王俊鈥，李晶*，郁舒蘭

（南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京210037）

基于認(rèn)知負(fù)荷的老年用戶認(rèn)知衰退研究

王俊鈥，李晶*，郁舒蘭

（南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京210037）

面對(duì)老年人認(rèn)知衰退極易造成人機(jī)交互中的高認(rèn)知負(fù)荷，本文基于大腦信息加工的層次結(jié)構(gòu)，提出認(rèn)知負(fù)荷大小取決于注意和記憶資源的占用量；通過實(shí)驗(yàn)測試年齡、受教育程度、上網(wǎng)情況和就醫(yī)情況等對(duì)老年人注意和記憶的影響，分析其認(rèn)知衰退情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：年齡、受教育程度和上網(wǎng)情況顯著影響老年人記憶，注意主要受身體健康的影響；老年人記憶的衰退遠(yuǎn)大于注意。

老年用戶；認(rèn)知負(fù)荷；認(rèn)知能力測試

目前，人口老齡化趨勢是大多數(shù)國家共同面臨的社會(huì)問題。中國人口基數(shù)大、醫(yī)療設(shè)施現(xiàn)代化程度不完善，造成的老年人求醫(yī)人數(shù)多、醫(yī)療資源緊張、時(shí)間消耗大并影響子女工作、生活幸福感等問題愈演愈烈。老年群體比其他年齡段人群更關(guān)注自己的健康問題，因此不少健康服務(wù)平臺(tái)增加了老年板塊或老年健康相關(guān)內(nèi)容。但是，隨著年齡增長的認(rèn)知衰退嚴(yán)重制約著老年人的認(rèn)知資源容量，認(rèn)知負(fù)荷問題的困擾嚴(yán)重影響了老年用戶界面接觸過程中的信息獲取及用戶體驗(yàn)[1]。因此，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中關(guān)注老年人認(rèn)知特征及其局限性，分析其認(rèn)知的限制性調(diào)節(jié)，才能提供有效的設(shè)計(jì)方案，保證老年人健康服務(wù)平臺(tái)具有較強(qiáng)可用性和更加實(shí)際意義。

關(guān)于老年用戶認(rèn)知衰退和認(rèn)知負(fù)荷的研究，Paas等[2]針對(duì)隨年齡增長的認(rèn)知衰退，歸納了老年人多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)策略。關(guān)于老年人認(rèn)知能力對(duì)人機(jī)交互的影響，有學(xué)者從界面功能出發(fā)，探討智能家庭用戶界面[3]、手機(jī)移動(dòng)通訊界面[4]等對(duì)老年人使用能力的限制；也有學(xué)者從認(rèn)知能力出發(fā)，剖析老年人在界面認(rèn)知過程中的體驗(yàn)[5]、情感[6]、認(rèn)知通道[7]變化，進(jìn)行設(shè)計(jì)探索。但是，基于認(rèn)知負(fù)荷的老年人的認(rèn)知衰退影響因素、內(nèi)容和情況仍有待研究。本文利用認(rèn)知心理學(xué)方法，研究了大腦信息加工的層次結(jié)構(gòu)，分析決定認(rèn)知負(fù)荷大小的內(nèi)在因素；基于認(rèn)知能力測評(píng)實(shí)驗(yàn)考察老年用戶認(rèn)知衰退的主要內(nèi)容和影響因素，為老年用戶界面設(shè)計(jì)提供有針對(duì)性的方向。

1.影響認(rèn)知負(fù)荷大小的內(nèi)在因素

1.1 大腦信息加工的層次結(jié)構(gòu)

如圖1所示，大腦的信息加工主要包括神經(jīng)系統(tǒng)、感受器、大腦加工活動(dòng)和記憶范疇4個(gè)部分。根據(jù)信息在記憶中的存在方式不同，神經(jīng)系統(tǒng)可分為三類，即用于感覺水平記憶的感覺器官和丘腦，用于知覺水平記憶的大腦皮質(zhì)，和用于思維水平記憶的海馬、間腦、新皮質(zhì)、反射通路等。界面信息由左往右進(jìn)入大腦進(jìn)行信息的加工，各個(gè)加工活動(dòng)分別受到感受器中感覺、知覺、思維和反應(yīng)的限制。這種限制既包括來自于注意資源的選擇加工控制，也包括來自于信息貯存活動(dòng)中的記憶提取和存儲(chǔ)能力的約束。其中，注意資源不僅在信息的輸入階段具有“閘門”的選擇作用，還在加工過程中通過對(duì)信息進(jìn)行選擇、維持、監(jiān)督和調(diào)節(jié)，協(xié)調(diào)認(rèn)知資源的有效分配。信息的提取和存儲(chǔ)約束主要依賴于記憶系統(tǒng)：由感覺記憶的信息進(jìn)入短時(shí)記憶或工作記憶中，然后與長時(shí)記憶中的圖式進(jìn)行互動(dòng)。當(dāng)大腦進(jìn)行低級(jí)認(rèn)知活動(dòng)（如閱讀、再認(rèn)等）時(shí)，感覺記憶中的一部分信息將被選擇進(jìn)入短時(shí)記憶中，通過從長時(shí)記憶中提取相關(guān)信息進(jìn)行新信息的加工處理，最后貯存于長時(shí)記憶中；當(dāng)大腦進(jìn)行高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)（如理解、計(jì)算等）時(shí)，感覺記憶中的信息經(jīng)過注意篩選，進(jìn)入工作記憶中進(jìn)行貯存和加工兩種處理過程，最后貯存于長時(shí)記憶中。

