Михальчук Віталій ВолодимировичДружинін, Володимир Анатолійович2025-06-052025-06-052025-06-03Михальчук В. В. Моделі та методи підтримки прийняття рішень на основі електроенцефалографічних даних : дис. … доктора філософії : 126 «Інформаційні системи та технології / Наук. кер. В. А. Дружинін. Київ, 2025. 169 с.УДК 004.9; 004.8:150.159 + 519.8(62-5)https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/6634За матеріалами дисертації опубліковано: 17 робіт, з яких 3 – це статті, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України за спеціальністю дисертації або у періодичних виданнях іноземних держав, 14 – публікації у матеріалах конференцій, у тому числі міжнародних. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науковопрактичної задачі зменшення ймовірності прийняття помилкових рішень за рахунок використання запропонованої інформаційної технології зменшення впливу когнітивних упереджень в нейроосвітньому середовищі. Дисертаційна робота є вагомим внеском у вирішенні актуальних завдань підвищення продуктивності у проектній діяльності та оптимізації нейрокомп’ютерних середовищ. Зміст дисертаційного дослідження викладено у трьох розділах, у кожному з яких представлено з поясненням основні наукові результати дослідження: У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми дисертаційної роботи: виявлено наявність протиріччя між недостатньою ефективністю існуючого науково-методичного апарату вирішення завдань зменшення впливу когнітивних упереджень в нейроосвітніх середовищах та зростаючими запитами на їх більш ефективні рішення в практичній діяльності суспільства; окреслено вплив когнітивних упереджень на прийняття рішень, пояснена важливість зменшення впливу цього впливу; підкреслено важливість ролі тренування 3 нейропластичності для підвищення точності прийняття рішень і якості професійної діяльності. Сучасні можливості нейро-комп'ютерних інтерфейсів та їхня доступність дозволяють впроваджувати технології моніторингу ментального здоров'я та якості прийняття рішень як на робочих місцях так і в повсякденній діяльності. Обчислення показників робочого навантаження, уваги та стресу якісно отримуються з користувацьких портативних електроенцефалографів, доступних сьогодні у вигляді мобільних пристроїв типу гарнітури. Багаторічний досвід впровадження ІТ забезпечив появу хмарних середовищ і баз даних, які постійно оновлюються (сформувалося певне нейрокомп'ютерне суспільство). Можливості сучасних ІТ дозволяють створювати інформаційні системи з модулем зменшення впливу когнітивних упереджень для реалізації певних нейроосвітніх стратегій. Такі системи можуть забезпечувати одночасно кілька завдань, такі як: моніторинг ментального здоров'я, розвиток емоційного інтелекту, покращення ергономічності робочого місця та планування здорового режиму дня. Виходячи з цього сформульовано мету та визначено завдання дослідження, надано інформацію про наукову та практичну новизну роботи, апробацію основних результатів дослідження на науково-практичних конференціях та їх публікацію у формі статей у фахових виданнях. У першому розділі на основі розгляду наукових джерел проведено аналіз сучасного стану та тенденцій розвитку науково-методичного апарату, використання якого дозволяє на практиці реалізувати зменшення впливу когнітивних упереджень в нейроосвітніх середовищах та виявлено протиріччя між можливостями існуючих нейро-комп’ютерних технологій у сфері проектної діяльності і повсякденному використанні та вимогами до точності прийняття рішень в сучасних умовах. Розглянуто сутність когнітивних упереджень, стан вивченості розглянутої в роботі теми, окреслено практичну важливість впровадження запропонованої в роботі системи підтримки рішень. Детально розглянуті показники точності отриманих результатів, які були використані у попередніх дослідженнях за даним напрямком та визначено їх можливі і бажані значення відповідно до сучасних вимог. Проведений аналіз існуючих методів дослідження когнітивних упереджень та їхній зв’язок з прийняттям рішень з погляду когнітивної активності у системі «людинасередовище» та визначені їх переваги та недоліки та підставі яких сформульоване наукове завдання дослідження. Розділ завершується висновками, які резюмують ключові аспекти реалізації зменшення впливу когнітивних упереджень під час прийняття рішень за рахунок вирішення поставленого в роботі наукового завдання. У другому розділі здійснене порівняння існуючих моделей оцінювання та зменшення впливу когнітивних упереджень для подальшого їх використання у запропонованих в роботі нейроосвітніх стратегіях. Розглянуті основні методи досліджень дії когнітивних упереджень на підставі використання нейрокомп’ютерних інтерфейсів, опитувань, спеціальних експериментів та результати отримані в ході випробування в імітованих та реальних умовах, виявленні їх переваги та недоліки використання. Розглянуті процедури тестування нейрограмотності та тренування