Хузивара и Пессоа: Как посчитать внимание

По мотивам главы «Controle dos processos atencionais» из сборника «Experimentos Clássicos em Análise do Comportamento», посвященного классическим экспериментам из анализа поведения.

Концентрация внимания как индикатор уровня усталости

Способность продолжительное время концентрироваться на достаточно однообразном и монотонном стимульном материале считается настолько важной в нашем обществе, что неудачи в этом навыке вынесены в отдельный диагноз «синдрома дефицита внимания и гиперактивности» (СДВГ). Согласно Диагностическому и статистическому руководству по психическим расстройствам (DSM), основной характеристикой СДВГ является «устойчивый характер невнимательности и/или гиперактивности-импульсивности, более частый и тяжелый, чем тот, который обычно наблюдается у людей на той же стадии развития». По оценкам, во всем мире это расстройство диагностируется у 3–6% детей школьного возраста. СДВГ является основной причиной показать ребенка врачу.

Столь большой интерес к способности детей концентрировать внимание понятен в контексте предъявляемых современной повседневной жизнью требований. Если игрок в футбол не уделяет внимания игре, то это снижает его шансы выиграть матч и остаться в команде; если ученик не уделяет внимание уроку, то он не справится с проверочной работой; если водитель не следит за дорогой, то это резко повышает вероятность развития аварийных ситуаций.

История исследований внимания начинается 40-х годах XX века, когда ученые смогли определиться с общей экспериментальной парадигмой для этой цели — если нужно разобраться, как работает концентрация внимания во время монотонных задач, то дадим испытуемым задание определять наступление определенных критических, но редких, событий в ходе длительных и намеренно монотонных заданий. Эта экспериментальная парадигма называется экспериментом на бдительность.

Норман Макворт, известный в наше время как один из пионеров исследований скуки, в 1948 году описал эксперимент, в котором участникам нужно было наблюдать за циферблатом аналоговых часов и отмечать, когда стрелка двигалась как-то необычно. Большую часть времени единственная стрелка на этом циферблате двигалась в обычном темпе, сдвигаясь на одну позицию за секунду, и критическим событием было двойное движение стрелки — стрелка двигалась дважды. Критические события в эксперименте Макворта происходили 24 раза в течение каждого часового сеанса, время между ними было нерегулярным.

Придуманный Маквортом эксперимент имитировал ситуации, в которых, к примеру, моряк наблюдает за гидролокатором, чтобы обнаружить присутствие вражеской подводной лодки. В похожей ситуации оказывается осматривающий продукцию на предмет дефектов работник завода — отсмотреть нужно много, а дефектов будет мало. В приведенных примеров вероятность наступления критического события крайне мала, но его обнаружение чрезвычайно важно, поэтому моряки или рабочие должны оставаться бдительными на протяжении всего задания.

Оригинальный эксперимент Макворта и последующие вдохновленные работы приходили к одному результату — точность обнаружения критических событий со временем снижается. Большинство критических событий обнаруживались, но после первых 30 минут только 30% участников оставались бдительными в той же степени. Помимо этого, выяснилась положительная корреляция между абсолютным количеством представленных критических событий и процентом обнаруженных событий — например, при 10 предъявлениях в час в среднем отмечались 46% критических событий, а при повышении презентаций до 40 в час показатель бдительности повышался до 88% событий.

В 1953 году Диз и Ормонд провели обзор исследований поведения людей в контексте задач на продолжительный визуальный поиск, в которых подтвердили описанные выше результаты. Они предложили объяснение им в терминах утомляемости, заложив таким образом традицию интерпретировать концентрацию внимания как индикатор субъективного состояния усталости. Согласно объяснению Диза и Ормонда, высокая точность в начале выполнения задания является отражением высокого уровня концентрации испытуемого. С течением времени появится утомление и уровень концентрации снижается, поэтому точность обнаружения критических событий уменьшается.

