Wachsamkeit (Psychologie) - Vigilance (psychology)

Eine Londoner "Lollipop Lady" mit der St. Paul's Cathedral im Hintergrund.

In der modernen Psychologie wird Wachsamkeit , auch als anhaltende Konzentration bezeichnet , als die Fähigkeit definiert, konzentrierte Aufmerksamkeit über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten . Während dieser Zeit versucht die Person, das Auftreten eines bestimmten Zielreizes zu erkennen. Die Person achtet auf einen Signalreiz, der zu einem unbekannten Zeitpunkt auftreten kann.

Die Untersuchung der Wachsamkeit hat sich seit den 1940er Jahren hauptsächlich aufgrund der zunehmenden Interaktion von Menschen mit Maschinen für Anwendungen erweitert, bei denen es um die Überwachung und Erkennung seltener Ereignisse und schwacher Signale geht. Zu diesen Anwendungen gehören Flugsicherung , Inspektion und Qualitätskontrolle , automatisierte Navigation, Militär- und Grenzüberwachung sowie Rettungsschwimmer .


Ursprünge der Forschung

Die systematische Untersuchung der Wachsamkeit wurde von Norman Mackworth während des Zweiten Weltkriegs initiiert . Mackworth verfasste 1948 "Der Zusammenbruch der Wachsamkeit während einer verlängerten visuellen Suche" und dieses Papier ist die wegweisende Veröffentlichung zum Thema Wachsamkeit. Mackworths Studie aus dem Jahr 1948 untersuchte die Tendenz von Radar- und Sonarbetreibern , gegen Ende ihrer Wache seltene unregelmäßige Ereignisse zu übersehen. Mackworth simulierte seltene unregelmäßige Ereignisse auf einem Radardisplay, indem er die Testteilnehmer über einen Zeitraum von 2 Stunden ein nicht markiertes Zifferblatt beobachten ließ. Ein einzelner Uhrzeiger bewegte sich in kleinen, gleichen Schritten um das Zifferblatt, mit Ausnahme gelegentlicher größerer Sprünge. Dieses Gerät wurde als Mackworth Clock bekannt . Die Teilnehmer wurden beauftragt, sich zu melden, wenn sie die größeren Sprünge entdeckten. Die Ergebnisse von Mackworth zeigten eine Abnahme der Signalerkennung im Laufe der Zeit, die als Vigilanzdekrement bekannt ist. Die Ereigniserkennung der Teilnehmer ging in den ersten 30 Minuten zwischen 10 und 15 Prozent zurück und nahm dann in den restlichen 90 Minuten allmählich weiter ab. Die Methode von Mackworth wurde als "Clock Test" bekannt und diese Methode wurde in nachfolgenden Untersuchungen verwendet.

Wachsamkeitsverringerung

Die Wachsamkeitsverringerung ist definiert als „Verschlechterung der Fähigkeit, kritische Signale im Laufe der Zeit wachsam zu bleiben, was durch eine Abnahme der Rate der korrekten Erkennung von Signalen angezeigt wird“. Die Verringerung der Vigilanz wird am häufigsten mit der Überwachung zur Erkennung eines schwachen Zielsignals in Verbindung gebracht. Ein Verlust der Erkennungsleistung tritt weniger wahrscheinlich in Fällen auf, in denen das Zielsignal eine hohe Salienz aufweist. Zum Beispiel würde es unwahrscheinlich sein, dass ein Radarbediener am Ende einer Wache ein seltenes Ziel verfehlt, wenn es ein großes helles Blinksignal wäre, aber möglicherweise ein schwaches schwaches Signal.

