CC BY
78
Аналитические обзоры
Обзорная статья
001: 10.31862/2500-2961-2020-10-4-482-509
О.Н. Ткаченко1, В.Б. Дорохов1, В.В. Дементиенко2
1 Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук,
117485 г. Москва, Российская Федерация
2 Институт радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова Российской академии наук,
125009 г. Москва, Российская Федерация
Психофизиологические аспекты поддержания оптимального уровня внимания водителей при частично автоматизированном вождении автомобиля
Вождение автомобиля - сложная задача, требующая от водителя высокого уровня бдительности, концентрации и хорошей реакции. В развитых странах за руль регулярно садится большое количество людей, и число жертв автомобильных аварий достигает 1,35 млн в год. В 90% случаев причиной аварии становится человеческий фактор: засыпание за рулем, отвлечение водителя от дороги, агрессивное вождение. С этим связан тренд частичной автоматизации транспортных средств, в частности, автомобилей. «Умные» системы управления, способные контролировать положение относительно центра полосы,
© Ткаченко О.Н., Дорохов В.Б., Дементиенко В.В., 2020
Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License 482 The content is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License
скоростной режим, освобождают водителя от необходимости ежесекундно следить за дорогой, облегчая вождение, однако тем самым приводят к рассеянию внимания, нарастанию скуки и сонливости. При дальнейшем распространении частично автоматизированных автомобилей доля связанных с отвлечениями и засыпанием дорожно-транспортных происшествий будет расти. В работе рассмотрены следующие методики поддержания внимания к задаче и борьбы с сонливостью при выполнении монотонной операторской деятельности: воздействие коротковолнового (голубого) света, снижение температуры окружающей среды, запаховая стимуляция, аудиостимуля-ция, вибростимуляция. По результатам обзора наиболее перспективными оказались: голубой свет (применение ограничено ночным временем суток), снижение температуры, запаховая стимуляция эфирным маслом мяты перечной, вибростимуляция. Аудиостимуляция не может широко применяться в ситуации вождения, поскольку большинство водителей в дороге слушает музыку. Пробуждающие эффекты всех перечисленных техник, кроме фоново предъявляемого голубого света, непродолжительны и составляют порядка 5-10 минут.
Ключевые слова: вождение автомобиля, операторская деятельность, сонливость, внимание, частично автоматизированные автомобили
Благодарности. Работа выполнена при поддержке Российской академии наук и Российского фонда фундаментальный исследований, грант № 19-29-06071.
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Ткаченко О.Н., Дорохов В.Б., Дементиенко В.В. Психофизиологические аспекты поддержания оптимального уровня внимания водителей при частично автоматизированном вождении автомобиля // Социально-экологические технологии. 2020. Т. 10. № 4. С. 482-509. ЭО!: 10.31862/2500-2961 -2020-10-4-482-509
_0
О
ГО
\о О 0)
ы ^
и ф
иг Ы
к ^
ги
л
<
ISSN 2500-2961 Environment and Human: Ecological Studies. 2020. Vol. 10. No. 4 _)
Review article
DOI: 10.31862/2500-2961-2020-10-4-482-509
O.N. Tkachenko1, V.B. Dorokhov1, V.V. Dementienko2
1 Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology of Russian Academy of Sciences, Moscow, 117485, Russian Federation
2 Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences, Moscow, 125009, Russian Federation
Psychophysiological aspects of maintaining drivers' optimal attention level while driving semi-autonomous cars
Driving is a challenging task that requires a high level of alertness, concentration and good reaction from the driver. In developed countries, where a lot of people driveon a regular basis, the number of car accident victims reaches 1.35 million annually. 90% of all accidents are caused by human factor, particularly by drowsiness, distraction and aggressive driving. Thus, semi-autonomous vehicles, cars in particularare becoming more and more popular. Smart control systems, able to control lane position and car speed, free the driver from continuous routine during driving, thus leading to more distraction, boredom and drowsiness. While semi-autonomous cars spread all around the world, there will be less accidents caused by aggressive driving, but more caused by distractions and drowsiness. In this paper we review contemporary techniques of sustaining operator attention to the monotonous tasks and their applicability to real driving tasks. The following methods were reviewed: blue light exposition, cooled air, odor stimulation, audio and vibration stimulation. Blue light exposition was found to be effective during night driving sessions. Audio stimulation should not be recommended for drivers asthe majority of them listen to music while driving. Cool air, peppermint odor and vibration stimulation seem to be effective for sustaining alertness, however, not for long (about 5-10 minutes).
Key words: car driving, operator work, drowsiness, semi-autonomous cars, attention
d
o
m VQ
O
tU
<
Acknowledgements. The work is performed with the support of the Russian Academy of Sciences and the Russian Foundation for Basic Research, grant No. 19-29-06071.
CITATION: Tkachenko O.N., Dorokhov V.B., Dementienko V.V. Psychophysiological aspects of maintaining drivers' optimal attention level while driving semi-autonomous cars. Environment and Human: Ecological Studies. 2020. Vol. 10. No. 4. Pp. 482-509. (In Russ.) DOI: 10.31862/2500-2961-2020-10-4-482-509
Введение
Вождение автомобиля - сложная задача, которая предъявляет высокие требования к когнитивным способностям, быстроте реакции и уровню внимания водителя [Sawyer et al., 2012]. Однако в развитых странах за руль автомобиля регулярно садится большинство людей трудоспособного возраста. В результате автомобильных аварий ежегодно умирает 1,35 млн человек (World Health Organization, Global Status Report on Road Safety - Summary (2018), https://www.who.int/violence_injury_prevention/ road_safety_status/2018/GSRRS2018_Summary_EN.pdf), и в 90% случаев причиной аварии является человеческий фактор [Hendricks et al., 2001; Otte et al., 2009; Singh, 2015]. При этом до 20% ДТП с летальным исходом приходится на усталость и засыпание (Национальное управление безопасностью движения на трассах США, "Drowsy Driving and Research Program Plan", 2016, www.nhtsa.gov/sites/nhtsa.dot.gov/files/ drowsydriving_strategicplan_030316.pdf). Также значительная часть ДТП, по данным той же организации, связана с отвлечением от дороги (около 25%) и агрессивным вождением. С этим связан тренд автоматизации управления средствами передвижения, в частности, автомобилями.
Развитие технологий искусственного интеллекта уже привело к появлению частично автоматизированных транспортных средств, и в ближайшее десятилетие эти тенденции будут усиливаться. Вместо ежесекундного управления всеми аспектами движения водитель частично автоматизированного транспортного средства в большей степени занят супервизией работы алгоритмов, заложенных в автомобиле, и принимает на себя управление лишь в сложных ситуациях. С одной стороны, это делает вождение менее напряженным, с другой - приводит к рассеянию внимания и его снижению [Kundinger et al., 2019]. В результате увеличивается время реакции и вероятность засыпания за рулем, что может иметь катастрофические последствия для участников движения [Korber et al., 2015]. Вследствие этого в ближайшие годы частичная автоматизация вождения приведет к снижению доли агрессивных действий
Œ
О m VQ
О
(U
<
485
J
CP
о
m VQ
О CD
<
486
участников в общем числе ДТП и повышению доли ДТП, связанных с засыпанием и отвлечением.
Таким образом, актуальной становится проблема поддержания бдительности водителя в ситуации, не требующей от него ежесекундных действий [Collet, Musicant, 2019]. С другой стороны, мы наблюдаем бурное развитие бесконтактных систем мониторинга состояния человека и алгоритмов анализа, например, видеокамер, автоматически распознающих мимику, закрытие глаз и даже сердцебиение по неразличимым для эксперта колебаниям яркости освещенности лица. На их основе можно разработать адаптивные алгоритмы, который будет подстраиваться под состояние водителя и подавать активирующие стимулы только в моменты, когда это требуется, что позволит избежать раздражения со стороны водителя и сделать вождение максимально комфортным. Машинное обучение и нейросетевые модели уже позволяют сделать такие классификаторы достаточно точными (см., например, [Singh et al., 2013] - точность около 90%).
