Il concetto di vigilanza si riferisce allo stato di allerta di un osservatore umano in attività che richiedono un'efficiente registrazione ed elaborazione dei segnali. Le caratteristiche principali dei compiti di vigilanza sono le durate relativamente lunghe e la necessità di rilevare stimoli target (segnali) poco frequenti e imprevedibili su uno sfondo di altri eventi di stimolo.
Compiti di vigilanza
Il compito prototipico per la ricerca sulla vigilanza era quello degli operatori radar. Storicamente, la loro prestazione apparentemente insoddisfacente durante la seconda guerra mondiale è stata un importante impulso per lo studio approfondito della vigilanza. Un altro compito importante che richiede vigilanza è un'ispezione industriale. Più in generale, tutti i tipi di attività di monitoraggio che richiedono il rilevamento di segnali relativamente poco frequenti comportano il rischio di errori nel rilevamento e nella risposta a questi eventi critici.
I compiti di vigilanza costituiscono un insieme eterogeneo e variano su più dimensioni, nonostante le loro caratteristiche comuni. Una dimensione ovviamente importante è il tasso di stimolo complessivo così come il tasso di stimoli bersaglio. Non è sempre possibile definire in modo univoco il tasso di stimolo. Questo è il caso delle attività che richiedono il rilevamento di eventi target rispetto a stimoli di sfondo continuamente presentati, come nel rilevamento di valori critici su una serie di quadranti in un'attività di monitoraggio. Una distinzione meno evidentemente importante è quella tra compiti di discriminazione successiva e compiti di discriminazione simultanea. Nei compiti di discriminazione simultanea, sono presenti contemporaneamente sia gli stimoli target che gli stimoli di sfondo, mentre nei compiti di discriminazione successiva uno viene presentato dopo l'altro in modo da richiedere alcune richieste alla memoria. Sebbene la maggior parte dei compiti di vigilanza richieda il rilevamento di stimoli visivi, sono stati studiati anche stimoli in altre modalità. Gli stimoli possono essere confinati in una singola posizione spaziale oppure possono esserci diverse fonti per gli stimoli bersaglio. Gli stimoli target possono differire dagli stimoli di fondo per caratteristiche fisiche, ma anche per caratteristiche più concettuali (come un certo schema di letture del contatore che può differire da altri schemi). Naturalmente, la visibilità dei bersagli può variare: alcuni possono essere rilevati facilmente, mentre altri possono essere difficili da discriminare dagli stimoli di fondo. Gli stimoli bersaglio possono essere unici o possono esserci insiemi di stimoli bersaglio senza confini ben definiti per distinguerli dagli stimoli di fondo, come nel caso di molte attività di ispezione industriale. Questo elenco di dimensioni su cui differiscono i compiti di vigilanza può essere ampliato, ma anche questa lunghezza dell'elenco è sufficiente a sottolineare l'eterogeneità dei compiti di vigilanza e quindi i rischi connessi alla generalizzazione di determinate osservazioni nell'insieme completo.
Variazioni delle prestazioni e diminuzione della vigilanza
La misura delle prestazioni più frequentemente utilizzata nei compiti di vigilanza è la proporzione di stimoli target, ad esempio prodotti difettosi nell'ispezione industriale, che sono stati rilevati; questa è una stima della probabilità del cosiddetto colpi. Vengono chiamati quegli stimoli bersaglio che rimangono inosservati miss. Sebbene il tasso di successo sia una misura conveniente, è alquanto incompleto. Esiste una banale strategia che permette di ottenere il 100% di hit: basta classificare tutti gli stimoli come target. Tuttavia, il tasso di successo del 100% è poi accompagnato da un tasso di falsi allarmi del 100%, ovvero non solo gli stimoli target vengono rilevati correttamente, ma anche gli stimoli di sfondo vengono "rilevati" in modo errato. Questa linea di ragionamento rende abbastanza chiaro che ogni volta che ci sono falsi allarmi, è importante conoscere la loro proporzione oltre al tasso di successo. Un'altra misura per le prestazioni in un compito di vigilanza è il tempo necessario per rispondere agli stimoli bersaglio (tempo di risposta).
Le prestazioni nei compiti di vigilanza presentano due attributi tipici. Il primo è il basso livello complessivo delle prestazioni di vigilanza. È basso rispetto a una situazione ideale per gli stessi stimoli (brevi periodi di osservazione, alta prontezza dell'osservatore per ogni discriminazione, ecc.). Il secondo attributo è il cosiddetto decremento della vigilanza, il declino delle prestazioni nel corso dell'orologio che può iniziare entro i primi minuti. Entrambe queste osservazioni si riferiscono alla proporzione di hit, ma sono state riportate anche per i tempi di risposta. Sebbene il decremento della vigilanza sia tipico dei compiti di vigilanza, non è universale.
