Forschungsinitiative
Lästigkeit sensorisch vermittelter Umweltreize
(Environmental Annoyance)

Koordination: Dr. rer. nat. Christoph van Thriel;
Univ.-Prof. Dr. med. Barbara Griefahn

Inhalte / Kooperationsschwerpunkte

Hintergrund

Im Wohnumfeld sind Belästigungen durch sensorisch vermittelte Umweltreize (Lärm oder Gerüche) oft Ursache juristischer Auseinandersetzungen zwischen Anwohnern und Anlagenbetreibern. Das Konstrukt der Belästigung bildet dabei häufig die Grundlage des Konflikts. Dabei wird das Phänomen Belästigung in diesem Kontext relativ undefiniert verwendet. Im allgemeinen Sprachverständnis wird unter Belästigung die unerwünschte und beeinträchtigende Einwirkung einer langfristigen Emission auf eine Gruppe Betroffener verstanden, die in letzter Konsequenz mit einem gesundheitlichen Risiko verbunden wird.

Kriterien für die Stärke der Emission sind in der Regel chemische bzw. physikalische Messgrößen (Geruchsstunden, Schallintensität), die im Vergleich zur Belästigung wesentlich präziser definiert sind. Im Bereich niedriger Dosen, der für moderne Arbeit von besonderer Relevanz ist, sind diese Messgrößen für die Etablierung von Dosis-Wirkung-Beziehungen oftmals nicht ausreichend. Ziel der Forschungsinitiative ist es, die Entstehung von Lästigkeit durch sensorisch vermittelte Umweltreize im Kontext niedriger Belastungen messbar und erklärbar zu machen. Dabei soll ein integratives Modell entwickelt werden, mit dessen Hilfe modalitätsspezifische und unspezifische Moderatoren, sensorische Einflussgrößen, Beeinträchtigungen kognitiver Funktionen und (psycho)physiologische Effekte beschrieben werden können.

Was ist Lästigkeit?

Wissenschaftlich wird das Phänomen der Belästigung (annoyance) durch Umweltreize seit Beginn der 1970er Jahre diskutiert. Auf dem vierten vom Karolinska Institutet in Stockholm im Herbst 1971 organisierten Symposium on Environmental Health wurde die folgende Definition von annoyance vorgeschlagen: "a feeling of displeasure associated with any agent or condition believed to affect adversely an individual or a group" (Lindvall & Radford 1973). Knapp 15 Jahre später, auf einem internationalen Symposium on Environmental Annoyance in den Niederlanden, umreißt H.S. Koelega die Verwendung des Begriffs annoyance folgendermaßen: "Annoyance has been considered as a general feeling of displeasure or adversiveness towards a source, also as a mild form of anger, and in some cases annoyance may simply represent fear." (Koelega 1987).

Beiden Definitionsversuchen ist gemeinsam, dass ein Stimulus aus der Umwelt, der bisher häufig unbeachtet geblieben ist, nunmehr in der betroffenen Population eine emotionale Reaktion hervorruft und mit einem gewissen Schädigungspotenzial für die Gesundheit assoziiert wird. Auch diese allgemeinen Definitionsversuche der Wissenschaft bleiben relativ unscharf, und im regulatorischen Kontext (Grenzwertsetzung für Chemikalien, Begrenzung von Lärmemissionen) ist durch diese unklare Definition die Nutzung der Phänomene Belästigung/Lästigkeit ausgesprochen schwierig.

Am Arbeitsplatz wirken zahlreiche, über verschiedene sensorische Modalitäten vermittelte Reize einzeln oder in Kombination, permanent oder intermittiert auf den Menschen ein. Auch hier bezeichnet die Lästigkeit - ebenso wie die für chronische Einwirkungen relevante Belästigung - ein Gefühl der Verärgerung, des Missfallens, des Unbehagens oder der Unzufriedenheit, wenn dieser Umweltfaktor die Ausübung aktueller Tätigkeiten stört. Die "akute Lästigkeit" wird häufig mit einer Leistungsbeeinträchtigung assoziiert, für die "chronische Belästigung" wird ein Zusammenhang mit gesundheitlichen Beeinträchtigungen oder generell eine Beeinträchtigung der Lebensqualität postuliert. Im Sinne der Prävention sollen daher Grenzwerte (MAK-Werte) für Chemikalien am Arbeitsplatz auch vor unangemessener Belästigung schützen.

