(For English version see below)
Groß, haarig, acht Beine – viele Menschen lässt der Anblick einer Vogelspinne (oder jeder anderen Spinne) völlig kalt. Bei manchen löst er zumindest Ekel aus, bei anderen Panik. Rund fünf Prozent der Weltbevölkerung leiden unter einer Spinnenphobie. Doch während man denken sollte, dass all diese Personen unterschiedlich auf ihren Angstgegner reagieren, steigt die Angst von Phobiker*innen in vergleichbaren Situationen überraschend ähnlich an. Das zeigt ein Promotionsprojekt am Lehrstuhl für Data Engineering an der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr (HSU) in Hamburg.
Florian Grensing arbeitet für seine Dissertation daran, ein so individuelles Gefühl wie Angst messbar und vorhersehbar zu machen. Dafür wertet der Informatiker physiologische Daten aus Tests aus, in denen Spinnenphobiker*innen auf eine nicht besonders niedliche Vogelspinne treffen – mal ist die Spinne in den Tests echt und lebendig, mal virtuell. Am Ende soll seine Forschung dazu beitragen, Phobiker*innen von ihrem schlimmsten Alptraum zu befreien. Das Projekt ist eine Kooperation mit dem Lehrstuhl für Psychologie mit Schwerpunkt Klinische Psychologie und Psychotherapie der Uni Siegen.
Die Begegnung mit der virtuellen Spinne
Ein Raum in der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg-Wandsbek mit vielen Glaswänden. Der Moment ist da, der virtuellen Spinne zu begegnen. Florian Grensing hilft, die VR-Brille aufzusetzen, also das Gerät, das einen in die Virtual Reality, die virtuelle Welt, versetzt. Man findet sich in einem computergenerierten, karg eingerichteten Raum wieder. Am Ende eines langen Konferenztischs steht ein Plexiglaskasten, darin eine komplett realistisch wirkende Vogelspinne. Den Kasten kann man jetzt mit Hilfe eines Controllers näher zu sich heranziehen. Die Spinne im Kasten wandert träge hin und her. Alle paar Minuten erscheint eine Skala von Null bis Hundert, auf der man markieren kann, wie stark gerade die Angst ist.
Im zweiten Abschnitt betritt man einen anderen, ebenfalls computergenerierten Raum. Am anderen Ende des Raums steht auf einem Fensterbrett wieder der Glaskasten mit der Spinne. Diesmal muss man selbst auf sie zugehen – so nah, wie man es aushält. Wieder fragt die Skala regelmäßig nach der aktuellen Stärke der Angst.
Welche*r Spinnenphobiker*in setzt sich schon freiwillig einem Test mit Spinnen aus?
Wenn die Proband*innen nicht nur zu Demonstrationszwecken, sondern unter echten Testbedingungen auf die Spinne treffen, sind sie bei der Begegnung verkabelt. Während des Tests werden ihre Körperreaktionen aufgezeichnet: Wie schnell schlägt ihr Herz, wie warm fühlt sich ihre Haut an, wie stark schwitzen sie? Denn das alles verändert sich, je größer die Angst wird. Kombiniert mit der subjektiven Einschätzung der eigenen Angst auf der elektronischen Skala werden so Daten gewonnen, die die Entwicklung der Angst im Verhältnis zur Distanz zwischen Proband*in und Spinne dokumentieren. Ergänzend füllen die Testpersonen mehrere Fragebögen aus.
Man kann sich vorstellen, dass es nicht eben einfach ist, Menschen für die Teilnahme an diesen Tests zu begeistern: Als Proband*in kommen schließlich nur Personen mit einer Spinnenphobie infrage. „Und es ist natürlich schwierig, Spinnenphobiker*innen zu finden, die bereit sind, etwas mit einer Spinne zu machen“, sagt Florian Grensing. Klar: Wer setzt sich dem schon freiwillig aus, wenn er nicht muss? Letztlich haben Grensing und sein Team aber ausreichend Testpersonen zusammenbekommen.
