模擬航天任務(wù)的操作者功能狀態(tài)研究

姜 勁，焦學(xué)軍，張 朕，曹 勇，楊涵鈞

（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心人因工程國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094）

模擬航天任務(wù)的操作者功能狀態(tài)研究

姜 勁，焦學(xué)軍?，張 朕，曹 勇，楊涵鈞

（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心人因工程國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094）

為研究情緒狀態(tài)、疲勞狀態(tài)下模擬航天任務(wù)的操作者功能狀態(tài)變化規(guī)律，使用MATB模擬航天任務(wù)平臺(tái)，設(shè)計(jì)包含了任務(wù)負(fù)荷、情緒視頻刺激和疲勞積累因素的實(shí)驗(yàn)。招募15名參試者，通過(guò)行為學(xué)績(jī)效和腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)來(lái)研究操作者任務(wù)過(guò)程中的功能狀態(tài)變化。發(fā)現(xiàn)在同一任務(wù)負(fù)荷狀態(tài)下，負(fù)性情緒刺激下的腦力負(fù)荷評(píng)分上升、任務(wù)正確率下降和任務(wù)反應(yīng)時(shí)上升，積極情緒刺激下的腦力負(fù)荷評(píng)分和任務(wù)績(jī)效較中性情緒刺激有改善。高疲勞刺激下的任務(wù)績(jī)效和腦力負(fù)荷評(píng)分均較低疲勞狀態(tài)惡化，負(fù)性情緒惡化程度遠(yuǎn)高于積極情緒。表明航天任務(wù)需盡量避免航天員陷入負(fù)性情緒狀態(tài)，防止功能狀態(tài)下降；積極情緒狀態(tài)和適宜任務(wù)負(fù)荷狀態(tài)下的操作者易于實(shí)現(xiàn)較高績(jī)效和中等腦力負(fù)荷水平，通過(guò)施加積極情緒刺激，能夠改善高疲勞狀態(tài)下腦力負(fù)荷和任務(wù)績(jī)效的惡化程度。

情緒狀態(tài)；功能狀態(tài)；腦力負(fù)荷；任務(wù)負(fù)荷

1 引言

在空間站等復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)中，航天員的功能狀態(tài)不佳將導(dǎo)致危險(xiǎn)事故發(fā)生，因此對(duì)復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)，須實(shí)時(shí)評(píng)估任務(wù)過(guò)程中航天員功能狀態(tài)變化，監(jiān)督任務(wù)績(jī)效變化并給予必要干預(yù)以減少人為失誤［1］。

目前，盡管系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平日益提高，然而面對(duì)復(fù)雜的任務(wù)環(huán)境以及多樣化的任務(wù)操作需求，仍?xún)A向于由航天員承擔(dān)腦力工作，這就引發(fā)一系列需要關(guān)注的問(wèn)題：1）航天任務(wù)過(guò)程中的大量信息認(rèn)知、處理以及決策等，會(huì)引發(fā)不平衡腦力負(fù)荷以及腦力負(fù)荷過(guò)載等，而不平衡的腦力負(fù)荷會(huì)增加失誤概率，甚至引發(fā)功能狀態(tài)崩潰等嚴(yán)重后果［2?3］；2）航天任務(wù)通常在太空極端環(huán)境中，存在的失重、密閉環(huán)境以及高工作壓力會(huì)對(duì)航天員產(chǎn)生負(fù)面影響，從而影響情緒狀態(tài)［4?5］；3）航天飛行任務(wù)由于長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度腦力工作和睡眠紊亂，極易引發(fā)航天員的腦力疲勞，從而惡化功能狀態(tài)、反應(yīng)遲緩以及困倦等，從而危及航天飛行任務(wù)安全［6］。上述分析表明不平衡腦力負(fù)荷、情緒狀態(tài)不佳和疲勞是影響航天任務(wù)安全的重要因素［6?7］。因此，開(kāi)展復(fù)雜任務(wù)條件影響下的操作者功能狀態(tài)研究，對(duì)提高飛行任務(wù)可靠性具有重要意義。