Obwohl für verschiedene sensorische Einwirkungen aus der Arbeitsumwelt die Begriffe Lästigkeit/Belästigung verwendet werden, ist weitgehend unklar, (a) wie Belästigung/Lästigkeit prinzipiell gemessen werden sollen, (b) welche Mechanismen im Einzelnen dieses Urteil bewirken, (c) welche Interferenzen zur zentralnervösen Informationsverarbeitung bestehen, (d) welche individuellen und situativen Bedingungen hier eine moderierende Funktion haben und (e) welche Auswirkungen Belästigung und Lästigkeit bei der Durchführung von Aufgaben unterschiedlicher Belastungsart und -höhe auf das jeweilige Leistungsergebnis und die auftretende Beanspruchung haben. Darüber hinaus ist unklar, inwieweit modalitätsspezifische Faktoren (z. B. Lärm- oder Geruchsempfindlichkeit) oder ob modalitätsübergreifende Einflüsse (z. B. Persönlichkeitsfaktoren) bei der Etablierung von Dosis-Wirkung-Beziehungen eine Rolle spielen.

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(a) Ermittlung der Belästigung/Lästigkeit

Die Ermittlung von Belästigung/Lästigkeit stützt sich auf subjektive Angaben, die mit unterschiedlichen Skalen und Ratingmethoden erfasst werden. In den verschiedenen Anwendungsbereichen sind diese Bewertungsansätze unterschiedlich stark standardisiert. Im Kontext von Umweltgerüchen ist die Erfassung von Geruchsbelästigung durch VDI-Richtlinien reguliert (DIN-VDI 1999). Als wichtige Parameter für das Ausmaß der Geruchsbelästigung wurden in letzter Zeit die Geruchsintensität und die Hedonik in diesen Ansatz integriert (Both et al. 2004). Die Erfassung der Belästigung ist bei Umweltgerüchen populationsbasiert, d. h. in einer betroffenen Population wird nach dem Anteil der erheblich belästigten Personen gesucht. Die Erheblichkeit muss, gemäß der Geruchsimmissions-Richtlinie (GIRL), im Einzelfall festgestellt werden.

Weit weniger standardisiert ist die Erfassung der Lästigkeit durch chemosensorische Reizung (olfaktorisch und trigeminal vermittelte Arbeitsstoffwahrnehmungen) im beruflichen Kontext. Pionierarbeit wurde hier am IfADo geleistet, wo valide Ratingskalen zur Quantifizierung der Lästigkeit entwickelt wurden (Seeber et al. 1997). Mit Hilfe dieser Skalen konnte auch gezeigt werden, dass Lästigkeit bei chemischen Expositionen fast ausschließlich mit der Geruchswirkung assoziiert ist (Seeber et al. 2002). Aktuell werden Verfahren aus der chemosensorischen Forschung (Green et al. 1996) adaptiert und hauptsächlich bei experimentellen Versuchen eingesetzt (Dalton et al. 2000; Smeets & Dalton 2002; van Thriel et al. 2005). Die Bewertung der gesundheitlichen Relevanz der berichteten Lästigkeit ist, wie im Umweltbereich, von Fall zu Fall zu entscheiden. Die adäquate Berücksichtigung von moderierenden Faktoren und die parallele Nutzung behavioraler und physiologischer Indikatoren ist dabei von zentraler Bedeutung (van Thriel et al. 2006).

