失事潛艇環(huán)境應(yīng)激源對艇員認(rèn)知能力影響的研究進(jìn)展

呂傳祿，仇順海，陳杰，王世鋒

美軍認(rèn)為潛艇失事事件發(fā)生后最安全的策略是艇內(nèi)生存待援，當(dāng)情況惡化到必須脫險的程度時，幸存艇員才會適時執(zhí)行逃生行動［1］。因此，失事潛艇艇員的生存可能性很大程度上取決于失事后各項生存任務(wù)的執(zhí)行以及逃生時機的科學(xué)決策［2］，而這要求幸存艇員具有較高水平的認(rèn)知能力。本文根據(jù)美軍的相關(guān)研究，討論了失事潛艇認(rèn)知能力需求及其與環(huán)境應(yīng)激源的相關(guān)性，并提出后續(xù)研究建議。

1 失事潛艇艇員認(rèn)知能力需求

美軍通過文獻(xiàn)［3］分析提出了失事潛艇艇員執(zhí)行艇內(nèi)生存任務(wù)所需的6 項主要認(rèn)知能力。

1.1 精神運動能力

精神運動能力對于需要靈活性、協(xié)調(diào)能力或運動的任務(wù)是至關(guān)重要的。潛艇失事后，幸存艇員在使用艇內(nèi)生存裝備時必須具有足夠的精神運動能力，精神運動能力受損會影響艇員手部力量和協(xié)調(diào)能力，引發(fā)操作失誤。例如，不慎撕裂氫氧化鋰簾，導(dǎo)致有害的氫氧化鋰粉塵泄露［4］。

1.2 注意力與警覺性

注意力是個體集中于特定刺激或信息的能力，警覺性是個體持續(xù)關(guān)注某一任務(wù)的能力。失事潛艇中，艇員不僅需要持續(xù)監(jiān)測周圍環(huán)境的風(fēng)險，還要迅速就某一危險事件做出正確反應(yīng)。注意力和/或警覺性一旦下降，艇員就可能忽略新出現(xiàn)的風(fēng)險，例如，無法察覺突然出現(xiàn)的火花，或者無法集中精力計算逃生時機［5］。

1.3 記憶能力

記憶是編碼、存儲和回憶信息的能力，通常分為長期記憶和短期記憶，以及在形成短期記憶之前臨時存儲和操作信息的工作記憶。潛艇失事后，幸存艇員必須回憶存儲在長期記憶中的信息（如平時的培訓(xùn)內(nèi)容），并利用工作記憶和短期記憶來編碼新的信息。記憶能力缺損的艇員可能無法快速利用失事潛艇警衛(wèi)手冊或相關(guān)培訓(xùn)中的信息，導(dǎo)致操作失誤。

1.4 數(shù)學(xué)處理能力

失事潛艇幸存艇員需要完成一系列數(shù)學(xué)計算以確定空氣污染物的積累水平和計算可停留時間。計算結(jié)果失誤可能會導(dǎo)致逃生時機選擇錯誤，危及艇員的生命安全。

1.5 決策能力

盡管美軍失事潛艇警衛(wèi)手冊中列出了生存決策相關(guān)的客觀標(biāo)準(zhǔn)，但手冊中不可能涵蓋所有情況，幸存艇員需要對手冊規(guī)定之外的情況做出相應(yīng)決策。決策是一種更為高階的認(rèn)知任務(wù)，與認(rèn)知靈活性和冒險/沖動相關(guān)。潛艇失事后，幸存艇員需要執(zhí)行種類不同的任務(wù)，適時將注意力轉(zhuǎn)移到需要關(guān)注的任務(wù)上，這就要求艇員具備較高的認(rèn)知靈活性。認(rèn)知靈活性受損會降低艇員綜合評估自身狀況、權(quán)衡多種行動方案和選擇最優(yōu)生存計劃的能力。

1.6 情緒控制能力

情緒狀態(tài)對維持艇員士氣至關(guān)重要。潛艇失事后，幸存艇員強烈的緊張情緒或憤怒情緒可能會導(dǎo)致人際沖突和指揮鏈的崩潰。

2 失事潛艇環(huán)境應(yīng)激源對艇員認(rèn)知能力的影響

2.1 溫濕度變化

不同失事環(huán)境會導(dǎo)致艙室溫度的不同變化。一般來說，潛艇失事后艙室溫度會經(jīng)歷持續(xù)數(shù)天的逐漸升高；若發(fā)生火災(zāi)，則可能會導(dǎo)致艙室溫度驟然升高；若低溫海水進(jìn)入艙室，且幸存者的數(shù)量較少，艙室溫度也可能會下降［6］。美國海軍失事潛艇警衛(wèi)手冊中沒有與溫度變化相關(guān)的逃生規(guī)定。

