睡眠剝奪在飛行員認(rèn)知決策領(lǐng)域的研究探討

初建杰，俱雅芳，王磊，陳彥蒿

(1.西北工業(yè)大學(xué) 工業(yè)設(shè)計(jì)與人機(jī)工效工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710072)

(2.菲舍爾航空部件(鎮(zhèn)江)有限公司，鎮(zhèn)江 212132)

0 引 言

睡眠剝奪是指由于自身或工作原因無法滿足正常睡眠要求的情況，可分為選擇性睡眠剝奪和完全睡眠剝奪。睡眠剝奪會對包括注意、警覺性、感知能力、工作記憶、執(zhí)行決策能力等在內(nèi)的認(rèn)知功能造成一定的損害[1-3]。飛行員的職業(yè)特性對認(rèn)知功能有很高的要求，飛機(jī)駕駛艙繁多的人機(jī)交互界面和復(fù)雜多變的任務(wù)環(huán)境，對飛行員的認(rèn)知決策和操作能力提出了更高的要求。同時，在面臨飛機(jī)復(fù)雜顯控界面操作下的長時飛行任務(wù)中，睡眠剝奪所致的疲勞駕駛和認(rèn)知能力下降將給飛行操作安全帶來更大的隱患和風(fēng)險。隨著航空技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，飛機(jī)單程長距離飛行的技術(shù)難題正在解決，長達(dá)十幾小時甚至超過一晝夜的飛行任務(wù)成為飛行員未來必須面對的問題。而在睡眠短缺的情況下，飛行員在變化的任務(wù)環(huán)境中對信息的感知加工、適應(yīng)及決策能力研究就成為飛行安全控制和風(fēng)險防范的重要方面。

國內(nèi)外睡眠醫(yī)學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、實(shí)驗(yàn)心理學(xué)等不同領(lǐng)域皆從各自的角度研究睡眠剝奪對機(jī)體的影響，但是目前對飛行員在睡眠剝奪狀態(tài)下的認(rèn)知決策鮮有研究。本文將近年來在任務(wù)環(huán)境下進(jìn)行睡眠剝奪對認(rèn)知功能的影響研究進(jìn)行綜述，從而引發(fā)睡眠剝奪對飛行操作的認(rèn)知機(jī)能影響的思考，從感知能力和執(zhí)行功能的角度出發(fā)系統(tǒng)詳述地總結(jié)相關(guān)研究進(jìn)展，結(jié)合飛行員實(shí)際駕駛情況進(jìn)行類比，以期為飛行員長航時飛行安全和風(fēng)險管理提供進(jìn)一步的研究思路與方向。

1 睡眠剝奪的認(rèn)知影響研究

1.1 睡眠剝奪對感知注意能力的影響

1.1.1 視覺感知能力延遲

感知覺是人腦通過感覺器官對外界刺激的把握，視覺是接受外界刺激和信息的一個重要感官通道。J.Tong等[4]研究了一夜急性睡眠剝奪對動態(tài)視運(yùn)動同步的影響，使用一個連續(xù)的視覺跟蹤模式，目標(biāo)以恒定的速度沿著圓形軌跡移動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，睡眠剝奪會降低視覺跟蹤和跳視任務(wù)的表現(xiàn)。清醒20～22 h時，視同步運(yùn)動發(fā)生了微小但顯著的變化，在缺乏睡眠的情況下，平滑追蹤眼動速度降低，預(yù)測性追蹤的準(zhǔn)確性較低，這和P.A.Fransson的研究結(jié)果一致[5]，但仍能通過眼跳來適應(yīng)睡眠剝奪對平滑追蹤眼動的影響。

動態(tài)視力又稱“動態(tài)視敏度”，指的是一個人在頭部運(yùn)動時能夠看得很清楚的能力，是衡量人動態(tài)視覺能力的重要指標(biāo)。動態(tài)視敏度測試(Dynamic Visual Acuity Test，簡稱DVAT)通過測量頭靜止和頭運(yùn)動的視敏度之間的差異來評估凝視的不穩(wěn)定性。M.R.Scherer等[6]采用DVAT對20名士兵以120 ～ 180 °/s的角速度進(jìn)行評估，在26 h睡眠剝奪前后分別獲得主動和被動偏航和俯仰脈沖。結(jié)果表明，偏航動態(tài)視敏度在睡眠不足的情況下仍保持不變，26 h睡眠剝奪對動態(tài)視力沒有顯著影響，但在實(shí)際的復(fù)雜任務(wù)中的表現(xiàn)仍不清楚。

