Boeksamenvatting bij Human Factors in Simple and Complex Systems - Proctor & van Zandt - 2e druk

Wat zijn Human Factors in Simple and Complex Systems? - Chapter 1 (2)

De efficiëntie van het systeem hangt af van de prestatie van de levenloze component en de prestatie van de menselijke component. Het falen van een component kan leiden tot het falen van het complete systeem. Hoe goed moderne elektronica werkt wordt meestal gelimiteerd door de menselijke component. Ondanks de verbeteringen die de grafische interfaces en de computermuis brachten, moeten er nog veel problemen in human-computer interaction (HCI) worden opgelost. In sommige gevallen hangen vele hoeveelheden geld en mensen levens af van de succesvolle operatie van systemen. (Voorbeeld: Space shuttle Challenger; explodeerde. Dit soort ongelukken komen door errors in de machine én menselijke componenten van systemen. De kans op errors moet zo klein mogelijk worden gemaakt). Het vergroten van de veiligheid gaat vaak ten koste van de ‘usability’. Het is dus moeilijk om te bepalen hoe zowel de ‘usability’ als de veiligheid gewaarborgd kan blijven.

Wat zijn human factors en ergonomie?

Als ingenieurs machines ontwerpen, dan evalueren ze deze o.a. in termen van betrouwbaarheid, ‘usability’ en ‘error-free performance’. De efficiëntie en adequaatheid van een systeem hangt af van de adequaatheid van de machine én van de prestatie van zijn operator. Hierdoor moeten de operator en machine samen beschouwd worden als een enkel ‘human-machine system’. Hierbij is het zinvol om de prestatiecapaciteiten van het menselijke component in dezelfde termen te analyseren als die om het inanimate component van het systeem te beschrijven.

Human factors (USA), ergonomie (Europa) of human machine interaction bestudeert de variabelen die de efficiëntie beïnvloed waarmee een mens om kan gaan met levenloze componenten van een systeem om de doelen van het systeem te bereiken. Het gaat dus over de interacties tussen mens en systeem. Hierbij is de basis van het menselijke vermogen van belang. Alleen ontwerpen die zich aanpassen en optimaliseren aan het vermogen van de systeemgebruiker zullen in staat zijn om de totale systeemprestatie te maximaliseren. De studie van menselijke prestatie betreft analyses (in termen van subsystemen) van de processen onderliggend aan acquisitie, ‘maintainance’, transfer en de executie van bekwaam gedrag. Op deze manier kunnen gemiddelden van menselijke capaciteiten bepaald worden, waarmee voorspeld kan worden hoe goed mensen simpele en complexe taken uit kunnen voeren. ‘Human performance’ analyseert voornamelijk de processen binnen de menselijke component in subsystemen. ‘Human factors’ gaat voornamelijk over de interactie tussen de menselijke componenten en de componenten van de machine met het doel om de communicatie van informatie tussen de twee componenten zo efficiënt mogelijk te maken. Bij ‘human factors’ moet bij het ontwerpen van de machine component van het systeem het vermogen van de basis ‘human performance’ overwogen worden.

De totale prestatie van een systeem hang af van de operator, de machine en de omgeving waarin ze zich bevinden. De ‘design engineer’ werkt enkel in het domein van de machine en de ‘human performance researcher’ enkel in het domein van de operator. De ‘human factors specialist’ daarentegen houdt zich bezig met de relaties tussen machine, operator en omgeving. Human-computer interaction (HCI) houdt zich bezig met de interactie tussen gebruikers en computers.

Wat zijn de historische voorlopers?

Men begon onderzoek te doen naar het menselijk vermogen in de negentiende eeuw. Dit vroege onderzoek vormt de basis van het huidige ‘Human factors’. De studie van menselijke prestatie benadrukt de basis van het menselijke vermogen dat betrokken is bij het waarnemen van en handelen naar informatie verkregen door de zintuigen. Sensory psychophysics onderzoekt de sensorische en perceptuele capaciteiten van mensen. Weber en Fechner lieten zien hoe menselijke prestatie in beeld kon worden gebracht met gecontroleerde experimenten en spoorden daarmee het onderzoek op mensen aan. De wet van Weber stelt dat de absolute hoeveelheid verandering die nodig is om een verschil waar te nemen groter wordt met een verhoogde intensiteit, terwijl de relatieve hoeveelheid constant blijft (ΔI/I = K). De wet van Fechner relateert de fysieke intensiteit aan de psychologische sensatie (S = K log(I) ). Subtractive logic liet zien dat mentale processen geïsoleerd konden worden. Dit idee staat centraal in ‘human information processing’ en gaat er vanuit dat cognitie plaatsvindt door een serie van operaties uitgevoerd op informatie van de zintuigen. Deze benadering is waardevol voor de studie naar ‘human factor issues’, want het staat de analyse van menselijke en machine prestatie in basis functies toe.

Mensen en machines voeren een sequentie van operaties uit op input uit de omgeving wat leidt tot een output van nieuwe informatie. Het is dus zinvol om onze kennis van menselijke prestatie te organiseren rondom de basis informatieverwerkingsfuncties. Wundt pleitte dat mentale gebeurtenissen een causale rol spelen in menselijk gedrag. Aandacht is meestal van belang voor human factors en met behulp van ‘learning curves’ (grafieken waar de prestatie is uitgezet als functie van de hoeveelheid oefening) kan bepaald worden dat leren in verschillende fases verloopt.

Human factors als een discipline ontstond tijdens de Tweede Wereldoorlog, maar veel toegepast werk van belang voor de moderne human factors werd hiervoor al uitgevoerd. Veel van dit werk was georiënteerd op het verbeteren van werkprestatie en productiviteit (men wilde het design van systemen voor menselijk gebruik verbeteren). Veel onderzoek werd dus al uitgevoerd voor het midden van de twintigste eeuw en dit vormde de basis voor het veld van Human Factors. Psychologen ontwikkelden onderzoeksmethoden en theorieën waardoor verschillende aspecten van human performance konden worden onderzocht; industriële ingenieurs bestudeerden vele aspecten van menselijke prestatie in de werkomgeving met het oog op het maximaliseren van efficiëntie; biomonteurs en fysiologen ontwikkelden methoden voor onderzoek naar fysieke en biologische factoren in menselijke prestaties en principes voor het toepassen van deze factoren tijdens het werk. Zonder eerder onderzoek in deze gebieden, zouden Human Factors specialisten geen beginpunt hebben.

Het werkelijke systematische onderzoek van Human Factors begon niet voor 1940: de technologische ontwikkelingen die de Tweede Wereldoorlog meebrachten zorgden voor het verlangen naar meer praktisch onderzoek. Het werk tijdens en gelijk na de jaren van de oorlog vormde de basis voor de ontwikkeling van de Human Factors als professie. Van 1960 tot 2000 groeide de professie immens. Er zijn nu veel uiteenlopende zaken waar de Human Factors specialisten zich mee bezig houden. De Human Factors en het leger zijn sterk verbonden gebleven sinds de Tweede Wereldoorlog. De waarde van human factors is ook zichtbaar in het alledaagse leven. Sinds 1940 heeft het Human Factors veld zich ontwikkeld vanuit een primaire focus op militaire problemen tot de interesse voor het ontwerp en evaluatie van een breed scala aan simpele en complexe systemen en producten voor menselijk gebruik. Het in acht nemen van Human Factors in elke fase van systeemontwikkeling is uiterst belangrijk.

Welke menselijke fouten zijn in systemen te vinden? - Chapter 3 (2)

Het primaire doel van een ‘human factors’ specialist is om menselijke fouten te minimaliseren om zo de prestatie van een systeem te maximaliseren. Dit vereist de specialist om de taken te identificeren die worden uitgevoerd door de operator en om mogelijke bronnen van error vast te stellen. Deze informatie moet opgenomen worden in de design van het systeem om te prestatie te optimaliseren.

Wat valt onder het systeem?

Een systeem opereert om een doel te bereiken. Systeem analyse begint met het identificeren van de behoeften van een operatie, waarna ontwerpers de benodigdheden van een systeem bepalen en dit leidt tot een systeem concept. Dit concept wordt geplaatst in een systeem architectuur, waar het systeem gesplitst wordt in geoptimaliseerde subsystemen en componenten. Deze systeemanalyse toegepast op de menselijke component vormt de basis voor het evalueren van betrouwbaarheid en fouten. Bij het evalueren van menselijke betrouwbaarheid en fouten binnen het systeemconcept zijn de operator, de doelen en de structuur van het systeem, de bijbehorende inputs en de outputs en de omgeving waarin het is geplaatst van belang. Alle aspecten van het systeem moeten geëvalueerd worden om de systeemdoelen te erkennen. Systemen zijn hiërarchisch, hebben inputs en outputs en hebben een structuur en opereren in een uitgebreidere omgeving.

Een systeem bestaat uit alle machines, procedures en operators die deze procedures uitvoeren om de doelen van het systeem te volbrengen. Er zijn twee soorten systemen: ‘mission-oriented systems’ waarbij de behoeften van het personeel het doel zijn van de missie (komt veel voor in het leger); en ‘service-oriented systems’ waarbij het personeel, cliënten of gebruikers tegemoet gekomen worden (bijvoorbeeld supermarkten). De meeste systemen hebben componenten van beide soorten. De variabelen die de eigenschappen van een systeem definiëren bepalen voor een deel de eisen voor een operator om een systeem efficiënt te bedienen. Er zijn twee soorten systeemvariabelen; de een beschrijft het functioneren van het fysieke systeem en zijn componenten en de ander beschrijft de prestatie van individuele en team operators:

• ‘Physical system variables’ ( of mechanical variables) hebben te maken met organisatie en complexiteit. Complexiteit hangt af van het aantal en de ordening van subsystemen. De organisatie en complexiteit van het systeem bepalen de onderlinge afhankelijkheid van subsystemen.

• ‘Operator variables’ betreffen de vereisten voor een operator van een systeem. Deze eisen hangen af van de functies en taken die uitgevoerd moeten worden voor een effectieve operatie van het systeem. Prestatie wordt bijvoorbeeld ook beïnvloed door motivatie, moeheid en stress. Variabelen zoals temperatuur en noise kunnen effect hebben door het verhogen van stress en vermoeidheid niveaus. Wanneer mensen moeten samenwerken kan ook de grootte van het team en de relaties tussen verschillende leden van het team de efficiëntie van prestatie beïnvloeden.

Feedback is de input of informatiestroom die terugreist in het systeem. Het levert informatie over het verschil tussen de huidige en de gewenste staat van een systeem. Systemen die gebruik maken van feedback worden ‘closed-loop systems’ genoemd. Systemen die geen feedback gebruiken daarentegen worden ‘open-loop systems’ genoemd. Closed-loop systems die negatieve feedback gebruiken corrigeren fouten omdat de output continu in de gaten wordt gehouden. Open-loop systemen hebben niet zo’n error detectie mechanisme. De doelen, functies, organisatie en complexiteit van een systeem bepalen zijn attributen. Tenslotte opereren systemen in een omgeving die vriendelijk of onvriendelijk kan zijn.

Het systeemconcept vormt de basis voor betrouwbaarheidsanalyse en de informatieverwerkingsbenadering voor menselijke prestatie.

Wat zijn menselijke fouten?

Een menselijke fout vindt plaats wanneer een actie wordt uitgevoerd die niet bedoeld is door de uitvoerder; niet gewenst is vanwege de regels van een observeerder; of het ervoor zorgt dat een systeem buiten zijn limieten treedt. Of een actie als een fout beschouwd wordt, hangt af van de doelen van de operator en het systeem. Een ‘operator error’ betreft systeemfouten die compleet te danken zijn aan de mens. Een ‘design error’ betreft menselijke fouten die te danken zijn aan het systeemdesign. Vanuit één perspectief wordt error van de mens veroorzaakt door inadequaatheid van het syteem. Inadequaatheid van het systeem valt in drie groepen: taakcomplexiteit; situaties waarin errors vrij snel voorkomen en individuele verschillen.

Taakcomplexiteit wordt een probleem als de taakvereisten de limieten van menselijke capaciteit overschrijden. Individuele verschillen zijn de eigenschappen van een persoon die gedeeltelijk bepalen hoe goed hij/zij de taak kan uitvoeren. Vanuit een ander perspectief is error georiënteerd rondom de cognitieve verwerking die nodig is om een taak uit te voeren (als een of meer processen een verkeerde output produceren ontstaan er fouten). Vanuit een ander oogpunt kunnen errors toegeschreven worden aan een onderliggende fysiologische conditie (bijv. stress). Ten slotte kunnen fouten worden veroorzaakt door groepsinteracties: zowel psychosociaal als organisatorisch. Als communicatie onder de groepsleden verkeerd verloopt ontstaan er fouten. Organisatorisch heeft een manager een belangrijke rol in het goed uitvoeren van een systeem door een groep mensen. Het is handig om human error aan de hand van een classificatie te bespreken:

• ‘Action classification’: Sommige errors hangen direct af van de acties van een operator. Een ‘error of omission’ wordt gemaakt als de operator faalt in het uitvoeren van een vereiste actie. ‘Errors of commision’ (timing, volgorde, selectie en kwantitatieve fouten) vinden plaats als een actie wordt uitgevoerd, maar niet gepast is. Dit kan komen door timing, sequentie, selectie en kwantitatieve fouten.

• ‘Failure classification’: Een error kan wel of niet leiden tot een systeemmislukking. Dit is een distinctie tussen herstelbare en onherstelbare fouten. Systeemmislukkingen veroorzaakt door de mens kunnen liggen aan operatie, ontwerp, montage of installatie/onderhoud fouten.

• ‘Processing classification’: Het classificeren van fouten volgens hun locatie in het menselijke informatieverwerkingssysteem. ‘Input errors’ zijn toe te schrijven aan sensorische en perceptuele processen. ‘Mediation errors’ reflecteren de cognitieve processen voor de vertaling tussen perceptie en actie. ‘Output errors’ zijn te danken aan de selectie en executie van fysieke reacties. ‘Communication errors’ reflecteren fouten van de teamleden in het overbrengen van informatie.

• ‘Intentional classification’: Errors kunnen gezien worden als ‘slips’ (mislukking in de executie van een actie) of ‘mistakes’ (veroorzaakt door fouten in de actieplanning). Bij een slip zorgt de afwijking van de voorgenomen actie voor onmiddellijke feedback over de fout. Bij mistakes krijg je deze feedback niet. Mistakes zijn dus serieuzer dan slips. Slips bestaan uit verkeerde formaties van een actieplan, verkeerde activering van een actieschema (dirigeert de motoractiviteit) en verkeerde ‘triggering’ van een actieschema. ‘Lapses’ daarnaast betreffen het falen van het geheugen. Errors (slips, mistakes en lapses) kunnen worden onderscheiden van overtredingen (violations; het niet houden aan de regels en wetten die gevolgd zouden moeten worden). Errors en overtredingen zijn beide onveilige acties die worden uitgevoerd door operators.

De action en failure classificaties categoriseren fouten alleen op een oppervlakkig niveau. De processing en intentional classificaties gaan ‘dieper’ in de zin dat ze de onderliggende veroorzakende mechanismen identificeren van de operator en daardoor zijn ze beter te gebruiken.

Wat zijn betrouwbaarheidsanalyses?

Systeembetrouwbaarheid: Betrouwbaarheid (reliability) is de waarschijnlijkheid dat een item adequaat zal opereren voor een specifieke tijdsperiode binnen zijn bedoelde applicatie. Betrouwbaarheid van een component is de waarschijnlijkheid dat het niet faalt. Dus de betrouwbaarheid r is gelijk aan 1 – p, waarbij p de kans is van het falen van een component.

Seriële systemen: Als onafhankelijke componenten in een volgorde zijn geplaatst is de betrouwbaarheid het product van de individuele kansen. Alle componenten moeten goed werken anders kan een systeem zijn functie niet uitvoeren. Toevoeging van een component leidt altijd tot een vermindering van de betrouwbaarheid van het systeem (tenzij de betrouwbaarheid van het component 1 is) en een enkele component met een lage betrouwbaarheid zal de systeembetrouwbaarheid aanzienlijk verlagen.

Parallelle systemen: Als twee of meer componenten dezelfde functie uitvoeren (parallel) hoeft voor een succesvolle systeemprestatie enkel één van de componenten goed te werken. Toegevoegde componenten beschermen tegen het falen van het systeem. Bij de toevoeging van componenten wordt de systeembetrouwbaarheid vergroot (i.t.t. bij de seriële systemen). Voor ‘demand-’ of ‘shock-dependent failures’ wordt betrouwbaarheid gezien als de kans dat het niveau van shock ‘S’ niet de capaciteit of de uitrusting om de shock te weerstaan tijdens de operatie overschrijd. Voor tijdsafhankelijke fouten wordt betrouwbaarheid gezien als de kans dat een eerste falen plaatsvindt na tijd t.

Betrouwbaarheid van de mens: De betrouwbaarheid van een systeem is sterk afhankelijk van de prestatie van de operator. Analyse van betrouwbaarheid van de mens betreft dus kwantitatieve voorspellingen van de kans op operator error en op succesvolle systeemprestatie. Operator error kans is het aantal gemaakte fouten, gedeeld door de aantal mogelijkheden dat zulke fouten kunnen voorkomen. ‘Human reliability’ is 1 – P (operator error). Operator errors kunnen ook geclassificeerd worden als tijdsafhankelijk en tijdsonafhankelijke. Human reliability analyse begint met een taakanalyse die de uitgevoerde taken en hun relatie met de systeemdoelen identificeert. Eén van de meest gebruikte taakanalysemethoden is de hiërarchische taakanalyse. Hierbij worden observaties en interviews gebruikt om de doelen en subdoelen van een taak, de operaties/acties die een persoon moet uitvoeren om deze doelen te bereiken en de plannen die de relaties tussen de componentoperaties specificeren vast te stellen. Cognitieve taakanalyse is een analyse van de cognitieve activiteit van de gebruiker. Human reliability analyse is gebaseerd of op ‘Monte Carlo methoden’, die de prestatie van de basis van een systeemmodel simuleren, of op ‘computational methoden’, die errors en hun kansen analyseren. Bij beide methoden wordt eerst een omschrijving van het systeem (componenten en functies) gegeven. Bij de Monte Carlo methode wordt vervolgens het systeem nagebootst.

De betrouwbaarheid van het systeem is de proportie van het aantal keren dat de taak is volbracht in deze simulaties. Bij de computational methode worden na de systeemanalyse de potentiële fouten geïdentificeerd voor elke taak die moet worden uitgevoerd en de kans en consequenties van elke fout worden geschat. Deze foutkansen worden gebruikt om de waarschijnlijkheid dat de operator zijn of haar taken goed volbrengt en de kans op succes voor het gehele systeem vast te stellen.

Wat is het verschil tussen eerste- en tweedengeneratie technieken

Er is een verschil tussen eerste- en tweedengeneratie technieken. Eerstengeneratie technieken lijken erg op de traditionele betrouwbaarheidsanalyses maar analyseren de takenactiviteiten van de mens in plaats van machine operaties. Meestal benadrukken deze technieken observeerbare acties. De tweedengeneratie technieken zijn meer cognitief. Eerstengeneratie technieken: Houden zich bezig met of mensen zullen slagen of falen bij de uitvoering van taken en subtaken. De ‘stochastic modeling technique’ is een voorbeeld van de Monte Carlo methode. Deze techniek is bedoeld om vast te stellen of een gemiddeld persoon alle taken in een toegewezen tijd kan volbrengen en om de punten in de verwerking te identificeren waarbij het systeem zijn operators kan overladen. De stochastic modeling techniek wordt gebruikt om de efficiëntie van de operator binnen het gehele systeem gebaseerd op de gesimuleerde prestatie op elke subtaak te voorspellen.

THERP

Een andere eerstengeneratie techniek is de ‘THERP’ (technique for human error rate prediction). Deze techniek is een van de oudste en meest gebruikte computational methoden voor human reliability analyse. Als we de kanswaarden van de individuele taakcomponenten weten, dan kunnen we de kans van elke combinatie van prestatie en de algehele kans op totaal systeemfalen door fouten gemaakt door mensen uitrekenen. THERP hangt af van een ‘gebeurtenis boom’ waarin elke stap in opeenvolgende acties als een succes of mislukking wordt gezien. Het categoriseren van fouten op deze manier is onafhankelijk van de informatieprocessen van de mens die de specifieke errors produceren. Recentere technieken plaatsen meer nadruk op de verwerkingsbasis van errors.

SHERPA, TAFEI

SHERPA (systematic human error reduction and prediction approach) en TAFEI (task analysis for error identification) zijn gerelateerde methoden die gemakkelijk gebruikt kunnen worden om human errors te voorspellen als een persoon interacteert met een apparaat. Als SHERPA en TAFEI in combinatie worden gebruikt kunnen zeer accurate betrouwbaarheidvoorspellingen worden gemaakt. Tweedengeneratie modellen: Waar eerstengeneratie modellen zich vooral bezighouden met het voorspellen of een mens zal slagen of falen in het uitvoeren van taken, houden tweedengeneratie modellen zich meer bezig met wat de operator zal doen. Het HCR model is een van de eerste tweedegeneratie modellen. Het is gebaseerd op het idee dat de medianen tijd om een taak uit te voeren zal vergroten wanneer cognitieve processen veranderen van gedrag gebaseerd op vaardigheden naar gedrag gebaseerd op regels naar gedrag gebaseerd op kennis. Een set genormaliseerde tijdsbetrouwbaarheid curves (een voor elke manier van cognitieve verwerking) schatten de kans op een ‘nonresponse’ op elk tijdspunt. De genormaliseerde curves worden gebruikt om de nonresponse kansen vast te stellen op verschillende tijden nadat zich een crisis in het systeem ontwikkeld.

ATHEANA, CREAM

ATHEANA (technique for human error analysis) geeft een kwantitatieve schatting van de kans op een onveilige actie in een ‘error-forcing’ context. CREAM (cognitive reliability and error analysis method) is een gedetailleerde methode voor het kwantificeren van human error in termen van de cognitieve processen van de operator. De beste schattingen komen van empirische data die relevant zijn voor de taak die geanalyseerd moet worden. Deze data wordt verzameld in databanken en handboeken met meer gedetailleerde omschrijvingen in de originele onderzoeksrapporten. Simulators zijn een andere databron voor complexe systemen.

Risico kansanalyse

In complexe systemen worden de risico’s die geassocieerd zijn met verschillende systeemmislukkingen ook gemeten in de betrouwbaarheidsanalyse. Een risicoanalyse neemt daarom niet alleen de betrouwbaarheid van het systeem mee, maar ook de risico’s die samengaan met specifieke mislukkingen. Bij risico kansanalyse worden de risico’s in kleinere elementen verdeeld waarvoor de kansen van mislukking kunnen worden vastgesteld. Deze kansen worden dan gebruikt om het algehele risico vast te stellen, met het doel om vast te stellen dat het systeem veilig is en om de zwakste schakels te identificeren.

Welke aspecten spelen een rol in de visuele waarneming van de mens? - Chapter 5 (2)

Hoe mensen informatie uit de omgeving waarnemen is erg belangrijk in ‘human factors’. Omdat de prestatie van een persoon in elke mens-machine systeem gelimiteerd wordt door de kwaliteit van de informatie die hij waarneemt, probeert men informatie zo aan te bieden dat het gemakkelijk waarneembaar is.

Wat weten we over het visuele sensorische systeem?

Algemene eigenschappen van sensorische systemen: Sensatie begint als een fysieke stimulus contact maakt met receptoren van een sensorisch systeem. Receptoren zijn gespecialiseerde cellen die sensitief zijn voor bepaalde soorten fysieke energie in de omgeving. Receptorcellen zetten fysieke energie om in neuronale signalen en gestructureerde neurale paden dragen deze signalen naar het brein. De eerste stop van het pad in het brein is de thalamus. De thalamus zendt de neuronale signalen naar de gepaste gebieden in de cortex voor verdere verwerking. Als een neuronaal signaal de cortex bereikt is het erg verfijnd en de operaties in de cortex verfijnen het nog meer. Elk neuron heeft een basisniveau van activiteit (vuurfrequentie) en ontvangt exciterende en inhiberende input van vele andere neuronen.