Ранее нами была приведена аргументация [Дементиенко, Дорохов, 2013], что наиболее безопасными системами для поддержания необходимого уровня бодрствования оператора являются системы с принудительной активацией (инициализацией) оператора в моменты с критическим снижением уровня бодрствования и потерей внимания. Важным звеном при построении такой системы безопасности является выбор оптимальной методики поддержании работоспособности для конкретного вида деятельности.
В данной статье приведен краткий обзор известных на данный момент методик поддержания внимания, которые могут быть актуальны в ситуации управления частично автоматизированным автомобилем: вибростимуляция, аудиостимуляция, музыка, запаховые стимулы. Также рассмотрены способы физиологические показатели, по которым может быть оценено состояния водителя.
Показатели внимания
Не только психофизиологам, но и практически любому человеку хорошо знакома одна из главных характеристик внимания: привыкание к повторяющимся незначимым стимулам, или габитуация [Соколов, 1958; Gray, 1975]. Поэтому мало подобрать стимулы, которые возвращали бы внимание задремавшего или замечтавшегося водителя к дороге. Для того, чтобы не происходило привыкания, нужно подавать их только в те моменты, когда состояние водителя может помешать ему оперативно отреагировать на внештатную ситуацию.
Поведенческие показатели (частота коррекции положения руля, расстояние до центра полосы, соблюдение скоростного режима и аналогичные им) неплохо зарекомендовали себя в ситуации ручного вождения. Однако именно эти параметры в штатных ситуациях контролируются системой «умного управления» автоматизированного автомобиля, а значит, их нельзя использовать для оценки состояния водителя.
Как уже упоминалось выше, отвлечение внимания и неспособность водителей полностью сосредоточиться на дороге являются одними из основных причин дорожно-транспортных происшествий. Само определение бдительности включает сосредоточение на выполняемой задаче [Parasuraman, 1998]. Внимание к дороге, вообще говоря, может снижаться не только из-за сонливости либо утомления, но также из-за отвлечения, например, на разговор по телефону или даже просмотр на нем развлекательного содержимого. Национальное управление безопасностью движения на трассах США разработало методичку, в которой подчеркивается вред отвлечения на посторонние стимулы во время вождения. Можно предположить, что отвлечение водителя от дороги на телефон не слишком изменит его функциональное состояние и вряд ли отразится в физиологических параметрах, поскольку в обоих случаях он будет решать некоторые когнитивные задачи. Здесь можно порекомендовать систему видеослежения, которая котролировала бы направление взгляда по положению головы и координатам зрачков водителя (современные айтрекеры давно и успешно решают такие задачи). Поэтому далее мы сосредоточимся на состоянии монотонии, переходящем в дремотное.
Монотонию следует отличать от умственной усталости, которая возникает в ситуации повышенных, а не сниженных требований задачи к вниманию и когнитивным способностям. Развитие монотонии связано со снижением уровня бодрствования и переходом в т.н. дремотное состояние, предшествующего засыпанию. В ряде исследований было показано, что сам водитель не может объективно оценивать свое состояние [Moller et al., 2006; Schmidt et al., 2009; Aanuolupo, 2019], поэтому необходимо отслеживать его независимыми объективными методами, по физиологическим или поведенческим критериям.
Развитие дремотного состояния затрагивает не только мозг, но и периферические отделы нервной системы [Oken, Salinsky, Elsas, 2006]. Эти процессы отражаются в первую очередь в электроэнцефалограмме (ЭЭГ) человека: спектр ЭЭГ смещается в низкочастотную область, нарастает мощность альфа- и тета-ритмов, снижается мощность бета-ритма. Тем не менее, ЭЭГ обладает значительной межиндивидуальной вариабельностью, поэтому требует настройки алгоритма
о
т VQ
О
(U
<
s_)
критического снижения уровня бодрствования. В последнее десятилетие было разработано много портативных носимых устройств, регистрирующих несколько каналов ЭЭГ, обрабатывающих ее и дающих обратную связь в реальном времени (см., например, обзор [Minguillon, Lopez-Gordo, Pelayo, 2017]), а современные технологии позволяют применять для анализа в реальном времени как алгоритмы машинного обучения, так и предварительно обученные на больших объемах данных нейросети. Уже разработаны программные библиотеки, извлекающие из ЭЭГ показатели функционального состояния, например, SDK (Suite Development Kit) of Neuro-Headset Emotiv EPOC от компании EMOTIV.
Другим перспективным подходом к оценке состояния водителя являются айтрекеры и видеокамеры, которые на данный момент способны автоматически отслеживать мимику, положение головы и глаз испытуемых [Hecht et al., 2018]. Хорошими коррелятами дремотного состояния, изменения которых предшествуют появлению ошибок вождения, являются зевки, степень закрытия глаз веками, частота морганий, диаметр зрачка [Körber et al., 2015], замедление саккадических движений глаз [Morales et al., 2017]. Аналогичные изменения ЭЭГ и параметров движений глаз при снижении уровня бдительности были показаны и в наших работах предыдущих лет [Ткаченко, 2012; Микросон..., 2013; Dorokhov et al., 2013; Прогнозирование..., 2014; Ткаченко и др., 2015].
Менее однозначными, но также перспективными показателями для оценки уровня бодрствования являются изменение вариабельности сердечного ритма и фазической компоненты кожно-гальванической реакции (КГР). Изменения фазической компоненты КГР при засыпании подробно рассматривались в работах [Wright, McGown, 2001; Телемеханическая система..., 2017]. Много работ по дремотному состоянию также посвящено изменению вариабельности RR-интервала сердечного ритма, который легко регистрировать и на современном уровне технологий даже можно выделить бесконтактно из видеоизображения лица испытуемого (при достаточном освещении). В основном засыпание ассоциируется с повышением вариабельности RR-интервала, хотя, как и большинство физио-£ логических показателей, он демонстрирует существенную межиндиви-8 дуальную вариабельность [Abtahi et al., 2017]. По сравнению с ЭЭГ этот 2 показатель является менее чувствительным [Cisler, 2019].
I Методики поддержания внимания
Если внимание водителя снижается из-за сонливости, вызванной
I недосыпанием или длительным монотонным вождением, одной из наи-
<с
лучших мер является остановка и 20-30 мин сна [Sagaspe et al., 2007;
Watling, Smith, Horswill, 2014]. Эта рекомендация официально поддерживается транспортными ведомствами, к примеру, в Новом Южном Уэльсе ее сформулировали как "Stop. Revive. Survive!" («Остановись. Восстановись. Выживи!»).
Для поддержания оптимального уровня бодрствования нередко используют различные пищевые продукты (в частности, кофеин) и ноотропные препараты (модафинил). Мы не станем останавливаться на них подробно, поскольку вряд ли можно рекомендовать их прием на постоянной основе всем или хотя бы большинству водителей. Интересующиеся влиянием кофеина и ноотропных препаратов на внимательность читатели могут обратиться к соответствующим разделам обзора [Al-Shargie et al., 2019]. Там же можно познакомиться с исследованиями влияния жвачки на уровень бодрствования. В данной статье мы сосредоточимся на нефармакологических методиках.
По нашему мнению, было бы нерационально рекомендовать водителям, желающим повысить свою внимательность, видеоигры или дополнительную визуальную стимуляцию, хотя отдельные работы в этом направлении также ведутся (например, периодически активируемые источники света, обрамляющие поле зрения водителя [Capalar, Olaverri-Monreal, 2017]).
Транскраниальная стимуляция (transcranial alternating/direct current stimulation, сокращенно tACS или tDCS) в экспериментальных условиях успешно повышает внимание испытуемых к широкому кругу психомоторных задач: модуляция бдительности [Annarumma et al., 2018], реакция на различные типы стимулов [Loffler et al., 2018], отслеживание потенциально опасных ситуаций на дороге [Nelson et al., 2014], но на сегодняшнем уровне развития технологий стимуляция такого рода плохо совместима с вождением, а побочные эффекты tACS и tDCS лишь изучаются.
Отдельная группа исследований связана с отвлечением водителя на не связанную с вождением задачу, которая поддерживала бы его бдительность (например, взаимодействие с сенсорным экраном [Farooq, Evreinov, Raisamo, 2019], набор текста под диктовку [Wehlack, 2020]). Мы полагаем, что вовлечение водителя в выполнение сторонней задачи может по аналогии с использованием мобильного телефона за рулем привести к повышению аварийности, поэтому не будем подробно останавливаться на этом направлении.
