City Walk: Preliminary Insights into Embodied Immersive VR for Spatial Navigation

Von einem Ort zum anderen zu gelangen ist eine grundlegende menschliche Fähigkeit, doch die Art und Weise, wie unser Gehirn eine mentale Landkarte der Welt aufbaut, bleibt ein komplexes Rätsel. Um effektiv zu navigieren, verlassen wir uns auf zwei verschiedene Arten von mentalen Strategien. Die eine ist ein einfacher, schrittweiser Ansatz, wie etwa sich daran zu erinnern, links an der Bäckerei und rechts beim Park abzubiegen; dies ist eine routenbasierte Methode, die gut funktioniert, wenn man einen Pfad vertraut ist, aber versagt, wenn man an einem neuen Ausgangspunkt platziert wird. Die andere ist eine flexiblere Vogelperspektive, bei der das Gehirn eine kognitive Karte des gesamten Gebiets konstruiert, die es ermöglicht, zu verstehen, wie Wahrzeichen miteinander in Beziehung stehen, und einen neuen Kurs selbst von einem unbekannten Ort aus zu planen. Wissenschaftler wollten schon lange untersuchen, wie Menschen diese flexiblen Karten entwickeln, aber dies in der realen Welt zu tun ist schwierig, da es schwer ist, jede Variable – vom Verkehr bis zum Wetter – zu kontrollieren. Virtual Reality bietet eine Lösung, indem sie eine sichere, wiederholbare digitale Welt schafft, in der Forscher beobachten können, wie Menschen lernen und sich bewegen, ohne das Chaos der Realität.

Ein Forscherteam aus Italien hat ein neues digitales Werkzeug namens „City Walk“ entwickelt, um genau diese Frage zu erforschen. Sie haben ein Serious Game entwickelt – ein Videospiel, das für das Lernen und nicht nur zur Unterhaltung konzipiert wurde –, das die Spieler in eine kleine, realistische Küstenstadt versetzt. Das Ziel war es zu sehen, wie unterschiedliche Arten der Bewegung durch diese virtuelle Welt die Fähigkeit eines Menschen beeinflussen, das Layout zu erlernen und sich zu merken, wo sich Dinge befinden. Die Forscher verglichen zwei sehr unterschiedliche Setups. In dem ersten Setup saßen die Teilnehmer an einem Schreibtisch und benutzten eine Tastatur und eine Maus, um eine Figur auf einem Flachbildschirm zu bewegen, ganz ähnlich wie beim Spielen eines Standard-Computerspiels. In dem zweiten, immersiveren Setup trugen die Teilnehmer ein Headset, das ihr Sichtfeld abdeckte, und standen auf einem speziellen Laufband, das es ihnen ermöglichte, physisch in jede beliebige Richtung zu gehen, während sie an Ort und Stelle blieben. Diese zweite Gruppe konnte natürlich umhersehen und vorwärts gehen, sich drehen und anhalten, genau wie sie es in der realen Welt tun würden, wodurch sie ihren Körper in den Navigationsprozess einbezogen.

Die Studie umfasste zwanzig gesunde junge Erwachsene, die zufällig einer der beiden Gruppen zugewiesen wurden. Sie spielten alle dieselbe sechsstufige Sequenz in der virtuellen Stadt durch. Das Erlebnis begann mit einer geführten Tour, bei der das Spiel ihnen genau sagte, wohin sie gehen sollten, um ihnen zu helfen, sich an die Umgebung zu gewöhnen. Während sie fortschritten, verschwand die Führung, und sie mussten ihren Weg eigenständig finden. Die Herausforderungen wurden schwieriger: Sie mussten bei Nacht navigieren, gegen die Zeit rennen, einen neuen Weg finden, wenn eine Straße durch Baustellen blockiert war, und schließlich an einem Ort starten, den sie noch nie zuvor besucht hatten. Der letzte Test war gar keine Navigationsaufgabe, sondern ein Gedächtnistest. Die Teilnehmer wurden in einen virtuellen Raum mit einer großen Stadtkarte an der Wand versetzt und sollten mit Klebezetteln markieren, wo sie sich bestimmte Orientierungspunkte, wie etwa ein Krankenhaus oder ein Bowlingcenter, erinnerten.

