, den Punkt zu erreichen, an dem Fahrzeuge als „sicher“ betrachtet werden können. Mit dem Fortschritt der Technologie werden unsere Autos zweifellos weiterhin sicherer werden, aber solange Menschen die vorwiegenden Fahrzeugführer bleiben, wird es weiterhin menschlich verursachte Unfälle geben. Die EEG-Technologie stellt einen besonders vielversprechenden Weg dar, den menschlichen Faktor zu mildern, indem sie subtile Indikatoren erkennt und eingreift, bevor es zu Unfällen kommt.
Referenzen
Geschrieben von Dr. Nikolas Williams, EMOTIV Forschungswissenschaftler.
Vor mehreren Monaten bin ich nach acht Jahren im Ausland wieder in die USA zurückgezogen. Ein Teil des Neustarts war der Kauf aller Dinge, die man fürs Leben benötigt. Neben einer Couch, einem Bett und einem Esstisch brauchte ich natürlich ein Auto. Da ich mich als finanziell versierten Menschen betrachte, suchte ich ausschließlich nach älteren, kostengünstigen Modellen, wurde jedoch schnell von den überteuerten Preisen und dem knappen Angebot demoralisiert. Der Gebrauchtwagenmarkt von 2021 hat mich effektiv dazu gedrängt, ein neues Auto zu kaufen, was ich letztendlich auch tat. Mein Bedauern über die Verletzung grundlegender Grundsätze der privaten Finanzen wurde schnell durch ungebremste Begeisterung für den Komfort und die Funktionen ersetzt, die mit meinem brandneuen Toyota SUV einhergingen.
Besonders beeindruckt war ich von den autonomen Fahrfunktionen, von denen ich bis zu diesem Zeitpunkt nur gelesen hatte. Die unterstützte Lenkung und der vorausschauende Radar machten lange Fahrten zu einem Kinderspiel. Ich musste nur meine Augen auf der Straße und eine Hand am Lenkrad halten, und mein Auto fuhr quasi von selbst. Wenn man die Kollisionsvermeidung, die Überwachung des toten Winkels und die rückwärts gerichteten Kameras mit einem Warnsystem hinzunimmt, um sicherzustellen, dass ich niemanden überfahre, der hinter mir läuft, war dieses neue Auto objektiv um Größenordnungen sicherer als die älteren Modelle, die ich im besten Teil des letzten Jahrzehnts gefahren bin.
Autos fahren natürlich noch nicht selbst. Obwohl sie praktische autonome und Sicherheitsfunktionen haben, erfordern Autos weiterhin die Aufsicht der Fahrer und, wenn nötig, ein Eingreifen. Wir sind noch weit davon entfernt, den menschlichen Faktor aus dem Fahren zu entfernen, und es ist dieser Faktor, der überwiegend für Auto-Unfälle und Todesfälle verantwortlich ist. Menschen machen Fehler am Steuer. Ob sie entscheiden, dass es eine gute Idee ist, ein Fahrzeug nach dem Trinken zu fahren, dass Geschwindigkeitsübertretungen Spaß machen, oder dass sie sich gerade noch ein paar mehr Kilometer abmühen müssen, bevor sie anhalten, um sich auszuruhen, Menschen verursachen viele vermeidbare Autounfälle.
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Nach Angaben der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA gab es 2019 36.096 Verkehrstote durch motorisierte Fahrzeuge. Für 2020 wird geschätzt, dass die Todesfälle über 38.000 liegen [1]. Ein großer Prozentsatz dieser Unfälle ist auf riskantes Fahren zurückzuführen und damit vermeidbar. Die NHTSA hat sechs Arten von riskantem Fahren identifiziert: Geschwindigkeitsübertretungen, betrunkenes und drogenbeeinträchtigtes Fahren, das Nichtbenutzen (oder unsachgemäße Benutzen) von Sicherheitsgurten, abgelenktes Fahren und müdes Fahren. Da zwei Drittel aller Verkehrstoten auf Geschwindigkeitsübertretungen und beeinträchtigtes Fahren zurückzuführen sind, richten sich viele Interventionskampagnen zu Recht darauf, diese Risiken zu adressieren. Allerdings führen abgelenktes und müdes Fahren ebenfalls zu einer nicht unerheblichen Zahl an Todesfällen, mit 3.142 ablenkungsbedingten Todesfällen und 697 todesfällen durch Müdigkeit im Jahr 2019 [2].