Unter den meisten Bedingungen wird die Wachsamkeitsverringerung innerhalb der ersten 15 Minuten der Aufmerksamkeit signifikant, aber eine Abnahme der Erkennungsleistung kann schneller eintreten, wenn die Bedingungen für die Aufgabenanforderung hoch sind. Dies tritt sowohl bei erfahrenen als auch bei unerfahrenen Aufgabenstellern auf. Wachsamkeit war traditionell mit einem geringen kognitiven Bedarf verbunden und eine Abnahme der Wachsamkeit mit einem Rückgang der Erregung aufgrund des geringen kognitiven Bedarfs, aber spätere Studien zeigten, dass Wachsamkeit harte Arbeit ist, die Zuweisung bedeutender kognitiver Ressourcen erfordert und ein erhebliches Maß an Stress verursacht .

Vigilanzdekrement und Signalerkennungstheorie

Green und Swets formulierten 1966 die Signal Detection Theory (SDT), um die Leistungsempfindlichkeit der Erkennungsaufgabe zu charakterisieren und dabei sowohl die Wahrnehmungsfähigkeit als auch die Reaktionsbereitschaft des Beobachters zu berücksichtigen. SDT geht davon aus, dass ein aktiver Beobachter Wahrnehmungsurteile trifft, wenn sich die Unsicherheitsbedingungen ändern. Ein Entscheidungsträger kann seinen durch d' gekennzeichneten Reaktionsfehler variieren, um mehr oder weniger korrekte Erkennungen zu ermöglichen, jedoch auf Kosten von mehr oder weniger Fehlalarmen. Dies wird als Kriteriumsverschiebung bezeichnet. Der Grad, in dem der Beobachter Fehlalarme toleriert, um eine höhere Erkennungsrate zu erreichen, wird als Bias bezeichnet. Bias stellt eine Strategie dar, um die Folgen von verfehlten Zielen und Fehlalarmen zu minimieren. Beispielsweise muss der Ausguck bei einem Banküberfall einen Schwellenwert dafür festlegen, wie "polizistisch" eine sich nähernde Person oder ein sich näherndes Fahrzeug sein darf. Wird der "Polizist" nicht rechtzeitig entdeckt, kann dies zu einer Gefängnisstrafe führen, aber ein falscher Alarm führt dazu, dass die Gelegenheit zum Diebstahl von Geld verloren geht. Um ein verzerrungsfreies Maß zu erzeugen, wird d' berechnet, indem der Abstand zwischen den Mittelwerten des Signals und der Nicht-Signale (Rauschen) gemessen und mit der Standardabweichung des Rauschens skaliert wird. Mathematisch kann dies durch Subtrahieren des Z-Scores der Trefferrate vom Z-Score der Fehlalarmrate erreicht werden. Die Anwendung von SDT auf die Untersuchung der Vigilanz zeigt, dass in den meisten, aber nicht allen Fällen, die Abnahme der Vigilanz nicht das Ergebnis einer Verringerung der Sensitivität im Laufe der Zeit ist. In den meisten Fällen geht eine Verringerung der Detektionen mit einer entsprechenden Verringerung der Fehlalarme einher, so dass d' relativ unverändert bleibt.

Vigilanztaxonomie: Diskriminierungstyp und Ereignisrate

Mentale Arbeitsbelastung oder kognitive Belastung , basierend auf Aufgabenunterschieden, kann den Grad der Abnahme der Wachsamkeit erheblich beeinflussen. 1977 untersuchten Parasuraman und Davies die Wirkung von zwei Aufgabendifferenzvariablen auf d' und schlugen die Existenz einer Wachsamkeitstaxonomie basierend auf Diskriminierungstyp und Ereignisrate vor. Parasuraman und Davies verwendeten Unterscheidungsaufgaben, die entweder aufeinanderfolgend oder gleichzeitig waren und sowohl mit hoher als auch mit niedriger Ereignisrate präsentiert wurden. Aufeinanderfolgende Diskriminierungsaufgaben, bei denen kritische Informationen im Arbeitsgedächtnis gespeichert werden müssen, erzeugen eine höhere mentale Belastung als gleichzeitige Vergleichsaufgaben. Ihre Ergebnisse zeigen die Art der Diskriminierung und die Häufigkeit, mit der diskriminierbare Ereignisse auftreten, um die anhaltende Aufmerksamkeit zu beeinflussen. Aufeinanderfolgende Diskriminierungsaufgaben weisen auf ein höheres Maß an Wachsamkeitsdekrement hin als gleichzeitige Diskriminierungen, wie Vergleiche, jedoch nur, wenn die Ereignisraten relativ hoch sind. Für Erkennungsaufgaben deuten empirische Beweise darauf hin, dass eine Ereignisrate von oder über 24 Ereignissen pro Minute die Sensitivität signifikant reduziert. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass bei schwierigen Unterscheidungsaufgaben eine Abnahme bei geringer mentaler Arbeitsbelastung auftreten kann, wie bei gleichzeitigen Vergleichen, sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Ereignisraten.

Die Auswirkung der Ereignisrate auf die Leistung der Überwachungsaufgabe kann durch das Hinzufügen von nicht zum Ziel gehörenden hervorstechenden Objekten mit unterschiedlichen Häufigkeiten beeinflusst werden. Die in den späten 1950er und 1960er Jahren durchgeführte Uhrentestforschung zeigt, dass eine Zunahme der Ereignisrate für seltene unregelmäßige Signale mit geringer Ausprägung die Abnahme der Wachsamkeit verringerte. Wenn nicht-zielgerichtete "künstliche" Signale ähnlich den Zielsignalen eingeführt wurden, wurde auch die Wachsamkeitsverringerung verringert. Wenn das "künstliche" Signal signifikant vom Zielsignal abwich, wurde keine Leistungsverbesserung gemessen.

Andere Dimensionen, die über die Ereignisrate und die Schwierigkeit der Diskriminierungsaufgabe hinausgehen, wirken sich auf die Durchführung von Wachsamkeitsaufgaben aus und sind Faktoren in der Wachsamkeitstaxonomie. Diese umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: sensorische Modalitäten oder Kombinationen von sensorischen Modalitäten; Quellkomplexität; Signaldauer; Signal Intensität; mehrere Signalquellen; diskrete versus kontinuierliche Ereignisse; intermittierender versus kontinuierlicher Aufmerksamkeitsbedarf; Kenntnisstand des Beobachters; und Reizwert.

Messung der mentalen Arbeitsbelastung bei Wachsamkeitsaufgaben

Anfängliche Studien zur Vigilanztaxonomie stützten sich auf Annahmen bezüglich der mit Diskriminierungsaufgaben verbundenen mentalen Arbeitsbelastung und nicht auf eine direkte Quantifizierung dieser Arbeitsbelastung. Es wurde beispielsweise angenommen, dass aufeinanderfolgende Diskriminierungen eine höhere Arbeitsbelastung bedeuten als gleichzeitige Diskriminierungen. Beginnend in den späten 1990er Jahren wurden bildgebende Verfahren wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und die transkranielle Doppler- Sonographie (TCD) eingesetzt, um die Gehirnaktivierung und die mentale Arbeitsbelastung während Vigilanzexperimenten unabhängig zu beurteilen. Diese Neuroimaging-Techniken schätzen die Gehirnaktivierung durch Messung des Blutflusses (fMRT und TCD) oder des Glukosestoffwechsels (PET), der mit bestimmten Gehirnregionen verbunden ist. Die Forschung, die diese Techniken einsetzt, hat eine Zunahme der mentalen Arbeitsbelastung und der Zuweisung von Aufmerksamkeitsressourcen mit einer erhöhten Aktivität im präfrontalen Kortex in Verbindung gebracht. Studien mit PET, fMRT und TCD weisen auf eine Abnahme der Aktivität im präfrontalen Kortex hin, die mit einer Abnahme der Vigilanz korreliert. Neuroimaging-Studien weisen auch darauf hin, dass die Kontrolle der Wachsamkeit in einer Vielzahl von Gehirnregionen in der rechten Gehirnhälfte liegen kann.