圖1 大腦信息加工的層次結(jié)構(gòu)

上述大腦信息加工過程中，認(rèn)知資源是否處于高效運(yùn)行的狀態(tài)，用于信息加工處理的資源是否能夠滿足界面信息資源的需求，或者界面信息加工處理的難度是否在認(rèn)知能力范圍之內(nèi)，都是影響人機(jī)界面信息編碼的有效性和認(rèn)知負(fù)荷大小的重要因素。認(rèn)知資源能否有效甚至高效地分配是解決老年人在人機(jī)交互過程中的認(rèn)知負(fù)荷問題的關(guān)鍵。

1.2 注意和記憶資源

根據(jù)圖1中的注意資源的分配控制，可以發(fā)現(xiàn)注意對(duì)信息的選擇、控制和維持功能貫穿于整個(gè)大腦信息加工過程。Anderso等（1974）[8]在將感覺記憶與短時(shí)記憶區(qū)分后，證實(shí)了短時(shí)記憶編碼需要注意資源；當(dāng)注意水平下降時(shí)，短時(shí)記憶成績會(huì)相應(yīng)地受到損害。Johnston等（1972）[9]發(fā)現(xiàn)，盡管短時(shí)記憶編碼、保持、提取都占用注意資源，但提取所占用的注意資源比編碼和保持更多。在早期階段的認(rèn)知活動(dòng)中，注意以顯性的方式影響用戶對(duì)信息的感知、選擇等行為；而在晚期階段的認(rèn)知活動(dòng)中，注意主要以隱性的方式對(duì)信息進(jìn)行維持等活動(dòng)。

工作記憶的信息加工和存儲(chǔ)方式在許多認(rèn)知活動(dòng)（如理解、推理、學(xué)習(xí)等）中都參與。首先，工作記憶是理解力的一個(gè)很好的預(yù)測者，即工作記憶容量與用戶的理解能力呈正相關(guān)。其次，工作記憶在推理中的作用得到了許多理論的研究和證實(shí)。Oberauer等（2005）[10]通過對(duì)前人報(bào)告的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)工作記憶與推理能力之間的相關(guān)性高達(dá)0.85。Buehner等（2005）[11]也發(fā)現(xiàn)高水平工作記憶能夠保持更多的信息并對(duì)此進(jìn)行加工，從而獲取更好的推理。最后，工作記憶影響用戶對(duì)信息的獲取質(zhì)量，表現(xiàn)為工作記憶有限性會(huì)限制用戶對(duì)信息的獲取?？梢?，注意通過調(diào)控，對(duì)有限的認(rèn)知資源進(jìn)行合理分配：過濾無用信息、選取有用信息；工作記憶基于注意篩選，使用有限的工作記憶資源對(duì)選擇進(jìn)入的信息進(jìn)行加工。注意和記憶所擁有的資源反映了大腦對(duì)信息加工的能力，也限制了設(shè)計(jì)信息編碼的要求和規(guī)則。結(jié)合Sweller的觀點(diǎn)，雖然注意和工作記憶是兩個(gè)不同的概念，但它們?cè)诳刂菩约庸さ倪^程中是一種共生的關(guān)系：當(dāng)人集中注意對(duì)某些信息進(jìn)行深加工時(shí)，工作記憶中的目標(biāo)會(huì)相應(yīng)減少；當(dāng)工作記憶中的信息超過一定容量時(shí)，也反映出注意資源分配不足的問題。由于認(rèn)知負(fù)荷理論通常以“認(rèn)知資源”描述注意，以“認(rèn)知容量”描述工作記憶。因此，注意與記憶資源的占用量影響認(rèn)知負(fù)荷的大小?；谧⒁獾恼J(rèn)知資源與基于工作記憶的認(rèn)知容量之間的相互協(xié)調(diào)、輔助共生，有利于認(rèn)知負(fù)荷問題的解決。