Um den Vergleich der Ergebnisse aus unterschiedlichen Studien zu ermöglichen, wurde in den 1990er Jahren, basierend auf in zehn Ländern durchgeführten Experimenten, eine 5-stufige Skala entwickelt, die mit gleichen Abständen eine zunehmende Belästigung durch Lärm beschreibt. Verbunden mit zwei standardisierten Fragen zur allgemeinen Lärmbelästigung wird diese weltweit in Untersuchungen zur Belästigung angewendet (International Commission on Biological Effects of Noise, ICBEN, Team 6: Community Response to Noise; Felscher-Suhr et al. 1998a, b; Fields 1996; Fields et al. 1997; ISO 2002).
Ziel der Forschungsinitiative ist, in einem ersten Schritt die Vergleichbarkeit der verwendeten Ratingskalen zu prüfen und zu bewerten, um anschließend kombinierte Wirkungen mit einer geeigneten Skala erfassen zu können. Die Ermittlung der Lästigkeit einzelner Reize kann zum einen durch Paarvergleiche erfolgen, wobei das Ausmaß der Präferenz eines der beiden Geräusche oder Gerüche skaliert wird, so dass Rangfolgen bezüglich der Lästigkeit erstellt werden können. Möglich sind auch Bewertungen mittels semantischer Differenziale, wobei das Ausmaß der in einer aktuellen Situation empfundenen Zustimmung für bestimmte Adjektive anzugeben ist. Dabei ist insbesondere zu ermitteln, in welchem Maße die Skalen jeweils auf die Belastungseinflüsse reagieren. Darüber hinaus soll die Übertragbarkeit der bisher verwendeten Skalen auf die jeweils andere Modalität überprüft werden.

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(b) Psychische und psychophysiologische Mechanismen

Ein spezifischer psychischer Mechanismus bei der Entstehung von Lästigkeit ergibt sich aus der Maskierung relevanter Umweltreize, wenn deren Wahrnehmbarkeit durch einen Störreiz aus derselben Modalität maskiert wird. Die Wahrnehmbarkeit relevanter Informationen, z. B. während eines Gespräches, wird durch Lärmemissionen erschwert, und nur durch zusätzliche Anstrengungen kann dieser Informationsverlust kompensiert werden. Wenn - wie bei Lärm - die sensorischen Störreize eine negative Valenz besitzen, wird die zusätzliche Anstrengung häufig von einer negativen Gefühlsregung begleitet, dem unspezifischen Gefühl der Lästigkeit. Dieses Problem der Gestörtheit gilt hauptsächlich für Lärmbelästigung (Guski et al. 1999) und ist auf Belästigungen durch Gerüche nur schwer übertragbar, da diese nur in seltenen Fällen relevante Informationen tragen.

Für die olfaktorisch-vermittelte Lästigkeit wurde von Winneke und seinen Mitarbeitern (1992) ein psychophysiologischer Entstehungsmechanismus diskutiert. Die Wahrnehmung olfaktorischer oder trigeminaler Reize, die eine Veränderung der chemischen Umgebung reflektieren, kann eine Vielzahl physiologischer Systeme beeinflussen. Im Sinne einer Orientierungsreaktion zeigten einige Probanden/Probandinnen in einem Laborversuch periphere Vasokonstriktion oder Pupillenerweiterung (Winneke 1992) als Reaktion auf unangenehme Geruchsreize (Toluol oder Schwefelwasserstoff). Diese Änderungen im Erregungszustand der Probanden lassen sich, im Sinne der klassischen Experimente zur Emotionsinduktion (Schachter & Singer 1962), als psychophysiologische Komponente bei der Entstehung von Lästigkeit interpretieren, also als unspezifische, emotionale Reaktion auf unangenehme Gerüche. Inwieweit psychophysiologische Prozesse bei der Entstehung von Lästigkeit beteiligt sind, ist nach wie vor eine offene Frage, die mit Hilfe der Forschungsinitiative beantwortet werden soll.
Die Ablenkung durch Reize in einer vom wahrzunehmenden Reiz abweichenden Modalität ist ein weiterer Mechanismus für die Entstehung von Lästigkeit. Dabei spielt zum einen die beschränkte Verarbeitungskapazität des zentralen Nervensystems eine besondere Rolle, zum anderen werden biologisch bedeutsame Umweltreize durch die sensorischen Systeme vermittelt, die für den Organismus eine Alarmfunktion besitzen.