Assoziierte Hirnregionen

Verringerungen der Erregung entsprechen im Allgemeinen einer Verringerung der Wachsamkeit. Erregung wird als eine Komponente der Wachsamkeit definiert, obwohl sie nicht, wie man meinen könnte, die einzige Quelle der Hauptwirkung der Wachsamkeitsverringerung ist.

Daher spielen subkortikale Hirnregionen, die mit Erregung verbunden sind, eine entscheidende Rolle bei der Durchführung von Wachsamkeitsaufgaben. Da die Amygdala eine wichtige Rolle bei der Erkennung emotionaler Reize spielt, scheint sie eine wichtige Gehirnstruktur bei der Regulation der Wachsamkeit zu sein.

Subkortikale Hirnregionen, die mit Erregung assoziiert sind, umfassen das basale cholinerge System des Vorderhirns und das noradrenerge System des Locus coeruleus (LC) . Beide Regionen sind Bestandteile des retikulären Aktivierungssystems (RAS). Das basale cholinerge System des Vorderhirns ist mit der kortikalen Acetylcholinfreisetzung verbunden , die mit der kortikalen Erregung verbunden ist. Das Blockieren der Freisetzung von Acetylcholin im Vorderhirn mit GABAergen Verbindungen beeinträchtigt die Vigilanzleistung.

Mehrere kortikale Hirnregionen sind mit Aufmerksamkeit und Wachsamkeit verbunden. Dazu gehören der rechte frontale, inferior parietale , präfrontale , obere temporale Kortex und der Gyrus cinguli . Im Frontallappen weisen fMRT- und TCD-Daten darauf hin, dass die Gehirnaktivierung während Wachsamkeitsaufgaben mit stärkerer Aktivierung in der rechten Hemisphäre zunimmt. Läsions- und Split-Brain-Studien weisen auf eine bessere Leistung der rechten Gehirnhälfte bei Wachsamkeitsaufgaben hin, was auf eine wichtige Rolle des rechten frontalen Kortex bei Wachsamkeitsaufgaben hindeutet . Die Aktivität im noradrenergen LC-System ist bei Tieren durch die Freisetzung von Noradrenalin mit dem wachen Wachzustand verbunden . Die chemische Blockierung der Freisetzung von Noradrenalin führt zu Schläfrigkeit und Aufmerksamkeitsverlust, verbunden mit einer Abnahme der Wachsamkeit. Der dorsolaterale präfrontale Kortex weist einen höheren Aktivierungsgrad auf als andere signifikant aktive Bereiche, was auf eine Schlüsselrolle bei der Wachsamkeit hinweist.

Der Gyrus cinguli unterscheidet sich von anderen mit Wachsamkeit verbundenen Hirnregionen dadurch, dass er während Wachsamkeitsaufgaben weniger aktiviert wird. Die Rolle des Gyrus cinguli für die Wachsamkeit ist unklar, aber seine Nähe und Verbindungen zum Corpus callosum , das die interhemisphärische Aktivität reguliert, können von Bedeutung sein. Eine verminderte Aktivierung im Gyrus cinguli kann ein Nebenprodukt einer asymmetrischen Aktivierung des Frontallappens sein, die im Corpus callosum eingeleitet wird.

Stress

Stressige Aktivitäten beinhalten die kontinuierliche Anwendung umfangreicher kognitiver Ressourcen. Wäre die Abnahme der Wachsamkeit eher das Ergebnis von weniger Gehirnaktivität als von mehr, wäre nicht zu erwarten, dass die Wachsamkeitsaufgaben stressig sind. Hohe Adrenalin- und Noradrenalin- Spiegel korrelieren mit einer kontinuierlichen, umfangreichen mentalen Arbeitsbelastung, was diese Verbindungen zu guten chemischen Indikatoren für das Stressniveau macht. Probanden, die Wachsamkeitsaufgaben ausführen, weisen erhöhte Adrenalin- und Noradrenalinspiegel auf, was mit einem hohen Stressniveau vereinbar ist und auf eine erhebliche mentale Arbeitsbelastung hinweist. Wachsamkeitsaufgaben können daher als stressige, harte mentale Arbeit angesehen werden.