Neuroscience zur Messung der Aufmerksamkeit im Labor
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Einsatz von Neurowissenschaften zur Messung der Aufmerksamkeit im Labor.
Neurowissenschaftler verwenden verschiedene Methoden zur Messung von Aufmerksamkeit im Labor. Eine dieser Methoden nutzt die Tatsache, dass unser Gehirn winzige Mengen an Elektrizität freisetzt, wenn seine Neuronen feuern. Mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) können wir die Schwankungen dieser Elektrizität messen, um zu verstehen, wann und wo das Gehirn aktiv ist. Die Geschwindigkeit oder Frequenz, mit der diese Schwankungen auftreten, wird als Oszillationen bezeichnet, oder häufiger als Gehirnwellen. Die Frequenz der Gehirnwellen kann Einblicke in mentale Zustände oder Prozesse geben.
Zum Beispiel sind Gehirnwellen, die 14 bis 30 Mal pro Sekunde (oder 14 - 30 Hz) oszillieren, als Betawellen bekannt und werden mit hohen Engagementgraden in Verbindung gebracht. Oszillationen im Bereich von 8 - 13 Hz sind als Alphawellen bekannt und treten normalerweise während Perioden der Entspannung oder passiven Aufmerksamkeit auf. Zum Beispiel würde man häufig Alphawellen sehen, wenn eine Person meditiert. Thetawellen sind Oszillationen zwischen 4 und 7 Hz und sind erkennbar, wenn eine Person tief entspannt oder schläfrig ist. Die langsamsten Wellen sind Delta-Wellen (1 - 4 Hz), die auftreten, wenn eine Person tief schläft.
Siehe dazugehörigen Beitrag Der Einführungsleitfaden zu EEG
Im Labor können Wissenschaftler das Timing, die Größe und die Frequenz der Gehirnwellen messen, um zu bestimmen, wie engagiert oder nicht engagiert der Geist einer Person während Aufgaben ist. Beispielsweise zeigt ein EEG eine sehr spezifische Reaktion namens P300, die eine große Amplitudenwelle darstellt, die etwa 300 ms nach dem Auftreten des Objekts auftritt, wenn eine Person etwas sieht oder hört, auf das sie gewartet hat [3]. Ebenso kann eine Abnahme der Alpha-Oszillation anzeigen, dass jemand aufmerksam auf etwas achtet [4]. Müdigkeit erzeugt ebenfalls nachweisbare EEG-Unterschriften durch Veränderungen in Delta-, Theta- und Alpha-Oszillationen [5].
Wie können wir die Aufmerksamkeit in einem Auto messen?
In einem Fahrzeug können wir Aufmerksamkeit und Müdigkeit mithilfe von Verhaltensmethoden messen. Zum Beispiel könnten Kameras die Augen der Fahrer verfolgen, um sicherzustellen, dass sie auf die Straße schauen. Ebenso könnten Kameras erkennen, wann die Köpfe der Fahrer zu nicken beginnen, was darauf hindeutet, dass sie müde sind. Allerdings bedeutet nur, dass eine Person auf die Straße schaut oder ihr Kopf nicht hängt, nicht, dass sie aufmerksam ist oder nicht ermüdet. EEG kann die Erkennung dieser gefährlichen Zustände ergänzen. Sie könnten sogar in der Lage sein, sie vorherzusagen, bevor sie verhaltensmäßig erkennbar sind.
Neurowissenschaft im Fahrersitz - EEG kann die Erkennung dieser gefährlichen Zustände ergänzen. Sie könnten sogar in der Lage sein, sie vorherzusagen, bevor sie verhaltensmäßig erkennbar sind.