Het visuele systeem geeft ons informatie over waar objecten zijn in onze omgeving zonder dat we deze objecten werkelijk aan moeten raken. De visuele modaliteit is het meest betrouwbaar voor de informatieoverdracht van een machine naar een operator in een ‘human-machine interface’. Bij visuele sensatie wordt informatie overgedragen door lichtenergie die geprojecteerd of gereflecteerd wordt in het oog. Al het licht is elektromagnetische radiatie wat van een bron reist in golven van kleine deeltjes (fotonen). Zichtbaar licht is een kleine reikwijdte binnen het gehele elektromagnetische spectrum. Het licht dat het oog bereikt kan gekarakteriseerd worden als golven van fotonen die of uitgestoten of gereflecteerd worden door objecten in de omgeving. Lichtintensiteit wordt bepaald door het aantal geproduceerde fotonen; en de kleur van een licht wordt bepaald door de golflengten van een licht. De meeste kleuren die we ervaren bestaan niet uit een enkele golflengte, maar zijn combinaties van vele verschillende golflengtes. Als fotonen het oog binnengaan worden ze geabsorbeerd door een laag van receptorcellen achter in het oog. Deze cellen zitten op de retina. Een receptorcel genereert een elektrochemisch signaal dat wordt overgedragen naar de zenuwcellen in de retina. Een visueel beeld ontstaat door een complex lichtpatroon wat op de retina valt. Licht gaat het oog binnen door de cornea (het hoornvlies) en verplaatst zich door de pupil die varieert in grootte. Het licht gaat dan door de lens en wordt gefocust op de retina. Als er is gefixeerd op een object, dan moet het beeld in focus worden gebracht.

Cornea en lens

De meeste focuskracht komt van de cornea en de lens. De vorm van de cornea doet het meeste werk door het licht af te buigen voordat het in het oog komt. De lens maakt fijne aanpassingen afhankelijk van de afstand van het object waarop gefixeerd wordt. Er is meer kracht (buiging) nodig om een beeld te focussen als het object dichtbij is. De lens geeft deze extra kracht door ‘accommodatie’. Accommodatie is het veranderen van de vorm van de lens. Het ‘far point’ is de afstand waarop de lens niet meer accommodeert. Hoe dichterbij een object komt te staan (en dus hoe verder het verwijderd is van het far point), hoe meer de spiertjes verbonden met de lens zich ontspannen waardoor de lens meer gebogen wordt. Hoe meer gebogen de lens, hoe meer licht wordt gebogen. Accommodatie heeft ook een ‘near point’, voor objecten dichterbij dan het near point zijn verdere toename in kracht onmogelijk en wordt het beeld minder duidelijk. Het kost tijd en soms ook veel moeite om een verandering in de afstand van een beeld te accommoderen. Het accommodatieproces wordt beïnvloed door de hoeveelheid licht in de omgeving: In het donker zijn de spieren van de lens in rust, of ‘dark focus’. Dit is een punt van accommodatie ergens tussen de near en far punten.

Pupil

De pupil is het gat in het midden van de iris. De iris, het gekleurde deel van je oog, is een spier die controleert hoeveel licht via de pupil het oog binnengaat. Als de pupil in grootte toeneemt wordt meer licht toegelaten en als de pupil samentrekt, dan vermindert het in grootte en wordt minder licht toegelaten. Het veranderen van de grootte van de pupil is voornamelijk reflexieve gedrag dat bepaalt wordt door de hoeveelheid licht dat op het oog valt. Ook varieert de grootte van de pupil met de mate van accommodatie en arousal van een persoon. Een verandering in fixatie van ver naar dichtbij zorgt voor een samentrekking van de pupil en een toename in arousal niveau resulteert in vergroting van de pupil. De grootte van de pupil bepaalt de ‘depth of field’ (de totale afstand in diepte waarin objecten in duidelijke focus zijn) van een gefixeerd beeld. Als de pupil klein is, is het ‘depth of field’ groter dan als de pupil groot is. Voor situaties waarin de pupil groot is moet accommodatie dan ook preciezer zijn.

Vergence

Vergence is de hoeveelheid rotatie van het oog die nodig is om het licht van een gefixeerd object op de fovea (gele vlek) van het linker en rechter oog te laten vallen (convergence = rotatie naar elkaar toe; voor dichtbij. divergence = rotatie van elkaar af; voor verweg). Vergence zorgt ervoor dat het beeld van de twee ogen wordt samengevoegd en wordt gezien als een enkel object. Vergence wordt gecontroleerd door spieren verbonden met het buitenste oppervlakte van het oog. Er is een reflexieve connectie tussen deze spieren en de spieren die verbonden zijn met de lens. Dit betekent dat accommodatie zal veranderen als oogpositie verandert. De spieren die vergence controleren hebben ook een rusttoestand (net als de accommodatiespieren): ‘dark vergence’. De dark vergence verschilt per persoon en kan prestatie van visuele inspectietaken beïnvloeden. Prestatie van visuele inspectietaken is het best als de verschillen tussen de kijkafstand en iemands dark vergence hoek is geminimaliseerd.

Focusproblemen

Accurate perceptie hangt af van het goed functioneren van het focussysteem wat bestaat uit de cornea, pupil en lens. De meest voorkomende fout in dit systeem betreft de vorm van het oog. Een oog dat te lang of te kort is kan resulteren in het onvermogen om een beeld op de receptoren te focussen. Het hoofddoel van brillen en contactlenzen is om extra focuskracht te geven wat nodig is om dit probleem te corrigeren. ‘Bijziendheid of ‘myopia’ komt door een te lang oog, waardoor het focuspunt vóór de receptoren valt, je kan dan niet goed in de verte zien. ‘Verziendheid of ‘hyperopia’ wordt veroorzaakt door een te kort oog, waardoor het focuspunt achter de receptoren valt. Je kunt dan niet goed dichtbij zien. Uiteindelijk wordt iedereen hyperopic (= ‘prebyopia/oudziend). Ook kunnen er problemen zijn met accommodatie = ‘accommodative excess’. Oog discomfort of vermoeidheid wordt meestal veroorzaakt door vermoeidheid of accommodatie en vergence spieren. De hoeveelheid oogvermoeidheid door dichtbij visueel werk (bijv. werk voor een computermonitor) varieert als een functie van het dark vergence en dark focus postuur van een individu: Mensen met dark vergence hoeken voor verder weg rapporteren dat ze meer visuele vermoeidheid ervaren na dichtbij werk dan mensen met vergence hoeken voor dichtbij. Een persoon die een lange tijd een tekst leest op een computerscherm moet continu de tekst op het scherm in focus brengen. De strijdt tussen de dichtbij zien en dark focus kan voor veel discomfort zorgen.

Astigmatisme

Daarnaast kan iemand problemen hebben met focusen door ‘astigmatisme’. Astigmatisme wordt veroorzaakt door onregelmatigheden in de vorm van de cornea. Hierbij maakt het niet uit hoeveel het oog accommodeert, sommige delen van het beeld zullen altijd onduidelijk zijn. Astigmatisme kan worden gecorrigeerd met een bril. Een ander probleem is ‘cataracts’. Dit zijn harde gebieden in de lens die meestal ontstaan als men ouder wordt. De toestand van het focussysteem kan informatie geven over hoe ver een object is en hoe groot het is. In een gezond oog worden visuele beelden gefocust op de retina. De retina heeft een laag receptorcellen en twee lagen met zenuwcellen die de eerste transformatie uitvoeren van het retinabeeld in een neuronaal signaal. De receptorcellen zijn gelokaliseerd achter de zenuwcellen lagen.

Fotoreceptoren

De retina bestaat uit ‘rods’ (staafjes) en ‘cones’ (kegeltjes). Elke fotoreceptor heeft een beetje fotosensitief pigment. Deze fotopigmenten absorberen fotonen waardoor de fotoreceptor ‘gebleekt’ raakt en van kleur veranderd. Deze verandering zorgt voor een neuraal signaal. Kegeltjes zijn gevoelig voor verschillende kleuren en staafjes niet. Elk fotopigment is het meest sensitief voor een bepaalde lichtgolflengte, maar elk reageert op zijn minst een beetje op licht binnen een reikwijdte van golflengtes. Er zijn veel meer staafjes dan kegeltjes. In het midden van de fovea zijn alleen kegeltjes. Buiten de fovea zitten staafjes en kegeltjes (meer staafjes). Het kegeltjes systeem is verantwoordelijk voor visie in fel licht (photopic vision), kleuren visie en perceptie van detail. Het staafjes systeem is verantwoordelijk voor visie in de schemering. Dit systeem is meer sensitief. Staafjes kunnen kleine hoeveelheden licht detecteren wat kegeltjes niet kunnen. De blinde vlek is het punt waar de vezels van de ‘optic nerve’ het oog verlaten en hier bevinden zich dus geen receptorcellen. We merken dit echter bijna nooit op, omdat de regio van het beeld wat op de blinde vlek van een oog valt op een ander punt valt van de retina van het andere oog waar wel receptoren zitten. En als een patroon op de blinde vlek valt wordt het meestal als continu en compleet waargenomen: het perceptuele systeem vult missende informatie in.

Neuronale lagen

Receptorcellen zenden signalen naar de zenuwcellen in de retina. De zenuwcellen zijn overal met elkaar verbonden waardoor licht dat op een gebied van de retina valt op zijn minst een klein effect heeft op de manier waarop zenuwcellen reageren in andere gebieden van de retina. Deze verbindingen zijn verantwoordelijk voor sommige verschillende eigenschappen van kegeltjes en staafjes en voor bepaalde visuele illusies (bijv. Mach Bands waarbij de lichte en donkere banden die worden waargenomen niet werkelijk aanwezig zijn in de fysieke stimulus, deze worden veroorzaakt door de concurrerende activiteit van retinaneuronen). De signalen van vele receptoren convergeren bij een enkele zenuwcel. Veel meer staafjes dan kegeltjes convergeren met elkaar tot een zenuwcel. De relatief kleine hoeveelheid convergentie in het kegeltjes systeem staat accurate perceptie van details toe. De relatief grote hoeveelheid van convergentie in het staafjes systeem daarentegen resulteert in een verlies van detail, maar ook in een verhoging van de sensitiviteit. De sensorische paden zijn gespecialiseerd in de verwerking van verschillende eigenschappen van een stimulus. Het ‘parvocellular’ pad heeft cellen met kleine cellichamen (p cellen) en deze cellen blijven reageren zolang als licht aanwezig is. P cellen zitten rondom de fovea, zijn kleursensitief, hebben een lage overdrachtssnelheid en hebben hoge ruimtelijke resolutie, maar lage temporele resolutie. Het ‘magnocellular’ pad omvat cellen met grote cellichamen (m cellen). Deze cellen laten een tijdelijke reactie zien op licht, zijn gelijk verdeeld over de retina, zijn niet kleursensitief en hebben een snelle overdrachtssnelheid en hebben een lage ruimtelijke resolutie en een hoge temporele resolutie (ze zijn gevoelig voor beweging).

Acuity

Structuur en scherpte van de retina: ‘Acuity’ (scherpte) is het vermogen om detail waar te nemen. Scherpte is het hoogst bij de fovea en vermindert sterk als het beeld verder in de periferie komt. De scherpte functie is gelijk aan de distributie van de kegeltjes receptoren en p cellen over de retina. Dit suggereert het parvocellulair systeem verantwoordelijk is voor het scherp zien. De lagere hoeveelheid convergentie van deze cellen zorgt voor beter scherpte. Scherpte varieert met lichtniveaus in de omgeving. Onder photopic condities voert het kegeltjessysteem veel werk uit en is scherpte groot. Onder scotopic condities opereren alleen de staafjes en is scherpte veel slechter. Kleine details kunnen niet in het donker onderscheiden worden, maar wel in vol licht. Sommige elektronische displays passen zich aan aan de kijkrichting, waardoor het deel waarnaar de operator kijkt een hogere resolutie heeft dan de rest van de display.

Visuele paden

Nadat visuele signalen door de ‘lateral geniculate nucleus’ (LGN) van de thalamus, waar de parvo- en magnocellular paden gescheiden worden gehouden en alle neuronen monocular zijn (reageren op licht in enkel één oog), gaat de informatie naar de visuele cortex. De visuele cortex is erg gestructureerd. De neuronale cellen zijn ‘spatiotopic’ (cellen dichtbij elkaar reageren op stimulatie op dichtbij elkaar liggende gebieden op de retina). De meest vroege, fundamentele corticale cellen hebben cirkelvormige ‘center-surround’ receptieve velden: Ze reageren het sterkst op een lichtpunt dat valt in het midden van hun receptieve veld en ze reageren minder als licht rondom deze locatie valt. Andere cellen zijn complexer: ‘Simple cells’ reageren het best op balken of lijnen met een specifieke oriëntatie. ‘Complex cells’ reageren vooral als een balk met een bepaalde oriëntatie beweegt in een bepaalde richting. ‘Hypercomplex cells’ reageren ook op bewegende balken, maar ze zullen niet vuren als de stimulus te lang is. Corticale cellen kunnen zo de aanwezigheid of afwezigheid van specifieke eigenschappen in een visuele scene signaleren. Er zijn veel interessante effecten in visuele perceptie die hun oorsprong hebben in de oriëntatiesensitieve cellen in de visuele cortex. Zo zijn het ‘tilt aftereffect’ en ‘tilt contrast’ het resultaat van de interacties tussen de neuronen in de visuele cortex (net zoals Mach banden te danken zijn aan interacties tussen cellen in de retina). Het ‘oblique effect’ is ook het resultaat van oriëntatiesensitieve cellen in de visuele cortex: Omdat er meer neuronen zijn voor horizontale en verticale oriëntaties, kunnen deze oriëntaties gemakkelijker worden gedetecteerd en geïdentificeerd.

Dorsale en ventrale paden

Informatie wordt verwerkt in twee paden: dorsaal (boven; waar; input is magnocellular; perceptie van ruimtelijke locatie en beweging en voor het controleren van acties) en ventraal (onder; wat; input is magnocellular en parvocellular; perceptie van vormen, objecten en kleuren). Aangezien wat en waar door verschillende systemen wordt geanalyseerd, worden wat of waar beslissingen beter gemaakt afhankelijk van welk pad wordt gebruikt. Het (fysieke) sensorische gedeelte (golflengte, intensiteit) is nu besproken. Nu gaan we verder met de perceptie (kleur, helderheid).

Wat zijn aspecten van de visuele perceptie?

Brightness (helderheid)

Helderheid is perceptueel en het wordt fysiek bepaald door de intensiteit van de energie die geproduceerd wordt door een lichtbron (dit is de luminantie). Het fysiek meten van licht energie heet ‘radiometry’. Het meetproces van lichtenergie in termen van efficiëntie voor visie is ‘photometry’. We kunnen waargenomen helderheid bepalen door de intensiteit van het licht te meten dat gereflecteerd wordt door een oppervlakte. Mensen zullen echter dezelfde fysieke intensiteit beoordelen als verschillende helderheidniveaus. De ‘bril schaal’ is een manier om helderheid te kwantificeren waarbij ieders waargenomen helderheid op dezelfde schaal wordt gemeten. Als verlichting toeneemt, zijn grotere veranderingen nodig voor een gelijke verandering in de waargenomen helderheid. Ondanks dat helderheid voornamelijk een functie is van stimulusintensiteit, wordt het ook door vele andere factoren beïnvloed. Bijvoorbeeld door de mate van adaptatie van de observeerder, de golflengte van het waargenomen licht, de duur van het licht en zijn contrast met de achtergrond verlichting.

De verschillen tussen staafjes en kegeltjes zijn verantwoordelijk voor het ‘dark-adaptation fenomeen’. Als je een donkere kamer binnengaat, is het eerst erg lastig om ook maar iets te zien. Tijdens de eerste minuten in het donker echter, verbetert je vermogen om te zien aanzienlijk totdat deze verbetering stopt. Na ongeveer 8 minuten wordt een andere verbetering ervaren en het vermogen om te zien zal steeds beter worden totdat 45 minuten zijn voorbijgegaan nadat je de kamer bent binnengegaan. Dit vindt plaats, omdat als je het donker binnengaat veel fotoreceptoren gebleekt zijn en deze moeten nieuw fotopigment aanmaken. De kegeltjes maken hun pigment het snelst aan en dit zorgt voor de eerste verbetering om te zien in het donker. Na ongeveer 3 minuten zijn de kegeltjes klaar met het aanmaken van nieuw fotopigment, maar kegeltjes zijn niet echt goed voor het zien in het donker. Om het zicht nog beter te krijgen moeten ze hulp krijgen van de staafjes. Dit gebeurt na ongeveer 8 minuten wanneer de staafjes hun fotopigment ook opnieuw aangemaakt hebben. Het tegenovergestelde van dark-adaptation is ‘light-adaptation’. Dit vindt plaatst als je terugkeert naar een verlichte omgeving en je threshold begint toe te nemen. Na 10 minuten zal de threshold zijn gestabiliseerd tot een relatief hoog niveau, wat betekent dat je niet langer kleine licht verschillen kunt detecteren die je wel kon zien toen je dark-adapted was. De threshold gaat omhoog doordat meer fotoreceptoren gebleekt raken als meer licht je oog binnengaat. Gebleekte fotoreceptoren reageren niet op licht, dus sensitiviteit vermindert. Je ogen zullen adapteren aan elke omgeving; licht of donker. In sommige situaties zullen veranderingen in de omgeving snelle veranderingen in adaptatieniveau forceren. Bijv: Tijdens autorijden overdag lijkt de weg erg donker bij de ingang van een tunnel en erg licht bij de uitgang. Fellere lichten geplaatst aan het begin en eind van een tunnel zorgen voor meer graduele verlichtingsveranderingen en minder visuele gebreken.

Spectrale sensitiviteit

De verschillende fotoreceptoren hebben een verschillende spectrale sensitiviteit. Staafjes zijn belangrijk voor scotopic condities en kegeltjes voor photopic condities. De ‘sensitivity curves’ (brengen de absolute thresholds voor de detectie van licht als een functie van zijn golflengte in beeld) laten zien dat sensitiviteit voor lichtenergie varieert over het spectrum onder photopic en scotopic verlichtingniveaus. Staafjes zijn niet sensitief voor licht met een lage intensiteit en lange golflengtes (= rood). Bij rood licht zullen alleen lange golflengte kegeltjes worden gebleekt. Een dark-adapted persoon kan een roodverlichte kamer binnengaan en dark-adapted blijven. Er zijn veel situaties waarin iemand wil zien en zijn dark-adaptation toestand wil behouden, rood licht kan hierbij dus helpen.

De Purkinje shift

De Purkinje shift is een perceptueel effect dat veroorzaakt wordt door het verschil tussen de pieksensitiviteit van kegeltjes en staafjes. Dit effect is dat twee lichtbronnen, met een korte en lange golflengte, even helder lijken onder photopic condities, maar niet onder scotopic condities. Het licht met een korte golflengte zal helderder lijken dan het licht met de lange golflengte onder condities van dark-adaptation door de bijdrage van de staafjes. Helderheid wordt ook beïnvloed door hoe lang een licht wordt gepresenteerd en hoe groot het is. Voor licht dat maar kort wordt aangeboden wordt helderheid bepaald door de intensiteit en de blootstellingsduur. Voor deze ‘korte’ lichten wordt helderheid bepaald door de totale hoeveelheid lichtenergie tijdens de presentatieperiode. Ruimtelijke optelling vindt plaats door de convergentie in het staafjessysteem. Helderheidsperceptie wordt minder beïnvloed door stimulusgrootte in de fovea dan in de periferie, omdat de hoeveelheid convergentie veel groter is in de periferie.

Lichtheid (lightness/reflectance)

De hoeveelheid licht dat reflecteert van een verlicht oppervlakte is een functie van het verlichtingsniveau en de mate waarin het oppervlakte licht reflecteert. Helderheid is het perceptuele attribuut geassocieerd met de algemene lichtintensiteit en lichtheid is het perceptuele attribuut geassocieerd met reflectie. Lichtheid beschrijft hoe donker of licht een object lijkt op een schaal van zwart tot wit. Zwarte oppervlakten hebben een lage reflectie en witte oppervlakten hebben een hoge reflectie. Onder hoge verlichtingniveaus zullen twee oppervlakten veel meer lichtenergie reflecteren dan onder lage verlichtingniveaus, toch zal hun relatieve lichtheid ongeveer gelijk blijven. Dit fenomeen is ‘lightness constancy’. De perceptie van lichtheid hangt meer af van de reflectie-eigenschappen van een object dan van de absolute hoeveelheid gereflecteerd licht. Lichtheid contrast verwijst naar het feit dat de waargenomen lichtheid van een object wordt beïnvloed door de intensiteit van omliggende gebieden. Twee stimuli zullen in het algemeen ongeveer even licht lijken als de intensiteitsratio van elke stimulus tot zijn omgeving hetzelfde is. De perceptie van verlichting is belangrijk voor lichtheid. (Als een witte kaart zich in een kamer met een zwarte kaart lijkt te bevinden dan wordt deze als wit gezien, als dezelfde kaart zich echter in een kamer met een helderder verlichte kaart lijkt te bevinden wordt deze als bijna zwart gezien.)

Ruimtelijke en temporele resolutie

‘Acuity’ (scherpte): Scherpte kan worden gemeten met de minimale visuele hoek voor een detail dat kan worden vastgesteld. De visuele hoek is een meting van de grootte van een stimulus die niet afhangt van afstand: het is de grootte van het retinabeeld. Hierdoor wordt het vaak gebruikt om stimulusgrootte te meten. De grootte van het retinabeeld is een functie van de grootte van het object en zijn afstand van de observator. Er zijn verschillende soorten scherpte. ‘Identificatie scherpte’ wordt vaak uitgedrukt in de afstand waarop de persoon letters kan identificeren in relatie tot de afstand waarop iemand met normale visie letters kan identificeren. ‘Vernier scherpte’ is het vermogen om te discrimineren tussen een gebroken en ongebroken lijn. ‘Resolutie scherpte’ is het vermogen om onderscheid te kunnen maken tussen meerdere balken. Scherpte vermindert als de locatie van een vorm verder van de fovea wordt verplaatst. Scherpte is beter onder photopic condities dan onder scotopic condities. Scherpte is een functie van tijd en contrast voor een periode tot 300 ms. Beweging kan scherpte beïnvloeden. ‘Dynamische scherpte’ wordt gemeten als er relatieve beweging is tussen een object en een observator. Dynamische scherpte is over het algemeen slechter dan statische scherpte, maar ze zijn hoog gecorreleerd (iemand met goede dynamische scherpte heeft waarschijnlijk ook een goede statische scherpte). Dynamische scherpte voorspelt prestatie met autorijden beter dan statische scherpte.

Ruimtelijke sensitiviteit

Er kan ook naar scherpte worden gekeken met ruimtelijke contrastsensitiviteit. Mensen zijn niet allemaal even sensitief voor alle spatiële frequenties (hoe snel de fluctuaties tussen licht en donker plaatsvinden). Dit kan worden gezien in de ‘contrast sensitivity function’ waarin de thresholds voor contrast detectie in beeld worden gebracht. Het visuele systeem is minder sensitief voor erg lage en hoge spatiële frequenties dan voor frequenties die hier tussenin liggen. De contrast sensitivity function specificeert hoe grootte en contrast perceptie limiteren, terwijl standaard visuele scherptetesten alleen grootte factoren meten. Een meting van contrast sensitiviteit onder dynamische kijkcondities kan een betere indicatie zijn voor het visueel functioneren dan elke andere scherpte meting.

Temporele sensitiviteit

De zichtbaarheid van een continu flikkerend licht hangt af van de ‘critical flicker frequency’ (CFF) van een persoon, of het hoogste tempo waarop flikkering kan worden waargenomen. De CFF is lager voor stimuli met een lagere verlichting en kleinere grootte. Vele andere factoren, zoals de retinalocatie beïnvloeden de CFF. Displays die als continu moeten worden gezien, moeten boven de CFF zijn, terwijl displays die als discontinu moeten worden gezien, onder de CFF moeten zijn. Het vermogen om onderscheid te maken tussen een flikkerend licht en een continu licht hangt af van de intensiteit van het licht. We kunnen temporele contrast sensitiviteit voor verschillende temporele frequenties en verlichtingniveaus meten en deze plotten als een temporele contrastsensitiviteit functie. Temporele contrastsensitiviteit neemt met temporele frequentie toe tot een gemiddeld niveau en neemt dan af met verdere toenamen in temporele frequentie. De vorm van de functie wordt beïnvloed door de intensiteit van omgevingslicht en de ruimtelijke configuratie van het licht in relatie tot zijn achtergrond.

