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大家好，這里是 TCC 翻譯情報局，我是李澤慧。關于人車、車機交互一直是交互設計中重要的一環。這篇文章就對于人類的工作記憶及其對 Apple CarPlay 的影響帶來的當用戶駕駛或討論工作記憶局限性時，必須考慮哪些因素導致了分心，從視覺、手動和認知組成的多種層面研究人類注意力的詳細講。

比起以往，當下的生活存在著各種爭奪我們注意力的東西。我們總是忙于工作、家庭和社交生活。我們沒有意識到的是，盡管我們可能嘗試多任務處理，但我們的注意力廣度是相當有限的。

最近的研究表明，我們可以在短時記憶中同時記住約四個項目（ 正負1 ）。這表示我們在任何特定時刻只有能力專注于幾個項目。當大腦的其他部分參與到某些事情中時，比如開車，困難就會出現。在我們忙碌的生活中，電子郵件、電話和導航觸手可及，開車時使用移動設備是很常見的。

歐盟委員會（ European Commission ）最近的一項研究估計，在歐洲每年發生的所有道路碰撞事故中，有10-30%的原因可能是駕駛員注意力分散（ IAM RoadSmart II ）。在過去的 10 年里，美國各地都制定了免提電話的法律，汽車制造商也作出了回應，在大多數車載“信息娛樂系統”中制定了免提電話標準。

2014 年，蘋果公司推出了 Carplay，這是一款將你的 iPhone 與你的汽車信息娛樂系統完美結合的產品。該系統不僅包括免提呼叫功能，還可以通過 Siri 進行音樂選擇和導航等語音控制功能。

研究表明，人類的工作記憶是有限的，而且已經證明，在駕駛時使用移動設備會增加認知需求。帶著這種想法，以及語音控制功能的進一步開發，蘋果 Carplay 正在幫助駕駛員在駕駛時安全地進行交互。

01 定義工作記憶

早在 1883 年，弗朗西斯 · 高爾頓就把記憶分為 長時記憶 和 短時記憶。2012年，艾倫 · 巴德利發表了他關于工作記憶的綜合研究成果，以此更準確地描述短期記憶中發生的事情。他假設短時記憶是“簡單的信息存儲”，而工作記憶（ WM ）“暗示著存儲和操作的結合”( Baddeley 5 )。

巴德利提出的 工作記憶系統 由四部分組成：中央執行系統、視覺空間畫板系統、語音回路和情景緩沖系統。中央執行系統是中央控制機關。視覺空間畫板系統被區分為一個短期的視覺信息存儲，在那里幾乎沒有容量。語音回路是對語言信息的存儲。

情景緩沖器是跨WM的所有部分的鏈接。中央執行系統是負責注意力的部分。他認為腦前額葉外皮是工作記憶的功能所在（ Baddeley 3 ）。

02 定義認知負荷

當討論工作記憶和駕駛的局限性時，我們必須考慮是什么導致了分心。視覺、手動和認知組件的組合構成了干擾。當任務得到工作記憶的全部注意力時，駕駛就可以安全地完成。分心駕駛是指駕駛員的注意力從構成安全和有效駕駛的功能轉移到競爭刺激。

這可能導致對安全駕駛至關重要的任務缺乏關注。例如，在駕駛汽車時，你必須監視道路，閱讀路標（ 視覺 ），并掌握方向盤（ 手動 ）。如果認知成分（ 通常被認為是一種“注意力的普遍回避”）或走神開始發揮作用，司機就會分心。認知負荷經常與認知分心交替使用，認知負荷被定義為替代任務所需要的能量。認知負荷的概念。在研究工作記憶和駕駛的影響時大量考慮因素。

03 多任務處理與瓶頸效應

Meyer 和 Kieras （ 1997 ）完成了關于 執行認知過程 和 多任務處理 的研究。基于該研究，他們推理出當面對多個任務時，大腦不能完全集中注意力。

如果執行多個任務，任務容易出錯并且需要更長時間，甚至可能需要雙倍的時間才能完成。他們的理論依據是，大腦必須重新啟動并重新專注于每個任務，而在任務交換過程中的時間間隔導致了低效率。所以，不僅一個人完成每項任務的效率較低，而且他們在這個過程中浪費了時間。

Ruthie （ 2001 ）完成的一項研究：當人們試圖同時執行兩個獨立的反應任務時發生的瓶頸效應。與 Meyer 和 Kieras 的研究結果相似，Ruthie 發現，一個或兩個任務的反應都會延遲。此外，他指出，第二個任務通常在開始時較慢，然后在刺激減少時加快。這一發現被稱為“心理不應期（ 性 ）效應”。

