Hirnelektrische und kardio-respiratorische Korrelate von Immersion und Presence in virtueller Realität

Abstract

Das subjektive Gefühl in einer virtuellen Realität (VR) anwesend zu sein (VR-Presence), ist bisher ein Konzept ohne standardisiertes, objektives Messverfahren. Diese objektive Messbarkeit ist jedoch zur Optimierung der Güte einer VR Umgebung essenziell. Beispielsweise könnte sie zur effektiveren Gestaltung VR-basierter medizinischer Anwendung beitragen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Beeinflussung des wahrgenommenen Grades der VR Presence durch drei verschiedene Aufgabenschwierigkeiten innerhalb einer VR-Umgebung. Zur objektiven Erfassung der physiologischen Reaktionen auf diese VR-Exposition wurden elektrodermale und kardio-respiratorische Parameter, sowie hirnelektrische Korrelate eines aufgabenirrelevanten auditiven Novelty-Oddball-Paradigmas, untersucht. Insgesamt dreizehn Probanden wurden in der ersten Bedingung (Ruhe) instruiert, die Oddball Reize auszublenden. Die zweite Bedingung (Leicht) enthielt die Aufgabe, Kugeln in einem virtuellen Labyrinth einzusammeln, deren Position durch einen Pfad markiert wurde. Dieser Pfad fehlte in der dritten Bedingung (Schwer). Zwischen der Bedingung Ruhe und Leicht bzw. Schwer wurde ein signifikanter Anstieg der Herzrate, des Hautleitwerts und der Atemfrequenz festgestellt. Dies deutet auf eine Verschiebung der sympathovagalen Balance zu einer verstärkten Sympathikusaktivierung hin. Dies wird ebenfalls durch marginales Absinken der Gesamtvariabilität (SDNN), des RMSSD, des HF-Bereichs und im SD1 in den Bedingungen Leicht und Schwer angedeutet. Zudem wird eine signifikant kleinere Amplitude der P3a der Novels zwischen der Bedingung Ruhe und Leicht bzw. Schwer festgestellt. Die Ergebnisse indizieren eine verstärkte Aufmerksamkeit, sowie eine gesteigerte emotionale und kognitive Involviertheit gegenüber der Ruhebedingung.

The subjective feeling of being present in a virtual reality (VR) is still a concept without standardised, objective measurement. This objectivity is the key to successful optimization of VR-environments. For example, it could improve the effective modulation of VR-based medical applications. The present study investigates three different VR task demands and their influence on the experienced VR-Presence. In this context, the physiological reactions of electrodermal and cardio-respiratory parameters as well as cognitive correlates of the task-irrelevant auditory novelty-oddball-paradigm were studied. The experiment started with the first condition (rest). The thirteen participants were instructed to ignore the Oddball stimulus. In the second condition (easy) the task was to collect balls in a virtual maze. The participants had to follow a path, which lead to those balls. This path was missing in the third condition (hard). The analysis showed a significant rise of the heart rate, the galvanic skin conductance and the respiratory frequency between the rest and the easy or hard condition, which implies a sympathovagal imbalance with an increased activity of the sympathetic nervous system in the easy and hard condition. This change in activity of the vegetative nervous system is equally indicated by a marginal decrease of the heart rate variability parameters SDNN, RMSSD, HF and SD1 between rest and easy or hard. Furthermore, the amplitude of the p3a component significantly decreased between the conditions rest and easy or hard. These findings suggest an increased attention, as well as an increased emotional and cognitive involvement in the conditions easy and hard in contrast to the rest condition.