Masking

Als twee visuele beelden gepresenteerd worden en een dichtbij zijnde ruimtelijke of temporele nabijheid hebben dan kan de perceptie van een van deze beelden (het masker) interfereren met de perceptie van de ander (de target). Deze interferentie heet ‘masking’. ‘Simultaneous masking’ vindt plaats als de target en het masker gelijktijdig plaatsvinden. Bij ‘forward’ en backward’ masking wordt het masker voor of na de target gepresenteerd. Hierbij hangt de mate van maskering af van de tijd tussen de twee stimuli.

Er zijn tenminste drie brede categorieën maskeringsituaties: Bij ‘homogeneous light’ masking is het masker een equivalent licht dat geflitst wordt voor, tijdens, of na een target; bij ‘structure’ masking deelt het masker veel eigenschappen met de target. Bij deze vormen van masking is het effect van de masking meestal het duidelijkst als de target en het masker samen gepresenteerd worden. Als de tijd tussen target en masker toeneemt, neemt het maskeringeffect af. Een ander type masking vindt plaats als de target en het masker niet overlappen. Dit is ‘metacontrast’ masking. De grootte van masking neemt af als de ruimtelijke afstand tussen de twee stimuli toeneemt. De ‘human factor specialist’ moet zich er van bewust zijn dat maskering kan plaatsvinden als een operator meer dan één visuele stimulus in dicht bijzijnde ruimtelijke en temporele nabijheid moet verwerken.

Hoe neemt de mens objecten waar? - Chapter 6 (2)

Wat is kleurperceptie?

Kleur wordt grotendeels bepaald door de golflengte van licht dat gereflecteerd of uitgestoten wordt door een object (fysiek). De perceptie van kleur is psychologisch, terwijl golflengtes fysiek zijn. De perceptie van kleur wordt ook beïnvloed door andere factoren, zoals omgevingslicht en achtergrondkleur.

Kleurenmixen

Spectrale kleuren zijn puur, of compleet verzadigd. Niet-spectrale kleuren zijn niet compleet verzadigd. Er zijn twee manieren om kleuren te mixen: ‘Subtractive color mixture’ is een mix van pigmenten (bijv. verf). De kleur die wordt waargenomen is bepaald door de golflengten die niet worden geabsorbeerd (substracted) door het pigment. ‘Additively color mixture’ vindt plaats als twee lichtbronnen op dezelfde locatie worden gefocust. We kunnen elke tint maken door een additieve menging van drie primaire kleuren. De ‘color circle’ is een kleursysteem die de dimensies van tint en verzadiging in beeld brengt. De buitenste grens van de kleurencirkel bestaat uit monochromatisch (oftewel spectrale kleuren opgeteld met de sterk verzadigde paarskleuren). Het midden van de cirkel is neutraal (wit of grijs). De verzadiging neemt toe van het midden naar buiten. De CIE neemt in acht dat elke kleur kan worden omschreven als een mix van drie primaire eigenschappen. Dit systeem gebruikt een driehoekige ruimte. Een kleur wordt gespecificeerd door zijn locatie in de ruimte volgens zijn waarden op drie primaire kleuren, X, Y en Z. Deze corresponderen met licht dat bestaat uit lange, gemiddelde of korte golflengtes. De coördinaten in de kleurenruimte worden bepaald door de proporties van de kleurenmixen X en Y.

Trichromatic theory

Volgens deze theorie hangt kleurperceptie af van de relatieve activiteit van de drie typen fotoreceptoren (blauw, groen en rood). De meeste mensen die kleurenblind zijn hebben ‘dichromatic vision’: Ze missen dan een van de drie typen van kegeltjes fotopigmenten, maar ze hebben wel hetzelfde aantal kegeltjes als een trichromat (mensen met normaal zicht). Sommige mensen zijn alleen gedeeltelijk kleurenblind (ze presteren niet als trichromats en ook niet als dichromats). Deze mensen hebben tekortkomingen in een van de drie fotopigmenten. Dit wordt ‘anomalous trichromatism’ genoemd. Er zijn kleuren filters ontwikkeld om kleurenblindheid te verlichten, maar de voordelen hiervan zijn gelimiteerd.

Opponent process theory

De initiële sensorische codering van kleur is trichromatisch en deze kleurencodes zijn verbonden in een ‘opponent-process arrangement’ die rood met groen en blauw met geel verbindt. Wanneer opponente kleuren in gelijke hoeveelheden additief worden vermengd, ontstaat er een witte of grijze kleur.

Human factors issues

De ‘human factors engineer’ moet rekening houden met het feit dat kleurenblindheid veel voorkomt in de populatie en, als dat mogelijk is, moeten de kans op fouten van mensen die ontstaan door verwarring in kleur worden verminderd.

Hoe gebeurte perceptuele organisatie?

Perceptuele organisatie is hoe het brein vast stelt welke delen in het visuele veld bij elkaar horen. De Gestalt psychologen lieten zien dat perceptuele organisatie complex is (het geheel is meer dan de som van elementaire eigenschappen).

Figure and ground

Het perceptuele systeem moet bepalen welke gedeeltes van een beeld behoren tot een figuur of de achtergrond. Ambiguïteit hierin kan tot problemen lijden. Er bestaan een aantal heuristieken om deze ambiguïteit te vermijden. Het figuur is vaak opvallender dan de achtergrond en lijkt zich voor de achtergrond te bevinden; contouren lijken meestal bij het figuur te horen; en het figuur lijkt een object te zijn, terwijl de achtergrond dit niet lijkt te zijn. De aanwijzingen om figuur van achtergrond te onderscheiden zijn symmetrie; gebied; convexiteit; ‘surroundedness’; oriëntatie; en contrast. Beelden, scènes en displays die de principes van figure-ground organisatie overtreden zullen een ambigue figure-ground organisatie hebben en kunnen verkeerd worden waargenomen.

Groeperingprincipes

De principes van ‘Gestalt grouping’ zijn nabijheid (elementen dichterbij elkaar worden gegroepeerd), gelijkheid (gelijke elementen worden gegroepeerd), continuïteit (elementen die een continue lijn vormen worden gegroepeerd), afsluiting (open vormen worden als complete vormen waargenomen) en gemeenschappelijk doel (elementen die in dezelfde richting of met dezelfde snelheid bewegen worden samen gegroepeerd). Daarnaast kunnen displays gegroepeerd worden met ‘dezelfde regio’, ‘verbondenheid’ en ‘oriëntatie’. Ook zal de identificatie van informatie in displays sneller en meer accuraat zijn als de kritieke elementen van de afleidende elementen gescheiden zijn. De ‘Gestalt grouping’ principes kunnen het ontwerp van webpagina’s verbeteren, maar er is geen manier om de algehele organisatie ‘juistheid’ van een pagina te evalueren.

We kunnen de Gestalt organisatie principes gebruiken om vast te stellen hoe visuele displays worden waargenomen en het gemak waarmee specifieke informatie van ze ontleed kunnen worden. Een goede display designer zal deze principes gebruiken om de nodige informatie er uit te laten springen. Ook kunnen de principes gebruikt worden bij camouflage.

Wat houdt diepte perceptie in?

Het visuele systeem gebruikt een aantal aanwijzingen om diepte te construeren:

Oculomotor aanwijzingen

‘Oculomotor diepteaanwijzingen’ zijn proprioceptief. Proprioceptie is het vermogen om te voelen wat je spieren doen en waar je ledematen zich bevinden. De positie van de oogspieren kan ook proprioceptief worden waargenomen. De toestand van accommodatie en vergence zijn twee oculomotor aanwijzingen voor diepte. Hoge niveaus van accommodatie en vergence signaleren dat een object zich dichtbij bevindt, terwijl informatie dat de ogen relatief ontspannen zijn signaleert dat een object zich verder weg bevindt.

Monocular visuele aanwijzingen

Geven impressies van diepte in een stilstaand beeld. Artiesten gebruiken deze aanwijzingen om diepte in schilderijen te creëren. De monocular visuele aanwijzingen betreffen relatieve grootte, lineair perspectief, tussenkomst (overlapping) en ‘texture gradient’.

Er bestaat twee soorten aanwijzingen over de grootte van een waargenomen object: Een object kan een ‘familiar size’ hebben en daarnaast heeft het beeld van het object een bepaalde grootte op de retina. Deze aanwijzing hangt af van de visuele hoek. Een object met een constante grootte, zal een groter retinabeeld produceren hoe dichter bij het is. Ook perspectief is een belangrijke diepteaanwijzing. Er zijn twee typen perspectieven: ‘aerial’ (hoe verder weg een object, hoe blauwer en minder scherp het object zal lijken) en lineair (twee parallelle lijnen die verdwijnen in de diepte komen samen in een punt in een beeld). Lineair perspectief en relatieve grootte zijn gecombineerd in ‘texture gradients’. Hoe sneller de textuur van het gradiënt toeneemt, hoe meer gekanteld het oppervlakte is.

Contrast met de achtergrond is een andere aanwijzing voor diepte. Een object met een groter contrast (en dus beter zichtbaar is), zal als dichterbij worden gezien dan een object met een lager contrast. Ook schaduwen geven een aanwijzing voor diepte. Gebieden met schaduwen aan de onderkant worden meestal als verhoogd waargenomen en gebieden met schaduwen aan de bovenkant worden meestal als verlaagd in het oppervlakte waargenomen. Dit komt door wat we verwachten te zien als licht van boven komt, wat meestal het geval is. Een monocular visuele aanwijzing die gebaseerd is op beweging is het ‘motion parallax’: Hoe dichterbij een object is, hoe sneller zijn positie in het visuele veld zal veranderen. Dit wordt waargenomen als je bijvoorbeeld in een trein zit en naar buiten kijkt; koeien in een weiland dichtbij lijken sneller te bewegen dan de boerderij die verder weg ligt. Beweging geeft ook diepte informatie als je vooruit of achteruit beweegt: dit heet ‘optical flow’. Dit kan informatie geven over hoe snel je beweegt en over hoe je positie verandert ten opzichte van objecten.

Binocular visuele aanwijzingen

Diepte kan beter worden waargenomen met twee ogen. Stereoscopische foto’s bootsen de binocular diepte informatie na van een echte 3D scene. De aanwijzingen komen voort uit ‘binocular disparity’: elk oog ontvangt een net ander beeld van de wereld, omdat de ogen verschillend gelokaliseerd zijn. De twee beelden worden samengebracht door een fusieproces. Beelden van objecten gelokaliseerd op de horopter zullen op dezelfde locaties op elke retina vallen. Objecten voor of achter de horopter zullen retinabeelden veroorzaken op verschillende punten in de twee retinas. Objecten dichterbij dan het fixatiepunt zullen ‘uncrossed disparity’ hebben en objecten verder weg dan het fixatiepunt zullen ‘crossed disparity’ hebben. De hoeveelheid disparity hangt af van de afstand van het object van de horopter en de richting van de disparity geeft aan of een object zich voor of achter de horopter bevindt. ‘Random-dot stereograms’ zijn stereoscopische beelden die een perceptie van objecten in diepte geven zonder zichtbare contouren.

Size and Shape Constancy

We neigen ernaar om objecten te zien als het hebben van een constante grootte en een constante vorm, onafhankelijk van de grootte van het retinabeeld (wat veranderd met afstand) en vorm van het retinabeeld (wat veranderd met helling). De ‘size-distance hypothese’ stelt dat waargenomen grootte afhangt van de geschatte afstand; de ‘shape-slant hypothese’ stelt dat waargenomen vorm een functie is van de geschatte helling. Zonder diepteaanwijzingen kan de afstand en hoek van een object niet geschat worden.

Illusies van grootte en richting

Er zijn veel illusies die tekortkomingen in perceptie demonstreren. Een illusie van grootte is bijvoorbeeld de Müller-Lyer illusie: >--. Illusies van richting laten een perfecte rechte lijn of parallelle lijnen gebogen of golvend lijken. Deze illusies vinden plaats door inaccurate diepteperceptie, misplaatsing van contouren en inaccurate oogbewegingen.

Bewegingsperceptie

Veranderingen in retinalocatie kunnen ontstaan door beweging van objecten in de omgeving of door de beweging van de observeerder. Hoe het perceptuele systeem de oorsprong van beweging vaststelt is het primaire probleem van bewegingsperceptie.

Object beweging

Het ‘image-retina systeem’ reageert op veranderingen in retinapositie (en is erg sensitief) en het ‘eye-head systeem’ reageert op bewegingen van onze ogen en ons hoofd. Een beweging in het beeld op de retina hoeft niet de duiden op een bewegend object, deze vorm van beweging kan ook ontstaan omdat de observeerder zijn hoofd beweegt. Als een object beweegt kunnen we dat object volgen met onze ogen. Dit zijn ‘smooth-pursuit’ bewegingen. Hierbij blijft het beeld op de fovea stil staan, maar toch nemen we objectbeweging waar dankzij het eye-head systeem. Volgens ‘inflow theory’ wordt onderscheid gemaakt tussen eigen bewegingen en objectbewegingen doordat feedback van de spieren die oogbewegingen controleren door het brein wordt bijgehouden. De verandering in de oogposities wordt hierbij afgetrokken van de verandering in de locatie van het beeld op de retina. ‘Outflow theory’ stelt daarentegen dat het motorsignaal wat naar de ogen wordt gestuurd wordt bijgehouden. Een kopie van dit signaal (= corollary discharge) wordt gebruikt om de resulterende beweging van het retinabeeld te corrigeren. De outflow theory heeft meer ondersteuning dan inflow theory.

Induced motion

Stilstaande achtergronden kunnen leiden tot de illusie van beweging. In zulke illusies wordt beweging toegeschreven aan de verkeerde onderdelen van de scene. Een voorbeeld is het ‘waterval effect’. Bewegingsillusies zijn gemakkelijk te reproduceren in een lab met een test stimulus met een stilstaande textuur en deze omgeven met een beweging veroorzakende textuur. Wanneer het test object en het object dat de illusie van beweging veroorzaakt dichtbij elkaar liggen heet dit ‘motion contrast’. Wanneer het test object en het object dat de illusie van beweging veroorzaakt ruimtelijk gescheiden zijn heet het fenomeen ‘induced motion’.

Apparent motion

De kracht van ‘apparent motion’ wordt gedemonstreerd door dat we beweging waarnemen van tekenfilms. Of we apparent motion waarnemen hangt af van de afstand tussen opvolgende retinabeelden en de tijd tussen elk retinabeeld. Het interval wat voor de sterkste impressie van apparent motion zorgt hangt af van de afstand. Bij apparent motion zijn twee processen betroken: een korte afstand proces voor het computeren van beweging over erg kleine afstanden en snelle presentatie (= low-level); en een lange afstand proces voor lange afstanden en langere tijdsintervallen (= complexer).

Hoe werkt patroon herkenning?

Het identificeren van wat we zien heet patroonherkenning. Prestatie op patroonherkenning kan worden onderzocht met ‘visual search’ taken, waarin observanten moeten beslissen of een target aanwezig is in een visueel display. De bevindingen kunnen gebruikt worden om goede ontwerpen te maken. Visual search voor een primitieve eigenschap (kleur, vorm) is snel en moeiteloos. Zoektochten naar samenhangende eigenschappen daarentegen vereist aandacht en kost moeite. Een eigenschap van een object is bijvoorbeeld dat het rood is. Een dimensie van een object is bijvoorbeeld de kleur. Dimensies zijn integraal als het niet mogelijk is om een bepaalde waarde op één eigenschapdimensie vast te stellen zonder dat ook de waarde op een andere dimensie wordt vastgesteld. Dimensies zijn te scheiden als ze onafhankelijk van elkaar kunnen bestaan. Als een oordeel over een object informatie vereist van een van zijn dimensies, kan het oordeel sneller en meer accuraat worden gemaakt als de dimensies van een object te scheiden zijn.

Aan de andere kant kan een oordeel sneller en gemakkelijker worden gemaakt als de dimensies integraal zijn als informatie van alle objectdimensies is vereist. ‘Configural dimensies’ interacteren zodat nieuwe eigenschappen worden gecreëerd. Deze samengestelde eigenschappen kunnen patroonherkenning ondersteunen of benadelen. Wat we waarnemen wordt beïnvloed door onze verwachtingen en de informatie verkregen door de zintuigen. De invloed van verwachtingen is vooral van belang als objecten in het perifere visuele veld vallen: Het is moeilijk om een onverwacht object in de periferie te detecteren.

Welke aspecten spelen een rol in de auditieve waarneming van de mens? - Chapter 7 (2)

Auditieve signalen kunnen gedetecteerd en waargenomen worden ongeacht van waar ze gelokaliseerd zijn ten opzichte van een persoon. Vaak worden auditieve signalen gebruikt om iemand te waarschuwen voor mogelijke problemen of noodsituaties. Geluid ontstaat door een mechanische verstoring die vibraties produceert. Er ontstaan dan veranderingen in luchtdruk die voortgezet worden met een snelheid van 340 m/s. Als we deze veranderingen plotten over de tijd, dan zien we dat ze een sinusoïdaal patroon volgen: Hierbij is de ‘frequency’ het aantal cyclussen die plaatsvinden in 1s (HZ). De waargenomen pitch (toonhoogte) is sterk gerelateerd aan de frequentie. De periode van de golfvorm is de duur van een enkele cyclus. De golflengte is de afstand tussen 2 aangrenzende pieken. De amplitude is omschreven in druk of intensiteit en is een functie van het verschil tussen de maximale en minimale druk van de sinusgolf. Geluiden met een hoge intensiteit worden als luider waargenomen dan tonen van een lagere intensiteit. De amplitude/intensiteit hangt ook af van de afstand van de geluidsbron. Meestal zijn geluiden niet ‘puur’ met een perfecte sinusgolf (bijv. toon van een stemvork), maar ‘complex’. Fourier analysis is de procedure waarin een complex geluid wordt opgedeeld in pure tonen. Golfvormen die zichzelf herhalen zijn periodiek. Een complexe, periodieke toon, heeft een ‘fundamental frequency’ en bevat ‘harmonics’ die integere veelvouden zijn van de fundamentele frequentie. Er zijn verschillende soorten ‘noise’: ‘White noise’ heeft een gelijke gemiddelde intensiteit voor alle frequentiecomponenten. ‘Whiteband noise’ bevat de meeste of alle frequenties van het auditieve spectrum en ‘narrowband noise’ heeft een gelimiteerde verscheidenheid aan frequenties.

Wat weten we over het auditieve sensorische systeem?

Geluid wordt opgevangen door de ‘pinna’. De pinna versterkt of verandert het geluid (vooral bij hoge frequenties) en speelt een belangrijke rol in geluidslokalisatie. De pinna leidt geluid naar het gehoorkanaal. Aan het eind van het gehoorkanaal zit het trommelvlies die trilt als het door geluidsgolven wordt geraakt. Het trommelvlies scheidt het buitenoor van het middenoor. Het middeloor brengt de vibraties van het trommelvlies naar het ‘oval window’ via drie botjes: de ‘ossicles’ (de malleus (hamer), incus (aanbeeld) en stapes (stijgbeugel)). Tijdens de overdracht via het trommelvlies en de ossicles naar het kleinere gebied van de oval window wordt het geluidssignaal versterkt, hierdoor verloopt de verandering in medium van lucht in het buitenoor naar vloeistof in het binnenoor efficiënt verloopt. Het middenoor is verbonden met de keel door de Eustachian tube. Dit zorgt ervoor dat de luchtdruk in het middenoor binnen het niveau van de druk van de atmosfeer blijft, wat nodig is voor het middenoor om goed te functioneren. Het middenoor heeft kleine spiertjes die zorgen voor het akoestische reflex bij harde geluiden. Hierbij worden de geluidsvibraties die van het buitenoor naar het binnenoor worden overgebracht verminderd doordat spiertjes aanspannen zodat het trommelvlies en de ossicles zich minder kunnen bewegen tijdens het reflex. Zo wordt het binnenoor beschermt tegen potentieel beschadigende geluiden. Het kost echter ongeveer 20 ms voordat het reflex is gestabiliseerd en hierdoor levert het reflex geen beschadiging tegen snelle geluiden (zoals pistoolschoten). Ook is het beter in het beschermen tegen geluiden met een lage frequentie.

Proces

Geluidsvibraties bereiken het binnenoor via het oval window. De cochlea in het inner ear is gevuld met vloeistof en hier bevinden zich de auditieve sensorische receptoren. Het oval window en de round window zorgen ervoor dat druk zich kan verplaatsen in de cochlea. Geluid zorgt voor een beweging van het basilair membraan tot de apex. Tonen van verschillende frequenties zorgen voor maximale verplaatsing op verschillende plaatsen op het basilair membraan. De sensorische receptoren zijn rijen haarcellen die zich bevinden op het basilair membraan. Deze haarcellen hebben cilia waarvan de topjes het tectoriaal membraan raken. Er bestaan 2 groepen haarcellen: binnenste en buitenste, waarvan er veel meer buitenste haarcellen zijn dan binnenste. Het buigen van de cilia veroorzaakt een neuraal signaal. Een geluidsgolf in het oor leidt tot golven in het binnenoor. Omdat het basilair membraan flexibel is, beweegt het zich mee met deze golven. Het tectoriaal membraan doet dit echter veel minder en in tegengestelde richting. Deze tegengestelde beweging zorgt voor een stroming in het vocht langs de cilia, waardoor ze zullen buigen. Dit leidt tot een elektrische verandering. Binnenste haarcellen leveren gedetailleerde informatie over auditieve stimuli. Buitenste haarcellen werken als een soort feedback systeem. Dit systeem kan er voor zorgen dat het basilair membraan beweegt, waardoor de binnenste haarcellen sensitief worden voor specifieke geluidsfrequenties.

De buiging van de haarcellen in de cochlea zorgt voor de afgifte van transmitter-substanties die worden gezonden naar de gehoorzenuw. Veel meer vezels in de gehoorzenuw zijn toegewijd aan de binnenste haarcellen dan aan de buitenste haarcellen. De neuronen in de gehoorzenuw hebben een voorkeur voor bepaalde frequenties. Neuronen met voorkeuren voor vergelijkbare frequenties bevinden zich dichtbij elkaar. Dit heet tonotopische codering. De specifieke frequentie van een auditieve stimulus wordt overgebracht door het totale patroon aan activiteit binnen een set van neuronen en niet de activiteit van de meest responsieve neuron. Bij constante aanbieding van een geluid vindt er een aanhoudende stimulatie van bepaalde haarcellen plaats. Het niveau van neuronale activiteit vermindert echter op den duur. Dit proces heet adaptatie. ‘Two-tone suppression’ (de onderdrukking van de activiteit van een auditieve neuron in reactie tot een toon door de aanwezigheid van een tweede toon) vindt plaats als de frequentie van de tweede toon net buiten de ‘tuning curve’ van de neuron valt.

Het ‘interaural time difference’ en ‘interaural intensity difference’ dragen bij aan geluidslokalisatie. Interaural time difference is het tijdsverschil tussen signalen aan beide oren en het interaural intensity verschil is het intensiteitverschil tussen de twee oren. Uiteindelijk komt een auditief signaal terecht bij de thalamus, vanwaar het naar de auditieve cortex wordt gebracht. Alle structuren voor de verwerking van auditieve informatie hebben neuronen met een tonotopische codering. Vele corticale cellen reageren op relatieve simpele eigenschappen van stimulatie, andere cellen reageren op meer complexe geluiden.

Wat is de perceptie van algemene eigenschappen?

‘Loudness’ is psychologisch en is gecorreleerd met de fysieke dimensie van intensiteit. Stevens omschreef de perceptie van loudness met een power functie en kwam met de sone schaal om de relatieve loudness van geluiden in verschillende contexten te omschrijven. De luidheid van een toon kan ook beïnvloed worden door zijn frequentie: dit wordt geïllustreerd met de ‘equal loudness countours’ waarbij tonen van verschillende frequenties moeten worden aangepast tot verschillende intensiteitniveaus om even luid te klinken. Als een geluid voor een korte periode (200 ms) wordt afgespeeld vind ‘temporal summation’ plaats. Waargenomen luidheid zal een functie zijn van de toonintensiteit én van hoe lang het werd afgespeeld: langere tonen zullen luider worden waargenomen dan kortere tonen. Echter het auditieve systeem adapteert voor aanhoudende tonen, waardoor de luidheid minder wordt over de tijd. Als de bandwijdte wordt vergroot dan wordt luidheid niet beïnvloed totdat een ‘critical bandwidth’ is bereikt’. Voorbij dit punt neemt luidheid toe als hogere en lagere frequenties worden toegevoegd aan de complexe toon. Als een geluid hoorbaar is op zichzelf, maar niet in de aanwezigheid van andere geluiden, dan maskeren de andere geluiden het geluid. De grootste maskeringeffecten ontstaan als de stimulus en het masker van dezelfde of gelijke frequenties zijn. Daarnaast is het maskeringeffect groter als de stimulus van een hogere frequentie is dan het masker, dan als de stimulus van een lagere frequentie is. Een waarschuwingssignaal voor een luidruchtige omgeving moet dan ook tussenpozen bevatten; een grootte bandwijdte hebben (zodat waargenomen luidheid gemaximaliseerd wordt) en van een frequentie zijn die gemiddeld lager is dan de frequentie van het lawaai in de omgeving (zodat het niet gemaskeerd wordt). Er zijn veel individuele verschillen in het vermogen om te horen. Het hoorbare bereik van frequenties neemt progressief af in het leven van een persoon. Met het ouder worden ontstaan vooral problemen met hoge frequentie tonen.

