Почему пилоты не всегда слышат аудиопредупреждения?

Британское издание The Conversation опубликовало статью французского исследователя Фредерика Дехаи (Frédéric Dehais), которую мы предлагаем в переводе на русский язык вместе с интереснейшим комментарием нашего эксперта Надежды Владимировны Якимович.

Способность сосредоточить внимание имеет важное значение для выполнения повседневных задач. Наш мозг имеет встроенные механизмы, чтобы уберечь наше внимание от фрагментации, а мысль — от блуждания. И хотя эти механизмы бывают очень полезными, например, в работе или при вождении автомобиля, они могут нас обмануть.

Развивая работу, проделанную Mack and Rock в конце 1990-х годов, в настоящее время существует множество доказательств того, что избыточное внимание может сделать наш мозг «слепым» к абсолютно очевидным событиям или стимулам в нашей среде. Simons и Chabris из Гарвардского Университета блестяще продемонстрировали это явление, называемое «невнимательная слепота».

В своем эксперименте они попросили добровольцев посмотреть видео тренировки по баскетболу и подсчитать количество передач, сделанных игроками в белых футболках. Более половины участников не увидели, что в центре экрана появлялась горилла, которая била себя в грудь, — настолько они были поглощены решением поставленной задачи.

Глухота мозга

Эти ограничивающие внимание шоры касаются не только способности видеть: на нашу слуховую систему может быть оказано поразительное влияние, делающее человека полностью глухим. На такую «невнимательную глухоту» было обращено внимание в исследованиях, при которых, например, люди, слушая знаменитую «Also Sprach Zarathustra»*, не замечали в середине симфонической поэмы неожиданного соло на электрогитаре. 

* Немецкий композитор Рихард Штраус в 1896 году, находясь под впечатлением от прочитанной книги Фридриха Ницше «Так говорил Заратустра» (Also sprach Zarathustra), написал одноименную симфоническую поэму, на которую ссылается автор статьи (прим. AviaSafety).

Изучение внезапной глухоты мозга и связанные с ним исследования мозговых изображений обеспечили важные научные знания для понимания работы человека в практических ситуациях, как, например, пилотирование самолета. История авиации изобилует катастрофами, когда «человек-оператор» в кабине экипажа не замечал слуховых предупреждений и упорствовали, продолжая делать ошибки.

Как профессиональные пилоты могут игнорировать такую важную информацию? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны принять научный подход, помимо традиционных эргономических подходов, основанный на субъективных и объективных наблюдениях за поведением человека. Действительно, недавний прогресс в когнитивной нейронауке изменил наше понимание механизмов мозга, лежащих в основе перцептивного, когнитивного и моторного поведения.

Ключевым фактором было развитие методов нейровизуализации, таких как fMRI (функциональный магнитно-резонансный томограф) и носимые системы, такие как EEG (электроэнцефалограмма) и fNIRS (функциональный инфракрасный спектроскоп). Но, как правило, нейронаука ограничивается строго контролируемыми лабораторными исследованиями, часто слишком удаленными от ситуаций, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни.

Нейроэргономика

В последние годы появилась новая дисциплина, сочетающая инструменты и методы нейронауки с полевым подходом эргономики. Эту дисциплину, называемую нейроэргономикой, ее основатель, профессор Раджа Парашураман, определяет как исследование мозга в условиях выполнения работы. Мы используем этот подход, чтобы понять механизмы, лежащие в основе глухоты пилотов в отношении сигналов тревоги.

Пилотам, помещенным в fMRI, была поставлена задача выполнить на авиасимуляторе полет на пилотажном самолете, проецировавшийся на сканер с помощью зеркал. Участников попросили сообщать о предупреждающих аудиосигналах, которые во время полетного сценария звучали через равные промежутки времени.

Результаты показали, что около 35% аудиопредупреждений услышано не было. Еще более интересно, что анализ показал, что определенные области префронтальной коры, являющейся «исполнительной рукой» головного мозга, активировались, когда условия полета становились критическими и эффективно отключали слуховую кору, что делало пилотов неспособными воспринимать сигналы тревоги и реагировать на них. В то же время в некоторых визуальных областях наблюдалась повышенная активность.