Nell'indagare le cause delle scarse prestazioni complessive e dei decrementi della vigilanza, verrà fatta una distinzione tra concetti che sono correlati alle caratteristiche di base del compito e concetti che sono correlati a fattori situazionali organismici e non correlati al compito. Tra i fattori legati al compito si possono distinguere fattori strategici e non strategici.
Processi strategici nei compiti di vigilanza
Il rilevamento di un segnale come un prodotto difettoso è in parte una questione di strategia dell'osservatore e in parte una questione di discriminabilità del segnale. Questa distinzione si basa sul teoria del rilevamento del segnale (TSD), e alcune basi della teoria devono essere presentate per evidenziare l'importanza della distinzione. Si consideri una variabile ipotetica, definita come “prova della presenza di un segnale”. Ogni volta che viene presentato un segnale, questa variabile assume un certo valore, e ogni volta che viene presentato uno stimolo di fondo, assume un valore mediamente inferiore. Si presume che il valore della variabile di evidenza vari tra le presentazioni ripetute del segnale. Pertanto può essere caratterizzato da una cosiddetta funzione di densità di probabilità come illustrato nella figura 1. Un'altra funzione di densità caratterizza i valori della variabile di evidenza alla presentazione di uno stimolo di fondo. Quando i segnali sono simili agli stimoli di fondo, le funzioni si sovrapporranno, in modo che un certo valore della variabile di evidenza possa provenire o da un segnale o da uno stimolo di fondo. La particolare forma delle funzioni di densità della figura 1 non è essenziale per l'argomentazione.
Figura 1. Soglie e discriminabilità
La risposta di rilevamento dell'osservatore si basa sulla variabile evidenza. Si presume che sia impostata una soglia in modo che venga fornita una risposta di rilevamento ogni volta che il valore della variabile di prova è al di sopra della soglia. Come illustrato nella figura 1, le aree sotto le funzioni di densità a destra della soglia corrispondono alle probabilità di hit e falsi allarmi. In pratica, è possibile ricavare stime della separazione delle due funzioni e della posizione della soglia. La separazione delle due funzioni di densità caratterizza la discriminabilità degli stimoli target dagli stimoli di fondo, mentre la localizzazione della soglia caratterizza la strategia dell'osservatore. La variazione della soglia produce una variazione congiunta delle proporzioni degli accessi e dei falsi allarmi. Con una soglia alta, le proporzioni di hit e falsi allarmi saranno piccole, mentre con una soglia bassa le proporzioni saranno grandi. Pertanto, la selezione di una strategia (posizionamento della soglia) è essenzialmente la selezione di una certa combinazione di hit rate e false alarm rate tra le combinazioni possibili per una certa discriminabilità.
Due fattori principali che influenzano la posizione della soglia sono i payoff e la frequenza del segnale. La soglia sarà impostata su valori più bassi quando c'è molto da guadagnare da un hit e poco da perdere da un falso allarme, e sarà impostata su valori più alti quando i falsi allarmi sono costosi ei benefici da hit sono piccoli. Un'impostazione di soglia bassa può anche essere indotta da un'elevata percentuale di segnali, mentre una bassa percentuale di segnali tende a indurre impostazioni di soglia più elevate. L'effetto della frequenza del segnale sulle impostazioni di soglia è un fattore importante per le basse prestazioni complessive in termini di proporzione di hit nelle attività di vigilanza e per il decremento della vigilanza.
Un resoconto del decremento della vigilanza in termini di cambiamenti strategici (cambio di soglia) richiede che la riduzione della quota di colpi nel corso della vigilanza sia accompagnata da una riduzione della quota di falsi allarmi. Questo è, infatti, il caso di molti studi, ed è probabile che la scarsa performance complessiva nei compiti di vigilanza (rispetto alla situazione ottimale) derivi anche, almeno in parte, da un aggiustamento della soglia. Nel corso di un orologio, la frequenza relativa delle risposte di rilevamento arriva a corrispondere alla frequenza relativa dei bersagli, e questa regolazione implica una soglia elevata con una proporzione relativamente piccola di colpi e anche una proporzione relativamente piccola di falsi allarmi. Tuttavia, ci sono diminuzioni della vigilanza che derivano da cambiamenti nella discriminabilità piuttosto che da cambiamenti nelle impostazioni delle soglie. Questi sono stati osservati principalmente in compiti di discriminazione successiva con un tasso relativamente alto di eventi di stimolo.