04 工作記憶與駕駛

工作記憶的限制對司機來說意味著什么？麻省理工學院 2012 年完成的研究表明，隨著駕駛員認知需求的增加，他們對周圍環境的意識會降低。該研究記錄了馬薩諸塞州波士頓地區三個年齡組（ 20-29 歲、40-49 歲和 60-69 歲 ）的 108 名男女司機的注視和駕駛表現。

一輛中型跑車（ 沃爾沃XC90 ）配備了傳感器，包括用于捕捉駕駛員行為、車輛周圍環境和音頻記錄的攝像頭，還建立了眼球追蹤系統。這項試驗是在一條主要高速公路上進行的，那里的限速是每小時 65 英里。

駕駛員的認知負荷水平分為低、中、高三個等級。

• 對于低等級，司機會得到一組數字，要求他們大聲重復這些數字。
• 對于中等級，司機需要記住每個數字，然后大聲說出之前給出的數字。
• 對于高等級，司機需要口頭報告給出的數字的總和。

駕駛速度、方向盤位置和加速度數據直接從汽車的內置傳感器或 CAN（ 控制器局域網 ）記錄。駕駛員的視覺注意力通過眼睛跟蹤眼睛位置在垂直平面上的 X 和 Y 坐標以及與擋風玻璃一樣寬的距離來確定。

研究發現，水平凝視的注意力隨著認知需求的增加而增強。也就是說，沒有分散的目光。相對于單任務駕駛時段，67% 的司機在需求最高時段縮小了他們眼睛注視的分布。

研究人員研究了司機的“注意力集中”，發現他們對周圍環境的意識受到認知需求增加的影響。他們得出的結論是，高級駕駛員支持系統的開發人員應該考慮將注視集中作為駕駛員認知工作負荷的一種衡量標準，因為注視測量可以檢測視覺需求。

05 蘋果 Carplay 和認知能力研究

英國最大的獨立道路安全慈善機構 IAM Roadsmart 在 2020 年 1 月發布了一份報告，其中，注意力集中是檢查駕駛員安全的標準之一。

這項研究提供了更多關于蘋果拼盤對駕駛員認知能力影響的最新見解。這項研究使用了一個駕駛模擬器來測量駕駛員的“反應時間、眼睛注視行為和車輛控制 ”。

一次是不與信息娛樂系統互動的控制駕駛，一次是僅使用語音激活功能執行任務的語音驅動駕駛，還有一次是使用觸摸屏執行任務的觸摸驅動駕駛。在駕駛過程中，他們被要求完成五個系統任務，使用語音功能或觸摸，包括:

1. 在 Spotify 播放音樂
2. 播放 BBC 廣播
3. 導航
4. 接收短信
5. 打電話

當他們完成這些任務時，通過對屏幕上顯示的紅條做出反應來測試他們的反應時間。“紅條的主要目的是測量與信息娛樂系統互動時對外部刺激的反應時間”。

研究中使用的駕駛模擬器的視圖

發給參與者的短信是 “嗨，我是羅西。期待與你相見。能否請你帶一些蘋果、郵票、感謝卡、防曬霜、洋蔥、咖啡和發膠？”。

第二個任務要求參與者打一個電話。在電話中，要求他們盡可能多地回憶清單上的物品。這個清單包含 7 個項目，這已經突破了工作記憶的極限。

研究結果顯示，在 19 名參與者和 76 個反應時間事件中，他們在觸摸任務中有 14 次、在語音任務中有 8 次 、在控制驅動中有兩次未能對紅條做出反應。這一數據表明，使用觸摸與蘋果 Carplay 互動 “干擾了參與者對紅條的反應能力”。使用觸摸時，Spotify （ 圖1 ）和廣播任務的反應時間最慢，但使用語音時，導航任務的反應時間最慢（ 圖2 ）。

IAM Roadsmart 研究的兩個數字顯示了控制、語音和觸摸任務的反應時間

總的來說，在觸摸任務中，平均駕駛速度明顯低于規定的速度限制。標準偏差約為 7 英里/小時。在駕駛過程中的電話和短信部分，參與者在觸摸和語音任務中都難以保持車道定位。當他們回憶食品雜貨清單時，9 名參與者在語音任務中回憶了 3 個項目，6 人在觸摸任務中回憶了 4 個項目。