Individuelle Leistungsunterschiede

In einer Reihe von Vigilanzstudien wurden große individuelle Unterschiede bei der Überwachung der Aufgabenerfüllung berichtet. Für eine bestimmte Aufgabe ist die Wachsamkeitsabnahme zwischen den Probanden jedoch im Allgemeinen über die Zeit hinweg konsistent, so dass Personen, die für eine bestimmte Aufgabe ein relativ höheres Leistungsniveau aufweisen, dieses Leistungsniveau im Laufe der Zeit beibehalten. Bei verschiedenen Aufgaben sind die individuellen Leistungsunterschiede jedoch nicht konsistent, da eine Person möglicherweise nicht gut von einer Aufgabe zur anderen korreliert. Eine Person, die beim Durchführen einer Zählüberwachungsaufgabe kein signifikantes Dekrement zeigt, kann während eines Uhrentests eine signifikante Dekrementierung aufweisen. Die relative Leistung zwischen den Probanden kann auch je nach Art der Aufgabe variieren. Beispielsweise können Probanden, deren Aufgabenleistung für eine aufeinanderfolgende Aufgabe gut korreliert ist, eine schlechte Leistungskorrelation für eine gleichzeitige Aufgabe aufweisen. Umgekehrt kann erwartet werden, dass Subjekte, die ähnliche Überwachungsaufgaben ausführen, wie etwa Radar- versus Sonarzielerkennung, ähnliche Muster der Aufgabenausführung aufweisen.

Levineet al. schlagen vor, dass individuelle Unterschiede in der Aufgabenerfüllung durch Aufgabenanforderungen beeinflusst werden können. Zum Beispiel können einige Aufgaben schnelle Vergleiche oder "Wahrnehmungsgeschwindigkeit" erfordern, während andere "Flexibilität des Abschlusses" erfordern können, wie etwa die Erkennung eines vordefinierten Objekts innerhalb einer überladenen Szene. Die Verknüpfung von Aufgabenleistungsunterschieden mit Aufgabenanforderungen steht im Einklang mit der oben beschriebenen Vigilanz-Taxonomie von Parasuraman und Davies und unterstützt auch die Hypothese, dass Wachsamkeit mentale Arbeit erfordert und keine passive Aktivität ist.

Verringerung der Wachsamkeitsminderung mit Amphetaminen

Erhebliche Forschung wurde der Verringerung der Wachsamkeitsverringerung gewidmet. Wie oben angemerkt, kann das Hinzufügen von Nicht-Zielsignalen die Aufgabenleistung im Laufe der Zeit verbessern, wenn die Signale den Zielsignalen ähnlich sind. Darüber hinaus wird angenommen, dass Übung, Leistungsfeedback, Amphetamine und Ruhe den zeitlichen Leistungsabfall mäßigen, ohne die Sensibilität zu verringern.

Ab Mitte der 1940er Jahre wurde untersucht, ob Amphetamine die Abnahme der Wachsamkeit reduzieren oder entgegenwirken können. 1965 führte Jane Mackworth Uhrentest-Experimente durch, bei denen die Hälfte von 56 Teilnehmern ein starkes Amphetamin und die andere Hälfte ein Placebo erhielten. Mackworth gab auch in separaten Studien falsches Feedback und Feedback. Mackworth analysierte die Erkennungs- und Fehlalarmraten, um d', das Maß für die Empfindlichkeit, zu bestimmen. Teilnehmer, denen Amphetamin verabreicht wurde, zeigten keine erhöhte Empfindlichkeit, aber eine hochsignifikante Verringerung der Vigilanzverminderung. In Feedback-Versuchen erhöhte sich die Sensitivität, während der Leistungsabfall signifikant reduziert wurde. In Studien, in denen sowohl Amphetamin als auch Feedback gegeben wurden, war die Sensitivität erhöht und es gab keine signifikante Abnahme der Vigilanz.