Das Gehör ist als permanent offenes Alarmsystem angelegt und das Gehirn selbst während des Schlafs in der Lage akustische Reize zu perzipieren, zu analysieren und eine adäquate Reaktion zu ermöglichen. Als Warnindikator dient vor allem die durch die Schallenergie vermittelte Lautheit des Reizes. In bestimmten Kontexten können auch akustische Charakteristika (z. B. Schritte im Dunkeln) mit geringer Schallintensität biologische Relevanz besitzen und den Organismus zum Handeln bewegen. Im Gegensatz zum olfaktorischen System weist das Gehör eine geringe Adaptationsfähigkeit auf.
Der Geruchssinn ist vor allem im Zusammenhang mit chemischen Expositionen von biologischer Bedeutsamkeit, da er als Warnsystem vor möglichen Intoxikationen schützen soll. Diese Warnfunktion wird durch die hohe Empfindlichkeit des olfaktorischen Systems verstärkt, da die meisten Chemikalien am Arbeitsplatz bereits weit unterhalb ihrer toxischen Konzentration wahrgenommen werden können (Amoore & Hautala 1983). Im weiteren Sinne ist der Geruchssinn auch für die Ernährung relevant, so warnt er hier u. a. vor Intoxikationen durch verdorbene Speisen oder ungenießbare Produkte (Dalton 2004; Deems et al. 1991). Neben dieser besonderen Empfindlichkeit ist der Geruchssinn von einer besonderen und sehr substanzspezifischen Adaptationsfähigkeit gekennzeichnet (Dalton 2000). Für die Bewertung der olfaktorisch-vermittelten Lästigkeit sind gerade diese biologischen Eigenschaften des Geruchssinns problematisch, da die Intensität der Geruchswahrnehmung zeitlich nicht stabil ist und interindividuell sehr unterschiedlich sein kann.
Mit der Forschungsinitiative sollen modalitätsabhängige Unterschiede in der biologischen Bedeutsamkeit olfaktorischer und auditiver Reize systematisch untersucht werden. Kernfrage ist hier, bis zu welcher Reizstärke bzw. Reizqualität das unbewusste Verarbeiten von Umgebungsreizen auch unbewusst bleibt.

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(c) Lästigkeit und zentralnervöse Informationsverarbeitung

Da die Verarbeitungskapazität des zentralen Nervensystems begrenzt ist, müssen die vielfältigen sensorischen Informationen aus der Umwelt durch Aufmerksamkeitsprozesse gefiltert, manipuliert oder verstärkt werden. So können handlungsrelevante von irrelevanten Sinneseindrücken getrennt und konkrete Aufgaben durch zielgerichtetes Handeln erfolgreich bearbeitet werden. Am Arbeitsplatz dient zielgerichtetes Handeln der erfolgreichen Bearbeitung verschiedenster Aufgaben, in deren Handlungsplanung relevante Reize aus der Arbeitsumwelt (z. B. visuelle oder auditive Signale, Rückmeldungen) integriert werden müssen, irrelevante Sinnesreize müssen effektiv ignoriert werden. In modernen Arbeitsumwelten hat, teilweise bedingt durch den gestiegenen Einsatz von Informationstechnologien, die Anzahl der handlungsrelevanten Hinweisreize zugenommen.

Neben dieser "technischen" Bedeutsamkeit für die Handlungssteuerung tragen sensorisch vermittelte Umweltreize häufig Informationen mit Warnfunktion (siehe biologische Bedeutsamkeit). Gerade für die Geruchswahrnehmung werden durch diese Warnfunktion Interferenzen mit Aufmerksamkeitsleistungen postuliert (Cain & Cometto-Muniz 1995), empirische Belege für diese cross-modale Distraktion finden sich in der Literatur jedoch nur selten (van Thriel et al. 2003), wobei hier die Effekte auf empfindliche Personen beschränkt waren. Auch für Belastungen mit 'low-frequency noise pollution' (Persson Waye et al. 2001) werden ähnliche Effekte berichtet.

