隨著計算機技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，人機交互系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)變，將先進技術(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等領(lǐng)域），對信息呈現(xiàn)進行優(yōu)化和管理，可...
隨著計算機技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，人機交互系統(tǒng)逐漸向數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)變，將先進技術(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等領(lǐng)域），對信息呈現(xiàn)進行優(yōu)化和管理，可以大大提高人機對話效率。
然而，在大規(guī)?；娜?機系統(tǒng)中，操作者的工作模式由原來的以操作為主轉(zhuǎn)換為以監(jiān)視和決策為主，由此帶來的人類認知機理與界面信息編碼之間的不平衡問題急劇增加。人機界面的信息容量大、結(jié)構(gòu)關(guān)系錯綜復(fù)雜，容易造成操作者的認知負荷增加，從而引發(fā)人因失誤，嚴(yán)重影響人機系統(tǒng)的高效運行和人員安全。當(dāng)前，關(guān)于認知負荷的內(nèi)在機理的研究也己經(jīng)引起眾多科研工作者的廣泛關(guān)注。
簡單了解什么是認知負荷
早在1988年，Sweller根據(jù)阿特金森和謝弗林的記憶儲存模型，提出了感覺登記和短時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，便會造成認知系統(tǒng)的負擔(dān)，形成認知負荷。
國外學(xué)者Cooper、國內(nèi)學(xué)者辛自強、林崇德等都對認知負荷的概念進行了深層闡述。在復(fù)雜信息系統(tǒng)人機界面中，可以認為，認知負荷是操作者為了順利完成某項工作任務(wù)，實際投入到注意和工作記憶中去的認知資源總量占大腦固有認知資源的大小。這個認知資源不僅僅局限于工作記憶資源，也涉及到對記憶起作用的部分注意資源。關(guān)于認知負荷的理論主要有資源有限理論和圖式理論等。
認知負荷的測量范式
目前，關(guān)于認知負荷的評估可以通過主觀評定、實驗范式任務(wù)分析（包括主任務(wù)分析、次任務(wù)評定）和生理測量等技術(shù)進行。本章將主要介紹使用任務(wù)分析法測量認知負荷常用的實驗任務(wù)范式，并提供相關(guān)文獻支持。以下測試任務(wù)來源于ErgoLAB主觀測評系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型庫內(nèi)容。
01 對象選擇實驗
對象選擇任務(wù)是以唐德斯反應(yīng)時ABC為理論基礎(chǔ)，因為被試的心理負荷水平作為機體變量之一，會對反應(yīng)時任務(wù)產(chǎn)生影響。所以反應(yīng)時可以作為衡量負荷水平的指標(biāo)。并且選擇反應(yīng)時任務(wù)和飛行員正在進行的駕駛?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，被廣泛用于視覺認知的研究，主要用于在動態(tài)和并行信息的注意加工機制的探討上。在經(jīng)典任務(wù)中，電腦屏幕上將出現(xiàn)多個客體，其中一部分以一定的方式標(biāo)識為目標(biāo)，其余為非目標(biāo)。之后所有客體開始隨機運動，而實驗參與者需要對目標(biāo)進行追蹤，并在運動停止后對目標(biāo)進行全部報告或部分報告。該任務(wù)現(xiàn)在已成為持續(xù)性注意和視覺資源研究的有效范式。并且由于與現(xiàn)實生活中動態(tài)注意情景的相似性，如交通情景和運動情景等，所以常用于交通駕駛和體育運動領(lǐng)域。
03 Stroop色詞干擾任務(wù)
Stroop色詞干擾任務(wù)要求被試對呈現(xiàn)詞匯的字詞和顏色是否有沖突進行反應(yīng)，由于字詞和顏色存在競爭關(guān)系，個體對兩個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，一直為認知研究所青睞。由最初的注意、認知、語言等基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展到情緒、記憶、腦、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域，近年來更是擴展到應(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實驗
