成人烟雾病脑血流重建手术中不同亚型患者皮层脑电信号特征差异分析

目的 研究不同类型、不同难度的认知任务组合情况下,脑力负荷变化情况的精细表征。方法 设计一种基于逻辑运算、工作记忆和运动执行的脑力负荷诱发范式,利用该范式开展24名男性参试者参与的实验,采集参试者主观量表评分、任务绩效和脑电图（EEG）信号,并计算EEG信号多个频带的功率特征。结果 主观量表和任务绩效分析表明,计算难度、N-back 等级均能诱发出不同等级的脑力负荷;EEG信号分析表明,脑力负荷的增加伴随着前额叶theta 波增强和 alpha 波的减弱;利用支持向量机（SVM）构建脑力负荷分类模型,能实现平均75%单因素三分类正确率和81.7%的脑力负荷三分类正确率;利用逐步回归模型可实现对脑力负荷的预测。结论 EEG信号的频域特征能够反映多因素认知任务的脑力负荷变化情况,可以对认知因素水平和脑力负荷进行分类和连续预测。     

自适应多维N-back认知负荷模型下的脑网络研究

目的弥补传统N-back实验只考察单一维度工作记忆内容的不足,设计多样化的脑力负荷任务,从多方位深入研究脑疲劳及认知负荷。方法从位置、颜色、形状3个维度划分3个等级,并根据反应正确率自动调节等级,构成自适应多维N-back认知负荷新范式,研究新范式下受试者的行为绩效、脑电频谱特征及脑网络变化。结果在1-back与2-back任务中,随着认知任务维度升级、脑力负荷增加,脑电alpha/beta功率比下降,PDC脑网络中各脑区之间的信息流增强且不同维度任务的信息流向与当前任务紧密相关。结论自适应多维N-back实验范式比传统单一维度N-back任务能多方位充分调动大脑认知功能、加速消耗脑力资源并影响其行为绩效,有望为更深层次研究脑认知与脑疲劳提供新思路。     

脑力负荷评定指标敏感性的比较研究

目的 比较常用脑力负荷评定指标的敏感性。方法 记录分析了受试者完成了１１种不同难度任务时的主任务绩效,附任务绩效,主观评分和心理生理指标共２５种脑力负荷评定指标。结果追踪误差,反７尖时,正确率,类别量表评分,多级估量量表评分,多维量表评分,Ｐ３潜伏期,逐次心跳间期,逐次呼吸间期和眨眼率在不同任务之间有显著差异,ＣＳ,ＭＥＳ和ＭＤＳ对任务总负荷,Ｅ,ＲＬＡＴ,ＩＢＩ和ＩＲＩ对主任务负荷,ＲＴ和ＣＲ对     

认知训练对“蛟龙号”模拟驾驶作业脑力负荷影响评估

目的研究认知训练对"蛟龙号"模拟驾驶作业脑力负荷影响,为潜航员的实际训练提供参考。方法实验采用被试内设计,实验共13天,8名受试者在第1、7、13天每天进行1次模拟驾驶作业,在第2～6天与第8～12天每天进行1h的认知训练。记录受试者第1天作业前静息状态脑电图(EEG)作为对照组,并记录第1、7、13天驾驶作业中EEG与绩效数据,在每次作业后受试者填写NASA-TLX量表。结果随着认知训练的进行,Pz(顶点)、Cz(中央点)与Fz(额中点)3个测试点的受试者EEGδ波相对功率下降、β波与γ波相对功率上升,作业绩效改善,NASA-TLX量表评分降低,差异具有统计学意义(P0.05)。同时,认知训练使作业前静息状态与作业中的EEG功率谱间差异降低。结论随着认知训练的进行,受试者进行"蛟龙号"模拟驾驶作业时的脑力负荷显著降低,在潜航员的实际训练中采用认知训练具有积极意义。     