Pitch

‘Pitch’ (toonhoogte) hangt vooral af van de frequentie van de auditieve stimulus. Echter kunnen ‘equal pitch contours’ worden vastgesteld door het variëren van de intensiteit van stimuli voor een bepaalde frequentie. Ook kan toonhoogte beïnvloed worden door de toonduur (er kan beter onderscheid gemaakt worden tussen toonhoogtes die langer duren). Twee theorieën van pitch perceptie zijn van belang. De ‘frequency theory’ stelt dat het basilair membraan vibreert met de frequentie van de auditieve stimulus. De vibratie wordt dan omgezet in een patroon van neuronaal vuren van dezelfde frequentie. De ‘place theory’ stelt dat de frequentie van de toon een bepaalde plek op het basilair membraan beïnvloed waarbij de activiteit van de receptoren op deze locatie een signaal zendt via de neuronen die input ontvingen van die plek (er ontstaat een ‘traveling wave’; een golf verplaatst zich over het basilar membrane). Place coding geldt alleen voor hoge tonen en frequency coding voor lage tonen. Als dezelfde muzikale noot wordt gespeeld door verschillende instrumenten, klinkt dit niet hetzelfde omdat de instrumenten verschillende resonantie-eigenschappen hebben. Dit heet ‘timbre’. De pitch (die bepaald wordt door de fundamental frequency) klinkt hetzelfde, maar de relatieve energiehoeveelheden van verschillende frequenties zijn verschillend voor de instrumenten (hierdoor ontstaan verschillende timbres). ‘Consonance’ en ‘dissonance’ verwijzen naar de aangenaamheid van tooncombinaties. Tonen binnen de critical band klinken dissonant en tonen die meer uit elkaar leggen dan de critical band klinken consonant.

Wat is de perceptie van eigenschappen op een hoger niveau?

Ook voor auditie zijn de principes van perceptuele organisatie van belang. Hierbij zijn voornamelijk ‘proximity’ (nabijheid) en ‘similarity’ (gelijkheid) van belang. Temporele nabijheid van tonen is belangrijker dan ruimtelijke nabijheid; tonen die elkaar snel opvolgen in de tijd zullen meestal gegroepeerd worden. Gelijkheid wordt vooral bepaald door de toonhoogte van de tonen. Tonen met gelijke toonhoogte neigen ernaar om perceptueel gegroepeerd te worden. ‘Auditory stream segregation’ ontstaat als een snelle afwisseling tussen hoge en lage frequentie noten tot de perceptie van twee verschillende melodieën leidt. Als een toon kort onderbroken wordt door wide-band noise, dan vult het auditieve systeem de toon tijdens dit interval in en dit zorgt voor een illusie van continuïteit. Ons vermogen om geluid te lokaliseren is best goed. Bij geluidslokalisatie worden een aantal aanwijzingen gebruikt. Voor lokalisatie op de ‘azimuth’ (horizontal plane) wordt het verschil tussen relatieve intensiteit voor elk oor (veroorzaakt door de ‘sound shadow’ die het hoofd produceert; werkt alleen voor hoge frequenties) en het ‘interaural time difference’ (tijdsverschil voor elk oor; werkt alleen voor lage frequenties) gebruikt. De tijd en intensiteit aanwijzingen zijn ambigu, want twee verschillende locaties aan elke zijde produceren dezelfde tijd en intensiteit verschillen. Hoofdbewegingen leveren dynamische veranderingen die ervoor zorgen dat geluid meer accuraat gelokaliseerd kan worden. Iets wat de intensiteit van een auditief signaal vermindert, vermindert de lokalisatie accuraatheid.

Verticale geluidslokalisatie is minder accuraat dan lokalisatie in het horizontale vlak, omdat het niet gebaseerd kan worden op ‘interaural differences’. De torso, hoofd en pinna modificeren het akoestische signaal wat helpt bij verticale geluidslokalisatie. Al zijn deze aanwijzingen zijn minder sterk dan de ‘binaural cues’. Om spraak waar te nemen moeten we complexe auditieve patronen herkennen en identificeren. De foneem is het kleinste spraaksegment wat de betekenis van een woord kan veranderen, mensen moeten fonemen kunnen identificeren. Als we spraak spectrogrammen analyseren, dan zien we geen duidelijke invariante aanwijzingen. Foneem perceptie kan dus niet met invariante aanwijzingen. Het zou kunnen zijn dat bij foneem perceptie gebruik maakt van de manier waarop het geluid wordt geproduceerd. Categorische perceptie is erg belangrijk bij spraakperceptie. Mensen horen niet de fysieke verschillen tussen stimuli; de stimuli worden strikt gecategoriseerd (bijv. óf da óf ta). De context van het woord (semantic en syntactic) bepaalt hoe we het woord waarnemen. De verwachtingen van een luisteraar beïnvloeden spraakperceptie.

Wat zijn auditieve signalen? - Chapter 8 (2)

Waarom zijn waarschuwings- en alarmsignalen noodzakelijk?

Waarschuwings- en alarmsignalen: moeten detecteerbaar zijn in de normale werkomgeving en de informatie van het signaal moet makkelijk te communiceren zijn naar de operator. Voor detecteerbaarheid is het ‘masked threshold’ belangrijk. Het masked threshold wordt vastgesteld relatief tot een niveau van achtergrond geluid. Om hoge detecteerbaarheid te garanderen, moet de intensiteit van het signaal ver boven de threshold liggen. Zoals je mag verwachten met Weber’s law, moet de toename bovenop de masked threshold groter zijn voor hoge niveaus van lawaai dan voor lage niveaus van lawaai. De ‘fundamental frequency’ van een waarschuwingssignaal moet redelijk laag zijn, want lage tonen zijn minder gevoelig voor maskering.

Verschillende auditieve waarschuwingen signaleren problemen van verschillende urgentie. Waarschuwingssignalen die voor de hoogste waargenomen urgentie en de snelste respons zorgen zijn die met een hoge frequentie, hoge intensiteit en kortere intervallen tussen pulsen. Soms kan het beter zijn om auditieve icons (bijv. verfrommeling van papier voor een prullenbak) te gebruiken dan waarschuwingssignalen. Een ‘likelihood alarm’ waarschuwt voor een gebeurtenis, maar klinkt verschillend afhankelijk voor hoe waarschijnlijk de gebeurtenis is. In erg complexe systemen kunnen noodsituaties in te veel auditieve waarschuwingssignalen resulteren. Een groot aantal mogelijke alarmen zorgt voor veel verwarring en het vergroot de kans op een vals alarm, waardoor de operator sneller alarmen gaat negeren. Ontwerpers moeten het gebruik van verstorende auditieve signalen vermijden als er veel kans is op een vals alarm.

Auditieve aanwijzingen kunnen ruimtelijke informatie geven waarbij de aandacht van een operator naar een bepaalde locatie kan worden getrokken zonder dat er een verandering in visuele fixatie vereist is. ‘Dichotic displays’ geven met interaurale verschillen alleen informatie over de laterale locatie van een geluid. Bij spraakdisplays moet de stem begrijpbaar zijn. Gestructureerd spraak materiaal (zoals zinnen) leidt tot een betere begrijpelijkheid dan ongestructureerd materiaal. Ongestructureerd materiaal levert namelijk overtollige informatie. Overtollige informatie kan ook gegeven worden door visuele informatie, terwijl andere visuele informatie, zoals liplezen, de begrijpelijkheid van spraak juist kan verbeteren.

Methoden om de maskering van spraak door lawaai te verminderen zijn: spraak overtolliger maken; het vergroten van de signal-to-noise ratio; uitspraak met een gemiddelde vocale kracht; het elimineren van lawaai bij de microfoon; intra-aurale aanwijzingen geven; gebruik maken van oordopjes als er veel lawaai is. Met de ‘articulation index’ kan de verstaanbaarheid van spraak in lawaai worden geschat (0 staat voor onverstaanbaar en 1 voor perfect verstaanbaar). Deze index is een goede voorspelling van accurate herkenning in veel situaties. Artificiële spraak is niet zo overtollig als natuurlijke spraak en wordt daardoor meer verstoord door lawaai en het verwijderen van de context. Een stem zorgt voor meer emotionele reactie dan een licht of een toon. De akoestische eigenschappen van woorden kunnen hun effectiviteit als waarschuwingssignalen beïnvloeden. Een woord met een urgente betekenis zou met een urgente nadruk moeten worden uitgesproken om de sterkste urgentie met een gesproken waarschuwing te bereiken.

Op welke wijze heeft aandacht invloed op de prestaties van de mens? - Chapter 9 (2)

Ons vermogen om aandacht te besteden aan stimuli is gelimiteerd en waar we onze aandacht richten bepaalt hoe goed we waarnemen, onthouden en handelen naar informatie. Informatie of objecten waar we geen aandacht aan besteden, vallen meestal buiten ons bewustzijn waardoor het weinig invloed heeft op onze prestatie. Er zijn twee soorten aandacht: Selective attention bepaalt ons vermogen om ons te concentreren op bepaalde informatiebronnen en anderen te negeren. Divided attention bepaalt ons vermogen om meer dan een ding tegelijk te doen. Om de condities waaronder mensen beter of slechter presteren te begrijpen, moeten we de hoeveelheid mental effort bij de taak bepalen en wat voor soort executive control (= de strategieën van een persoon om de informatievloed en taakprestatie te controleren) wordt gebruikt. Mental workload is een schatting van de cognitieve eisen bij de taken van een operator.

Wat zijn modellen van aandacht?

Er bestaan verschillende modellen van aandacht. Je hebt ‘bottleneck models’ (vroege of late selectie) waarbij er een fase in de informatieverwerking is waarbij de hoeveelheid informatie waar aandacht aan kan worden besteed gelimiteerd is, en ‘resource models’ (single of multiple resources) waarbij aandacht als een ‘limited-capacity resource’ wordt beschouwd dat aan een of meer taken besteed kan worden. Voor bottleneck modellen vermindert de prestatie zodra de hoeveelheid informatie in de bottleneck toeneemt, voor resource modellen vermindert prestatie als de hoeveelheid resources afneemt. Beide modellen stellen dat menselijke informatieverwerking gelimiteerd is in capaciteit. ‘Executive control models’ zien verminderingen in prestatie als een consequentie van het coördineren en controleren van verschillende aspecten van de informatie verwerking. (Hierbij wordt dus niet uitgegaan van capaciteit limieten).

Bottleneck models

De ‘filter theory’ van Broadbent is een ‘early selection model’ waarin stimuli één voor één een centraal verwerkingskanaal bereiken om geïdentificeerd te worden. Externe of ongewenste boodschappen worden vroeg uitgefilterd, vóór de identificatie fase. (Ondersteuning = ‘Cocktail party fenomeen’ van Cherry waarbij luisteraars selectief hun aandacht op een boodschap kunnen richten en weinig besef tonen van de boodschap waar men geen aandacht aan besteedt). Het ‘attentional filter’ zorgt er voor dat er maar één boodschap aankomt bij het ‘central processing channel’. De filter theorie bevat het basis fenomeen van aandacht: Het is lastig om aandacht te besteden aan meer dan één boodschap tegelijkertijd en het is lastig om iets te onthouden van een boodschap waar geen aandacht aan is besteed. Toch lijkt de filter theorie niet helemaal juist te zijn; er is bewijs dat inconsistent is met de filter theorie: Zo wordt de inhoud van een boodschap waar geen aandacht aan is besteed toch in sommige situaties wel geïdentificeerd.

Het ‘filter-attenuation model’ van Treisman stelt dat er enkel een vroeg filter is om het signaal van een unattended boodschap te verzwakken in plaats van te blokkeren. Dit signaal wordt dus niet compleet geblokkeerd. Dit model sluit beter aan met de bevindingen, maar is niet goed te testen. Het ‘late selection model’ verplaatst de filter naar een latere fase in de verwerking, nadat de identificatie plaats heeft gevonden. Dit model stelt dat alle boodschappen worden geïdentificeerd, maar snel vervallen als ze niet worden geselecteerd of als er geen aandacht aan wordt besteed. Het zou kunnen zijn dat het van de taakvereisten afhangt of selectie vroeg of laat is (bijv: ‘Load theory’ waarbij het ervan afhangt of de ‘perceptual load’ laag of hoog is. Hoog -> vroege selectie; laag -> late selectie).

Resource models

Stellen dat aandachtslimieten ontstaan omdat er een gelimiteerde capaciteit beschikbaar is voor mentale activiteit. Prestatie wordt minder als resource vereisten de beschikbaarheid overschrijden.

Volgens ‘unitary-resource models’ is aandacht een ‘limited-capacity resouce’ dat kan worden toegepast voor verschillende processen en taken. Het uitvoeren van meerdere taken tegelijkertijd is niet moeilijk tenzij de beschikbare capaciteit van aandachtsbronnen wordt overschreden. Als de capaciteit overschreden wordt, dan zal prestatie hieronder lijden en zal er een strategie nodig zijn om de resources te verdelen. Dit model stelt dat verschillende taken verschillende aandachtsvereisten hebben. ‘Dual-tasks procedures’ kunnen een weergave geven van de aandachtsvereisten voor een persoon. Zulke procedures kunnen gebruikt worden om de moeilijkheid van verschillende taken en taakcomponenten vast te stellen en daarmee om te voorspellen of de prestatie van de operator zal verminderen. De beschikbare capaciteit kan verschillen met het niveau van arousal en de vereisten van de taak. Wanneer een taak makkelijk is, zouden de beschikbare aandacht resources kunnen afnemen. Hierdoor kan automatisering gevaarlijk worden omdat het de alertheid en aandachtscapaciteiten van iemand reduceert en dus zijn prestatie vermindert.

Multiple-resource models

‘Multiple-resource models’ stellen dat er verschillende cognitieve subsystemen zijn die elk hun eigen gelimiteerde ‘pool of resources’ hebben. Deze subsystemen zijn: de verschillende stadia van verwerking (encoderen, centrale verwerking en response, informatie codering (verbaal en spatiëel), input (visueel en auditief) en output modaliteiten (manueel of vocaal). Prestatie op meerdere taken zal beter zijn als de taken verschillende pools van resources nodig hebben. Wanneer een taak moeilijker wordt, zou dit de prestatie op de andere taak niet moeten beïnvloeden. Dit model kan voorspellen hoeveel twee taken zullen interfereren met elkaar door te kijken naar of de taken afhangen van dezelfde of verschillende resources. Toch lijkt het allemaal wat gecompliceerder te zijn.

Executive control models

‘Executive control processes’ controleren hoe de gelimiteerde capaciteit wordt verdeeld over verschillende taken. De ‘executive-process interactive control (EPIC) theory’ stelt dat afname in prestatie op meerdere taken te wijten is aan de strategieën die mensen aannemen om verschillende taken op verschillende manieren uit te voeren. Hierbij wordt niet (i.t.t. de andere modellen) uitgegaan van een gelimiteerde capaciteit van centrale, cognitieve processen. Executieve cognitieve processen controleren de strategieën om de prestatie op gelijktijdige taken te coördineren. EPIC modellen zijn succesvol toegepast op ‘multiple-task’ prestatie.

Wat zijn vormen van aandacht?

Selective attention is het vermogen om selectief aandacht te besteden aan een bepaalde vorm van informatie en alle andere irrelevante auditieve en visuele informatie in de omgeving te negeren. Veel experimenten zijn uitgevoerd om te proberen vast te stellen waardoor aandacht wordt vastgehouden en waardoor het wordt weggetrokken. Bij de meeste van dit soort experimenten zijn auditieve of visuele taken gebruikt.

Auditieve taken

‘Selective listening’ kan worden gebruikt om selectieve aandacht te bestuderen, waarbij een target auditieve boodschap wordt gepresenteerd met een ander auditief signaal (distractor). De distractor kan interfereren met de target door het te maskeren of door het verwarren van de luisteraar over welk signaal de target is. Selectief luisteren is relatief makkelijk als de target fysiek verschilt van de distractor. Betekenis en zinsvolgorde beïnvloeden de selective listening prestatie wanneer beide signalen spraakboodschappen zijn. Luisteraars kunnen enkel algemene akoestische kenmerken en geen woorden of zinnen in auditieve distractor boodschap onthouden. Onder sommige condities kan gefocuste aandacht de sensitiviteit voor specifieke auditieve frequenties veranderen.

Visuele taken

Selective attention voor visuele stimuli is onderzocht door middel van het presenteren van verschillende visuele signalen en daarbij een observeerder een taak te laten uitvoeren die van een van deze signalen afhangt. Het visuele signaal waar aandacht aan besteed moet worden is de target en de anderen zijn distractors. Wanneer een distractor met een visuele hoek van tenminste 1° verwijderd is van de target, zal het geen of weinig interferentie vertonen voor het identificeren van de target. De observeerder is nauwelijks bewust van gebeurtenissen waaraan hij geen aandacht besteed. Vaak worden letters als signalen gebruikt. De benodigde reactie op een target kan sneller worden gemaakt als de distractors dezelfde reactie vereisen, maar de reactie op een target is vertraagd als de distractors een andere reactie vereisen. De interferentie tussen de reactie voor de target en de distractors neemt af als de afstand tussen de target en de distractors toeneemt (X A X). Dit suggereert dat de aandachtsfocus een spotlicht is van variërende grootte die naar verschillende locaties in het visuele veld kan worden geleid. Interferentie ontstaat omdat het spotlicht niet altijd klein genoeg kan worden gemaakt. Het lijkt er ook op dat de aandachtsfocus een ‘lower limit’ heeft: het kan kleiner worden gemaakt, maar niet té klein.

‘Covert orienting’ is het verplaatsen van de aandachtsfocus naar een locatie die niet overeen komt met de locatie waarneer iemand kijkt. ‘Overt orienting’ vindt plaats als functie van oogpositie, je richt dus je aandacht daar waarnaar je kijkt. Posner liet met cues zien dat observeerders covert orienting kunnen gebruiken om hun prestatie op een simpele visuele taak te verbeteren. Het lijkt dat aandacht ‘verspringt’ van het ene punt naar het andere. Hij maakte gebruik van twee verschillende cues. Door endogenous cues wordt de aandacht vrijwillig verplaatst en exogenous cues trekken onvrijwillig de aandacht door ‘rapid onset’ of waargenomen beweging van een stimulus. Exogenous orienting kan prestatie ondersteunen of verhinderen. Als de tijd tussen een valide exogenous cue en de target kort is (minder dan 300 ms), dan zal de reactie op de target sneller zijn. Als de tijd tussen de cue en de target echter langer is dan 300 ms, dan zal een cue de reactie vertragen (= ‘inhibition of return’). Mensen verschillen in hun vermogen om aandacht te verplaatsen van een bron van informatie naar een ander.

Divided attention

Bij ‘divided attention’ taken moet een persoon aan meerdere informatiebronnen tegelijk aandacht besteden. Meestal is prestatie het best als een enkele informatiebron moet worden geregistreerd en vermindert de prestatie als het aantal bronnen toeneemt. Hoe goed een operator meerdere informatiebronnen kan registreren hangt van de uit te voeren taak af. Als een operator zijn aandacht over verschillende taken moet verdelen kan de prestatie in beeld worden gebracht met een ‘performance-operating characteristic (POC) curve’. Hierbij wordt de prestatie op taak A afgezet tegen de prestatie op taak B. Optimum = ‘independence point P’; als de twee taken samen net zo goed kunnen worden uitgevoerd als alleen. De ‘performance efficiency’ is de afstand tussen de POC curve en het optimum en is een indicator van hoe goed de twee taken samen uitgevoerd kunnen worden. Hoe dichter de POC curve bij punt P komt, hoe efficiënter de prestatie is. De ‘cost of concurrence’ is het verschil tussen de prestatie voor een taak alleen en dubbel taak conditie waarbij alle aandacht gericht is op die ene taak.

Arousal and vigilance (alertheid)

Het aandachtsvermogen wordt beïnvloed door ‘arousal’. Arousal kan zowel beïnvloeden hoeveel aandachtsresources beschikbaar zijn om een taak uit te voeren, als de strategieën beïnvloeden die bepalen hoe aandacht verspreid wordt over verschillende taken. De relatie tussen aandacht en arousal wordt weergegeven met de ‘Yerkes-Dodson law’. Volgens deze wet is prestatie een omgekeerde U-vorm functie van arousal level, waarbij de beste prestatie plaatsvindt met een hogere arousal voor makkelijke dan complexe taken. Prestatie neemt af met hogere arousal niveaus, dit komt voornamelijk door een vermindering in aandachtscontrole. Met hoge arousal niveaus wordt de aandacht van mensen meer gefocust en de reikwijdte van cues die worden gebruikt om de aandacht te leiden wordt kleiner. Kritiek op deze wet is echter dat het niet mogelijk is om een verbetering of vermindering in prestatie aan een algemeen arousal niveau toe te wijzen. ‘Perceptual narrowing’ is de restrictie van aandacht die plaats vindt bij een hoog arousal niveau. Vigilance (alertheid) vermindering vindt plaats als arousal op het eerste gezicht erg laag lijkt te zijn. Veel taken m.b.t. ‘human-machine systems’ hangen af van constante aandacht of alertheid. (Bij een alertheidtaak moeten relatief infrequente signalen die plaatsvinden op onvoorspelbare momenten gedetecteerd worden.) Alertheid vermindering kan plaatsvinden in allerlei situaties en kan geminimaliseerd worden door het zorgvuldig selecteren van de stimulus, de vereiste discriminaties en de mate waarin belangrijke gebeurtenissen plaatsvinden. Met goede ‘workload-assessment techniques’ kunnen we het ontwerp van de alertheidtaak aanpassen om de mentale eisen voor de operator te verminderen.

Hoe wordt mentale werkbelasting beoordeelt?

Het doel van een beoordeling van de mentale werkbelasting is om de werkbelasting op één niveau te houden wat zorgt voor een acceptabele prestatie op de operators taken. Er bestaat een U-vormige functie tussen werkbelasting en prestatie. Werkbelasting neemt toe wanneer benodigde nauwkeurigheidsniveaus toenemen, als tijdseisen strenger worden en als de hoeveelheid taken die uitgevoerd moeten worden toenemen. Werkbelasting wordt ook beïnvloed door factoren in de omgeving (hitte) en de cognitieve capaciteiten en vaardigheden van iemand. Het concept van mentale werkbelasting komt direct van het ‘unitary-resource model van aandacht’, waarin gezegd wordt dat een operator een gelimiteerde capaciteit heeft voor het verwerken van informatie. Om mentale werkbelasting te beoordelen heb je ‘empirical’ (directe meting; als het systeem al ontwikkeld is) en ‘analytical’ (voorspellen; vindt vroeg plaats in het systeemontwikkelingsproces) beoordelingstechnieken.

Empirische technieken

Deze meten werkbelasting direct in een operationeel systeem of gesimuleerde omgeving. Er zijn vier belangrijke empirical techniques. De eerste twee zijn gefocust op prestatiemetingen van de primaire taak of een secundaire taak. De laatste twee betreffen psychofysiologische metingen en subjectieve schalen. Een techniek moet sensitief zijn voor de veranderingen in de werkbelasting door de primaire taak en het moet verwerkingsbronnen isoleren die overladen zijn. Daarnaast zou het implementeerbaar moeten zijn en het moet geaccepteerd worden door de operators. ‘Intrusive techniques’ zullen interfereren met het vermogen van de operator om de primaire taak uit te voeren en een schatting van de werkbelasting die op deze manier is verkregen zal lastig te interpreteren zijn. Het selecteren van een gepaste werkbelastingmeting voor een bepaald probleem is een cruciaal onderdeel van een evaluatie van de werkbelasting.