Далее мы рассмотрим способы сенсорной стимуляции, используемые для повышения бдительности водителей: освещение, изменение температуры, аудиостимуляцию, вибростимуляцию, запаховую стимуляция.
о
т VQ
О
(U
<
Коротковолновой свет
Среди пассивных методик повышения внимания и борьбы с сонливостью в первую очередь стоит отметить коротковолновой (голубой) свет (табл. 1), который, по многим данным, ухудшает сон активных пользователей компьютеров и смартфонов [Kimberly, James, 2009; West et al., 2011; Chang et al., 2014; Mortazavi et al., 2018]. По некоторым данным, с возрастом стимулирующий эффект голубого света ослабевает. Возможно, это происходит из-за помутнения хрусталика [Daneault et al., 2014].
Большинство исследователей связывает воздействие голубого света с подавлением выработки мелатонина [Lockley, Brainard, Czeisler, 2003], однако также имеются свидетельства, что цветовая температура освещения может влиять на функциональное состояние мозга непосредственно и немедленно [Vandewalle et al., 2007; Kiessling, Sollars, Pickard, 2014].
В большинстве работ голубой или обогащенный голубым свет оказывал положительное влияние на реакцию и уровень бодрствования водителя, причем в одном исследовании даже опережал кофеин по качеству вождения (см. табл. 1). Снижение сонливости при воздействии голубого света показано как на поведенческом и субъективном уровне, так и в спектре ЭЭГ. Тем не менее, в одной работе указан высокий процент испытуемых (17%), у которых голубая подсветка салона автомобиля при ночном вождении вызвала дискомфорт [Taillard et al., 2012]. Этот вопрос требует дополнительных исследований. С учетом этого органи-чения мы полагаем, что обогащенная голубым подсветка салона автомобиля может использоваться как фоновое средство борьбы с сонливостью при вождении в ночное время суток.
Снижение температуры окружающей среды
Еще один эффективный метод борьбы с дремотным состоянием — понижение температуры окружающей среды. Многие водители, сталкиваясь с сонливостью за рулем, включают кондиционер на охлаждение или открывают окно. Это связано не только с притоком свежего воздуха, но и с бодрящим воздействием прохлады. Основные исследования этого способа стимуляции приведены в табл. 2. g. К сожалению, исследований прохладного воздуха как средства борь-
vQ бы с монотонией не слишком много. В одной работе к тому же отмеча-ш ется непродолжительный эффект такого воздействия (порядка нескольких минут) [Schmidt et al., 2017]. Для проверки эффективности и границ применимости методики требуется больше исследований. Однако, g поскольку почти все современные автомобили оборудованы кондицио-Л нерами, информированные водители уже могут пользоваться этим средством самостоятельно.
Влияние коротковолнового (синего) света на уровень бдительности [Influence of shortwave (blue) light on the level of alertness]
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Освещение [The light] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Cajochen et al., 2005 10 Синий (460 нм) и зеленый (550 нм) свет Синий свет снижал субъективную сонливость, повышал частоту сердечных сокращений (ЧСС) и температуру тела Опросник сонливости, физиологические измерения
Vandewalle et al., 2007 18 Синий (470 нм) и зеленый (550 нм) свет Синий свет повышал качество выполнения задания Слуховое внимание, сравнение стимулов
Viola et al., 2008 104 Обогащенный голубым белый свет (17 000 К), сравнение с белым светом (4000 К) Обогащенный голубым свет улучшал настроение, уровень бдительности, снижал дневную сонливость и вечернюю усталость Дневная офисная работа
Chellappa et al., 2011 16 Сравнение голубого света (вечернее освещение, 2 часа) с желтым и белым Улучшение времени реакции в задачах, требующих внимания, коррелирующее с подавлением выработки мелатонина Тесты на реакцию, требующие различения стимулов
Taillard et al., 2012 48 Свет с длиной волны 468 нм (сравнение с приемом кофеина и плацебо) Голубой свет улучшал качество вождения, но в меньшей степени, чем кофеин; 17% испытуемых сочли его дискомфортным Ночное управление автомобилем (4 ч., 400 км)
л
о
о л
о
с
Окончание табл. 1
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Освещение [The light] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Beaven, Ekstrom, 2013 21 Синий свет, сравнение с кофеином Кофеин и синий свет улучшали время реакции; кофеин негативно влиял на точность выполнения теста Реакция на визуальные стимулы (парадигма Go / No go)
Purawijaya, Fitri, Suprijanto, 2015 4 Синий свет, сравнение с темнотой Разнонаправленные изменения бета-ритма ЭЭГ у разных испытуемых при воздействии синего света Симулятор вождения автомобиля, ночная сессия
Baek, Min, 2015 20 Темнота, два вида синего света, белый свет Синий свет улучшает выполнение задачи и снижает представленность альфа-ритма в ЭЭГ Реакция на числовые стимулы с их различением
Fitri et al., 2018 7 Синий свет (длина волны не указана), сравнение с темнотой Увеличение бета-активности в ЭЭГ после воздействия голубого света Симулятор вождения автомобиля, ночная сессия
Domagalik et al., 2020 48 Ограничение голубого света (желтые контактные линзы), 4 недели Снижение внимательности и производительности труда в группе с желтыми контактными линзами Тесты на внимание и пространственную память
Faraut et al., 2020 17 Синий свет (длина волны не указана), вечерняя экспозиция, 30 мин Кортизол, тестостерон, альфа-амилаза, оценка стресса показывают лучшее состояние после депривации сна в сравнении с контрольной группой Кортизол, тестостерон, альфа-амилаза после депривации сна, задачи на внимательность
Zhang et al., 2020 8 Свет различной цветовой температуры Наилучшее воздействие оказывал свет температуры 4000 К (нейтральный белый) Компьютерная обучающая сессия с последующим тестированием (45 мин), регистрация ЭЭГ
NJ VO ОЛ
Q_ H
l
o ю
i
Влияние прохладного воздуха на уровень бдительности [Influence of cool air on the level of alertness]
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Температура / длительность воздействия [Temperature / duration] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Reyner, Horne, 1998 16 10 °C / 120 мин Не обнаружено статистически значимых изменений Симулятор вождения автомобиля
Landstrom et al., 1999 20 На 10 °C меньше температуры окружающей среды (25-30 °C) / 2 и 4 мин; периодические нагрев и охлаждение воздуха в зависимости от альфа-ритма Значительное снижение сонливости по опроснику и мощности альфа-ритма в периоды охлаждения, но не у всех испытуемых Симулятор вождения автомобиля
Landstrom et al., 2002 6 водителей, 54 поездки На 8 °C меньше температуры окружающей среды / 2-8 мин 3 из 6 испытуемых остались довольны работой системы Вождение автомобиля
Van Veen, 2016 32 5 °C / 4 мин (руки) 83% сочли систему охлаждения рук эффективной в борьбе с усталостью; статистически значимое увеличение ЧСС Симулятор вождения автомобиля
Schmidt et al., 2017 34 17°C / 6 мин Значимое снижение субъективной сонливости, числа морганий, увеличение диаметра зрачка; оптимальная продолжительность стимула - 3 мин; непродолжительный эффект стимуляции Симулятор вождения автомобиля
Schmidt, Bullinger, 2017 33 15 °C / 2 и 4 мин Усиление активности симпатической нервной системы (зрачок, ЧСС); лучшее самочувствие по опроснику приблизительно на 6 мин после стимуляции Симулятор вождения автомобиля
л
о
о л
о
3 Аналитические обзоры
С
,_)
Запаховая стимуляция
О том, что запахи могут влиять на настроение человека, говорили еще с древних времен, однако современные технологии позволяют проверить не только время реакции и качество выполнения задания, но и отследить изменения активности мозга в нейтральном окружении и при воздействии ароматического вещества. Природа этого явления еще не до конца изучена.
