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比较基于EMG的假体设备研究中认知工作量评估技术
摘要 - 先前的研究发现，基于肌电图（EMG）的假体设备可提供更高的握力，提高功能性能，并且比常规假体具有更大的运动范围。但是，认知工作量（CW）仍然是可能对设备的可用性和满意度产生负面影响的问题之一。为了在设计周期的早期评估假肢设备的CW，首先需要选择最合适的措施。因此，这项研究的目标是：（1）回顾以前基于EMG的假体设备评估中使用的CW测量技术； （2）提供指南以选择最合适的测量技术。发现的结果表明，认知绩效模型（CPM），主观措施，任务绩效指标和某些生理指标在检测假体设备配置之间的CW差异方面很敏感，因此可能是对这些技术的可用性评估的有用工具。但是，为了降低侵入性和成本，与生理测量相比，主观工作量度量，任务绩效和CPM等方法更有益。本研究提出的指南可能有益于选择最合适的CW测量技术，以提高灵敏度和准确性并降低侵入性和成本。
直升机飞行员的任务、主观工作量以及舰载着陆过程中外部视觉提示的作用
直升机船上着陆是一项认知复杂的任务，对飞行员和机组人员都具有挑战性。有效的沟通、准确读取飞行仪表以及监控外部环境对于成功着陆至关重要。特别是，着陆的最后阶段至关重要，因为它们意味着在空间有限的不稳定环境中承受高工作负荷。在本定性研究中，我们使用应用认知任务分析方法采访了来自意大利海军的十名直升机飞行员。我们的目的是获得着陆程序的详细描述，并确定影响飞行员工作负荷、表现和安全的相关因素。根据对访谈内容的分析，我们确定了在甲板上进近和着陆的六个不同阶段和四类可能显著影响飞行员表现和着陆程序安全性的因素。与之前的研究一致，我们的研究结果表明，外部视觉提示对于成功着陆至关重要，特别是在着陆的最后阶段。因此，根据飞行员的陈述，我们提出了改进外部视觉提示的建议，以减少飞行员的工作量并提高着陆操作的整体安全性。
360 度瞳孔测量工作量测量...
所有飞行员都进行了 10 次任务场景飞行，旨在考验飞行员的能力，并有效评估不同组合的避障提示模式对经验和性能的影响。所有飞行均在位于阿拉巴马州拉克堡的美国陆军航空医学研究实验室 (USAARL) 的 NUH-60FS 黑鹰模拟器 (NUH-60FS) 中进行（图 1）。NUH-60FS 已获得模拟理事会 (DoS) 和模拟、训练和仪器项目执行办公室 (PEOSTRI) 的全面认可，是一款 6 自由度 (DOF)、全动态和全视觉（相当于 D 级）NUH-60FS 黑鹰直升机飞行模拟器。它使用 X-IG（CATi Training Systems，阿拉巴马州欧扎克），这是一种基于 OpenGL 的视觉图像生成器，可以模拟自然飞行条件和 DVE。该模拟器还以 60 Hz 的频率捕捉飞行性能和模拟器状态特征。
飞行因素对飞行员在飞行最后进近着陆阶段的表现、工作量和压力的影响
图2. 美国通用航空飞行阶段事故发生率 .............................................................................. 5 图3. FRASCA MENTOR ATD 模拟器 ........................................................................................ 32 图4. S801i 心率监测仪 ........................................................................................................ 33 图5. ECG 波形上的 R-R 间隔 ...................................................................................................... 38 图6. GA 内 AA 的平均 LP 评分 ............................................................................................. 50 图7. GA 内 AA 的平均 AGPT 比值 ............................................................................................. 50 图8. GA 内 AA 的平均 NASA-TLX MD 评分 ............................................................................. 53 图9. GA 内 AA 的平均 HRV-LF 比值 ............................................................................................. 53 图10. AA 内 GA 的平均 LP 评分 ............................................................................................. 59
使用 cEEGrid 开发心理工作量模型...