Die Ergebnisse lieferten ein klares Bild davon, wie sich die beiden Erfahrungen unterschieden. Die Gruppe, die das immersive Laufband und das Headset nutzte, machte weniger Fehler in ihren Routen. Sie wichen weniger stark vom direktesten Pfad zu ihrem Ziel ab, was darauf hindeutet, dass sie eine bessere mentale Karte des Stadtlayouts aufbauten. Dieser Vorteil war am deutlichsten, wenn sie ohne Hilfe navigieren, eine Route, die sie gerade genommen hatten, rückwärts laufen oder eine Umleitung um ein Hindernis herum finden mussten. Bei dem abschließenden Gedächtnistest schnitt die immersive Gruppe signifikant besser ab. Sie platzierten einen viel höheren Prozentsatz der Orientierungspunkte an den korrekten Stellen auf der Karte und machten weniger Fehler bei der Platzierung. Dies deutet darauf hin, dass das physische Durchschreiten der virtuellen Umgebung ihnen half, die Beziehungen zwischen verschiedenen Orten effektiver zu kodieren, als es das bloße Bewegen einer Figur mit einer Maus ermöglichte.

Dieses verbesserte räumliche Lernen ging jedoch mit einem Kompromiss einher. Die Teilnehmer in der immersiven Gruppe benötigten länger, um die Navigationsaufgaben zu vervollständigen. Sich mit dem ganzen Körper zu bewegen und zu drehen, ist naturgemäß langsamer, als eine Taste auf einer Tastatur zu drücken, und diese physische Einschränkung bedeutete, dass ihre Reisezeiten länger waren. Sie berichteten auch von einer etwas höheren mentalen Belastung, wahrscheinlich weil sie ihr Gehen mit ihrer visuellen Aufmerksamkeit koordinieren mussten. Trotz dieser zusätzlichen Anforderungen wurde die immersive Erfahrung positiv aufgenommen; die Teilnehmer fanden sie nutzbar und angenehm, und wichtig war, dass sie unter keinem Motion Sickness (Bewegungskrankheit) litten, ein häufiges Problem in der Virtual Reality. Die Forscher merkten an, dass das immersive Setup zwar ein tieferes Verständnis des Raums zu fördern schien, die Studie jedoch ein vorläufiger Test mit einer kleinen Anzahl von Personen war, wessoeben die Ergebnisse eher ein starkes Signal als ein endgültiger Beweis sind.

Die Studie untersuchte auch, wohin die immersive Gruppe blickte, während sie ging, wobei eine in das Headset integrierte Eye-Tracking-Technologie verwendet wurde. Sie wollten sehen, ob die Zeit, die eine Person auf einen Orientierungspunkt starrte, vorhersagte, wie gut sie diesen später behalten würde. Die Daten zeigten keinen einfachen Zusammenhang zwischen längerem Starren und besserem Erinnern. Tatsächlich war bei einigen Orientierungspunkten längeres Starren mit mehr Verwirrung verbunden, was darauf hindeutet, dass eine Person vielleicht deshalb länger auf ein Gebäude starrt, weil sie unsicher ist, wo es sich befindet, und nicht, weil sie es erfolgreich auswendig lernt. Dieser Befund deutet darauf hin, dass die Art und Weise, wie wir unsere Augen nutzen, um einen Raum zu lernen, komplex ist und nicht einfach durch das Zählen von Sekunden der Aufmerksamkeit gemessen werden kann.

Letztlich zeigt das „City Walk“-Projekt, dass ein Virtual-Reality-System, das ein Headset mit einem Laufband kombiniert, ein praktikabler und effektiver Weg ist, um zu untersuchen, wie Menschen ihre Umgebung lernen. Es legt nahe, dass unser Gehirn, wenn wir uns physisch durch einen Raum bewegen – selbst durch einen digitalen –, eine robustere und flexiblere Karte der Welt konstruiert, als wenn wir uns passiv durch ihn bewegen. Während die immersive Methode mehr Zeit und körperliche Anstrengung erfordert, scheint sie ein reicheres Verständnis der räumlichen Beziehungen zu liefern. Die Forscher planen, diese Arbeit in Zukunft auszuweiten, indem sie testen, ob diese Vorteile auch für ältere Erwachsene gelten, und die Werkzeuge verfeinern, um die spezifischen Mechanismen, wie wir die Navigation lernen, besser zu verstehen. Für den Moment bietet die Studie einen faszinierenden Einblick in das Zusammenspiel von Körper und Geist bei der Orientierung.