Исследования влияния запаховой стимуляции на внимание суммированы в табл. 3. В некоторых работах воздействие эфирного масла сравнивается влиянием небольшого вознаграждения, из чего делается вывод, что реакция связана с позитивным стимулом [Baron, Thomley, 1994]. В других работах показано, что воздействия и приятного, и неприятного запаха приводят к улучшению качества операторской работы [Millot, Brand, Morand, 2002]. Однако приятные испытуемым запахи лаванды и иланг-иланга, которые используются в ароматерапии для расслабления, в ряде исследований ухудшали качество работы испытуемых, в отличие от общепризнанно бодрящего запаха мяты перечной.
В основном повышению бдительности способствует мятное масло (табл. 3). Несколько исследований отмечают подобный эффект у эфирного масла розмарина. Относительно лаванды и жасмина получены противоречивые результаты, но в большинстве исследований по арома-терапии отмечено успокаивающее действие эфирного масла лаванды. Наиболее перспективным для повышения уровня бодрствования представляется масло мяты перечной. Скорее всего, при длительном выполнении задачи возникает привыкание к фоновому запаху. Мы предполагаем, что адаптивная модель подачи запахового стимула может улучшить полученные авторами перечисленных статей эффекты. Соответствующие технические решения уже создаются [Dmitrenko, Vi, Obrist, 2016]. Как показано в исследовании [Yoshida, 2011], предъявление эфирного масла мяты при выполнении монотонной задачи повышало уровень бодрствования испытуемого приблизительно на 10 мин. з Отметим, что в ряде упомянутых исследований время, отведенное
£ на задачу, составляло менее часа. Скорее всего, это связано с высокой 2 психоэмоциональной сложностью полутора-двухчасовых эксперимен-I тов по монотонной деятельности для испытуемых. В то же время состояние монотонии развивается у выспавшегося человека приблизительно через 30-40 мин после начала выполнения задания (в зависимости ï от сложности и монотонности), а значит, при увеличении длительности эксперимента можно ожидать более четких результатов.
Влияние запаховой стимуляции на уровень бдительности [Influence of odor stimulation on the level of alertness]
л
о
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Запах [The odor] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Baron, Kalsher, 1998 80 Лимон Улучшение качества выполнения задания Управление движущимися объектами на экране
Sullivan et al., 1998 40 (20 после инсульта) Мята Улучшение внимательности у обеих групп Отслеживание значимых паттернов среди нейтральных на мониторе
Ilmberger, 2001 100 Мята, жасмин, иланг-иланг, эвкалипт, ментол Различия не значимы статистически Реакция на значимые стимулы
Millot, Brand, Morand, 2002 33 Лаванда, пиридин И приятный, и неприятный запах снижают время реакции Время реакции на визуальные и слуховые стимулы
Barker et al., 2003 26 Мята Улучшение скорости печати и чтения Память; алфавитный порядок слов; чтение незначащих последовательностей букв; скорость печати
Sakamoto et al., 2005 36 Лаванда, жасмин Лаванда: улучшение концентрации; жасмин: без изменений Реакция на изменения размера движущейся цели
Moss et al., 2008 144 Мята, иланг-иланг Мята: повышение бдительности; иланг-иланг: снижение бдительности, успокаивающий эффект Drug Research Computerized Assessment System (память, время реакции, распознавание изображений)
Shimizu et al., 2008 15 Лаванда, эвкалипт Лаванда: препятствует развитию усталости; эвкалипт: без изменений Время реакции на значимый стимул среди незначащих
о л
о
^О Аналитические обзоры
Ul
Í
Окончание табл. 3
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Запах [The odor] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Heuberger, Ilmberger, 2010 240 Мята, жасмин, линалилацетат (компонент лаванды) Мята, жасмин: без изменений; линалилацетат: уменьшение времени реакции Отслеживание меняющихся паттернов, реакция на них
Matsubara et al., 2011 9 Лавр Улучшение бдительности Реакция на значимые стимулы среди незначащих (цифры)
Manuel et al., 2014 45 Мята, лаванда Мята: возрастание бдительности; лаванда: снижение бдительности Запоминание 20 названий брендов
Mahachandra, Yassierli, Garnaby, 2015 12 Мята ЭЭГ-показатели: тенденция к более высокому уровню внимания (ниже статистической значимости) Симулятор вождения автомобиля
Babulka et al., 2017 128 Розмарин, лаванда Отсутствие изменений Реакция на стимулы на мониторе (14 мин)
Moss et al., 2018 40 (дети 9-11 лет) Розмарин Улучшение памяти Запоминание чисел и слов
Dmitrenko, 2019 21 Лаванда Улучшение выполнения задач (сброс скорости, нахождение в центре полосы) Симулятор вождения автомобиля
Hoult et al., 2019 100 Мята Улучшение выполнения заданий Вербальные аспекты кратковременной памяти
Lwin, Malik, Neo, 2020 73 Мята Противодействие усталости; периодическая стимуляция лучше постоянной Время реакции; отслеживание подозрительных стимулов
NJ VO ОЛ
Q_ H
l
o ю
i
Аудиостимуляция
Нам не удалось найти работы, где уровень бодрствования поддерживался бы периодической подачей неожиданных аудиостимулов, хотя вибростимуляция успешно используется в таких парадигмах. В исследованиях связи аудиостимуляции с внимательностью исследователи обычно останавливаются на музыке или набирающих популярность в последние годы бинауральных биениях. Поскольку таких работ не очень много, перечислим их в одной табл. 4. Упомянем отдельно еще одно исследование, в котором рассматривается возможность подачи сигнала водителю изменением громкости радио [Fagerlönn, Lindberg, Sirkka, 2012].
Из-за большой популярности музыки среди водителей среди них, скорее всего, не получат распространения бинауральные биения, для которых к тому же потребуются наушники. Однако музыка плохо подходит для интерактивных дизайнов вождения: водители, скорее всего, захотят самостоятельно выбирать как жанры и конкретных исполнителей, так и моменты ее включения и выключения. Также сложно предсказать результаты наложения адаптивной аудиостимуляции на выбранное водителем для поездки звуковое окружение.
Вибростимуляция
Виброакустическая стимуляция исходно использовалась для улучшения качества жизни страдающих глухотой людей. Однако уже более двадцати лет она рассматривается как перспективный способ подачи сигналов, не отвлекающих от дороги, водителям и другим людям, занятым операторской деятельностью. С наработками в этой области можно подробно ознакомиться в обзорах [Prewett et al., 2012; Yusof, 2020]. Помимо сиденья автомобиля, сигнал может подаваться на пульт либо вибрирующий браслет [Ma et al., 2019]. Упомянем несколько типичных исследований, связанных с монотонией, в табл. 5.
Обобщая результаты упомянутых обзоров, можно сказать, что вибросигналы, как минимум, не менее эффективны, чем визуальные и ауди-альные стимулы. Однако в ситуации вождения у них есть важное преимущество - воздействие на практически не задействованный канал восприятия, в отличие от визуального и слухового (фоновый шум автомобиля и зачастую музыка в салоне).
В нескольких исследованиях сравнивалось воздействие мульти-модальных и унимодальных сигналов. Большинство авторов приходят к выводу, что мультимодальные сигналы более эффективны, чем
а.
