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title: Workload Alerts - Using Physiological Measures of Mental Workload to Provide Feedback during Tasks
tags: [Workload, Feedback]

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# Workload Alerts - Using Physiological Measures of Mental Workload to Provide Feedback during Tasks  

###### tags : `Workload` `Feedback`

## :cat: Paper Info  

Journal : ACM Transactions on Computer-Human InteractionApril 2018 Article No.: 9

Paper : [PDF](https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3173380) 

Total Citation(Recent) : 19

Refs :

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## :palm_tree: Abstract 


**Mental Workloadに関する定義→測定→フィードバックの一連の流れがうまくまとめられていたので参考になった．** 

↓以下アブスト
フィードバックは全ての結果が出たあとに返されるのが一般的だが，これでは次回以降にしか繋げられない． 
もし行動中にリアルタイムでフィードバックできれば，進行中のタスクの結果改善につなげられる．
作業において、精神的に高い負荷がかかった際にユーザにフィードバックする実験を行った．  
このフィードバックに対するユーザーの認識を調査し，従来の方法に比べてタスクパフォーマンスの向上につながったかを検証した論文．

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## :memo: 関連研究  

### 1. Mental Workload の定義  

-  ワーキングメモリは注意の制御・分配をする中央処理系、言語情報を処理する音韻ループ、視覚や空間情報を処理する視空間スケッチパッドから構成される
  [Alan Baddeley. 2003. Working memory: looking back and looking forward]
  
私たちは基本的にある決まった容量の情報しか一度に処理することができない．そのため精神的負荷は作業に求められる情報処理能力と結びつけて考えることができる．  
ただし、==ワークロードはユーザーのタスクの要求の受け取り方によって変わるものであり、必ずしも要求量とワークロードの間に相関が成り立つわけではない。== そこで本研究では、ワークロードの主観的・客観的測定値と要求量の測定値の相関をはかる。

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### 2. Mental Workload の測定方法 

#### 2-1. Primary and Secondary Task Measures

**タスクを行わせたパフォーマンスを評価**する．ただしタスクの要求が増えてもパフォーマンスが維持できてしまう場合は精神負荷を区別できない．その際は2次的なタスクを追加する.１次タスクに処理能力のキャパがとられている場合，2次タスクにパフォーマンス上の影響がでてくる．

#### 2-2. Subjective Measures of Mental Workload

精神的負荷を**主観的に捉える**測定方法．つまりはユーザーアンケート．  

主観的な測定のメリットとしては
1.簡単さ 2.安価である
という点が大きい.  

代表的なものとしてNASA-TLXがある．  

- **NASA-TLX** 
  [Sandra G. Hart and Lowell E. Staveland. 1988. Development of NASA-TLX (task load index): Results of empirical and
theoretical research]

    これはタスク終了後にユーザーに知覚した負担情報を入力してもらう．==過去のタスクについてのデータは整理しやすい一方，タスク中のある瞬間に関する精神負担の測定を行うことはできない．==

その解決策として，ISAと呼ばれる測定方がある．

-  **ISA**
  [ C. S. Jordan and S. D. Brennen. 1992. Instantaneous self-assessment of workload technique (ISA). ]
  
     これはタスクの一定間隔ごと(1次タスクと2次タスクの間)にユーザーにアンケートをとるという無理矢理な解決策．1次タスクの情報を2次タスクに使えるが，これではユーザーの集中力の低下とかにつながる．

#### 2-3. Physiological Measures  

生理的な測定方法．タスクの精神負荷は体に様々な変化を与えるため，その**生理情報を利用して測定**しようというもの．

生理的情報は，ユーザーの状況や与えられたタスクによって変化  
E.g.  
認知的要求が高まる→心拍数増加
視覚的要求が高まる→目の瞬き減少  

主な生理変化として心拍数，皮膚電気反応およびガルバニック皮膚反応，目心活動、皮膚電気反応やガルバニック反応、眼球機能（瞳孔径）、脳のイメージング、さらには顔の皮膚温度等がある．  

脳センサを用いた測定方法にはMRI、EEG、そして最近ではfNIRS等がある．（まだ詳しくしらべてない）

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### 3. Mental Workload のフィードバックと効果  

- **Reflecting in Action**  
    [Donald A. Schön. 1983. The Reflective Practitioner: How Professionals Think in Action]
    何かのタスクをこなした後に、そのタスクがよかったのか悪かったのかを振り返って考えること。==何かのタスクをこなしてそれがよかったとなると、それを繰り返したい、もう一度行いたいという思いが無意識のうちに生まれ、行動につながる。== →勝ち組の習慣  
    