Processi non strategici nei compiti di vigilanza
Sebbene parte delle scarse prestazioni complessive nei compiti di vigilanza e molti casi di decremento della vigilanza possano essere spiegati in termini di aggiustamenti strategici della soglia di rilevamento a bassi tassi di segnale, tale resoconto non è completo. Ci sono cambiamenti nell'osservatore durante l'osservazione che possono ridurre la discriminabilità degli stimoli o determinare apparenti spostamenti di soglia che non possono essere considerati un adattamento alle caratteristiche del compito. Negli oltre 40 anni di ricerca sulla vigilanza, sono stati identificati una serie di fattori non strategici che contribuiscono a scarse prestazioni complessive e al decremento della vigilanza.
Una risposta corretta a un obiettivo in un compito di vigilanza richiede una registrazione sensoriale sufficientemente precisa, un'appropriata posizione della soglia e un collegamento tra i processi percettivi ei processi associati alla risposta. Durante l'osservazione gli osservatori devono mantenere una certa serie di compiti, una certa prontezza a rispondere agli stimoli bersaglio in un certo modo. Questo è un requisito non banale perché senza un particolare compito impostato nessun osservatore risponderebbe agli stimoli target nel modo richiesto. Due delle principali fonti di fallimenti sono quindi una registrazione sensoriale imprecisa e la mancanza di prontezza a rispondere agli stimoli target. Le principali ipotesi per spiegare tali fallimenti saranno brevemente esaminate.
Il rilevamento e l'identificazione di uno stimolo sono più rapidi quando non vi è alcuna incertezza temporale o spaziale sul suo aspetto. È probabile che l'incertezza temporale e/o spaziale riduca le prestazioni di vigilanza. Questa è la previsione essenziale di teoria dell'aspettativa. La preparazione ottimale dell'osservatore richiede certezza temporale e spaziale; ovviamente i compiti di vigilanza sono tutt'altro che ottimali sotto questo aspetto. Sebbene l'obiettivo principale della teoria dell'aspettativa sia sulle basse prestazioni complessive, può anche servire a spiegare parti del decremento della vigilanza. Con segnali poco frequenti a intervalli casuali, inizialmente potrebbero esistere alti livelli di preparazione nei momenti in cui non viene presentato alcun segnale; inoltre, saranno presentati segnali a bassi livelli di preparazione. Ciò scoraggia gli alti livelli occasionali di preparazione in generale in modo che qualunque beneficio ne derivi svanirà nel corso di un orologio.
La teoria dell'aspettativa ha una stretta relazione con teorie attenzionali. Le varianti delle teorie attenzionali della vigilanza, ovviamente, sono correlate alle teorie dominanti dell'attenzione in generale. Considera una visione dell'attenzione come "selezione per l'elaborazione" o "selezione per l'azione". Secondo questo punto di vista, gli stimoli vengono selezionati dall'ambiente ed elaborati con alta efficienza ogni volta che servono il piano d'azione o l'insieme di attività attualmente dominante. Come già detto, la selezione beneficerà di precise aspettative su quando e dove si verificheranno tali stimoli. Ma gli stimoli saranno selezionati solo se il piano d'azione, il set di attività, è attivo. (I conducenti di automobili, ad esempio, rispondono ai semafori, ad altro traffico, ecc.; i passeggeri non lo fanno normalmente, sebbene entrambi si trovino quasi nella stessa situazione. La differenza fondamentale è che tra le serie di compiti dei due: solo il set di compiti del conducente richiede risposte ai semafori.)
La selezione degli stimoli per l'elaborazione ne risentirà quando il piano d'azione è temporaneamente disattivato, cioè quando il task set è temporaneamente assente. I compiti di vigilanza incorporano una serie di caratteristiche che scoraggiano il mantenimento continuo del set di compiti, come tempi di ciclo brevi per l'elaborazione degli stimoli, mancanza di feedback e poca sfida motivazionale dovuta all'apparente difficoltà del compito. I cosiddetti blocchi possono essere osservati in quasi tutti i semplici compiti cognitivi con tempi di ciclo brevi come semplici aritmetiche mentali o rapide risposte seriali a segnali semplici. Blocchi simili si verificano anche nel mantenimento del compito impostato in un compito di vigilanza. Non sono immediatamente riconoscibili come risposte ritardate perché le risposte sono poco frequenti e gli obiettivi che vengono presentati durante un periodo di assenza del set di attività potrebbero non essere più presenti quando l'assenza è finita, quindi si osserverà una mancata risposta invece di una risposta ritardata. I blocchi diventano più frequenti con il tempo dedicato all'attività. Questo può dar luogo al decremento della vigilanza. Potrebbero esserci ulteriori motivi per interruzioni temporanee nella disponibilità del set di attività appropriato, ad esempio, distrazione.
