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Erhöhung der Verkehrssicherheit älterer Kraftfahrer durch Verbesserung ihrer visuellen Aufmerksamkeit mittels „Sehfeldassistent“
BASt-Bericht F 127
Stefan Kupschick, Juliane Bürglen, Thomas Jürgensohn, HFC Human-Factors-Consult GmbH Berlin
Janna Protzak, Institut für Psychologie und Arbeitswissenschaften TU Berlin
77 Seiten
Erscheinungsjahr: 2019
Preis: 16,50 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.
Senioren als Verkehrsteilnehmer stehen seit einigen Jahren vermehrt im Fokus der Verkehrspsychologie und der Unfallforschung. Da der Anteil der Senioren an der Gesamtbevölkerung immer weiter zunimmt, erhöht sich entsprechend auch deren Anteil an Autofahrern und anderweitigen Verkehrsteilnehmern.
Die Unfälle älterer Kraftfahrer unterscheiden sich von denen jüngerer Generationen in der Art der zugrundeliegenden Fahrfehler. Diese Fehler lassen sich wiederum auf bestimmte altersbedingte Rückgänge der sensorischen, kognitiven und motorischen Fähigkeiten zurückführen. Daher gilt es, Möglichkeiten für und Anforderungen an technische Unterstützung für ältere Autofahrer auszuloten. Ein Ansatz könnte sein, der Einschränkung des nutzbaren Sehfeldes (Useful Field of View) entgegenzuwirken, da alterskorrelierte Schwierigkeiten in der visuell-räumlichen Informationsverarbeitung teils darauf zurückgeführt werden, dass sich das nutzbare Sehfeld mit dem Alter verringert und damit Einbußen in der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Aufmerksamkeitssteuerung einhergehen.
Vorangegangene Laboruntersuchungen der BASt zu Aufmerksamkeitsprozessen und Sehfeld zeigten mithilfe von Doppeltätigkeitsparadigmen mit einer Spurhalte- und einer Reaktionsaufgabe, dass Senioren auf Lichtreize, die bilateral im peripheren Gesichtsfeld (60°-Sehwinkel vom zentralen Punkt des Sehens) präsentiert wurden, langsamer und weniger korrekt reagierten als auf Reize, die nahe dem zentralen Sehfeld (20°-Sehwinkel) dargeboten wurden. Ereigniskorrelierte Potenziale (ERP) aus dem Elektroenzephalogramm (EEG) der Älteren wiesen darauf hin, dass augenscheinlich nicht die abnehmende Sehleistung die Ursache der abnehmenden Leistungen der Älteren ist, sondern Schwierigkeiten in der kognitiven Verarbeitung von visuell-räumlichen Aufmerksamkeitsprozessen.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden nach einer umfassenden Literaturanalyse zwei Fahrsimulatorstudien durchgeführt, einmal mit und einmal ohne EEG-Messung. Mit einem ähnlichen Paradigma wie in den Vorgängerstudien, aber in einer realitätsnäheren Fahrumgebung, wurde untersucht, inwieweit ein Sehfeld-Assistent insbesondere ältere Fahrer bei der peripheren Objekterkennung von verkehrsrelevanten Reizen unterstützen kann. Ein solches Assistenzsystem wäre in der Lage, periphere Verkehrsinformationen in den zentraleren Bereich des Gesichtsfeldes zu bringen. Durch diesen Hinweis könnten Fahrer ihre Aufmerksamkeit in die angezeigte Richtung lenken, wodurch sich die Zeit bis zu einer angemessenen Reaktion verkürzen sowie die Reaktionsbereitschaft erhöhen könnte.
In beiden Studien wurde eine ältere Teilnehmergruppe (65+) mit einer jüngeren Kontrollgruppe (bis 45) verglichen. Es wurden sowohl Verhaltensdaten (Bremsreaktionszeit) als auch Blickbewegungen erfasst. Die Teilnehmer mussten, während sie geradeaus blickten, auf peripher (bei 60° Sehwinkel) auftauchende, vorfahrtsberechtigte Fahrzeuge reagieren und das Bremspedal betätigen – in der Hälfte der Fälle mit einer gleichzeitig zentral eingeblendeten Warnung (das Wort ACHTUNG! bei 20° Sehwinkel). Im ersten Experiment wurden zusätzlich EEG-Daten erhoben, um den neuronalen Informationsverarbeitungsprozess abzubilden, beziehungsweise Erkenntnisse über eventuelle Unterschiede zwischen den Bedingungen (mit Warnung / ohne Warnung) und Altersgruppen zu erhalten. Um den EEG-Anforderungen gerecht zu werden, bestand die Simulation im ersten Experiment aus einer dichten Abfolge sehr vieler sich ähnelnder Kreuzungssituationen. Im zweiten Experiment lag der Fokus auf einem realitätsnahen Szenario im Fahrsimulator mit weniger Kreuzungen, aber unterschiedlichen, nicht so vorhersehbaren Vorfahrtssituationen.
Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß, dass mit zentral eingeblendeter Warnung schneller auf die peripher erscheinenden Fahrzeuge mit Bremsen reagiert wurde, sowohl bei Senioren als auch bei der Kontrollgruppe. Die Senioren reagierten dabei im EEG-Experiment signifikant langsamer, in der zweiten Teilstudie tendenziell langsamer. Die Blickbewegungsdaten lassen in Kombination mit dem Bremsverhalten darauf schließen, dass in beiden Experimenten die peripher erscheinenden Fahrzeuge nicht direkt fixiert, sondern (wie durch die Instruktion im Studiendesign vorgesehen) peripher wahrgenommen wurden. Auch die Warnung wurde im Normalfall nicht direkt angeschaut, sondern peripher gesehen. Weiterhin gelang es auch, in der Fahrsimulatorumgebung frühe Ereigniskorrelierte Potenziale (EKP) im EEG zu messen. Die Ergebnisse der EEG-Analysen deuten darauf hin, dass durch die zentrale Präsentation von Warnhinweisen eine konstantere frühere Verarbeitung der visuellen Reize einsetzt. Diese wird durch ein ausgeprägtes N1-Potenzial in den Bedingungen mit zentralem Hinweisreiz verdeutlicht.
Die ermittelten Alters- und Interaktionseffekte für die Bremsdaten zeigen insgesamt auf, dass alle Fahrer von einem Assistenzsystem wie dem in dieser Studie prototypisch getesteten, profitieren könnten. In beiden Studien zeigten sich positive Effekte einer zentral eingeblendeten Warnung vor peripher auftauchenden Fahrzeugen für beide Probandengruppen: Die Bremsreaktionszeiten verkürzten sich, in den Blickbewegungsdaten zeigten sich Hinweise einer früheren Reaktion auf die peripheren Objekte, und in den frühen EKP der ersten Studie wurden Anzeichen für frühere und konstantere Verarbeitung gefunden. Ältere profitierten in noch höherem Maße als Jüngere von der Warnung. Vor einer Umsetzung in Fahrzeugen besteht allerdings noch weiterer Forschungsbedarf. Dabei sollte die Position und Darstellung, und vor allem Art und Charakter einer solchen Warnung untersucht werden.
Increasing traffic safety of older drivers by improvement of visual attention via “visual field assistant”
Senior road users have increasingly been gaining attention of traffic psychology and accident research in the recent years. As the proportion of elderly people in the overall population continues to expand, their share as drivers and as road users in general increases as well.
The types of driving errors made by elderly drivers in accidents differ from those by younger people. These errors can be traced back to particular agerelated decline in sensory, cognitive, and motor capabilities. Therefore, looking at these differences is an approach to investigate feasibility of and requirements on technical assistance for elderly drivers. One option is to counteract the reduction of the Useful Field of View (UFOV). Age-related difficulties in visuo-spacial information processing are thought to be related to the decrease of the UFOV, and thereby correlated to impaired processing speed and attentional control.
Prior laboratory studies by the BASt (German Federal Highway Research Institute) investigated attention processes and the field of view using dual task paradigms. They revealed decreased reaction times and accuracy levels of elderlies’ responses to bilateral peripheral light signals in the 60° visual angle compared to stimuli at 20°. Results of analyses of event-related potentials (ERP) from the corresponding electroencephalography (EEG) data indicate that decreasing performance of the elderly is not caused by impaired vision, but by difficulties in cognitive attention mechanisms.
Based on these results a literature review was conducted and followed by two combined studies featuring a laboratory setting and a driving simulator. By transferring the paradigm into a more realistic environment, it was assessed how a Visual Field Assistant may help drivers (especially elderly drivers) to recognize traffic-related objects in the peripheral field of view. Such an assistance system would be capable of transferring peripheral traffic information to the central field of vision in such a way that drivers’ attention can be lead to the indicated direction. Also response time can be reduced and responsiveness can be increased.
In both parts of the study, a group of seniors (65+) was compared to a younger control group. Brake response times and eye-tracking data were recorded. Drivers had to give the right of way at intersections. Vehicles appeared in the periphery of the field of view (at a visual angle of 60°) – in half of the cases with an additional, centrally positioned warning saying ACHTUNG! (German: Caution!). As soon as participants perceived those, they had to brake. In the first experiment additional EEG data was collected, to illustrate neuronal processing during driving in a simulation, and to obtain information about potential differences between the conditions (warning or not) and the age groups. To meet the EEG methodological requirements, the simulation scenario consisted of a dense sequence of many similar intersection situations. The second experiment focused on a more realistic scenario in the driving simulator with fewer intersections, but more diverse situations concerning right of way.
Coherent with expectations, the results show that both age groups responded faster to cars in the periphery in trials with a centrally located warning. Seniors responded significantly slower in experiment 1, and by tendency in experiment 2. Eye-tracking data indicated that in both experiments cars in the periphery of view were not fixated but seen in peripheral vision, as it was instructed. The warning, positioned more centrally, was not directly fixated in most cases either. Furthermore recording and analysis of ERP in the driving simulator, namely the P1 and N1 components was successful. The results point to a more constant, earlier processing of visual stimuli when a centrally positioned warning stimulus was presented. This is shown by a pronounced N1 in the conditions with the central warning.
Thereby, a field-of-view assistance renders to be a promising approach from the perspective of perception psychology, and has proven feasible in the simulator while producing good results: In both experiments, positive effects of the centrally positioned warning presented when cars appeared peripherally, were found for both participant groups. Brake response times were reduced, evidence in eye-tracking data pointed to an earlier reaction, and in the early ERP of the first experiment, evidence for earlier and more constant processing was found. The older participants benefited even more from the warnings than the younger ones. For practical application in cars, further research should be conducted on the position and display, and especially the kind and character of such warnings.