Hybridizing 3-dimensional multiple object tracking with neurofeedback to enhance preparation, performance, and learning

Le vaste domaine de l’amélioration cognitive traverse les applications comportementales, biochimiques et physiques. Aussi nombreuses sont les techniques que les limites de ces premières : des études de pauvre méthodologie, des pratiques éthiquement ambiguës, de faibles effets positifs, des effets secondaires significatifs, des couts financiers importants, un investissement de temps significatif, une accessibilité inégale, et encore un manque de transfert. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthode novatrice d’intégration de l’une de ces techniques, le neurofeedback, directement dans un paradigme d’apprentissage afin d’améliorer la performance cognitive et l’apprentissage. Cette thèse propose les modalités, les fondements empiriques et des données à l’appui de ce paradigme efficace d’apprentissage ‘bouclé’. En manipulant la difficulté dans une tâche en fonction de l’activité cérébrale en temps réel, il est démontré que dans un paradigme d’apprentissage traditionnel (3-dimentional multiple object tracking), la vitesse et le degré d’apprentissage peuvent être améliorés de manière significative lorsque comparés au paradigme traditionnel ou encore à un groupe de contrôle actif. La performance améliorée demeure observée même avec un retrait du signal de rétroaction, ce qui suggère que les effets de l’entrainement amélioré sont consolidés et ne dépendent pas d’une rétroaction continue. Ensuite, cette thèse révèle comment de tels effets se produisent, en examinant les corrélés neuronaux des états de préparation et de performance à travers les conditions d’état de base et pendant la tâche, de plus qu’en fonction du résultat (réussite/échec) et de la difficulté (basse/moyenne/haute vitesse). La préparation, la performance et la charge cognitive sont mesurées via des liens robustement établis dans un contexte d’activité cérébrale fonctionnelle mesurée par l’électroencéphalographie quantitative. Il est démontré que l’ajout d’une assistance- à-la-tâche apportée par la fréquence alpha dominante est non seulement appropriée aux conditions de ce paradigme, mais influence la charge cognitive afin de favoriser un maintien du sujet dans sa zone de développement proximale, ce qui facilite l’apprentissage et améliore la performance. Ce type de paradigme d’apprentissage peut contribuer à surmonter, au minimum, un des limites fondamentales du neurofeedback et des autres techniques d’amélioration cognitive : le manque de transfert, en utilisant une méthode pouvant être intégrée directement dans le contexte dans lequel l’amélioration de la performance est souhaitée.The domain of cognitive enhancement is vast, spanning behavioral, biochemical and physical applications. The techniques are as numerous as are the limitations: poorly conducted studies, ethically ambiguous practices, limited positive effects, significant side-effects, high financial costs, significant time investment, unequal accessibility, and lack of transfer. The purpose of this thesis is to propose a novel way of integrating one of these techniques, neurofeedback, directly into a learning context in order to enhance cognitive performance and learning. This thesis provides the framework, empirical foundations, and supporting evidence for a highly efficient ‘closed-loop’ learning paradigm. By manipulating task difficulty based on a measure of cognitive load within a classic learning scenario (3-dimentional multiple object tracking) using real-time brain activity, results demonstrate that over 10 sessions, speed and degree of learning can be substantially improved compared with a classic learning system or an active sham-control group. Superior performance persists even once the feedback signal is removed, which suggests that the effects of enhanced training are consolidated and do not rely on continued feedback. Next, this thesis examines how these effects occur, exploring the neural correlates of the states of preparedness and performance across baseline and task conditions, further examining correlates related to trial results (correct/incorrect) and task difficulty (slow/medium/fast speeds). Cognitive preparedness, performance and load are measured using well-established relationships between real-time quantified brain activity as measured by quantitative electroencephalography. It is shown that the addition of neurofeedback-based task assistance based on peak alpha frequency is appropriate to task conditions and manages to influence cognitive load, keeping the subject in the zone of proximal development more often, facilitating learning and improving performance. This type of learning paradigm could contribute to overcoming at least one of the fundamental limitations of neurofeedback and other cognitive enhancement techniques : a lack of observable transfer effects, by utilizing a method that can be directly integrated into the context in which improved performance is sought

