Понятие бдительности относится к состоянию бдительности человека-наблюдателя при выполнении задач, требующих эффективной регистрации и обработки сигналов. Основными характеристиками задач на бдительность являются относительно большая продолжительность и необходимость обнаружения нечастых и непредсказуемых целевых стимулов (сигналов) на фоне других стимульных событий.
Задачи на бдительность
Типичной задачей для исследования бдительности была задача операторов радаров. Исторически сложилось так, что их явно неудовлетворительные результаты во время Второй мировой войны послужили основным стимулом для обширного изучения бдительности. Еще одной важной задачей, требующей бдительности, является производственная инспекция. В более общем плане, все виды задач мониторинга, которые требуют обнаружения относительно нечастых сигналов, сопряжены с риском неудач при обнаружении и реагировании на эти критические события.
Задачи на бдительность составляют разнородный набор и различаются по нескольким параметрам, несмотря на их общие характеристики. Очевидно важным параметром является общая скорость стимула, а также скорость целевых стимулов. Не всегда удается однозначно определить скорость стимула. Это имеет место в задачах, которые требуют обнаружения целевых событий на фоне постоянно предъявляемых фоновых стимулов, например, при обнаружении критических значений на наборе циферблатов в задаче мониторинга. Менее очевидным является различие между задачами последовательного различения и задачами одновременного различения. В задачах одновременного различения и целевые стимулы, и фоновые стимулы присутствуют одновременно, в то время как в задачах последовательного различения предъявляются один за другим, так что предъявляются определенные требования к памяти. Хотя большинство задач на бдительность требуют обнаружения визуальных стимулов, также изучались стимулы в других модальностях. Стимулы могут быть привязаны к одному пространственному местоположению, или могут быть разные источники целевых стимулов. Целевые стимулы могут отличаться от фоновых по физическим характеристикам, а также по более концептуальным характеристикам (например, по определенному шаблону показаний счетчика, который может отличаться от других шаблонов). Конечно, заметность целей может быть разной: одних можно легко обнаружить, а другие трудно отличить от фоновых раздражителей. Целевые стимулы могут быть уникальными или могут быть наборы целевых стимулов без четко определенных границ, чтобы отделить их от фоновых стимулов, как это имеет место во многих задачах промышленного контроля. Этот список измерений, по которым различаются задачи на бдительность, может быть расширен, но даже такой длины списка достаточно, чтобы подчеркнуть неоднородность задач на бдительность и, следовательно, риски, связанные с обобщением определенных наблюдений по всему набору.
Изменения производительности и снижение бдительности
Наиболее часто используемая мера эффективности в задачах бдительности — доля целевых стимулов, например, бракованной продукции при промышленном контроле, которые были обнаружены; это оценка вероятности так называемого хиты. Те целевые раздражители, которые остаются незамеченными, называются промахов. Хотя частота попаданий является удобной мерой, она несколько неполна. Существует тривиальная стратегия, которая позволяет достичь 100% попаданий: нужно только классифицировать все стимулы как мишени. Однако 100-процентная частота попаданий затем сопровождается 100-процентной частотой ложных срабатываний, то есть не только целевые стимулы обнаруживаются правильно, но и фоновые стимулы «обнаруживаются» неправильно. Эта цепочка рассуждений делает совершенно ясным, что всякий раз, когда возникают ложные тревоги, важно знать их пропорцию в дополнение к частоте совпадений. Еще одним показателем производительности в задаче на бдительность является время, необходимое для ответа на целевые стимулы (время реакции).
Производительность в задачах на бдительность демонстрирует два типичных атрибута. Во-первых, это низкий общий уровень показателей бдительности. Оно низкое по сравнению с идеальной ситуацией для тех же стимулов (короткие периоды наблюдения, высокая готовность наблюдателя к каждому различению и т. д.). Второй признак — это так называемое снижение бдительности, снижение работоспособности в течение вахты, которое может начаться в течение первых нескольких минут. Оба эти наблюдения относятся к доле попаданий, но они также были зарегистрированы для времени отклика. Хотя снижение бдительности характерно для задач на бдительность, оно не является универсальным.
При исследовании причин плохой общей работоспособности и снижения бдительности будет проводиться различие между понятиями, связанными с основными характеристиками задачи, и понятиями, связанными с организменными и не связанными с задачей ситуационными факторами. Среди факторов, связанных с задачами, можно выделить стратегические и нестратегические.