нейропластичності, утриманні уваги, контролю когнітивного стресу. Вдосконалені моделі відстеження когнітивних упереджень та оцінювання їх впливу за вразливими показниками за рахунок використання результатів розширеного суб'єктивного аналізу або персоналізації структури тренувань, що надає можливість оцінювати вхідні впливи та будувати більш ефективні стратегії зменшення впливу когнітивних упереджень, розраховані на покращення одночасно кількох когнітивних показників у комплексному тренуванні. Визначені обмеження для впровадження запропонованих моделей. Третій розділ дослідження присвячено вирішенню окресленої науковоприкладної задачі зменшення ймовірності прийняття помилкових рішень за рахунок використання вперше запропонованого вирішуючого правила на основі оцінки втрат для системи підтримки прийняття рішень. В розділі запропоновано відповідну систему підтримки рішень в проектній діяльності на основі гібридної 5 нейро-нечіткої мережі та когнітивної карти ситуації для аналізу часових рядів. Наведено порівняльну оцінку ефективності запропонованої та існуючих технологій зменшення впливу когнітивних упереджень в нейроосвітньому середовищі. Розглянуто можливі варіанти сценаріїв з визначеними альтернативами при застосуванні запропонованої в роботі системи підтримки рішень. Наукова новизна одержаних результатів при виконанні дисертаційної роботи полягає у наступному: 1. Отримали подальший розвиток існуючі методи моніторингу когнітивної складової системи «мозок-комп’ютер» або «людина-середовище», визначені впливи когнітивних упереджень на точність прийняття рішень та шляхи її оцінювання, окреслено обмеження, вимоги та сучасні можливості, зокрема в задачі підвищення точності прийняття рішень в проектній діяльності. 2. Вдосконалено моделі відстеження когнітивних упереджень та оцінювання їх впливу за вразливими показниками за рахунок використання результатів розширеного суб'єктивного аналізу або персоналізації структури тренувань, що надає можливість оцінювати вхідні впливи та будувати більш ефективні стратегії зменшення впливу когнітивних упереджень, розраховані на покращення одночасно кількох когнітивних показників у комплексному тренуванні. Визначені обмеження для впровадження запропонованих моделей. 3. Вдосконалено метод порівняння моделей відстеження когнітивних упереджень за рахунок використання результатів комплексного аналізу об'єктивності отриманої інформації, що дозволяє оцінити прогнозовану ефективність моделей за визначеними показниками, враховуючи індивідуальну різницю когнітивних показників. 4. Вперше запропоновано вирішуюче правило на основі оцінки втрат з врахуванням ваг впливу когнітивних показників, що дозволяє на відміну від попередніх методів досягти вищої точності виявлення впливу та прогнозування ризиків прийняття помилкових рішень. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що: Впроваження запропонованих в дисертаційній роботі методів і моделей надають можливість реалізувати тренування нейропластичності із результуючим зменшенням впливу когнітивних упереджень, що на 8% підвищує точність прийняття рішень, на 12% - час утримання уваги та на 7% - продуктивність (скорочення часу дії та контрольованість виникнення втоми) протягом 6 місяців занять за запропонованою нейроосвітньою стратегією. Данну технологію можна використовувати для підкріплення засобів підтримки ментального здоров’я та оптимізації професійної діяльності, що надає можливість підсилення контролю уваги на 14%, зосередженості на 12% та зменшення когнітивного стресу на 8%. При цьому, закріплення досягнутого рівня нейрограмотності зберігається протягом 3 місяців для елементарних завдань та на протязі 6 місяців для складних завдань. Практичне впровадження запропонованих методів та моделей поширює нейро-комп’ютерну грамотність та розвиває емоційний інтелект. Використання запропонованої модифікованої системи підтримки прийняття рішень дозволяє учасникам тренувань отримати 1-й або 2-й рівені нейрограмотності, підвищити якість нейросигналу (тривалість і якість утримання стану ментального зусилля, контролю «потоку» та емоцій) на 7% протягом 9 місяців тренувань. Отримані в ході дисертаційних досліджень нові теоретичні та практичні результати були реалізовані у науково-дослідницькій роботі «23КП064-01 Інформаційні технології аналізу та прогнозування процесів, інваріантних до предметної області».Based on the materials of the dissertation, 17 works have been published, of which 3 are articles included in the list of professional publications approved by the Ministry of Education and Science of Ukraine in the specialty of the dissertation or in periodicals of foreign states, 14 are publications in the materials of conferences, including international ones. The dissertation is devoted to solving the current scientific and practical problem of reducing the probability of making erroneous decisions by using the proposed information technology for mitigating