Ny kognitionsvetenskaplig forskning från Sandia National Laboratories visar att även om kartor kan hjälpa någon att identifiera landmärken när de eskorteras, att använda en begränsar också situationsmedvetenhet och kunskap om omgivningar som inte är markerade på kartan.

Detta fynd är ett av flera som kommer från ett treårigt projekt som kopplade ihop kognitiva forskare och internationella kärnsäkerhetsexperter för att utföra mänskliga prestationstester och utveckla rekommendationer som kan användas av Internationella atomenergiorganet för att stödja säkerhetskontrollinspektörer. Målet är att identifiera hur inspektörer kan vara mer exakta, effektiv och situationsmedveten när du är på jobbet, vilket i slutändan hjälper till att säkerställa icke-spridning av kärnvapen.

Testerna fokuserade på visuell inspektion, wayfinding och kunskapsöverföringsuppgifter som är viktiga för inspektörer. Medan kognitiva forskare har studerat dessa områden i detalj tidigare, den befintliga forskningen tog inte upp de unika behoven hos internationella skyddsinspektörer.

IAEA:s inspektörer besöker kärnenergianläggningar för att kontrollera att de inte missbrukas, och kärnämne avleds inte från fredlig användning. På en anläggning, de måste utföra specifika uppgifter och registrera information samtidigt som de är medvetna om sin omgivning och analyserar avvikelser.

"Alla dessa komplicerande faktorer gör det till ett riktigt utmanande jobb och lägger en stor kognitiv belastning på inspektörerna, sa Zoe Gastelum, kärnsäkerhetsforskare och projektledare. "Med detta projekt, vi såg att förändring av sättet vi tillhandahåller information till människor som arbetar på fältet kan hjälpa dem att bli mer effektiva och effektiva."

Forskargruppen genomförde en undersökning för att fastställa de största behoven för kärnkraftssäkerhetsgemenskapen, och sedan granskade den för att identifiera luckorna i kognitionsvetenskaplig litteratur.

"Mycket kognitionsvetenskapligt arbete har varit väldigt labbbaserat och teoritungt om mekanismer och processer i sinnet och hjärnan, sa Mallory Stites, kognitionsvetare och forskargruppmedlem. "Ibland finns det en klyfta mellan vad du gör i labbet och vad du behöver för tillämpad vetenskap. Vårt mål var att göra labbbaserat arbete baserat på kognitiv teori som skulle kunna tillämpas i fält."

Teamet designade en serie tester för mänskliga prestanda baserade på inspektörernas aktiviteter, använder Sandia-anställda som surrogatskyddsinspektörer. För varje uppgift, teamet tillhandahöll relevant information på flera sätt till deltagarna och observerade hur sättet informationen presenterades på förändrade prestationen.

Balanseringsnoggrannhet, hastighet när du söker i listor och objekt

"Medan det har gjorts mycket forskning om visuell sökning inom kognitionsvetenskap, de specifika saker som inspektörerna gör på fältet, som vanligtvis jämför en lista med en annan lista eller med fysiska objekt, inte tittat på så mycket, sa Laura Matzen, kognitionsvetare och forskargruppmedlem. "Vi ville fylla den luckan genom att titta på olika sätt att organisera en inspektörs lista för att göra jobbet enklare."

Teamet studerade visuell sökning och listformatering. Ett test fick deltagarna att jämföra en lista med en annan, ungefär som en inspektör skulle jämföra en anläggnings nuvarande inventering med inventeringslistan som tillhandahålls av den nationella säkerhetskontrollmyndigheten för att notera vad som hade gått in och ut. De lät varje deltagargrupp prova en annan teknik för att organisera och jämföra sina listor, som att använda färgkodning, numerisk ordning eller omorganisering av den aktuella listan för att matcha ordningen på föregående lista så mycket som möjligt.

"Vi fann att färgkodning verkligen hjälpte, " Sa Matzen. "Allt vi kunde göra med inspektörens lista för att begränsa var de tittade på anläggningens lista hjälpte till att påskynda processen eftersom de kunde nollställa den relevanta kolumnen eller avsnittet."

Matzen sa att resultaten också visade att omorganisering av listorna för att bättre matcha påskyndade jämförelseprocessen ännu mer, men deltagarna började sakna subtila fel, som siffertransponeringar, och deras noggrannhet minskade.

Välj din inriktning:hitta landmärken eller ta in detaljerna i din omgivning

Teamet satte upp experiment på en Sandia-anläggning som tidigare användes för arbete med kärnmaterial men som inte längre är aktiv.

"Anläggningen hade mycket av samma visuella egenskaper som inspektörerna ser, " sa Stites. "Det var stort, lite högt, ganska varmt och en enkel plats att vända sig i."