Primary-task measures

‘Primary-task measures’ evalueren de mentale werkbelastingeisen van een taak door het direct bestuderen van de prestatie van de operator of van het algehele systeem. Hoe meer metingen, hoe meer accuraat ons beeld van werkbelasting zal zijn. Primary-task metingen zijn goed voor het onderscheiden van overload en nonoverload condities (prestatie zal lijden onder overlading), maar ze zijn niet goed voor het meten van verschillen in mentale werkbelasting in condities wanneer de prestatie geen gebrek toont. Om dit probleem te overkomen kunnen de veranderingen in strategieën van operators bij primary-tasks worden bestudeerd (een strategieverandering kan een indicatie zijn van toegenomen werkbelasting). Daarnaast geven deze metingen niet aan welke mentale resources overladen zijn.

Secondary-task measures

Bij ‘secondary-task measures’ voert de operator een tweede taak uit naast de primaire taak. Werkbelasting wordt gemeten d.m.v. de mate waarin prestatie op de primaire of secondaire taak vermindert in de dubbel-taak situatie in vergelijking met als elke taak alleen wordt uitgevoerd. Deze metingen zijn sensitiever dan primary-task metingen. Werkbelasting kan gemeten worden door de moeilijkheid van de primary-task te manipuleren en te kijken naar de verschillen in prestatie op de secondary-task, of door het manipuleren van secondary-task moeilijkheid en te kijken naar de verschillen in prestatie op de primary-task.

In het ‘loading task paradigm’ moeten operators prestatie op de tweede taak behouden, zelfs als prestatie op de primaire taak hierdoor lijdt. Hierbij daalt prestatie sneller op moeilijke dan makkelijke primaire taken. In het ‘subsidiary task paradigm’ moeten operators prestatie op de primaire taak behouden ten koste van de secondary taak. De secondary taak moet bij deze metingen wel een beroep moeten doen op dezelfde verwerkingsbronnen die nodig zijn bij de primaire taak.

Psychophysiological measures

‘Psychophysiological measures’ maken gebruik van EEG, ERP en functional neuroimaging. Sommige van deze indicaties kunnen gebruikt worden om werkbelasting te meten. Twee soorten psychophysiological measures:

1. Meten van algemene arousal: Arousal stijgt als mentale werkbelasting toeneemt (bijv. ‘pupillometry’: hoe groter de werkbelastingeisen, hoe groter de pupilgrootte; ‘heart rate’: neemt toe als werkbelasting toeneemt).

2. Breinactiviteit (bijv. ‘ERP’: P300 (positief component na ong. 300 ms na de start van een gebeurtenis) reflecteert werkbelasting. ERP methoden verstoren prestatie op de primaire taak niet).

Subjectieve metingen

‘Subjectieve metingen’ evalueren werkbelasting door het verkrijgen van taakbeoordelingen van een operator. De kracht van deze technieken is dat ze relatief makkelijk te implementeren zijn en er naar neigen om gemakkelijk geaccepteerd te worden door operators. Toch zijn er wat problemen mee. Zo zijn sommige factors die werkbelasting bepalen niet voor bewuste evaluatie toegankelijk en de verkregen beoordelingen zijn alleen sensitief voor de condities waaraan de observeerders worden blootgesteld en subjectieve schattingen van mentale werkbelasting kunnen verschillen van psychophysiological of prestatie metingen. Er zijn veel subjectieve mentale werkbelasting beoordelingsinstrumenten (bijv. Cooper- Harper scale, Subjective Workload Assessment Technique (SWAT), NASA Task Load Index (NASA-TLX) en Workload Profile (WP)).

Analytische technieken

Analytische technieken vereisen in tegenstelling tot empirische technieken geen interactie van een operator met een operationeel systeem of simulator. Deze technieken worden dan ook gebruikt om werkbelasting in een vroeg stadium van systeem ontwikkeling te schatten. Je hebt vijf categorieën analytische methoden:

1. ‘Comparison technique’: Het gebruiken van werkbelasting gegevens van een voorlopend systeem om een schatting te maken van de werkbelasting voor een systeem wat wordt ontwikkeld.

2. ‘Expert opinion’: Gebruikers en ontwerpers van systemen die lijken op het systeem dat wordt ontwikkeld krijgen een omschrijving van het systeem en worden gevraagd om onder andere werkbelasting te voorspellen.

3. ‘Mathemetical models’: Ontwikkeling van deze modellen vindt nog steeds plaats, maar ze worden wel minder gebruikt voor werkbelasting schattingen door het ontstaan van gecomputeriseerde taakanalyses en simulaties.

4. ‘Task analysis’: Deelt het doel van het systeem op in segmenten en operatortaken en uiteindelijk in elementaire taakvereisten. Deze analyse geeft een op tijd gebaseerde uitsplitsing van operatoreisen.

5. ‘Simulation models’: Zijn probabilistisch en zullen dus niet steeds dezelfde resultaten geven elke keer als het wordt uitgevoerd.

Hoe maakt de mens beslissingen? - Chapter 11 (2)

Er zijn twee manieren om te omschrijven hoe mensen beslissingen maken: normatief en descriptief. Een normatief model omschrijft de keuzes die een rationeel persoon zou maken onder ideale omstandigheden. Echter wijken onze beslissingen vaak af van de keuzes die voorspeld zijn door normatieve modellen, voornamelijk door de gelimiteerde capaciteit voor informatieverwerking. Descriptieve modellen proberen te verklaren hoe mensen denken, door te begrijpen hoe en waarom mensen afwijken van normatieve rationaliteit.

Hoe kan problemen oplossen worden onderzocht?

Problemen oplossen kan onderzocht worden met ‘problem solving tasks’ waarbij de zetten van de persoon en de accuraatheid en benodigde tijd om het probleem op te lossen worden opgenomen. Daarnaast kunnen verbale rapporten worden verkregen (protocollen) van de oplosser, waarin beschrijven wordt welke stappen genomen zijn om het probleem op te lossen. Er kan naar problem solving gekeken worden met een denkbeeldige, mentale ‘problem space’. Deze ruimte wordt gecreëerd door de oplosser met zijn of haar begrip van het probleem, waaronder de relevante feiten en relaties die belangrijk worden geacht voor de taak. Het oplossen van het probleem vindt in deze ruimte plaats. Newell en Simon (1972) kwamen met een framewerk voor problem solving waarin doelen worden bereikt door de problem space. Binnen dit framewerk zijn verschillende problem spaces mentale representaties van verschillende taakomgevingen. Hierbij is het van belang hoe het probleem wordt gerepresenteerd (beginstaat en gewenste eindstaat of doel) en hoe de problem space wordt doorzocht. Omdat de problem space enkel een mentale representatie is, kan het op belangrijke vlakken verschillen van de taakomgeving. Een incomplete of inaccurate representatie is een veelvoorkomende bron van moeilijkheden voor problem solving.

Het doorzoeken van de problem space vraagt om overwegingen en evaluaties van de toegestane zetten. De gelimiteerde capaciteit van het werkgeheugen beperkt het aantal zetten die tegelijkertijd overwogen kunnen worden. Voor complexe problemen kan dus maar een klein gedeelte van de problem space in het werkgeheugen gehouden worden. Omdat maar een gelimiteerde hoeveelheid zetten onderzocht kunnen worden, heb je om een oplossing snel en efficiënt te vinden strategieën nodig die de zoektocht leiden richting ‘oplossingspaden’. Een persoon heeft dus een strategie nodig om een oplossing te vinden binnen de problem space, vooral wanneer ze zich op onbekend terrein bevinden. Verschillende strategieën: Trial en error bestaat uit het random selecteren van zetten tussen stadia om het doel te bereiken. Forward chaining begint bij de beginstaat. Alle mogelijke acties worden geëvalueerd en de beste wordt gekozen en uitgevoerd en feedback vertelt of de actie goed of slecht was. Dit proces wordt herhaalt totdat een oplossing is bereikt. Backward chaining begint bij het doel en probeert andersom een oplossingspad te vinden naar de beginstaat. Operator subgoaling betreft het kiezen van een zet zonder overweging of deze wel of niet geschikt is voor de huidige staat. Als het ongeschikt is, wordt een subdoel gevormd waarmee de oplosser probeert te bepalen hoe de huidige situatie moet worden veranderd zodat de gewenste zet meer geschikt wordt.

Deze strategieën maken gebruik van heuristics om te helpen met het kiezen van de juiste oplossing. Voorbeelden: hill climbing: het evalueren of het doel dichterbij zal zijn na het maken van elke mogelijke zet. Means-end analysis lijkt op hill climbing, alleen is hierbij de zet die nodig is om het doel te bereiken zichtbaar. Soms is het echter nodig om de afstand van het doel te vergroten in het oplossingspad, dit is erg moeilijk.

Analogy is een krachtige heuristic in problem solving. Hierbij wordt een vergelijking gemaakt tussen een nieuw probleem en een, overeenkomend, bekend probleem waarvoor de oplossing bekend is. Het effectief gebruiken van een analogy om een probleem op te lossen vereist dat de oplosser de structurele gelijkheid tussen het nieuwe en het bekende analoge probleem herkent en dan de analogy correct toepast. In het algemeen zijn mensen goed in het gebruiken van analogieën om problemen op te lossen, maar ze slagen er echter vaak niet in om bruikbare analogieën vanuit het geheugen op te halen. Een probleemoplosser zou getraind moeten worden in het gebruiken van vele scenario’s waarin een procedure gebruikt kan worden. Visuele hulpmiddelen kunnen worden ontworpen die de eigenschappen weergeven die belangrijk zijn voor het oplossen van een probleem of voor het leiden van de aandacht naar kritieke eigenschappen.

Hoe dragen logica en redenering aan probleemoplossingen?

Er kan ook gekeken worden naar problem solving met hoe mensen logica gebruiken of redeneren om een nieuwe mentale representatie te creëren. Er zijn drie typen van redeneren: deductief, inductief en abductief.

Deductie

Deductie is redeneren waarin een conclusie volgt uit generale assumpties over het probleem. Deduction hangt af van formele logicaregels. Formele logica heeft betrekking tot argumenten in de vorm van een lijst van assumpties en een conclusie. De uitspraken vormen een soort ‘argument’ wat een syllogisme wordt genoemd. Een syllogisme is valide als de conclusie logisch volgt vanuit de assumpties en invalide als dat niet het geval is. Syllogismen worden gebruikt om conditioneel en categorisch redeneren te onderzoeken.

Conditioneel redeneren is het trekken van een conclusie wanneer een bepaalde conditie van het systeem gegeven wordt: ‘Als het systeem uitgeschakeld is, dan was er een systeemfout. Het systeem was uitgeschakeld. Dus, er was een systeemfout’. Er zijn twee logicaregels om een conclusie te trekken bij syllogismen van deze vorm: affirmation/modus ponens (Als uit A B volgt en A is waar, dan moet B ook waar zijn) en denial/modus tollens (Als A volgt uit B en als B fout is, dan moet A ook fout zijn). Als we proberen vast te stellen hoe mensen deductief redeneren, presenteren we ze met syllogismen en laten ze beoordelen of de conclusie van de syllogisme valide is. Subjecten vinden de denial regel lastig, waarschijnlijk doordat de problem space inefficiënt wordt doorzocht.

Mensen redeneren beter als problemen in bekende contexten worden gepresenteerd; waarschijnlijk gebruiken mensen niet altijd logicaregels. Redeneren lijkt contextspecifiek te zijn. De ‘confirmation bias’ is een obstakel voor het verbeteren van rationeel gedrag in mensen. De confirmation bias is zo sterk, omdat mensen de ideeën van wat waar is willen behouden en de ideeën waarvan ze willen dat ze fout zijn willen verwerpen. Als mensen toch voor niet-ondersteunend bewijs zoeken, wordt dit lastiger naarmate de taak complexer wordt. Categorische syllogismen zijn anders dan conditionele syllogismen in dat ze de classificaties ‘sommige’, ‘alle’, ‘geen’ en ‘sommige niet’ bevatten. Hierbij kan de beoordeling van de validiteit van een conclusie ook beïnvloed worden door de context, een misinterpretatie van de assumpties en de confirmation bias. Volgens de atmosphere hypothesis zorgen de classificaties in de assumpties voor een ‘atmosfeer’ en neigen mensen de conclusies die consistent zijn met die atmosfeer te accepteren. Vele fouten bij categorische syllogismen kunnen ook een consequentie zijn van een ongeschikte mentale representatie van één of meer assumpties. De accuraatheid van syllogistisch redeneren hangt ook af van hoe de assumpties worden gepresenteerd, en voornamelijk van de volgorde van de zelfstandige naamwoorden in de assumpties. Het lijkt er op dat er niet geredeneerd wordt met formele logische regels, maar met cognitieve processen die vatbaar zijn voor bias en de limieten van het werkgeheugen.

Inductie

Inductie is redeneren waarbij een conclusie getrokken wordt uit bepaalde condities of feiten die relevant zijn aan een probleem. Hierbij hoeft de conclusie niet perse waar te zijn als de assumpties waar zijn (wat wel het geval is bij valide deducties). Bij inductief redeneren wordt een algemene conclusie getrokken uit specifieke condities zonder formele logicaregels. Ons begrip van hoe de wereld werkt groeit door gebruik te maken van inductie. Een concept is een abstractie van de regels en relaties van het gedrag van bepaalde objecten. Concepten minimaliseren de opslag van informatie en geven analogieën. Inductie vindt plaats door het activeren van conceptuele categorieën en regels die van belang zijn bij deze categorieën. Geactiveerde concepten worden geformuleerd naar een mentaal model (vergelijkbaar met de problem space). Inductie wordt gelimiteerd door de informatie die iemand vast kan houden in de problem space en het werkgeheugen. Een bepaalde probleem oplossende context zal een gelimiteerde aantal categorieën van conceptuele kennis activeren. Hierdoor kan het zijn dat niet alle informatie die nodig is om een valide inductie te maken beschikbaar is in het mentale model. Als verkeerde categorieën worden geactiveerd, kunnen alle getrokken conclusies binnen de context niet accuraat zijn. Als belangrijke informatie wordt weggelaten uit het mentale model, kan inductief redeneren niet gepasseerd worden op deze informatie en kan de conclusie ook niet accuraat zijn.

Mentale modellen kunnen gebruikt worden om mogelijke uitkomsten van acties te simuleren. Net zoals bij inductief redeneren, kunnen deze simulaties resulteren in een accurate conclusie, maar niks is zeker. De accuraatheid van een conclusie hangt af van de accuraatheid van het mentale model. Een verkeerd mentaal model kan tot incorrecte gevolgtrekkingen leiden. ‘Typicality effects’ betreffen het beter classificeren als een object typisch is voor de categorie dan als deze atypisch is. Conjunctie fouten komen voort uit de representativiteit heuristiek, waarbij objecten toegeschreven worden aan categorieën gebaseerd op hoe typisch ze tot een bepaalde categorie horen. Het prototype is de ideale of meest typische lid van een categorie.

Abduction

Abduction is redenering waarbij nieuwe hypotheses worden gegenereerd om een patroon van observaties het beste te verklaren. Het betreft het verklaren van datapatronen, het onthalen van meerdere hypotheses en het bepalen van de beste uitleg. Bij abductief redeneren evalueren mensen elke hypothese relatief tot andere hypothesen, met als doel om de beste uitleg te vinden.

Hoe maken we beslissingen?

Er zijn twee theorieën over hoe mensen beslissingen maken: Normatieve theorieën stellen wat mensen moeten doen om de best mogelijke beslissingen te maken. Maar mensen maken vaak niet de beste beslissingen, dus descriptieve theorieën leggen uit hoe mensen werkelijk beslissingen maken.

Normative theory

Normative theory houdt zich bezig met hoe we zouden moeten kiezen tussen mogelijke acties onder ideale condities. De beslisser moet de actie kiezen die de grootste ‘utility’ (waarde) met zich meebrengt. Hoe mensen utility meenemen in hun besluitvormingsproces is onderzocht met gokken. De expected-utility theory geeft aan welke beslissing het beste is door het berekenen van welke beslissing de grootste waarde heeft. Expected-utility theory is erg invloedrijk geweest, omdat rationele keuzes gebaseerd moeten zijn op getallen. Dit betekent dat enkel een paar fundamentele regels van gedrag (axioms) gebruikt kunnen worden om erg complex besluitvormingsgedrag te deduceren. Maar zo simpel is het niet.

Descriptive theory

Mensen overtreden consistent de axioms van expected-utility theory en laten eigenlijk irrationeel keuzegedrag zien.

Transitiviteit en Framing

De axiom van transitiviteit houdt in dat als je A kiest boven B, en B over C, dan zou je A moeten kiezen over C. Echter overtredingen van transitiviteit komen voor omdat kleine verschillen tussen alternatieven in sommige situaties worden genegeerd en in andere situaties niet. Overtredingen komen dus voort uit vergelijkingen tussen verschillende kenmerken van alternatieven. Framing houdt in dat gekozen gedrag kan veranderen wanneer de context van keuzes verandert, zelfs wanneer de context de verwachte waardes van de keuzes niet veranderd. Een persoon wordt sterk beïnvloed door de manier waarop belangrijke informatie wordt gepresenteerd, voornamelijk omdat dit beïnvloed hoeveel aandacht mensen schenken aan verschillende attributen van een keuze. De stabiliteit van voor keur houdt is dat als A over B wordt gekozen in een situatie, dit in alle andere situaties ook zo zou moeten zijn. De context waarin iemands keuze is ‘geframed’ heeft een effect op de voorkeuren van een persoon, en hij of zij zal aandacht schenken aan andere kenmerken van de keuze in verschillende contexten.

Bounded rationality

Een beslisser baseert zijn of haar beslissingen op een gesimplificeerd model van de wereld. Er is sprake van een gelimiteerde hoeveelheid informatie die verwerkt kan worden op één moment. Satisficing is het overwegen van enkel de eigenschappen die voor jou het belangrijkst zijn en op basis hiervan een beslissing maken. Heuristieken produceren niet altijd een correcte of optimale beslissing, maar ze helpen mensen met het overkomen van hun cognitieve en aandacht limieten. Satisficing vindt daarom ook plaats door het gebruik van heuristieken. Voorbeelden:

• Bij elimination by aspects wordt het aantal te evalueren eigenschappen verminderd door alleen te focussen op de voor jou belangrijkste eigenschappen. Hierbij wordt begonnen met de meest belangrijke en vervolgens worden alleen de keuzes opengelaten die nog aantrekkelijk zijn op basis van deze eigenschap. Men heeft de neiging om beslissingen enkel te baseren op opvallende dimensies, vooral onder stress.

• Availability is het gemak waarmee gebeurtenissen opgehaald kunnen worden vanuit het geheugen. Gemakkelijk onthouden gebeurtenissen worden als waarschijnlijker gezien.

• Bij representativeness wordt de mate van overeenkomst tussen verschillende gebeurtenissen gebruikt om vast te stellen hoe waarschijnlijk het is dat een gebeurtenis zal plaatsvinden. Meer representatieve uitkomsten zullen als waarschijnlijker worden gezien.

Mensen zijn erg slecht in het maken van accurate kansschattingen. ‘Gambler’s fallacy’ ontstaat wanneer onafhankelijke gebeurtenissen niet meer als onafhankelijk worden gezien. Wanneer heuristieken worden gebruikt in het maken van schattingen, zullen deze schattingen systematische fouten bevatten. Beslissers hebben moeite met het samenvoegen van de waarschijnlijkheden van verschillende bronnen, waardoor deze schattingen zo vaak mogelijk geautomatiseerd zouden moeten worden. Wanneer een basis waarschijnlijkheid bekend is, zou deze informatie geïntegreerd moeten worden met huidige waarschijnlijkheden. Mensen denken vaak echter niet aan deze basis waarde. De neiging om conservatief te zijn in het aanpassen van waarschijnlijkheidsschattingen heet ‘anchoring’. Als complexe redeneertaken worden uitgevoerd, wordt vaak gebruik gemaakt van heuristieken. die de ‘mental workload’ verminderen. Dit zorgt vaak voor accurate oordelen, maar soms leidt dit ook tot fouten.

Wat draagt bij aan de verbetering van beslissingen?

Er zijn drie manieren om de kwaliteit van beslissingen te verbeteren: het ontwerpen van educatie en training programma’s; het verbeteren van het ontwerp van taakomgevingen; en het ontwikkelen van ‘developing decision aids’. Trainingen gefocust op het verbeteren van redeneren en beslissingen in het algemeen zijn niet effectief. Een training zou zich moeten richten op het verbeteren van prestatie in specifieke taakomgevingen, omdat redeneren meestal gebaseerd is op contextspecifieke kennis. Trainen op kansschatting helpt echter wel!

Beslissinghulpmiddelen

Besluitvormingsprestatie kan verbeterd worden met het geven van hulpmiddelen aan beslissers om de geheugen en informatieverwerking eisen van de taak te verminderen. Meestal is de rol van een besluithulpmiddel om de beslisser te dwingen om te conformeren aan de keuzes van de normatieve theorieën. Een benadering voor complexe besluitvorming is decision analysis, waarbij complexe problemen gestructureerd worden en opgedeeld worden in simpelere componenten. De verwachte utility wordt dan uitgerekend voor elke mogelijke beslissing en gebruikt om de beste oplossing aan te raden. Er zijn veel computergebaseerde besluitondersteuning systemen. Deze systemen hebben drie belangrijke componenten: een ‘user interface’, een ‘control structure’ en een ‘fact base’. Cased-based supportsystemen slaan geschikte analogieën op en halen deze weer op als dat nodig is. Ze helpen met besluitvorming, omdat mensen goed analogieën kunnen gebruiken bij het redeneren, maar het lastig vinden om ze op te halen uit het geheugen. Een recommendation system geeft informatie over de relatieve voordelen van alternatieve acties of producten.

Wat beïnvloed responsselectie? - Chapter 13 (2)

Zelfs als perceptie en cognitie foutloos verlopen, kan een operator nog steeds een ongeschikte of niet accurate actie uitvoeren. Dit is een ‘response-selection error’. responsselectie is hoe snel en accuraat mensen kunnen beslissen welk respons ze maken op een stimulus. responsselectie kan onderzocht worden in reactietijd taken. RT taken bestaan uit drie basis processen: Stimulus identificatie – responsselectie – response-executie. De responsselectie wordt voornamelijk beïnvloed door de relaties tussen de leden van de stimulus set en de reacties die bij elke horen.

Wanneer gebeuren simpele reacties?

Situaties waarin een enkele response is vereist op een stimulusgebeurtenis zijn ‘simple-reaction taken’. Hierbij spelen responsselectieprocessen een minimale rol, want er hoeft maar één response te worden uitgevoerd: er zijn geen keuzes. Echter moet er nog wel een beslissing worden gemaakt over de aanwezigheid of afwezigheid van de stimulus. De reactietijd wordt beïnvloed door hoeveel bewijs er nodig is voor de response. De RT hierbij zal sterk beïnvloed worden door stimulusfactoren: Als de stimulus opvallender wordt, dan zal de RT verminderen. Daarnaast wordt simpele RT beïnvloed door of de observator wel of niet voorbereid is om te reageren (snellere RT bij voorbereid). Een ongepaste response kan niet worden geselecteerd, want er is maar één response! Fouten ontstaan door het wel of niet reageren op het verkeerde moment.

Wat zijn keuze reacties?

Situaties waarin een keuze moet worden gemaakt tussen meerdere mogelijke reacties op een stimulus zijn ‘choice-reaction tasks’. Meestal kunnen veel responses worden gegeven op vele verschillende stimuli. De meeste variabelen die simple reaction time beïnvloeden (zoals stimulus intensiteit en ‘state of readiness’) beïnvloeden ook de choice RT. Toch zijn er ook andere factoren van belang, zoals de relatieve nadruk op snelheid of accuraatheid; het waarschuwingsinterval; de mate van onzekerheid; comptabiliteit van stimuli en reacties en oefening.

