Когнитивная перегрузка (когнитивный оверло́ад) — это состояние, при котором когнитивные способности человека перегружены избыточным объёмом информации или задач, что существенно снижает производительность и вызывает физическое и психическое истощение. Чрезмерное поступление стимулов приводит к форме неэффективности мозга, при которой человек не способен справляться с когнитивными процессами многозадачности .
Когнитивная перегрузка может быть определена как превышение объёма информации, который требуется удерживать, над объёмом доступных ресурсов рабочей памяти
Данный термин используется в рамках теории когнитивной нагрузки, которая была представлена Джоном Свеллером в 1988 году . Основополагающая концепция данной теории заключается в том, что успешное усвоение информации студентами возможно лишь в случае, если она не приводит к перегрузке их мозга, учитывая особенности функционирования памяти. В момент обучения (и не только обучения) у человека есть некоторая заданная мощность мозговой активности. Эта мощность распределяется между внутренней, внешней и уместной нагрузками.
Типы когнитивной нагрузки
Внутренняя когнитивная нагрузка Это требования, накладываемые на ученика в процессе усвоения материала, уровень сложности поставленной задачи, которые зависят как от сложности самого изучаемого материала, так и от уровня предварительных знаний индивидуума. Степень сложности темы может сильно варьироваться для новичка и эксперта, что влияет на количество усилий, которые необходимо приложить для усвоения новых знаний.
Как правило, чем сложнее задача - тем больше внутренняя нагрузка, слишком сложная задача вызовет когнитивную перегрузку.
Внешняя (посторонняя) когнитивная нагрузка Связана со способом и особенностями предоставления информации. Внешняя нагрузка не затрагивает суть предоставляемого материала, а вовлекает необязательные отвлекающие факторы. Например, слишком сложное объяснение со стороны преподавателя, шум, неструктурированность материала. Также к внешней нагрузке можно отнести лишние умственные усилия, которые приходится прилагать для интерпретации информации, например, при изучении диаграммы без пояснения или при использовании противоречивых или несочетаемых источников информации.
По мнению Майера, посторонняя нагрузка принимает различные формы согласно выведенным им принципам.
Принцип пространственной смежности подчеркивает, что соответствующие слова и картинки должны быть представлены рядом, а не далеко друг от друга. Принцип временной смежности описывает, как соответствующие слова и картинки должны быть представлены одновременно, а не последовательно. Принцип связности утверждает, что обучение улучшается, если исключить лишние слова, картинки и звуки. Принцип модальности подчеркивает важность распределения информации по модальностям, а не перегрузки одной модальности слишком большим количеством информации (например, разработка аудиовизуальной презентации в противовес только визуальной).
Уместная (релевантная) когнитивная нагрузка Включает компоненты, которые помогают ученику обрабатывать информацию и выстраивать когнитивные схемы в памяти. Например, использование алгоритмов в процессе решения математических задач может способствовать уменьшению нагрузки и улучшению запоминания. Организация релевантной нагрузки облегчает восприятие материала и его усвоение.
Основные положения Состояние когнитивной перегрузки достигается, когда требуемые ресурсы превышают доступные, при этом чувствительность памяти резко снижаeтся, а время реакции на второстепенные задачи увеличивается. Если всем подпроцессам, участвующим в опосредованной обработке сигналов, выделено достаточно ресурсов, то сигнал будет правильно обработан, однако, если ресурсов недостаточно для того, чтобы обеспечить все подпроцессы, то наступает состояние когнитивной перегрузки, и какой-либо аспект обработки сообщения пострадает.
Когнитивная перегрузка может возникнуть даже при большем автоматическом и/или контролируемом распределении ресурсов, если дополнительных ресурсов все равно недостаточно для обработки возросших требований стимулов . Когда стимулы просты, знакомы или легки, увеличение количества ресурсов, автоматически выделяемых для кодирования, обычно приводит к увеличению памяти для распознавания стимулов. Однако в случае менее знакомых, сложных или более трудных стимулов происходит обратное: хотя увеличение количества вовлеченных в обработку информации структур повышает автоматическое выделение ресурсов для кодирования, это приводит к уменьшению памяти для распознавания сообщений, что свидетельствует о более плохом кодировании сообщения . Это происходит потому, что выделенных ресурсов недостаточно для обработки стимулов, связанных с трудным или незнакомым содержанием и меняющейся структурой.
Если для кодирования доступно меньше, но все же достаточно ресурсов, распознавание будет оставаться стабильным, при этом время реакции на вторичную задачу должно быть медленнее, потому что доступных ресурсов для распределения на вторичную задачу меньше. В случае когнитивной перегрузки ресурсы, необходимые для кодирования сообщения, превышают выделенные ресурсы, поэтому при кодировании мощностей недостаточно, и распознавание страдает.
Связанные теории
Теория когнитивной нагрузки Свеллера Как было сказано выше, термин "когнитивная перегрузка" существует внутри теории когнитивной нагрузки Свеллера, которая в основном фокусируется на распределении ресурсов, связанных с обработкой информации, то есть на приеме входных и выходных информационных ресурсов при решении задач. Суть теории когнитивной нагрузки заключается в том, что объём рабочей памяти человека ограничен. Во всем процессе решения задач общая когнитивная нагрузка должна контролироваться в пределах ограниченного диапазона объёма рабочей памяти, в противном случае эффективность человека, в частности в процессах обучения, будет ограниченной, а процесс обучения — неэффективным. Разумное распределение информационных ресурсов заключается в том, чтобы в определённой степени снизить нагрузку на его рабочую память.