Die Interferenz zwischen Aufmerksamkeitsressourcen, die der sensorischen "Überwachung" der physikalisch-chemischen Arbeitsumwelt dienen und denen, die für handlungsrelevante Informationsverarbeitungsprozesse zur Verfügung stehen, soll in der Forschungsinitiative thematisiert werden. Ziel der Forschungsinitiative ist es hier, kognitive Funktionen sowie aufgabenbezogene Belastungsarten und Niveaus zu identifizieren, bei denen lästige Umweltwahrnehmungen zu Beeinträchtigungen führen. In diese Fragestellungen sollen auch physiologische Parameter integriert werden, die die Emotionsinduktion durch sensorisch vermittelte Umweltreize widerspiegeln.

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(d) Moderatoren/Modellierung

Ein Problem, das in den vorangegangenen Abschnitten immer wieder angesprochen wurde, sind nicht-sensorische Faktoren, die als Moderatoren das Erleben von Lästigkeit/Belästigung beeinflussen. Die Lästigkeit eines Reizes ist durch dessen spezifische physikalische und/oder chemische Determinanten, deren Qualität und Quantität (Intensität, Konzentration), durch die Emergenzen und zeitlichen Strukturen sowie die Tageszeit bestimmt und wird durch zahlreiche individuelle und situative Faktoren moderiert.
Einer der wichtigsten Moderatoren der Lästigkeit durch Lärm ist die von Stansfeld (1992) als stabiles Persönlichkeitsmerkmal identifizierte Lärmempfindlichkeit, deren Relevanz umfangreiche Metaanalysen bestätigen (Fields 1993; Job 1988; Miedema & Vos 1999). Sie beeinflusst das Lästigkeitsurteil (Schütte et al. 2007a, b), die Bewertung der Schlafqualität nach lärmgestörten Nächten (Marks & Griefahn 2005) und das Ausmaß kardiovaskulärer Reaktionen (Griefahn & Di Nisi 1992). Da die Lärmempfindlichkeit aber mit der Lästigkeit durch andere Umweltfaktoren korreliert, ist zu bezweifeln, dass sie spezifisch gegen die Einwirkung von Lärm gerichtet ist (Griefahn & Di Nisi 1992). Es ist eher anzunehmen, dass die Empfindlichkeit gegenüber Lärm gleichzeitig eine Empfindlichkeit gegenüber Gerüchen und anderen Umwelteinwirkungen signalisiert.

Demgegenüber haben soziodemografische Variablen wie Alter, Geschlecht, Bildung etc. einen nur mäßigen Einfluss auf das Belästigungsurteil (Fields 1993; Miedema & Vos 1999, 2004), während Einstellungsvariablen bedeutsam sind (Fields 1993; Job 1988; Miedema & Vos 1999).
Bei den Geruchswirkungen oder allgemeiner bei chemosensorisch vermittelten Beschwerden spielen sowohl soziodemografische Variablen (Shusterman et al. 2001, 2003), als auch Persönlichkeitsvariablen eine moderierende Rolle (Dalton 2002; Doty et al. 2004).

Ziel der Forschungsinitiative ist die Identifikation solcher als Störgrößen bei der konkreten bedingungsbezogenen Messung zu berücksichtigenden Faktoren sowie darauf basierend die Erarbeitung eines perzeptuell-kognitiven Modells der Lästigkeit, mit dem für verschiedene, sensorische "Belästigungsquellen" und möglicherweise auch für die Kombination verschiedener Quellen die erlebte Lästigkeit vorhergesagt werden kann. Dabei ist die Identifizierung modalitätsunabhängiger Faktoren von besonderer Bedeutung, da sie in allen Anwendungsbereichen für die Bewertung von Lästigkeitsangaben verwendet werden können.