 

Как будто мозг решал, что визуальная информация была изначальной и прекращал обработку слуховых сигналов. Вероятно, это объясняет, почему, например, во время езды мы не можем во время аварийного торможения слышать голоса пассажиров или радио. Мозг реконфигурирует себя, чтобы избежать опасности и активировать наиболее соответствующие органы чувств.

В то время как fMRI является важным инструментом для определения того, какие области мозга ответственны за эту глухоту, его характеристик недостаточно, чтобы мы могли точно измерять, когда возникает это явление. Чтобы это выяснить, мы с коллегами провели второй эксперимент, используя электроэнцефалограмму (ЭЭГ), — полезный метод изучения деятельности мозга.

«Пилоты-визуалы» против «пилотов-аудиалов»

Участники были помещены в наш симулятор, установленный на гидравлических домкратах, и им был предложен сценарий, когда дым заполнял кабину, то есть приходилось совершать аварийную посадку в сложных условиях. Перед экспериментом пилоты-добровольцы должны были пройти тест, чтобы определить, являлись ли они в большей степени «визуалами» или «аудиалами».

Согласно нашим результатам, более 50% аварийных сигналов были проигнорированы, и «пилоты-визуалы» чаще не реагировали на сигналы тревоги, чем «пилоты-аудиалы». Более того, анализ нейрофизиологических сигналов показал, что механизм глухоты к тревоге был автоматическим и возникал очень рано, через 100 миллисекунд после стимулов, то есть задолго до того, как сознания достигает звук (300 мс).

Просматривая нейрофизиологические реакции пилотов, мы также разработали алгоритмы, чтобы определить, могли ли они слышать сигналы тревоги. В 70% случаев наш алгоритм устанавливал, когда мозг пилота уже не был способен обрабатывать слуховые сигналы.

Последний эксперимент проводился в реальных условиях полета с использованием легких самолетов. Студентам-пилотам в гарнитурах EEG было предложено выполнить инструктивный полет и справиться с несколькими неожиданными ситуациями, отвечая на слуховые сигналы. Использование передовых математических инструментов для обработки сигналов позволило нам еще лучше понять феномен глухоты к сигналам тревоги. Когда пилоты пропускали сигналы тревоги, фаза их слуховой коры была не в фазе остальной части мозга и окружающей среды.

Эти результаты дополняют наше первоначальное исследование с использованием fMRI, показывая, что в таких ситуациях слуховая кора, скорее всего, перестает взаимодействовать с мозгом. Помимо углубления нашего понимания механизмов, лежащих в основе внимания, эта работа также открывает интересную возможность интеграции датчиков в шлемы пилотов, чтобы контролировать состояние их внимания в реальном времени. В конечном счете, мы должны иметь возможность внести изменения в кабинах пилотов и аварийной сигнализации, чтобы сделать их более эффективными для пилотов, находящихся в стрессовой ситуации.

Пилоты «не воспринимают» аварийные сигнализации в сложных условиях полета из-за феномена «доминанты». Как исправить ситуацию?

В представленной на эту тему статье французского исследователя рассматривается очень важный вопрос — причина временного отключения мозга пилотов от восприятия и анализа звуковой информации в полете.

В частности, авиационные аналитики попытаются найти ответ на этот вопрос у психофизиологов.  Ученые из Гарвардского университета продемонстрировали опыт, где показали, что при слишком интенсивном внимании к какой-то одной задаче не воспринимается информация по другой задаче, т.е., мозг как-будто становится «слепым» и не замечает очевидных вещей. Ученые назвали этот феномен «невнимательной слепотой», а может иметь место и «невнимательная глухота».

Однако данные термины не отражают сам механизм временной «невосприимчивости» мозга к некоторым внешним сигналам. Удивительно, что американские ученые  не используют общеизвестные термины для объяснения данной проблемы, которая была уже давно и глубоко изучена российскими нейрофизиологами, начиная с работ И.П. Павлова, И.М.Сеченова и А.А. Ухтомского.

