„Keine Pause im Cockpit“
Pilotinnen und Piloten haben einen höchst anspruchsvollen Job mit enormer Verantwortung. Sie müssen in kurzer Zeit viele Entscheidungen gleichzeitig treffen. Dr. Anneke Hamann ist Wissenschaftlerin am DLR-Institut für Flugführung in Braunschweig und forscht daran, wie sich der mentale und körperliche Zustand von Pilotinnen und Piloten erfassen und interpretieren lässt. Die Idee ist es, anhand von Gehirndaten, Herzfrequenz, Atmung oder anderen physiologischen Signalen Zustände wie Müdigkeit und Erschöpfung zu erkennen – bevor es kritisch wird. Wie solche Experimente ablaufen und was die Herausforderungen sind, darüber spricht sie in folgendem Interview.
Frau Hamann, wie gehen Sie dieses komplexe Thema an?
Zunächst fragen wir uns, welche Zustände bei Pilotinnen und Piloten überhaupt relevant sind. Dazu gehören mentale Beanspruchungen, also als wie schwierig eine Aufgabe empfunden wird, Stress, Zeitdruck, Schläfrigkeit oder Erschöpfung. Aber auch körperliche Faktoren können eine Rolle spielen, etwa wenn jemand einfach einen schlechten Tag hat oder sich unwohl fühlt.
Welche Methoden und Werkzeuge kommen zum Einsatz?
Im Mittelpunkt stehen vor allem kognitive Prozesse – also das, was im Kopf passiert, wenn Informationen aufgenommen, verarbeitet und in Handlungen umgesetzt werden. Um sie messbar zu machen, nutzen wir Verfahren wie die Elektroenzephalografie, kurz EEG. Dabei werden Elektroden auf der Kopfhaut angebracht, die elektrische Signale messen. Wenn viele Nervenzellen gleichzeitig aktiv sind, entsteht ein messbares Muster. So können wir herauslesen, in welchen Bereichen das Gehirn gerade wie stark arbeitet – also ob jemand hochkonzentriert, gestresst oder vielleicht schon ermüdet ist.
Wir haben das EEG mit einer zweiten, ergänzenden Methode kombiniert: der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie, kurz fNIRS. Dabei wird Licht im Nahinfrarot-Bereich über die Kopfhaut ins Gehirn geleitet. Man kann sich das ein bisschen so vorstellen, wie wenn man als Kind mit einer Taschenlampe durch seinen Finger geleuchtet hat und Blutgefäße sehen konnte. Anhand der Lichtabsorption lässt sich erkennen, wie viel sauerstoffreiches und -armes Blut gerade vorhanden ist, wie sich dieses Verhältnis über die Zeit ändert – und damit, wie stark das Gehirn aktiv ist. Denn je mehr es arbeiten muss, je schwieriger die Aufgabe ist, desto mehr Energie braucht unser Gehirn.
Kann man auch an anderen Parametern als der Gehirnaktivität etwas über die Verfassung einer Person ablesen?
Ja, absolut. Wir beobachten zum Beispiel auch das Verhalten. Dabei helfen uns Eye-Tracker, die uns zeigen, wohin die Versuchspersonen blicken und wie lange sie die Informationen betrachten. Ergänzend werden körperliche Parameter wie Herzfrequenz, Atmung oder Hautleitfähigkeit gemessen. All diese Daten ergeben zusammen ein möglichst vollständiges Bild des mentalen und körperlichen Zustands.
Und finden diese Experimente in der Luft statt?
Meistens testen wir in Flugsimulatoren, wo realistische, aber kontrollier- und wiederholbare Szenarien geschaffen werden können. So lässt sich gezielt untersuchen, wie Pilotinnen und Piloten in anspruchsvollen Situationen reagieren – und welche Signale darauf hindeuten, dass ihre Belastungsgrenze erreicht ist. Durch diese Kombination aus moderner Technik und psychologischer Beobachtung entsteht ein immer genaueres Verständnis davon, wie der Mensch im Cockpit funktioniert.
Pilotinnen und Piloten könnten zukünftig von entsprechenden Assistenzsystemen unterstützt werden. Was sollte ein solches System können?
In unserer Idealvorstellung haben wir ein Messsystem, das unauffällig und zuverlässig ist, am Körper anliegt und nicht stört. Sensoren könnten dabei kontinuierlich die erhobenen Daten an ein Assistenzsystem übermitteln. Dieses würde dann erkennen, wie es der Person gerade geht, und entsprechend reagieren – etwa, indem es Warnungen gibt, Informationen anpasst oder temporär Routineaufgaben übernimmt.
Spielen Design und Komfort der Messgeräte eine Rolle dabei, inwieweit die Versuchspersonen die Messungen tolerieren?
Überraschenderweise spielt das Aussehen der Messgeräte kaum eine Rolle – wichtiger ist, dass sie bequem sind. Gerade im militärischen Bereich ist die Ausrüstung ohnehin umfangreich, da fallen zusätzliche Sensoren kaum auf. Entscheidend ist, dass sie einfach integriert werden können, einfach anzulegen sind und die Bewegungsfreiheit nicht einschränken. Dann steigt auch die Akzeptanz.
Wer entscheidet, welche Daten erhoben und wie diese ausgewertet werden?
Derzeit entscheide ich als Forscherin selbst, welche Daten erhoben und ausgewertet werden. Im Rahmen meiner wissenschaftlichen Arbeit passiert das aber immer unter Aufsicht einer Ethikkommission. Jede Untersuchung wird geprüft, um sicherzustellen, dass die Teilnehmenden geschützt sind und die Forschung verantwortungsvoll abläuft. Ich finde es wichtig, dass jemand der Wissenschaft auch mal auf die Finger schaut.
Spannend wird es, wenn solche Systeme eines Tages tatsächlich im Flugzeug eingesetzt werden. Dann müssen klare Regeln gelten. Die Pilotinnen und Piloten müssen sich darauf verlassen können, dass die Daten nicht für jedermann zugänglich sind und ausschließlich ihrem Wohl dienen, etwa zur Sicherheit oder Unterstützung im Flug. Arbeitgeber oder Dritte dürfen keinen Zugriff auf persönliche Leistungsdaten haben, damit Missbrauch oder unfaire Leistungsbewertungen verhindert werden.
Wie realistisch ist es, dass solche Systeme in den nächsten 20 Jahren in der zivilen Luftfahrt Standard werden?
Ich halte Systeme für realistisch, die spezifische Zustände wie Stress, Müdigkeit oder Überlastung erkennen – und frühzeitig reagieren, bevor die Handlungsfähigkeit abnimmt. Es geht also nicht darum, das Denken oder Entscheidungen zu übernehmen, sondern Menschen in anspruchsvollen Situationen gezielt zu unterstützen.
Ein Beitrag von Andrea Haag aus dem DLRmagazin 179. Sie ist Online-Redakteurin in der DLR-Kommunikation und fasziniert vom Thema Mensch-Maschine-Interaktion. Die ethischen Fragestellungen im Interview inspirierten sie zu weiteren Geschichten.