Speed-accuracy trade-off

In choice-reacties tasks, kan een verkeerde response worden gegeven. De tijd om een response te geven hangt af van hoe accuraat de keuze moet zijn. De ‘speed-accuracy trade-off function’ laat verschillende combinaties van snelheid en accuraatheid zien voor een enkele keuzesituatie. De speed-accuracy trade-off kan verklaard worden door ‘information accumulation models’ (zoals gepresenteerd bij simpele RT taken). Bewijs stapelt zich op en wordt opgeslagen voor elke response apart en een response wordt geselecteerd als er genoeg bewijs voor de reactie is. De threshold hoeveelheden van bewijs over de alternatieven reflecteren de bias van de observeerder: Hoe lager het threshold, hoe groter de bias voor die response. Variabelen kunnen beïnvloeden hoe efficiënt de informatie wordt opgeslagen en beïnvloeden de threshold voor bewijs voor elke response (alcohol zorgt er bijvoorbeeld voor dat informatie minder goed kan worden opgeslagen).

Temporele onzekerheid

Kennis over wanneer een stimulus zal plaatsvinden beïnvloed de reactiesnelheid in keuzereacties. Reactie tijden zijn een U-gevormde functie van waarschuwingsinterval (RTs verlagen tot een minimum en stijgen dan als het interval langer wordt). Het errorpercentage laat een omgekeerde vorm zien: errors nemen toe en daarna weer af als het waarschuwingsinterval toeneemt. Langzamere RTs gingen samen met betere accuraatheid, wat een speed-accuracy trade-off demonstreert. Voorbereid zijn om te reageren zorgt voor een lager threshold om te reageren, maar niet in een verbeterde efficiëntie van informatieopeenstapeling. Hoe effectief waarschuwingssignalen zijn hangt af van hoeveel tijd de operator heeft om te reageren. Als er erg snel een response moet worden gegeven, dan zal de waarschuwing iets van de tijd in beslag nemen die gebruikt kon worden voor de verwerking van en reactie op de gebeurtenis.

Stimulus-response onzekerheid

Choice RT is een lineaire functie van de hoeveelheid verwerkte informatie = Hick-Hyman law: RT neemt toe als onzekerheid toeneemt/Hoe minder informatie wordt verwerkt, hoe lager de RT. De Hick-Hyman law stelt dat, in de meeste situaties, de RT met een constante hoeveelheid zal toenemen voor elke verdubbeling van het aantal verschillende mogelijke signalen en geassocieerde reacties. Hoe minder alternatieven, hoe sneller de operator kan reageren. Deze ‘law’ lijkt voort te komen uit het feit dat subjecten een constant niveau van accuraatheid voor elke stimulus-response set sizes proberen te behouden. Hierbij wordt de response waarvoor het bewijs de threshold als eerste bereikt geselecteerd. Het toevoegen van een alternatieve keuzemogelijkheid voegt ook een mogelijkheid toe voor het selecteren van een foute respons. Hierdoor moeten alle response thresholds omhoog gesteld worden. Het aantal alternatieven lijkt echter weinig effect te hebben voor zeer compatibele of erg geoefende stimulus-response relaties.

Wat zijn principes van compatibiliteit?

Stimulus-response compatibility

Reacties waren sneller en meer accuraat voor combinaties van stimulus sets en response sets die natuurlijk overeenkwamen dan voor combinaties die dat niet deden. Dit is stimulus-response (S-R) compatibiliteit en is te danken aan cognitieve representaties gebaseerd op ruimtelijke locaties van de stimulus en de response set. Een veel gebruikte procedure voor het bestuderen van S-R compatibiliteit is een tweekeuze taak waarbij visuele stimuli links of rechts van een centraal fixatiepunt worden gepresenteerd. Hierbij zijn reacties sneller en meer accuraat als ze compatibel zijn met de stimulus locaties. S-R compatibiliteit effecten vinden ook plaats als stimulus locatie irrelevant is voor het vaststellen van de correcte response. Het Simon effect is een speciaal geval van S-R compatibiliteit waarbij de locatie van de stimulus irrelevant is voor de reactie die moet worden gemaakt (bijv. correspondentie tussen de locatie van lichten en reacties zorgt voor een snellere en betere reactie). Responselocatie is belangrijker dan de hand die gebruikt wordt om de response uit te voeren (= een voordeel tussen stimulus en response posities). De hoeveelheid comptabiliteit wordt niet bepaald door de absolute fysieke locaties van stimulus en respons, maar hun relatieve locaties. Stimuli en de locaties van responsen zijn mentaal categorisch gecodeerd (links of rechts) met hun relatieve posities. S-R compatibiliteit effecten vinden plaats als er een overeenkomst is tussen de cognitieve representaties van de stimulus en response sets. S-R compatibiliteit ontstaat als de eigenschapdimensies gelijk zijn tussen de stimulus en response sets. Compatibiliteit effecten vinden plaats als stimulus-response dimensies conceptueel overlappen. Toch zijn compatibiliteit effecten het sterkst als de dimensies ook fysiek gelijk zijn (het veranderen van de reactie op de woorden ‘links’ en ‘rechts’ van knopjes naar het uitspreken van deze woorden).

De theory of Event Coding stelt dat codes voor stimuli en reacties dezelfde cognitieve systemen delen die zorgen voor perceptie, aandacht en actie. Een actie beïnvloed perceptie volgens deze theorie. En acties zijn gecodeerd in termen van de bijbehorende effecten. ‘Blindness to response-compatible stimuli’ houdt in dat mensen minder goed zijn in het identificeren van een stimulus die kort wordt aangeboden als deze stimulus een eigenschap bevat die compatible is met een voorbereide response.

S-C-R compatibility

Bij complexe taken is de rol van cognitieve mediatie in responsselectie ook van belang. Men kwam met de term ‘stimulus-central processing-response (S-C-R) compatibility’ om deze centrale processen in acht te nemen. Het mediatie proces (C) reflecteert het mentale model van de operator voor de taak. Compatibiliteit zal plaatsvinden in de mate waarin de stimuli en reacties corresponderen met de eigenschappen van het mentale model. Codes moeten passend gemaakt worden met de input en output om S-C-R compatibiliteit te maximaliseren. Een goed mentaal model, die de conceptuele taakrelaties van de taak accuraat representeert, zal betere en efficiëntere prestatie toestaan dan een slecht mentaal model. Compatibiliteit effecten beïnvloeden prestatie in een breed scala aan taken die meer complex zijn dan die uitgevoerd zijn in het laboratorium.

Oefening en responsselectie

Prestatie op choice-reaction taken verbetert met oefening. Echter zullen de voordelen klein zijn als de ‘mapping’ van stimuli tot reacties varieert. Als dit niet te veel varieert, dan komt de verbetering in prestatie overeen met de ‘power law’. De power law laat een graduele, continue verandering zien van ongeoefendheid tot geoefendheid. Echter kan het ook zo zijn dat er een kwalitatieve verandering over de tijd plaats vindt, waarin de procedures die worden gebruikt aan het einde van het oefenen niet hetzelfde zijn als degene die aan het begin werden gebruikt. Reacties worden sneller, maar S-R compatibiliteit effecten nemen ook af met oefening. Echter gaan ze nooit helemaal weg. Mentale representaties blijven een belangrijke rol spelen in de vertaling tussen stimuli en reacties, zelfs voor goed getrainde performers. Doordat de S-R compatibiliteit effecten blijven bestaan, kan slechte display-controle ordening resulteren in verminderingen van prestatie die niet goed kan worden bestreden met oefening.

Wat zijn irrelevante stimuli?

Het Simon effect is gelijk aan een compatibiliteitseffect, met de uitzondering dat de factoren die voor een Simon effect zorgen irrelevant zijn voor de taak. Het effect reflecteert een aangeboren neiging om je te richten of te reageren op een stimulus. Wanneer deze neiging om te reageren niet overeenkomt met de correcte response, moet deze neiging om te reageren eerst geïnhibeerd worden voordat een correcte response gegeven kan worden. Er wordt dus automatisch een spatiële response code geactiveerd. Deze automatische activering wordt toegeschreven aan erg goed aangeleerde, en misschien wel aangeboren, associaties tussen overeenkomende stimulus en response locaties. Net als andere S-R compatibiliteitseffecten blijft het effect bestaan na veel oefening. De ervaringen van een operator in specifieke contexten kan het normale voordeel voor ruimtelijke correspondentie wat een designer verwacht te vinden omdraaien. In veel situaties kunnen meerdere referentieframes worden gebruikt om de locatie van stimuli en reacties te coderen. Factoren zoals opvallendheid van verschillende referentieframes en instructies die een frame boven een andere benadrukken, kunnen bepalen welk frame de prestatie het meeste zal beïnvloeden. Het Stroop effect is verwant aan het Simon effect. Het verschil is alleen dat het Stroop effect lijkt te ontstaan door strijdende stimulusdimensies en het Simon effect door strijdende reactiedimensies. Het Eriksen flanker effect ontstaat wanneer identificatie van een target stimulus (meestal een letter) beïnvloed wordt door flankers (irrelevante letters) die rondom de target aangeboden worden. Al deze effecten illustreren dat irrelevante stimulusattributen prestatie kunnen verstoren als ze in conflict zijn met de taakrelevante stimulus en reactieattributen. Dit reflecteert het gelimiteerde vermogen van de mens om selectief aandacht te besteden aan relevante taakdimensies en om irrelevante informatie te negeren. Interfacedesigns moeten de mogelijkheid voor verstoring en conflict tussen informatiebronnen minimaliseren.

Wat zijn duale taken en wat is sequentiële prestatie?

In de meeste situaties moeten mensen verschillende taken of taakcomponenten tegelijk uitvoeren. In deze meer complexe taken, moeten we in acht nemen hoe goed een persoon meerdere reacties kan selecteren en coördineren.

Psychological refrectory period effect

Dit is onderzocht met het duale taak paradigma. In dit paradigma worden twee stimuli snel achter elkaar aangeboden. Elke stimulus vereist een andere reactie. Hierbij wordt de RT voor de tweede stimulus langer hoe sneller deze verschijnt na de eerste stimulus. Als de tijd tussen de stimuli langer wordt, wordt de RT voor de tweede stimulus sneller. Dit is het psychological refractory period (PRP) effect. Het PRP effect wordt meestal toegeschreven aan een centrale responsselectie bottleneck. Volgens deze uitleg kan responsselectie voor de tweede stimulus niet beginnen, voordat dit is afgerond voor de eerste stimulus. Er is een lineaire vermindering in RT voor de tweede stimulus als het interval tussen stimulus onsets toeneemt. Aangezien er geen bottleneck voor stimulusidentificatie is, zal het vermoeilijken van de identificatie van de tweede stimulus geen verandering in de RT voor de tweede taak produceren. Er is veel data in overeenstemming met het responsselectie bottleneck, maar er is ook inconsistente data: Er zijn namelijk backward cross-talk effecten (prestatie op de eerste taak wordt soms beïnvloed door variabelen die gerelateerd zijn aan de responsselectie voor de tweede taak). Deze effecten zorgen voor alternatieve modellen die stellen dat er ook condities zijn waarbij geen PRP effect zal plaatsvinden. Het ene model zegt dat response selectie een centrale bron gebruikt met een gelimiteerde capaciteit die gedeeltelijk verdeeld kan worden over elke taak. Het andere model neemt aan dat de centrale bron voor response selectie een ongelimiteerde capaciteit heeft en dat de bottleneck strategisch wordt gecreëerd om te verzekeren dat de response op de eerste taak gemaakt wordt vóór de tweede taak. Het PRP effect kan inderdaad teniet worden gedaan. Response selectie zal dus vertraagd worden als twee taken vlak na elkaar moeten worden uitgevoerd, maar deze vertraging kan verminderd worden onder bepaalde omstandigheden.

Stimulus en responseherhaling

RTs zullen het snelst zijn op een trial waarin de stimulus en reactie hetzelfde zijn als op het voorgaande trial. Dit herhalingseffect zal het grootst zijn als de stimulus voor het volgende trial erg snel na de reactie plaatsvindt. Ook wordt de sterkte van het effect beïnvloed door een aantal andere factoren. Zo geeft responseherhaling het meeste voordeel als responsselectie moeilijk is. De interactie tussen herhaling en gemak van responsselectie vindt plaats omdat herhaling het mogelijk maakt voor de persoon om het normale proces van responsselectie over te slaan als de stimulus-response link al geactiveerd is.

Voorkeuren voor controlerende acties

We weten minder over hoe actieselectie plaatsvindt bij het bedienen van een apparaat, maar onderzoek naar grip patterns en display-control relationships geven wat inzicht. Grip patterns zijn de bewegingen van ledematen en plaatsingen van de vingers die gebruikt worden om een object te grijpen en te bedienen. Grip patterns worden beïnvloed door eigenschappen van het object waarnaar gereikt wordt en het bedoelde gebruik van het object. Men wil de bewegingsinspanning minimaliseren bij het rijken naar objecten. Een populatie stereotype is de associatie tussen display en bediening die intuïtief wordt gemaakt, het is de meest natuurlijke relatie tussen een bedieningspaneel en een visuele indicator. De populatie stereotypes worden ook gevonden als er geen directe relatie is tussen het display en de bediening. Hierbij zijn vier principes van belang:

1. Met de klok mee komt overeen met rechts of omhoog;

2. Warrick’s principe (als de bediening zich naast het display bevindt, dan zou de wijzer in dezelfde richting moeten bewegen als de kant van de bediening die het dichtst bij het display ligt);

3. Met de klok mee komt overeen met een toename;

4. Scale-side principe (Verwacht wordt dat de indicator in dezelfde richting beweegt als de kant van de bediening die naast de displayschaal zit).

Net zoals bij Gestalt organisatie is het mogelijk om de mate waarin een bepaalde display-bediening relatie consistent is met deze principes te variëren. De display-bediening relatie wordt ook beïnvloed door de oriëntatie van de operator. Hierbij blijkt visual-motor compatibiliteit het meest van belang, onafhankelijk van de fysieke oriëntatie van de persoon. De dominantie van visual-motor compatibiliteit suggereert dat het het beste is om bediening te bepalen in relatie tot de operator. Er zijn ook populatie stereotypes voor complexe 3D displays. Prestatie kan verminderen onder normale condities als display-bediening relaties niet overeenkomen of inconsistent zijn met populatie stereotypes. Het is altijd het beste om display-bediening relaties te gebruiken die erg in overeenstemming zijn met populatie stereotypes.

Welke omgevingsfactoren zijn van invloed op de mens? - Chapter 17 (2)

Environmental ergonomics is de studie naar human factor problemen in relatie tot de fysieke omgeving. We kijken naar de volgende omgevingsfactoren: verlichting, vibratie en klimaat.

Wat triggert verlichting?

Verlichting beïnvloedt taakprestatie doordat het visuele perceptie kan beperken. Slechte verlichting kan ook effecten hebben op de gezondheid en slechte invloeden op het humeur. Verlichtingsoverwegingen worden bepaald door 4 human factors issues:

1. Hoe belangrijk lichtniveaus zijn om de taak uit te voeren;
2. De snelheid en accuraatheid waarmee de taak moet worden uitgevoerd;
3. Het comfort van de persoon;
4. De subjectieve impressies van de verlichtingskwaliteit van de persoon. Verschillende verlichtingsoplossingen hebben verschillende kosten. De human factors expert moet de kosten afwegen tegen de gevolgen.

Lichtmetingen

Illuminantie is de hoeveelheid licht die valt op een oppervlakte en luminantie is de hoeveelheid licht die door een oppervlakte gegenereerd wordt. Beide hangen af van luminous flux, wat wordt gemeten in lumens. Lumens representeert de hoeveelheid zichtbaar licht in een lichtbron. Luminantie en illuminantie kunnen gemeten worden met een photometer. Illuminantie is afhankelijk van de afstand tussen het oppervlakte en de lichtbron. Contrast (het verschil in luminantie tussen twee gebieden in het visuele veld) kan ook gemeten worden met een photometer. Ontwerpers van werkomgevingen houden zich meestal vooral bezig met illuminantie, omdat dit de effectieve hoeveelheid licht energie meet voor een bepaalde werkomgeving. De illuminantie voor een kantoor zou tussen de 300 en 500 lx bij werkplaatsen moeten hebben en thuis zijn lagere niveaus van illuminantie nodig.

Lichtbronnen

Optimale verlichtingsoplossingen zullen een kwaliteit van licht leveren wat geschikt is voor de uitgevoerde taak in de omgeving terwijl de kosten van het lichtsysteem worden geminimaliseerd. We kunnen onderscheid maken tussen natuurlijk licht (zonlicht) en artificieel licht. Natuurlijk licht is niet duur en zorgt voor heldere kleuren. Echter is het niet erg betrouwbaar; het varieert veel. Er zijn nu verscheidene opties voor dagverlichting. Met ‘permanent supplementary artificial lighting installation’ (PSALI) wordt artificieel licht toegevoegd aan het natuurlijk licht, waarbij een uniforme lichtdistributie over alle gebieden wordt gecreëerd. Lampen die het meest gebruikt worden zijn incandescent (de meest voorkomende lamp; laag in kosten, maar minst efficiënt) en fluorescent (hebben minder stroom nodig en gaan langer mee dan incadescent, maar lichtoutput verminderd over de levensloop van de lamp). Er zijn echter andere lampen die veel efficiënter zijn dan incandescent en fluorescent lampen. Al zijn deze veel duurder en hun kleuruitbeelding vermogen kan veel slechter zijn, door pieken in hun spectrale frequentiedistributies. De incandescent en fluorescent spectra zijn veel ‘smoother’. Daarnaast kan licht direct of indirect zijn. Directe verlichting valt direct van de lichtbron op een oppervlakte. Indirecte verlichting is gereflecteerd van andere oppervlakten, voordat het op het werkoppervlakte valt. Direct licht resulteert vaak in glare (verblindend licht) en indirect licht is niet erg effectief voor werk waarbij precieze visuele inspectie vereist is.

Illuminatie en prestatie

Illuminatie zal het grootste effect hebben op taken die afhangen van de visuele perceptie. Vaak maakt het simpel verhogen van de illuminatie een visueel moeilijke taak niet makkelijk. Prestatie verbetert als grootte, illuminatie en contrast toenemen. Het is heel erg lastig om externe variabelen in de werkomgeving te controleren bij onderzoek naar illuminatie en prestatie. Nieuwe verlichting kan prestatie in de werkomgeving beïnvloeden via een aantal andere mechanismen: visuele comfort; visuele sfeer; inter-persoonlijke relaties; werktevredenheid en biologische mechanismen (bijv. circadiane ritmes en alertheid). Het is dus lastig om conclusies te trekken over de relatie tussen verlichting en taakprestatie in veldstudies, maar we kunnen meer zeker zijn over wat we observeren als we de taakomgeving verplaatsen naar het laboratorium. Het blijkt hieruit dat het effect van het vergroten van de illuminatie afhangt van de specifieke taak die wordt uitgevoerd. Illuminatie en contrast zijn vooral van belang bij het ontwerpen van werkplaatsen geschikt voor oudere volwassenen, omdat visuele scherpte snel verminderd met het ouder worden. Naast prestatie is visueel ‘comfort’ ook van belang. Een visuele omgeving is comfortabel als werknemers in die omgeving een perceptuele taak met weinig moeite of afleiding en zonder stress kunnen afronden. Een belangrijke factor bij het voorspellen van visueel comfort is de ratio van luminantie van een object- of taakgebied in verhouding tot de luminantie van de omgeving.Veel van wat een lichtschema verkiesbaar maakt boven een ander is subjectief: dus sommige omgevingskwaliteiten zijn geen functies van luminance flux.

Glare

Glare is licht van een hoge intensiteit dat voor discomfort kan zorgen en de perceptie van objecten met een lagere intensiteit kan verstoren. Glare kan direct (door lichtbronnen in het visuele veld) of gereflecteerd (door objecten en oppervlakten die licht reflecteren) zijn. Gereflecteerde glare kan voorkomen worden door het plaatsen van lichtbronnen en werkoppervlakten op zo’n manier dat lichtbronnen niet in een ‘offending zone’ zijn. De offending zone is waar licht vanuit een bron via het werkoppervlak in het oog zal reflecteren. Discomfort van glare neemt toe als de luminantie en het aantal glare bronnen toeneemt, maar aangezien discomfort subjectief is hangt het ook af van andere factoren dan lichtintensiteit. Er zijn verschillende metingen van visueel discomfort, zoals de ‘visual comfort probability (VCP) method’. De VCP wordt uitgedrukt in het percentage mensen dat het niveau van directe glare in de omgeving acceptabel vindt (dit is geen probleem als het 70 of meer is).

Lawaai

Lawaai is ongewenst achtergrondgeluid wat irrelevant is voor de taak die iemand probeert uit te voeren. Een auditieve stimulus kan opgedeeld worden in zijn componentfrequenties. Elke frequentie in een geluid heeft een amplitude die omschrijft hoeveel van die frequentie bijdraagt aan het gehele geluid. Als we de intensiteit (amplitude) van lawaai meten, moeten we ons bezig houden met deze verschillende frequenties, omdat mensen beter zijn in het horen van bepaalde frequenties. Een ‘sound-level meter’ geeft een enkele meting van de gemiddelde amplitude over het auditieve spectrum. Deze meter moet verschillend ingesteld zijn om lawaai te meten voor verschillende intensiteitsniveau. Meestal heeft deze meter dan ook drie verschillende kalibreerschalen. Meestal zal lawaai echter fluctueren. De meeste sound-level meters kunnen accommoderen voor deze veranderingen, omdat ze ‘langzame’ en ‘snelle’ instellingen hebben die verschillen in de lengte van het tijdsinterval waarin het lawaai worden gemiddeld. De prestatie van een persoon kan eronder lijden als deze in een erg luidruchtige omgeving moet werken. Maskering verstoort de communicatie en de waarneming van auditieve displays. Lawaai kan concentratie bij het lezen of luisteren verhinderen en het kan voor emotionele reacties zorgen (kan prestatie verbeteren of verslechten). Een evaluatie van de lawaainiveaus in een omgeving kunnen lastig zijn, omdat het accepteren van verschillende lawaainiveaus afhangt van de taak die moet worden uitgevoerd en de manier waarop lawaainiveaus gemeten worden hangt af van de achtergrond intensiteit en frequenties van ander lawaai in de omgeving. Een ‘noise criterion curve’ specificeert het maximale intensiteitniveau voor lawaai van verschillende frequenties in verschillende omgevingen wat niet verstorend zal zijn.

Gehoorverlies

‘Threshold shifts’ zijn een blijvende vermindering in auditieve sensitiviteit door constante blootstelling aan erg hoge lawaainiveaus. Korte blootstelling aan hoge lawaainiveaus kan zorgen voor een tijdelijke threshold shift bij iedereen (een verschuiving gemeten 2 min na de blootstelling). Human factor engineers moeten bepalen of de blootstelling aan lawaai in de omgevingen die ze bestuderen groot genoeg is voor mogelijke short-term hearing impairment. De hoeveelheid gehoorverlies wordt uitgedrukt in de magnitude van de threshold shift. De maximale blootstellingduur zal afnemen met toenemende dB. Plotselinge luide geluiden leveren extreem hoge druk op het binnenoor. Dit soort lawaai kan leiden tot blijvende schade van het binnenoor.

Lawaaivermindering

Oorbescherming is de simpelste manier om lawaai te controleren. Je hebt twee categorieën: Oordoppen en oorkappen. Er zit een verschil tussen de beoordeling van lawaaivermindering van de fabrikant en de bescherming wat het middel werkelijk biedt. Daarom moet er een grote veiligheidsmarge zijn tussen het werkelijke lawaainiveau en de beoordeling van het middel. Daarnaast moet de gebruiker getraind zijn om het product te gebruiken en leren te begrijpen waarom oorbescherming belangrijk is.

Wat is vibratie?

Vibratie verwijst naar elke trillende beweging. Vibratie kan beschreven worden met amplitude, frequentie en de dimensie waarin een vibratie zich beweegt. Vibratie wordt gemeten met een ‘accelerometer’. De meest voorkomende omschrijvende meting van vibratie is de ‘root-mean-square (RMS) value’. Aanhoudende blootstelling aan vibratie kan bepalend zijn voor de gezondheid van de operator en kan prestatie verstoren. Er kan onderscheid gemaakt worden tussen ‘whole-body vibration’ en ‘segmental vibration’ voor bepaalde lichaamsdelen.

Whole-body vibratie

Vibratie discomfort zal toenemen als de amplitude van de vibratie toeneemt. De RMS, blootstellingstijd en frequentie (schadelijker als deze dicht bij de resonantiefrequentie (5 Hz) ligt van de operator) zijn van belang voor de beleefde discomfort van de vibratie. Whole-body vibratie verstoort visie en manuele controle en het kan gezondheidseffecten hebben, zoals pijn in de onderrug en beschadiging aan de wervelkolom. Een manier om de whole-body vibratie voor voertuigoperators te verminderen, is door het herontwerpen van de stoel van de operator.