Measuring cognitive load and cognition: metrics for technology-enhanced learning

This critical and reflective literature review examines international research published over the last decade to summarise the different kinds of measures that have been used to explore cognitive load and critiques the strengths and limitations of those focussed on the development of direct empirical approaches. Over the last 40 years, cognitive load theory has become established as one of the most successful and influential theoretical explanations of cognitive processing during learning. Despite this success, attempts to obtain direct objective measures of the theory's central theoretical construct – cognitive load – have proved elusive. This obstacle represents the most significant outstanding challenge for successfully embedding the theoretical and experimental work on cognitive load in empirical data from authentic learning situations. Progress to date on the theoretical and practical approaches to cognitive load are discussed along with the influences of individual differences on cognitive load in order to assess the prospects for the development and application of direct empirical measures of cognitive load especially in technology-rich contexts

Connected at Sea: The Influence of the Internet and Online Communication on the Well-Being and Life Satisfaction of Cruise Ship Employees.

This study aims to elucidate the idiosyncratic effects of the Internet and online communication on the well-being and life satisfaction of cruise ship employees. Cross-sectional surveys and covariance-based structural equation modelling tools were used. In addition, univariate variance analysis was used to address the effects of socio-demographic variables (years of service on a cruise ship, working department on a cruise ship, gender, age, educational level and place of residency) on latent variables of the conceptual model. The conceptual model draws on existing theory and previous research and was empirically tested on a sample of cruise ship employee internet users. Result show that while being onboard a cruise ship, employees experience strong social pressure to be constantly available and they fear of missing out on important information and life events. Thus, relatedness to friends and family needs satisfaction is of paramount importance for cruise ship employees because they are fully aware that they are dispensable and replaceable to cruise ship companies, however to their friends and family, they are indispensable and unique. Moreover, employees who engage in other tasks/activities while taking part in online communication with friends and family exhibit reduced performance, which leads to poor interaction and social dissatisfaction. Lastly, employees experiencing under-reciprocating exchanges show significant negative effects on their well-being. Overall, the results provided several important theoretical and practical implications relevant to cruise tourism and human resource management

Towards a Video Consumer Leaning Spectrum: A Medium-Centric Approach

Purpose: As TV and digital video converge, there is a need to compare advertising effectiveness, advertising receptivity, and video consumption drivers in this new context. Considering the emerging viewing practices and underlying theories, this study examines the feasibility of the traditional notion of differentiating between lean-back (LB) and lean-forward (LF) media, and proposes a revised approach of addressing video consumption processes and associated advertising effectiveness implications. Methodology: An extensive, systematic literature review examines a total of 715 sources regarding current lean-back/lean-forward media research and alternative approaches as by (1) basic terminologies, (2) limitations of lean-back/lean-forward situations, (3) advertising effectiveness implications, (4) video-specific approaches. Findings/Contribution: Key differences between lean-back and lean-forward video consumption are presented. A conceptual integration of video ad receptivity/effectiveness drivers is proposed to guide future media and marketing research and practice. Video consumption today is no longer lean-back or lean-forward, but a “leaning spectrum” with two dimensions: leaning direction and leaning degree. Designing video content today requires focusing on consumption drivers and platform synergies for owning the “leaning spectrum”

The effect of leads on cognitive load and learning in a conceptually rich hypertext environment

The purpose of this experiment was to determine whether leads affect cognitive load and learning from conceptually rich hypertext. Measures of cognitive load included self-report of mental effort, reading time, and event-related desynchronization percentage of alpha, beta, and theta brain wave rhythms. Conceptual and structural knowledge tests, as well as a recall measure were used to determine learning performance. Measures of learners\u27 reading ability, prior knowledge, and metacognitive awareness were employed to establish the effect of individual differences on cognitive load and learning from traditional and lead-augmented hypertext. Results demonstrated that while leads appeared to reduce brain wave activity associated with split attention, processing of redundant information contained in hypertext nodes may have increased extraneous cognitive load, and decreased germane load that is required for learning to take place. Whereas the benefits of leads relative to cognitive load and learning may have been mediated by the redundancy effect, learners with better developed metacognitive skills tended to use leads as a tool to review information in the linked nodes while revisiting content in the primary text passage. Limitations of the currently available cognitive load measures are discussed as applied to direct assessment of this theoretical construct