視覺對比敏感度是視覺系統(tǒng)在明亮對比變化下對不同空間頻率的正弦光柵的識別能力，衡量的是視覺系統(tǒng)辨認(rèn)不同大小的物體時所需的物體表面最低黑白反差的物理量[7]，即衡量低亮度、低對比度視覺條件下的視功能。空勤和海勤等專業(yè)人員的工作特殊性要求他們應(yīng)具有良好的對比敏感度[8]。飛行員在低視覺對比度環(huán)境下(如雨天、大霧等)需要辨別邊界模糊的物體。V.F.Koefoed等[9]采用Vigra-C系統(tǒng)評估60 h睡眠剝奪后對無彩色和彩色(紅與綠、藍(lán)與黃)的對比敏感度研究，在空間頻率2、5.9和11.8 cpd下，在選定的1%統(tǒng)計(jì)顯著性水平下，消色差和色差視覺對比度測量的方差在第1 h和最后24 h試驗(yàn)期間沒有顯著差異，說明長時睡眠剝奪不會導(dǎo)致正常視力的健康受試者在臨床或職業(yè)上對比敏感度的顯著變化，但研究的實(shí)驗(yàn)對象和測量次數(shù)較少，無法證實(shí)結(jié)論的普適性。

視覺空間認(rèn)知定位能力是通過視覺、運(yùn)動等感知覺聯(lián)合對客體的識別，多涉及視覺再認(rèn)、空間定位、軌跡追蹤以及表象轉(zhuǎn)換等高級認(rèn)知加工，對空間作業(yè)能力有很大的影響。吳興曲等[10]在36 h睡眠剝奪前后對青年軍人進(jìn)行視覺空間旋轉(zhuǎn)任務(wù)的事件相關(guān)電位P500的測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)36 h后錯誤率升高近一倍、反應(yīng)時間延長、潛伏期延遲、視覺空間旋轉(zhuǎn)角度的典型線性函數(shù)消失，說明36 h 睡眠剝奪在一定程度上損害了軍人視覺-運(yùn)動聯(lián)結(jié)機(jī)制，從而損害了視覺空間認(rèn)知定位能力。

綜上，飛行員對駕駛艙面板注視區(qū)域重復(fù)觀察，連續(xù)相同的感知刺激將引發(fā)感知衰減，睡眠剝奪將會誘發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)對當(dāng)前注視目標(biāo)的感知延遲性增強(qiáng)，因此需要對睡眠剝奪下的飛行員視覺感知能力延遲過程與節(jié)點(diǎn)做進(jìn)一步研究。

1.1.2 警覺性與注意力下降

目前研究表明，在警覺測試任務(wù)中睡眠剝奪會顯著削弱警覺性，增加任務(wù)反應(yīng)時間。R.P.Renn等[11]使用Flanker任務(wù)和Go/Nogo任務(wù)研究睡眠剝奪對監(jiān)控任務(wù)績效的影響。與對照組相比，保持清醒約34 h的睡眠剝奪組在Flanker任務(wù)上的速度較慢，對照組隨著時間的推移，對錯誤相關(guān)負(fù)電位反應(yīng)中的錯誤表現(xiàn)出習(xí)慣性，但睡眠剝奪組無法適應(yīng)反復(fù)出現(xiàn)的錯誤，把不必要的注意分配給重復(fù)的刺激將進(jìn)一步減少有效信息處理的注意力資源。睡眠剝奪組的參與者對Go刺激的命中率準(zhǔn)確性較低，對Nogo刺激做出錯誤警報反應(yīng)的頻率比對照組高8%。事件相關(guān)電位P300在Flanker任務(wù)中被延遲，在Go/Nogo任務(wù)中減小，反映了注意力的下降。

