長時間持續(xù)警戒任務(wù)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(wù)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(diào)枯燥的操作任務(wù)之上。常見的持續(xù)性警戒任務(wù)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(wù)等?，F(xiàn)代新興技術(shù)日新月異,由過去機(jī)械原因造成事故的情況日益減少,相反,人的不當(dāng)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(wù)常導(dǎo)致腦力疲勞(Mental fatigue, MF),尤其在軍、警及要務(wù)行業(yè)更為突出一些,由此對從事這個職業(yè)領(lǐng)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(shí),疲勞后喚醒水平降低,認(rèn)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(guān)電位(Event-related potentials, ERP)技術(shù)為手段,利用新的實(shí)驗(yàn)范式誘發(fā)出更加精確的失匹配負(fù)波(Mismatch Negativity, MMN)以及P3a、P3b,對持續(xù)性警戒任務(wù)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(zhuǎn)化的過程進(jìn)行研究,并同時建立三種持續(xù)性警戒任務(wù)腦疲勞模型,包括實(shí)驗(yàn)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(rèn)知電生理指標(biāo)(MMN、P3a、P3b),分別對三種持續(xù)性警戒任務(wù)下的腦力疲勞進(jìn)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(jī)制,提取有效認(rèn)知電生理監(jiān)測指標(biāo),探討各指標(biāo)對腦力疲勞監(jiān)控的敏感性,從而為解決腦力疲勞實(shí)時監(jiān)控的應(yīng)用性研究提供新思路,為進(jìn)一步研發(fā)腦疲勞實(shí)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(wù)腦疲勞模型,包括實(shí)驗(yàn)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(jìn)行ERP實(shí)驗(yàn),得到各ERP成分波的相關(guān)指標(biāo),對疲勞前后的前注意和注意加工能力的變化進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)分為三部分:第一部分,實(shí)驗(yàn)室研究,采用計(jì)算機(jī)模擬的雷達(dá)監(jiān)控器作為持續(xù)性警戒任務(wù)的實(shí)驗(yàn)室模型,根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(biāo)

5、。本研究采用自身前后對照設(shè)計(jì),具體研究指標(biāo)如下:(1)ERP中的oddball-control(優(yōu)化) MMN成分。該成分反應(yīng)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(yīng)了腦力疲勞對非隨意注意能力即朝向反應(yīng)的影響;(3)ERP中的P3b成分,該成分反應(yīng)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(shí)驗(yàn)室模型下的主觀疲勞感以及證明實(shí)驗(yàn)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(yùn)輸汽車司機(jī)為研究對象,探討長時間駕駛?cè)蝿?wù)對前注意和注意加工能力的影響。觀察指標(biāo)同上。第三部分,仿真模擬器現(xiàn)場監(jiān)控研究,以部隊(duì)某汽車訓(xùn)練基地駕駛員為研究對象,在被試使用仿真模擬器期間實(shí)時監(jiān)控長時間持續(xù)性駕駛?cè)蝿?wù)下前注意與注意能力的改變,以及對非注意-注意轉(zhuǎn)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(jié)果及結(jié)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(jié)論的指標(biāo)有:三種持續(xù)性警戒任務(wù)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(biāo)。
　　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(qiáng)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(qiáng)度的MMN可以作為評價和監(jiān)測腦力疲勞的有效指標(biāo),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(biāo)。
　　3.通過對腦力疲勞的MMN實(shí)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(wù)中逐漸下降,表明 MMN可以作為腦力疲勞實(shí)時監(jiān)控的可靠指標(biāo)。支持該結(jié)論的指標(biāo)有:現(xiàn)場監(jiān)控模型中的oddball

9、范式聲音強(qiáng)度MMN以及oddball-control范式聲音頻率和強(qiáng)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(diǎn),不適合作為腦力疲勞的實(shí)時監(jiān)控指標(biāo)。因此,只有oddball范式聲音強(qiáng)度的MMN以及oddball-control范式聲音頻率和強(qiáng)度的MMN可以作為腦力疲勞實(shí)時監(jiān)控的有效指標(biāo)。
　　4.腦力疲勞后非隨意注意也

10、就是朝向反應(yīng)的能力下降,注意轉(zhuǎn)移的開啟減弱。朝向反應(yīng)的削弱提示腦力疲勞后可能會對危險(xiǎn)信號的覺察判斷能力下降,自我保護(hù)能力缺乏。支持該結(jié)論的指標(biāo)有:三種持續(xù)性警戒任務(wù)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(biāo)。
　　5.警戒性任務(wù)導(dǎo)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(jié)論的指標(biāo)有:三種持續(xù)性警戒任務(wù)腦力疲勞模型中,僅實(shí)驗(yàn)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(wù)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(wù)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(jié)果顯示了被試在完成任務(wù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在長時間警戒任務(wù)導(dǎo)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(yīng)的能力下降,注意轉(zhuǎn)移的開啟減弱;警戒性任務(wù)導(dǎo)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(wù)中隨著時間的增加而逐