Положительная корреляция между абсолютным числом презентаций критических событий и процентом обнаружений в модели Диза и Ормонда объясняется различными уровнями ожиданий. Чем большее количество критических событий было представлено до определенного момента сессии, тем больше ожидается появление следующего критического события в течение короткого времени. Таким образом, предполагалось, что ожидание высокой частоты появления критический событий поддерживает высокий уровень внимания во время выполнения задания, несмотря на появляющуюся со временем усталость. Резюмируя, бдительность снижается потому, что утомляемость, но если есть ожидание высокой частоты нужных событий, то не снижается.

Главный герой этой статьи, Джеймс Холланд, психолог из Университета Питтсбурга, в своей статье 1958 года выступил против объяснений, основанных на теоретических конструкциях наподобие уровня утомляемости или ожиданий: «Эти концепции создают видимость объяснения данных благодаря синтаксической игре. Считается, что субъект обнаруживает объект, потому что он в этот момент внимателен или ожидает сигнала. Но эти понятия не менее загадочны, чем явления, которые они призваны объяснить».

По мнению Холланда, различия в количестве обнаружений в начале и в конце сессии, а также положительная корреляция между абсолютным числом и процентом обнаруженных критических событий являются способами описания поведенческих паттернов участников и не требуют для своего объяснения психических конструкций вроде утомляемости или ожиданий.

В связи с этим возникла проблема: как можно объяснить изменение процента обнаружений на протяжении эксперимента, не прибегая к теоретическим конструктам (например, ожиданию)? Холланд полагал, что полученные ранними исследователями данные можно объяснить постепенным гашением сенсорных реакций. За несколько лет до работы Холланда Бенджамин Уайкофф определил сенсорные реакции как те, которые создают дискриминативные стимулы для других реакций (см. статью не.психологии на тему сенсорных реакций). Например, чтобы увидеть аномальный ход стрелки часов нужно смотреть на циферблат — совершать активность, которая дает доступ к дискриминативному стимулу для другой реакции, отчета о критическом событии. Если это поглядывание на циферблат угасло, то процент обнаружений тоже начнет снижаться.

Оперантный эксперимент Холланда

Холланд поставил перед собой две задачи. Первая заключалась в том, чтобы выяснить, будет ли обнаружение сигнала подкреплять сенсорные реакции. Вторая заключалась в измерении частоты сенсорных реакций в ситуациях, аналогичных тем, которые использовал Макворт, что позволило бы переосмыслить полученные им данные в поведенческих терминах, без отсылок к усталости или ожиданию чего-либо.

В эксперименте Холланда участвовали курсанты ВМС США, которым нужно было наблюдать за прямоугольным циферблатом с указателем, первоначально расположенным на левом конце. Участник должен был сообщить как можно больше случаев, когда указатель перемещался от левого к правому концу циферблата (см. рис. 1).

Когда испытуемый наблюдал отклонение указателя, он нажимал специальную клавишу, которая сбрасывала указатель. В конце сеанса участнику сообщалось количество обнаруженных сигналов и среднее время обнаружения. Новизна процедуры Холланда заключалась в установке второй кнопки, при нажатии на которую на 0.07 секунд включалась лампа за циферблатом в течение (сенсорная реакция). По истечении этого периода лампа выключалась, и чтобы снова подсветить циферблат нужно было повторно нажать кнопку.

Сеансы проводились в темной комнате, поэтому увидеть изменения можно было только при помощи лампы. При обнаружении движения указателя участник должен был нажать еще одну кнопку, чтобы сообщить о обнаружении движения указателя. Нажатие второй кнопки имело два последствия: (1) срабатывал счетчик критических событий, и (2) указатель возвращался на прежнее место, в левую часть дисплея, что позволяло предъявить новое движение указателя. Эта процедура позволила точно фиксировать появление сенсорных реакций, то есть подсвечиваний циферблата, и проверить, подкрепляет ли критическое событие реакцию по проверке состояния циферблата.

Для решения вопроса о подкрепляющем эффекте обнаружения критических событий использовались знания из одной из наиболее полно изученных областей анализа поведения — режимов подкрепления. Режимы — это правила, определяющие, при каких условиях те или иные реакции приводят к определенным последствиям. Если паттерны сенсорных реакций испытуемых напоминают задокументированные в простых режимах подкрепления кривые, то можно утверждать, что критические события подкрепляют сенсорные реакции.