5种量表在测量飞行活动主观脑力负荷中的适用性比较

目的比较5种量表在飞行活动中的脑力负荷测量适用性,筛选最适用于测量飞行活动主观脑力负荷的量表。方法27名飞行员受试者每人完成1次起落航线飞行训练,训练后根据飞行过程起飞阶段、平飞巡航阶段以及降落阶段的实际体会,分别填写NASA任务负荷指数(NASA-TLX)量表、主观负荷评价技术(SWAT)量表、修正的库柏-哈柏(MCH)量表、工作负荷描述(WP)量表和多资源问卷(MRQ)。比较并分析5种量表在测量不同飞行阶段主观脑力负荷的敏感性、诊断性和可接受性。结果敏感性方面,NASA-TLX量表最高,WP量表次之,MRQ量表最低;诊断性方面,NASA-TLX量表在脑力负荷分类诊断中具有优势,而WP量表在信息加工过程不同脑力资源的使用情况诊断中具有优势;可接受性方面,MRQ量表可接受性差,表现为量表填写时间长和理解难度大。结论 NASA-TLX量表具有很好的敏感性和诊断性,可作为飞行活动脑力负荷主观测量的首选。WP量表能从信息加工过程中不同脑力资源的使用情况进行诊断,可与NASA-TLX量表相结合测量飞行活动的脑力负荷。     

机械臂遥操作任务难度对工作负荷的影响

目的研究机械臂遥操作任务中任务难度对绩效指标、生理指标和主观工作负荷指标的影响,判断各个指标评价工作负荷的敏感性和有效性。方法招募64名受试者开展遥操作任务模拟实验,抽象化3种不同难度的机械臂任务,分别为"点对准"、"避障"、"线对准"任务,采集操作者的绩效指标、生理指标以及主观工作负荷值。结果在不同难度的机械臂遥操作任务之间,任务完成时间、操作失误次数、平移偏差、碰撞次数、扫视频率、绩效满意度和NASA-TLX量表的总负荷值存在显著性差异(P0.05)。结论机械臂遥操作任务中,绩效指标中的任务完成时间、操作失误次数、平移偏差、碰撞次数和主观工作负荷指标能够敏感地反映工作负荷的变化,可用于综合评价模型的建立。     

利用fNIRs研究噪声环境下脑力负荷变化规律

目的研究噪声环境下操作者的脑力负荷(mental workload,MWL)变化规律。方法采用功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRs)、心电、皮肤电和脉搏波多种生理测量手段结合脑力负荷敏感脑区的氧合血红蛋白幅值变化、主观量表评价和脑力负荷评估模型输出来评估噪声刺激下操作者的MWL变化。选用16名参试者完成中性图片N-back任务,分为噪声组和对照组,噪声环境采用(80±3)d B,对照组的外界声源控制为45 d B以下。结果在同一任务负荷状态下,噪声环境中参试者的脑力负荷水平高于对照组,其中噪声组2-back任务诱发的脑力负荷水平等同于对照组3-back任务诱发的脑力负荷水平,但其在3-back任务阶段脑力负荷仅略高于对照组的同等任务阶段。结论参试者在噪声环境下执行同等工作记忆任务时脑力负荷水平可以提高,但任务难度较高时提升幅度降低;利用fNIRs监测大脑前额叶皮层血氧生理参数方法能够有效评估噪声环境下的脑力负荷变化,值得进一步深入研究。     

多级估量量表在脑力负荷主观评定中的应用

为探讨多级估量量表在脑力负荷主观评定中的意义，用基于模糊集的多级估量量表（ＭＥＳ）对三种不同难度视觉追踪任务的脑力负荷进行主观评量，并与追踪误差及传统类别量表（ＣＳ）的评定结果相比较。结果表明：（１）任务难度增加，追踪误差增大，各任务之间均有显著差异；（２）任务难度中，两量表评分变大，其中ＭＥＳ评分值任务间均有显著差异，ＣＳ评分值任务１和任务３之间、任务２任务３之间有显著差异，任务１和任务２之间无     