Стратегические процессы в задачах бдительности
Обнаружение такого сигнала, как неисправный продукт, частично зависит от стратегии наблюдателя, а частично — от различимости сигнала. Это различие основано на теория обнаружения сигналов (TSD), и необходимо представить некоторые основы теории, чтобы подчеркнуть важность различия. Рассмотрим гипотетическую переменную, определенную как «свидетельство наличия сигнала». Всякий раз, когда предъявляется сигнал, эта переменная принимает некоторое значение, а всякий раз, когда предъявляется фоновый стимул, она принимает значение, которое в среднем ниже. Предполагается, что значение переменной свидетельства меняется при повторных представлениях сигнала. Таким образом, его можно охарактеризовать с помощью так называемой функции плотности вероятности, как показано на рисунке 1. Другая функция плотности характеризует значения переменной свидетельства при предъявлении фонового стимула. Когда сигналы подобны фоновым стимулам, функции будут перекрываться, так что определенное значение свидетельствующей переменной может происходить либо из сигнала, либо из фонового стимула. Конкретная форма функций плотности на рисунке 1 не является существенной для рассуждения.
Рисунок 1. Пороги и различимость
Реакция наблюдателя на обнаружение основана на переменной свидетельства. Предполагается, что порог установлен таким образом, что ответ на обнаружение дается всякий раз, когда значение переменной доказательства превышает порог. Как показано на рис. 1, площади под функциями плотности справа от порога соответствуют вероятностям попаданий и ложных срабатываний. На практике можно получить оценки разделения двух функций и положения порога. Разделение двух функций плотности характеризует различимость целевых стимулов от фоновых стимулов, а расположение порога характеризует стратегию наблюдателя. Изменение порога приводит к совместному изменению доли попаданий и ложных срабатываний. При высоком пороге доля попаданий и ложных срабатываний будет небольшой, а при низком пороге доля будет большой. Таким образом, выбор стратегии (постановка порога) по существу представляет собой выбор определенной комбинации частоты попаданий и частоты ложных срабатываний среди комбинаций, возможных при определенной различимости.
Двумя основными факторами, влияющими на расположение порога, являются выплаты и частота сигнала. Пороговое значение будет установлено на более низкие значения, когда есть большая выгода от попадания и мало потерь от ложной тревоги, и оно будет установлено на более высокие значения, когда ложные тревоги обходятся дорого, а выгоды от попаданий невелики. Установка низкого порога также может быть вызвана высокой долей сигналов, в то время как низкая доля сигналов имеет тенденцию вызывать более высокие настройки порога. Влияние частоты сигнала на настройки порога является основным фактором низкой общей производительности с точки зрения доли попаданий в задачах на бдительность и снижения бдительности.
Учет снижения бдительности с точки зрения стратегических изменений (изменений порогов) требует, чтобы уменьшение доли попаданий в ходе вахты сопровождалось уменьшением доли ложных срабатываний. На самом деле это имеет место во многих исследованиях, и вполне вероятно, что общая низкая производительность в задачах на бдительность (по сравнению с оптимальной ситуацией) также является результатом, по крайней мере частично, корректировки порога. В ходе вахты относительная частота срабатывания обнаружения сближается с относительной частотой целей, и эта регулировка предполагает высокий порог с относительно небольшой долей попаданий, а также относительно небольшой долей ложных срабатываний. Тем не менее, снижение бдительности происходит в результате изменения различимости, а не изменения пороговых значений. Они наблюдались в основном в задачах последовательного различения с относительно высокой частотой стимулирующих событий.
Нестратегические процессы в задачах на бдительность
Хотя часть общих плохих результатов в задачах на бдительность и многие случаи снижения бдительности можно объяснить с точки зрения стратегических корректировок порога обнаружения для низких скоростей сигнала, такой учет не является полным. Во время вахты у наблюдателя происходят изменения, которые могут снижать различимость стимулов или приводить к очевидным сдвигам порога, которые нельзя рассматривать как адаптацию к характеристикам задачи. За более чем 40 лет исследований бдительности был выявлен ряд нестратегических факторов, которые способствуют снижению общей производительности и снижению бдительности.
Правильный ответ на цель в задаче на бдительность требует достаточно точной сенсорной регистрации, соответствующего местоположения порога и связи между процессами восприятия и связанными с ними процессами, связанными с реакцией. Во время вахты наблюдатели должны поддерживать определенную постановку задачи, определенную готовность определенным образом реагировать на целевые раздражители. Это нетривиальное требование, поскольку без конкретной постановки задачи ни один наблюдатель не будет реагировать на целевые стимулы требуемым образом. Таким образом, двумя основными источниками неудач являются неточная сенсорная регистрация и отсутствие готовности реагировать на целевые стимулы. Основные гипотезы, объясняющие такие неудачи, будут кратко рассмотрены.