C.E.Chern-Pin等[12]研究了對于高度認(rèn)知需求的分散注意力任務(wù)，睡眠剝奪是否會造成更大的損傷。在40 h睡眠剝奪過程中，受試者每兩小時完成一項(xiàng)任務(wù)，包括：執(zhí)行聽覺Go/Nogo任務(wù)(aGNG)；同時執(zhí)行聽覺和視覺Go/Nogo任務(wù)(aGNG和vGNG)；同時執(zhí)行聽覺、視覺Go/Nogo任務(wù)和視覺引導(dǎo)電機(jī)跟蹤任務(wù)。在睡眠不足的情況下，所有任務(wù)的表現(xiàn)都有明顯的下降。在aGNG任務(wù)中對Go刺激沒做出反應(yīng)的頻率幾乎是對Nogo刺激反應(yīng)的4倍。在需要分散注意力的跨任務(wù)中，睡眠剝奪組aGNG任務(wù)的失誤比對照組顯著多，表明在睡眠不足的情況下，分散注意力的能力會受到損害。而在雙重任務(wù)和三重任務(wù)中，vGNG任務(wù)上的表現(xiàn)沒有顯著差異，可能是由于視覺追蹤任務(wù)的彩色視覺刺激優(yōu)先引起注意。而G.Dominique等[13]發(fā)現(xiàn)，在24 h睡眠剝奪聽覺變化察覺任務(wù)(Change Detection Task)中聽覺任務(wù)的準(zhǔn)確性和速度受到顯著影響，在正常的睡眠狀態(tài)下，準(zhǔn)確性、平均和中間反應(yīng)時間在特殊頻率出現(xiàn)后均顯著下降，但在睡眠剝奪狀態(tài)下沒有明顯下降。即睡眠剝奪組不太容易將注意力轉(zhuǎn)移到極少發(fā)生的小頻率聽覺刺激上，這意味著其分散注意力明顯受到損害。同時在E-Prime的刺激實(shí)驗(yàn)中，睡眠剝奪24 h后反應(yīng)準(zhǔn)確率更低、反應(yīng)時間更長、失誤更多，說明了警覺性的下降。C.E.Chern-Pin等[12]還發(fā)現(xiàn)睡眠不足導(dǎo)致了視覺運(yùn)動跟蹤精度嚴(yán)重下降，但該研究不能評估分散注意力在其他類型的任務(wù)和認(rèn)知領(lǐng)域的表現(xiàn)是否同樣受到睡眠剝奪的影響。

綜上，飛行中面對的不可控因素繁多，飛行員腦力疲勞會引發(fā)認(rèn)知能力下降，喚醒水平降低。警覺性與注意力最容易受生理狀態(tài)干擾，睡眠剝奪將加速腦力疲勞的發(fā)生，從而加快警覺性與注意力的下降，因此將其作為核心因素進(jìn)行研究。

1.2 睡眠剝奪對執(zhí)行功能的影響

1.2.1 工作記憶削弱

工作記憶是一個基本的認(rèn)知過程，是在短時間內(nèi)對信息進(jìn)行暫時加工和貯存的容量有限記憶系統(tǒng)。A.Baddeley[14]提出工作記憶包括語音存儲、視覺空間存儲、情景存儲和中央執(zhí)行系統(tǒng)，前兩個部分涉及存儲信息，后兩個部分涉及存儲信息的管理和使用。語音部分側(cè)重于處理與語音、閱讀、語言理解和詞匯習(xí)得相關(guān)的聽覺信息，視覺空間組件負(fù)責(zé)處理視覺信息，包括圖像以及物體在空間中的位置。睡眠剝奪會影響語言和視覺空間任務(wù)的表現(xiàn)，這涉及到工作記憶的語音和視覺空間成分。J.D.Angel等[15]采用三級聽覺和視覺n-back任務(wù)研究了5天睡眠不足對工作記憶存儲成分的影響。結(jié)果表明連續(xù)五天每晚睡眠時間4 h會導(dǎo)致工作記憶的語音和視覺空間存儲成分減少，并且睡眠不足對視覺空間的影響比語音效果的影響更顯著，但該結(jié)論還需要對客觀的睡眠參數(shù)和較大的樣本量進(jìn)一步證實(shí)。而G.Dominique等[13]發(fā)現(xiàn)視覺空間工作記憶任務(wù)中，睡眠4 h對視覺空間存儲的表現(xiàn)影響不明顯，而24 h睡眠剝奪則顯著削弱最近出現(xiàn)的記憶圖像的能力，但Y.Hu等[16]稱該能力仍可通過增加注意力和執(zhí)行功能彌補(bǔ)。

