It was (not) me: Causal Inference of Agency in goal-directed actions

Summary: 
The perception of one’s own actions depends on both sensory information and predictions derived from internal forward models [1]. The integration of these information sources depends critically on whether perceptual consequences are associated with one’s own action (sense of agency) or with changes in the external world that are not related to the action. The perceived effects of actions should thus critically depend on the consistency between the predicted and the actual sensory consequences of actions. To test this idea, we used a virtual-reality setup to manipulate the consistency between pointing movements and their visual consequences and investigated the influence of this manipulation on self-action perception. We then asked whether a Bayesian causal inference model, which assumes a latent agency variable controlling the attributed influence of the own action on perceptual consequences [2,3], would account for the empirical data: if the percept was attributed to the own action, visual and internal information should fuse in a Bayesian optimal manner, while this should not be the case if the visual stimulus was attributed to external influences. The model correctly fits the data, showing that small deviations between predicted and actual sensory information were still attributed to one’s own action, while this was not the case for large deviations when subjects relied more on internal information. We discuss the performance of this causal inference model in comparison to alternative biologically feasible statistical models applying methods for Bayesian model comparison.

Experiment: 
Participants were seated in front of a horizontal board on which their right hand was placed with the index finger on a haptic marker, representing the starting point for each trial. Participants were instructed to execute straight, fast (quasi-ballistic) pointing movements of fixed amplitude, but without an explicit visual target. The hand was obstructed from the view of the participants, and visual feedback about the peripheral part of the movement was provided by a cursor. Feedback was either veridical or rotated against the true direction of the hand movement by predefined angles. After each trial participants were asked to report the subjectively experienced direction of the executed hand movement by placing a mouse-cursor into that direction.

Model: 
We compared two probabilistic models: Both include a binary random gating variable (agency) that models the sense of ‘agency’; that is the belief that the visual feedback is influenced by the subject’s motor action. The first model assumes that both the visual feedback xv and the internal motor state estimate xe are directly caused by the (unobserved) real motor state xt (Fig. 1). The second model assumes instead that the expected visual feedback depends on the perceived direction of the own motor action xe (Fig. 2). 
Results: Both models are in good agreement with the data. Fig. A shows the model fit for Model 1 superpositioned to the data from a single subject. Fig. B shows the belief that the visual stimulus was influenced by the own action, which decreases for large deviations between predicted and real visual feedback. Bayesian model comparison shows a better fit for model 1.
Citations
[1] Wolpert D.M, Ghahramani, Z, Jordan, M. (1995) Science, 269, 1880-1882.
[2] Körding KP, Beierholm E, Ma WJ, Quartz S, Tenenbaum JB, et al (2007) PLoS ONE 2(9): e943.
[3] Shams, L., Beierholm, U. (2010) TiCS, 14: 425-432.
Acknowledgements
This work was supported by the BCCN Tübingen (FKZ: 01GQ1002), the CIN Tübingen, the European Union (FP7-ICT-215866 project SEARISE), the DFG and the Hermann and Lilly Schilling Foundation

Causes of brain dysfunction in acute coma: a cohort study of 1027 patients in the emergency department

BACKGROUND: Coma of unknown etiology (CUE) is a major challenge in emergency medicine. CUE is caused by a wide variety of pathologies that require immediate and targeted treatment. However, there is little empirical data guiding rational and efficient management of CUE. We present a detailed investigation on the causes of CUE in patients presenting to the ED of a university hospital. METHODS: One thousand twenty-seven consecutive ED patients with CUE were enrolled. Applying a retrospective observational study design, we analyzed all clinical, laboratory and imaging findings resulting from a standardized emergency work-up of each patient. Following a predefined protocol, we identified main and accessory coma-explaining pathologies and related these with (i.a.) GCS and in-hospital mortality. RESULTS: On admission, 854 of the 1027 patients presented with persistent CUE. Their main diagnoses were classified into acute primary brain lesions (39%), primary brain pathologies without acute lesions (25%) and pathologies that affected the brain secondarily (36%). In-hospital mortality associated with persistent CUE amounted to 25%. 33% of patients with persistent CUE presented with more than one coma-explaining pathology. In 173 of the 1027 patients, CUE had already resolved on admission. However, these patients showed a spectrum of main diagnoses similar to persistent CUE and a significant in-hospital mortality of 5%. CONCLUSION: The data from our cohort show that the spectrum of conditions underlying CUE is broad and may include a surprisingly high number of coincidences of multiple coma-explaining pathologies. This finding has not been reported so far. Thus, significant pathologies may be masked by initial findings and only appear at the end of the diagnostic work-up. Furthermore, even transient CUE showed a significant mortality, thus rendering GCS cutoffs for selection of high- and low-risk patients questionable. Taken together, our data advocate for a standardized diagnostic work-up that should be triggered by the emergency symptom CUE and not by any suspected diagnosis. This standardized routine should always be completed - even when initial coma-explaining diagnoses may seem evident