о
т VQ
О
(U
<
чо 00
Влияние аудиостимуляции на уровень бдительности [Influence of audio stimulation on the level of alertness]
NJ VO ОЛ
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Тип стимуляции [Stimulation type] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Lane et al., 1998 29 Бинауральные биения дельта- и бета-диапазонов Биения в бета-диапазоне улучшали настроение и снижали число ошибок Время реакции на повторяющиеся стимулы
Dibben, Williamson, 2007 1780 Музыка Обнаружены связи между предпочитаемыми водителями жанрами и аварийностью Массовый опрос водителей
Wolfe, Noguchi, 2009 76 Музыка Музыка уменьшала количество ошибок Восприятие на слух историй с отвлекающими стимулами
Unal et al., 2013 47 Музыка высокой и умеренной громкости Положительно сказывается на качестве вождения; эффект не зависит от громкости Следование за автомобилем в симуляторе вождения
Solca, Mottaz, Guggisberg, 2016 9 Бинауральные биения (10 Гц) Положительно сказывается на альфа-синхронизации, не оказывает значимого влияния на выполнение задачи Различение аудиальных стимулов
Lim et al., 2018 25 Бинауральные биения, вибромассаж Улучшение выполнения большинства тестов; снижение ЭЭГ-индексов умственной усталости Когнитивные тесты (5 типов)
Garcia-Argibay, Santed, Reales, 2019 32 Бинауральные биения (5 и 20 Гц) Возможно разнонаправленное влияние на память в зависимости от частоты Запоминание слов
Q. H
l
o
1a
Влияние вибростимуляции на уровень бдительности [Influence of vibration stimulation on the level of alertness]
Источник [The source] Число испытуемых [Number of subjects] Тип стимуляции [Stimulation type] Эффект [Effect] Тип задачи [Task type]
Calhoun et al., 2004 18 Аудиальные и тактильные сигналы Оба вида сигналов одинаковы по эффективности, тактильные могут быть предпочтительны в шумном окружении Удаленное управление беспилотным аппаратом с дополнительными отвлекающими задачами
Krausman, Elliott, Pettit, 2005 12 Тактильные и визуальные пр едупр ежд ения Время реакции на тактильные стимулы существенно меньше, чем на визуальные Имитация управления автомобилем на военных учениях
Scott, Gray, 2008 16 Тактильные, аудиальные и визуальные предупреждения Наименьшее время реакции на тактильную стимуляцию Симулятор вождения автомобиля, реакция на предупреждения
Arrabito et al., 2011 98 Вибростимуляция различных частот и паттернов (жилет с восемью независимыми стимуляторами) Реакция на паттерны значимо не различалась; вибростимуляция улучшала выполнение задания по сравнению с контрольной группой Выделение коротких сигналов из белого шума
Kalisch et al., 2012 78 Время реакции на тактильные стимулы в зависимости от возраста Значительное повышение времени реакции с увеличением возраста Матрицы Рейвена
Telpaz et al., 2015 26 Вибросигнал о передаче управления водителю Улучшение качества вождения Симулятор частично автоматизированного вождения автомобиля
Zhang et al., 2016 20 Синусоидальная вибростимуляция частоты 15 Гц Улучшение внимательности при стимуляции Реакция на графические стимулы, парадигма Go / No go
Biondi et al., 2017 18 Тактильные, аудиальные, визуальные и мультимо-дальные предупреждения Мультимодальные сигналы эффективнее при низкой ментальной нагрузке, при высокой эффект сглаживается Реакция на числовые стимулы на экране
л
о
о л
о
9 Аналитические обзоры
С
ISSN 2500-2961 Environment and Human: Ecological Studies. 2020. Vol. 10. No. 4 __)
унимодальные, однако в работе [Calhoun et al., 2004] этот эффект сглаживался при повышении когнитивных требований к задаче. Поскольку число испытуемых в упомянутых работах обычно составляет около 20-30 человек, а дизайны исследований существенно отличаются, мы полагаем, что различия мультимодальных и унимодальных сигналов пока исследованы недостаточно.
Заключение
В большинстве рассмотренных исследований время эксперимента было недостаточно для развития уровня монотонии, свойственной продолжительному вождению. Возможно, при удлинении опыта эффекты методик проявились бы ярче. Основываясь на собственном опыте работы с симуляторами вождения и изученных работах по монотонии, мы полагаем, что такой эксперимент должен длиться не менее часа, лучше - от полутора до двух часов, хотя это существенно повышает сложность эксперимента для испытуемых.
Прием кофеина, ноотропных препаратов и использование жвачки по понятным причинам остается делом личных предпочтений водителей, хотя все три способа повышения бдительности подробно изучались и показали некоторую эффективность. Лучшим средством борьбы с выраженной сонливостью, однако, остается прерывание вождения на кратковременный сон.
Согласно данным нашего обзора, для борьбы с фоновой сонливостью, особенно в ночное время суток, может успешно использоваться коротковолновая (голубая) или обогащенная голубым цветом подсветка салона автомобиля.
Снижение температуры окружающей среды как способ борьбы с сонливостью пока недостаточно исследовано, но может рекомендоваться водителям как безопасный способ для самостоятельного применения, поскольку современные автомобили, как правило, оснащены системами климат-контроля.
Что касается систем, отслеживающих состояние водителя в реаль-з ном времени: чтобы сигнал оповещения о сниженном уровне бодрство-Jn вания оставался значимым для водителя, он должен подаваться неча-2 сто и только в необходимые моменты, иначе произойдет габитуация | и водитель перестанет реагировать на стимул как на значимый. Для оптимизации состояния водителя очень важна система его распознавания в реальном времени. На современном уровне технологий эта задача I может решаться бесконтактно - путем отслеживания наклона головы, степени закрытия глаз и частоты морганий испытуемого. Для создания
более чувствительных систем контроля состояния можно использовать показатели ЭЭГ.
Мы полагаем, что из рассмотренных агентов для запаховой стимуляции наиболее перспективно использование масла мяты перечной (либо его основной составляющей - ментола). Лаванда и иланг-иланг, наоборот, оказывают расслабляющее воздействие, что приводит к ухудшению качества длительной монотонной работы и увеличению времени реакции на значимые стимулы. Эфирное масло жасмина не оказывает значимого влияния на испытуемых. Для изучения воздействия эфирных масел розмарина и лавра требуются дополнительные исследования.
Аудиостимуляция испытуемых в условиях реального вождения, на первый взгляд, кажется перспективной, но, скорее всего, будет затруднена, поскольку многие водители любят слушать музыку за рулем, и слышимость пробуждающего стимула на ее фоне невозможно предугадать. Сама музыка влияет на водителей скорее положительно, чем отрицательно, однако ее действие сильно зависит от взаимодействия темперамента и функционального состояния водителя и жанра музыки.
Вибростимуляция в рассмотренных работах показала свою эффективность и может быть рекомендована к применению в частично автоматизированных автомобилях.
Библиографический список / Referense
Дементиенко В.В., Дорохов В.Б. Оценка эффективности систем контроля уровня бодрствования человека-оператора с учетом вероятностной природы возникновения ошибок при засыпании // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. Т. 63. № 1. С. 24-32. [Dementienko V.V., Dorokhov V.B. Estimation of control operator's alertness level by reference to random nature of errors during falling asleep. I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2013. Vol. 63. No. 1. Pp. 24-32. (In Rus.)]
Дорохов В.Б. Анализ психофизиологических механизмов нарушения деятельности при дремотных изменениях сознания // Вестник Российского гуманитарного научного фонда. 2003. № 4. С. 137-144. [Dorokhov V.B. Analysis of psychophysiological mechanisms of operator's faults during drowsiness. Vestnik Rossiyskogo gumanitarnogo nauchnogo fonda. 2003. No. 4. Pp. 137-144. (In Rus.)] 3
Дорохов В.Б. Механизмы возникновения ошибок в деятельности при засыпа- ор
нии: Дис. ... д-ра биол. наук. М., 2006. [Dorokhov V.B. Mechanisms of operator's vo errors during falling asleep. Dr. Hab. Dis. Moscow, 2006.] ф
Микросон: анализ особенностей изменений ЭЭГ при психомоторных нарушениях / Ткаченко О.Н., Лаврова Т.П., Дорохов В.Б. и др. // Журнал выс- ^ шей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. Т. 63. № 1. С. 141-153. ¡5 [Tkachenko O.N., Lavrova T.P., Dorokhov V.B. et al. Microsleep: Analysis of EEG ^ changes during psychomotor errors. I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2013. Vol. 63. No. 1. Pp. 141-151. (In Rus.)]
Прогнозирование моментов критического снижения уровня бодрствования по показателям зрительно-моторной координации / Арсеньев Г.Н., Ткачен-ко О.Н., Украинцева Ю.В., Дорохов В.Б. // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014. Т. 64. № 1. С. 64-76. [Arsenyev G.N., Tkachenko O.N., Ukraintseva J.V., Dorokhov V.B. Prediction of critical alertness decrease using eye-motor coordination indices. I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2014. Vol. 64. No. 1. Pp. 64-76. (In Rus.)]
Соколов Е.Н. Восприятие и условный рефлекс. М., 1958. [Sokolov E.N. Vospriyatie i uslovnyy refleks [Perception and behaviour reflex]. Moscow, 1958.]
