美国空军研究实验室利用fNIRS研究工作噪声对认知负荷的影响
研究概述
在军事情报、监视和侦察（ISR)行动中，分析师需要全神贯注对所获取的信息进行筛查，分析和判断。ISR工作可以为许多应用程序提供重要信息，这其中的任何疏漏都会对后续的工作产生重要影响。当分析师长期暴露于工作噪声之中，工作状态受到影响，将异常数据作为正确信号进行报告时，这会严重影响后续数据的分析处理。但是职业噪声在他们的工作环境中经常发生，并且作为一种压力源持续影响分析师的认知表现，干扰其决策过程。有充分的证据表明，职业噪声对工作满意度、注意力、工作记忆和情景回忆都有负面影响。在复杂任务中，这一影响更加显著。可能的一种理论解释是背景噪声捕获了个体的注意力，并将他们的注意力从目标信息上重新转移开，增加工作者的认知负荷，从而导致任务的中断。
鉴于职业噪声的种种不利影响，在2017年，美国空军研究实验室就联合莱特州立大学的研究人员，利用近红外光谱脑功能成像技术对身处噪声环境中的分析师的认知负荷进行了研究。因为前额叶皮层在高阶认知功能中起着关键作用，且前额叶皮层的血流动力学反应在复杂的自然任务中也已被证明是一种可靠的测量方法。因此研究将近红外光谱脑成像数据和眼动追踪技术等行为数据结合使用，对数据流中的异常数据检测进行研究。通过使用近红外光谱脑功能成像技术，可以获得可量化的数据，评估充满噪声的工作环境对分析师的影响。而相比其他研究方法，近红外光谱脑成像技术也能够便捷高效准确地监测前额叶皮层中的神经激活。
实验过程中让身体素质良好的成年人在充满噪声的环境中进行视觉搜索以模拟ISR分析师的嘈杂工作环境的影响。实验设置了不同的搜索任务，任务通过视频呈现并在任务执行过程中通过耳机随机播放种类不同，时间长短各异的噪声环境来模拟分析师现实的工作环境。下图展示了所有参与者对不同噪声类型的目标响应的平均血流动力学反应。
结果发现，短暂的间歇性噪声与信号检测中的“警报”信号类似，将参与者的注意力从他们的主要任务（目标识别）上转移开；而持续时间更长的噪声往往作为参与者在日常生活中经历的“典型背景噪声”而存在。此外，已有研究表明，在前额叶皮层，由于连续噪声引起的氧合血红蛋白激活显着低于短间歇噪声引起的激活。综上所述，在不同的噪声刺激下，因为工作量或工作记忆存在差异，大脑的某些区域可能严重参与处理一种类型的噪声，它就像分散注意力，但对另一种类型的噪声则不然。这意味着分析师的工作量和工作记忆都可能会受到噪声的不利影响，噪声使得分析师需要更多的认知资源来完成工作，使得神经元激活增加。
时间和噪声这些因素会作为一种压力源影响人的注意力、执行功能和记忆，在异常信号检测中起着重要作用。已有研究表明，高认知负荷的情况与分析师在进行异常检测时出现的错误率增加有关。前额叶皮层涉及很多高级认知功能。在任务执行期间，前额叶皮层区域脑血流发生变化，神经元激活的增加。通过近红外光谱脑功能成像技术能够对这一脑区以及其他脑区的活动进行实时监测，使这一技术在军事应用方面可以产生重大影响。具体来说，能够“量化”精神工作量。不仅能够用于异常信号检测，而且可以在用于研究远程操作车辆（ROV）驾驶中发生人为错误的概率，因为车辆的安全取决于操作者做出即时决策的能力。高工作量可能会导致操作员做出轻率和不明智的决定，这可能会导致灾难性的后果。根据美国航空航天医学办公室的数据，在美国陆军、海军和空军中，有21%——67%的ROV事故存在与人为因素相关的缺陷。这些都是可以预防的，而近红外光谱脑功能成像技术可以在降低因人为因素导致的操作事故方面发挥重要作用。通过利用近红外光谱脑功能成像技术分析工作负载和环境噪声压力源的影响，可以确定ROV操作人员的最佳环境。这有利于提高工作效率，降低与人为因素有关的操作事故。
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