Обнаружение и идентификация стимула происходит быстрее, когда нет временной или пространственной неопределенности в отношении его появления. Временная и/или пространственная неопределенность может снизить бдительность. Это главное предсказание теория ожидания. Оптимальная готовность наблюдателя требует временной и пространственной определенности; очевидно, что задачи бдительности в этом отношении менее чем оптимальны. Хотя основное внимание в теории ожиданий уделяется общей низкой эффективности, она также может частично объяснить снижение бдительности. При нечастых сигналах со случайными интервалами изначально может существовать высокий уровень готовности в то время, когда сигнал не подается; кроме того, сигналы будут подаваться на низких уровнях готовности. Это препятствует случайным высоким уровням готовности в целом, так что любые выгоды от них исчезают в ходе вахты.
Теория ожидания тесно связана с теории внимания. Варианты аттенциональных теорий бдительности, безусловно, связаны с господствующими теориями внимания вообще. Рассмотрим представление о внимании как «выбор для обработки» или «выбор для действия». Согласно этой точке зрения, стимулы выбираются из окружающей среды и обрабатываются с высокой эффективностью всякий раз, когда они служат доминирующему в данный момент плану действий или набору задач. Как уже говорилось, отбор будет выигрывать от точных ожиданий относительно того, когда и где возникнут такие стимулы. Но стимулы будут выбраны только в том случае, если план действий — поставленная задача — активен. (Например, водители автомобилей реагируют на сигналы светофора, другого транспорта и т. д.; пассажиры обычно не реагируют, хотя оба находятся почти в одинаковой ситуации. Критическая разница в том, что между наборами задач из двух: только поставленная перед водителем задача требует реакции на сигналы светофора.)
Выбор стимулов для обработки будет страдать, когда план действий временно деактивирован, то есть временно отсутствует поставленная задача. Задания на бдительность включают в себя ряд особенностей, которые препятствуют постоянному поддержанию набора задач, таких как короткое время цикла обработки стимулов, отсутствие обратной связи и небольшая мотивационная проблема из-за очевидной сложности задачи. Так называемые блокировки можно наблюдать почти во всех простых когнитивных задачах с коротким временем цикла, таких как простые вычисления в уме или быстрые последовательные ответы на простые сигналы. Аналогичные блокировки возникают и при поддержании задачи, поставленной в задаче бдительности. Их нельзя сразу распознать как отсроченные ответы, потому что ответы нечасты, а цели, представленные в период отсутствия поставленной задачи, могут больше не существовать, когда отсутствие закончилось, поэтому вместо отсроченного ответа будет наблюдаться промах. Блокировки становятся более частыми со временем, потраченным на задачу. Это может привести к снижению бдительности. Могут быть и дополнительные причины временных провалов в доступности соответствующего набора задач, например, отвлечение внимания.
Определенные стимулы выбираются не в соответствии с текущим планом действий, а в силу их собственных характеристик. Это стимулы, которые являются интенсивными, новыми, движущимися к наблюдателю, имеют внезапное начало или по любой другой причине могут потребовать немедленных действий, независимо от текущего плана действий наблюдателя. Существует небольшой риск не обнаружить такие стимулы. Они автоматически привлекают внимание, на что указывает, например, ориентировочная реакция, заключающаяся в смещении направления взгляда на источник раздражителя. Однако ответ на тревожный звонок обычно не считается задачей бдительности. Помимо стимулов, привлекающих внимание своими характеристиками, существуют стимулы, которые автоматически обрабатываются в результате практики. Они как бы «выскакивают» из окружающей среды. Этот вид автоматической обработки требует расширенной практики с так называемым последовательным отображением, то есть последовательным присвоением ответов на стимулы. Снижение бдительности, вероятно, будет небольшим или даже отсутствовать после того, как будет развита автоматическая обработка стимулов.
Наконец, производительность бдительности страдает от отсутствия возбуждения. Это понятие в довольно общем плане относится к интенсивности нейронной активности, варьирующейся от сна до нормального бодрствования и сильного возбуждения. Считается, что одним из факторов, влияющих на возбуждение, является внешняя стимуляция, и ее уровень довольно низок и одинаков в большинстве задач на бдительность. Таким образом, интенсивность активности центральной нервной системы может снижаться в целом в течение часов. Важным аспектом теории возбуждения является то, что она связывает показатели бдительности с различными ситуационными факторами, не связанными с задачей, и факторами, связанными с организмом.
Влияние ситуационных и органических факторов
Низкое возбуждение способствует плохой работе в задачах на бдительность. Таким образом, производительность может быть улучшена ситуационными факторами, которые усиливают возбуждение, и снижена всеми мерами, снижающими уровень возбуждения. В целом это обобщение в основном верно для общего уровня производительности в задачах на бдительность, но влияние на снижение бдительности отсутствует или наблюдается с меньшей достоверностью при различных видах манипуляций с возбуждением.
