Теория ресурсов внимания: Канеман, Уикенс и двойные задачи

Почему можно спокойно слушать радио за рулём, но трудно вести машину и одновременно спорить по телефону? Теория ресурсов внимания отвечает на этот вопрос без фильтров и узких мест: внимание в ней не шлюз, пропускающий один канал, а ограниченный запас умственного усилия, который приходится делить между задачами. Когда суммарный спрос превышает запас, страдает хотя бы одна из них. Калькулятор ниже воспроизводит эту логику на примере водителя: выберите, чем он занят помимо дороги, и посмотрите, сколько теряет вождение.

Что такое теория ресурсов внимания

Ресурсные, или ёмкостные, теории внимания появились в начале 1970-х как выход из тупика моделей фильтра. Бродбент, Трейсман и Дойчи спорили, на каком этапе обработки стоит узкое место; их модели разобраны в статье про селективное внимание, а классический опыт, с которого начался спор, описан в материале про эффект коктейльной вечеринки. Ресурсный подход спрашивает иначе: не «где фильтр», а «сколько есть усилия и куда его направить».

Ключевые допущения подхода:

• у человека есть ограниченная ёмкость переработки информации (capacity);
• каждая задача предъявляет к ней спрос, и спрос зависит от сложности задачи и от навыка;
• ёмкость можно делить между задачами в разных пропорциях, тогда как фильтр работает по принципу «всё или ничего»;
• ухудшение выполнения при совмещении задач означает, что их общий спрос превысил ёмкость.

Главный предмет подхода: интерференция, то есть взаимные помехи одновременных задач.

Модель Канемана «Внимание и усилие»

Классическую версию теории сформулировал Даниэль Канеман в книге «Внимание и усилие» (Attention and Effort, 1973). Его позднюю двухсистемную схему мы разбирали в статье про Систему 1 и Систему 2; модель 1973 года проще и уже.

По Канеману, внимание есть единый недифференцированный пул ресурса, общий для всех умственных операций. Его свойства:

1. Объём пула не постоянен. Он зависит от возбуждения (arousal): бодрый человек располагает большим запасом, уставший или сонный меньшим. Связь не линейна: при очень высоком возбуждении внимание сужается и распределяется хуже, что перекликается с законом Йеркса-Додсона.
2. Спрос определяет предложение. Усилие мобилизуется под трудность задачи, но отстаёт от спроса, поэтому трудная задача выполняется хуже лёгкой.
3. Распределением управляет политика (allocation policy). На неё влияют устойчивые диспозиции (непроизвольное внимание к новому, резкому, собственному имени), текущие намерения (инструкция «следи за дорогой») и оценка спроса: если задачи требуют больше, чем есть, политика решает, какой из них пожертвовать.

Рассчитать для своей задачи

Модель объясняет гибкость внимания, но не объясняет задачи, которые почти не мешают друг другу.

Зрачок как индикатор умственного усилия

Если усилие реально, его можно измерить. Канеман и Джексон Битти (1966) показали, что диаметр зрачка растёт вместе с нагрузкой на память: испытуемый слушает ряд цифр, зрачок расширяется с каждой новой цифрой, достигает пика перед воспроизведением и сужается по мере того, как цифры проговариваются. В более поздних опытах с задачей «прибавь единицу» (услышать 5294 и назвать 6305) расширение оказалось сильнее, а в варианте с прибавлением тройки ещё сильнее.

Зрачковая реакция стала одним из первых физиологических индексов умственной нагрузки. Её достоинство в непрерывности: она показывает усилие секунда за секундой. Ограничение: зрачок реагирует на освещённость и эмоции, поэтому нужны постоянный свет и нейтральные стимулы.

Парадигма двойной задачи и кривые Нормана и Боброу

Проверять ресурсные теории принято в парадигме двойной задачи: испытуемый выполняет основную задачу сначала отдельно, затем вместе с дополнительной. Разница показателей называется издержками двойной задачи. Если дополнительную задачу сделать простой, например нажимать кнопку на редкий звук, время реакции на неё становится зондом свободной ёмкости: чем медленнее ответ, тем меньше ресурса оставляет основная задача.

Дональд Норман и Дэниел Боброу (1975) формализовали связь ресурса и результата через функцию выполнения от ресурса (performance-resource function). В учебной форме её удобно записать как насыщающуюся кривую:

$P(r) = 1 - e^{-r/k},$

где $r$ есть вложенный ресурс, а $k$ требовательность задачи: ресурс, при котором достигается около 63 % потолка. На крутом участке задача ограничена ресурсом: добавь усилия, и результат вырастет. На пологом она ограничена данными: если сигнал тонет в шуме или стимул показан на 20 миллисекунд, никакое усилие качество уже не поднимет.

Второе понятие Нормана и Боброу, характеристика выполнения (performance operating characteristic), показывает все пары результатов двух задач при разных политиках распределения. Правый график калькулятора и есть такая кривая: чем ближе она к углу «без помех», тем лучше задачи совмещаются.

Модель множественных ресурсов Уикенса

Единый пул плохо объясняет один упрямый факт: сила интерференции зависит не только от сложности задач, но и от их сходства. В опыте Аллпорта, Антониса и Рейнолдса (1972) опытные пианисты играли с листа и одновременно повторяли услышанный текст почти без потерь, а две вербальные задачи мешают друг другу даже при малой сложности. Кристофер Уикенс (1984, уточнения 2002 и 2008) предложил считать, что ресурсов несколько и они различаются по измерениям:

• стадии обработки: восприятие и мышление против выбора и исполнения ответа;
• коды: пространственный против вербального;
• модальности: зрительная против слуховой;
• зрительные каналы: фокальное зрение (чтение, распознавание) против периферического (ориентировка в пространстве).