Когнитивная теория мультимедийного обучения Майер и его коллеги предложили когнитивную теорию мультимедийного обучения, в которой визуальная и слуховая информация поступает в модуль рабочей памяти по разным каналам и в основном обрабатывается там . Рабочая память рассматривается как система, которая хранит и обрабатывает информацию, обеспечивая временное пространство и необходимую информацию для вербального понимания, обучения и рассуждения. Однако объём рабочей памяти ограничен и составляет всего 7 ± 2 фрагмента, что может стать узким местом при получении и обработке информации, что напрямую связано с проблемой когнитивной перегрузки.
Информационная перегрузка Информационная перегрузка и когнитивная перегрузка - это два разных концепта, хотя иногда они могут быть взаимосвязаны.
Понятие информационной перегрузки дал Элвин Тоффлер в 1970 году. Информационная перегрузка обычно связана с ситуацией, когда человеку предоставляется слишком большое количество информации, что может привести к потере внимания, затруднениям в обработке информации и ухудшению способности принимать решения. Это может произойти из-за постоянного потока информации, который превышает способность человека её обработать или ассимилировать.
Когнитивная перегрузка, в свою очередь, связана с недостаточностью мощности памяти для эффективной обработки всего массива предоставленной информации. В результате возникают затруднения в понимании, запоминании и обработке информации. Есть мнение, что информационная перегрузка - это личное решение человека, связанное с нежеланием в заданный момент времени фокусироваться только на одной задаче.
В корне информационной перегрузки - проблемы со вниманием, в корне когнитивной - проблемы с памятью.
Факторы, влияющие на когнитивную перегрузку
Влияние распределения типов нагрузки Раньше считалось, что все три типа нагрузки (внутренняя, внешняя и уместная) суммируются, тем самым влияя на размер общей когнитивной нагрузки. Но последние исследования показывают, что снижение внешней когнитивной нагрузки может привести к общему снижению когнитивной нагрузки, даже если она заменяется уместной.
Влияние сложности, ограниченности и бдительности Было обнаружено, что сложность задач, нехватка времени и бдительность в бо́льшей степени влияют на перегрузку и являются её предикторами.
Согласно исследованию, избыточная сложность задач индуцирует перегрузку рабочей памяти, что проявляется в затруднении человека в удержании и последующем использовании необходимых данных. Предварительное знание материала при этом облегчает процесс решения сложных задач. Ограниченность времени также агрегирует когнитивную перегрузку, ибо она поддерживает условия, стимулирующие срочное принятие решений и оперативное исполнение задач. Когда временные рамки сжаты, человек может испытывать большее давление и трудности в эффективной обработке информации, обусловленные ограниченными запасами временной памяти. В условиях высокого давления времени и высокой сложности задач наблюдается снижение производительности и когнитивной эффективности. Бдительность также оказывает свое воздействие - при исполнении задач в условиях стресса или опасности, внимание часто переключается на поиск угроз или решение связанных с текущим контекстом проблем, что приводит к отклонению от основной задачи и когнитивной перегрузке.
Распределение входных и выходных данных Исследователями подчеркивается важность учёта как входных, так и выходных данных информационных ресурсов в процессах обучения, в целях избегания когнитивной перегрузки. Распределение входных данных и выходных информационных ресурсов играет значительную роль в когнитивной перегрузке, так как оно влияет на способность человека обрабатывать и хранить информацию - для эффективного обучения необходимо избегать как перегрузки на этапе ввода информации, так и перегрузки при её извлечении и использовании для решения проблем. Информацию в таком ключе разделяют на два типа: распределение входных внешних информационных ресурсов и распределение выходных информационных ресурсов, необходимых для решения проблем.
Распределение входных данных, поступающих из внешних информационных ресурсов, подразумевает избирательное и непрерывное преобразование и хранение информации из кратковременной памяти в долговременную в процессе обучения, что обеспечивает эффективное хранение информации в долговременной памяти. Долговременное запоминание достигается посредством построения когнитивных схем, тем самым обеспечивая эффективное распределение информационных ресурсов. Схемы представляют собой структурные блоки знаний, уже существующие в человеческом мозге. Их можно сравнить с обширной библиотечной системой, в которой различные типы книг хранятся в пространстве памяти по категориям. Когда поступает новая информация, она будет размещена или автоматически классифицирована по соответствующим категориям. Когнитивные схемы в рамках данной теории помогают уменьшить когнитивную нагрузку, так как облегчают поиск и использование знаний, когда они требуются для решения задач.
Распределение выходных информационных ресурсов связано с непосредственным процессом решения задач человеком. В этом процессе можно извлекать и всесторонне использовать информационные ресурсы, ранее хранившиеся в долговременной памяти, в соответствии с потребностями конкретных задач. Здесь происходит актуализация данных, установление связей между соответствующими правилами и процедурными нормами, позволяя в полной мере использовать знания человека в данной области для решения текущей проблемы. В этом процессе задействуются когнитивные схемы для быстрого и эффективного решения задач, минимизируя когнитивную нагрузку.