綜上，飛行駕駛操作的嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性，勢必需要飛行員保持良好的工作記憶能力，工作記憶是飛行操作判斷與決策的關(guān)鍵成分。隨著長航飛行信息量成倍的增加，睡眠剝奪可能會持續(xù)削弱其工作記憶的加工能力，因此對飛行員工作記憶的視覺成分需要進(jìn)一步研究。

1.2.2 認(rèn)知靈活性衰退

認(rèn)知靈活性是當(dāng)能夠適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)變化以適應(yīng)新情境要求時，保持反應(yīng)定勢的思想和動作的靈活性[17]。認(rèn)知靈活性對在復(fù)雜任務(wù)中盡快適應(yīng)新情境并對新刺激作出反應(yīng)具有重要意義。W.Gevers等[18]采用E-PRIME 2.0軟件的stroop測試研究睡眠剝奪對認(rèn)知控制的影響。他們將stroop測試的表現(xiàn)劃分為三層：第一層為忽略不相關(guān)信息的成功程度(例如選擇性注意)；第二層為自下向上的時序調(diào)制；第三層是自上而下的時序調(diào)制，反映認(rèn)知控制的調(diào)整。在剝奪夜間10 h睡眠和睡眠10 h后，均明確觀察到重復(fù)啟動效應(yīng)，說明自下而上的認(rèn)知加工能力不受睡眠剝奪影響，重復(fù)刺激和反應(yīng)的積極效果仍然保持。然而，沖突適應(yīng)只有在睡眠一晚后才被觀察到，說明剝奪夜間10 h睡眠影響了自上而下認(rèn)知控制，這和T.S.Horowitz等的研究結(jié)果一致[19]，自上而下的沖突適應(yīng)依賴于廣泛的認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)，一方面反映了認(rèn)知資源的不足；另一方面，睡眠剝奪后沖突適應(yīng)效應(yīng)的消失，說明選擇性注意也受到損傷。

綜上，飛機(jī)航行處于復(fù)雜和不確定的環(huán)境，認(rèn)知靈活性是飛行員對緊急情況與指令做出有效決策的根本影響因素。睡眠剝奪將會引發(fā)應(yīng)對認(rèn)知靈活性減弱，從而增加安全風(fēng)險。

2 飛行員睡眠剝奪研究進(jìn)展

2.1 飛行員認(rèn)知決策

飛行員認(rèn)知決策包括飛行感知、決策與執(zhí)行，在飛行中起著至關(guān)重要的作用，是認(rèn)知功能的主要體現(xiàn)。目前針對飛行員認(rèn)知決策主要研究了飛行員的執(zhí)行功能以及飛行事故的預(yù)測因素。執(zhí)行功能對于處理飛行、監(jiān)控發(fā)動機(jī)參數(shù)、規(guī)劃導(dǎo)航、保持最新的態(tài)勢感知、正確適應(yīng)交通和環(huán)境變化以及通過抑制錯誤的行為響應(yīng)來執(zhí)行準(zhǔn)確決策至關(guān)重要。

M.Causse等[20]通過成套神經(jīng)心理學(xué)測驗(yàn)研究了24名飛行員的轉(zhuǎn)換、抑制和刷新三種執(zhí)行功能，并研究了其效率與飛行導(dǎo)航性能以及在關(guān)鍵著陸階段做出相關(guān)決策能力的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)推理能力、工作記憶更新和飛行經(jīng)驗(yàn)是飛行性能的預(yù)測因素，年齡與預(yù)測飛行表現(xiàn)無關(guān)，沒有發(fā)現(xiàn)對處理速度的明顯影響或是對抑制功能的明顯影響，可能是由于使用的測驗(yàn)任務(wù)沒有評估這些能力的因素。

Z.Chua等[21]通過劍橋神經(jīng)心理學(xué)成套測試(CANTAB)的空間工作記憶和空間規(guī)劃及推理任務(wù)研究了老齡化對大腦效率和執(zhí)行功能的影響，發(fā)現(xiàn)25歲以下的年輕飛行員在空間工作記憶方面比50歲以上的老年飛行員更高效。在空間規(guī)劃和推理方面，年齡對表現(xiàn)或大腦激活沒有顯著影響。近兩年的飛行經(jīng)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的表現(xiàn)或大腦激活都沒有顯著影響，但考慮到飛行時間和經(jīng)驗(yàn)的影響，應(yīng)有進(jìn)一步的數(shù)據(jù)來支持這種潛在的關(guān)系。D.O’Hare等[22]研究了1 144名新西蘭飛行員的自我報告數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與飛行事故有關(guān)的失敗原因是沒有選擇合適的目標(biāo)、策略或程序，而這些失敗與認(rèn)知能力喪失、精神狀態(tài)下降、不利的環(huán)境心理?xiàng)l件、來自另一項(xiàng)任務(wù)的干擾和別的飛行員干擾。

飛行員必須同時處理、記憶和檢索大量的視覺和聽覺信息，操作飛機(jī)會產(chǎn)生很高的工作記憶負(fù)荷。C.Mickael等[23]研究了工作記憶負(fù)荷處理語言和聽覺干擾的影響，將視覺-聽覺版本的stroop測驗(yàn)與事件相關(guān)電位和瞳孔測量相結(jié)合，電生理結(jié)果表明，高工作記憶負(fù)荷導(dǎo)致任務(wù)表現(xiàn)下降，瞳孔直徑變大。工作記憶負(fù)荷增加增強(qiáng)了抑制控制，可能是由于對任務(wù)的高度認(rèn)知參與可以減少分心以保證目標(biāo)不受干擾信息的影響和對額外刺激的反應(yīng)[24]。高度工作記憶負(fù)荷會降低飛行員處理、維護(hù)和執(zhí)行口頭指令以及對關(guān)鍵聽覺警報作出反應(yīng)的能力。

認(rèn)知決策是飛行員信息加工的核心環(huán)節(jié)，機(jī)敏的感知與迅速的行為響應(yīng)將保證安全駕駛操作，反之，睡眠剝奪等一系列主客觀因素會對安全駕駛造成重大風(fēng)險。

2.2 飛行員睡眠剝奪對認(rèn)知決策的影響

近年來在睡眠剝奪領(lǐng)域?qū)︼w行員在任務(wù)環(huán)境下認(rèn)知決策表現(xiàn)的研究較少。相關(guān)的研究實(shí)驗(yàn)總結(jié)如表1所示。多數(shù)研究采用了主客觀任務(wù)測量與電生理信號測量結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，研究的重點(diǎn)集中在工作記憶和認(rèn)知表現(xiàn)，但飛行員樣本相對較少，測量任務(wù)也采用其他認(rèn)知任務(wù)代替。A.D.O’Hagan等[25]研究了24 h睡眠剝奪對飛行員情緒、疲勞和任務(wù)能力的影響，發(fā)現(xiàn)自述情緒和主客觀疲勞均明顯增加，認(rèn)知靈活性和手眼協(xié)調(diào)能力隨時間推移顯著下降，主觀壓抑情緒明顯增加。然而，工作記憶和情境意識并沒有受到睡眠剝奪的影響，與其他研究不一致，可能是實(shí)驗(yàn)任務(wù)具有主觀性并且非航空特定任務(wù)。16 h連續(xù)清醒后，認(rèn)知表現(xiàn)明顯下降，表明在這段清醒期后，最佳功能下降。睡眠剝奪致使認(rèn)知表現(xiàn)急劇下降的時長還有待進(jìn)一步研究。Liu Z Q等[26]觀察了32 h持續(xù)睡眠剝奪對模擬飛行的認(rèn)知影響。4名受試者在真實(shí)飛行模擬器上完成加速、減速、俯仰、偏航、傾斜等操作，高度、俯仰角、橫擺角、傾角偏差參數(shù)所示的飛行表現(xiàn)在睡眠剝奪期間有輕微惡化，受試者疲勞感和工作負(fù)荷均增加。睡眠剝奪對眼部運(yùn)動有明顯的影響，瞳孔縮小、掃視振幅降低和掃視速度變慢，平均注視時間顯著增加，這與睡眠剝奪所致的疲勞有關(guān)，說明眼動參數(shù)對睡眠剝奪的敏感性高于飛行性能。但該研究樣本量太小，將飛行表現(xiàn)沒有顯著變化歸因于睡眠剝奪時間太短需要進(jìn)一步證實(shí)。N.Lopez等[27]考察了35 h連續(xù)睡眠剝奪對10名飛行員各種認(rèn)知任務(wù)和模擬飛行中的表現(xiàn)的影響，采用多屬性任務(wù)組(MATB)、心理運(yùn)動警覺任務(wù)(PVT)和操作跨度任務(wù)(OSPAN)評估睡眠剝奪對多任務(wù)能力、警惕性和工作記憶的影響，每隔3 h進(jìn)行模擬飛行。結(jié)果表明在后17 h，所有測試的表現(xiàn)都有所下降，并且PVT和OSPAN得分與飛行表現(xiàn)變化具有良好的相關(guān)性，能夠預(yù)測疲勞狀態(tài)，可以作為此類研究的測試項(xiàng)目。

