工作记忆对设计的影响，来看看 Apple CarPlay 是怎么做的

比起以往，当下的生活存在着各种争夺我们注意力的东西。我们总是忙于工作、家庭和社交生活。我们没有意识到的是，尽管我们可能尝试多任务处理，但我们的注意力广度是相当有限的。

最近的研究表明，我们可以在短时记忆中同时记住约四个项目（ 正负1 ）。这表示我们在任何特定时刻只有能力专注于几个项目。当大脑的其他部分参与到某些事情中时，比如开车，困难就会出现。在我们忙碌的生活中，电子邮件、电话和导航触手可及，开车时使用移动设备是很常见的。

欧盟委员会（ European Commission ）最近的一项研究估计，在欧洲每年发生的所有道路碰撞事故中，有10-30%的原因可能是驾驶员注意力分散（ IAM RoadSmart II ）。在过去的 10 年里，美国各地都制定了免提电话的法律，汽车制造商也作出了回应，在大多数车载“信息娱乐系统”中制定了免提电话标准。

2014 年，苹果公司推出了 Carplay，这是一款将你的 iPhone 与你的汽车信息娱乐系统完美结合的产品。该系统不仅包括免提呼叫功能，还可以通过 Siri 进行音乐选择和导航等语音控制功能。

研究表明，人类的工作记忆是有限的，而且已经证明，在驾驶时使用移动设备会增加认知需求。带着这种想法，以及语音控制功能的进一步开发，苹果 Carplay 正在帮助驾驶员在驾驶时安全地进行交互。

01 定义工作记忆

早在 1883 年，弗朗西斯 · 高尔顿就把记忆分为 长时记忆 和 短时记忆。2012年，艾伦 · 巴德利发表了他关于工作记忆的综合研究成果，以此更准确地描述短期记忆中发生的事情。他假设短时记忆是“简单的信息存储”，而工作记忆（ WM ）“暗示着存储和操作的结合”( Baddeley 5 )。

巴德利提出的 工作记忆系统 由四部分组成：中央执行系统、视觉空间画板系统、语音回路和情景缓冲系统。中央执行系统是中央控制机关。视觉空间画板系统被区分为一个短期的视觉信息存储，在那里几乎没有容量。语音回路是对语言信息的存储。

情景缓冲器是跨WM的所有部分的链接。中央执行系统是负责注意力的部分。他认为脑前额叶外皮是工作记忆的功能所在（ Baddeley 3 ）。

02 定义认知负荷

当讨论工作记忆和驾驶的局限性时，我们必须考虑是什么导致了分心。视觉、手动和认知组件的组合构成了干扰。当任务得到工作记忆的全部注意力时，驾驶就可以安全地完成。分心驾驶是指驾驶员的注意力从构成安全和有效驾驶的功能转移到竞争刺激。

这可能导致对安全驾驶至关重要的任务缺乏关注。例如，在驾驶汽车时，你必须监视道路，阅读路标（ 视觉 ），并掌握方向盘（ 手动 ）。如果认知成分（ 通常被认为是一种“注意力的普遍回避”）或走神开始发挥作用，司机就会分心。认知负荷经常与认知分心交替使用，认知负荷被定义为替代任务所需要的能量。认知负荷的概念。在研究工作记忆和驾驶的影响时大量考虑因素。

03 多任务处理与瓶颈效应

Meyer 和 Kieras （ 1997 ）完成了关于 执行认知过程 和 多任务处理 的研究。基于该研究，他们推理出当面对多个任务时，大脑不能完全集中注意力。

如果执行多个任务，任务容易出错并且需要更长时间，甚至可能需要双倍的时间才能完成。他们的理论依据是，大脑必须重新启动并重新专注于每个任务，而在任务交换过程中的时间间隔导致了低效率。所以，不仅一个人完成每项任务的效率较低，而且他们在这个过程中浪费了时间。

Ruthie （ 2001 ）完成的一项研究：当人们试图同时执行两个独立的反应任务时发生的瓶颈效应。与 Meyer 和 Kieras 的研究结果相似，Ruthie 发现，一个或两个任务的反应都会延迟。此外，他指出，第二个任务通常在开始时较慢，然后在刺激减少时加快。这一发现被称为“心理不应期（ 性 ）效应”。