Applicability of the analytical compression method for evaluating node capacity

This paper summarizes the main contents of UIC Code 406 with its compression method. In this context, not only the problems that appear while applying the method are described, but also possibilities to solve them. One concrete example will show a typical timetable situation on a specific infrastructure featuring less node than line capacity. In this case, node capacity determines the maximum capacity of the whole infrastructure. This demonstrates the importance of evaluating the line outside station areas as well as station infrastructure itself. Furthermore, also the necessity of doing capacity evaluations for an infrastructure extract containing a constant number of trains is described. Based on this aspect the paper explains, why the occupancy rate cannot provide a significant parameter for doing node station capacity and that UIC Code 406 method cannot be applied for doing node capacity research

The influence of selecting a specific sample of hazardous events on the evaluation of the train driver's reliability

The safety of railway operation is influenced by the possibility of the occurrence of technical and human errors. One possibility for evaluating human errors is an analysis of accident descriptions from hazardous events. Within this method, the user can identify the underlying influential factors by analyzing the separate events. As a basis for the evaluation, all events appearing on a large network could be considered, the sample is very large. However, this must not lead to significant results, inevitably. Instead, it has to be questioned if a large railway network features different properties which may influence the occurrence of a human error. This could be infrastructural as well as operational parameters, for example. A change within one of the parameters could lead to a change of the error occurrence or rather a modified range of a specific performance shaping factor. It is also possible to choose a selection of the events that should be considered for the evaluation or rather to filter the events on specific parameters. The article discusses the shift of contributing factors if different operational and infrastructural properties are assumed as a basis for the evaluation.Die Sicherheit des Eisenbahnbetriebs wird durch ein mögliches Auftreten von sowohl technischen, als auch menschlichen Fehlern beeinflusst. Eine Möglichkeit, die menschlichen Fehler zu analysieren ist die Auswertung von Beschreibungen zu gefährlichen Ereignissen aus der Vergangenheit. Dabei lassen sich die jeweiligen Faktoren bestimmen, die dazu beigetragen haben, dass eine gefährliche Situation aufgetreten ist. Als Basis für diese Untersuchung können sämtliche Ereignisse eines Eisenbahnnetz untersucht werden, die Anzahl an Ereignissen ist entsprechend hoch. Dies muss allerdings nicht zwangsläufig zu einer hohen Aussagekraft der Ergebnisse führen. Stattdessen stellt sich die Frage, welche verschiedenen Eigenschaften ein großes Netzwerk aufweist, die die Auftretenswahrscheinlichkeit eines menschlichen Fehlers beeinflussen können. Dies können beispielsweise sowohl infrastrukturelle als auch betriebliche Parameter sein. Eine Änderung der Parameter kann sich entsprechend auswirken. Es ist auch möglich, in der Untersuchung nur eine bestimmte Teilmenge von Ereignissen eines Netzes zu betrachten, zum Beispiel durch eine Filterung nach entsprechenden Parametern. Der Beitrag diskutiert die Übertragbarkeit von Ergebnissen, die auf einer Selektion von Ereignissen beruhen auf Eisenbahnstrecken mit anderen betrieblichen bzw. infrastrukturellen Parametern, als in der ursprünglichen Selektion