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Laufende und geplante Arbeiten

Arbeitsprogramm

Die vorgesehene Erarbeitung eines perzeptuell-kognitiven Modells setzt zuverlässige Lästigkeitsmessungen voraus. Für den Lärmbereich ist die Belästigungsskala der 'International Commission on Biological Effects of Noise' (ICBEN) eine probate Messmethode. Sie nutzt eine fünfstufige Skala zur Erfassung der Stärke der Belästigung durch Lärm (überhaupt nicht, etwas, mittelmäßig, stark, äußerst). Für die Einschätzung der Lästigkeit eines Geruchs stehen zwei Verfahren zur Verfügung. Zum einen wird die Lästigkeit eines Geruchs im Rahmen einer Befindensskalierung als Einzelitem abgefragt. Dazu wird eine siebenstufige Skala mit den Endpunkten "nicht lästig" bzw. "sehr lästig" benutzt. Beide Endpunkte sind auf der Skala weiter erläutert. Daneben lässt sich alternativ die 'Labeled Magnitude Scale' (LMS) (Green et al. 1996) einsetzen.

Experimentell ist in diesem Rahmen zunächst zu prüfen, ob für die Lästigkeitseinschätzungen von Lärm- und Geruchsreizen getrennte Skalen erforderlich sind, oder sich eine der Skalen zur Ermittlung sowohl der Lästigkeit von Lärm als auch Geruchsreizen eignet. Dazu sollen im Sommer 2009 im Rahmen von zwei Diplom-/Masterarbeiten die o. g. Lästigkeitsskalen vergleichend untersucht werden. Vorgesehen ist die Präsentation von Verkehrsgeräuschen in neun Lautstärken und eines unangenehmen Geruchsstoffs in neun Konzentrationen. Die Reizdarbietung erfolgt über kalibrierte Kopfhörer und über ein Flow-Olfaktometer. An mehreren Versuchstagen sollen die beiden Umweltreize dargeboten und jeweils mit einem der Ratingverfahren bewertet werden. Um auftretende Sequenzeffekte mit bestimmen zu können, erfolgt eine systematische Variation der Darbietungsreihenfolge der Umweltreize sowie der Ratingmethoden. Im ersten Experiment soll ausschließlich die Lästigkeit bewertet werden. In der zweiten Versuchsreihe wird während der Reizpräsentation von den Probanden zusätzlich eine Aufgabe aus dem Criterion task set (Shingledecker 1984) bearbeitet und anschließend die Lästigkeit bewertet. Mit den Studien werden (a) psychophysische Funktionen mit unterschiedlichen Ratingskalen generiert, (b) mittels psychometrischer Analysen die Qualität der beiden Ratingskalen ermittelt und (c) im Sinne der Kontextabhängigkeit der Einfluss mentaler Tätigkeiten auf das Lästigkeitsurteil untersucht.

Ausblick - Integration weiterer Projektgruppen in die Forschungsinitiative

Nach dieser Etablierungsphase und der erfolgreichen Einwerbung von Drittmitteln für die Durchführung von Experimenten sollen weitere Projektgruppen in die Forschungsinitiative integriert werden. In der Projektgruppe "Flexible Verhaltenssteuerung" wird in einem Projekt die Frage der möglichen Vorbereitung auf emotionale Bilder experimentell untersucht. Ob derartige antizipative Modulation auch bei sensorisch vermittelten Umweltreizen möglich ist, soll in weiteren Arbeiten der Forschungsinitiative thematisiert werden. Durch Integration der Projektgruppe "Molekulare Toxikologie" sollen biochemische Prozesse bei der olfaktorischen und trigeminalen Signaltransduktion untersucht werden. Aus der Interaktion zwischen Geruchsstoffmolekül und Rezeptor und weiteren biochemischen Aktivierungsprozessen sollen physiologische Charakteristika belästigender Gerüche identifiziert werden.

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Literatur (eigene Arbeiten mit IfADo gekennzeichnet)

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Beteiligte Projektgruppen

Chronobiologie

Physikalische Einwirkungen

Verhaltenstoxikologie und Chemosensorik

Flexible Verhaltenssteuerung

Molekulare Toxikologie