Для этого Холланд связал наступление критического события (передвижение стрелки) с сенсорной реакцией. Испытуемые этого не знали, но стрелка передвигалась потому, что они проверяли циферблат. Холланд использовал три режима подкрепления для оценки влияния критических событий на сенсорные реакции: режим с фиксированным интервалом (FI), режим с фиксированным соотношением (FR) и режим дифференцированного подкрепление низкой частоты реакций (DRL).

При режиме FI реакция подкрепляется по истечении фиксированного периода времени, отсчитываемого от последнего полученного подкрепления; реакции, возникшие до окончания периода, не подкрепляются. В режимах FI паттерн реакций характеризуется низкой частотой реакций в начале интервала и увеличением частоты реакций по мере приближения к концу интервала. В эксперименте Холланда реакции пяти участников сначала подкреплялись согласно 30-секундному FI в течение восьми 40-минутных сессий. Первая сенсорная реакция (то есть нажатие кнопки для подсветки датчика), выданная через 30 секундприводила не только к включению лампы, но и к перемещению указателя на циферблате и, как следствие, возможности задокументировать критическое событие. Далее величина интервала увеличивалась до одной, двух, трех и, наконец, четырех минут. При каждом значении FI проводилось восемь сеансов эксперимента.

При подкреплении в режиме FR получение подкрепления зависит только от демонстрации фиксированного количества реакций. В этом режиме получение подкрепления не связано с течением времени, существует прямая зависимость между количеством реакций и количеством полученных подкреплений. Возможно, по этой причине паттерн реакций в FR характеризуется высокой и постоянной частотой на протяжении всей сессии. Часто можно наблюдать паузы в реакциях, которые обычно возникают после каждого подкрепления.

В отличие от пауз после подкрепления в FI, скорость реакций при возобновлении FR постоянна, тогда как в FI она имеет тенденцию к положительному ускорению. Холланд сначала в течение шести 40-минутных сессий подвергал семерых испытуемых воздействию FR, равного 36, то есть возможность обнаружения возникала только после 36-ой сенсорной реакции. Затем значение FR увеличивалось, также блоками по шесть сеансов, до 60, 84, 108, 150 и, наконец, 200 реакций на обнаружение.

Наконец, при DRL реакция подкрепляется только тогда, когда она появляется после определенного интервала времени без её появления. Учитывая, что режим дифференцированно подкрепляет временной интервал между реакциями, паттерн реакций, демонстрируемых участниками, будет адаптироваться к заданному значению времени, точнее, чем больше времени требуется для отсутствия реакций, тем ниже частота реакций. Таким образом, типичный для DRL паттерн — это низкая частота реакций со временны́м интервалом между ними и периодическими «всплесками» из нескольких реакций с очень коротким интервалом. Два участника подвергались воздействию DRL длительностью 30 сек., то есть сенсорная реакция провоцировала движение указателя и последующую возможность обнаружения тогда и только тогда, когда ему предшествовал минимальный период в 30 сек. без сенсорной реакции. Продолжительность сессий составляла 4 часа.

Для достижения второй цели — посмотреть, какими будут сенсорные реакции в условиях эксперимента Макворта, Холланд использовал режимы подкрепления, основанные на времени подачи критических событий из работы Макворта. В эксперименте Макворта интервалы между критическими событиями (двойными движениями часовой стрелки) составляли ¾, ¾, 1½, 2, 2, 1, 5, 1, 2, 2, 3 и 10 минут, всего цикл занимал полчаса.

В анализе поведения режим подкрепления через нерегулярные промежутки времени называется режимом с переменными интервалами (VI). Как правило, VI приводит к умеренному и постоянному количеству реакций в интервалах между подкреплениями. В случае интервалов, используемых Маквортом, в среднем каждые 1 минуту должно происходить критическое событие, которое необходимо обнаружить.

Другим аспектом процедуры Макворта было то, что критическое событие можно было обнаружить только в течение короткого периода времени. В анализе поведения, когда подкрепление доступно для употребления только в течение определенного периода времени, этот период называется ограниченным доступом (limited hold). При использовании ограниченного доступа обычно наблюдается увеличение частоты реакции по сравнению с условиями без ограничения доступа. Холланд использовал ограничение доступа в течение 1¼ сек. То есть в данном случае, когда ограничение доступа использовалось после перемещения указателя, если участник не обнаруживал перемещения за этот промежуток времени, то указатель автоматически возвращался вправо, и участник терял возможность сообщить о событии.