Segmental vibratie

Segmental vibratie vindt plaats bij de hand en armen bij het gebruik van ‘power tools’. De arm heeft heel weinig resonantie en hierdoor worden de meeste vibraties geabsorbeerd door de hand en voortgebracht naar de arm. Als de vibratie frequentie verhoogt, wordt minder vibratie voortgebracht naar de arm. Segmental vibratie kan er voor zorgen dat een persoon de bewegingen verkeerd waarneemt wat kan zorgen voor inaccurate bewegingen en mogelijke ongelukken. Lange termijn gebruik van vibrerende power tools kan leiden tot cumulatief letsel. De blootstelling die een persoon kan tolereren is een afnemende functie van de intensiteit van de vibratie.

Wat weten we over thermische comfort en luchtkwaliteit?

Temperatuur en luchtvochtigheidextremen kunnen de capaciteiten van een persoon ernstig verminderen. Om het klimaat in een werkomgeving te evalueren refereren we vaak naar een ‘comfort zone’: een range temperaturen en luchtvochtigheidsniveaus die mensen acceptabel vinden gegeven de restricties die de taak die ze proberen uit te voeren met zich meebrengt. Zwaar werk zal de comfort zone naar lagere temperaturen verplaatsen. We kunnen ook ‘discomfort zones’ bepalen. Discomfort ontstaat als het lichaamstemperatuur regulatiesysteem wordt overbelast. Extreme kou en hitte kunnen schadelijk zijn voor het vermogen van een persoon om complexe taken uit te voeren. Ook moeten we ons bezig houden met de luchtkwaliteit in gesloten ruimten. Om de luchtkwaliteit van een omgeving te evalueren meten we de verontreinigende stoffen (die worden verspreid door luchtverplaatsing). Het discomfort dat veroorzaakt wordt door slechte luchtkwaliteit kan een negatieve impact hebben op prestatie en productiviteit. Sick building syndrome is een functie van medische, psychologische en sociale factoren. Het ontstaat als de luchtkwaliteit binnen een gebouw slecht is, waardoor mensen in dat gebouw symptomen zoals hoofdpijn, oogirritaties en ademhalingsproblemen krijgen. Luchtkwaliteit kan verbeterd worden door filters in luchtreinigers of door verhoging van de ventilatie (verschillende gebouwen vereisen hogere of lagere luchtcirculatieniveaus).

Wat weten we over stress?

Stress is een fysiologische en psychologische reactie op onplezierige of ongebruikelijke condities, genaamd stressors. Alle stressors veroorzaken dezelfde niet-specifieke eis op het lichaam om te adapteren. Deze eis voor adaptatie is stress. Acute stress kan intens zijn en prestaties beïnvloeden; chronische stress is zowel fysiek en psychologisch schadelijk voor een persoon.

General Adaptation Syndrome en stressors

Hans Selye karakteriseerde stress als eerste als een fysiologische reactie. Hij introduceerde het General Adaptation Syndrome wat gekenmerkt wordt door stages van fysiologische reacties van toenemende intensiteit. De eerste stage in het syndroom is de alarm reactie waarbij adrenaline aan de bloedsomloop wordt afgescheiden. Daarna vindt de ‘resistance’ stage plaats waarbij adrenaline niet langer wordt afgegeven en waarin het lichaam zich aanpast aan de aanwezigheid van de stressor. In de laatste stage, de ‘exhaustion’ stage, zijn bronnen uitgeput en begint het afbreken van het weefsel. Stress is niet alleen een functie van fysiologische factoren, maar ook van psychologische factoren. De meest belangrijkste factor is waarschijnlijk hoe een persoon de situatie beoordeelt of interpreteert. Extreme stress kan het vermogen om beslissingen te maken ernstig schaden. Deze beoordeling kan beïnvloed worden door hoeveel controle een individu heeft over de situatie en of hij begrijpt waarom de situatie is ontstaan. Hypervigilance is bijvoorbeeld een paniekstaat waarin iemands geheugen verminderd is en het denken uitermate simpel wordt. Hypervigilance kan bijdragen aan errors die mensen maken in noodsituaties. Er zijn drie soorten stressors: fysieke en sociale stressors en drugs. Externe stressors komen voort uit veranderingen in de omgeving, interne stressors komen voort uit de natuurlijke dynamiek van het menselijk lichaam. Stress kan tijdelijk of aanhoudend zijn. Drugs en fysieke en sociale factoren zorgen voor externe stress; cyclusveranderingen en vermoeidheid zorgen voor interne stress. Fysieke stressors beïnvloeden de stressstaat van een persoon direct en worden op zekere hoogte bemiddeld door de cognitieve beoordeling van de situatie. Sociale stressors worden volledig bemiddeld door cognitieve beoordeling. Drugs hebben een primair effect op de stressbeleving en ze kunnen het vermoeidheidsniveau beïnvloeden, wat vervolgens de stressstaat beïnvloed. Het effect van een bepaalde stressor kan afhangen van wat een persoon probeert te doen. Het effect van een stressor op de stressstaat kan groter zijn als andere stressors aanwezig zijn.

Occupational stress (stress geassocieerd met het werk van een persoon): Kan voortkomen uit de fysieke en sociale omgeving, organisatorische factoren, de taak en de persoonlijke attributen en vaardigheden van een persoon. De mate waarin een werknemer niet goed past bij zijn baan is deels bepalend voor het stressniveau dat hij zal ervaren. Er zijn een aantal interventies die occupational stress kunnen helpen te verminderen. Sommige werkomgevingen zijn ‘contained’: een persoon kan de werkomgeving niet verlaten, omdat het de enige omgeving is waar leven wordt ondersteund (bijv. ruimtevaart). Omdat stressors niet kunnen worden verwijderd uit deze omgeving, kan stress het best gecontroleerd worden door zorgvuldige ‘screening’ van de kandidaten.

Begrippenlijst van Human Factors in Simple and Complex Systems - Proctor & van Zandt - 2e druk

Hoofdstuk 1: de historische basis van `human factor`

Begrippen

Hoofdstuk 3: Betrouwbaarheid en menselijke fouten in systemen

Begrippen

Hoofdstuk 5: Visuele waarneming

Begrippen

Hoofdstuk 6: Waarneming van objecten

Begrippen

Hoofdstuk 7: Horen (blz. 165-182)

Begrippen

Hoofdstuk 8: Auditieve signalen (blz. 217-224)

Begrippen

Hoofdstuk 9: Aandacht en de beoordeling van de mentale werkbelasting

Begrippen

Hoofdstuk 11: Problemen oplossen en beslissingen maken

Begrippen

Hoofdstuk 13: Responseselectie

Begrippen

Hoofdstuk 17: Omgevingsfactoren

Begrippen

Oefenmateriaal van Human Factors in Simple and Complex Systems - Proctor & van Zandt - 2e druk

Oefenvragen Hoofdstuk 1

1. Wat is het verschil tussen mensen die werkzaam zijn onder ‘human performance’ en mensen die werkzaam zijn onder ‘human factors’?
2. Leg de overeenkomsten en verschillen uit tussen de mens en computer in een ‘human-computer system’.
3. Benoem de drie contributies die Taylor (1911/1967) maakte aan de verbetering van de productiviteit op de werkvloer.

Oefenvragen Hoofdstuk 3

1. Benoem een aantal implicaties die belangrijk zijn voor het evalueren van menselijke betrouwbaarheid en fouten.
2. Er bestaan 2 verschillende soorten systemen. Beschrijf deze systemen en geef van elk systeem een voorbeeld.
3. Meister (1989) identificeerde een aantal variabelen van eigenschapen van een systeem die voor een deel bepalen wat voor eisen een operator nodig heeft om een systeem efficiënt te kunnen bedienen. Deze variabelen kunnen onderscheiden worden in twee types. Beschrijf deze twee types.
4. Gebreken aan het design van een systeem vallen in drie groepen. Welke groepen zijn dit?
5. Er bestaan verschillende standpunten over wat menselijke fouten veroorzaakt. Beschrijf twee van de vijf standpunten die bestaan.
6. Het is handig om verschillende soorten menselijke fouten te categoriseren aan de hand van een taxonomie. Beschrijf de taxonomieën van actie, mislukking, verwerking en intentie.

Oefenvragen Hoofdstuk 5

1. Waarom is het vermoeiend om tekst op een computerscherm te lezen?
2. Hoe komt het dat we het bijna nooit merken als een beeld in de blinde vlek van het oog valt?
3. Beschrijf het verschil tussen het parvocellulair en het magnocellulair systeem.
4. Waarom heeft het staafjes systeem een lagere acuity en een hogere sensitiviteit dan het kegeltjes systeem?
5. Hoe komt het dat licht dat valt in de periferie van de retina feller lijkt dan licht dat valt op de fovea?
6. De donker-adaptatie functie toont de sensitiviteit voor licht als functie van tijd in het donker. Hoe komt het dat er een klik zit in deze functie?
7. Beschrijf wat de Purkinje shift inhoudt.
8. Wat is het verschil tussen brightness en lightness?

Oefenvragen Hoofdstuk 6

1. Beschrijf de principes die ervoor zorgen dat je een figuur van een achtergrond kan onderscheiden.
2. Beschrijf 3 verschillende Gestalt groepeer principes.
3. Wat zijn de twee verschillende occulomotorische diepte aanwijzigingen? Op welke afstanden zijn deze twee aanwijzingen bruikbaar?
4. Beschrijf wat monoculaire visuele diepte aanwijzingen inhouden. Geef hierbij 4 voorbeelden.
5. Beschrijf de werking van een stereoscoop.
6. Hoe werkt de Ponzo illusie (zie figuur 2)?
7. Welke twee aparte systemen zorgen voor de perceptie van beweging?

Oefenvragen Hoofdstuk 7

1. Wat is het akoestische reflex? Hoe komt het dat het akoestische reflex geen bescherming biedt voor hele korte harde geluiden, zoals de shot van een geweer?
2. Beschrijf het verschil in functie tussen de binnenste en de buitenste haarcellen.
3. De waargenomen luidheid van een toon kan beïnvloed worden door zijn frequentie. Beschrijf twee conclusies die je kunt trekken uit equal-loudness contours.
4. Noem 2 variabelen, anders dan frequentie, die toonhoogte kunnen beïnvloeden.
5. Beschrijf 3 Gestalt groepeer principes die van toepassing kunnen zijn op geluiden.
6. Waarom is het moeilijk om geluiden vertikaal te lokaliseren?

Oefenvragen Hoofdstuk 8

1. Benoem 3 richtlijnen die gebruikt kunnen worden om te bepalen hoe een auditief signaal optimaal wordt gedetecteerd.
2. Benoem 3 methodes die ervoor zorgen dat spraak signalen minder gemaskeerd worden door achtergrondruis.

Oefenvragen Hoofdstuk 9

1. Beschrijf het verschil tussen de bottleneck, resource en executive control modellen van aandacht.
2. Wat is een POC curve? Er zijn een aantal dingen die afgeleid kunnen worden uit deze curve. Leg de termen ‘independence point’, ‘performance efficiency’, en ‘cost of concurrence’ uit.
3. Er zijn vele factoren die de afname van alertheid in sensitiviteit beïnvloeden. Benoem 2 van deze factoren.
4. Vanuit welk model van aandacht komt het concept van de mentale werklast?
5. Benoem 3 criteria waaraan een techniek om de werklast te bepalen moet voldoen.
6. Er bestaan veel verschillende psychofysiologische meetmethoden om werklast te meten. Deze meetmethoden vallen over het algemeen in twee categorieën. Wat zijn deze twee categorieën? Geef bij elke categorie een voorbeeld van een techniek die vaak gebruikt wordt.
7. Subjectieve beoordelingstechnieken kunnen gebruikt worden om te bepalen hoe operators taken zelf beoordelen. Deze manier van meten heeft echter een aantal beperkingen. Noem een van deze beperkingen.
8. Wat is het verschil tussen analytische en empirische technieken om mentale werklast te bepalen?

Oefenvragen Hoofdstuk 11

1. Beschrijf wat de termen conditioneel en categorisch redeneren inhouden. Behoren deze vormen van redeneren tot inductief of deductief redeneren? Geef van beide vormen een voorbeeld.
2. Beschrijf wat deductief en inductief redeneren inhoudt. Hoe is abductief redeneren anders dan deze twee vormen?
3. Wat is het verschil tussen de normatieve en descriptieve theorieën van besluiten maken?
4. Bereken de verwachte utiliteit van de onderstaande loterijen. Van welke loterij zou jij een lot kopen?

5. Waarom passen mensen heuristieken toe als het de bron is voor veel fouten die gemaakt worden tijdens het maken van besluiten?

Oefenvragen Hoofdstuk 13

1. Noem 2 factoren die de reactietijd bij een simpele response taak beïnvloeden?
2. Wanneer heeft het aantal alternatieve keuzemogelijkheden geen effect op de reactietijd?
3. Beschrijf 3 effecten waarbij irrelevante attributen van een stimulus de prestatie op een taak negatief kunnen beïnvloeden. Geef bij elk effect een voorbeeld van een taak waarbij het effect op kan treden.
4. Wat is het PRP-effect en bij wat voor soort taak komt dit effect voor?
5. Wat is een populatie stereotype bij display-bedieningspaneel relaties? Beschrijf 2 principes die hierbij aanbod komen.

Oefenvragen Hoofdstuk 17

1. De meest gebruikte kunstmatige bronnen van licht zijn gloeilampen en fluorescente lampen. Toch zijn deze lampen niet echt efficiënt. Er zijn andere lampen die werken op basis van gasontladingen die veel efficiënter zijn. Waarom worden deze lampen toch niet vaak gebruikt?
2. Wat is directe glare (verblinding)? Geef een voorbeeld. Geef ook een voorbeeld van indirect glare.
3. Noise (lawaai) kan een emotionele response opwekken en dit brengt vaak negatieve gevolgen met zich mee. Toch kan dit effect ook positief zijn. Beschrijf wanneer dit het geval is.
4. Vibratie op welke frequentie is het meest schadelijk voor de mens? Hoe komt dit?
5. Wat bedoel je als je het over iemands comfort zone hebt? Noem een factor die iemands comfort zone kan veranderen.
6. Er kunnen allerlei problemen voortkomen uit werkomgevingen die erg warm of erg koud zijn. Beschrijf 2 problemen die voorkomen uit een zeer warme werkomgeving en 2 die voortkomen uit een zeer koude werkomgeving.
7. Beschrijf de verschillende stadia van het General Adaptation Syndrome. Welke symptomen kan het syndroom met zich meebrengen?

Antwoorden Hoofdstuk 1

1. Onderzoekers die werkzaam zijn onder ‘human performance’ zijn geïnteresseerd in het karakteriseren van de processen binnen de menselijke component van een systeem. Ze zijn dus alleen geïnteresseerd in het opdelen van het gedrag van mensen in subsystemen. Specialisten in ‘human factors’ zijn betrokken bij het ontwerpen van mens-machine interfaces om zo de verwezenlijking van het doel van een systeem te optimaliseren. Ze zijn dus geïnteresseerd in de interactie tussen de menselijke component en de machine component van een systeem.
2. Beide hebben subsystemen die verantwoordelijk zijn voor input, verwerking en output. De mens krijgt voornamelijk zijn input door het visuele systeem en de computer krijgt input via een keyboard en andere apparaten. Het centrale verwerkingsunit van de computer (machine operaties) is analoog aan de cognitieve capaciteiten van het menselijke brein.
3. De mens produceert output via fysieke reacties, zoals het drukken op een knopje, terwijl de computer output presenteert op een display scherm:

• Taak analyse. Hiermee werden de componenten van een taak bepaald. Een techniek die valt onder taak analyse is ‘time-and-motion study’.

• Pay for performance. Hierbij is de compensatie die een werknemer krijgt afhankelijk van de hoeveelheid delen die hij voltooid heeft.

• Personeelsselectie. Hierbij wordt de persoon uitgekozen die het beste bij een taak past.

Antwoorden Hoofdstuk 3

• Menselijke prestatie moet bestudeerd wordt in relatie tot het systeem dat werkt in een operationele omgeving.
• Een systeem wordt ontwikkeld om een doel te bereiken. Als dit doel niet bereikt wordt, heeft het systeem gefaald. Evaluatie van alle aspecten van een systeem moeten dus in relatie tot de doelen van het systeem geëvalueerd worden.
• Een systeem kan opgebroken worden in kleinere subsystemen. Een mens-machine systeem kan opgebroken worden in mens en machine subsystemen die verder opgebroken worden.
• De input en output van elk systeem in subsystemen kan geïdentificeerd worden.
• De componenten van een systeem zijn zo georganiseerd en gestructureerd zodat ze een doel kunnen bereiken. Het hele systeem heeft dus eigenschappen die voorkomen uit de som van zijn onderdelen.
• Tekortkomingen in de prestatie van een systeem kunnen toegeschreven worden aan gebreken aan componenten van het systeem.
• Een systeem opereert in een omgeving. Deze omgeving kan invloed hebben op hoe een systeem functioneert.

• Mission-oriented systemen. Deze systemen zijn ondergeschikt aan de behoeften van het personeel die het doel van de missie proberen te bereiken. Voorbeelden zijn wapen en transport systemen die worden gebruikt in het leger.
• Service-oriented systemen. Deze systemen “verzorgen” het personeel of gebruikers. Voorbeelden zijn supermarkten en kantoren.

• Fysieke systeem variabelen. Een fysiek systeem onderscheidt zich door zijn organisatie en complexiteit. Hieronder vallen o.a. de variabelen: hoeveelheid subsystemen, taken en functies die uitgevoerd worden door het systeem, hoeveelheid doelen en soort output.
• Operator variabelen. Hier valt de geschiktheid en opleidingsniveau van de operator onder. Variabelen zijn o.a.: hoeveelheid ervaring en vaardigheden, motivatie, stress en grootte van een team.

• Taak complexiteit. Dit kan een probleem worden als de eisen van een taak de capaciteiten van een mens overschrijden.
• Error-likely situaties. Een situatie waarin mensen vatbaar zijn voor het maken van fouten.
• Individuele verschillen. De attributen van een persoon kunnen bepalen hoe goed iemand een taak kan uitvoeren.

• Menselijke fouten kunnen herleid worden tot gebreken in het ontwerp van het systeem.
• Fouten kunnen ontstaan vanuit de cognitieve processen die nodig zijn om een taak uit te voeren. In de hersenen wordt informatie verwerkt via een serie aan stadia, van perceptie naar verwerking naar controle over een actie. Fouten ontstaan wanneer een van deze processen een foute output produceert.
• Fouten kunnen toegeschreven worden aan onderliggende fysiologische condities. Moeheid en stress kunnen de prestatie negatief beïnvloeden.
• Psychosociaal kunnen fouten ontstaan wanneer de communicatie tussen leden van de groep misloopt.
• Organisatorisch kunnen medewerkers fouten wanneer hun manager of supervisor taken niet goed uitvoert.

• Actie classificatie: sommige fouten kunnen toegeschreven worden aan een actie of gebrek aan actie van een operator. Hierbij kunnen error of omission en error commision onderscheiden worden.
• Mislukking classificatie. Een fout kan leiden tot het falen van een systeem. Hierbij kunnen herstelbare en niet-herstelbare fouten onderscheiden worden. Systeem fouten die door de mens veroorzaakt owrden kunnen ontstaan door fouten in de bediening, ontwerp, montage of installatie/onderhoud.
• Verwerkingsclassificatie. Fouten kunnen gelokaliseerd worden binnen het menselijke informatie verwerkingssysteem. Hierin bestaat een onderscheid tussen input, mediatie, output en communicatie fouten.
• Intentionele classificatie. Fouten kunnen geclassificeerd worden als slips of vergissingen, naargelang iemand een actie uitvoerde die wel of niet bedoeld was. Lapses kunnen hierbij ook onderscheiden worden.

Antwoorden Hoofdstuk 5

1. Tekst afgebeeld op een computerscherm is scherp in het midden maar heeft wazige randen, omdat het licht naar de randen van een afbeelding op het scherm vervaagt. Het oog ontvangt dus scherpe én wazige signalen en dit zorgt ervoor dat de accommodatiestaat van het oog verschuift naar de ‘dark focus’. Wanneer er voor een langere tijd een tekst op een beeldscherm wordt gelezen, moeten de ogen continue werken om de tekst in focus te houden (en dus van de dark focus af te wijken). Dit continue corrigeren van de dark focus kan zeer vermoeiend zijn.
2. Ten eerste zal het gebied van de afbeelding die in de blinde vlek van het ene oog valt, op een ander gebied van de retina van het andere oog vallen die wel receptoren bevat. Ten tweede zorgt het perceptuele systeem ervoor dat missende informatie opgevuld wordt, zodat altijd een continu beeld waargenomen wordt.
3. Het parvocellulair systeem is belangrijk voor de perceptie van patronen en vormen terwijl het magnocellulair systeem belangrijk is voor de perceptie van beweging en verandering. Het parvocellulair systeem bevat cellen die kleine cellichamen hebben (p cellen). De cellen vuren constant in de aanwezigheid van een licht stimulus en zijn geconcentreerd rondom de fovea. Ze zijn sensitief voor kleur, hebben een lage overdrachtssnelheid, hebben een hoge spatiële resolutie maar een lage temporale resolutie. Het magnocellulair systeem bevat cellen met grote cellichamen hebben (m cellen). Ze reageren kort in reactie op licht stimuli en zijn gelijk verspreid over de retina. Ze zijn niet sensitief voor kleur, hebben een hoge overdrachtssnelheid, hebben een lage spatiële resolutie en een hoge temporale resolutie (zijn sensitief voor beweging).
4. Hoe minder receptoren convergeren tot een zenuwcel hoe hoger de acuity. Veel meer staafjes convergeren met elkaar tot een zenuwcel dan kegeltjes en hierdoor hebben ze een lagere acuity. Hoe meer receptoren convergeren tot een zenuwcel hoe hoger de sensitiviteit. Elke keer als een receptor in aanraking komt met een photon, zal de zenuwcel hierop reageren. Omdat bij de staafjes de receptoren veel meer convergeren, zullen de zenuwcel van het staafjes systeem veel sneller reageren op licht dan het kegeltjes systeem en zijn ze dus sensitiever.
5. Vele staafjes convergeren op één enkele zenuwcel en hierdoor zijn staafjes beter in het detecteren van kleine hoeveelheden licht dan kegeltjes. De periferie van de retina bevat meer staafjes dan kegeltjes en hierdoor lijkt licht dat gepresenteerd wordt in de periferie van het gezichtsveld feller.
6. Wanneer je het donker betreedt zijn veel van je receptoren ‘gebleekt’ (zowel de staafjes als de kegeltjes). Ze hebben fotonen geabsorbeerd uit de belichte omgeving waar je vandaan kwam en ze moeten nog nieuw fotopigment aanmaken. Kegeltjes maken het snelst nieuw fotopigment aan, en dit resulteert in de eerste verbetering van het zicht. De lijn in de grafiek hiernaast die als eerste afbuigt is de sensitiviteit van de kegeltjes. Na 3 minuten zijn de kegeltjes klaar met het aanmaken van hun pigment, maar kegeltjes zijn niet echt goed voor het zien in het donker (hiervoor heb je de staafjes nodig). Om het zicht te verbeteren, moeten de staafjes mee gaan helpen. Het duurt echter 8 minuten voordat de staafjes genoeg fotopigment aangemaakt hebben en de activiteit van de kegeltjes over kunnen nemen. De onderste lijn in de grafiek is dus de sensitiviteit van de staafjes en de knik in de functie wordt veroorzaakt omdat het langer duurt voor de staafjes om fotopigment aan te maken dan de kegeltjes.
7. De Purkinje shift ontstaat door een verschil in piek sensitiviteit tussen staafjes en kegeltjes. Staafjes zijn sensitiever voor korte golflengtes en kegeltjes voor lange golflengtes. Het Purkinje effect is duidelijk zichtbaar tijdens de schemering. Overdag lijken rode en gele objecten feller dan groene en blauwe objecten. Echter wanneer het donker wordt en het staafjes systeem overneemt lijken blauwe en groene objecten feller dan rode en gele objecten.
8. Brightness is het perceptuele attribuut dat geassocieerd wordt met de algemene licht intensiteit. Lichtness refereert naar het perceptuele attribuut dat geassocieerd wordt met reflectie. Lichtness beschrijft hoe donker of licht een object lijkt op een schaal van zwart tot wit.