操作者的功能狀態(tài)是指操作者在外部因素和內(nèi)部狀態(tài)影響下完成當(dāng)前任務(wù)的工作能力，外部因素包括任務(wù)負(fù)荷，內(nèi)部狀態(tài)包括情緒狀態(tài)和疲勞等［1］。MATB（Multi?Attribute Task Battery）是NASA開(kāi)發(fā)的典型航天任務(wù)平臺(tái)，分為系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)、目標(biāo)跟蹤任務(wù)、通信交流任務(wù)以及油路管理任務(wù)，是一種模擬航天任務(wù)的多任務(wù)平臺(tái)［8］。研究操作功能狀態(tài)變化的方法主要有客觀和主觀評(píng)價(jià)兩種。主觀評(píng)價(jià)方法是通過(guò)問(wèn)卷量表，根據(jù)操作者的主觀判斷和感受評(píng)價(jià)自身狀態(tài)［9］；客觀評(píng)價(jià)方法是通過(guò)生理學(xué)信號(hào)和行為學(xué)績(jī)效等進(jìn)行評(píng)估。目前，國(guó)內(nèi)外的操作者功能狀態(tài)評(píng)估研究處于探索階段，多項(xiàng)研究開(kāi)展了模擬任務(wù)的操作者功能狀態(tài)評(píng)估［1，9］。2014年Yin采用腦電評(píng)估操作者在空間飛行器模擬任務(wù)下的操作者功能狀態(tài)研究［9］，利用預(yù)測(cè)操作者的工作績(jī)效來(lái)評(píng)估操作者的功能狀態(tài)。然而現(xiàn)有研究評(píng)估操作者功能狀態(tài)的評(píng)估基礎(chǔ)局限于任務(wù)績(jī)效，而忽略了腦力負(fù)荷的重要性。腦力負(fù)荷作為操作者內(nèi)部狀態(tài)的重要部分影響當(dāng)前工作能力。本研究選用主觀量表評(píng)價(jià)的腦力負(fù)荷水平和行為學(xué)績(jī)效評(píng)價(jià)方式來(lái)評(píng)估模擬復(fù)雜航天任務(wù)的操作者功能狀態(tài)變化。

2 方法

2.1 志愿者

15名20～30歲的男性志愿者，均為右利手，均無(wú)精神疾病和心理疾病史。為了保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程的任務(wù)熟練度統(tǒng)一，每位志愿者接受2 h任務(wù)技能培訓(xùn)直至達(dá)到任務(wù)操作者需求。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)在密閉實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，操作者坐于19寸顯示器前35～45 cm處，調(diào)整至舒適姿勢(shì)。要求志愿者在實(shí)驗(yàn)前夜保持充足睡眠，實(shí)驗(yàn)時(shí)精神狀態(tài)良好。志愿者以自身為對(duì)照，比較不同情緒狀態(tài)、腦力負(fù)荷水平以及疲勞狀態(tài)的功能狀態(tài)變化。

2.3 MATB任務(wù)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)任務(wù)是MATB任務(wù)，如圖1所示。MATB任務(wù)分為四級(jí)任務(wù)難度，每一級(jí)難度任務(wù)均由系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)、目標(biāo)跟蹤任務(wù)和油路管理任務(wù)組成。系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)由四個(gè)條狀方塊組成，分別對(duì)應(yīng)功能鍵F1、F2、F3和F4，當(dāng)發(fā)生異常事件時(shí)，志愿者需盡快按下對(duì)應(yīng)功能鍵。系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)的難度由系統(tǒng)異常事件的發(fā)生頻率決定，一至四級(jí)難度的異常事件間隔時(shí)間分別設(shè)定為13 s、9 s、6 s和3 s，時(shí)間間隔越短，任務(wù)難度越高。目標(biāo)跟蹤任務(wù)由圓形標(biāo)靶組成，志愿者通過(guò)搖桿控制標(biāo)靶位置，使之維持在一定范圍內(nèi)。目標(biāo)跟蹤任務(wù)的難度由標(biāo)靶的漂移頻率和響應(yīng)速度決定，一至四級(jí)難度的漂移頻率和響應(yīng)速度分別設(shè)定為高／低、中／中、中／高和低／高。油路管理任務(wù)目標(biāo)是管理A、B油箱容量，使之保持在2100～2900 L。A、B油箱以固定速率消耗，志愿者通過(guò)油泵1至8的開(kāi)關(guān)來(lái)控制A、B油箱的輸入。油路管理任務(wù)的難度通過(guò)設(shè)定油泵的故障次數(shù)來(lái)設(shè)定。一次MATB任務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)度為390 s，實(shí)驗(yàn)任務(wù)績(jī)效均來(lái)自于MATB任務(wù)，分別是系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)的正確率（ACC），目標(biāo)跟蹤任務(wù)的系統(tǒng)正常時(shí)間百分比（TIR1）和油路管理任務(wù)的系統(tǒng)正常時(shí)間百分比（TIR2）［1］，總體績(jī)效指數(shù)計(jì)算公式如式（1）～（3）。