Kann der virtuelle Kontakt den realen ersetzen?
Die beiden virtuellen Tests werden mit zwei weiteren mit exakt gleichem Aufbau kombiniert, nur dass diese beiden anderen in der echten Welt stattfinden – und mit einer echten, lebenden Vogelspinne. Bei dem Teil, in dem die Proband*innen die Spinne zu sich heranholen, kommt eine eigens für diese Experimente gebaute Holzkonstruktion zum Einsatz: Die Testperson legt ihr Kinn in eine Vertiefung, damit ihr Kopf leicht fixiert ist und den Blick auf die Spinne hält, die in drei Metern Entfernung in ihrer Plexiglaskiste sitzt. Diese Kiste kann man jetzt mithilfe einer Kurbel immer näher zu sich heranholen – wieder genau so weit, wie man es erträgt. Auch hier werden die physiologischen Reaktionen gemessen und die Stärke der Angst wird abgefragt.
Der Ablauf in der wirklichen und in der virtuellen Welt muss deshalb genau gleich sein, weil es um Vergleichbarkeit geht: Sind die Reaktionen bei den virtuellen Begegnungen die gleichen wie bei den Begegnungen mit der echten Spinne? Das ist eine der entscheidenden Fragen des Forschungsprojekts. Daraus ergibt sich die nächste Frage: Können die virtuellen Begegnungen die realen ersetzen?
Nicht jede Kleinstadt-Praxis hält eine lebende Vogelspinne
Wenn dem so ist, liegt der Nutzen auf der Hand. Ein Element der Behandlung von Phobien ist die sogenannte Expositionstherapie. Dabei werden Phobiker*innen dem Objekt ihrer Angst ausgesetzt. Wenn es auf Patient*innen denselben Effekt hat, einer virtuellen Spinne ausgesetzt zu werden, würde das diese Therapieform sehr viel einfacher und zugänglicher machen. Denn nicht jeder Therapeut oder jede Therapeutin in einer Kleinstadt hält eine lebende Vogelspinne im Hinterzimmer, die rund um die Uhr gepflegt und gefüttert wird, bis einmal im Jahr ein Mensch mit Spinnenphobie in die Praxis kommt, um sich behandeln zu lassen. Die virtuelle Spinne dagegen wäre immer griffbereit. Und ganz nebenbei wäre das auch eine gute Nachricht für Vogelspinnen, die nicht mehr für die Tests herhalten müssten.
Um Vergleichbarkeit zu gewährleisten, sind die beiden virtuellen Test-Räume den echten nachempfunden. Florian Grensing hat sie gemeinsam mit seiner Siegener Informatik-Kommilitonin Vanessa Schmücker gebaut. Besonders der Raum, in dem die Kiste mit der Spinne auf der Fensterbank steht, ist eine exakte Kopie des real existierenden: Fenster, Fensterbrett, Heizung, Steckdosen. „Es muss realistisch wirken, aber es darf keine Elemente enthalten, die ablenken können“, erklärt Grensing.
Die Angst, gegen eine Wand zu laufen
Damit sie die Frage nach der Vergleichbarkeit beantworten können, werten Florian Grensing und sein Team die Daten der vier Tests aus und stellen sie einander gegenüber. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Testformen tatsächlich vergleichbar sind. Die größte Schwierigkeit, so Grensing, stellt der Bereich dar, in dem die Proband*innen im virtuellen Raum auf die Spinne zugehen müssen: „Viele Menschen sind im virtuellen Raum unsicher“, erklärt er: „Sie haben zum Beispiel Angst, gegen eine Wand zu laufen. Darum bewegen sie sich zögerlicher als in der Wirklichkeit.“
Florian Grensing hat in Siegen Informatik mit dem Schwerpunkt Visual Computing studiert. Für seinen Master hat er ein VR-Programm entwickelt, mit dem Patient*innen mit künstlichem Darmausgang lernen, mit ihrem Auffangbeutel umzugehen. Nach dem Master stieß er für seine Promotion in Data Engineering zu dem Spinnenphobie-Projekt in der Psychologie der Uni Siegen, das gerade frisch in der Planung war. „Da kam die Idee auf, ob man Angstreaktionen über die physiologischen Reaktionen vorhersagen kann“, erzählt Grensing. Als Maria Maleshkova, die Grensings Promotion betreut, von Siegen an die HSU wechselte, um dort den Lehrstuhl für Data Engineering zu übernehmen, zog Grensing mit nach Hamburg.