Embedding mobile learning into everyday life settings

The increasing ubiquity of smartphones has changed the way we interact with information and acquire new knowledge. The prevalence of personal mobile devices in our everyday lives creates new opportunities for learning that exceed the narrow boundaries of a school’s classroom and provide the foundations for lifelong learning. Learning can now happen whenever and wherever we are; whether on the sofa at home, on the bus during our commute, or on a break at work. However, the flexibility offered by mobile learning also creates its challenges. Being able to learn anytime and anywhere does not necessarily result in learning uptake. Without the school environment’s controlled schedule and teacher guidance, the learners must actively initiate learning activities, keep up repetition schedules, and cope with learning in interruption-prone everyday environments. Both interruptions and infrequent repetition can harm the learning process and long-term memory retention. We argue that current mobile learning applications insufficiently support users in coping with these challenges. In this thesis, we explore how we can utilize the ubiquity of mobile devices to ensure frequent engagement with the content, focusing primarily on language learning and supporting users in dealing with learning breaks and interruptions. Following a user-centered design approach, we first analyzed mobile learning behavior in everyday settings. Based on our findings, we proposed concepts and designs, developed research prototypes, and evaluated them in laboratory and field evaluations with a specific focus on user experience. To better understand users’ learning behavior with mobile devices, we first characterized their interaction with mobile learning apps through a detailed survey and a diary study. Both methods confirmed the enormous diversity in usage situations and preferences. We observed that learning often happens unplanned, infrequently, among the company of friends or family, or while simultaneously performing secondary tasks such as watching TV or eating. The studies further uncovered a significant prevalence of interruptions in everyday settings that affected users’ learning behavior, often leading to suspension and termination of the learning activities. We derived design implications to support learning in diverse situations, particularly aimed at mitigating the adverse effects of multitasking and interruptions. The proposed strategies should help designers and developers create mobile learning applications that adapt to the opportunities and challenges of learning in everyday mobile settings. We explored four main challenges, emphasizing that (1) we need to consider that Learning in Everyday Settings is Diverse and Interruption-prone, (2) learning performance is affected by Irregular and Infrequent Practice Behavior, (3) we need to move From Static to Personalized Learning, and (4) that Interruptions and Long Learning Breaks can Negatively Affect Performance. To tackle these challenges, we propose to embed learning into everyday smartphone interactions, which could foster frequent engagement with – and implicitly personalize – learning content (according to users’ interests and skills). Further, we investigate how memory cues could be applied to support task resumption after interruptions in mobile learning. To confirm that our idea of embedding learning into everyday interactions can increase exposure, we developed an application integrating learning tasks into the smartphone authentication process. Since unlocking the smartphone is a frequently performed action without any other purpose, our subjects appreciated the idea of utilizing this process to perform quick and simple learning interactions. Evidence from a comparative user study showed that embedding learning tasks into the unlocking mechanism led to significantly more interactions with the learning content without impairing the learning quality. We further explored a method for embedding language comprehension assessment into users’ digital reading and listening activities. By applying physiological measurements as implicit input, we reliably detected unknown words during laboratory evaluations. Identifying such knowledge gaps could be used for the provision of in-situ support and to inform the generation of personalized language learning content tailored to users’ interests and proficiency levels. To investigate memory cueing as a concept to support task resumption after interruptions, we complemented a theoretical literature analysis of existing applications