主观评定法用于军事作业所致脑力疲劳的研究进展

脑力疲劳可影响机体感知、注意力、记忆、判断、决策和运动控制等多方面能力,诱发信息获取和分析错误,进而导致决策失败,成为事故征候和事故发生的重要原因。科技进步和武器装备的更新换代使军事作业中体力劳动的比例下降,脑力劳动的比例上升,建立有效的脑力疲劳筛选和评估方法尤为重要。脑力疲劳的评定方法主要分为主观评定法和客观评定法。主观评定法不仅可用于脑力疲劳的评估,还可以用于多种心理表现(如脑力负荷)的评定。该文综述了斯坦福嗜睡量表、美国国家航空航天任务负荷指数量表等主观评定法测量工具用于脑力疲劳评估的相关研究进展。     

瞳孔的变化与脑力负荷关系的试验分析

目的 根据被试者瞳孔在执行不同难度任务过程中的变化,分析不同难度任务引起的脑力负荷的变化.方法 10名被试者执行不同难度等级的视觉搜索任务,通过眼动仪记录被试者的瞳孔面积数据,分析在不同脑力负荷下瞳孔面积的变化,以了解瞳孔大小与脑力负荷之间的相关性.结果 被试者之间的瞳孔面积变化既存在2种相同变化规律,又有3种不同的差异,差异表现在瞳孔增大出现在不同的等级任务下.结论 在相同的工作环境中,瞳孔面积的变化能够评价脑力负荷的不同:随着工作难度水平的增加,瞳孔缩小;而随着紧张程度的增加,瞳孔扩大;当到达一定疲劳程度之后,瞳孔开始缩小.     

双重任务脑力负荷的心理生理学评定

目的探讨心理生理学方法在双重任务脑力负荷评定中的意义。方法采用事件相关电位Ｐ３波潜时（ＬＡＴ）和波幅（ＡＭＰ）、逐次心跳间期（ＩＢＩ）及心率变异性（ＨＲＶ）、逐次呼吸间期（ＩＲＩ）及呼吸变异性（ＲＲＶ）、眨眼率（ＢＲ）等心理生理学指标，评定了１６名男性青年受试者完成三种不同难度双重任务时的脑力负荷。双重任务由视觉追踪主任务和Ｓｔｅｒｎｂｅｒｇ副任务组成，其难度由主任务目标运动的速度和维度控制。结果①随任务难度增加，Ｐ３波ＬＡＴ延长（Ｐ＜０．０１），ＡＭＰ无显著性变化（Ｐ＞０．０５）；②ＩＢＩ及ＨＲＶ在中等难度任务时最小，其中ＩＢＩ在任务间有显著性差异（Ｐ＜０．０１）；③ＩＲＩ随任务难度增加而减小（Ｐ＜０．０５），ＲＲＶ任务间无显著性差异（Ｐ＞０．０５）；④ＢＲ在三种任务条件与对照条件时相比显著降低（Ｐ＜０．０１）。结论各指标与脑力负荷均有一定关系，但单一指标评定脑力负荷有局限性，多种心理生理学指标综合评定是双重任务条件下脑力负荷评定更为适宜的方法。     

基于运动想象脑机接口的外骨骼控制系统研究

目的为提高人机系统作业绩效,降低操作者的体力、脑力负荷,设计基于运动想象脑机接口的外骨骼控制系统。方法外骨骼控制系统采用舱外航天服上肢作为受力外骨骼,开源脑电采集板卡OpenBCI Cyton Borad充当操作者与外骨骼的控制链接,信号处理与控制软件在笔记本电脑上完成。设计想象左手、想象右手两指令的运动想象脑机接口范式,并招募5名受试者参加实验,对系统有效性进行验证。结果5名受试者同步模式识别正确率为82.5%,选取表现最佳的受试者进行异步模式测试,基于40个刺激的空白数据中检测想象状态识别正确率达到100%,指令输出延时2s左右,想象左、右手识别正确率为70%。结论实验结果验证了设计的外骨骼控制系统的有效性,并可为舱外服外骨骼控制和后续空间遥操作类任务的人机交互方式提供新的思路。     

