Alkoholstandard für die Lane Change Task? - Wirkung von Alkohol auf die Leistung der Fahrer

Transkript

1 Alkoholstandard für die Lane Change Task? - Wirkung von Alkohol auf die Leistung der Fahrer Dipl. Psych. Anja Katharina Huemer, TU Braunschweig Prof. Dr. Mark Vollrath, TU Braunschweig Kurzfassung Die Lane-Change-Task [1] wird als Standard zur Messung der Ablenkungswirkung von Assistenz- und Informationssystemen im Auto eingesetzt [2]. Mit diesem Test lassen sich sehr gut verschiedene Systeme im Hinblick auf das Ausmaß der Ablenkungswirkungen vergleichen. Schwierig ist es bisher, eine absolute Grenze festzulegen: Ab welcher Leistungsbeeinträchtigung ist von einer Gefährdung der Verkehrssicherheit auszugehen? Als Beitrag zur Beantwortung dieser Frage wird versucht, die Alkoholwirkung auf die LCT zum Vergleich heranzuziehen. Für Alkohol ist mit einer Vielzahl von experimentellen und Risikostudien belegt, dass ab 0.5 Promille deutliche verkehrsrelevante Leistungsbeeinträchtigungen vorliegen, die sich bei höherer Alkoholisierung exponentiell vergrößern. Wenn sich bei 0.5 Promille entsprechend deutliche Leistungsbeeinträchtigungen in der LCT zeigen würden, könnte dies für eine Grenzwertdefinition bei der LCT genutzt werden. In der vorliegenden Untersuchung führten 24 Fahrer jeweils einmal mit Alkohol und Placebo mehrfach die LCT durch, wobei im Mittelwert eine maximale Blutalkoholkonzentration (BAK) von 0.8 Promille erreicht wurde. Die Auswertung des Fahrverhaltens zeigt zwar eine signifikante Veränderung der Leistung in der LCT unter Alkohol, die aber vom Ausmaß her deutlich geringer ist als die Leistungsbeeinträchtigungen durch unterschiedliche Nebenaufgaben. Erklärbar ist dies durch das Wirkprofil von Alkohol, der nicht so sehr die Wahrnehmung und Interpretation von Informationen beeinträchtigt, sondern eher komplexere Prozesse der Informationsverarbeitung und Handlungsplanung stört. Weiter wird die LCT als hoch geübte Aufgabe von den Fahrern weitgehend automatisiert durchgeführt und es ist gut belegt, dass die Alkoholwirkung bei automatisierten Handlungen deutlich geringer ist als bei kontrollierten. Die Alkoholwirkung bei der LCT liefert damit keinen Anhaltspunkt für die Festlegung eines Gefahrengrenzwerts. Die Ergebnisse weisen vielmehr darauf hin, dass die LCT bestimmte leistungsbeeinträchtigende Wirkungen im Bereich der Handlungsplanung und Ausführung nicht abbilden kann, so dass eine gute Leistung in der LCT nur dann als Hinweis auf sichere Bedienbarkeit gewertet werden kann, wenn Wirkungen in diesen Bereichen auszuschließen sind.