Концентрация внимания как поведение

Результаты Холланда показали, что кривые сенсорных реакций в контексте FI, FR, DRL были чрезвычайно похожи на те, которые обычно обнаруживались в поведенческих экспериментах по другим типам реакций, где также использовались режимы подкрепления. Чтобы проиллюстрировать влияние различных режимов подкрепления на выделение сенсорных реакций, сравним паттерны сенсорных реакций при различных режимах подкрепления: если при FR, независимо от значения режима, участники выдавали 600 реакций менее чем за пять минут сессии, то при DRL — примерно 290 реакций за 50 минут. Эти результаты показали, что обнаружение критических событий действительно играет роль подкрепителя при демонстрации сенсорной реакции, как и предсказывал автор.

Таким образом, результаты, полученные Холландом, показали, что паттерны обнаружения критических событий, которые во многих теориях считаются отражением сложных психических процессов, можно объяснить с помощью поддерживающих сенсорные реакции режимов подкрепления. Отпадает необходимость прибегать к объяснению на ментальном уровне, к таким теоретическим конструктам, как утомляемость или ожидание, поскольку контроль от режимов подкрепления может быть непосредственно продемонстрирован на поведенческом уровне.

Вторая задача Холланда — посмотреть, какими будут сенсорные реакции в ситуации, аналогичной той, которую использовал Макворт, — также дала важный результат. Как и в эксперименте Макворта, среди участников Холланда, подвергшихся воздействию VI с ограниченным доступом, наблюдались два различных типа показателей. В той же пропорции, что и в эксперименте Маквота, примерно 30% участников Холланда определяли все движения указателя, которые были запрограммированы в ходе эксперимента. У остальных 70% количество обнаруженных событий быстро снижалось в течение сессии.

Холланд продемонстрировал в своём эксперименте, что это снижение частоты вызвано уменьшением количества сенсорных реакций. Эти сенсорные реакции, как было показано в предыдущей части эксперимента, контролируются действующим режимом подкрепления. Холланд показал, что участники, обнаружившие все подкрепления на протяжении всей сессии, начинали с более высокого начального уровня частоты сенсорных реакций, чем участники, со снижающейся частотой обнаружений на протяжении сессии.

Такая «отправная точка», с которой каждый участник начинал реагировать (высокая или низкая частота), вероятно, связана с его предыдущей историей подкрепления сенсорных реакций. Участники, которые начинали с более низкой частотой сенсорной реакций, обнаруживали меньше движений указателя. Малое количество обнаружений, другими словами, является более низким уровнем подкрепления. Более низкий уровень подкрепления порождает более низкий уровень реакций. Таким образом, участники, начавшие эксперимент с низким начальным уровнем сенсорной реакций, попадали в замкнутый круг: меньшее количество реакций порождало меньшее количество подкреплений, а меньшее количество подкреплений порождало меньшее количество реакций.

Таким образом, Холланд продемонстрировал, что обнаружение критического события (то есть движения указателя) может контролировать частоту сенсорной реакций (то есть нажатия кнопки для включения лампы). Предыдущие исследования объясняли возникновение таких реакций как отражение сложных психических состояний, таких как повышение уровня усталости или возникновение ожидания критического события. Холланд смог объяснить обнаруженные ранее проблемы с концентрацией внимания во время монотонных задач как следствия влияния режима подкрепления на сенсорные реакции.

Подкрепление внимания и СДВГ

При критичном анализе можно утверждать, что поведенческий феномен, наблюдаемый Холландом, имел иную природу, чем в экспериментах на внимание и бдительность, что подтверждает роль психических конструктов в объяснении поведения. Автор возражает: «В других исследованиях бдительности сенсорная реакция, вероятно, представляла собой фиксацию взгляда или движения головы, а также, возможно, более тонкие движения. Было бы интересно распространить представленную здесь методику на некоторые из этих реакций, хотя для многих вопросов топография реакции может быть не столь важна и используемых здесь методов вполне достаточно».