Телемеханическая система контроля бодрствования машиниста / Бугаев А.С., Герус С.В., Дементиенко В.В. и др. // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2017. № 2. С. 21-41. [Bugayev A.S., Gerus S.V., Dementienko V.V. et al. Telemechanical system of locomotive drivers' alertness monitoring. Organization of the JSC Bulletin. 2017. Vol. 2. Pp. 21-41. (In Rus.)]
Ткаченко О.Н. Физиологические показатели дремотного состояния при выполнении монотонной операторской деятельности: Дис. ... канд. биол. наук. М., 2012. [Tkachenko O.N. Physiological indices of drowsiness during monotonous operator activity. PhD Dis. Moscow, 2012.]
Ткаченко О.Н., Дорохов В.Б., Свешников Д.С. Физиологические корреляты дремотного состояния при выполнении монотонной операторской деятельности // Вестник МГГУ им. М.А. Шолохова. Серия «Педагогика и психология». 2015. № 2. C. 84-92. [Tkachenko O.N., Dorokhov V.B., Sveshnikov D.S. Physiological correlates of drowsiness during monotonous operator activity. Pedagogy and Psychology of Education. 2015. No. 2. Pp. 84-92. (In Rus.)]
Abtahi F., Anund A., Fors C. et al. Association of drivers' sleepiness with heart rate variability: A pilot study with drivers on real roads. IFMBE Proceedings. 2017. Pp. 149-152.
Al-Shargie F., Tariq U., Mir H. et al. Vigilance decrement and enhancement techniques: A review. Brain Sciences. 2019. Vol. 9. No. 8. P. 178.
Annarumma L., D'Atri A., Alfonsi V., De Gennaro L. The efficacy of transcranial current stimulation techniques to modulate rsting-state EEG, to affect vigilance and to promote sleepiness. Brain Sciences. 2018. Vol. 8. No. 7. P. 137.
Arrabito G.R., Ho G., Aghaei B. et al. Effects of vibrotactile stimulation for sustaining performance in a vigilance task: A pilot study. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. 2011. Vol. 55 (1). Pp. 1160-1164.
Ayeni A., Beghal G.S., Pengo M.F. et al. Self-reported sleepiness in the context of fitness-to-drive. Sleep and Breathing. 2019. No. 23. Pp. 1227-1232.
Babulka P., Berkes T., Szemerszky R., Koteles F. No effects of rosemary and lavender essential oil and a placebo pill on sustained attention, alertness, and heart ъ rate. Flavour and Fragrance Journal. 2017. Vol. 32. No. 4. Pp. 305-311. cO Baek H., Min B.-K. Blue light aids in coping with the post-lunch dip: An EEG
vo study. Ergonomics. 2015. Vol. 58. No. 5. Pp. 803-810.
cu Barker S., Grayhem P., Koon J. et al. Improved performance on clerical tasks
^ associated with administration of peppermint odor. Perceptual and Motor Skills. 2003. & Vol. 97. No. 3. Pp. 1007-1010.
н Baron R.A., Kalsher M.J. Effects of a pleasant ambient fragrance on simulated
^ driving performance. Environment and Behavior. 1998. Vol. 30. No. 4. Pp. 535-552. 3 Baron R.A., Thomley J. A whiff of reality. Environment and Behavior. 1994.
Vol. 26. No. 6. Pp. 766-784.
Beaven C. M., Ekström J. A comparison of blue light and caffeine effects on cognitive function and alertness in humans. PLoS ONE. 2013. Vol. 8. No. 10. P. e76707.
Biondi F., Leo M., Gastaldi M. et al. How to drive drivers nuts. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2017. Vol. 2663. Pp. 34-39.
Cajochen C., Münch M., Kobialka S. et al. High sensitivity of human melatonin, alertness, thermoregulation, and heart rate to short wavelength light. The Journal of Clinical Endocrinology, Metabolism. 2005. Vol. 90. No. 3. Pp. 1311-1316.
Calhoun G.L., Fontejon J.V., Draper M.H. et al. Tactile versus aural redundant alert cues for UAV control applications. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. 2004. Vol. 48. No. 1. Pp. 137-141.
Capalar J., Olaverri-Monreal C. Hypovigilance in limited self-driving automation: Peripheral visual stimulus for a balanced level of automation and cognitive workload. IEEE 20th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC). 2017. DOI: 10.1109/ITSC.2017.8317925
Chang A.-M., Aeschbach D., Duffy J.F., Czeisler C.A. Evening use of light-emitting eReaders negatively affects sleep, circadian timing, and next-morning alertness. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2014. Vol. 112. No. 4. Pp. 1232-1237.
Chellappa S.L., Steiner R., Blattner P. et al. Non-visual effects of light on melatonin, alertness and cognitive performance: Can blue-enriched light keep us alert? PLoS ONE. 2011. Vol. 6. No. 1. P. e16429.
Cisler D., Greenwood P.M., Roberts D.M. et al. Comparing the relative strengths of EEG and low-cost physiological devices in modeling attention allocation in semiautonomous vehicles. Frontiers in Human Neuroscience. 2019. Vol. 13.
Collet C., Musicant O. Associating vehicles automation with drivers functional state assessment systems: A challenge for road safety in the future. Frontiers in Human Neuroscience. 2019. Vol. 13.
Daneault V., Hébert M., Albouy G. et al. Aging reduces the stimulating effect of blue light on cognitive brain functions. Sleep. 2014. Vol. 37. No. 1. Pp. 85-96.
Dibben N., Williamson V.J. An exploratory survey of in-vehicle music listening. Psychology of Music. 2007. Vol. 35. No. 4. Pp. 571-589.
Dmitrenko D., Maggioni E., Obrist M. Towards a framework for validating the matching between notifications and scents in olfactory in-car interaction. Extended Abstracts of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 2019. DOI: 10.1145/3290607.3313001
Dmitrenko D., Vi C.T., Obrist M. A comparison of scent-delivery devices and their meaningful use for in-car olfactory interaction. Proceedings of the 8th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. 2016. DOI: 10.1145/3003715.3005464
Domagalik A., Oginska H., Beldzik E. et al. Long-term reduction of short-wavelength light affects sustained attention and visuospatial working memory with no evidence for a change in circadian rhythmicity. Front Neurosci. 2020. Vol. 3. No. 14. P. 654.
Dorokhov V.B., Arsenyev G.N., Tkachenko O.N. et al. A psychomotor test for assessment of visuomotor coordination during performance of a monotonous target-tracking ativity. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2013. Vol. 43. No. 1.
a.
o
m VQ
O
tU
<
_o CL
O m vQ O tU
s ^
u <u
ro
n
<
Fagerlonn J., Lindberg S., Sirkka A. Graded auditory warnings during in-vehicle use. Proceedings of the 4th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. 2012. Pp. 85-91. DOI: 10.1145/2390256. 2390269
Faraut B., Andrillon T., Drogou C. et al. Daytime exposure to blue-enriched light counters the effects of sleep restriction on Cortisol, testosterone, alpha-amylase and executive processes. Frontiers in Neuroscience. 2020. Vol. 13. DOI: 10.3389/ fnins.2019.01366
Farooq A., Evreinov G., Raisamo R. Reducing driver distraction by improving secondary task performance through multimodal touchscreen interaction. SN Applied Sciences. 2019. Vol. 1. No. 8.
Fitri L.L., Chusnia C., Suprijanto. Blue light exposure and visual distraction effect of the cognition brain waves of driver in car simulator at night. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 197. 2018. DOI: 10.1088/1755-1315/197/1/012051
Funato H., Yoshikawa M., Kawasumi M. et al. Stimulation effects provided to drivers by fragrance presentation considering olfactory adaptation. 2009 IEEE Intelligent Vehicles Symposium. 2009. DOI: 10.1109/IVS.2009.5164396
Garcia-Argibay M., Santed M.A., Reales J.M. Binaural auditory beats affect long-term memory. Psychological Research. 2019. No. 83. Pp. 1124-1136. DOI: 10.1007/ s00426-017-0959-2
Gray J. A. Elements of a two-process theory of learning. London, 1975.