2 1. Theoretischer Hintergrund Die Lane-Change-Task (LCT) [1] wird als Standard zur Messung der Ablenkungswirkung von Assistenz- und Informationssystemen im Auto eingesetzt [2]. Es handelt sich dabei um eine einfache Fahrsimulation, bei der die Fahrer Spurwechselmanöver so schnell und genau wie möglich durchzuführen haben. Anhand des Vergleichs mit Baseline-Messungen soll dabei die Beeinträchtigung der Ausführung der Fahraufgabe durch Nebenaufgaben gemessen werden. Mit diesem Test lassen sich verschiedene Systeme im Hinblick auf das Ausmaß der Ablenkungswirkungen vergleichen. Schwierig ist es bisher, absolute Grenzen festzulegen: Ab welcher Leistungsbeeinträchtigung ist von einer Gefährdung der Verkehrssicherheit auszugehen? Als Beitrag zur Beantwortung dieser Frage wird im Folgenden die Alkoholwirkung auf die LCT untersucht. Für Alkohol ist mit einer Vielzahl von experimentellen und Risikostudien belegt, dass ab 0.5 Promille deutliche verkehrsrelevante Leistungsbeeinträchtigungen auftreten, die sich bei höherer Alkoholisierung exponentiell vergrößern (für einen Überblick, s. [3] und [4]). Diese Befunde sind in der Deutschen Rechtsprechung mit den verschiedenen Promillegrenzen berücksichtigt. Dieses Wissen könnte genutzt werden, um das Ausmaß von Leistungsbeeinträchtigungen in der LCT zu bewerten: Wenn ein Navigationssystem zu ähnlich starken Beeinträchtigungen führt wie 0.5 Promille Alkohol, so könnte dies als Hinweis auf eine Gefährdung gewertet werden. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist daher, die Wirkung von unterschiedlichen Alkoholisierungen auf die Leistung in der LCT zu untersuchen. 2. Methode Es wurden 23 Fahrer (12 männlich und 11 weiblich) im Alter von 19 bis 45 Jahren (M = 25.4, SD = 5.5) untersucht. Sie waren im Mittel seit 6.5 Jahren (SD = 4.6) im Besitz eines Führerscheins und gaben an, im Mittel zwischen und km im Jahr zu fahren. Alle Fahrer wurden zunächst während zweier einstündiger Termine im Umgang mit der LCT trainiert, um so einen hoch geübten Umgang mit dieser Aufgabe zu erreichen. Bei jedem dieser Termine wurden 20 Durchgänge der LCT durchgeführt. An zwei weiteren Terminen wurde in einem Cross-Over-Design jeweils einmal Alkohol und Placebo verabreicht, d.h. die eine Hälfte der Teilnehmer erhielt beim ersten Termin Alkohol und beim zweiten Placebo. Bei der anderen Hälfte wurde die Reihenfolge umgekehrt. Auf diese Weise wurden Reihenfolgeund Zeiteffekte kontrolliert. Die Alkoholmenge wurde entsprechend Körpergröße, Gewicht und Geschlecht individuell so gewählt, dass eine Blutalkoholkonzentration (BAK) von 0.8 Promille erreicht werden sollte. Dazu wurden innerhalb einer Stunde drei Getränke (Wodka mit Fruchtsaft gemischt) verabreicht. Durch diese Mischung wurde der Alkoholgeschmack

3 Blutalkoholkonzentration [ ] maskiert. In der Placebo-Bedingung wurde eine identische Fruchtsaftmischung verwendet und über einige Tropfen Wodka an der Oberfläche des Getränks versucht, den Eindruck einer Alkoholgabe zu vermitteln. Die Probanden erhielten die Information, das unterschiedliche Alkoholmengen untersucht werden würden, aber keine Angabe darüber, welche Menge sie in der konkreten Sitzung erhalten würden. So wurde in jeder der beiden Sitzungen die Erwartung geweckt, Alkohol zu bekommen. Die Sitzungen fanden in Gruppen zu je vier Probanden statt, wobei je zwei Probanden Alkohol bzw. Placebo erhielten. Die mit der Alkoholgabe erreichte BAK wurden über eine Atemalkoholmessung mit dem Dräger Alcotest 7410 kontrolliert. Nach jedem Durchgang in der LCT fand eine Messung statt. Bei jedem Termin wurden jeweils zwei Fahrten mit zwei Durchgängen der LCT vor Alkoholgabe und sieben Fahrten mit je zwei Durchgängen danach gefahren, wobei die Zeitpunkte so gewählt waren, dass die Alkoholwirkung bei Werten zwischen 0.5 und 0.8 Promille bei aufsteigender und abnehmender Alkoholkonzentration untersucht werden konnte. Die Daten der beiden Fahrten pro Messzeitpunkt wurden, da sie sich nicht systematisch voneinander unterschieden, gemittelt. Der Verlauf der Alkoholisierung der Probanden ist in Zeit seit erster Alkoholgabe [min] Abb. 1 dargestellt. Die individuell maximale BAK während der Untersuchung lag im Mittel bei 0.81 (SD = 0.17 ).