表1 飛行員認(rèn)知決策相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)

雖然大多數(shù)飛行員在睡眠不足時能保持正常飛行任務(wù)，但很大程度上依賴長時訓(xùn)練和飛行經(jīng)驗(yàn)，而研究也表明，飛行經(jīng)驗(yàn)確實(shí)能幫助飛行員對抗睡眠剝奪帶來的不利影響。但在復(fù)雜工作環(huán)境中，尤其在夜間，睡眠剝奪時間越長，對于要求高度分散注意力的復(fù)雜任務(wù)，主觀努力和認(rèn)知投入不足以阻止睡眠剝奪的損害效應(yīng)[28-29]，盡管可以使用咖啡因或藥物來減緩睡眠剝奪期間的認(rèn)知能力退化，但是可能會對隨后的睡眠有不良影響[30]。同時有研究表明，當(dāng)連續(xù)受限睡眠時間少于4 h，復(fù)雜認(rèn)知能力會嚴(yán)重下降[31]，這為輪班作業(yè)時長提供了一定依據(jù)。

綜上，睡眠剝奪會造成飛行員認(rèn)知靈活性下降、飛行操作表現(xiàn)惡化、視覺加工過程延遲、主客觀疲勞增加、情緒惡化等。目前研究的局限在于實(shí)驗(yàn)對象，非飛行員且樣本量少或?qū)嶒?yàn)任務(wù)非航空特定任務(wù)，在睡眠剝奪時間內(nèi)測量工作能力。飛行環(huán)境中的各種變化和刺激是不確定的，而且飛行員要連續(xù)飛行很長時間，在試驗(yàn)研究中，參與者在規(guī)定的時間里進(jìn)行一定的能力測試，并且有相對充分的放松休息時間，這些因素至少能在一段時間內(nèi)提高后續(xù)的警覺性和表現(xiàn)。所以在研究中觀察到的參與者表現(xiàn)惡化都極有可能在實(shí)際操作中進(jìn)一步復(fù)雜化。一些與飛行員特定任務(wù)相關(guān)的因素，如主觀疲勞、認(rèn)知靈活性和工作記憶特別容易受睡眠剝奪的影響，有必要進(jìn)一步使用更定期的測試時間點(diǎn)、更多樣的航空特定任務(wù)考察更多種的作業(yè)能力情況。

3 飛行員睡眠剝奪研究方向

飛行員必須同時處理、記憶和檢索大量的視覺和聽覺信息，需要忽略不相關(guān)的干擾但又要對意外刺激保持敏感注意，在短時間內(nèi)整合信息做出決策和反應(yīng)，但現(xiàn)有研究在睡眠剝奪的情況下對認(rèn)知決策的研究較少且較寬泛。在睡眠剝奪的情況下，飛行員的感知能力、注意力、忽視與任務(wù)無關(guān)的信息和有效地同時處理多項(xiàng)任務(wù)的能力均將受到影響和損害。

3.1 飛行員感知能力

完全睡眠剝奪對視覺平滑追蹤有一定影響，但仍可通過眼跳來補(bǔ)償；對視覺空間認(rèn)知定位能力有一定損害；對動態(tài)視力和對比敏感度沒有顯著影響；對視聽的持續(xù)注意力、選擇性注意力、分散注意力有顯著損害，削弱了對意外刺激的感知能力。但目前研究的樣本和測量次數(shù)較少，實(shí)驗(yàn)任務(wù)單一，在復(fù)雜多變的飛行任務(wù)環(huán)境中的表現(xiàn)仍不清楚。未來的研究應(yīng)將相關(guān)測試與復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)結(jié)合起來，并對最優(yōu)睡眠量做更多探究，以保證飛行員持續(xù)作業(yè)時認(rèn)知功能的穩(wěn)定。

3.2 飛行員決策能力

飛行員在動態(tài)變化的任務(wù)環(huán)境中需要高度認(rèn)知靈活性，根據(jù)變化的刺激信息刷新工作記憶，有效分配注意資源，正確判斷所處情境并作出決策響應(yīng)。在高度工作記憶負(fù)荷下，睡眠剝奪會損害飛行員認(rèn)知靈活性、工作記憶、注意力，增加疲勞感和惡化精神狀態(tài)，這些認(rèn)知功能的損害可能使飛行員在長時間睡眠剝奪后無法安全有效地面對意外事件。進(jìn)一步的研究有必要探索睡眠剝奪對飛行員在緊急事件以及持續(xù)復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)中的影響。例如當(dāng)艙內(nèi)氣壓、溫度等環(huán)境條件發(fā)生變化或是處于過多刺激條件下，飛行員的感知與認(rèn)知控制能力。

同時在駕駛艙顯示設(shè)計(jì)中要考慮到長時飛行后，飛行員的視知覺能力、警覺性水平、手眼協(xié)調(diào)能力、選擇性注意能力以及情緒狀態(tài)等下降問題，采用多通道警報增強(qiáng)飛行員對危險刺激的感知，開發(fā)自動化調(diào)節(jié)系統(tǒng)減少飛行員多任務(wù)處理的情況，部署可能的技術(shù)用于監(jiān)測和預(yù)測注意力故障以及語音控制等輔助飛行員決策執(zhí)行。

3.3 飛行員執(zhí)行能力

完全睡眠剝奪會使工作記憶的語音和視覺空間存儲成分減少，連續(xù)睡眠不足對視覺空間的影響比語音效果更顯著。視覺空間工作記憶廣度與空間定向能力、空間視覺化能力均有很強(qiáng)的相關(guān)性[32]，未來應(yīng)針對飛行員在睡眠剝奪狀態(tài)下空間定向能力和語言輸出能力做進(jìn)一步的研究，尤其是在復(fù)雜氣象環(huán)境以及高負(fù)荷任務(wù)下的適應(yīng)水平。同時，睡眠剝奪損害了自上而下的認(rèn)知控制，這可能會使飛行員在緊急意外事件中的判斷決策和響應(yīng)執(zhí)行速度下降，在長時間睡眠剝奪后無法安全有效地面對意外事件。而處理外界刺激有關(guān)的自下而上的認(rèn)知加工則不受睡眠剝奪的影響。進(jìn)一步的研究應(yīng)增大樣本數(shù)量，關(guān)注經(jīng)過航空任務(wù)中意外事件訓(xùn)練的飛行員是否能在睡眠剝奪狀態(tài)下更好地進(jìn)行認(rèn)知控制調(diào)整。

4 結(jié)束語

本文通過睡眠剝奪對認(rèn)知機(jī)能的影響，結(jié)合飛行員的實(shí)際駕駛情況，提出在剝奪睡眠下飛行員認(rèn)知決策的影響及解決方向。

目前的研究能夠說明24 h以上的睡眠剝奪對飛行員的認(rèn)知決策有明顯的損害，尤其是視聽注意力、認(rèn)知靈活性、反應(yīng)能力明顯下降，這些認(rèn)知功能的損害可能導(dǎo)致長時飛行時無法安全有效地面對意外風(fēng)險。

但直接對飛行員進(jìn)行睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)的研究較少，研究覆蓋面較窄，對多項(xiàng)重要影響因素鮮少涉及，從而無法獲得更全面、更真實(shí)可信的數(shù)據(jù)。睡眠剝奪后，視聽警報是否需要調(diào)整、如何調(diào)整，復(fù)雜變化的外界環(huán)境和高認(rèn)知負(fù)荷對飛行員在長時間飛行過程中的心理狀態(tài)影響，精神狀態(tài)惡化對感知注意、執(zhí)行能力的影響，如何融合設(shè)計(jì)學(xué)、神經(jīng)醫(yī)學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科進(jìn)行交叉研究為長航時飛行提供人機(jī)兩方面相應(yīng)的對抗策略等因素均需進(jìn)一步研究與探討。