這與工作記憶的局限性是一致的。參與者報告說，在駕駛的語音部分，總體上感覺注意力不那么分散。在觸摸任務中，眼球追蹤數據顯示參與者在 Spotify 任務、導航任務和閱讀文本信息/打電話任務中看信息娛樂系統的時間最長。在語音部分，看顯示屏的時間明顯減少。

NHTSA（ 美國國家公路交通安全管理局 ）的指導方針指出，遠離道路的所有視覺注視的總和應少于 12 秒。上述三項任務–Spotify 任務、導航任務和閱讀短信/打電話任務–在駕駛過程中的觸摸任務部分都高于這一準則。

該研究還發現，人們在分心時往往會顯著降低速度。這指出了前面提到的 “心理折返期（ PRP ）效應”，即當人腦試圖進行多任務處理時，其中一項任務很可能完成得比較慢。

很明顯，工作記憶接受信息的能力是有限的。由于駕駛占用了大量的注意力資源，幾乎沒有空間來處理其他信息。當認知負荷過高時，就會導致駕駛表現不佳。

這張圖表強調了CarPlay的使用，尤其是觸摸，與其他形式的分心相比，對駕駛員造成了怎樣的損害。

06 對Apple CarPlay設計的影響

這里概述的駕駛時工作記憶和認知負荷的限制對蘋果 CarPlay 有明顯的影響。蘋果公司已經做了一些項目來解決司機的安全問題。

首先，通過 Siri 進行語音控制來完成 CarPlay 上的任務是值得注意的。這使司機可以保持對道路的關注，而不需要低頭看或觸摸他們的 iPhone。IAM Roadsmart 研究發現，與觸摸控制相比，語音控制不太可能造成重大分心。

第二，蘋果公司發布的開發者指南明確指出，司機的安全是最重要的。例如，他們只允許具有 Siri 功能的應用程序出現在 CarPlay 中，并且不允許任何拿起手機完成任務的指令。

第三，隨著 IOS 14 的發布，蘋果擴大了允許出現在 CarPlay 中的應用程序的范圍，包括電動車充電、停車和快速訂餐（ 蘋果公司 ）。增加的選項有可能幫助用戶在駕駛時完成復雜的任務。

很明顯，蘋果的指導方針指導開發者為駕駛者設計，但這就足夠了嗎？這里介紹的研究證明，CarPlay 的優勢在于 Siri。即使如此，根據目前的研究，開車時使用語音助手會增加司機的認知負擔。如果要改善這一點，Siri 就必須更智能、更無縫。

改進 CarPlay 的第一步是迫使司機使用 Siri 而不是觸摸界面。IAM Roadsmart 研究的參與者接受了一項調查，其中大多數人自我報告稱，他們的個人偏好是使用觸摸界面而不是 Siri 功能（ 見表5 ）。

該表顯示參與者更傾向于使用觸摸界面而不是使用語音功能進行互動。

2019 年，拉盧卡·布迪烏（Raluca Budiu）為尼爾森·諾曼集團（Nielsen Norman Group）所做的一項研究稱，虛擬助手的有限使用反映出這些助手的可用性很差，遠遠無法滿足真正的用戶需求。這意味著 Siri 的心智模型驅動程序需要改進，這并不是一個簡單的任務。

根據Budiu 的說法，一旦用戶有了智能助手的心智模型，他們就不會經常嘗試新的任務。用戶可以學習一種新的心智模型，但是他們需要收到驅使或激勵。這就是機器學習可以發揮作用的地方，它可以在駕駛時根據時間和地點提出個性化的建議。

這項技術已經存在于最新的 IOS 中，但仍然是相當新的。如果 Siri 能夠知道駕駛員在特定時間在特定路線上時通常會發出同樣的短信或打電話，那么它就會開始通過口頭或屏幕上的簡單通知來提示這個動作。

了解用戶的日常模式可以幫助減輕他們使用 CarPlay 執行的一些最常見的任務（ 例如打電話、發短信、導航、播放音樂等 ），它也可以幫助預設任務，例如提示司機設置他們的地圖目的地、音樂和停車位。

在 Budiu 的研究中，一位用戶談到他們對 Siri 的預期時說，“我希望它更像是一個個人助理，而不僅僅是一個問答式的情境。我更希望它來找我，而不是我去找它。”

【注】這項研究是為 Andrew Schall 在馬里蘭藝術學院的用戶體驗設計項目的 MPS 效用和可用性課程所做。作者個人與蘋果公司或上述研究沒有任何關系。