2.認(rèn)知能力測評(píng)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)認(rèn)知的內(nèi)容及其分類，注意包括集中注意、連續(xù)注意、選擇性注意、交替注意和分別注意等；記憶包括視覺和詞語感覺記憶、工作記憶、長時(shí)記憶和前瞻性記憶等。本文結(jié)合連線測試A-B、語言能力測試、Wechler記憶量表WMS視覺再生測試和記憶能力測試，分別對(duì)老年人的注意（連續(xù)注意、交替注意）和記憶（詞語記憶、視覺記憶、工作記憶）進(jìn)行認(rèn)知能力測評(píng)[12-13]。

2.1 被試

在南京市內(nèi)選取80名年齡在55～80歲之間的老年人進(jìn)行問卷調(diào)查。按照老年人的受教育程度不同，分別選取受教育程度1年以下、1年以上～4年以下、4年以上～7年以下、7年以上各20人。其中男性40人，女性40人。

2.2 方法

主試首先記錄被試的年齡、性別、受教育時(shí)間、上網(wǎng)頻度、看病頻度，隨后進(jìn)行認(rèn)知能力測試，方法如下：

圖2 連續(xù)注意測試

圖3 交替注意測試

（1）連續(xù)注意測試：采用連線測試A方法，要求被試將圖2中數(shù)字按照順序兩兩相連。主試用秒表記錄所用時(shí)間，即為測試分?jǐn)?shù)。

（2）交替注意測試：采用連線測試B方法，要求被試將圖3中阿拉伯?dāng)?shù)字和中文數(shù)字按照順序交替相連。主試用秒表記錄所用時(shí)間，即為測試分?jǐn)?shù)。

（3）詞語記憶測試：采用語言能力測試方法，要求被試1分鐘之內(nèi)盡可能多的說出動(dòng)物名稱。主試用秒表計(jì)時(shí)，1分鐘內(nèi)說出的動(dòng)物的數(shù)量即為得分。

（4）視覺記憶測試：采用Wechler記憶量表WMS視覺再生測試方法（圖4），被試靠記憶將圖默畫出來，總分最高15分。

圖4 視覺記憶測試

（5）工作記憶測試：采用記憶能力測試方法，要求被試聽完10個(gè)隨機(jī)排列的詞語后立即回憶說出聽到的詞語。測試分?jǐn)?shù)為被試回憶出的詞語數(shù)量。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 方差分析

根據(jù)SPSS方差分析(其中F值為方差分析統(tǒng)計(jì)量，P值為顯著性)，性別對(duì)工作記憶有顯著性差異影響（F=4.308,P=0.042，P＜0.05），而對(duì)詞語記憶（F=0.495,P=0.484，P＞0.05）、視覺記憶（F=0. 070,P=0.792，P＞0.05）、連續(xù)注意（F=0.051,P=0. 822，P＞0.05）和交替注意（F=0.301,P=0.585，P＞0.05）沒有顯著性差異影響。男性工作記憶能力顯著強(qiáng)于女性。

年齡對(duì)詞語記憶（F=3.220,P=0.019，P＜0.05）、工作記憶（F=5.336,P=0.001，P＜0.05）、視覺記憶（F=6.554,P=0.000，P＜0.05）有顯著性差異影響，而對(duì)連續(xù)注意（F=0.526,P=0.717，P＞0.05）和交替注意（F=0.551,P=0.699，P＞0.05）沒有顯著性差異影響。

受教育程度對(duì)詞語記憶（F=9.879,P=0.000，P＜0.05）、工作記憶（F=4.095,P=0.010，P＜0.05）、視覺記憶（F=6.014,P=0.001，P＜0.05）有顯著性差異影響，而對(duì)連續(xù)注意（F=1.991,P=0.125，P＞0.05）和交替注意（F=1.521,P=0.218，P＞0.05）沒有顯著性差異影響。

上網(wǎng)情況對(duì)詞語記憶（F=6.506,P=0.003，P＜0.05）、工作記憶（F=4.227,P=0.019，P＜0.05）、視覺記憶（F=7.916,P=0.001，P＜0.05）有顯著性差異影響，而對(duì)連續(xù)注意（F=3.023,P=0.056，P＞0.05）和交替注意（F=2.687,P=0.076，P＞0.05）沒有顯著性差異影響。

就醫(yī)頻繁情況（身體狀態(tài)）對(duì)工作記憶（F=5. 233,P=0.008，P＜0.05）、視覺記憶（F=2.63,P=0. 080，P＜0.05）、連續(xù)注意（F=10.544,P=0.000，P＜0.05）和交替注意（F=10.173,P=0.000，P＜0.05）有顯著性差異影響，而對(duì)詞語記憶（F=2.301,P=0. 109，P＞0.05）沒有顯著性差異影響。