cognitive biases in the neuroeducational environment. The dissertation is a significant contribution to solving the current problems of increasing productivity in project activities and optimizing neuro-computer environments. The content of the dissertation research is presented in three sections, each of which presents the main scientific results of the research with an explanation: The introduction substantiates the relevance of the chosen topic of the dissertation work: the presence of a contradiction between the insufficient effectiveness of the existing scientific and methodological apparatus for solving the problems of mitigating cognitive biases in neuro-educational environments and the growing demands for their more effective solutions in the practical activities of society is revealed; the influence of cognitive biases on decision-making is outlined, the importance of mitigating this influence is explained; the importance of the role of neuroplasticity training for increasing the accuracy of decision-making and the quality of professional activity is emphasized. Modern capabilities of neuro-computer interfaces and their availability allow the implementation of technologies for monitoring mental health and the quality of decision-making both in the workplace and in everyday activities. Calculations of workload, attention and stress indicators are qualitatively obtained from user-friendly portable electroencephalographs, available today in the form of mobile devices such as headsets. Many years of experience in implementing IT have ensured the emergence of cloud environments and databases that are constantly updated (a certain neurocomputer society has been formed). The capabilities of modern IT allow the creation of information systems with a cognitive bias mitigation module for the implementation of certain neuro-educational strategies. Such systems can simultaneously provide several tasks, such as: monitoring mental health, developing emotional intelligence, improving workplace ergonomics and planning a healthy daily routine. Based on this, the goal is formulated and the research tasks are defined, information is provided about the scientific and practical novelty of the work, the testing of the main research results at scientific and practical conferences and their publication in the form of articles in professional publications. In the first section, based on the review of scientific sources, an analysis of the current state and trends in the development of the scientific and methodological apparatus is carried out, the use of which allows in practice to implement the mitigation of cognitive biases in neuro-educational environments, and contradictions are identified between the capabilities of existing neuro-computer technologies in the field of project activities and everyday use and the requirements for the accuracy of decisionmaking in modern conditions. The essence of cognitive biases, the state of study of the topic considered in the work are considered, the practical importance of the implementation of the information technology proposed in the work is outlined. The accuracy indicators of the obtained results, which were used in previous studies in this area, are considered in detail and their possible and desired values are determined in accordance with modern requirements. An analysis of existing methods for studying cognitive biases and their relationship with decision-making from the point of view of cognitive activity in the “human-environment” system was conducted, and their advantages and disadvantages were identified, and on the basis of which the scientific task of the study was formulated. The section ends with conclusions that summarize the key aspects of implementing the mitigation of cognitive biases during decision-making by solving the scientific task set in the work. The second section compares existing models for assessing the impact of mitigating cognitive biases for further use in the neuroeducational strategies proposed in the work. The main methods for studying the action of cognitive biases based on the use of neuro-computer interfaces, surveys, special experiments and the results obtained during testing in simulated and real conditions, identifying their advantages and disadvantages of use, are considered. The procedures for testing neuroliteracy and training neuroplasticity, maintaining attention, and controlling cognitive stress are considered. Improved models for tracking cognitive biases and assessing their impact on vulnerable indicators by using the results of extended subjective analysis or personalization of the training structure, which provides the opportunity to evaluate input influences and build more effective strategies for mitigating cognitive biases, are designed to simultaneously improve several cognitive indicators in complex training. Limitations