Üben und anhaltende Aufmerksamkeit

Training und Übung reduzieren die Abnahme der Wachsamkeit erheblich, reduzieren die Fehlalarmrate und können die Sensibilität für viele Daueraufmerksamkeitsaufgaben verbessern. Änderungen der Strategie oder Voreingenommenheit können die Aufgabenleistung verbessern. Verbesserungen auf der Grundlage einer solchen Kriteriumsverschiebung würden zu einem frühen Zeitpunkt des Ausbildungsprozesses erwartet. Experimente mit akustischen und visuellen Reizen zeigen die erwartete Verbesserung der Trainingsleistung innerhalb der ersten fünf bis zehn Übungsstunden oder weniger.

Trainingsverbesserungen können auch aufgrund der reduzierten mentalen Arbeitsbelastung im Zusammenhang mit der Aufgabenautomatisierung auftreten. Bei Lotsen- und Flughafensicherheits-Screening-Experimenten zeigen geschulte oder erfahrene Probanden eine bessere Erkennung von Zielen mit geringer Auffälligkeit, eine Verringerung von Fehlalarmen, eine verbesserte Empfindlichkeit und eine deutlich verringerte Wachsamkeitsabnahme. In einigen Fällen wurde die Wachsamkeitsverringerung beseitigt oder nicht sichtbar.

Altern

Vigilanzforschung, die mit Probanden unterschiedlichen Alters durchgeführt wurde, widerspricht der Fähigkeit, mit zunehmendem Alter Wachsamkeit und anhaltende Aufmerksamkeit aufrechtzuerhalten. Im Jahr 1991 berichteten Parasuraman und Giambra über einen Trend zu niedrigeren Erkennungsraten und höheren Fehlalarmraten mit zunehmendem Alter beim Vergleich von Gruppen zwischen 19 und 27, 40 und 55 sowie 70 und 80 Jahren. Deaton und Parasuraman berichteten 1993, dass ab einem Alter von 40 Jahren ein Trend zu niedrigeren Erkennungsraten und höheren Fehlalarmraten sowohl bei kognitiven als auch bei sensorischen Aufgaben mit einer höheren bzw. niedrigeren mentalen Arbeitsbelastung auftritt. Berardi, Parasuraman und Haxby berichteten im Jahr 2001 über keine Unterschiede im Gesamtniveau der Wachsamkeit und der Fähigkeit, die Aufmerksamkeit im Laufe der Zeit aufrechtzuerhalten, wenn sie Personen mittleren Alters (über 40) und jüngere Personen verglichen. Altersabhängige Unterschiede bei kognitiven Aufgaben können sich je nach Aufgabentyp und Arbeitsbelastung unterscheiden, und einige Unterschiede in der Erkennung und bei Fehlalarmen können auf die Verringerung der Empfindlichkeit der Sinnesorgane zurückzuführen sein.

Fehlende Gewöhnung

Frühe Vigilanztheorien erklärten die Verringerung der elektrophysiologischen Aktivität im Laufe der Zeit, die mit der Abnahme der Vigilanz als Folge der neuralen Gewöhnung verbunden war . Gewöhnung ist die Abnahme der neuronalen Reaktionsfähigkeit aufgrund wiederholter Stimulation. Unter passiven Bedingungen, wenn keine Aufgabe durchgeführt wird, zeigen die Teilnehmer abgeschwächte N100 Event Related Potentials (ERP), die auf eine neuronale Gewöhnung hinweisen, und es wurde angenommen, dass die Gewöhnung auch für die Vigilanzverminderung verantwortlich war. Neuere ERP-Studien zeigen, dass die N100-Amplitude nicht verringert wurde, wenn die Leistung während einer Wachsamkeitsaufgabe nachlässt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Abnahme der Wachsamkeit nicht das Ergebnis von Langeweile oder einer Verringerung der neurologischen Empfindlichkeit ist.

Siehe auch

Verweise

Externe Links