04 工作记忆与驾驶

工作记忆的限制对司机来说意味着什么？麻省理工学院 2012 年完成的研究表明，随着驾驶员认知需求的增加，他们对周围环境的意识会降低。该研究记录了马萨诸塞州波士顿地区三个年龄组（ 20-29 岁、40-49 岁和 60-69 岁 ）的 108 名男女司机的注视和驾驶表现。

一辆中型跑车（ 沃尔沃XC90 ）配备了传感器，包括用于捕捉驾驶员行为、车辆周围环境和音频记录的摄像头，还建立了眼球追踪系统。这项试验是在一条主要高速公路上进行的，那里的限速是每小时 65 英里。

驾驶员的认知负荷水平分为低、中、高三个等级。

• 对于低等级，司机会得到一组数字，要求他们大声重复这些数字。
• 对于中等级，司机需要记住每个数字，然后大声说出之前给出的数字。
• 对于高等级，司机需要口头报告给出的数字的总和。

驾驶速度、方向盘位置和加速度数据直接从汽车的内置传感器或 CAN（ 控制器局域网 ）记录。驾驶员的视觉注意力通过眼睛跟踪眼睛位置在垂直平面上的 X 和 Y 坐标以及与挡风玻璃一样宽的距离来确定。

研究发现，水平凝视的注意力随着认知需求的增加而增强。也就是说，没有分散的目光。相对于单任务驾驶时段，67% 的司机在需求最高时段缩小了他们眼睛注视的分布。

研究人员研究了司机的“注意力集中”，发现他们对周围环境的意识受到认知需求增加的影响。他们得出的结论是，高级驾驶员支持系统的开发人员应该考虑将注视集中作为驾驶员认知工作负荷的一种衡量标准，因为注视测量可以检测视觉需求。

05 苹果 Carplay 和认知能力研究

英国最大的独立道路安全慈善机构 IAM Roadsmart 在 2020 年 1 月发布了一份报告，其中，注意力集中是检查驾驶员安全的标准之一。

这项研究提供了更多关于苹果拼盘对驾驶员认知能力影响的最新见解。这项研究使用了一个驾驶模拟器来测量驾驶员的“反应时间、眼睛注视行为和车辆控制 ”。

一次是不与信息娱乐系统互动的控制驾驶，一次是仅使用语音激活功能执行任务的语音驱动驾驶，还有一次是使用触摸屏执行任务的触摸驱动驾驶。在驾驶过程中，他们被要求完成五个系统任务，使用语音功能或触摸，包括:

1. 在 Spotify 播放音乐
2. 播放 BBC 广播
3. 导航
4. 接收短信
5. 打电话

当他们完成这些任务时，通过对屏幕上显示的红条做出反应来测试他们的反应时间。“红条的主要目的是测量与信息娱乐系统互动时对外部刺激的反应时间”。

研究中使用的驾驶模拟器的视图

发给参与者的短信是 “嗨，我是罗西。期待与你相见。能否请你带一些苹果、邮票、感谢卡、防晒霜、洋葱、咖啡和发胶？”。

第二个任务要求参与者打一个电话。在电话中，要求他们尽可能多地回忆清单上的物品。这个清单包含 7 个项目，这已经突破了工作记忆的极限。

研究结果显示，在 19 名参与者和 76 个反应时间事件中，他们在触摸任务中有 14 次、在语音任务中有 8 次 、在控制驱动中有两次未能对红条做出反应。这一数据表明，使用触摸与苹果 Carplay 互动 “干扰了参与者对红条的反应能力”。使用触摸时，Spotify （ 图1 ）和广播任务的反应时间最慢，但使用语音时，导航任务的反应时间最慢（ 图2 ）。

IAM Roadsmart 研究的两个数字显示了控制、语音和触摸任务的反应时间

总的来说，在触摸任务中，平均驾驶速度明显低于规定的速度限制。标准偏差约为 7 英里/小时。在驾驶过程中的电话和短信部分，参与者在触摸和语音任务中都难以保持车道定位。当他们回忆食品杂货清单时，9 名参与者在语音任务中回忆了 3 个项目，6 人在触摸任务中回忆了 4 个项目。

这与工作记忆的局限性是一致的。参与者报告说，在驾驶的语音部分，总体上感觉注意力不那么分散。在触摸任务中，眼球追踪数据显示参与者在 Spotify 任务、导航任务和阅读文本信息/打电话任务中看信息娱乐系统的时间最长。在语音部分，看显示屏的时间明显减少。