4 Blutalkoholkonzentration [ ] Zeit seit erster Alkoholgabe [min] Abb. 1: Verlauf der BAK (Mittelwert und Datenpunkte) der Probanden während des Versuches. Bei der LCT wurden die Probanden instruiert, konstant 60km/h zu fahren und die Spurwechsel so schnell und akkurat wie möglich durchzuführen. Nach jedem Durchgang beurteilten die Probanden ihre Alkoholisierung, ihre Leistungsfähigkeit und ihre Beanspruchung mit Hilfe von 15-Punkt-Skalen (Kategorienunterteilungsverfahren). Die LCT wurde an einem 17-Zoll PC-Monitor durchgeführt mit einem Logitech G25 Lenkrad und dazugehörigen Pedalen (Kupplung/Bremse/Gas). Die verwendete Software entspricht den Beschreibungen in [2]. Der zentrale Parameter für die Auswertung ist die mittlere Abweichung von einer vorgegebenen Ideallinie. Zusätzlich wurde zwischen dem Spurwechsel selbst und einer Phase der Spurhaltung zwischen zwei Spurwechseln unterschieden, wobei als Spurwechselphase jeweils 50m vor und 75m nach dem Sichtbarwerden des Schildes (30m vor dem Schild) galten. Aus psychologischer Sicht ist ein wesentlicher Teil des Spurwechsels die Wahrnehmung des Schildes, die Handlungsplanung und Auslösung der Reaktion. Um dies zu erfassen, wurde beim Spurwechsel als Reaktionszeit (RZ) gemessen, wie lange es von dem Erscheinen der Spurwechselaufforderung an dauert, bis der Fahrer eine erste Lenkradbewegung einleitet. Bei der Spurhaltung geht es im Wesentlichen um die Regelgüte, die in der Literatur typischerweise über die Standardabweichung (SD) der Querablage berechnet wird. Dieses Maß wurde deshalb entsprechend für die Phasen zwischen den Spurwechseln berechnet. Diese verschiedenen Maße wurden pro Proband absolut und bezogen auf die zweite Fahrt zu Beginn des Untersuchungstages (Baseline-Fahrt) berechnet. Dabei wurden die Ergebnisse beider durchgeführten Durchgänge pro Messzeitpunkt unter Alkohol gemittelt. Bei einem Probanden, der bei einem Messzeitpunkt von der Strecke abkam, wurde nur der zweite Durchgang ausgewertet. Die statistische Auswertung geschah über zweifaktorielle Varianzanalysen mit den Faktoren Messzeitpunkt und Bedingung (Alkohol vs. Placebo).

5 3. Ergebnisse Bei der Auswertung der mittleren Abweichung von der Ideallinie pro Durchgang, die in Abb. 2 absolut und als Differenz zum Vortestwert dargestellt ist, ergab sich sowohl eine signifikante Interaktion zwischen Messzeitpunkt und Bedingung (F 6; 76.9 = 2.860, p =.033), als auch Haupteffekte für den Messzeitpunkt (F 4.36; = 4.263, p =.002) und die Bedingung (F 1; 21 = 4.941, p =.037). Die Abb. 2 zeigt, dass die Fahrten unter Alkoholeinfluss ab dem dritten Messzeitpunkt nach Alkoholgabe schlechter absolviert werden als die unter der Placebo- Bedingung. Bei der Trennung der Phasen des Spurwechsels und der Spurhaltung werden jeweils die Differenzen zum Vortest dargestellt, da damit die Veränderungen deutlicher zu erkennen sind. Für die RZ beim Spurwechsel (vgl. Abb. 3) ergab sich nur ein tendenzieller Haupteffekt der Bedingung (F 1; 20 = 3.990, p =.060). Die Interaktion von Bedingung und Messzeitpunkt (F 3.33; =.719, p =.558) sowie der Haupteffekt des Messzeitpunktes (F 1.58; = 1.864, p =.178) wurde nicht signifikant. Bei der SD der Querablage in den Spurhaltungsphasen ergab eine signifikante Interaktion zwischen Messzeitpunkt und Bedingung (F 6; = 3.521, p =.009) und Haupteffekte für den Messzeitpunkt (F 3.74; = 3.357, p =.016) und die Bedingung (F 1; 20 = 7.557, p =.012). Während die Probanden unter Placebo zu fast allen Zeitpunkten etwas besser die Spur halten, verschlechtert sich unter Alkohol ab dem dritten Messzeitpunkt nach Alkoholgabe die Qualität der Spurhaltung und verbessert sich dann ab dem 5. Messzeitpunkt entsprechend der BAK-Konzentration - allmählich wieder. Mittlere Abweichung Differenz zum Vortest Abb. 2: Mittlere Abweichung von der Ideallinie (in Metern) bei Alkohol und Placebo (Mittelwerte und SD). Links sind die Originalwerte dargestellt, rechts die Differenzen zum Vortest (VT) vor der Gabe von Alkohol bzw. Placebo.

