長時間持續(xù)警戒任務下腦力疲勞對前注意和注意加工能力影響的ERP研究.pdf

1、持續(xù)性警戒任務是指人們在保持壓力下警戒狀態(tài)的同時,長時間持續(xù)地將注意力集中投入在相對單調枯燥的操作任務之上。常見的持續(xù)性警戒任務有重要儀表的連續(xù)監(jiān)控,長途汽車駕駛,以及長時間的空間站任務等?，F(xiàn)代新興技術日新月異,由過去機械原因造成事故的情況日益減少,相反,人的不當操作致使事故頻發(fā)的情況卻有增無減。諸多崗位的高警戒任務常導致腦力疲勞(Mental fatigue, MF),尤其在軍、警及要務行業(yè)更為突出一些,由此對從事這個職業(yè)領域人的生理

2、和心理活動產(chǎn)生不利影響。許多研究成果證實,疲勞后喚醒水平降低,認知功能下降,其明顯的特征是注意力水平的下降。但是以往研究多采用主觀評定,研究的客觀性與可信性受到了一定程度的限制。本研究以事件相關電位(Event-related potentials, ERP)技術為手段,利用新的實驗范式誘發(fā)出更加精確的失匹配負波(Mismatch Negativity, MMN)以及P3a、P3b,對持續(xù)性警戒任務下的人員前注意和注意加工能力的變化,以

3、及非注意-注意轉化的過程進行研究,并同時建立三種持續(xù)性警戒任務腦疲勞模型,包括實驗室模型,半現(xiàn)場模型和仿真模擬器現(xiàn)場監(jiān)控模型。利用認知電生理指標(MMN、P3a、P3b),分別對三種持續(xù)性警戒任務下的腦力疲勞進行系統(tǒng)研究,探索腦力疲勞對前注意加工和注意加工能力的影響及生理心理機制,提取有效認知電生理監(jiān)測指標,探討各指標對腦力疲勞監(jiān)控的敏感性,從而為解決腦力疲勞實時監(jiān)控的應用性研究提供新思路,為進一步研發(fā)腦疲勞實時監(jiān)控裝置提供理論依據(jù)。<

4、br>　　建立三種持續(xù)性警戒任務腦疲勞模型,包括實驗室模型,半現(xiàn)場模型和仿真模擬器現(xiàn)場監(jiān)控模型。在疲勞前后分別進行ERP實驗,得到各ERP成分波的相關指標,對疲勞前后的前注意和注意加工能力的變化進行研究。實驗分為三部分:第一部分,實驗室研究,采用計算機模擬的雷達監(jiān)控器作為持續(xù)性警戒任務的實驗室模型,根據(jù)實驗表現(xiàn)的不同給予被試不同的獎懲。使用ERP和主觀疲勞評定探討在此模型下的腦力疲勞對前注意和注意加工能力的影響,篩選出有效的疲勞檢測指標

5、。本研究采用自身前后對照設計,具體研究指標如下:(1)ERP中的oddball-control(優(yōu)化) MMN成分。該成分反應了腦力疲勞對自動信息加工能力的影響;(2)ERP中的P3a成分,該成分反應了腦力疲勞對非隨意注意能力即朝向反應的影響;(3)ERP中的P3b成分,該成分反應了腦力疲勞對選擇性注意能力的影響;(4)主觀疲勞癥狀問卷,可以評定被試在實驗室模型下的主觀疲勞感以及證明實驗室模型是否建立了有效的腦力疲勞狀態(tài)。第二部分,半現(xiàn)

6、場研究,以長途運輸汽車司機為研究對象,探討長時間駕駛任務對前注意和注意加工能力的影響。觀察指標同上。第三部分,仿真模擬器現(xiàn)場監(jiān)控研究,以部隊某汽車訓練基地駕駛員為研究對象,在被試使用仿真模擬器期間實時監(jiān)控長時間持續(xù)性駕駛任務下前注意與注意能力的改變,以及對非注意-注意轉化的影響。本研究要求連續(xù)記錄被試在模擬器工作期間的所有腦電信號,并從中提取出有效的MMN成分,以期對自動信息加工能力在整個疲勞過程中的變化情況作一分析。
　　本研究