本研究旨在检验 cEEGrid 技术在飞行相关任务期间监控操作员心理负荷 (MWL) 的可行性。航空业存在风险，无论是从财务角度还是从生命损失角度来看，这些风险都可能非常昂贵。飞行员在整个任务过程中执行大量不同难度级别的任务。任务的成功取决于飞机和操作员的状态。如果操作员心理负荷不足，他们就会处于自满状态；这会导致更长的响应时间，并且注意到意外高风险事件的可能性会降低。如果操作员心理负荷过重，则在一项或多项任务中的表现会下降。优化操作员的 MWL 状态可以提高安全性和性能 [7]。但是，如果不可靠准确地监控操作员的 MWL，就无法优化 MWL。有三种方法可以
ACT ARC 建议 20-1：管理与信息自动化相关的注意力和工作量
• 飞行管理系统（FMS） • 移动地图（MM） • 主飞行显示器（PFD） • 平视显示器（HUD） • 数据通信（飞机通信寻址和报告系统（ACARS）、管制员-飞行员数据链通信（CPDLC）） • 电子飞行包（EFB） • 机组警报系统（发动机指示和机组警报系统（EICAS）、电子中央飞机监视器（ECAM）） • 交通防撞系统（TCAS） • 增强型近地警告系统（EGPWS） 但出于本建议的目的，考虑范围仅限于那些支持飞行员任务、提高机组意识和通知决策的系统，但一般不用于控制飞机或其系统。主要用于协助飞行员引导飞机完成安全性能所需机动（控制自动化）的系统和主要显示直接感应信息的系统（例如电子姿态方向指示器）将不在本建议的考虑范围内。由于范围缩小，以下系统未包括在讨论中：
ACT ARC 建议 20-1：管理与信息自动化相关的注意力和工作量
• 飞行管理系统 (FMS) • 移动地图 (MM) • 主飞行显示器 (PFD) • 平视显示器 (HUD) • 数据通信（飞机通信寻址和报告系统 (ACARS)、管制员-飞行员数据链通信 (CPDLC)） • 电子飞行包 (EFB) • 机组警报系统（发动机指示和机组警报系统 (EICAS)、电子中央飞机监视器 (ECAM)） • 交通防撞系统 (TCAS) • 增强型近地警告系统 (EGPWS) 但是，就本建议而言，考虑范围仅限于那些支持飞行员任务、提高机组意识和通知决策的系统，但一般不用于控制飞机或其系统。主要用于协助飞行员引导飞机完成安全飞行所需的操作（控制自动化）的系统，以及主要显示直接感应信息的系统（例如、电子姿态方向指示器）将不在本建议的考虑范围内。随着范围缩小，以下系统不包含在讨论中：
战斗机飞行员飞行中的认知工作量分析...
战斗机就是这样一个例子，为了完成战斗任务，飞行员在体力（由于 G 机动）和认知（处理多个传感器、感知、处理和多任务，包括通信和操作武器）方面都承受着巨大的负担。需要分析这种认知需求，以了解战斗机飞行员的工作负荷。本研究的目的是分析在不同飞行负荷条件下，在逼真的高保真飞行模拟器环境中战斗机飞行员的动态工作负荷。各种工作负荷条件包括 (a) 正常能见度、(b) 低能见度、(c) 正常能见度和次要任务，以及 (d) 低能见度和次要任务。虽然飞行员的飞行表现得分不错，但生理指标如心率变异性 (HRV) 特征和主观评估 (NASA-TLX) 成分在任务之间具有统计学意义 (p<0.05)。在所有任务负载条件下，HRV 特征（例如 SD2、SDNN、VLF 和总功率）都很重要。LFnu 和 HFnu 特征能够区分低能见度和次要认知任务的影响，在本研究中，次要认知任务被强加为增加的任务。该结果有助于了解飞行员在每个飞行阶段的任务和表现以及他们在动态工作量期间的认知需求，这可以在模拟器和实际飞行条件下以最佳方式协助飞行员的训练计划。
在对抗环境中远程操作无人机引导一群无人地面车辆时的脑电图工作量指标
心理负荷是指由于任务对个体施加心理需求而导致的心理资源耗竭。当任务难度增加时，由于可用的认知资源减少，心理负荷也会增加。研究表明，当个体承受高认知负荷且认知负荷接近个体的认知能力时，容易做出次优决策和出现人为错误。在任务需求没有增加的情况下，长时间的心理活动也会导致认知资源耗竭（Kamzanova 等，2014）。低负荷也会导致错误，这是由于无聊以及环境影响因素导致人类分心于主要任务的可能性。人类的资源是有限的（包括体力和脑力），因此，将这些资源优化用于特定的任务集可能会产生更好的结果。然而，由于人口统计因素（性别、年龄、种族）、内在动机、情绪状态（快乐、悲伤、焦虑等）、以往经验以及因心理能力、教育和技能不同的问题解决策略等诸多因素，很难在工作环境中理解这些人类局限性。例如，两个操作员对完成一项任务的难度可能会有不同的看法；操作员 A 可能一开始认为任务很难，但后来找到了解决任务的好策略，而操作员 B 可能会发现任务极其困难，从而灰心丧气，最终无法完成任务。由于人力资源有限，当一项任务需要更多资源时，就会出现问题（ Maior 等人，2014 年）。在许多领域，处理信息、对不同环境做出反应以及做出准确决策的能力至关重要。例如，空中交通管制员 (ATC) 通常在对认知要求极高的环境中工作，长时间工作，并且承受压力 (Dasari et al., 2017)。这种情况可能导致认知资源耗尽，从而导致绩效下降。另一个明显的例子是重症监护室的医生和护士，他们面临大量工作，需要迅速采取行动，并在长时间紧张工作后保持警惕。在这种情况下，错误和标准下降意味着患者护理的质量和安全可能受到危害 (MacPhee et al., 2017)。因此，显然有必要测量心理工作量以确定个人在完成任务时认知需求的变化，这可能有助于减少错误、任务失败和事故，从而提高和保持更长时间的绩效。已经提出了许多用于测量心理工作量的指标。在文献中，这些指标可以分为两大类：主观指标和客观指标。主观指标基于操作员的意见、问卷答案和访谈。一种常用的主观评估操作员心理负荷的技术是 NASA 任务负荷指数 (NASA-TLX)（Hart 和 Staveland，1988）。该方法使用六个维度：心理需求、身体需求、时间需求、绩效、挫折程度和努力程度，每个维度都有 10 分或 20 分的量表。然后计算出总体评分，即所有六个评分的加权平均值。其中一种