3.2 相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS中兩兩相關(guān)性分析檢驗(yàn)（其中r值為相關(guān)性檢驗(yàn)Pearson值，上標(biāo)“*”和“**”表示具有顯著性特征），年齡與詞語記憶（r=－0.399，）、工作記憶（r=－0.513，）和視覺記憶（r=－0.554，）三者呈負(fù)向相關(guān)。年齡越大，記憶能力越差。教育程度與詞語記憶（r=0.566，）、工作記憶（r=0. 407，）和視覺記憶（r=0.465，）三者正向相關(guān)。教育程度越高，記憶能力越好。上網(wǎng)頻率與詞語記憶（r =0.404，）、工作記憶（r=0.259，）和視覺記憶（r=0. 451，）三者正向相關(guān)，與連續(xù)注意時(shí)間（r=－0.303，）和交替注意時(shí)間（r=－0.284，）負(fù)向相關(guān)。說明上網(wǎng)時(shí)間越長，記憶能力越好，注意時(shí)間越短，注意能力也越強(qiáng)。就醫(yī)頻繁情況與工作記憶（r =0.357）正向相關(guān)，與連續(xù)注意時(shí)間（r=－0.502）和交替注意時(shí)間（r=－0.500）負(fù)向相關(guān)，說明身體狀況越好（就醫(yī)頻率越少），老年人記憶能力和注意能力越好。

4.小結(jié)

本文以大腦對(duì)信息加工的處理過程為基礎(chǔ)，提出老年人的認(rèn)知負(fù)荷主要受到注意資源和記憶資源的限制；通過對(duì)老年人的連續(xù)注意、交替注意、詞語記憶、視覺記憶和工作記憶進(jìn)行認(rèn)知能力實(shí)驗(yàn)測評(píng)，發(fā)現(xiàn)年齡、受教育程度和上網(wǎng)情況顯著影響老年人的記憶能力，而注意能力主要受到身體健康情況的影響。因此老年用戶人機(jī)界面中，需要重點(diǎn)考慮消耗記憶資源的信息設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)指導(dǎo)老年用戶界面設(shè)計(jì)有一定的啟發(fā)和借鑒意義。

[1]王琳,饒培倫,GAVRIEL Salvendy.影響老年人接受信息科技因素的調(diào)研 [J].工業(yè)工程,2010,13(5):85-88

[2]GERVEN P W M V,PAAS FGWC,VAN M J J G,SCHMIDT H G.Modality and variability as factors in training the elderly[J].Applied cognitive psychology,2006,?20(3):311-320

[3]ZHANG B,RAU P L P,SALVENDY G. Design and evaluation of smart home user interface: effects of age,tasks and intelligence level[J].Behaviour& Information Technology,2009,28(3): 239-249

[4]SHARMA S,SHARMA R,SINGH P, MAHAJAN A.Age based user interface in mobile operating system[J].International Journal of Computer Science,Engineering and Applications,2012,2 (2):177-184

[5]彭佳.基于用戶體驗(yàn)的老年智能手機(jī)APP界面交互設(shè)計(jì)研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2014

[6]劉源，李世國.面向老年人的智能手機(jī)場景式界面設(shè)計(jì)研究 [J].包裝工程，2015,36（10）：40-48

[7]宋.面向老年人多通道交互技術(shù)及應(yīng)用[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015

[8]ANDERSON CMB,CRAIK FIM.Effect of a concurrent task on recall from primary memory [J].Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 1974,13(1):107-113

[9]JOHNSTON WA,WAGSTAFF RR, GRIFFITH D.Speed,accuracy,and ease of recall [J].Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 1972，11(4):512-520

[10]OBERAUER K,SCHULZE R,WILHELM O,et al.Working memory and intelligence-their correlation and their relation:comment on Ackerman,Beier,and Boyle [J].Psychological Bulletin,2005，131(1):61-65

[11]BUEHNER M,KRUMM S,PICK M. Reasoning=working memory not equalattention[J]. Intelligence,2005,33(3):251-272

[12]TUOMO H.,KEIJO K.,KARI J.R.,et al.Prevalence of ageing-associated cognitive decline in an elderly population[J].Age and Ageing,1996,25: 201-205.

[13]TOM N.TOMBAUGH.Trail Making Test A and B:Normative data stratified by age and education[J].Archives of Clinical Neuropsychology, 2004,19:203-214

王俊鈥（1995-），男，本科，whjpho@163.com。李晶(通訊作者)（1987-），女，博士，講師，主要研究方向?yàn)槿藱C(jī)界面設(shè)計(jì)、信息可視化，lijing7736@126.com。郁舒蘭（1974-），女，博士，教授，主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)。

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程項(xiàng)目（PPZY2015B150），南京林業(yè)大學(xué)校青年科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)(CX2016029)，南京林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(GXL011)，大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（2016NFUSPITP181）