Für jedes der virtuellen Module des Tests sind etwa fünfzehn Minuten veranschlagt. Wie lange braucht Florian Grensing dafür? „Ein paar Sekunden“, sagt er: „Erstens kenne ich den Ablauf ja schon, und zweitens habe ich überhaupt keine Angst vor Spinnen.“ Auch die echte Vogelspinne hatte er schon mal auf der Hand, ohne Probleme.
Die entscheidende Frage: Geht das überhaupt?
Der zweite Teil des Projekts, neben den Untersuchungen zur Vergleichbarkeit, ist die Objektivierung der Angst. Denn tatsächlich scheint etwas so Subjektives wie Angst nicht so individuell zu sein, wie man glauben möchte. Die Testergebnisse legen nahe, dass man bei den meisten Proband*innen anhand der Signale des Herzens und der Schweißreaktionen den Stand ihrer Angst vorhersagen kann. Aus eben diesen Daten errechnet ein Programm, wie viel Angst die Testperson gerade hat, basierend auf ihren körperlichen Reaktionen. „Das war natürlich eine entscheidende Frage für uns“, so Grensing: „Geht das überhaupt? Ist es möglich, die Entwicklung der Angst vorauszusagen?“ Eine vom ihm erstellte Grafik zeigt: Die Vorhersagen, die das Programm aus den gewonnenen physiologischen Daten errechnet hat, stimmen verblüffend gut mit den Aussagen der Proband*innen überein.
Aus dieser Vorhersagbarkeit ergibt sich ein Anwendungsziel für die Zukunft: die virtuelle Expositionstherapie für jede Patientin und jeden Patienten individuell anpassen zu können. Die Patient*innen würden dann die VR-Brille aufsetzen und ein Messgerät anlegen, das die Körperreaktionen aufnimmt. Aus der Frequenz des Herzschlags, der Intensität der Schweißbildung und der Höhe der Körpertemperatur könnte die Apparatur die individuelle Stärke der Angst errechnen und vorhersagen, wie sich diese in den nächsten Minuten entwickeln wird. Ist die Angst schon früh sehr stark – zum Beispiel in der ersten Sitzung –, könnten zum Beispiel die Bewegungen der virtuellen Spinne automatisch gebremst und verlangsamt werden, damit der Patient nicht von Panik überwältigt wird.
„Das“, sagt Grensing, „ist das große Ziel.“ In diesem Forschungsprojekt wird das noch nicht umgesetzt werden. Aber die Umsetzung wird auf den Ergebnissen von Florian Grensings Dissertation aufbauen können.
Info: Spinnenphobie
Obwohl es in Deutschland keine für den Menschen gefährlichen Spinnenarten gibt, leiden auch bei uns etwa fünf Prozent der Bevölkerung unter der Angststörung Spinnenphobie (Arachnophobie). Sie ist eine der weltweit am stärksten verbreiteten spezifischen Phobien – also der Angst vor einer konkreten Sache. Frauen sind fünfmal stärker von Spinnenphobie betroffen als Männer. Dazu, woher die Angst vor Spinnen kommt, gibt es unterschiedliche Theorien. Bei vielen Phobiker*innen schränkt ihre Angst ihre Lebensqualität stark ein. Spinnenphobie ist aber behandelbar. Eine sehr erfolgreiche Methode ist dabei die Expositionstherapie (auch Konfrontationstherapie), bei der sich die Patient*innen einer Spinne in mehreren Sitzungen auf unterschiedliche Weise annähern.