Hecht T., Feldhutter A., Radlmayr J. et al. A review of driver state monitoring systems in the context of automated driving. Proceedings of the 20th Congress of the International Ergonomics Association (IEA 2018). 2018. Pp. 398-408.
Hendricks D.L., Freedman M., Page J.F. et al. The relative frequency of unsafe driving in serious traffic crashes. Summary Technical Report. 2001. URL: https:// one.nhtsa.gov/people/injury/research/udashortrpt/documentation_page.html (date of access: 09.04.2020).
Heuberger E., Ilmberger J. The influence of essential oils on human vigilance. Natural Product Communications. 2010. Vol. 5. No. 9. DOI: 10.1177/1934578X10 00500919.
Hogema J.H., De Vries S.C., Van Erp J.B.F., Kiefer R.J. A tactile seat for direction coding in car driving: Field evaluation. EEE Trans. Haptics. 2009. Vol. 2. No. 4. Pp. 181-188.
Hoult L., Longstaff L., Moss M. Prolonged low-level exposure to the aroma of peppermint essential oil enhances aspects of cognition and mood in healthy adults. American Journal of Plant Sciences. 2019. Vol. 10. Pp. 1002-1012.
Ilmberger J. The influence of essential oils on human attention. I: Alertness. Chemical Senses. 2001. Vol. 26. No. 3. Pp. 239-245.
Kalisch T., Kattenstroth J.-C., Kowalewski R. et al. Cognitive and tactile factors affecting human haptic performance in later life. PLoS ONE. 2012. Vol. 7. No. 1. DOI: 10.1371/journal.pone.0030420
Kiessling S., Sollars P.J., Pickard G.E. Light stimulates the mouse adrenal through a retinohypothalamic pathway independent of an effect on the clock in the suprachiasmatic nucleus. PLoS One. 2014. Vol. 9. DOI: 10.1371/journal. pone.0092959
Kimberly B., James R.P. Amber lenses to block blue light and improve sleep: A randomized trial. Chronobiology International. 2009. Vol. 26. No. 8. Pp. 1602-1612.
Korber M., Cingel A., Zimmermann M., Bengler K. Vigilance decrement and passive fatigue caused by monotony in automated driving. Procedia Manufacturing. 2015. Vol. 3. Pp. 2403-2409.
Krausman A., Elliott L.R., Pettit R. Effects of visual, auditory, and tactile alerts on platoon leader performance and decision-making. Army Res. Lab. 2005. Rep. ARL-TR-3999. URL: https://www.researchgate.net/publication/235171997_ Effects_of_Visual_Auditory_and_Tactile_Alerts_on_Platoon_Leader_Performance_ and_Decision_Making (date of access: 09/04/2020)
Kundinger T., Riener A., Sofra N., Klemens W. Drowsiness detection and warning in manual and automated driving: Results from subjective evaluation. Proceedings of the 10th International ACM Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. 2018. September. Pp. 229-236. DOI: 10.1145/3239060.3239073
Kyriakidis M., Happee R., de Winter J.C.F. Public opinion on automated driving: Results of an international questionnaire among 5000 respondents. Transportation Research. Part F: Traffic Psychology and Behaviour. 2015. Vol. 32. Pp. 127-140.
Landstrom U., Englund K., Nordstrom B., Stenudd A. Laboratory studies on the effects of temperature variations on drowsiness. Perceptual and Motor Skills. 1999. Vol. 89. 3 suppl. Pp. 1217-1229.
Landstrom U., Englund K., Nordstrom B., Stenudd A. Use of temperature variations to combat drivers' drowsiness. Percept. Mot. Skills. 2002. Vol. 95. No. 2. Pp. 497-506.
Lane J.D., Kasian S.J., Owens J.E., Marsh G.R. Binaural auditory beats affect vigilance performance and mood. Physiology, Behavior. 1998. Vol. 63. No. 2. Pp. 249-252.
Lim J.-H., Kim H., Jeon C., Cho S. The effects on mental fatigue and the cognitive function of mechanical massage and binaural beats (brain massage) provided by massage chairs. Complementary Therapies in Clinical Practice. 2018. Vol. 32. Pp. 32-38.
Lockley S.W., Brainard G.C., Czeisler C.A. High sensitivity of the human circadian melatonin rhythm to resetting by short wavelength light. The Journal of Clinical Endocrinology, Metabolism. 2003. Vol. 88. No. 9. Pp. 4502-4502.
Loffler B.S., Stecher H.I., Fudickar S. et al. Counteracting the slowdown of reaction times in a vigilance experiment with 40 Hz transcranial alternating current stimulation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 2018. No. 26 (10). Pp. 2053-2061. DOI: 10.1109/TNSRE.2018.2869471
Lwin M.O., Malik S., Neo J.R.J. Effects of scent and scent emission methods: Implications on workers' alertness, vigilance, and memory under fatigue conditions. Environment and Behavior. 2020. DOI: 10.1177/0013916520940804
Ma Z., Liu Y., Ye D., Zhao L. Vibrotactile wristband for warning and cuiding 3 in automated vehicles. Extended Abstracts of the 2019 CHI Conference on Human ^ Factors in Computing Systems. 2019. May. Paper No. LBW2220. Pages 1-6. DOI: vS 10.1145/3290607.3312819 £
Mahachandra M., Yassierli, Garnaby E.D. The effectiveness of in-vehicle g peppermint fragrance to maintain car driver's alertness. Procedia Manufacturing. ^ 2015. Vol. 4. Pp. 471-477. DOI: 10.1016/j.promfg.2015.11.064 pE
Manuel S.J., Syazwan M., Han C.W. et al. Peppermint and lavender essential ^ oils: Are they therapeutic aromas for attention and memory? The Internet Journal ^ of Alternative Medicine. 2014. Vol. 9. № 1.
Matsubara E., Fukagawa M., Okamoto T. et al. Volatiles emitted from the leaves of Laurus nobilis L. improve vigilance performance in visual discrimination task. Biomedical Research. 2011. Vol. 32. No. 1. Pp. 19-28.
Millot J.-L., Brand G., Morand N. Effects of ambient odors on reaction time in humans. Neuroscience Letters. 2002. Vol. 322. No. 2. Pp. 79-82.
Minguillon J., Lopez-Gordo M.A., Pelayo F. Trends in EEG-BCI for daily-life: Requirements for artifact removal. Biomed. Signal Process. Control. 2017. Vol. 31. Pp. 407-418.
Moller H.J., Kayumov L., Bulmash E.L. et al. Simulator performance, microsleep episodes, and subjective sleepiness: Normative data using convergent methodologies to assess driver drowsiness. Journal of Psychosomatic Research. 2006. Vol. 61. Pp. 335-342.
Mortazavi S.A.R., Parhoodeh S., Hosseini M.A. et al. Blocking short-wavelength component of the visible light emitted by smartphones' screens improves human sleep quality. J. Biomed. Phys. Eng. 2018. Vol. 8. No. 4. Pp. 375-380.
Moss M., Earl V., Moss L., Heffernan T. Any sense in classroom scents? Aroma of rosemary essential oil significantly improves cognition in young school children. Advances in Chemical Engineering and Science. 2017. Vol. 7. No. 4.
Moss M., Pewitt S., Moss L., Wesnes K. Modulation of cognitive performance and mood by aromas of peppermint and ylang-ylang. International Journal of Neuroscience. 2008. Vol. 118. No. 1. Pp. 59-77.
Nelson J.T., McKinley R.A., Golob E.J. et al. Enhancing vigilance in operators with prefrontal cortex transcranial direct current stimulation (tDCS). Neuroimage. 2015. Vol. 85 No. 3. Pp. 909-917.
Oken B.S., Salinsky M.C., Elsas S.M. Vigilance, alertness, or sustained attention: Physiological basis and measurement. Clinical Neurophysiology. 2006. Vol. 117. No. 9. Pp. 1885-1901.
Otte D., Pund B., Jansch M. A new approach of accident causation analysis by seven steps ACASS. Proceedings of the International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles. Stuttgart, 2009.
Parasuraman R. The attentive brain. Cambridge, MA, 1998.