其中，a1、a2、a3分別是0.5437、0.3143和0.1420，分別代表系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)、目標(biāo)跟蹤任務(wù)和油路管理任務(wù)的績(jī)效分配權(quán)重，通過(guò)計(jì)受試者的主觀注意力分配權(quán)重獲得。tnormal和ttotal分別代表系統(tǒng)的正常工作時(shí)間和總體工作時(shí)間。

2.4 情緒視頻

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用三種類(lèi)型情緒視頻刺激，分別是負(fù)性情緒、積極情緒和中性情緒，每段情緒視頻長(zhǎng)度約為30 s至90 s。為確保情緒視頻刺激對(duì)志愿者施加單一情緒影響，預(yù)實(shí)驗(yàn)對(duì)候選情緒視頻刺激采用情緒量表評(píng)價(jià)以篩選出具有穩(wěn)定情緒刺激影響的視頻刺激集合，志愿者從喚醒度和愉悅度兩個(gè)維度來(lái)評(píng)價(jià)圖片情緒刺激的主觀感受［12］。

實(shí)驗(yàn)選用的情緒視頻評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2。情緒視頻喚醒度評(píng)價(jià)分別為：負(fù)性視頻（均值M＝5.91，方差SD＝0.84），中性視頻（M＝3.2，SD＝1.11），積極視頻（M＝5.07，SD＝1.05）。經(jīng)多重測(cè)量方差分析，三種情緒視頻刺激的喚醒度評(píng)價(jià)存在顯著差異（F（2，118）＝55.27，p＜0.001）。經(jīng)post?hoc事后分析檢測(cè)分析，三種類(lèi)型情緒視頻刺激的喚醒度兩兩之間均存在顯著差異（all p＜0.001）。情緒視頻刺激的愉悅度評(píng)價(jià)分別為：負(fù)性（M＝2.23，SD＝0.12），中性（M＝4.27，SD＝0.06），積極（M＝5.66，SD＝0.12）。經(jīng)多重測(cè)量ANOVA分析，三種類(lèi)型情緒視頻刺激的愉悅度評(píng)價(jià)存在顯著差異（F（2，124）＝25.21，p＜0.001）。經(jīng)post?hoc事后分析檢測(cè)分析，三種類(lèi)型情緒視頻刺激的愉悅度兩兩之間均存在顯著差異（p＜0.001）。因此任務(wù)三種類(lèi)型情緒視頻能夠?qū)χ驹刚叩那榫w狀態(tài)產(chǎn)生顯著影響。

2.5 實(shí)驗(yàn)范式設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)范式包含任務(wù)負(fù)荷、情緒狀態(tài)和疲勞三種因素。實(shí)驗(yàn)分為低疲勞期、疲勞積累期和高疲勞期三部分，其中疲勞積累期中志愿者需完成2hour字符2?back工作記憶任務(wù)以積累疲勞效應(yīng)。低疲勞期和高疲勞期兩段的實(shí)驗(yàn)任務(wù)流程均為志愿者先隨機(jī)觀看不同類(lèi)型情緒視頻刺激30 s至90 s，然后操作MATB任務(wù)，最后填寫(xiě)NASA?TLX主觀量表，依次循環(huán)，流程如圖3所示。四級(jí)任務(wù)難度MATB任務(wù)和三種不同類(lèi)型情緒視頻組合為12組任務(wù)，因此低疲勞期和高疲勞期的志愿者均需完成12組任務(wù)，共計(jì)24組任務(wù)。志愿者在任務(wù)開(kāi)始前、疲勞積累前、疲勞積累后以及任務(wù)結(jié)束時(shí)均需填寫(xiě)疲勞主觀量表。