English:
Can Fear Be Predicted?
At what point do the feelings of people with phobias change when they encounter a spider? A doctoral research project at Helmut Schmidt University in Hamburg is investigating how something as individual as fear can be made calculable — with the aim of one day improving the treatment of phobias.
Large, hairy, eight legs — many people remain completely unfazed by the sight of a tarantula (or any other spider). For some, it provokes disgust; for others, panic. Around five percent of the world’s population suffer from arachnophobia. Yet although one might assume that all of these individuals react differently to the object of their fear, the anxiety of people with phobias increases in surprisingly similar ways in comparable situations. This is what a doctoral project at the Chair of Data Engineering at Helmut Schmidt University / University of the Federal Armed Forces Hamburg has shown.
As part of his dissertation, Florian Grensing is working on making a feeling as individual as fear measurable and predictable. To do so, the computer scientist analyzes physiological data collected in experiments in which people with arachnophobia encounter a not particularly cuddly tarantula — sometimes real and alive, sometimes virtual. Ultimately, his research aims to help free people with phobias from their worst nightmare. The project is a collaboration with the Chair of Psychology, specializing in Clinical Psychology and Psychotherapy, at University of Siegen.
Encountering the Virtual Spider
A room at Helmut Schmidt University in Hamburg-Wandsbek, lined with glass walls. The moment has arrived to encounter the virtual spider. Florian Grensing helps fit the VR headset — the device that transports users into virtual reality. Suddenly, one finds oneself in a sparsely furnished, computer-generated room. At the far end of a long conference table stands a Plexiglas box containing a completely lifelike tarantula. Using a controller, participants can pull the box closer toward themselves. Inside, the spider slowly wanders back and forth. Every few minutes, a scale from zero to one hundred appears, allowing participants to indicate the intensity of their fear at that moment.
In the second phase, participants enter another computer-generated room. At the opposite end, once again, sits the glass box with the spider, this time placed on a windowsill. Now participants must walk toward it themselves — as close as they can bear. Again, the scale regularly asks them to rate the intensity of their fear.
Which Person wirh Arachnophobia Would Voluntarily Expose Themselves to Spiders?
When participants encounter the spider under actual experimental conditions rather than for demonstration purposes, they are connected to measuring devices. During the test, their physical reactions are recorded: How fast is their heart beating? How warm does their skin feel? How much are they sweating? All of these factors change as fear increases. Combined with participants’ subjective fear ratings on the electronic scale, the researchers obtain data documenting how fear develops in relation to the distance between participant and spider. In addition, participants complete several questionnaires.
It is easy to imagine that recruiting volunteers for such experiments is not particularly simple: after all, only people with arachnophobia qualify as participants. “And of course it’s difficult to find people with spider phobia who are willing to do something involving a spider,” says Florian Grensing. Understandably so — who would voluntarily subject themselves to that if they didn’t have to? In the end, however, Grensing and his team managed to recruit enough participants.
Can Virtual Contact Replace Real Encounters?
The two virtual tests are combined with two additional tests that follow exactly the same procedure — except that these take place in the real world, involving a real, living tarantula. For the part in which participants pull the spider closer toward themselves, the researchers use a specially constructed wooden apparatus: participants place their chin into a molded rest so that their head remains lightly fixed and directed toward the spider, which sits three meters away in its Plexiglas box. Using a crank, participants can gradually pull the box closer — again, only as far as they can tolerate. Here too, physiological reactions are measured and fear levels are recorded.
The procedures in the real and virtual worlds must be identical because comparability is crucial: are the reactions during virtual encounters the same as during encounters with a real spider? This is one of the project’s key research questions. From this arises the next question: can virtual encounters replace real ones?