Antwoorden Hoofdstuk 6

• Een volledig omgeven gebied wordt waargenomen als figuur terwijl het gebied dat omringend is gezien wordt als de achtergrond.
• Een symmetrisch gebied wordt eerder gezien als figuur dan een asymmetrisch gebied.
• Bolle contouren worden gezien als figuur in de aanwezigheid van holle contouren.
• Een horizontaal of vertikaal gebied wordt als figuur gezien als er ook gebieden zijn die niet horizontaal of vertikaal zijn.
• Een gebied dat meer contrast heeft met de rest van zijn omgeving wordt eerder gezien als een figuur.
• Een gebied dat minder ruimte inneemt wordt eerder gezien als figuur.

2. Drie van de volgende:

• Principe van nabijheid waarbij elementen die dichtbij elkaar liggen, waargenomen worden als groep.
• Principe van gelijkheid waarbij elementen die op elkaar lijken, waargenomen worden als groep.
• Principe van closure waarbij onderbroken lijnen waargenomen worden als complete vormen.
• Principe van continuïteit waarbij punten die verbonden lijken te zijn in een lijn, waargenomen worden als groep.
• Principe van common fact waarbij elementen die in dezelfde richting op dezelfde snelheid bewegen, waargenomen worden als groep.

3. Accommodatie is de hoeveelheid automatische aanpassing van de lens om ervoor te zorgen dat het beeld op de retina in focus blijft. Accommodatie varieert alleen voor stimuli met een afstand tussen de 20 cm en 3 m. Convergentie is de mate waarin de ogen naar binnen zijn gedraaid om een object in focus te houden. Convergentie varieert voor stimuli tot een afstand van 6 m.
4. Monoculaire diepte aanwijzingen zijn aanwijzingen voor diepte die gezien kunnen worden met een oog. Een aantal voorbeelden zijn:

• Interpositie. Objecten die dichterbij liggen blokkeren het zicht op verder gelegen objecten.
• Bekende grootte. Je weet ongeveer hoe groot objecten normaal zijn. Door te kijken naar de grootte die je waarneemt, kun je dus voorspellen hoe ver een object van je verwijderd is.
• Retinale grootte. Dit beschrijft het gebied van de retina dat gebruikt wordt voor het beeld van het object. Deze aanwijzing hangt af van de visuele hoek.
• Lineaire perspectief. Parallelle lijnen lijken te convergeren in een punt in de diepte.
• Aerial perspectief. Hoe verder een object is, hoe blauwer en waziger het lijkt.
• Textuur gradiënten. Hoe verder weg een textuur ligt, hoe kleiner en hoe groter de dichtheid wordt.
• Contrast met de achtergrond. Een object met meer contrast met de achtergrond lijkt dichter bij te zijn.
• Schaduw. De locatie van een schaduw kan bepalen of object of verder naar achteren of naar voren is.
• Motion parallax. Wanneer je beweegt lijken objecten dichterbij sneller te bewegen dan objecten verder weg.

5. Een stereoscoop imiteert de binoculaire dispariteit om zo een gevoel van diepte te genereren. Met een camera worden twee foto’s vanuit net een andere hoek genomen, zodat dit correspondeert met de afstand tussen de ogen. Vervolgens krijgt elk ook een van deze twee foto’s aangeboden. Door het proces van fusie zie je de twee foto’s als één afbeelding met diepte.
6. Het belangrijkste kenmerk van deze illusie zijn de twee verticale lijnen die samen lijken te komen aan de bovenkant van de afbeelding. Dit suggereert dat er diepte in de afbeelding zit vanwege het lineaire perspectief. De horizontale lijn die hoger ligt, lijkt hierdoor verder weg te liggen dan de lijn die lager is afgebeeld. Het retinale beeld van de twee horizontale lijnen is precies hetzelfde. Omdat de bovenste lijn verder weg lijkt, moet deze dus wel langer zijn dan de onderste. Hierdoor wordt de bovenste lijn ook als langer waargenomen.
7. Het beeld-retina systeem reageert op verandering in positie van het beeld op de retina. Het oog-hoofd systeem kijkt naar de bewegingen van de ogen en het hoofd. Een verandering in de positie van het beeld op de retina hoeft niet te duiden op de beweging van het object, deze verandering kan namelijk ook ontstaan door bewegingen van het oog of het oog. Het oog-hoofd systeem maakt dus het verschil tussen de bewegingen van de observeerder en bewegingen van objecten in de wereld. Deze bewegingen kunnen van elkaar afgetrokken worden om te bepalen of er echte beweging waargenomen wordt.

Antwoorden Hoofdstuk 7

1. Bij het akoestische reflex worden spiertjes in het oor aangespannen zodat het trommelvlies en de gehoorbeentjes zich niet goed kunnen bewegen. Hierdoor worden geluidssignalen tijdelijk niet goed overgebracht naar binnen en is het binnenoor beschermt tegen mogelijk schadelijke geluiden. Het duurt even voordat de gehoorbeentjes gestabiliseerd zijn, ong. 20 sec. In deze tijd kan het korte harde geluid al schade hebben aangebracht.
2. De binnenste haarcellen leveren gedetailleerde informatie over auditieve stimuli. De buitenste haarcellen werken als een soort feedback systeem. Ze kunnen ervoor zorgen dat het basilair membraan beweegt, zodat de sensitiviteit van de binnenste haarcellen verhoogd wordt voor bepaalde stimuli. Door de feedback van de buitenste haarcellen, zijn de binnenste haarcellen beter in het detecteren van verschillen tussen geluiden.
3. Twee van de onderstaande mogelijkheden:

• Om geluiden even hard te laten klinken, moeten tonen met verschillende frequenties aangepast worden zodat ze verschillende intensiteitniveaus hebben.
• Tonen tussen de 3 – 4 kHz zijn het makkelijkst te detecteren. Deze hoeven niet zo’n hoge intensiteit te hebben als andere tonen om net zo luid te klinken.
• Tonen met een lage frequentie onder de 200 Hz zijn het moeilijkst te detecteren.
• Verschillen in luidheid tussen frequenties verdwijnen wanneer de intensiteit flink verhoogd wordt.

• Intensiteit. Onder 3 kHz neemt toonhoogte af wanneer de intensiteit toeneemt, maar boven de 3 Hz neemt de toonhoogte juist toe.
• Duur. Tonen die korter dan 10 ms duren klinken als een ‘click’. Het is makkelijker om toonhoogtes te onderscheiden wanneer ze langer duren (langer dan 250 ms).

• Nabijheid. Tonen die kort achter elkaar worden aangeboden, worden waargenomen als bij elkaar te horen.
• Gelijkheid. Tonen met een vergelijkbare toonhoogte, worden waargenomen als bij elkaar te horen.
• Continuïteit. Wanneer een toon wordt onderbroken door white noise, vult het auditorisch systeem deze onderbreking in met de toon, zodat een continue signaal waargenomen wordt.

6. Verticale geluidslokalisatie kan niet gebaseerd worden op interaurale verschillen (verschillen in tijd of intensiteit tussen de oren). De oren ontvangen namelijk dezelfde signalen van stimuli die zich op verschillende hoogtes bevinden. De torso, het hoofd en de oorschelp modificeren allen het geluid van een akoestisch signaal, waardoor complexe spectrale aanwijzingen ontstaan die informatie geven over de verticale locatie. Deze aanwijzingen zijn echter lang niet zo sterk als interaurale verschil aanwijzigen. Het inschatten van de afstand van geluiden verticaal is dus moeilijk.

Antwoorden Hoofdstuk 8

1. Drie van de volgende:

• De intensiteit van het signaal moet tenminste 6-10 dB boven de gemaskeerde drempelwaarde liggen. Wanneer er snel op het signaal gereageerd moet worden, moet de intensiteit zelfs hoger liggen.
• De fundamentele frequentie moet tussen de 150 en 1000 Hz liggen, omdat tonen met een lage frequentie minder gevoelig zijn voor maskeren.
• Het signaal moet tenminste drie andere harmonische frequenties hebben, waarbij signalen die harmonisch regelmatig beter zijn dan signalen die niet harmonisch regelmatig zijn. De eersten worden namelijk constanter waargenomen.
• De minimale duur voor een signaal moet 100 ms zijn. Ze moeten daarnaast ook geleidelijke onsets en offsets hebben.
• Temporale codering is ook belangrijk voor het overbrengen van een signaal. Snel onderbroken signalen brengen een boodschap over met een hoge prioriteit en langzaam onderbroken signalen met een lagere prioriteit.
• Urgentie wordt overgebracht met een hoge frequentie, hoge intensiteit en korte intervallen tussen pulsen.
• Soms is het beter om auditieve iconen te gebruiken omdat ze makkelijker te identificeren zijn.

2. Drie van de volgende:

• Het vergroten van de woordenvloed
• Het verhogen van het spraak niveau in relatie tot het ruis niveau.
• Zorgen dat de spraaksignalen uitgesproken worden met een gemiddelde vocale kracht. Spraak met een lage intensiteit kan verloren gaan in de achtergrondruis en spraak met een te hoge intensiteit is minder begrijpbaar.
• Zorg dat de amplitude van de geluidsgolf maximaal is, en stel alle andere waarden bij die deze maximale waarde overschrijden.
• Zorg ervoor dat zoveel mogelijk achtergrondruis bij de microfoon vermeden wordt. Dit kan door gebruik te maken van een speciale microfoon.
• Lever een intra-aurale aanwijziging door verschillende auditieve signalen aan te bieden aan de twee oren.
• Gebruik oordopjes wanneer achtergrondruis niveaus te hoog worden.

Antwoorden Hoofdstuk 9

1. Bottleneck modellen beschrijven de gelimiteerde capaciteit die we hebben voor het verwerken van informatie. In de informatieverwerkingsequentie bestaat er een stadium waarin de hoeveelheid informatie waar aandacht aan gegeven kan worden gelimiteerd is. De informatie wordt dus gelimiteerd doorgegeven in de verwerkingssequentie. Dit selectiestadium kan vroeg (voor het identificatiestadium) of laat (na het identificatiestadium) voorkomen. Resource modellen beschrijven ook de gelimiteerde capaciteit die we hebben voor het verwerken van informatie. Deze modellen beschrijven dat aandacht een gelimiteerde ‘capaciteitsbron’ heeft die verdeeld kan worden over een of meer taken. Het unitary-resource model beschrijft hoe mensen hun aandacht kunnen verdelen over taken en het multiple-resource model beschrijft waarom de prestatie op meerdere taken tegelijkertijd vaak slechter is wanneer twee taken dezelfde sensorische of motorische modaliteiten of verwerkingscodes gebruiken. Executieve controle modellen benadrukt dat, ongeacht of limieten bestaan in de centrale verwerking, een strategische coördinatie van taken een belangrijk onderdeel is voor een goede prestatie op meerdere taken tegelijkertijd. Hoe goed de prestatie is, hangt dus af van welke strategieën worden toegepast.
2. Een performance-operating characteristic (POC) curve is een curve waarop afgelezen kan worden hoe efficiënt twee taken samen uitgevoerd kunnen worden.

• Het independence point is het punt waarop geen aandachtsbeperkingen zouden bestaan wanneer de twee taken samen uitgevoerd worden.
• Performance efficiency is het verschil tussen de POC curve en het independence point. Hoe dichter de POC curve bij punt P ligt, hoe efficiënter de prestatie is.
• Cost of concurrence is het verschil in prestatie tussen wanneer een taak alleen uitgevoerd zou worden en wanneer de taak uitgevoerd wordt in een dubbeltaak terwijl alle aandacht wel gericht is op die ene taak.

3. Over het algemeen kan een afname in alertheid voorkomen worden door nauwkeurig het soort stimulus te selecteren, te bepalen welke discriminaties gemaakt moeten worden en hoe vaak kritische gebeurtenissen voorkomen. Voorbeelden van factoren zijn:

• Afname in alertheid is verschillend voor discriminatie taken die gemaakt moeten worden op basis van sensorische informatie en cognitieve informatie.
• Als een discriminatie taak informatie nodig heeft uit het geheugen, dan ontstaat er meestal een grotere afname voor cognitieve discriminaties dan voor sensorische discriminaties.
• Als een discriminatie taak geen informatie nodig heeft uit het geheugen, dan ontstaat er meestal een grotere afname voor sensitieve discriminaties dan voor cognitieve discriminaties.
• Sterkere signalen zijn makkelijker te detecteren en hierbij zal de afname in alertheid minder duidelijk zijn.
• Auditieve signalen zijn makkelijker te detecteren dan visuele signalen.
• Afname in alertheid kan voorkomen worden door regelmatig te wisselen tussen auditieve en visuele modaliteiten.
• Afname in alertheid kan gereduceerd worden door rustperiodes van 5-10 min.
• Afname in alertheid kan gereduceerd worden door financiële stimuleringsmaatregelen.
• Afname in alertheid kan gereduceerd worden door een verhoogde motivatie van de observeerder.

4. Het concept van de mentale werklast komt direct uit het ‘unitary-resource’ model van aandacht, waarin gesteld wordt dat de operator een gelimiteerde capaciteit heeft voor de informatie verwerking.
5. Drie van de volgende:

• Sensitiviteit. Een techniek moet significante verschillen in werklast die ontstaan door een taak kunnen discrimineren.
• Diagnosticiteit. Een techniek moet de hoeveelheid werklast die gelegd wordt op de verschillende capaciteiten van een operator kunnen discrimineren (bijv. perceptuele vs. Centrale verwerking vs. Motorische capaciteiten).
• Opdringerigheid. Er moet bepaald worden hoeveel de techniek zorgt voor een achteruitgang in prestatie op de primaire taak.
• Implementatie eisen. Factoren moeten bepaald worden die beïnvloeden hoe makkelijk een techniek te implementeren is.
• Acceptatie van de operator. Er moet bepaald worden in hoeverre een operator bereid is om instructies op te volgen en om een bepaalde techniek te gebruiken.

• Methoden die de algemene arousal meten. Arousal verhoogt namelijk als de mentale werklast verhoogt. Voorbeelden van technieken zijn: puppilometrie en meting van de hartslag

• Methoden die hersenactiviteit meten. Hiermee kan hersenactiviteit geassocieerd worden met specifieke processen. Voorbeelden zijn: ERPs en fMRI.

7. Een van de volgende:

• Het kan zijn dat ze niet sensitief zijn voor aspecten van de omgeving die prestatie op een taak kunnen beïnvloeden.
• Operatoren kunnen waargenomen moeilijkheid verwarren met de moeite die te moeten verlenen voor het uitvoeren van een taak.
• Vele factoren die werklast bepalen zijn niet bewust toegankelijk voor een evaluatie.

8. Analytische technieken hebben geen interactie tussen een operator met een systeem of simulator nodig om werklast te bepalen. Dit hebben empirische technieken wel nodig. Analytische technieken worden dus gebruikt om werklast in een vroeg stadium van systeemontwikkeling te bepalen en empirische technieken kunnen dit pas als een systeem al in gebruik is.

Antwoorden Hoofdstuk 11

1. Conditioneel en categorisch redeneren behoren allebei tot deductief redeneren. Bij conditioneel redeneren wordt een conclusie getrokken wanneer er een conditie van een systeem wordt gegeven. Een voorbeeld is: Als het systeem zichzelf afsluit dan is er een probleem met het systeem - Het systeem sloot zichzelf af - Er is dus een probleem met het systeem. Categorisch redeneren is verschillende van conditioneel redeneren in dat ze termen gebruiken zoals: sommige, alle, geen etc. Een voorbeeld is: Alle piloten zijn mensen - Alle mensen drinken water - Hierdoor drinken alle piloten water.
2. Bij deductief redeneren wordt een conclusie getrokken uit een aantal assumpties over het probleem. Bij inductief redeneren wordt een conclusie getrokken uit bepaalde condities of feiten die relevant zijn aan het probleem. Bij abductief redeneren wordt er een nieuwe hypothese gegenereerd om een patroon van observaties het beste te verklaren. Dit is anders dan deductief redeneren omdat de hypothese niet afgeleid wordt van het fenomeen. Het is ook geen inductief redeneren omdat het geen generalisatie is van de eigenschappen die gedeeld worden door het fenomeen, maar een generalisatie van hun oorzaken.
3. Normatieve theorieën beschrijven hoe mensen de best mogelijke besluiten maken. Hierbij wordt als doel de best mogelijke uitkomst onder ideale omstandigheden bekeken. In het echt hebben mensen echter een gelimiteerde cognitieve capaciteit en zijn ze gebiased bij het maken van besluiten in verschillende contexten. Hoe mensen in het echt dus besluiten maken wordt beschreven met descriptieve theorieën.

Utiliteit van loterij 1 = € 1,61

Utiliteit van loterij 2 = - € 0,30

Bij loterij 1 win je dus gemiddeld meer dan bij loterij 2.

Uitwerkingen:

Loterij 1 = 0.01 (€ 100) + 0.10 ( € 15) – 0.89 ( € 1) = 1 + 1,5 – 0,89 = € 1,61

Loterij 2 = 0.001 ( € 1000) + 0.10 ( € 5) – 0.899 ( € 2) = 1 + 0.5 – 1.80 = - € 0,30

5. Wanneer men complexe besluit taken uitvoert worden heuristieken gebruikt om de mentale werkbelasting te verlagen. Heuristieken produceren in veel gevallen wel juiste beslissingen, vooral wanneer degene die de besluiten maakt al iets afweet van het domein in kwestie. Het voordeel van heuristieken is dat ze complexe taken uitvoerbaar maken door gebruik te maken van eerder opgedane kennis.

Antwoorden Hoofdstuk 13

1. Twee van de volgende:

• De hoeveelheid bewijs die nodig is om een response te maken.
• Opvallendheid van de stimulus, dit kan vergroot worden door de luminantie, grootte en duur van aanbieding te verhogen.
• Het aanbieden van twee of meer signalen van verschillende modaliteiten (zoals visueel en autitief) tegelijkertijd.
• Hoe goed een observeerder voorbereid is.

2. Het aantal alternatieve keuzemogelijkheden heeft geen effect op de reactietijd bij een hoge compatibiliteit tussen de stimulus en de response en bij stimulus-response relaties waarop men zeer geoefend is.

• Het Simon effect. Reactie tijd is meestal sneller en accurater wanneer een stimulus aangeboden wordt in dezelfde relatieve locatie als de response, zelfs als de locatie van de stimulus irrelevant is aan de taak. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer een groen lampje brandt en dit vraagt om een druk op een linkerknopje. Wanneer dit groenlampje toevallig links in beeld is zal de reactietijd afnemen. Wanneer het lampje echter rechts in beeld is zou het kunnen interfereren met de response en zal de reactietijd toenemen.
• Het Stroop effect. Effect dat ontstaat door conflicterende dimensies van een stimulus. Wanneer het woordje ‘rood’ bijvoorbeeld in groene inkt is gedrukt en je moet de kleur van het inkt benoemen, zal de betekenis ‘rood’ interfereren met de response ‘groen’. De reactietijd zal hierdoor toenemen.
• Het Eriksen flanker effect. Effect waarbij flankers de response op een target beïnvloeden. Dit effect kan bijvoorbeeld optreden wanneer letters geïdentificeerd moeten worden, die omringd worden door flankers (andere letters). Hierbij vraagt ‘H’ om een druk op de linkerknop, en ‘S’ een druk op de rechterknop. ‘SHS’ zal hierbij dus interfereren met de response en ‘XHX’ niet. Bij SHS zal de reactietijd hoger zijn.

4. Het PRP-effect is het psychological refractory period. Het komt voor bij duale-taak paradigmas, waarbij twee stimuli snel achter elkaar aangeboden worden. Elke stimulus vraagt hierbij om een ander response. Het effect houdt in dat als de tijd tussen de twee stimuli langer wordt, de reactietijd op de tweede stimulus korter wordt.
5. Een populatie stereotype is de meest natuurlijke relatie tussen een bedieningspaneel en een visuele indicator. Dit is dus wat mensen verwachten dat er zal gebeuren als je bijvoorbeeld aan een knop draait. Er zijn vier principes die deze geprefereerde relatie bepalen:

• ‘Met de klok mee voor rechts of boven principe’.Met een draai aan een knop met de klok mee verwacht je dat een wijzer naar rechts gaat voor horizontale displays en omhoog gaat voor verticale displays.
• ‘Warrick’s principe’. Wanneer een bedieningsknop zich aan een kant van het display bevind, zou een wijzer in dezelfde richting moeten bewegen als de kant van de bedieningsknop het dichtste bij het display
• ‘Met de klok mee om te verhogen principe’. Met een draai aan een knop met de klok mee verwacht je een corresponderende verhoging in de schaal op het display.
• ‘Schaal kant principe’. Een indicator wordt verwacht in dezelfde richting te bewegen als de kant van de bedieningsknop naast de schaal van het display.

Antwoorden Hoofdstuk 17

1. 1. Deze lampen zijn veel duurder dan gewone gloeilampen en fluorescente lampen. Daarnaast is de perceptie van kleuren onder deze lampen veel slechter. Ze hebben namelijk vele pieken in hun spectrale frequentie distributies, waardoor ze grote hoeveelheden licht van maar een aantal golflengtes produceren.
2. 2. Directe glare is wanneer licht bronnen binnen het visuele veld voor ongemak zorgen en interfereren met de perceptie van objecten met een lage intensiteit. Een voorbeeld is wanneer je ’s nachts aan het autorijden bent en verblind wordt door de koplampen van een tegenligger. Een voorbeeld van indirect glare is als je ook ’s nachts aan het autorijden. Wanneer er een auto achter je rijdt, kun je verblind worden door de koplampen die weerkaatst worden door de spiegels.
3. 3. Noise dat een emotioneel response opwekken kan een positief effect hebben bij waakzaamheid (vigilance) taken. Bij deze taken is het namelijk zo dat de prestatie afneemt als de arousal afneemt. Door noise kan de arousal tijdelijk weer toenemen en neemt de prestatie vaak ook toe.
4. 4. Frequenties rond de 5 Hz hebben het grootste schadelijke effect op het menselijk lichaam. Dit komt omdat dit de resonantiefrequentie is van het menselijk lichaam. Wanneer een vibratie dichtbij de resonantiefrequentie van het object wordt overgebracht zal het object met een hogere amplitude vibreren dan de bron van de vibraties. Dit heeft dus het grootste schadelijke effect.
5. 5. De comfort zone is het gebied van temperaturen en luchtvochtigheidwaardes die mensen acceptabel vinden gegeven de beperkingen die opgelegd worden door de taken die worden uitgevoerd, hun kleding, luchtcirculatie etc. Een aantal factoren kunnen deze comfort zone veranderen, bijv.:

• Door zwaar werk zal de comfort zone verschuiven naar lagere temperaturen.
• Door wind neemt het isolerend vermogen van kleding af. Onder deze omstandigheden moet de temperatuur dus naar boven worden gesteld.

6. Uit een zeer warme werkomgeving bijv.:

• Wanneer je het heet hebt, kun je veel gaan zweten. Zweten is vaak erg oncomfortabel.
• Wanneer je zweet, kan je gereedschap glad worden, waardoor je prestatie achteruit gaat.
• Wanneer je kleren nat zijn, zou je minder gemakkelijk kunnen bewegen, waardoor je prestatie achteruit gaat.
• Je mentale nauwkeurigheid en vaardigheid gaat achteruit, waardoor je minder goed tracking en vigilance taken kan uitvoeren.

Uit een zeer koude werkomgeving bijv.:

• Je motoriek gaat achteruit vanwege fysiologische reacties zoals het stijf worden van gewrichten.
• Wanneer het koud is, heb je extra kleren nodig. Dit beperkt hoeveel en hoe snel iemand zich kan bewegen.
• Sommige werkomgevingen kunnen gevaarlijk zijn voor mensen die dikke kleren dragen; kleding kan verstrikt raken in open machines.

7. Het General Adaptation Syndrome bevat verschillende stadia van de fysiologische reactie op stress. Eerst komt de alarm reactie, wat de eerste reactie van het lichaam is op een stressor; adrenaline wordt afgescheiden in het bloed. Hierna komt het resistentie stadium, waarin geen adrenaline meer wordt uitgescheiden en het lichaam probeert te adapteren aan de stressor. Als laatste komt het uitputtingsstadium, waarin bronnen zijn uitgeput en weefsel begint af te breken. De symptomen die het syndroom met zich meebrengt zijn o.a. opgezette adrenaline klieren, een verschrompelde zwezerik klier en maagzweren.