Механизм этого явления открыл русский психофизиолог А.А. Ухтомский и назвал его феноменом «ДОМИНАНТЫ».

А. А. Ухтомский заметил, что чем сильнее работает какая-то одна зона мозга, тем интенсивнее развивается торможение в соседних областях. Когда человек полностью сосредоточен на какой-то одной, причем очень ВАЖНОЙ задаче, например, усиленно пытается что-то разглядеть в условиях плохой видимости, то у него оказываются заторможенными (или полностью выключенными при очень глубоком торможении) зоны слуха, речи и двигательных действий!

Феномен «доминанты» объясняется тем, что энергетические возможности мозга имеют ограниченный ресурс, поэтому при сильной активации каких-то участков мозга не хватает энергии на поддержание активности на других участках, поэтому за счет последних происходит «экономия» энергии мозга (они «заглушаются», «зашориваются» для восприятия сигналов извне).

Итак, «доминанта» — это универсальный принцип работы головного мозга, заключающийся в том, что при возникновении очень значимой задачи (либо зрительной, либо двигательной, либо слуховой и т.п.) в мозге появляется господствующий очаг возбуждения, который активно работает только на сверхзначимую задачу и подавляет при этом активность других нервных центров, обслуживающих иные задачи, через затормаживание их деятельности.

Такое парадоксальное состояние психики стали называть в отечественной психологии «доминантным состоянием», поскольку оно обусловлено явлением доминанты в работе головного мозга.

Очень жаль, что сейчас некоторые зарубежные ученые как будто впервые открывают для себя и для науки феномен «доминанты» в работе головного мозга!

Они, очевидно, не знакомы с трудами А.А. Ухтомского, который ещё в 1923 году написал книгу «Доминанта». 

 

Впрочем, такое вполне возможно, поскольку в прошлом веке труды наших ученых мало переводились на иностранные языки.

Вместе с тем, зарубежные исследователи правильно отмечали, что в их экспериментах на авиационных тренажерах «глухота» (невосприимчивость) к аварийным звуковым сигнализациям наблюдалась тогда, «когда условия полета становились критическими», т.е. очень сложными. А это означает, что сознание пилотов было полностью сосредоточено на анализе или на решении каких-то других познавательных (когнитивных) задач! Именно в таких ситуациях проявляется феномен «доминанты» в работе головного мозга, который тормозит работоспособность тех зон, которые не имеют прямого отношения к решаемой задаче.

Если бы упомянутые в статье зарубежные исследователи знали, что принцип «доминанты» является фундаментальным принципом мозговой активности и переломить его не удавалось ни одному психофизиологу, работавшему как с животными, так и с людьми, то они бы не предлагали какие-то нереальные способы переключения внимания пилотов при доминантном состоянии, например, через использование «шлемов», контролирующих направление внимания.

Дело в том, что «доминанта» в мозге носит очень устойчивый характер и, как показали психофизиологические исследования известных ученых, «загасить» доминирующий очаг возбуждения в мозге возможно только путем разрешения поставленной задачи. Иными словами, доминанта исчезнет только тогда, когда важная цель будет достигнута, например, обнаружен необходимый объект, который искали. Коварство доминантного состояния как раз и заключается в том, что возникает стопор в переключении внимания на другие объекты, в том числе, на звуковые сигнализации!

Поэтому предлагаемые «шлемы», контролирующие внимание, здесь не помогут, поскольку пилот просто не услышит их «призывы» сменить тактику поведения, так же, как он не слышит при доминантном состоянии звучание аварийных сигнализаций.

Единственный способ профилактики доминантных состояний заключается в том, чтобы рассказывать пилотам на занятиях по «человеческому фактору» об опасности перехода в доминантное состояние и обучать всех членов экипажа контролировать психические состояния своих коллег во время полета.

Если пилот заметит признаки доминантного состояния у другого пилота, он должен буквально похлопать его по плечу (пробудить) и вернуть его в адекватное состояние, сообщив, что тот отключился от полетной ситуации и слишком зациклился на одном факторе полета.

 Якимович Надежда Владимировна,

Авиационный психолог, кандидат психологических наук