6 Reaktionszeiten beim Spurwechsel SD der Querablage bei der Spurhaltung Abb. 3: RZ beim Spurwechsel (links) und SD der Querablage (rechts) bei Alkohol und Placebo. Dargestellt sind die Differenzen zum Vortest vor der Gabe von Alkohol bzw. Placebo. Da individuell unterschiedliche maximale BAK erreicht wurden, wurde in einem zweiten Auswertungsschritt der Zusammenhang der Leistungsveränderung zur Höhe der BAK untersucht. Für die drei Leistungsmaße wurde pro Person für den Messzeitpunkt mit der individuell höchsten erreichten Alkoholisierung jeweils die Differenz zur Baseline ohne Alkohol berechnet. Mit Hilfe einer multiplen Regression (schrittweise mit Ausschluss) mit der BAK als Kriterium wurde geprüft, welche der Maße eine Vorhersage der BAK ermöglichen. Es zeigt sich, dass sowohl die SD der Querablage (β =.597, T 18 = 2.870, p =.010) als auch die RZ auf den angezeigten Spurwechsel insgesamt (β =.374, T 18 = 1.798, p =.089) substanziell zur Vorhersage beitragen und gemeinsam 33% der Varianz aufklären (R 2 =.33, F 2; 18 = 4.430, p =. 027). Die Gesamtabweichung von der Ideallinie korreliert zwar für sich alleine auch mit der BAK, leistet jedoch keinen zusätzlichen Beitrag zur Varianzaufklärung über die SD der Querablage und die RZ hinaus. Wie Abb. 4 zeigt, ist die Streuung allerdings bei beiden Maßen relativ groß.

7 Diff. subj. Leistung [[1 15] SD der Querablage bei Spurhaltung RZ bei Spurwechsel Abb. 4: Zusammenhang zwischen BAK und Leistung bei der LCT, wobei links die SD der Querablage und rechts die RZ des Spurwechsels dargestellt ist. Für die Selbsteinschätzung der Leistung ( Alkohol Placebo Messzeitpunkt Abb. 5) ergab sich ein Haupteffekt des Messzeitpunktes (F 4.33; = 3.557, p =.008) und der Bedingungen (F 1; 20 = 11.78, p =.003), jedoch keine Interaktion (F 3.94; = 1.246, p =.300). Für die berichtete Anstrengung fand sich kein Unterschied zwischen den Bedingungen (F 1; 20 = 1.022, p=.324) und Messzeitpunkten (F 2.83; = 0.844, p=.470) und auch keine Interaktion (F 3.58; = 1.074, p=.372).

8 Diff. subj. Leistung [[1 15] Alkohol Placebo Messzeitpunkt Abb. 5: Veränderung der subjektiven Leistung (Differenz zum Vortest) im Zeitverlauf bei Alkohol und Placebo. Negative Werte entsprechen einer Verringerung der Leistung. 4. Diskussion Die Untersuchung zeigt, dass sich die Leistung der Probanden gemessen als Abweichung von der Idealspur unter Alkohol signifikant verschlechtert. Im Vergleich zu den von Mattes [1] veröffentlichten Leistungen im LCT bei verschiedenen Nebenaufgaben ist diese Verschlechterung aber so gering, dass sie den berichteten Schwankungen zwischen verschiedenen Baseline-Messungen gleich kommt. Oder: Eine hohe Blutalkoholkonzentration von 0.8 Promille verschlechtert zwar statistisch signifikant die Fahrleistung in der LCT, aber nur in einem Maß, das praktisch wenig bedeutsam erscheint. Wie ist dies zu erklären, vor allem vor dem Hintergrund des gut belegten, durch Alkohol deutlich erhöhten Unfallrisikos? Die Erklärung liegt in dem Wirkprofil des Alkohols, wie es z.b. von Krüger und Vollrath [4] beschrieben wurde. Bei einer Meta-Analyse der alkoholbedingten Leistungsbeeinträchtigungen ergab sich, dass Wirkungen umso eher nachzuweisen sind, je komplexer die untersuchten Handlungen waren. Bei hochautomatisierten Aufgaben ist erst bei deutlich höheren BAK eine Beeinträchtigung nachzuweisen als bei kontrollierten Handlungen, bei denen einzelne Teilschritte bewusst eingeleitet und überwacht werden müssen. Die LCT stellt nur geringe Anforderungen an die bewusste Verarbeitung, da die Spurwechsel als regelbasiertes Verhalten ( wenn Pfeil ganz rechts, dann möglichst schnell nach rechts wechseln ) und die Spurhaltung als fertigkeitsbasiertes Verhalten (Minimierung der Abweichung von der Idealspur) weitgehend automatisiert bewältigt werden können. Entsprechend ist die Leistung in der LCT recht unempfindlich selbst gegenüber einer starken Alkoholisierung der Probanden. Dies wurde vermutlich dadurch unterstützt, dass die Probanden subjektiv den Eindruck hatten, dass ihre Leistung unter Alkohol schlechter wird und sich Mühe gaben, dem entgegenzuwirken. Diese Kompensationsbemühungen waren offensichtlich recht erfolgreich.