脑力负荷和运动负荷对上肢肌肉表面肌电信号的影响

目的探讨脑力负荷和运动负荷对上肢肌肉表面肌电信号的影响。方法采用运动负荷附加脑力负荷的双任务作业范式,16名男性受试者分别完成腕部负重20%MVC、40%MVC、60%MVC和80%MVC静态运动的同时,分别完成报数和心算任务共8个测试模块,记录受试者上肢肌肉的表面肌电信号。结果肱二头肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌上部、肱桡肌和桡侧腕屈肌的AEMG均值均存在运动负荷的主效应(P0.01),随着运动负荷的增加,AEMG显著增大。肱桡肌和桡侧腕屈肌的AEMG均值还存在脑力负荷的主效应,肱桡肌(P=0.007)和桡侧腕屈肌(P=0.018)心算任务AEMG显著高于报数任务。结论运动负荷对上肢肌肉的表面肌电信号均有影响,脑力负荷仅对肱桡肌和桡侧腕屈肌的表面肌电信号有影响。     

双任务脑力负荷评定的多变量判别分析

为探讨判别分析技术在双任务脑力负荷评定中的意义，在完成由视觉追踪主任务和听觉Ｏｄｄｂａｌ附任务组成的双任务的过程中，同步记录了被试者多种心理生理指标。对资料分析的结果表明：追踪误差、脑事件相关电位Ｐ３波潜时和逐次心跳间期与脑力负荷关系较为密切，用多变量判别分析可以成功区分出被试者所处的脑力负荷状态，较单变量判别分析的判别正确率高。提示：多变量判别分析在脑力负荷评定中有一定意义。     

飞机座舱视觉显示界面脑力负荷综合评价方法

目的 综合脑力负荷的3种评价方法,即主任务测量法、生理测量法和主观评价法,建立飞机座舱视觉显示界面脑力负荷的评价系统.方法 确定每种评价方法的评价指标,通过实验和主观调查得出每个指标的大小,进行加权平均计算,得到每种评价方法的一个量化评价值,最后将3种方法得到的评价值加权计算,得出脑力负荷评价值.结果 在M中不同的飞行座舱视觉显示界面的设计中,根据综合评价得到的结果,结果越小的设计则脑力负荷越小,优先选择作为最终的飞机座舱视觉显示界面的设计方案.结论 这套评价系统综合目前主要的脑力负荷评价方法,利用各自的优点,并且能够把结果量化,可以在飞机座舱视觉显示界面的设计阶段进行脑力负荷的预测评价,确定最佳方案.     

视觉记忆负荷对EEG的事件相关同步化与事件相关去同步化的影响

目的：研究视觉空间记忆和抽象几何图形记忆的工作记忆负荷对脑电事件相关同步化和去同步化的影响。方法：采用n-back范式，取n分别等于1、2、3为3种负荷水平下完成视觉空间匹配和抽象几何图形匹配两类记忆任务，并记录其脑电。结果：theta波的ERS总是伴随着alpha波的ERD出现。随着任务难度的增大，6-8Hz的theta波的ERS下降，alpha波的ERD增大，图形匹配任务引出的thetaERS和alphaERD均大于空间位置匹配任务。任务难度和任务类型的效应大多出现在CZ和FZ电极，这与任务所包含的注意和记忆的加工主要激活额叶和顶叶皮层的观点相符合。结论：EEG的ERD（或ERS）随视觉记忆负荷变化，因此可作为反映视觉记忆负荷的有效指标。     