Gewalt gegen in Notaufnahmen beschäftigtes Personal

Das Erleben von verbaler und auch körperlicher Gewalt gehört zum Alltag der Beschäftigten in Notaufnahmen und ist ein internationales Problem, welches auch an der Charité bzw. in Deutschland manifest wird. Die retrospektiv erhobenen Zahlen an der Charité waren die ersten Daten zur Quantifizierung der arbeitsplatzbezogenen Gewalt in deutschen Notaufnahmen und entsprechen im Wesentlichen den internationalen Daten mit ihrer erschreckend hohen Inzidenz. Das Personal fühlt sich nicht ausreichend vorbereitet, eskalierende Situationen zu beherrschen, bzw. zu verhindern (81). Die Ursachen für das häufige Gewalterfahren sind vielfältig. Neben primär nur patientenseitig zu verortenden Faktoren wie beispielsweise einer Intoxikation, können andere Faktoren eine Rolle spielen, die ebenso auf die Beschäftigten eskalierend wirken. Die regelmäßig vorkommenden Überfüllungssituationen der Notaufnahmen mit einem an der Grenze der Belastbarkeit arbeitendem Personal und langen Wartezeiten für die Patienten, stellen einen solchen Faktor dar. Wesentliche Ursachen der Überfüllungszustände, wie die erhöhte Inanspruchnahme durch eine fehlende Regulation im Gesundheitssystem oder ein verzögerter Abfluss in die stationäre Weiterbehandlung, liegen außerhalb der Notaufnahmen selbst und sind nicht durch diese allein lösbar (82). Gesundheitspolitisch empfohlene Maßnahmen zur Entlastung der klinischen Notfallversorgung wie die Umleitung von Patientenströmen sollten bezüglich ihrer Wirksamkeit und im Kontext der Patientensicherheit evaluiert werden (83). Unzureichend strukturell geordnete Prozesse, wie zum Beispiel der Informationsgewinn von essentiellen Gesundheitsdaten, insbesondere der älteren, kognitiv eingeschränkten Patienten, belasten die Notaufnahmen. Sie verlängern die Behandlungszeit (84), was insbesondere in dieser vulnerablen Gruppe zu sekundären Komplikationen wie delirant- aggressiven Zuständen und somit zu einer Personalgefährdung führen kann. Verbesserungen im intersektoralen Informationsaustausch oder durch ein patientenzentriertes Notfalldatenmanagement könnten hier Abhilfe leisten. In einer bundesweiten Umfrage zur Sicherheitsinfrastruktur wurde deutlich, dass sich nur jede Zweite der befragten Notaufnahmen mit dem Thema befasst, obwohl über 90 % der Leitungskräfte Kenntnis von einem oder mehreren Gewalterlebnissen in ihren Bereich angaben. In den Augen der leitenden Beschäftigten der Notaufnahmen erscheint insbesondere ein Deeskalationstraining für die Mitarbeiter eine sinnvolle personenbezogene Maßnahme, um die Inzidenz von Gewalt zu verringern, bzw. ihr zu begegnen. Auch infrastrukturelle, flankierende Maßnahmen und technische Lösungen werden als hilfreich erachtet. Nur ein Drittel der Befragten hält eine permanente Anwesenheit eines Sicherheitsdienstes für sinnvoll (85). Auch wenn evidenzbasierte Ergebnisse zur Wirksamkeit der verschiedenen