NHTSA（ 美国国家公路交通安全管理局 ）的指导方针指出，远离道路的所有视觉注视的总和应少于 12 秒。上述三项任务–Spotify 任务、导航任务和阅读短信/打电话任务–在驾驶过程中的触摸任务部分都高于这一准则。

该研究还发现，人们在分心时往往会显著降低速度。这指出了前面提到的 “心理折返期（ PRP ）效应”，即当人脑试图进行多任务处理时，其中一项任务很可能完成得比较慢。

很明显，工作记忆接受信息的能力是有限的。由于驾驶占用了大量的注意力资源，几乎没有空间来处理其他信息。当认知负荷过高时，就会导致驾驶表现不佳。

这张图表强调了CarPlay的使用，尤其是触摸，与其他形式的分心相比，对驾驶员造成了怎样的损害。

06 对Apple CarPlay设计的影响

这里概述的驾驶时工作记忆和认知负荷的限制对苹果 CarPlay 有明显的影响。苹果公司已经做了一些项目来解决司机的安全问题。

首先，通过 Siri 进行语音控制来完成 CarPlay 上的任务是值得注意的。这使司机可以保持对道路的关注，而不需要低头看或触摸他们的 iPhone。IAM Roadsmart 研究发现，与触摸控制相比，语音控制不太可能造成重大分心。

第二，苹果公司发布的开发者指南明确指出，司机的安全是最重要的。例如，他们只允许具有 Siri 功能的应用程序出现在 CarPlay 中，并且不允许任何拿起手机完成任务的指令。

第三，随着 IOS 14 的发布，苹果扩大了允许出现在 CarPlay 中的应用程序的范围，包括电动车充电、停车和快速订餐（ 苹果公司 ）。增加的选项有可能帮助用户在驾驶时完成复杂的任务。

很明显，苹果的指导方针指导开发者为驾驶者设计，但这就足够了吗？这里介绍的研究证明，CarPlay 的优势在于 Siri。即使如此，根据目前的研究，开车时使用语音助手会增加司机的认知负担。如果要改善这一点，Siri 就必须更智能、更无缝。

改进 CarPlay 的第一步是迫使司机使用 Siri 而不是触摸界面。IAM Roadsmart 研究的参与者接受了一项调查，其中大多数人自我报告称，他们的个人偏好是使用触摸界面而不是 Siri 功能（ 见表5 ）。

该表显示参与者更倾向于使用触摸界面而不是使用语音功能进行互动。

2019 年，拉卢卡·布迪乌（Raluca Budiu）为尼尔森·诺曼集团（Nielsen Norman Group）所做的一项研究称，虚拟助手的有限使用反映出这些助手的可用性很差，远远无法满足真正的用户需求。这意味着 Siri 的心智模型驱动程序需要改进，这并不是一个简单的任务。

根据Budiu 的说法，一旦用户有了智能助手的心智模型，他们就不会经常尝试新的任务。用户可以学习一种新的心智模型，但是他们需要收到驱使或激励。这就是机器学习可以发挥作用的地方，它可以在驾驶时根据时间和地点提出个性化的建议。

这项技术已经存在于最新的 IOS 中，但仍然是相当新的。如果 Siri 能够知道驾驶员在特定时间在特定路线上时通常会发出同样的短信或打电话，那么它就会开始通过口头或屏幕上的简单通知来提示这个动作。

了解用户的日常模式可以帮助减轻他们使用 CarPlay 执行的一些最常见的任务（ 例如打电话、发短信、导航、播放音乐等 ），它也可以帮助预设任务，例如提示司机设置他们的地图目的地、音乐和停车位。

在 Budiu 的研究中，一位用户谈到他们对 Siri 的预期时说，“我希望它更像是一个个人助理，而不仅仅是一个问答式的情境。我更希望它来找我，而不是我去找它。”

【注】这项研究是为 Andrew Schall 在马里兰艺术学院的用户体验设计项目的 MPS 效用和可用性课程所做。作者个人与苹果公司或上述研究没有任何关系。

原文作者：MacKenzie Legg（本文翻译已获得作者的正式授权）

原文：https://uxdesign.cc/the-human-working-memory-and-the-implications-on-apple-carplay-2b1334d89023

译者：李玥琪；审核：李泽慧；编辑：孙淑雅、李莉好；微信公众号：TCC翻译情报局（ID：TCC-design）；连接知识，了解全球精选设计干货

本文作者@TCC翻译情报局

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