Im Jahr 2020 führten Forscher eine systematische Überprüfung von Studien durch, die kommerziell erhältliche EEG-Headsets zur Erkennung von Müdigkeit in Echtzeit verwendeten [6]. Sie berichteten, dass das am häufigsten verwendete Headset in diesen Studien von EMOTIV hergestellt wurde, gefolgt von Neurosky, Interaxon und OpenBCI. Bei der Müdigkeitserkennung fanden sie heraus, dass selbst grundlegende EEG-Funktionen, wie Frequenzoszillationen, zur Erkennung von Müdigkeit verwendet werden konnten. Sie weisen jedoch darauf hin, dass in vielen Fällen „algorithmische Optimierung erforderlich bleibt“, was bedeutet, dass maschinelles Lernen zu genaueren Erkennungen führte.
Kommerzielles EEG und maschinelles Lernen nutzen, um uns sicherer zu halten
EMOTIV ist seit über einem Jahrzehnt führend im Bereich des kommerziellen EEG. In dieser Zeit haben sie EEG-Systeme in verschiedenen Formen entwickelt, von 32-Kanal traditionellen Forschungskappen bis hin zu 2-Kanal In-Ear-Kopfhörern. Systeme mit kompakten Bauformen, wie die MN8-Kopfhörer oder Insight, repräsentieren die ersten Schritte zu alltäglicher, tragbarer Neurotechnik. Durch die Integration dieser Arten von Hardware in Fahrzeugsysteme könnten wir in der Lage sein, Unfälle zu verhindern, bevor die beitragenden mentalen Zustände überhaupt eintreten.
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Kommerzielles EEG und maschinelles Lernen nutzen, um uns sicherer zu halten.
Die Integration von EEG-Hardware in Fahrzeuge ist nur ein Teil der Lösung. Um die gewonnenen Hirndaten zu nutzen, müssen wir sie in nützliche Kennzahlen umwandeln. Anspruchsvolle Algorithmen des maschinellen Lernens erreichen dies, indem sie EEG-Daten in Merkmale dekodieren, die bestimmte mentale Zustände indizieren können. Bis heute hat EMOTIV sieben solcher Erkennungen entwickelt: Frustration, Interesse, Entspannung, Engagement, Aufregung, Aufmerksamkeit und Stress. EMOTIV-Ingenieure haben eng mit Neurowissenschaftlern zusammengearbeitet, um diese Erkennungen durch rigorose experimentelle Studien zu entwickeln, die Protokolle verwenden, die bekannt dafür sind, diese Zustände hervorzurufen. Im Automobilbereich verfeinert EMOTIV derzeit eine Erkennung von Ablenkungen des Fahrers, die innerhalb eines Fahrsimulators entwickelt wurde. Dies folgt auf vielversprechende Ergebnisse aus einer Zusammenarbeit mit dem Royal Automobile Club of Western Australia, die zu einem aufmerksamkeitsgesteuerten Auto führte, das langsamer wurde, wenn die Aufmerksamkeit nachließ [7]. Einige Videos der Zusammenarbeit und der Ergebnisse können Sie auf YouTube finden.
Neurowissenschaft und die Zukunft des Fahrens
Neurowissenschaft im Fahrersitz - Neurowissenschaft und die Zukunft des Fahrens.
Von frühen Interventionen wie Sicherheitsgurten und Rumpelstreifen bis zu modernen wie automatischen Notbremsungen und unterstützter Lenkung sind unsere Autos viel sicherer geworden. Dennoch zeigt die Anzahl der Menschen, die jedes Jahr bei Unfällen sterben, dass wir noch weit davon entfernt sind, den Punkt zu erreichen, an dem Fahrzeuge als „sicher“ betrachtet werden können. Mit dem Fortschritt der Technologie werden unsere Autos zweifellos weiterhin sicherer werden, aber solange Menschen die vorwiegenden Fahrzeugführer bleiben, wird es weiterhin menschlich verursachte Unfälle geben. Die EEG-Technologie stellt einen besonders vielversprechenden Weg dar, den menschlichen Faktor zu mildern, indem sie subtile Indikatoren erkennt und eingreift, bevor es zu Unfällen kommt.