==つまりタスクをこなした直後に、それがよかったのか、悪かったのかのフィードバックをもらえることが次への成功につながる。== 本論文ではこのフィードバックの効果について詳しく見ていく。

![a](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119451318-128ab880-bd70-11eb-9d4f-770740c5afac.jpg)

フィードバックシステムとしては以上のようなシンプルなもの。Brain Data(fNIRS)を利用し、Low workload の時は常に白いランプ、High workload になると赤いランプを点灯させてユーザーに知らせる。

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## :fireworks: Experiments  

### 実験条件  

#### 測定パターン　　 
![条件](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119590453-c2633300-be0f-11eb-87b4-92681a7e307e.png)

Feedbackは[３章](https://hackmd.io/wtf7zbf0STW0zF6dQWrZNg?view#3-Mental-Workload-%E3%81%AE%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%BC%E3%83%89%E3%83%90%E3%83%83%E3%82%AF%E3%81%A8%E5%8A%B9%E6%9E%9C)で述べたフィードバックシステム。ISAは[2-2章](https://hackmd.io/wtf7zbf0STW0zF6dQWrZNg?view#2-Mental-Workload-%E3%81%AE%E6%B8%AC%E5%AE%9A%E6%96%B9%E6%B3%95)で述べた測定方法。　　

#### 色条件  

Phase1 : 高負荷 **赤**　、　低負荷 **白**
Phase2 : 高負荷 **白**　、　低負荷 **赤**  

高負荷時に赤になると余計ストレスとなるという被験者の意見のもと、Phase2で変更  

#### タスク  

飛行場の制御ゲーム  
- 全部で７分  
- ISAは３0秒ごとにタブレットで
- 飛行機数でタスク量調整
- 離着陸した飛行機の合計がパフォーマンス

![image](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119591271-44a02700-be11-11eb-8957-1d2792a4bb17.png)

#### 被験者  

- Phase1 : 15人（男９女６） 平均２５．３歳
- Phase2 : 17人（男９女８） 平均２５．５歳
- 脳や目が健全  
- ゲームに慣れるまで練習（好きなだけ）
- Latin-square design

#### 実験内容  

- H1.  Variation in task demand will create measurable differences in mental workload  
- H2.  Participants’ performance will be affected, positively or negatively, when made aware of their mental workload
- H3. Participants’ perception of performance will be affected positively or negatively, when made aware of their mental workload   
- H4. Participants’ perception and management of the task demands will be affected, positively or negatively, when made aware of their mental workload

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## :bar_chart: Results  

### H1.  Variation in task demand will create measurable differences in mental workload  

タスクと主観的測定（ISA）、客観的評価（fNIRS）の相関

![image](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119612685-26e5b880-be37-11eb-901f-67b70a8b3392.png)  

[まとめ]  
両方相関あり、ただし 客観的 ＞ 主観的

### H2.  Participants’ performance will be affected, positively or negatively, when made aware of their mental workload   

パフォーマンスとフィードバックの関係

![image](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119613130-a4112d80-be37-11eb-90dc-0615e8cb6fa4.png)  

[まとめ]  
ISAはNegativeに作用、Feedbackはあまりインパクトなし

### H3. Participants’ perception of performance will be affected positively or negatively, when made aware of their mental workload  

体感のパフォーマンスとフィードバックの関係  

![image](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119614077-d1aaa680-be38-11eb-8204-296a4a8c4844.png)  

[まとめ]  
H2と似たような結果

### H4. Participants’ perception and management of the task demands will be affected, positively or negatively, when made aware of their mental workload　　

フィードバックについてユーザーがどう感じたか  
実験後のInterviewを実施

![image](https://user-images.githubusercontent.com/38309191/119614838-b8eec080-be39-11eb-9da9-0e9363c11bb0.png)

[PositiveなAffect]
- ランプの色が変わったら、ミスしやすいから気を付けようと意識した　　
- 深呼吸して落ち着くきっかけを与えてくれる

[NegativeなAffect]
- ただでさえ高負荷なタスクの時はストレスフルなのに、ランプのせいで余計にストレスが増える  
- 集中しようとしているときにさらに外部からもっと集中しろと言われても、わかっていることであってかえって邪魔である  
- ランプの点灯には気づいたが特に気にしなかった(意味ない)  
- ランプの急な変化が不快


[他まとめ]  

色がかわるだけどうけるAffectの違い

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## :ledger: Conclusion  

1. Workloadの測定はタスク要求量と相関がみられた  

2. ISAはパフォーマンスの低下につながる、Feedbackの効果はあまり感じられなかった  

3. ストレスのかからないようなフィードバックシステムをもっと考える必要がある  

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