Neuronale, behaviorale und psychophysiologische Korrelate von Programmverständnis

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. André Brechmann; Professorin Dr.-Ing. Janet Siegmund
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285612080

Software-Entwickler verbringen einen großen Teil ihrer Zeit damit, Quelltext zu lesen und zu verstehen, auch bezeichnet als Programmverständnis. Frühe Theorien von Programmverständnis beschreiben es entweder als einen hypothesen-getriebenen (top-down) oder als einen zeilenbasierten (bottom-up) Mechanismus. Allerdings sind die zugrunde liegenden kognitiven Prozesse von top-down und bottom-up Programmverständnis immer noch unklar.In der ersten Projektphase haben wir diese kognitiven Prozesse mittels objektiven Maßen basierend auf funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) untersucht. Dabei haben wir Hirnregionen identifiziert, die spezifisch aktiviert sind, wenn Probanden Quelltext verstehen. Das Aktivierungsmuster deutet auf semantische Verarbeitung hin, die an die linke, sprach-dominante Hemisphere gebunden ist, sowie auf eine Beteiligung von Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis. Das gezielte Auslösen von top-down Programmverständnis, z.B., durch Beacons, führte zu einer reduzierten Aktivierung in einigen dieser Hirnareale, was auf einen geringeren kognitiven Aufwand hindeutet---ein Ergebnis, das wir darüber hinaus durch behaviorale Daten untermauert haben. Unsere Ergebnisse haben andere Forscher dazu ermutigt, ebenfalls bildgebende Verfahren zur Untersuchung von Programmverständnis einzusetzen.In der zweiten Projektphase werden wir unser experimentelles Framework verfeinern, indem wir einerseits Eye-tracking integrieren, um den Zeitverlauf der visuellen Aufmerksamkeit für eine spezifischere Analyse der fMRT-Daten zu nutzen, und andererseits psycho-physiologische Daten (Pupillengröße, Hautleitfähigkeit, Pulsfrequez und Atmung) erheben, um Änderungen der kognitiven Beanspruchung zu bestimmen. Spezifischere Kontrollbedingungen werden den fMRT-Kontrast weiter erhöhen, so dass wir die fein-granularen Effekte von Quelltext-Aspekten wie Beacons, Pläne, Muster und Priming auf die Aktivierung der identifizierten Hirnareale untersuchen können. Darüber hinaus werden wir den Einfluss von strukturellen Quelltext-Elementen (if-then-else Anweisungen, Schleifen, Rekursion) und Programmiererfahrung auf top-down Programmverständnis untersuchen. Als letztes werden wir auf Grundlage der neurowissenschaftlichen Fortschritte im Bereich der Objektverarbeitung die seit Langem diskutierte Frage des Unterschiedes zwischen objekt-orientierter und funktionaler Programmierung untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen