隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，人機(jī)交互系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)變，將先進(jìn)技術(shù)融入各種復(fù)雜信息環(huán)境中（如核電、航空航天、交通駕駛和航海雷達(dá)等領(lǐng)域），對(duì)信息呈現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化和管理，可...
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，人機(jī)交互系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)變，將先進(jìn)技術(shù)融入各種復(fù)雜信息環(huán)境中（如核電、航空航天、交通駕駛和航海雷達(dá)等領(lǐng)域），對(duì)信息呈現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化和管理，可以大大提高人機(jī)對(duì)話效率。
然而，在大規(guī)模化的人-機(jī)系統(tǒng)中，操作者的工作模式由原來(lái)的以操作為主轉(zhuǎn)換為以監(jiān)視和決策為主，由此帶來(lái)的人類認(rèn)知機(jī)理與界面信息編碼之間的不平衡問(wèn)題急劇增加。人機(jī)界面的信息容量大、結(jié)構(gòu)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，容易造成操作者的認(rèn)知負(fù)荷增加，從而引發(fā)人因失誤，嚴(yán)重影響人機(jī)系統(tǒng)的高效運(yùn)行和人員安全。當(dāng)前，關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的內(nèi)在機(jī)理的研究也己經(jīng)引起眾多科研工作者的廣泛關(guān)注。
簡(jiǎn)單了解什么是認(rèn)知負(fù)荷
早在1988年，Sweller根據(jù)阿特金森和謝弗林的記憶儲(chǔ)存模型，提出了感覺(jué)登記和短時(shí)記憶的容量都是有限的，當(dāng)人直接或間接接受的信息多于記憶容量時(shí)，便會(huì)造成認(rèn)知系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，形成認(rèn)知負(fù)荷。
國(guó)外學(xué)者Cooper、國(guó)內(nèi)學(xué)者辛自強(qiáng)、林崇德等都對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的概念進(jìn)行了深層闡述。在復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)界面中，可以認(rèn)為，認(rèn)知負(fù)荷是操作者為了順利完成某項(xiàng)工作任務(wù)，實(shí)際投入到注意和工作記憶中去的認(rèn)知資源總量占大腦固有認(rèn)知資源的大小。這個(gè)認(rèn)知資源不僅僅局限于工作記憶資源，也涉及到對(duì)記憶起作用的部分注意資源。關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的理論主要有資源有限理論和圖式理論等。
認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量范式
目前，關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的評(píng)估可以通過(guò)主觀評(píng)定、實(shí)驗(yàn)范式任務(wù)分析（包括主任務(wù)分析、次任務(wù)評(píng)定）和生理測(cè)量等技術(shù)進(jìn)行。本章將主要介紹使用任務(wù)分析法測(cè)量認(rèn)知負(fù)荷常用的實(shí)驗(yàn)任務(wù)范式，并提供相關(guān)文獻(xiàn)支持。以下測(cè)試任務(wù)來(lái)源于ErgoLAB主觀測(cè)評(píng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)內(nèi)容。
01 對(duì)象選擇實(shí)驗(yàn)
對(duì)象選擇任務(wù)是以唐德斯反應(yīng)時(shí)ABC為理論基礎(chǔ)，因?yàn)楸辉嚨男睦碡?fù)荷水平作為機(jī)體變量之一，會(huì)對(duì)反應(yīng)時(shí)任務(wù)產(chǎn)生影響。所以反應(yīng)時(shí)可以作為衡量負(fù)荷水平的指標(biāo)。并且選擇反應(yīng)時(shí)任務(wù)和飛行員正在進(jìn)行的駕駛?cè)蝿?wù)的任務(wù)元素是極其相似的，用選擇反應(yīng)時(shí)作為模擬飛行器研究的次要任務(wù)，干擾效果較好，較容易鑒定主要任務(wù)的心理負(fù)荷水平。
02 多目標(biāo)追蹤任務(wù)
多目標(biāo)追蹤（Multiple Object Tracking,MOT）范式最早由Pylyshyn和Storm（1988）提出，被廣泛用于視覺(jué)認(rèn)知的研究，主要用于在動(dòng)態(tài)和并行信息的注意加工機(jī)制的探討上。在經(jīng)典任務(wù)中，電腦屏幕上將出現(xiàn)多個(gè)客體，其中一部分以一定的方式標(biāo)識(shí)為目標(biāo)，其余為非目標(biāo)。之后所有客體開始隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，而實(shí)驗(yàn)參與者需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行追蹤，并在運(yùn)動(dòng)停止后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全部報(bào)告或部分報(bào)告。該任務(wù)現(xiàn)在已成為持續(xù)性注意和視覺(jué)資源研究的有效范式。并且由于與現(xiàn)實(shí)生活中動(dòng)態(tài)注意情景的相似性，如交通情景和運(yùn)動(dòng)情景等，所以常用于交通駕駛和體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。
03 Stroop色詞干擾任務(wù)
Stroop色詞干擾任務(wù)要求被試對(duì)呈現(xiàn)詞匯的字詞和顏色是否有沖突進(jìn)行反應(yīng)，由于字詞和顏色存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，個(gè)體對(duì)兩個(gè)刺激的加工程度不同導(dǎo)致需要的注意力資源分配不同而產(chǎn)生。自Stroop效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直為認(rèn)知研究所青睞。由最初的注意、認(rèn)知、語(yǔ)言等基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展到情緒、記憶、腦、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域，近年來(lái)更是擴(kuò)展到應(yīng)用層面，作為研究執(zhí)行抑制功能、注意偏向的重要指標(biāo)。
04 數(shù)字/字母N-back實(shí)驗(yàn)
N-back實(shí)驗(yàn)要求被試判斷每一個(gè)出現(xiàn)的刺激與前面呈現(xiàn)過(guò)的第n個(gè)刺激是否相匹配。該實(shí)驗(yàn)可通過(guò)控制n的大小來(lái)操作工作記憶的負(fù)荷，從而考察不同記憶負(fù)荷下工作記憶的加工機(jī)制。研究者也常采用N-Back任務(wù)來(lái)測(cè)量工作記憶容量。根據(jù)己有研究結(jié)果3-back和4-back任務(wù)能較有效地區(qū)分工作記憶容量的差異。N-back任務(wù)也可用來(lái)誘發(fā)腦力負(fù)荷。在交通駕駛領(lǐng)域中，使用該范式作為駕駛次任務(wù)，通過(guò)控制n的大小來(lái)操作實(shí)驗(yàn)難度，控制誘發(fā)腦力負(fù)荷水平。
【參考文獻(xiàn)】Impact of strategy use during N-Back training in older adults[J]. Journal of Cognitive Psychology,2020,32(8).05 聽覺(jué)連續(xù)記憶任務(wù)
聽覺(jué)連續(xù)記憶任務(wù)是通過(guò)耳機(jī)發(fā)出一連串的字母組成的訊息。每當(dāng)被試覺(jué)察到目標(biāo)字母必須按下按鈕。實(shí)驗(yàn)可通過(guò)控制目標(biāo)字母的個(gè)數(shù)來(lái)操作記憶任務(wù)的難度。該任務(wù)過(guò)程包含識(shí)別、記憶、判斷和決策輸出4個(gè)階段，均需要認(rèn)知資源的消耗，因此常作為認(rèn)知負(fù)荷水平的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)常以做出反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)和正確率作為指標(biāo)，數(shù)據(jù)結(jié)果為連續(xù)型變量，能夠進(jìn)行多種統(tǒng)計(jì)處理。