Maßnahmen zur Prävention von Gewalt auch aktuell (90) noch immer ausstehen, wurde als Konsequenz aus den erhobenen Daten zum Gewalterleben an der Charité (81) ein Deeskalationsmanagement etabliert. Dieses umfasst die primäre, sekundäre und tertiäre Prävention von Gewalt und Aggression. Durch eine theoretische und praktische Schulung soll versucht werden, die Wahrnehmung der Mitarbeiter und insbesondere das Reaktionsmuster auf herausforderndes Verhalten durch deeskalierende Kommunikationstechniken zu verändern. Die Evaluation des Trainings erbrachte, dass die Absolventen ihren Zugewinn an Fähigkeiten in Konfliktsituationen als mittel bis hoch bewerteten und diese in der Praxis anwendeten (89). Das Deeskalationstraining wird, nachdem Notaufnahmen und Psychiatrien bereits regelhaft geschult werden, gegenwärtig auf alle Bereiche der Charité mit Patientenversorgung ausgeweitet. Hierzu werden weitere Trainer als Multiplikatoren ausgebildet. An den drei Notaufnahmen der Charité am Campus Virchow- Klinikum wurde zwischenzeitlich in den Hauptbelastungszeiten (Wochenende) sowie zu Spät- und Nachtdienstzeiten ein in zivil gekleideter Personenschützer eingesetzt, um das Personal bei missglückter Deeskalation abzusichern bis die Polizei eintrifft. Neben Informationstafeln im Wartebereich, die den Patienten und Angehörigen Auskunft geben zum Ablauf der Behandlung in der Notaufnahme, wurden Schließsysteme etabliert und ein Notrufbutton an den Bereichstelefonen der Pflegekräfte installiert, über die kollegiale Ersthilfe gerufen werden kann. Die Auswirkungen insbesondere eines wiederholten Gewalterlebens am Arbeitsplatz können für die Betroffenen, aber auch die Krankenversorgung gravierend sein (19, 71-73, 92). Als ein wesentlicher Faktor wurde daher auch ein Standardvorgehen für die Nachbetreuung von Gewaltopfern formuliert. In diesem ist neben der kollegialen Ersthilfe bei entsprechendem Wunsch eine psychologische Nachbetreuung organisiert. Um eine Unterschätzung des Problems zu vermeiden und nicht weiter auf retrospektiv erfasste Daten zurückgreifen zu müssen, sollte zukünftig ein niederschwellig zugängliches Meldesystem für gewalttätige Übergriffe etabliert werden. Anzustreben ist eine Befragung der Patienten und Angehörigen über die durch sie wahrgenommenen Gründe möglicher Konflikte während ihrer Behandlung in den Notaufnahmen, um daraus weitere, sinnvolle Interventionen ableiten zu können. Um eine internationale Vergleichbarkeit der verschiedenen Methoden zur Gewaltprävention zu ermöglichen, sollten zukünftig Begriffe im Kontext des Themas einheitlich definiert und die Interventionen bzw. die Studienmethodik angepasst werden (90). Das Leitbild der Notaufnahmen wurde ergänzt um den Satz: „Unsere Notaufnahmen sollen ein sicherer Arbeitsplatz für unsere Mitarbeiter sein. Physische und psychische Verletzungen unserer Mitarbeiter und auch der von uns betreuten Patienten sollen verhindert werden.“ (93)