Холланд соглашался, что реакция нажатия кнопки для включения лампочки значительно отличается от реакции перемещения взгляда к циферблату и длительного взгляда на него — реакции, обычно связанной с бдительностью. Однако, по мнению Холланда, как только была продемонстрирована подкрепляющая функция обнаружения критических событий, они могли увеличить вероятность возникновения любых сенсорных реакций, независимо требуемой топографии. Термином топография в анализе поведения называется внешний вид поведения, каким конкретно образом оно осуществляется и какие системы организма задействует.

В некотором противоречии с утверждением о топографиях реакций, последующие работы Холланда были связаны с созданием способов регистрации и измерения взгляда как сенсорной реакции. В 1968 году Холланд совместно со Стивеном Шредером опубликовал статью, в которой авторы использовали оборудование, позволяющее регистрировать частоту и длительность движений глаз участников при наблюдении ими определенных частей на экране, содержащем четыре циферблата, идентичных использованных в оригинальной работе Холланда.

В новом эксперименте участникам снова дали инструкцию определять движение указателя на любом из четырёх циферблатов, а в экспериментальной манипуляции, как и десять лет ранее, использовались различные режимы подкрепления. Например, при использовании FR движение циферблата происходило только после 36-го перевода взгляда с одного циферблата на другой, то есть сенсорной реакции. Результаты, полученные Шредером и Холландом, показали, что паттерны переключения взгляда между циферблатами были чувствительны к FR, FI и DRL.

Сходство движений глаз с записью нажатий кнопки указывает, что подкрепляющая функция обнаружения критических событий действительно не зависит от топографии реакций и, что, возможно, ещё более важно, что инструментальная реакция, использованная в 1958 году, была валидной аналогией тех реакций, которые мы привыкли считать внимание в повседневной жизни.

В последствии работы Холланда нашли свое применение в исследованиях поддержания внимания при навигации лодок и самолетов, безопасности на производстве. К сожалению, они не нашли отражения в изучении проблемы СДВГ, но определенные параллели с идеями Холланда найти можно. В обзоре поведенческих работ по теме Чарльз Катания указывал, что частично симптомы СДВГ можно объяснить слишком резкими градиентами задержки подкрепления, то есть что поведение ребенка слишком быстро перевели с частого подкрепления на редкое.

В терминах эксперимента Холланда, если временной интервал между идентификацией критического события и подкреплением, полученным в результате этой идентификации, слишком велико, то движение указателя может не приобрести подкрепляющей функции для поддержания реакции внимания на подсветку циферблата. Значение эффективного временного интервала у разных людей различно, поэтому в эксперименте Холланда люди, которым требовались очень короткие временные интервалы между подкреплениями, могли перестать демонстрировать сенсорные реакции в течение всего эксперимента. Похожим образом, ученик, вовлеченность в урок которого перешла на разреженное подкрепление слишком быстро, может перестать проявлять какую-либо вовлеченность в принципе и попасть в категорию детей с СДВГ.

Список литературы

1. Mackworth, N. H. (1948). The breakdown of vigilance during prolonged visual search. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 1, 6-21.
2. Deese, J., & Ormond, E. (1953). Studies of detectability during continuous visual search. United States Air Force Wright Air Development Center Technical Report, 53-88.
3. Holland, J. G. (1958). Human vigilance. Science, 128, 61-67.
4. Ferster, C. B., & Skinner, B. F. (1957). Schedules of reinforcement. East Norwalk: Appleton-Century-Crofts.
5. Schroeder, S. R., & Holland, J. G. (1968). Operant control of eye movements. Journal of Applied Behavior Analysis, 1, 161-166.
6. Catania, C. A. (2005). Attention-deficit/ hyperactivity disorder (ADHD): Delay-of- -reinforcement gradients and other behavioral mechanisms. Behavioral and Brain Sciences, 28, 397-468.

Автор перевода Артем Ефремов, редакция Иван Чистяков, иллюстрация и обложка — Вероника Романова. Подписывайтесь на не.психологию, чтобы не пропустить новые материалы!