Рассчитать для своей задачи

Прогноз модели: две задачи мешают друг другу тем сильнее, чем больше ячеек куба они делят. В калькуляторе это параметр «доля общих ресурсов» $s$. Ресурс каждой задачи в режиме двойной задачи равен

$r_A = C - (1-\alpha)\,s\,C, \qquad r_B = C - \alpha\,s\,C,$

где $C$ означает весь доступный ресурс, а $\alpha$ политику распределения. При $s = 1$ получается единый пул Канемана, при $s = 0$ задачи не пересекаются вовсе. Пример при значениях по умолчанию ($C = 100$, $k_A = 45$, $k_B = 35$, $s = 0{,}7$, $\alpha = 0{,}6$): вождению достаётся 72 единицы вместо 100, и его показатель падает с 89,2 % до 79,8 %, то есть на 9,4 процентного пункта; разговор получает 58 единиц и выполняется на 80,9 %.

Автоматизация: как навык перестаёт требовать ресурс

Практика снижает требовательность задачи. Уолтер Шнайдер и Ричард Шиффрин (1977) показали, что при постоянном соответствии стимулов и ответов поиск целевых символов после тысяч проб становится автоматическим: быстрым и почти не зависящим от числа отвлекающих элементов, а при переменном соответствии остаётся контролируемым и медленным.

В терминах ресурсной теории автоматизация сдвигает кривую выполнения влево: навык выходит на плато при меньшем вложении. Поставьте в калькуляторе требовательность вождения 15 вместо 45, и потеря при той же второй задаче сократится с 9,4 до 0,7 п. п. Так объясняется, почему новичок замолкает на перекрёстке, а опытный водитель продолжает разговор. Правда, автоматизированный навык хуже перестраивается под нестандартную ситуацию, поэтому выигрыш исчезает ровно тогда, когда дорога становится опасной.

Водитель с телефоном и миф о многозадачности

Самое известное прикладное следствие теории касается телефона за рулём. Дэвид Страйер и Уильям Джонстон (2001) показали на тренажёре: во время телефонного разговора водители вдвое чаще пропускали красный сигнал и позже на него реагировали, причём громкая связь давала тот же эффект, что и телефон в руке. Прослушивание радио или аудиокниги вождение не ухудшало. Эпидемиологическое исследование Редельмайера и Тибширани (1997) оценило риск аварии во время разговора примерно вчетверо выше обычного.

Рассчитать для своей задачи

Модель множественных ресурсов объясняет обе стороны результата. Руки и глаза заняты вождением, а разговор идёт через слух и речь, поэтому свободные руки мало что меняют: общими остаются центральные ресурсы мышления и планирования ответа. Радио не требует ответа и легко откладывается, поэтому общая часть у него мала. Набор сообщения хуже всего: он занимает и зрение, и руки, и вербальный код.

Бытовая многозадачность при общих ресурсах тоже оборачивается быстрым переключением с потерей времени на каждом шаге. Родственная педагогическая идея ограниченной рабочей памяти изложена в статье про когнитивную нагрузку Свеллера.

Критика ресурсных теорий

Главный упрёк сформулировал Давид Навон (1984) в статье с красноречивым названием «Ресурсы: теоретический суп из топора». Если интерференцию объясняют нехваткой ресурса, а нехватку выводят из интерференции, теория становится круговой. Модель Уикенса гибче, но и это подозрительно: под любой результат можно подобрать нужное число пулов.

Второй упрёк касается узких мест. Гарольд Пашлер в опытах с психологическим рефрактерным периодом показал, что выбор ответа на вторую задачу ждёт, пока освободится выбор ответа на первую, даже когда обе задачи простые. Это ближе к структурному узкому месту, чем к делимому запасу. Современные авторы обычно совмещают оба взгляда: делимые ресурсы на стадии восприятия и узкое место на стадии выбора ответа.

Частые ошибки

• Путать ресурсные модели с моделями фильтра. Фильтр решает, какой сигнал пройдёт; ресурс решает, сколько усилия получит каждая задача.
• Считать пул Канемана постоянным. Его объём зависит от возбуждения и мобилизуется под трудность задачи.
• Объяснять любую потерю при совмещении нехваткой ресурса. Задача может быть ограничена данными, и тогда дополнительное усилие не поможет.
• Думать, что громкая связь решает проблему телефона за рулём. Она освобождает руки, но не центральные ресурсы.
• Приписывать модель множественных ресурсов Канеману. Её автор Уикенс, и она выросла из критики единого пула.

FAQ

Чем теория ресурсов внимания отличается от теории фильтра? Модели фильтра ищут узкое место, через которое проходит один поток информации. Ресурсные модели видят во внимании делимый запас усилия: задачи идут параллельно, пока их спрос не превышает запас.

Почему зрачок считают мерой умственного усилия? Его диаметр растёт вместе с нагрузкой на память и мышление и уменьшается, когда задача выполнена. Это подтвердили опыты Канемана и Битти с запоминанием цифр; при постоянном освещении реакция надёжна и непрерывна.

Можно ли натренировать многозадачность? Отдельную пару задач можно: при длительной практике каждая автоматизируется, и интерференция падает. Общей способности делать всё сразу тренировка не создаёт.

Коротко

Теория ресурсов внимания описывает внимание как ограниченный запас усилия, а не как фильтр. Канеман (1973) ввёл единый пул, зависящий от возбуждения, политику распределения и зрачок как индикатор затрат. Норман и Боброу развели ограничения ресурсом и данными, Уикенс заменил единый пул множественными ресурсами. Автоматизация снижает спрос навыка, а телефонный разговор даже по громкой связи отнимает у водителя центральный ресурс. Слабость подхода: риск круговых объяснений.