Zur Manipulierbarkeit der Allokation öffentlicher Güter : Theoretische Analyse und Simulationsergebnisse

Die Arbeit untersucht die Aufteilung eines Budgets auf mehrere öffentliche Güter mittels einer Abstimmung. Hierzu werden Verfahren betrachtet, unter denen jeder Agent eine Budgetaufteilung vorschlägt und dann aus diesen Vorschlägen eine Aufteilung (Allokation) bestimmt wird. Von besonderem Interesse ist die Frage, welche Verfahren für keinen Agenten einen Anreiz bieten, eine Allokation vorzuschlagen, die nicht mit seiner präferierten Aufteilung übereinstimmt

Development of a method for measuring situation awareness at interlocking workplaces

Der Fahrdienstleiter hat im Wesentlichen die Aufgabe, die sichere Fahrt eines Zuges zu ermöglichen, indem er für die Zulassung von Zugfahrten als Bediener eines Stellwerks zuständig ist. Die Entwicklung der letzten Jahrzehnte ermöglicht, dass ein einziger Fahrdienstleiter nicht mehr nur für einen kleinen und von der Stellwerkskanzel komplett einsehbaren Bereich verantwortlich sein muss, sondern unter Verlagerung des Tätigkeitsbereichs hin zum überwachenden Aufgabenfeld für ganze Regionen zuständig sein kann. Problematisch kann sich dieses jedoch dann äußern, wenn es zum Auftreten von Unregelmäßigkeiten kommt. Bei derartigen Situationen reichen überwachende Aufgaben unter Umständen nicht aus, um den Betrieb aufrecht zu erhalten. Ein ausreichendes Situationsbewusstsein ist notwendig, um im Fall unerwarteter Unregelmäßigkeiten korrekt handeln zu können. Einzelne Faktoren der historischen Entwicklung lassen jedoch erwarten, dass das Situationsbewusstsein insbesondere beim Fahrdienstleiter in einem modernen, elektronischen Stellwerk nicht mehr in der Form vorhanden ist, um in genau diesen Situationen angemessen zu reagieren. Die Dissertation gibt zunächst die wesentlichen Aspekte der historischen Entwicklung im Zusammenhang mit möglichen Auswirkungen auf das Situationsbewusstsein beim Fahrdienstleiter wieder und geht dabei auch auf die existierenden Methoden zur Bemessung von Arbeitsplätzen ein. Den Veröffentlichungen der letzten Jahre sind nur allererste Ansätze zur Untersuchung des Situationsbewusstseins für Arbeitsplätze von Stellwerksbedienern zu entnehmen. Die Entwicklung einer ausgereiften Methodik, mit welcher die Erfassung des Situationsbewusstseins möglich ist, ist bisher nicht erfolgt. Die Dissertation beschreibt die Entwicklung eines Fragebogens zur Erfassung des Situationsbewusstseins. Dieser Fragebogen wurde beispielhaft in einer Studie angewandt. Im Rahmen der Studie ist der Zusammenhang zwischen einer mit der Vergrößerung von Bedienbereichen zunehmenden Menge an Informationen in Form einer höheren Anzahl an Fahrzeugbewegungen und deren Beherrschbarkeit durch den Fahrdienstleiter bzw. Probanden erfasst worden. Bei der Untersuchung stand die Gewinnung von grundsätzlichen Erkenntnissen zur Anwendbarkeit von Fragebögen und Simulationen für die Erfassung des Situationsbewusstseins am Arbeitsplatz des Fahrdienstleiters im Vordergrund. Diese kann einen ersten, wesentlichen Schritt in der Entwicklung einer umfassenden Methodik darstellen.Over the last decades, the area which is controlled by a train controller got significantly larger. This is mainly based on the technical development in the signalling systems. The technical changes also influence aspects of the train controllers’ tasks: While in an old interlocking mainly active tasks had to be performed, in a modern electronic interlocking the focus during normal operation is on supervisory tasks. The shift from active to supervisory tasks in normal operation may cause a decrease of a train controller’s situation awareness. Especially in case of irregularities, this may lead to specific problems. In this situations, purely supervisory tasks are not sufficient for maintaining operation. Publications of the last years only present first approaches about situation awareness at workplaces of traffic controllers. Especially, a method which allows a better understanding or a measure of situation awareness at interlocking workplaces does not exist. The presented thesis describes further steps for the development of an applicable testing method. After discussing the development of interlocking technology with a focus on its effect on train controllers, a questionnaire is described in this thesis. This questionnaire contains different questions about the operational situation of a control area as well as questions about the controller’s self-assessment. The questionnaire was applied in a simulation based on the specifications of SAGAT evaluations described by Endsley. The aim of the simulation was to get first-hand experience in the application of questionnaires and simulations at workplaces of traffic controllers. Secondly, it was tested which impact an increasing amount of user interface information has on the situation awareness of a train controller. The experiences gained from the study provide a first, fundamental step in the development of a comprehensive method: User interface parameters that may influence situation awareness were identified. The analysis also shows potential for modifying specific contents of the questionnaire as well as simulation settings for getting more significant results in further studies. An outline how to proceed when developing a method that could not only be used for a representative testing of situation awareness, but also for an estimation of situation awareness for any interlocking workplace is given

IaaS, PaaS, or SaaS? The Why of Cloud Computing Delivery Model Selection – Vignettes on the Post-Adoption of Cloud Computing

Most large-scale organizations adopted Cloud Computing (CC) on a company level in recent years. Managers now face the challenge to appropriately implement CC operationally , i.e., for information systems (ISs). We refer to this as post-adoption, addressing the extent of technology usage after adoption. Specifically, managers need to choose among the CC delivery models Infrastructure-as-a-Service (IaaS), Platform-as-a-Service (PaaS), and Software-as-a-Service (SaaS). We differentiate the determinants of this post-adoption decision for IaaS, PaaS, and SaaS. Based on this analysis, we derive criteria that guide managers\u27 delivery model selection: Adopt 1) IaaS for ISs requiring flexibility and reduced time to market, 2) PaaS to access specialized resources, and 3) SaaS to focus on core competencies. Moreover, we analyze the impact on the CC strategy and postulate them as recommendations: I) acknowledge the interplay between governance and time-to-market, II) realize cost savings on company level, and III) consider strategically important ISs for CC