3 結(jié)果

3.1 疲勞狀態(tài)分析

疲勞狀態(tài)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采取4個(gè)維度，分別是困倦程度、注意力集中程度、思維清晰程度和主觀疲勞程度，均為10分值，綜合疲勞程度為四項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果累加。對(duì)志愿者的四次腦力疲勞評(píng)價(jià)量表進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：任務(wù)開(kāi)始時(shí)（M＝6.73，SD＝3.17），疲勞積累前期（M＝11.32，SD＝3.73），疲勞積累后期（M＝19.43，SD＝5.35），任務(wù)結(jié)束（M＝18.97，SD＝4.92）。經(jīng)多重測(cè)量方差分析，發(fā)現(xiàn)腦力疲勞量表中存在顯著差異（F（3，42）＝43.3，p＜0.001）。經(jīng)post?hoc事后分析檢測(cè)事后檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)任務(wù)開(kāi)始時(shí)、疲勞前和疲勞后間均存在顯著差異（p＜0.001），但任務(wù)結(jié)束和疲勞積累后期的腦力疲勞量表結(jié)果不存在顯著差異。四次腦力疲勞評(píng)價(jià)量表結(jié)果如圖4所示。

3.2 MATB任務(wù)結(jié)果分析

研究綜合考慮MATB任務(wù)的系統(tǒng)監(jiān)督任務(wù)的正確率（ACC），目標(biāo)跟蹤任務(wù)的TIR1；油路管理任務(wù)的TIR2，提出了綜合績(jī)效指標(biāo)P。

研究分析低疲勞狀態(tài)中性情緒視頻刺激下的MATB任務(wù)績(jī)效，統(tǒng)計(jì)MATB四級(jí)任務(wù)績(jī)效為：1級(jí)（M＝0.94，SD＝0.066），2級(jí)（M＝0.88，SD＝0.054），3級(jí)（M＝0.81，SD＝0.05），4級(jí)（M＝0.71，SD＝0.058）。經(jīng)多重測(cè)量方差分析可知，四級(jí)任務(wù)難度之間存在顯著差異（F（3，582）＝52.12，p＜0.001）。經(jīng)post?hoc事后分析檢測(cè)分析，四級(jí)任務(wù)難度兩兩之間均存在顯著差異（all p＜0.001）。操作者在低疲勞狀態(tài)下中性情緒視頻刺激的MATB任務(wù)績(jī)效分布如圖5所示。

為評(píng)估疲勞和不同情緒狀態(tài)等任務(wù)條件影響下操作者功能狀態(tài)變化規(guī)律，分析了疲勞、情緒狀態(tài)和任務(wù)負(fù)荷等因素影響下的MATB任務(wù)績(jī)效變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)疲勞（F（1，194）＝28.78，p＜0.001）和不同類(lèi)型情緒狀態(tài)（F（2，388）＝4.44，p＝0.001）對(duì)任務(wù)績(jī)效變化存在顯著性差異，多種因素影響下的MATB任務(wù)績(jī)效的顯著性檢測(cè)如表1和表2所示，檢測(cè)方法采用配對(duì)t檢驗(yàn)。MATB任務(wù)績(jī)效變化趨勢(shì)如圖6所示。

表1 不同情緒條件下MATB任務(wù)績(jī)效的p值檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 The p?value of MATB performance under dif?ferent emotional state

表2 MATB任務(wù)績(jī)效分析及p值檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 The performance of MATB and result of p?value

3.3 NASA?TLX主觀量表評(píng)價(jià)

NASA?TLX量表共有腦力需求、體力需求、績(jī)效表現(xiàn)、努力程度、受挫程度與時(shí)間壓力六個(gè)維度，均為10分值評(píng)價(jià)。操作者根據(jù)自己的主觀感受予以評(píng)估確定相應(yīng)分值。其中“績(jī)效表現(xiàn)”作為操作者對(duì)工作任務(wù)績(jī)效的主觀評(píng)估，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，需用10分值減去“績(jī)效表現(xiàn)”的評(píng)估值，得到反映任務(wù)績(jī)效變化的真實(shí)“績(jī)效表現(xiàn)”值。反映操作者腦力負(fù)荷變化的主觀量表值為采取六個(gè)維度的評(píng)分值求和而獲得［10］。

NASA?TLX主觀量表分析結(jié)果如表3和表4所示。經(jīng)過(guò)多重測(cè)量方差分析，多級(jí)任務(wù)負(fù)荷主觀量表結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯著性差異（F（3，42）＝157.58，p＜0.001）。經(jīng)成對(duì)檢驗(yàn)post?hoc事后分析檢測(cè)分析，四級(jí)任務(wù)難度之間均存在顯著差異（all p＜0.001）。多重測(cè)量方差分析表明疲勞對(duì)志愿者的主觀量表評(píng)價(jià)存在顯著差異（F（1，14）＝25.23，p＜0.001），情緒刺激對(duì)主觀量表存在顯著差異（F（2，28）＝10.46，p＜0.001）。經(jīng)posh?hoc分析得知中性情緒刺激與積極情緒（p＜0.001）、負(fù)性情緒（p＝0.011）兩兩之間存在顯著差異。主觀量表結(jié)果變化趨勢(shì)如圖7所示。

表3 不同情緒條件下NASA?TLX量表的p值檢驗(yàn)結(jié)果Tab le 3 The p?value of NASA?TLX scale under differ?ent emotional states

4 討論

4.1 任務(wù)負(fù)荷對(duì)操作者功能狀態(tài)的影響

MATB任務(wù)設(shè)定了4種任務(wù)負(fù)荷難度水平。根據(jù)圖6所示的任務(wù)績(jī)效變化和圖7所示的主觀量表水平變化，發(fā)現(xiàn)隨著任務(wù)難度的增加，志愿者主觀評(píng)價(jià)的腦力負(fù)荷水平呈現(xiàn)上升趨勢(shì)、任務(wù)績(jī)效指標(biāo)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，第4級(jí)任務(wù)難度的績(jī)效指標(biāo)處于系統(tǒng)可靠性可以接受的70%水平以下。其中，低疲勞狀態(tài)的中性情緒視頻刺激為正常狀態(tài)，正常狀態(tài)志愿者主觀評(píng)價(jià)的腦力負(fù)荷水平在2、3級(jí)任務(wù)負(fù)荷均處于20分值左右，而任務(wù)績(jī)效指標(biāo)處于80%以上，志愿者在完成正常狀態(tài)下的2、3級(jí)任務(wù)負(fù)荷時(shí)處于適宜腦力負(fù)荷水平且能達(dá)到較高任務(wù)績(jī)效水平，志愿者的工作狀態(tài)處于較佳水平。

4.2 負(fù)性和積極情緒狀態(tài)下操作者的功能狀態(tài)分析

在低疲勞狀態(tài)下，志愿者在MATB任務(wù)開(kāi)始前接受30～90 s的積極情緒視頻刺激和負(fù)性情緒視頻刺激，以誘發(fā)志愿者的情緒狀態(tài)變化，影響志愿者腦力負(fù)荷水平進(jìn)而影響志愿者功能狀態(tài)變化。根據(jù)圖2結(jié)果、喚醒度與愉悅度評(píng)價(jià)結(jié)果可證實(shí)情緒視頻刺激的情緒誘發(fā)效果。對(duì)于負(fù)性和積極情緒狀態(tài)下的志愿者實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析以低疲勞狀態(tài)為主。

表4 NASA?TLX主觀量表結(jié)果Table 4 The result of NASA?TLX scale

在負(fù)性情緒狀態(tài)下，志愿者的任務(wù)績(jī)效和主觀量表評(píng)價(jià)均發(fā)生變化。任務(wù)績(jī)效的變化規(guī)律是負(fù)性情緒狀態(tài)影響下的1級(jí)任務(wù)負(fù)荷的任務(wù)績(jī)效高于中性情緒狀態(tài)，但負(fù)性情緒狀態(tài)影響下的2、3、4級(jí)任務(wù)負(fù)荷的任務(wù)績(jī)效低于中性情緒狀態(tài)，且4級(jí)任務(wù)難度出現(xiàn)較大幅度下降，如圖6所示。表2的任務(wù)績(jī)效結(jié)果和表1的配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果證明負(fù)性情緒下的任務(wù)績(jī)效顯著低于中性情緒狀態(tài)的趨勢(shì)。同時(shí)，圖7表明負(fù)性情緒刺激下志愿者1級(jí)任務(wù)負(fù)荷的主觀量表評(píng)分與中性情緒刺激情況大致相等，負(fù)性情緒刺激下測(cè)2至4級(jí)任務(wù)負(fù)荷的主觀量表分值顯著高于中性情緒刺激情況，表明負(fù)性情緒下的腦力負(fù)荷水平均高于中性情緒狀態(tài)。表3的配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果證明2至4級(jí)任務(wù)負(fù)荷下，負(fù)性情緒狀態(tài)會(huì)誘發(fā)更高腦力負(fù)荷水平。相比較于中性情緒情況，負(fù)性情緒狀態(tài)下操作者執(zhí)行較低任務(wù)負(fù)荷任務(wù)時(shí)，腦力負(fù)荷水平保持相同狀態(tài)，但任務(wù)負(fù)荷處于中等和較高級(jí)別時(shí)，操作者的功能狀態(tài)出現(xiàn)下降且腦力負(fù)荷水平上升。上述變化原因是負(fù)性情緒刺激降低了志愿者執(zhí)行任務(wù)的意愿，從而降低了任務(wù)績(jī)效水平。同時(shí)為了完成任務(wù)，志愿者需要付出更多努力并面臨更強(qiáng)的挫折感受，從而導(dǎo)致腦力負(fù)荷水平上升。因此在任務(wù)過(guò)程中需要施加必要的干預(yù)，以避免人員陷入負(fù)性情緒狀態(tài)而出現(xiàn)任務(wù)績(jī)效崩潰。

積極情緒狀態(tài)下，志愿者的任務(wù)績(jī)效和主觀量表評(píng)分的腦力負(fù)荷水平相對(duì)于中性情緒狀態(tài)發(fā)生變化。積極情緒狀態(tài)下的志愿者在1級(jí)至3級(jí)任務(wù)負(fù)荷下的任務(wù)績(jī)效高于中性情緒狀態(tài)大致相等，4級(jí)任務(wù)負(fù)荷下的任務(wù)績(jī)效水平略低于于中性情緒狀態(tài)，如圖6所示。同時(shí)，積極情緒下的主觀量表評(píng)價(jià)腦力負(fù)荷在1至3級(jí)任務(wù)負(fù)荷均略低于中性情緒狀態(tài)，但4級(jí)任務(wù)負(fù)荷時(shí)高于中性情緒狀態(tài)。表3的配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果表明中性情緒與積極情緒狀態(tài)的2至4級(jí)任務(wù)負(fù)荷的主觀量表評(píng)分存在顯著差異。積極情緒刺激會(huì)改善志愿者的內(nèi)部狀態(tài)，從而降低志愿者在較低和中等任務(wù)負(fù)荷下的腦力負(fù)荷水平，提高任務(wù)績(jī)效水平。然而在較高任務(wù)負(fù)荷時(shí)，積極情緒狀態(tài)下的志愿者的功能狀態(tài)惡化速度高于中性情緒狀態(tài)，從而導(dǎo)致任務(wù)績(jī)效出現(xiàn)快速下降。

4.3 疲勞狀態(tài)下的功能狀態(tài)分析

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每位志愿者填寫(xiě)了疲勞問(wèn)卷，評(píng)價(jià)自身的疲勞程度，如圖3所示。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有效誘發(fā)了志愿者的高疲勞狀態(tài)。