Одним из способов поднять уровень возбуждения является введение дополнительного шума. Тем не менее, снижение бдительности, как правило, не затрагивается, а в отношении общей производительности результаты противоречивы: наблюдались повышенные, неизменные и сниженные уровни производительности. Возможно, имеет значение сложный характер шума. Например, он может быть аффективно нейтральным или раздражающим; это не только возбуждает, но и отвлекает. Более устойчивыми являются эффекты лишения сна, которое «деактивирует». Как правило, это снижает бдительность, а иногда наблюдается усиление снижения бдительности. Соответствующие изменения показателей бдительности также наблюдались при приеме депрессантов, таких как бензодиазепины или алкоголь, и стимуляторов, таких как амфетамин, кофеин или никотин.
Индивидуальные различия являются заметной чертой выполнения задач на бдительность. Хотя индивидуальные различия не совпадают во всех видах задач на бдительность, они довольно постоянны в похожих задачах. Секс и общий интеллект практически не влияют. Что касается возраста, показатели бдительности увеличиваются в детстве и имеют тенденцию к снижению после шестидесяти лет. Кроме того, есть большая вероятность, что интроверты покажут лучшие результаты, чем экстраверты.
Повышение бдительности
Существующие теории и данные предлагают некоторые способы повышения бдительности. В зависимости от степени специфичности предложений несложно составить списки разной длины. Ниже приведены некоторые довольно общие предложения, которые необходимо адаптировать к конкретным требованиям задачи. Они связаны с легкостью перцептивной дискриминации, соответствующей стратегической корректировкой, уменьшением неопределенности, предотвращением последствий потери внимания и поддержанием возбуждения.
Задачи на бдительность требуют различения в неоптимальных условиях. Таким образом, рекомендуется сделать различение как можно более легким или сигналы как можно более заметными. Меры, связанные с этой общей целью, могут быть простыми (например, соответствующее освещение или более длительное время проверки каждого продукта) или более сложными, включая специальные устройства для повышения заметности целей. Одновременные сравнения легче, чем последовательные, поэтому наличие эталонного стандарта может быть полезным. С помощью технических устройств иногда можно представить эталон и исследуемый объект в быстром чередовании, так что различия будут проявляться в виде движений на дисплее или других изменений, к которым зрительная система особенно чувствительна.
Для противодействия стратегическим изменениям порога, приводящим к относительно низкой доле правильных обнаружений целей (и для того, чтобы сделать задачу менее скучной с точки зрения частоты действий), было предложено ввести ложные цели. Однако это не кажется хорошей рекомендацией. Ложные цели увеличат долю попаданий в целом, но за счет более частых ложных срабатываний. Кроме того, доля необнаруженных целей среди всех стимулов, на которые не отреагировали (исходящий дефектный материал в задаче промышленного контроля), не обязательно будет уменьшена. Лучше подходят явные знания об относительной важности попаданий и ложных срабатываний и, возможно, другие меры для получения надлежащего размещения порога для выбора между «хорошо» и «плохо».
Временная и пространственная неопределенность являются важными детерминантами плохой бдительности. Для некоторых задач пространственная неопределенность может быть уменьшена за счет определения определенного положения контролируемого объекта. Однако мало что можно сделать с временной неопределенностью: наблюдатель был бы не нужен в задаче на бдительность, если бы о появлении цели можно было сигнализировать до ее представления. Одна вещь, которую можно сделать в принципе, состоит в том, чтобы смешивать проверяемые объекты, если неисправности имеют тенденцию возникать в группах; это позволяет избежать очень длинных интервалов без целей, а также очень коротких интервалов.
Есть несколько очевидных предложений по уменьшению потери внимания или, по крайней мере, их влияния на производительность. Путем надлежащего обучения, возможно, можно добиться какой-то автоматической обработки целей при условии, что фоновые и целевые стимулы не слишком изменчивы. Необходимости в постоянном поддержании набора задач можно избежать с помощью частых коротких перерывов, ротации рабочих мест, расширения или обогащения рабочих мест. Введение разнообразия может быть таким же простым, как если бы инспектор сам доставал материал для проверки из ящика или другого места. Это также вводит самостоятельный темп, который может помочь избежать представления сигналов во время временной деактивации набора задач. Устойчивое выполнение поставленной задачи может поддерживаться за счет обратной связи, проявленного интереса со стороны руководителей и осознания оператором важности задачи. Конечно, точная обратная связь об уровне производительности невозможна в типичных задачах на бдительность; однако даже неточная или неполная обратная связь может быть полезной с точки зрения мотивации наблюдателя.
Есть некоторые меры, которые можно предпринять для поддержания достаточного уровня возбуждения. Постоянное употребление наркотиков может существовать на практике, но никогда не встречается в рекомендациях. Некоторая фоновая музыка может быть полезной, но может иметь и противоположный эффект. Социальной изоляции во время выполнения заданий на бдительность в основном следует избегать, а в течение дня с низким уровнем возбуждения, например, в поздние часы ночи, особенно важны поддерживающие меры, такие как короткие дежурства.