Certi stimoli non sono selezionati al servizio del piano d'azione attuale, ma in virtù delle loro caratteristiche. Questi sono stimoli intensi, nuovi, che si muovono verso l'osservatore, hanno un inizio improvviso o per qualsiasi altra ragione potrebbero richiedere un'azione immediata, indipendentemente dal piano d'azione attuale dell'osservatore. C'è poco rischio di non rilevare tali stimoli. Attirano automaticamente l'attenzione, come indicato, ad esempio, dalla risposta di orientamento, che include uno spostamento della direzione dello sguardo verso la fonte dello stimolo. Tuttavia, rispondere a un campanello d'allarme non è normalmente considerato un compito di vigilanza. Oltre agli stimoli che attirano l'attenzione per le loro caratteristiche, ci sono stimoli che vengono elaborati automaticamente come conseguenza della pratica. Sembrano "saltare fuori" dall'ambiente. Questo tipo di elaborazione automatica richiede una pratica estesa con una cosiddetta mappatura coerente, ovvero un'assegnazione coerente delle risposte agli stimoli. È probabile che il decremento della vigilanza sia piccolo o addirittura assente una volta sviluppata l'elaborazione automatica degli stimoli.
Infine, le prestazioni di vigilanza soffrono di una mancanza di eccitazione. Questo concetto si riferisce in modo piuttosto globale all'intensità dell'attività neurale, che va dal sonno alla normale veglia fino all'eccitazione elevata. Uno dei fattori che si ritiene influisca sull'eccitazione è la stimolazione esterna, e questa è piuttosto bassa e uniforme nella maggior parte dei compiti di vigilanza. Pertanto, l'intensità dell'attività del sistema nervoso centrale può diminuire complessivamente nel corso di un orologio. Un aspetto importante della teoria dell'eccitazione è che collega le prestazioni di vigilanza a vari fattori situazionali non correlati al compito e fattori legati all'organismo.
L'influenza dei fattori situazionali e organismici
Un basso livello di eccitazione contribuisce a scarse prestazioni nei compiti di vigilanza. Così le prestazioni possono essere migliorate da fattori situazionali che tendono a migliorare l'eccitazione, e possono essere ridotte da tutte le misure che riducono il livello di eccitazione. A conti fatti, questa generalizzazione è per lo più corretta per il livello di prestazione generale nei compiti di vigilanza, ma gli effetti sul decremento della vigilanza sono assenti o osservati in modo meno affidabile attraverso diversi tipi di manipolazione dell'eccitazione.
Un modo per aumentare il livello di eccitazione è l'introduzione di ulteriore rumore. Tuttavia, il decremento della vigilanza è generalmente inalterato e, rispetto alla performance complessiva, i risultati sono incoerenti: sono stati tutti osservati livelli di performance migliorati, invariati e ridotti. Forse la complessa natura del rumore è rilevante. Ad esempio, può essere affettivamente neutro o fastidioso; non può solo suscitare, ma anche distrarre. Più consistenti sono gli effetti della privazione del sonno, che è “disattivante”. In genere riduce le prestazioni di vigilanza e talvolta è stato visto aumentare il decremento della vigilanza. Appropriati cambiamenti nelle prestazioni di vigilanza sono stati osservati anche con farmaci depressivi come benzodiazepine o alcol e droghe stimolanti come anfetamine, caffeina o nicotina.
Le differenze individuali sono una caratteristica cospicua delle prestazioni nei compiti di vigilanza. Sebbene le differenze individuali non siano coerenti in tutti i tipi di attività di vigilanza, sono abbastanza coerenti tra compiti simili. C'è solo poco o nessun effetto del sesso e dell'intelligenza generale. Rispetto all'età, la prestazione di vigilanza aumenta durante l'infanzia e tende a diminuire oltre i sessant'anni. Inoltre, ci sono buone probabilità che gli introversi mostrino prestazioni migliori rispetto agli estroversi.