7、的主要結果及結論:
　　1.腦力疲勞后腦的自動信息加工能力受到影響,即疲勞后出現(xiàn)前注意能力受損。支持該結論的指標有:三種持續(xù)性警戒任務腦力疲勞模型中,無論是oddball(傳統(tǒng))范式的MMN還是oddball-control(優(yōu)化)范式的MMN的波幅均在疲勞后明顯減小。因此,兩種范式的MMN都可以作為腦力疲勞檢測的有效指標。
　　2.不同聲音物理屬性刺激誘發(fā)的MMN在腦力疲勞后發(fā)生不同的變化:聲音頻率和強度刺激下MMN呈下降

8、趨勢,而聲音持續(xù)時間刺激下MMN沒有顯著性變化。因此,聲音頻率和強度的MMN可以作為評價和監(jiān)測腦力疲勞的有效指標,而聲音持續(xù)時間的MMN則對疲勞不敏感,不適合作為評價疲勞的指標。
　　3.通過對腦力疲勞的MMN實時連續(xù)監(jiān)測,獲得了大腦自動信息加工能力的變化曲線。從總體趨勢上來看,自動信息加工能力(前注意加工能力)在警戒任務中逐漸下降,表明 MMN可以作為腦力疲勞實時監(jiān)控的可靠指標。支持該結論的指標有:現(xiàn)場監(jiān)控模型中的oddball

9、范式聲音強度MMN以及oddball-control范式聲音頻率和強度的MMN,均在模擬駕駛的過程中逐漸下降;oddball范式聲音頻率的MMN在模擬駕駛第4個小時才明顯下降,以后一直維持比較低的水平,它不具備隨時間變化的特點,不適合作為腦力疲勞的實時監(jiān)控指標。因此,只有oddball范式聲音強度的MMN以及oddball-control范式聲音頻率和強度的MMN可以作為腦力疲勞實時監(jiān)控的有效指標。
　　4.腦力疲勞后非隨意注意也

10、就是朝向反應的能力下降,注意轉移的開啟減弱。朝向反應的削弱提示腦力疲勞后可能會對危險信號的覺察判斷能力下降,自我保護能力缺乏。支持該結論的指標有:三種持續(xù)性警戒任務腦力疲勞模型中,被試疲勞后的P3a波幅均較疲勞前減小。因此P3a可以作為評價腦力疲勞的有效指標。
　　5.警戒性任務導致的腦力疲勞對選擇性注意的影響較小或沒有影響。支持該結論的指標有:三種持續(xù)性警戒任務腦力疲勞模型中,僅實驗室模型下被試疲勞后的P3b波幅較疲勞前減小,其

11、它兩種模型中P3b的波幅在疲勞前后均沒有顯著性差異。
　　6.持續(xù)性警戒任務下的腦力疲勞對前注意能力(使用oddball和oddball-control范式的MMN衡量)和注意能力(使用P3a和P3b衡量)的影響并不完全相同。盡管MMN和P3a在三種不同的持續(xù)性警戒任務后都出現(xiàn)下降,但是前注意能力的下降幅度比注意能力要大的多。這提示我們,前注意能力的變化與原先研究的注意能力變化在腦力疲勞中的表現(xiàn)是有差別的。而且,前注意能力的變化更

12、加明顯和敏感。
　　7.主觀評定結果顯示了被試在完成任務后疲勞感加重,主觀疲勞癥狀問卷總分與疲勞前相比存在顯著性差異,各疲勞因子分均顯著增高。
　　本研究的實驗結果表明:在長時間警戒任務導致的腦力疲勞狀態(tài)下,腦的自動信息加工能力受到影響,即疲勞后出現(xiàn)前注意加工能力受損;非隨意注意也就是朝向反應的能力下降,注意轉移的開啟減弱;警戒性任務導致的腦力疲勞對選擇性注意的影響較小或沒有影響;前注意加工能力在警戒任務中隨著時間的增加而逐