for the implementation of the proposed models are identified. The third section of the study is devoted to solving the outlined scientific and applied problem of reducing the probability of making erroneous decisions by using the proposed information technology for mitigating cognitive biases in the neuroeducational environment. In The section proposes a suitable decision support system in project activities based on a hybrid neuro-fuzzy network and a cognitive situation map for time series analysis. A comparative assessment of the effectiveness of the proposed and existing technologies for mitigating cognitive biases in the neuroeducational environment is presented. Possible scenarios with certain alternatives 10 when applying the information technology proposed in the work are considered. The scientific novelty of the results obtained during the performance of the dissertation work is as follows: 1. The existing methods for monitoring the cognitive component of the “braincomputer” or “human-environment” system have been further developed, the effects of cognitive biases on the accuracy of decision-making and ways of its assessment have been determined, limitations, requirements and modern possibilities have been outlined, in particular in the task of increasing the accuracy of decision-making in project activities. 2. Models for tracking cognitive biases and assessing their impact on vulnerable indicators have been improved by using the results of extended subjective analysis or personalization of the training structure, which makes it possible to assess input influences and build more effective strategies for mitigating cognitive biases, designed to simultaneously improve several cognitive indicators in complex training. Limitations for the implementation of the proposed models have been identified. 3. The method for comparing models for tracking cognitive biases has been improved by using the results of a comprehensive analysis of the objectivity of the information received, which allows assessing the predicted effectiveness of models on certain indicators, taking into account individual differences in cognitive indicators. 4. For the first time, an information technology for mitigating cognitive biases in a neuroeducational environment has been proposed, the use of which, unlike existing ones, allows the implementation of personalized training programs for mitigating cognitive biases and ensures the necessary efficiency of project activities by reducing the risks of making erroneous decisions. The practical significance of the results obtained is that: The practical use of the scientific results obtained in the dissertation provides an opportunity to implement neuroplasticity training with the resulting suppression of cognitive biases, which increases the accuracy of decision-making by 8%, the time of maintaining attention by 12% and the productivity by 7% (reduction of action time and controllability of fatigue) during 6 months of classes according to the proposed neuroeducational strategy. The information technology proposed in the work can be used to reinforce mental health support and optimize professional activity, which makes it possible to strengthen attention control by 14%, concentration by 12% and suppress cognitive stress by 8%. At the same time, the consolidation of the achieved level of neuroliteracy is maintained for 3 months for elementary tasks and for 6 months for complex tasks. The practical implementation of the proposed information technology spreads neuro-computer literacy and develops emotional intelligence. Training participants using the information technology proposed in the work are guaranteed to receive 1 or 2 levels of neuroliteracy, increase the quality of the neurosignal (duration and quality of maintaining the state of mental effort, control of the "flow" and emotions) by 7% during 9 months of training. The new theoretical and practical results obtained during the dissertation research were implemented in the research work "Information technologies for the analysis and prediction of processes invariant to the subject area".ukкогнітивні упередженнянеінвазивний нейро-комп’ютерний інтерфейсінформаційна технологіяматематичне моделюванняекспертне оцінюванняперевірка статистичних гіпотезкореляціяінформаційна системанечітка логіканечітка системаприйняття рішеньнейронні мережічастота дискретизаціїканал зв'язкуметоди аналізуІнтернет речейбагатокритеріальна оцінкапрогнозні моделіштучний інтелект.cognitive bias mitigationnon-invasive neuro-computer interfaceinformation technologymathematical modelingexpert evaluationstatistical hypothesis testingcorrelationinformation systemfuzzy logicfuzzy systemdecision makingneural networkssampling ratecommunication channelanalysis methodsInternet of Thingsdecision-making accuracymulti-criteria evaluationpredictive modelsartificial intelligenceДисертація