通過EEG超掃描技術(shù)研究工作量如何影響認(rèn)知合作

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>

通過結(jié)合行為，主觀和神經(jīng)生理學(xué)數(shù)據(jù)來分析任務(wù)難度與合作之間的關(guān)系，研究工作量需求如何影響合作。

實(shí)驗(yàn)方法：

實(shí)驗(yàn)小組

從新加坡國立大學(xué)招募10名健康參與者。被試（25±3歲）被要求在實(shí)驗(yàn)前避免飲酒，咖啡因和重餐。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（光線強(qiáng)度，室溫，座位位置）也得到控制。另外，為了避免性別差異，實(shí)驗(yàn)組僅由男性組成。

NASA多屬性任務(wù)組（MATB）

是一種基于計(jì)算機(jī)的任務(wù)，由美國宇航局旨在評估認(rèn)知操作能力和需要不同層次的合作模擬條件，因?yàn)樗梢蕴峁┍仨毷遣煌娜蝿?wù)由受試者并行參加，并且每個任務(wù)的難度也可以調(diào)整。MATB包含四個子任務(wù)：跟蹤（TRCK），聽覺監(jiān)視（COMM），資源管理（RMAN）和對事件開始的響應(yīng)（SYSM）。

實(shí)驗(yàn)方案：

要求參與者連續(xù)三周練習(xí)并學(xué)習(xí)正確執(zhí)行MATB，然后在最后一天（每次30分鐘）安排實(shí)驗(yàn)。在合作期間，五對組合完成MATB的兩個難度級別：HARD和SUPER-HARD。

腦電記錄與預(yù)處理：

腦電圖由數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)（ANT Waveguard系統(tǒng)）記錄，采樣頻率為256（Hz）。參考電極位置為耳垂，接地為AFz通道，并且其阻抗保持在低于10KΩ。帶通濾波（高通1Hz，低通45Hz）。使用EEGLAB工具箱的特定程序來識別受人為因素（例如眨眼）影響的EEG時期。所有標(biāo)記為偽影的EEG數(shù)據(jù)被剔除，得到無偽影的EEG數(shù)據(jù)，從中估計(jì)協(xié)作和工作量分析的參數(shù)。由于EEG傳感器功能異常，兩對組合不進(jìn)入后續(xù)數(shù)據(jù)分析中。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

任務(wù)情況

任務(wù)表現(xiàn)指標(biāo)上的雙尾t檢驗(yàn)顯示，相對于HARD條件，SUPER-HARD條件下的性能顯著降低(p=0.01)。

主觀工作量感知

在NASA-TLX（美國航天員任務(wù)負(fù)荷指數(shù)量表）評分的t檢驗(yàn)報(bào)告顯示，參與者在SUPER-HARD條件下感知到了顯著較高的工作量需求（p=0.0001）。

工作量評估

在MWI（工作量指數(shù)，額葉θ波段腦電通道和頂葉α波段腦電通道上估計(jì)的功率譜密度之間的比率）上的雙尾t檢驗(yàn)報(bào)告了HARD和SUPERHARD條件之間的顯著差異(p=0.04)。特別是當(dāng)任務(wù)的工作量需求增加時 (SUPER-HARD)，根據(jù)每組被試的大腦活動估計(jì)，MWI也增強(qiáng)了。

合作評估

對于每個感興趣的波段（θ和α），圖1.d顯示了在HARD和SUPER-HARD條件下兩組受試者之間連接的實(shí)驗(yàn)樣本的平均值，它們之間存在顯著差異。

圖1  依次為a任務(wù)表現(xiàn)指標(biāo)的t檢驗(yàn)結(jié)果、b NASA-TLX評分的t檢驗(yàn)報(bào)告、c MWI T檢驗(yàn)結(jié)果、d 兩組被試在兩種難度任務(wù)下的腦間連接、e 兩組被試在兩種難度任務(wù)下θ和α波之間的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

從一項(xiàng)困難的合作任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐豁?xiàng)更困難的任務(wù)（SUPER-HARD），被試任務(wù)表現(xiàn)顯著降低，這和NASA-TLX測量以及工作量指數(shù)（MWI）計(jì)算出來的結(jié)果一致，這表明需要更多的智力資源來應(yīng)對更苛刻的條件。隨著工作量的增加，腦間連接的強(qiáng)度也降低了，這表明一個被試影響另一個的活動減少?？赡茉蚴莾蓚€個體中疊加激活的減少，由于巨大的工作量，每個個體都將精力集中在自己的個人活動上而減少合作。

參考文獻(xiàn)：

Sciaraffa, N. , Borghini, G. , Arico, P. , Di Flumeri, G. , Toppi, J. , & Colosimo, A. , et al. (2017). How the workload impacts on cognitive cooperation: A pilot study. International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (pp.3961-3964).