with two research probes implementing and evaluating promising design concepts. We showed that displaying memory cues when the user resumes the learning activity after an interruption improves their subjective user experience. A subsequent study presented an outlook on the generalizability of memory cues beyond the narrow use case of language learning. We observed that the helpfulness of memory cues for reflecting on prior learning is highly dependent on the design of the cues, particularly the granularity of the presented information. We consider interactive cues for specific memory reactivation (e.g., through multiple-choice questions) a promising scaffolding concept for connecting individual micro-learning sessions when learning in everyday settings. The tools and applications described in this thesis are a starting point for designing applications that support learning in everyday settings. We broaden the understanding of learning behavior and highlight the impact of interruptions in our busy everyday lives. While this thesis focuses mainly on language learning, the concepts and methods have the potential to be generalized to other domains, such as STEM learning. We reflect on the limitations of the presented concepts and outline future research perspectives that utilize the ubiquity of mobile devices to design mobile learning interactions for everyday settings.Die Allgegenwärtigkeit von Smartphones verändert die Art und Weise wie wir mit Informationen umgehen und Wissen erwerben. Die weite Verbreitung von mobilen Endgeräten in unserem täglichen Leben führt zu neuen Möglichkeiten des Lernens, welche über die engen Grenzen eines Klassenraumes hinausreichen und das Fundament für lebenslanges Lernen schaffen. Lernen kann nun zu jeder Zeit und an jedem Ort stattfinden: auf dem Sofa Zuhause, im Bus während des Pendelns oder in der Pause auf der Arbeit. Die Flexibilität des mobilen Lernens geht jedoch zeitgleich mit Herausforderungen einher. Ohne den kontrollierten Ablaufplan und die Unterstützung der Lehrpersonen im schulischen Umfeld sind die Lernenden selbst dafür verantwortlich, aktiv Lernsitzungen zu initiieren, Wiederholungszyklen einzuhalten und Lektionen in unterbrechungsanfälligen Alltagssituationen zu meistern. Sowohl Unterbrechungen als auch unregelmäßige Wiederholung von Inhalten können den Lernprozess behindern und der Langzeitspeicherung der Informationen schaden. Wir behaupten, dass aktuelle mobile Lernanwendungen die Nutzer*innen nur unzureichend in diesen Herausforderungen unterstützen. In dieser Arbeit erforschen wir, wie wir uns die Allgegenwärtigkeit mobiler Endgeräte zunutze machen können, um zu erreichen, dass Nutzer*innen regelmäßig mit den Lerninhalten interagieren. Wir fokussieren uns darauf, sie im Umgang mit Unterbrechungen und Lernpausen zu unterstützen. In einem nutzerzentrierten Designprozess analysieren wir zunächst das Lernverhalten auf mobilen Endgeräten in alltäglichen Situationen. Basierend auf den Erkenntnissen schlagen wir Konzepte und Designs vor, entwickeln Forschungsprototypen und werten diese in Labor- und Feldstudien mit Fokus auf User Experience (wörtl. “Nutzererfahrung”) aus. Um das Lernverhalten von Nutzer*innen mit mobilen Endgeräten besser zu verstehen, versuchen wir zuerst die Interaktionen mit mobilen Lernanwendungen durch eine detaillierte Umfrage und eine Tagebuchstudie zu charakterisieren. Beide Methoden bestätigen eine enorme Vielfalt von Nutzungssituationen und -präferenzen. Wir beobachten, dass Lernen oft ungeplant, unregelmäßig, im Beisein von Freunden oder Familie, oder während der Ausübung anderer Tätigkeiten, beispielsweise Fernsehen oder Essen, stattfindet. Die Studien decken zudem Unterbrechungen in Alltagssituationen auf, welche das Lernverhalten der Nutzer*innen beeinflussen und oft zum Aussetzen oder Beenden der Lernaktivität führen. Wir leiten Implikationen ab, um Lernen in vielfältigen Situationen zu unterstützen und besonders die negativen Einflüsse von Multitasking und Unterbrechungen abzuschwächen. Die vorgeschlagenen Strategien sollen Designer*innen und Entwickler*innen helfen, mobile Lernanwendungen zu erstellen, welche sich den Möglichkeiten und Herausforderungen von Lernen in Alltagssituationen anpassen. Wir haben vier zentrale Herausforderungen identifiziert: (1) Lernen in Alltagssituationen ist divers und anfällig für Unterbrechungen; (2) Die Lerneffizienz wird durch unregelmäßiges Wiederholungsverhalten beeinflusst; (3) Wir müssen von statischem zu personalisiertem Lernen übergehen; (4) Unterbrechungen und lange Lernpausen können dem Lernen schaden. Um diese Herausforderungen