9 Für die Validität der LCT bedeutet dies, dass diese Aufgabe wenig sensitiv für Beeinträchtigungen im Bereich der bewussten Handlungsplanung ist, wie sie durch Alkohol eingeführt wurden. Wie die vorliegenden Untersuchungen zu Nebenaufgaben zeigen, lassen sich dagegen Belastungen im Bereich der Wahrnehmung und Interpretation von Reizen sehr gut durch die LCT untersuchen und nachweisen. Die geringen Veränderungen der Leistung in der LCT bei hoher BAK weisen allerdings darauf hin, dass der Nachweis, dass eine Nebenaufgabe im LCT zu keiner substanziellen Verschlechterung führt, nicht ohne weiteres als Sicherheitsnachweis der Nebenaufgabe interpretiert werden kann. Wenn die Effekte der Nebenaufgabe wie beim Alkohol im Bereich der Handlungsplanung und Ausführung liegen, wäre dies wahrscheinlich nicht in der LCT nachzuweisen. Je mehr z.b. durch entsprechende Aufgabenanalysen plausibel gemacht werden kann, dass entsprechende Anforderungen nicht vorhanden sind, umso eher wären entsprechende Bedenken zu entkräften. Möglicherweise wird es aber notwendig sein, andere kontrollierte Fahrsituationen einzuführen, bei denen nicht so sehr die Wahrnehmung, sondern höhere kognitive Prozesse abgebildet werden können. Die Ausgangsidee, über den Vergleich der Wirkung von Alkohol und Nebenaufgaben Hinweise zu gewinnen, welches Ausmaß von Leistungsbeeinträchtigung in der LCT als sicherheitsgefährdend einzustufen ist, hat sich damit nicht bewährt. Die Wirkung von Alkohol ist zwar gut nachzuweisen, aber vom Wirkprofil her so anders als die von Nebenaufgaben, dass eine derartige Aussage ( System x ist so gefährlich wie 0.5 Promille ) nicht möglich ist. Damit fehlen weiterhin Grenzwerten der LCT für die Gefährlichkeit von Systemen, so dass absolute Aussagen nur in den Extremen möglich sind. Auf der einen Seite wäre dabei ein relativ konservativer Grenzwert anzugeben, ab dem Systeme sicherlich nicht akzeptabel sind. Auf der anderen Seite kann nachgewiesen werden, dass bei Bedienung eines Systems bei der LCT kein Unterschied zur Leistung ohne Nebenaufgabe zu finden ist. Für Systeme, die zwischen diesen beiden Extremen liegen, sind momentan nur relative Aussagen möglich ( System A lenkt weniger ab als System B ), was allerdings im Sinne einer Optimierung der Mensch- Maschine-Kommunikation unter Sicherheitsaspekten bereits ein sehr hilfreiches Instrument sein kann. 5. Literatur [1] Mattes, S.: The lane change task as a tool for driver distraction evaluation. In Strasser, H., Rausch, H. und Bubb, H. (Hrsg.): Quality of work and products in enterprises of the future, München: Ergonomia Verlag 2007

10 [2] ISO/TC22/SC13/WG8: Road vehicles Ergonomic aspects of transport information and control systems Simulated lane change test to asses driver demand, working draft, 2007 [3] Krüger, H.-P., & Vollrath, M: The alcohol-related accident risk in Germany: procedure, methods and results. Accident Analysis & Prevention, 36 (2004) S [4] Krüger, H.-P., Kazenwadel, J. & Vollrath, M.: Das Unfallrisiko unter Alkohol mit besonderer Berücksichtigung risikoerhöhender Faktoren. In H.-P. Krüger (Hrsg.), Das Unfallrisiko unter Alkohol (S ). Stuttgart: Gustav Fischer 1995