Not Every Small-Town Practice Keeps a Live Tarantula
If so, the benefits are obvious. One element of phobia treatment is so-called exposure therapy, in which patients are exposed to the object of their fear. If being exposed to a virtual spider has the same effect on patients as exposure to a real spider, this form of therapy could become far easier and more accessible. After all, not every therapist in a small town keeps a live tarantula in a back room, cared for and fed year-round until a patient with arachnophobia happens to come in for treatment. A virtual spider, on the other hand, would always be readily available. And incidentally, this would also be good news for tarantulas, which would no longer have to serve as test subjects.
To ensure comparability, the two virtual testing rooms were modeled closely on the real ones. Florian Grensing designed them together with his fellow computer science student Vanessa Schmücker from Siegen. In particular, the room with the spider box on the windowsill is an exact replica of the real one: windows, windowsill, radiator, power outlets. “It has to feel realistic, but it must not contain elements that could be distracting,” Grensing explains.
The Fear of Walking into a Wall
To answer the question of comparability, Florian Grensing and his team analyze and compare the data from all four tests. The results suggest that the different test formats are indeed comparable. According to Grensing, the greatest difficulty arises in the section where participants must walk toward the spider in the virtual room: “Many people feel insecure in virtual environments,” he explains. “For example, they’re afraid of walking into a wall. That’s why they move more hesitantly than they would in reality.”
Florian Grensing studied computer science with a focus on visual computing in Siegen. For his master’s degree, he developed a VR program to help patients with ostomy bags learn how to manage them. After graduating, he joined the spider-phobia project in the psychology department at University of Siegen for his doctorate in Data Engineering, just as the project was beginning to take shape. “That’s when the idea came up of whether anxiety reactions could be predicted through physiological responses,” Grensing recalls. When Maria Maleshkova, who supervises his doctorate, moved from Siegen to Helmut Schmidt University to take over the Chair of Data Engineering, Grensing moved to Hamburg as well.
Each virtual testing module lasts about fifteen minutes. How long does Florian Grensing himself need? “A few seconds,” he says. “First, because I already know the procedure, and second, because I’m not afraid of spiders at all.” He has even held the real tarantula in his hand without any problem.
The Crucial Question: Is It Even Possible?
The second major part of the project, alongside the studies on comparability, concerns the objectification of fear. In fact, something as subjective as fear appears to be less individual than one might think. The test results suggest that, for most participants, the current level of fear can be predicted based on heart signals and sweat responses. Using precisely these data, a program calculates how afraid the participant is at a given moment, based on their physical reactions.
“That was of course a crucial question for us,” says Grensing. “Is it even possible? Can the progression of fear actually be predicted?” A graph he created shows that the predictions generated by the program from all the collected data correspond remarkably well with the reactions of new participants.
This predictability opens up a potential future application: individually adapting virtual exposure therapy for each patient. Patients would put on a VR headset and wear sensors that record their physical reactions. Based on heart rate, sweat intensity, and body temperature, the system could calculate the individual intensity of fear and predict how it will develop over the next few minutes. If anxiety becomes very intense early on — for example during a first session — the movements of the virtual spider could automatically be slowed down to prevent the patient from becoming overwhelmed by panic.
“That,” says Grensing, “is the big goal.” It will not yet be implemented within this research project. But future implementations will be able to build on the findings of Florian Grensing’s dissertation.
Info: Arachnophobia
Although there are no spider species in Germany that are dangerous to humans, around five percent of the population still suffer from arachnophobia, an anxiety disorder involving fear of spiders. It is one of the most widespread specific phobias worldwide — meaning fear directed toward a particular object or situation. Women are five times more often affected by arachnophobia than men. There are various theories about where the fear of spiders originates. For many people with arachnophobia, the condition significantly limits their quality of life. However, arachnophobia is treatable. One highly successful method is exposure therapy (also known as confrontation therapy), in which patients gradually approach a spider in different ways over several sessions.
