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Learning the environment by using navigation assistance

Wunderlich, Anna

Spatial orienting in the surrounding environment is increasingly supported by navigation assistance systems. These systems reduce the user’s task load by providing turn-by-turn navigation instructions and thus make navigation safer. However, frequent use of such an automated navigation aid leads to diminished processing of the environment which accelerates the decline of spatial orienting abilities. This thesis investigated how this reduced spatial knowledge acquisition can be overcome by auditory navigation instructions referring to salient objects in the environment. Acquiring knowledge about locations defined by such landmarks is essential for creating a mental representation of the environment and a promising way to engage the user with the environment again. A series of five experiments confirmed that landmark-based auditory navigation instructions incidentally induce spatial knowledge acquisition during assisted navigation. The two simulated driving experiments reported in Chapter 1 consistently showed improved spatial task performance for landmark-based navigation instructions when compared to standard GPS guidance. This performance increase was independent of the additional provision of visual guidance. In Chapter 2, three experiments investigated the robustness and ecological validity of this effect by transferring the paradigm to pedestrian navigation and unrestricted movement through the real world. It was further shown that auditory landmark-based navigation instructions improved spatial knowledge acquisition irrespective of differences in individual spatial abilities. Additionally, auditory landmark-based navigation instructions did not lead to a significant increase in subjective mental load during assisted navigation while the incidentally acquired landmark and route knowledge persisted for several weeks. Chapter 3 presents the analysis of brain activity during assisted navigation in the real world. Blink-related potentials revealed a frontal component indicating increased engagement with the environment when using landmark references in auditory navigation instructions. These findings emphasize that integrating landmark information in auditory navigation instructions initiates processing of the environment during assisted navigation which hence leads to incidental spatial knowledge acquisition. Thus, landmark references are a simple, but powerful way to establish a learning-oriented navigation assistant which can preserve the users’ spatial abilities during every-day life.
Während der alltäglichen Orientierung durch die Umgebung werden nahezu immer Navigationsassistenzsysteme genutzt. Diese Systeme entlasten die Nutzenden während der Navigation, in dem sie die nächste Wegentscheidung vorab ankündigen. Dadurch kann sich die navigierende Person stärker auf ein sicheres Fortbewegen konzentrieren. Jedoch wird durch die häufige Nutzung eines solchen Assistenzsystems auch die Notwendigkeit reduziert die räumlichen Gegebenheiten der Umgebung zu verarbeiten. Dies wirkt sich negativ auf die räumliche Orientierungsfähigkeit aus. Diese Dissertation behandelt, ob durch die Veränderung von Navigationsansagen diesem verringerten räumlichen Lernen während der Nutzung von Navigationsassistenten etwas entgegengesetzt werden kann. Der gewählte Ansatz ist die Anreicherung der Navigationsansagen mit Informationen über sich von der Umgebung abhebende Objekte, sogenannte Landmarken. Das Lernen von durch Landmarken gekennzeichneten Orten ist eine wichtige Grundlage für den Aufbau einer mentalen Repräsentation der Umgebung. Deswegen ist die Nutzung von Landmarkeninformationen in Navigationsansagen ein vielversprechender Weg, um die Verarbeitung der Umgebung wieder anzuregen und so den Verlust der räumlichen Fähigkeiten aufzuhalten. Eine Versuchsreihe von fünf Experimenten untersuchte, ob Navigationsansagen mit Landmarkeninformationen das Erlernen von räumlichem Wissen bewirken, ohne dass zuvor ein Hinweis nötig ist, der zum Lernen auffordert. Verschiedene Varianten der Landmarkeninformation hatten dabei einen gleichermaßen positiven Effekt auf das räumliche Lernen im Vergleich zu Navigationsansagen eines gewöhnlichen Systems. Dieser Effekt war außerdem unabhängig davon, ob es zusätzlich noch eine visuelle Darstellung der nächsten Wegentscheidung gab (Kapitel 1). Die Robustheit und Allgemeingültigkeit des Effekts wurden bestätigt, in dem als Versuchsumgebung sowohl die Fahrsimulation als auch das Zufußgehen untersucht wurden und letzteres auch bei uneingeschränkter Bewegung durch eine reale Umgebung (Kapitel 2). Zusätzlich konnte in allen Experimenten gezeigt werden, dass das räumliche Lernen gefördert wurde, unabhängig davon welche Voraussetzungen die Versuchspersonen an individuellen, räumlichen Fähigkeiten mitbrachten. Weiterhin bewirkte die Einbindung von Landmarkeninformation in Navigationsansagen keine signifikante Erhöhung der subjektiven mentalen Beanspruchung während der Nutzung der Navigationsassistenten. Trotzdem war der bewirkte Wissenszuwachs noch nach Wochen nachweisbar. Schließlich zeigte die Analyse der Gehirnaktivität eine stärkere Einbindung des Arbeitsgedächtnisses für räumliche Informationen bei der Nutzung von landmarkenbasierten Navigationsansagen schon während der Navigation (Kapitel 3). All diese Erkenntnisse bestätigen, dass Navigationsansagen mit Landmarkeninformationen eine stärkere Verarbeitung und somit das Erlernen der Umgebung bewirken. Darum ist die Nennung von Landmarken ein einfacher und wirksamer Ansatz, um Navigationsassistenten zu entwickeln, die durch alltägliche Nutzung die räumlichen Fähigkeiten aufrechterhalten.