Målet, Hon sa, var att se hur eller om kartor kunde hjälpa inspektörer att lära sig layouten på en anläggning och förbli medvetna om sin allmänna omgivning, särskilt när de leds på en guidad rutt.

"När du inte har kontroll över din egen navigering, som att vara passagerare i en bil, det är verkligen svårt att hålla reda på vart du är på väg, " sa Stites.

Några deltagare fick en karta att studera innan de gick in i anläggningen för en guidad tur, några fick ta med sig en karta på turen och några fick ingen tid med karta före eller under turen.

"Vi upptäckte att om deltagarna kan få en karta över anläggningen i förväg, det är definitivt bättre för att förbättra deras förmåga att veta sin rutt, känna igen landmärken och bilda en fågelperspektiv över anläggningen, " sade stater. "Men, Inspektionsteamet bör göra ett val baserat på sina mål om huruvida kartan ska bäras med sig inuti anläggningen eller inte. Om deras huvudsakliga mål är att lära sig layouten, svaret är ja. Om situationsmedvetenhet är viktig, Vi fann att de är bättre att inte ta in och konsultera en karta när de är inne."

Att göra anteckningar för kunskapsöverföring

Forskargruppen satte upp en serie experiment för att fastställa hur anteckningar och bilder kan hjälpa eller hindra inspektörer från att överföra kunskap till andra inspektörer, ofta veckor eller månader senare utan något personligt samtal eller interaktion.

Teamet skapade fyra affischtavlor fulla av bilder av otydliga delar och prylar med industriellt utseende.

I olika studier, deltagarna fick 12 minuter med varje tavla och ombads att göra anteckningar för hand, ta bilder med en kamera, eller ta handskrivna anteckningar och bilder med en kamera.

I den första uppsättningen experiment, samma person kom tillbaka antingen två dagar eller sex månader senare och fick sina anteckningar och en ny uppsättning liknande men olika tavlor och ombads sedan att avgöra vad som hade förändrats från den första uppsättningen av tavlor och bilder.

I den andra uppsättningen experiment, anteckningarna från deltagarna som hade sett den första uppsättningen av brädor gavs till nya deltagare som bara visades den andra uppsättningen av brädor. De, för, ombads att fastställa vad som hade förändrats, simulerar ett andra inspektionsteam som går in med anteckningar från ett tidigare team.

Matzen sa att föremålen på tavlan kan ha bytt plats, eller deras konsistens, material eller orientering kan ha ändrats, men deltagarna fick inte veta i förväg vilken typ av förändringar de kunde förvänta sig. Deltagarna var också fria att göra anteckningar med sin penna och papper på vilket sätt de ville.

"Vi gjorde en del analys utifrån premissen att om du bara har penna och papper, hur får du ut det mesta av det?" sa Matzen. "Vi fann att personer som hade något skriftligt och något visuellt i sina anteckningar bättre kunde upptäcka förändringar. Försök att organisera din information rumsligt, lista alla viktiga funktioner, skriva beskrivningar och rita när det är möjligt, för att hjälpa nästa person att förstå."

Matzen sa att deltagare som hade kameror var föga förvånande mer exakta när det gällde att upptäcka förändringar i objekten, men de var också långsammare att analysera föremålen och förlorade ofta koll på var föremålet de hade fotograferat hade placerats på tavlan. Deltagare som använde en kamera var förståeligt nog mer säkra på sina svar, men det förtroendet inkluderade när de var felaktiga. Inspektörer kan vara begränsade i sin förmåga att föra in en kamera i en anläggning, eller vilka bilder de kan ta. För inspektörer som kan ta in en kamera, teamet rekommenderar att du förbättrar detta genom att skriva ner några anteckningar om de foton du tar – orientering, del av byggnaden du befann dig i eller annan användbar situationsinformation.

Få ut ordet

Forskargruppen har presenterat artiklar om visuell inspektion och anteckningar för kunskapsöverföring vid den internationella konferensen om människa-datorinteraktion, om testning av mänsklig prestanda vid IAEA Safeguards Symposium och om listjämförelseaktivitetsforskning och simulering av säkerhetskontrollinformationsmiljöer för testning av mänsklig prestanda vid Institute of Nuclear Materials Management Annual Meeting. De har också publicerats i The European Safeguards Research &Development Association Bulletin, presenteras vid det årliga symposiet ESARDA och publicerades i Cognitive Research:Principles and Implications.

Teamet har startat ett relaterat tvåårigt projekt för att karakterisera effekten av fel från maskininlärning och algoritmer för djupinlärning på människans kognitiva prestanda, med målet att tillhandahålla evidensbaserade rekommendationer för att integrera AI med mänskligt beslutsfattande i analytiska system.