仪表飞行时直升机飞行员脑力负荷的主观评价

目的 脑力工作超负荷可影响人的工作绩效并威胁飞行安全;大部分飞行事故发生在脑力工作负荷强度大的起飞、仪表或手动进近和着陆阶段,而且多是由人为差错引起.因此,为提高飞行作业绩效,维护飞行安全,测量和评定飞行员空中脑力工作负荷具有越来越重要的现实意义.本研究的目的是观察直升机飞行员仪表飞行时的脑力负荷变化.方法 采用修改的美国国家航空航天局任务负荷指数(NASA-TLX)评价量表,对15名直升机飞行员仪表飞行时不同阶段的脑力负荷进行了主观评价;对总脑力负荷评价值和飞行小时数进行了线性回归分析.结果 在起飞爬升阶段、巡航平飞阶段、下滑着陆阶段飞行员的总脑力负荷值分别为34.46±17.25、32.11±13.11和53.95±17.76.下滑着陆阶段飞行员的总脑力负荷值显著高于起飞爬升阶段和巡航平飞阶段的总脑力负荷值(F=25.767,P＜0.01).3个阶段的总脑力负荷的评价值均与飞行小时数呈显著负相关.在起飞爬升阶段,总脑力负荷的评价值与飞行小时数的线性回归方程为:总脑力负荷评价值=42.20-0.012 03×飞行小时数(r=-0.810,P＜0.01);在巡航平飞阶段,线性回归方程为:总脑力负荷评价值=38-51-0.006 04×飞行小时数(r=-0.535,P＜0.05).在下滑着陆阶段,线性回归方程为:总脑力负荷评价值=62.57-0.008 14×飞行小时数(r=-0.532,P＜0.05).结论 军用直升机飞行员仪表飞行时总脑力负荷的评价值与飞行小时数呈显著负相关,在下滑着陆阶段脑力负荷最大.     

基于动作捕捉的减重条件下心理疲劳状态测量技术

目的利用动作捕捉和机器学习技术,探讨减重条件下通过关节运动的三维空间坐标统计特征测量受试者心理疲劳状态的可行性与可靠性。方法通过长时间认知任务诱发受试者的心理疲劳状态并利用量表进行评估。采用Kinect深度摄像头识别并追踪受试者2min减重跑步运动过程中25个关节点的运动信息。利用高斯过程回归算法建立心理量表与行为数据间的模型,并通过皮尔逊相关和均方根误差对模型进行验证。结果在减重条件下,基于关节运动的统计特征可以预测个体的心理疲劳状态,疲劳量表各个维度预测值与真实值间平均相关系数为0.44,均方根误差为2.94,心境状态量表模型预测值和真实值同样达到中等相关0.45,均方根误差为5.49。结论人体关节运动信息可作为有效生物特征预测受试者心理疲劳水平,且在空间或资源有限情况时,基于动作捕捉和机器学习方法建立的心理指标预测模型可为未来载人航天任务心理状态测量提供新方法。     

不同前庭刺激对人体听觉认知活动的影响

目的观察不同前庭刺激对人体听觉认知活动和脑事件相关电位(ERPs)的影响。方法33名大学生,在前庭刺激为10°/s匀速旋转150s后,分别进行0.6°/s2、0.8°/s2、1.0°/s2和1.2°/s2四种不同角加速度梯形旋转刺激,并完成听觉认知任务:对等概率出现的中文阿拉伯数字信号2～9中的奇数(靶信号,T)进行按键反应,对偶数(非靶信号,NT)不反应。记录受试者脑电图并分析ERPs。结果不同前庭刺激条件下,受试者完成听觉认知任务的反应时和正确率差异均无显著性意义。匀速旋转时,受试者N1P2和N2P3峰峰波幅相对于对照和四种角加速度作用时显著降低,靶信号P3潜伏期显著缩短。结论匀速旋转和恒角加速度前庭刺激对人体听觉认知活动效应明显不同:匀速旋转加快听觉认知活动,而恒角加速度抑制听觉认知活动。     

基于ACTR-QN的手控交会对接认知仿真研究

目的应用认知体系结构建模仿真方法模拟交会对接任务中人的认知过程及脑力负荷。方法采取ACTR-QN认知体系结构建模方法,实现手控交会对接任务中的认知过程仿真。结果在离散事件仿真引擎MSS基础上建立了基于ACTR-QN体系结构的认知仿真系统,通过建立人的认知模型,实现了手控交会对接任务认知过程可视化仿真和定量脑力负荷评价。结论应用ACTR-QN认知建模仿真方法可以预先对航天任务进行仿真,进行工效评价,从而指导未来任务规划和针对认知瓶颈改进训练策略。