anzugehen, schlagen wir vor, Lernen in alltägliche Smartphoneinteraktionen einzubetten. Dies führt zu einer vermehrten Beschäftigung mit Lerninhalten und könnte zu einer impliziten Personalisierung von diesen anhand der Interessen und Fähigkeiten der Nutzer*innen beitragen. Zudem untersuchen wir, wie Memory Cues (wörtl. “Gedächtnishinweise”) genutzt werden können, um das Fortsetzen von Aufgaben nach Unterbrechungen im mobilen Lernen zu erleichtern. Um zu zeigen, dass unsere Idee des Einbettens von Lernaufgaben in alltägliche Interaktionen wirklich die Beschäftigung mit diesen erhöht, haben wir eine Anwendung entwickelt, welche Lernaufgaben in den Entsperrprozess von Smartphones integriert. Da die Authentifizierung auf dem Mobilgerät eine häufig durchgeführte Aktion ist, welche keinen weiteren Mehrwert bietet, begrüßten unsere Studienteilnehmenden die Idee, den Prozess für die Durchführung kurzer und einfacher Lerninteraktionen zu nutzen. Ergebnisse aus einer vergleichenden Nutzerstudie haben gezeigt, dass die Einbettung von Aufgaben in den Entsperrprozess zu signifikant mehr Interaktionen mit den Lerninhalten führt, ohne dass die Lernqualität beeinträchtigt wird. Wir haben außerdem eine Methode untersucht, welche die Messung von Sprachverständnis in die digitalen Lese- und Höraktivitäten der Nutzer*innen einbettet. Mittels physiologischer Messungen als implizite Eingabe können wir in Laborstudien zuverlässig unbekannte Wörter erkennen. Die Aufdeckung solcher Wissenslücken kann genutzt werden, um in-situ Untestützung bereitzustellen und um personalisierte Lerninhalte zu generieren, welche auf die Interessen und das Wissensniveau der Nutzer*innen zugeschnitten sind. Um Memory Cues als Konzept für die Unterstützung der Aufgabenfortsetzung nach Unterbrechungen zu untersuchen, haben wir eine theoretische Literaturanalyse von bestehenden Anwendungen um zwei Forschungsarbeiten erweitert, welche vielversprechende Designkonzepte umsetzen und evaluieren. Wir haben gezeigt, dass die Präsentation von Memory Cues die subjektive User Experience verbessert, wenn der Nutzer die Lernaktivität nach einer Unterbrechung fortsetzt. Eine Folgestudie stellt einen Ausblick auf die Generalisierbarkeit von Memory Cues dar, welcher über den Tellerrand des Anwendungsfalls Sprachenlernen hinausschaut. Wir haben beobachtet, dass der Nutzen von Memory Cues für das Reflektieren über gelernte Inhalte stark von dem Design der Cues abhängt, insbesondere von der Granularität der präsentierten Informationen. Wir schätzen interaktive Cues zur spezifischen Gedächtnisaktivierung (z.B. durch Mehrfachauswahlfragen) als einen vielversprechenden Unterstützungsansatz ein, welcher individuelle Mikrolerneinheiten im Alltag verknüpfen könnte. Die Werkzeuge und Anwendungen, die in dieser Arbeit beschrieben werden, sind ein Startpunkt für das Design von Anwendungen, welche das Lernen in Alltagssituationen unterstützen. Wir erweitern das Verständnis, welches wir von Lernverhalten im geschäftigen Alltagsleben haben und heben den Einfluss von Unterbrechungen in diesem hervor. Während sich diese Arbeit hauptsächlich auf das Lernen von Sprachen fokussiert, haben die vorgestellten Konzepte und Methoden das Potential auf andere Bereiche übertragen zu werden, beispielsweise das Lernen von MINT Themen. Wir reflektieren über die Grenzen der präsentierten Konzepte und skizzieren Perspektiven für zukünftige Forschungsarbeiten, welche sich die Allgegenwärtigkeit von mobilen Endgeräten zur Gestaltung von Lernanwendungen für den Alltag zunutze machen

Nursing Documentation Environment in the Hospital Setting

Nurses often document in open nurses’ stations exposed to frequent interruptions. Much has been written on the need to limit distractions while collecting and administering medications but little has been published on the effects interruptions have on nursing documentation. The purpose of this study was to examine the environment in which nurses chart and to gather their perceptions of the documentation environment. Marilyn Ray’s Theory of Bureaucratic Caring was the guiding framework for this study. A review of the literature revealed the effects open work spaces, noise, and interruptions can have on work performance. This study, a focus group discussion, involved seven nurses who worked, or have worked, in medical-surgical nursing. Results of the discussion revealed nurses are displeased with the noise and interruptions in their charting environments. Additionally, they feel that nursing leadership should provide a charting environment that is more compatible to timely and accurate documentation