Il miglioramento delle prestazioni di vigilanza
Le teorie ei dati esistenti suggeriscono alcuni mezzi per migliorare le prestazioni di vigilanza. A seconda della quantità di specificità dei suggerimenti, non è difficile compilare elenchi di varia lunghezza. Di seguito vengono forniti alcuni suggerimenti piuttosto ampi che devono essere adattati ai requisiti specifici del compito. Sono legati alla facilità delle discriminazioni percettive, agli opportuni aggiustamenti strategici, alla riduzione dell'incertezza, all'evitamento degli effetti dei vuoti di attenzione e al mantenimento dell'arousal.
I compiti di vigilanza richiedono discriminazioni in condizioni non ottimali. Quindi si è ben consigliati nel rendere le discriminazioni il più semplici possibile, oi segnali il più evidenti possibile. Le misure relative a questo obiettivo generale possono essere semplici (come un'adeguata illuminazione o tempi di ispezione più lunghi per prodotto) o più sofisticate, compresi dispositivi speciali per migliorare la visibilità degli obiettivi. I confronti simultanei sono più facili di quelli successivi, quindi la disponibilità di uno standard di riferimento può essere utile. Mediante accorgimenti tecnici, è talvolta possibile presentare lo standard e l'oggetto da esaminare in rapida alternanza, in modo che le differenze appaiano come movimenti nel display o altri cambiamenti per i quali il sistema visivo è particolarmente sensibile.
Per contrastare le modifiche strategiche della soglia che portano a una percentuale relativamente bassa di rilevamenti corretti dei bersagli (e per rendere il compito meno noioso in termini di frequenza delle azioni da intraprendere) è stato suggerito di introdurre falsi bersagli. Tuttavia, questa non sembra essere una buona raccomandazione. Obiettivi falsi aumenteranno la percentuale di colpi complessivi, ma a costo di falsi allarmi più frequenti. Inoltre, la proporzione di obiettivi non rilevati tra tutti gli stimoli a cui non si risponde (il materiale difettoso in uscita in un'attività di ispezione industriale) non sarà necessariamente ridotta. Più adatta sembra essere la conoscenza esplicita dell'importanza relativa di hit e falsi allarmi e forse altre misure per ottenere un posizionamento appropriato della soglia per decidere tra "buono" e "cattivo".
L'incertezza temporale e spaziale sono importanti fattori determinanti di scarse prestazioni di vigilanza. Per alcuni compiti, l'incertezza spaziale può essere ridotta definendo una certa posizione dell'oggetto da ispezionare. Tuttavia, si può fare poco sull'incertezza temporale: l'osservatore non sarebbe necessario in un compito di vigilanza se il verificarsi di un obiettivo potesse essere segnalato prima della sua presentazione. Una cosa che si può fare in linea di principio, però, è mescolare gli oggetti da ispezionare se i difetti tendono a presentarsi a grappolo; questo serve ad evitare intervalli molto lunghi senza obiettivi così come intervalli molto brevi.
Ci sono alcuni ovvi suggerimenti per la riduzione dei vuoti di attenzione o almeno il loro impatto sulle prestazioni. Con un addestramento adeguato, si può forse ottenere una sorta di elaborazione automatica degli obiettivi, a condizione che lo sfondo e gli stimoli dell'obiettivo non siano troppo variabili. L'obbligo di mantenimento prolungato del set di compiti può essere evitato per mezzo di frequenti brevi pause, rotazione del lavoro, ampliamento del lavoro o arricchimento del lavoro. L'introduzione della varietà può essere semplice come chiedere all'ispettore stesso di ottenere il materiale da ispezionare da una scatola o da un altro luogo. Ciò introduce anche l'autoritmo, che può aiutare a evitare presentazioni di segnali durante le disattivazioni temporanee del set di attività. Il mantenimento prolungato del set di attività può essere supportato mediante feedback, interesse indicato da parte dei supervisori e consapevolezza dell'operatore dell'importanza dell'attività. Naturalmente, nei tipici compiti di vigilanza non è possibile un feedback accurato del livello delle prestazioni; tuttavia, anche un feedback impreciso o incompleto può essere utile per quanto riguarda la motivazione dell'osservatore.
Ci sono alcune misure che possono essere prese per mantenere un livello sufficiente di eccitazione. L'uso continuo di droghe può esistere nella pratica, ma non si trova mai tra le raccomandazioni. Un po' di musica di sottofondo può essere utile, ma può anche avere un effetto opposto. L'isolamento sociale durante le attività di vigilanza dovrebbe essere per lo più evitato e durante le ore del giorno con bassi livelli di eccitazione come le ore tarde della notte, le misure di supporto come i turni di guardia brevi sono particolarmente importanti.