高疲勞狀態(tài)下操作者的任務(wù)績(jī)效出現(xiàn)了顯著下降，主觀量表評(píng)價(jià)的腦力負(fù)荷水平顯著上升，如表2和表4所示。長(zhǎng)時(shí)間的工作記憶任務(wù)會(huì)引發(fā)腦力疲勞，導(dǎo)致志愿者的警覺(jué)性、應(yīng)激能力下降和處理任務(wù)信息的能力降低，從而導(dǎo)致了任務(wù)績(jī)效下降［11］。高疲勞狀態(tài)的負(fù)性情緒刺激顯著惡化了志愿者的功能狀態(tài)，導(dǎo)致了同等任務(wù)負(fù)荷條件下的任務(wù)績(jī)效下降和腦力負(fù)荷上升，這可能由于志愿者負(fù)性情緒狀態(tài)而降低了執(zhí)行任務(wù)的意愿［12］。高疲勞狀態(tài)下的積極情緒狀態(tài)的志愿者實(shí)現(xiàn)了與低疲勞狀態(tài)大致相同的任務(wù)績(jī)效，腦力負(fù)荷主觀量表評(píng)分相對(duì)于其它兩種情緒狀態(tài)也較低，表明積極情緒會(huì)顯著改善高疲勞狀態(tài)下操作者的功能狀態(tài)。此發(fā)現(xiàn)可以用于自適應(yīng)人機(jī)功能分配領(lǐng)域，作為調(diào)節(jié)操作者當(dāng)前工作狀態(tài)依據(jù)，在高疲勞狀態(tài)下通過(guò)施加積極情緒刺激以提高操作者的任務(wù)執(zhí)行績(jī)效并降低腦力負(fù)荷水平。

5 結(jié)論

1）操作者的功能狀態(tài)會(huì)在負(fù)性情緒狀態(tài)影響下出現(xiàn)惡化，惡化程度隨任務(wù)負(fù)荷增加而加大。

2）積極情緒狀態(tài)下，操作者在適宜任務(wù)負(fù)荷下會(huì)提高任務(wù)績(jī)效并降低腦力負(fù)荷水平，但是在過(guò)高或過(guò)低任務(wù)負(fù)荷狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致功能狀態(tài)下降。

3）高疲勞狀態(tài)下操作者會(huì)出現(xiàn)腦力負(fù)荷上升和功能狀態(tài)下降，但施加積極情緒刺激能夠改善操作者在高疲勞狀態(tài)下的功能狀態(tài)。

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Study on Functional State of Operators during Simulated Space Tasks

JIANG Jin，JIAO Xuejun?，ZHANG Zhen，CAO Yong，YANG Hanjun
（National Key Laboratory of Human Factors Engineering，China Astronaut Research and Training Center，Beijing 100094，China）

The purpose of this paper is to study the changes of the functional states of operators in simulated complex space tasks under different emotional status and different degree of fatigues.Mul?tiple Attribute Task Battery（MATB）was used as the experimental platform and experiments invol?ving factors such as the task load，the emotion stimulus and the fatigue were designed.15 volunteers participated the experiment and the behavioral result and the subjective mental workload rating to variation of operational state of operatorswere analyzed.Itwas found that thementalworkload rating increased，the accuracy increased but the reaction time descended under negative emotional state. Compared to the neutral emotional state，the positive emotional stimulus improved the subjective rat?ing and task performance.As fatigue increased，the task performance and mental workload rating deteriorated，and negative emotional state deteriorated greater than positive emotional state.So it is very important to prevent astronauts from being in negative status，thus to avoid work capacity de?cline.Operators could accomplish optimalwork capacity with appropriate task load under positive e?motional state.The degree of deterioration ofmentalworkload and task performance induced by fa?tigue status could be improved by positive emotional stimulus.

emotional state；operational capacity；mental workload；task load

TB18

A

1674?5825（2017）01?0123?07

2016?04?13；

2017?01?09

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（71201148）；中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)技術(shù)課題（9140C770208150C77320，2012SY54B1701）；飛天基金（FTK201509）

姜?jiǎng)?，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ苄越t外光譜、腦電、心電等多生理參數(shù)的腦力負(fù)荷、操作者功能狀態(tài)。E?mail：jiangjin02180018＠qq.com

?通訊作者：焦學(xué)軍，男，博士，副研究員，研究方向?yàn)楹教飙h(huán)境下的腦力負(fù)荷、操作者功能狀態(tài)下以及生物特性。E?mail：jxjisme＠sina. com