N-back實驗要求被試判斷每一個出現(xiàn)的刺激與前面呈現(xiàn)過的第n個刺激是否相匹配。該實驗可通過控制n的大小來操作工作記憶的負荷，從而考察不同記憶負荷下工作記憶的加工機制。研究者也常采用N-Back任務(wù)來測量工作記憶容量。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)也可用來誘發(fā)腦力負荷。在交通駕駛領(lǐng)域中，使用該范式作為駕駛次任務(wù)，通過控制n的大小來操作實驗難度，控制誘發(fā)腦力負荷水平。
【參考文獻】Impact of strategy use during N-Back training in older adults[J]. Journal of Cognitive Psychology,2020,32(8).05 聽覺連續(xù)記憶任務(wù)
聽覺連續(xù)記憶任務(wù)是通過耳機發(fā)出一連串的字母組成的訊息。每當(dāng)被試覺察到目標(biāo)字母必須按下按鈕。實驗可通過控制目標(biāo)字母的個數(shù)來操作記憶任務(wù)的難度。該任務(wù)過程包含識別、記憶、判斷和決策輸出4個階段，均需要認知資源的消耗，因此常作為認知負荷水平的測量標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)常以做出反應(yīng)的反應(yīng)時和正確率作為指標(biāo)，數(shù)據(jù)結(jié)果為連續(xù)型變量，能夠進行多種統(tǒng)計處理。
【參考文獻】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.其它評估方式推薦
主觀量表評估
NASA_TLX問卷：The National Aeronautics and Space Administration Task Load IndexSWAT量表：主觀負荷評價量表 Subjective Workload Assessment TechniqueCH量表：庫柏-哈勃量表 Cooper-Harper ScaleMCH量表：修訂版庫柏-哈勃量表 Modi-fled Cooper Harper RatingsWP量表：多維度腦力負荷評價量表 The Workload Profile Index RatingsRPE量表：主觀用力度分級 Perceived Physical ExertionOW量表：總負荷量表 Overall Workload Scale關(guān)于認知負荷的推薦閱讀
Visual Scanning Techniques and Mental Workload of Helicopter Pilots During Simulated Flight
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掃描技術(shù)是實現(xiàn)安全著陸的關(guān)鍵。根據(jù)人類信息處理理論，視覺掃描技術(shù)可以通過注視點位置、注視次數(shù)和注視時間形成函數(shù)。本研究評估了專業(yè)和新手飛行員在模擬公海飛行任務(wù)中的心理負荷情況。實驗共招募12名直升機飛行員，在飛行模擬的四個階段，研究人員結(jié)合定量化眼動追蹤數(shù)據(jù)評估飛行績效，并通過NASA-TLX主觀問卷評估飛行員心理負荷情況。結(jié)果顯示，飛行員在高難度條件下比低難度條件下報告了更高的心理負荷(NASA-TLX)。在專業(yè)知識方面，專業(yè)飛行員報告的心理負荷比新手飛行員更低。飛行員的表現(xiàn)和心理負荷隨著專業(yè)知識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)為一種新的視覺著陸系統(tǒng)設(shè)計提供了啟示。關(guān)鍵詞：mental workload；helicopter pilots；visual scanning techniquesErgoLAB自定義人因測評系統(tǒng)，基于自定義實驗、自定義量表、自定義問卷模板為核心基礎(chǔ)，基于心理物理法與認知心理學(xué)等理論，經(jīng)過專家嚴(yán)格篩選確認，搭建了針對各個應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)典的、新興的實驗范式、量表、問卷的模型庫，包括了100以上的模型可以直接本地下載或在線使用。
模型庫以個體認知、情緒和動機、能力和人格三個重要方面為基礎(chǔ)，將所有的實驗共分為十一個維度，包括感知覺、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、經(jīng)濟管理、駕駛次任務(wù)等。同時系統(tǒng)選取復(fù)雜系統(tǒng)中人因問題的核心變量，形成認知測評模塊：工作負荷、腦力疲勞、情緒監(jiān)測、駕駛適應(yīng)性、可用性測試、情景意識、心理健康模塊。
本章完結(jié)。持續(xù)關(guān)注ErgoLAB公眾號，將為你帶來更多科研福利與技術(shù)前沿知識！
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