【參考文獻(xiàn)】Azlina Amir Kassim,Rehan Rehman,Jessica M. Price. Effects of modality and repetition in a continuous recognition memory task: Repetition has no effect on auditory recognition memory[J]. Acta Psychologica,2018,185.其它評(píng)估方式推薦
主觀量表評(píng)估
NASA_TLX問(wèn)卷：The National Aeronautics and Space Administration Task Load IndexSWAT量表：主觀負(fù)荷評(píng)價(jià)量表 Subjective Workload Assessment TechniqueCH量表：庫(kù)柏-哈勃量表 Cooper-Harper ScaleMCH量表：修訂版庫(kù)柏-哈勃量表 Modi-fled Cooper Harper RatingsWP量表：多維度腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)量表 The Workload Profile Index RatingsRPE量表：主觀用力度分級(jí) Perceived Physical ExertionOW量表：總負(fù)荷量表 Overall Workload Scale關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的推薦閱讀
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作者：Rainieri, G ；Fraboni, F ；Russo, G 等期刊：AEROSPACE MEDICINE AND HUMAN PERFORMANCE摘要：飛行員正確使用的視覺(jué)掃描技術(shù)是實(shí)現(xiàn)安全著陸的關(guān)鍵。根據(jù)人類信息處理理論，視覺(jué)掃描技術(shù)可以通過(guò)注視點(diǎn)位置、注視次數(shù)和注視時(shí)間形成函數(shù)。本研究評(píng)估了專業(yè)和新手飛行員在模擬公海飛行任務(wù)中的心理負(fù)荷情況。實(shí)驗(yàn)共招募12名直升機(jī)飛行員，在飛行模擬的四個(gè)階段，研究人員結(jié)合定量化眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)評(píng)估飛行績(jī)效，并通過(guò)NASA-TLX主觀問(wèn)卷評(píng)估飛行員心理負(fù)荷情況。結(jié)果顯示，飛行員在高難度條件下比低難度條件下報(bào)告了更高的心理負(fù)荷(NASA-TLX)。在專業(yè)知識(shí)方面，專業(yè)飛行員報(bào)告的心理負(fù)荷比新手飛行員更低。飛行員的表現(xiàn)和心理負(fù)荷隨著專業(yè)知識(shí)和飛行條件的變化而變化。本文結(jié)合主觀與客觀量化數(shù)據(jù)為一種新的視覺(jué)著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了啟示。關(guān)鍵詞：mental workload；helicopter pilots；visual scanning techniquesErgoLAB自定義人因測(cè)評(píng)系統(tǒng)，基于自定義實(shí)驗(yàn)、自定義量表、自定義問(wèn)卷模板為核心基礎(chǔ)，基于心理物理法與認(rèn)知心理學(xué)等理論，經(jīng)過(guò)專家嚴(yán)格篩選確認(rèn)，搭建了針對(duì)各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)典的、新興的實(shí)驗(yàn)范式、量表、問(wèn)卷的模型庫(kù)，包括了100以上的模型可以直接本地下載或在線使用。
模型庫(kù)以個(gè)體認(rèn)知、情緒和動(dòng)機(jī)、能力和人格三個(gè)重要方面為基礎(chǔ)，將所有的實(shí)驗(yàn)共分為十一個(gè)維度，包括感知覺(jué)、注意力、記憶力、情緒情感、空間操作、心理健康、人格智力、執(zhí)行功能、反應(yīng)時(shí)、經(jīng)濟(jì)管理、駕駛次任務(wù)等。同時(shí)系統(tǒng)選取復(fù)雜系統(tǒng)中人因問(wèn)題的核心變量，形成認(rèn)知測(cè)評(píng)模塊：工作負(fù)荷、腦力疲勞、情緒監(jiān)測(cè)、駕駛適應(yīng)性、可用性測(cè)試、情景意識(shí)、心理健康模塊。
本章完結(jié)。持續(xù)關(guān)注ErgoLAB公眾號(hào)，將為你帶來(lái)更多科研福利與技術(shù)前沿知識(shí)！
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