Prewett M.S., Elliott L.R., Walvoord A.G., Coovert M.D. A meta-analysis of vibrotactile and visual information displays for improving task performance. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. Part C (Applications and Reviews). 2012. Vol. 42. No. 1. Pp. 123-132.
Purawijaya D.A., Fitri L.L., Suprijanto. Evaluation of blue light exposure to beta brainwaves on simulated night driving. AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1677. Issue 1. DOI: 10.1063/1.4930757 _ Reyner L.A., Horne J.A. Evaluation of "in-car" countermeasures to sleepiness:
g. Cold air and radio. Sleep. 1998. Vol. 21. No. 1. Pp. 46-50.
Sagaspe P., Taillard J., Chaumet G. et al. Aging and nocturnal driving: 2 Better with coffee or a nap? A randomized study. Sleep. 2007. Vol. 30. No. 12. i Pp. 1808-1813.
gj Sakamoto R., Minoura K., Usui A. et al. Effectiveness of aroma on work efficiency:
¡E Lavender aroma during recesses prevents deterioration of work performance. g Chemical Senses. 2005. Vol. 30. No. 8. Pp. 683-691.
i Sawyer B., Teo G., Mouloua M. Drive ID: Safety innovation through individuation.
Work. 2012. Vol. 41 (Suppl 1). Pp. 4273-4278.
Schmidt E., Bullinger A.C. Mitigating passive fatigue during monotonous drives with thermal stimuli: Insights into the effect of different stimulation durations. Accid Anal Prev. 2019. May. No. 126. Pp. 115-121.
Schmidt E., Decke R., Rasshofer R., Bullinger A.C. Psychophysiological responses to short-term cooling during a simulated monotonous driving task. Applied Ergonomics. 2017. Vol. 62. Pp. 9-18.
Schmidt E., Schrauf M., Simon M. et al. Drivers' mis-judgement of vigilance state during prolonged monotonous daytime driving. Accid Anal Prev. 2009. No. 41 (5). Pp. 1087-93. DOI: 10.1016/j.aap.2009.06.007
Scott J.J., Gray R. A comparison of tactile, visual, and auditory warnings for rear-end collision prevention in simulated driving. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society. 2008. Vol. 50. No. 2. Pp. 264-275.
Shimizu K., Gyokusen M., Kitamura S. et al. Essential oil of lavender inhibited the decreased attention during a long-term task in humans. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2008. Vol. 72. No. 7. Pp. 1944-1947.
Singh R.R., Conjeti S., Banerjee R. A comparative evaluation of neural network classifiers for stress level analysis of automotive drivers using physiological signals. Biomedical Signal Processing and Control. 2013. Vol. 8. No. 6. Pp. 740-754.
Solca M., Mottaz A., Guggisberg A.G. Binaural beats increase interhemispheric alpha-band coherence between auditory cortices. Hearing Research. 2016. Vol. 332. Pp. 233-237.
Taillard J., Capelli A., Sagaspe P. et al. In-car nocturnal blue light exposure improves motorway driving: A randomized controlled trial. PLoS ONE. 2012. Vol. 7. No. 10. P. e46750.
Telpaz A., Rhindress B., Zelman I., Tsimhoni O. Haptic seat for automated driving. Proceedings of the 7th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. 2015. DOI: 10.1145/2799250.2799267
Ünal A.B., de Waard D., Epstude K., Steg L. Driving with music: Effects on arousal and performance. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour. 2013. Vol. 21. Pp. 52-65.
Van Veen S. Driver vitalization: Investigating sensory stimulation to achieve a positive driving experience. PhD Thesis. TU Delft. 2016.
Vandewalle G., Gais S., Schabus M. et al. Wavelength-dependent modulation of brain responses to a working memory task by daytime light exposure. Cerebral Cortex. 2007. Vol. 17. No. 12. Pp. 2788-2795.
Viola A.U., James L.M., Schlangen L.J.M., Dijk D.-J. Blue-enriched white light in the workplace improves self-reported alertness, performance and sleep quality. Scand J. Work Environ Health. 2008. Vol. 34. No. 4. Pp. 297-306.
Warm J.S., Sullivan T.E., Peterson S.J. et al. Effects of olfactory stimulation _ on the vigilance performance of individuals with brain injury. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology (Neuropsychology, Development and Cognition: ¿5 Section A). 1998. Vol. 20. No. 2. Pp. 227-236. 2
Watling C.N., Smith S.S., Horswill M.S. Stop and revive? The effectiveness ü of nap and active rest breaks for reducing driver sleepiness. Psychophysiology. 2014. o> Vol. 51. No. 11. Pp. 1131-1138. |
Wehlack V. Automated driving: Development of a drowsiness management concept and evaluation of related key elements. Dr.-Ing. Dis. Technischen Universität i München. 2020.
West K.E., Jablonski M.R., Warfield B. et al. Blue light from light-emitting diodes elicits a dose-dependent suppression of melatonin in humans. Journal of Applied Physiology. 2011. Vol. 110. No. 3. Pp. 619-626.
Wolfe D.E., Noguchi L.K. The use of music with young children to improve sustained attention during a vigilance task in the presence of auditory distractions. Journal of Music Therapy. 2009. Vol. 46. No. 1. Pp. 69-82.
Wright N., McGown A. Vigilance on the civil flight deck: Iincidence of sleepiness and sleep during long-haul flights and associated changes in physiological parameters. Ergonomics. 2001. Vol. 44. No. 1. Pp. 82-106.
Yoshida M., Kato C., Kakamu Y. et al. Study on stimulation effects for driver based on fragrance presentation. MVA2011. IAPR Conference on Machine Vision Applications. 2011.
Yusof N.Md., Karjanto J., Terken J.M.B. et al. Gaining situation awareness through a vibrotactile display to mitigate motion sickness in fully-automated driving cars. International journal of automotive and mechanical engineering (IJAME). 2020. Vol. 17. No. 1. Pp. 7771-7783.
Zhang S., Wang D., Afzal N. et al. Rhythmic haptic stimuli improve short-term attention. IEEE Transactions on Haptics. 2016. Vol. 9. No. 3. Pp. 437-442.
Zhang R., Yang Y., Fang Q. et al. Effect of indoors artificial lighting conditions on computer-based learning performance. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17. No. 7. P. 2537.
Статья поступила в редакцию 21.08.2020, принята к публикации 14.10.2020 The article was received on 21.08.2020, accepted for publication 14.10.2020
Сведения об авторах / About the authors
Ткаченко Ольга Николаевна - кандидат биологических наук; научный сотрудник лаборатории нейробиологии сна и бодрствования, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, г. Москва
Olga N. Tkachenko - PhD in Biology; research fellow at the Laboratory of Sleep and Wakefulness Neurobiology, Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Science, Moscow
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5100-8980 E-mail: tkachenkoon@gmail.com
Дорохов Владимир Борисович - доктор биологических наук; заведующий лабораторией нейробиологии сна и бодрствования, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, г. Москва
Vladimir B. Dorokhov - Dr. Hab. in Biology; head at the Laboratory
0 of Neurobiology of Sleep and Wakefulness, Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Science, Moscow
1 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3533-9496 Jjj E-mail: vbdorokhov@mail.ru
IT
s к
s ^
ro
ZL
<
Валерий Васильевич Дементиенко - доктор технических наук; ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской электроники, Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН, г. Москва
Valeriy V. Dementienko - Dr. Hab. in Engineering Science; leading research fellow at the Laboratory of Medical Electronics, Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Science, Moscow ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0488-7334 E-mail: dementienko@neurocom.ru
Заявленный вклад авторов
О.Н. Ткаченко - анализ источников разделов «Запаховая стимуляция», «Вибростимуляция»
В.Б. Дорохов - анализ источников раздела «Коротковолновой свет» В.В. Дементиенко - анализ источников разделов «Снижение температуры окружающей среды», «Аудиостимуляция»
Contribution of the authors
O.N. Tkachenko - analysis of the sources of the sections "Smell stimulation", "Vibration stimulation"
V.B. Dorokhov - analysis of sources of the section "Shortwave light" V.V. Dementienko - analysis of the sources of the sections "Reducing the ambient temperature", "Audio stimulation"
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи All authors have read and approved the final manuscript
о
m VQ
О CD
<