2.1.1 溫度升高 急性熱應(yīng)激最可能影響復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)的表現(xiàn)，如工作記憶和警覺性［7］。此外，暴露在高溫下的個體會低估潛在風(fēng)險，表現(xiàn)出更多的冒險傾向［8］。冒險傾向會讓艇員放棄最安全的行動策略，例如在未達(dá)到逃生時機前貿(mào)然執(zhí)行相對危險的逃生行動。熱應(yīng)激還可能會對情緒和士氣產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致產(chǎn)生攻擊性、敵意、抑郁、易怒等。失事潛艇環(huán)境最可能發(fā)生的持續(xù)數(shù)日的漸進(jìn)式熱應(yīng)激對認(rèn)知的影響尚不明確。

2.1.2 溫度下降 若低溫海水進(jìn)入艙室，幸存艇員有可能出現(xiàn)浸入式冷暴露。急性暴露于10 ℃時工作記憶、選擇反應(yīng)時間和執(zhí)行能力下降［9］。持續(xù)性低溫會導(dǎo)致精神混亂、肌肉不協(xié)調(diào)和記憶損傷現(xiàn)象。其中，記憶損傷主要表現(xiàn)在新學(xué)習(xí)信息的保留和回憶方面，這與失事后艇員生存直接相關(guān)，因為大多數(shù)潛艇艇員不會提前學(xué)習(xí)失事潛艇警衛(wèi)手冊，需要臨時學(xué)習(xí)接受新的信息。此外，冷水暴露導(dǎo)致的認(rèn)知能力受損不會隨著體溫恢復(fù)而立即恢復(fù)。在艇員冷暴露后，即使采取措施也不會立即逆轉(zhuǎn)冷暴露引起的認(rèn)知能力下降。

2.1.3 濕度升高 濕度水平與認(rèn)知能力相關(guān)性的研究很少，且多是關(guān)于辦公室和學(xué)校等環(huán)境的報道。一般來說，高溫暴露下濕度下降會顯著提高認(rèn)知準(zhǔn)確性［10］。但濕度單因素對認(rèn)知影響的研究匱乏，失事潛艇環(huán)境下的濕度對幸存艇員認(rèn)知的影響也需要進(jìn)一步研究。

2.2 大氣組分變化

2.2.1 氧水平降低 潛艇失事后，艇內(nèi)氧氣水平可能會持續(xù)性逐漸下降［11］。缺氧會導(dǎo)致注意力、警覺性、工作記憶、短期記憶、學(xué)習(xí)能力及推理能力的下降［12］。由于長時間暴露在低氧環(huán)境會誘發(fā)人體對低氧水平的適應(yīng)，潛艇失事后氧氣水平逐漸下降，艇員認(rèn)知能力可能會經(jīng)歷最初的下降和適應(yīng)后的逐漸恢復(fù)［13］。然而，由于氧氣水平并不是穩(wěn)定不變的，因此其適應(yīng)能力還不明確。此外，缺氧環(huán)境中的體力消耗（例如，滅火）可能會加重認(rèn)知能力下降。相反，在狀況相對穩(wěn)定的失事潛艇中，艇員能夠保持靜息狀態(tài)，缺氧對認(rèn)知的不利影響有可能減輕、延遲或消除。

2.2.2 二氧化碳水平升高 潛艇失事后，艇內(nèi)二氧化碳水平有可能逐漸升高［14］。高水平二氧化碳暴露與認(rèn)知之間的關(guān)系仍存在爭議。一些研究發(fā)現(xiàn)，二氧化碳水平升高可能會損害認(rèn)知能力，包括決策、注意力、心理效能和數(shù)學(xué)處理。例如，1945 年對旗魚號（SS-192）潛艇的研究發(fā)現(xiàn)暴露于3%的二氧化碳水平會導(dǎo)致心理效能、注意力和思考能力受損。而1953 年在阿道鱈號（SS-231）潛艇上暴露于1.5% 二氧化碳42 d 的艇員，并未表現(xiàn)出問題處置、復(fù)雜運動協(xié)調(diào)、感覺辨別或警覺性方面的能力下降［15］。美國海軍潛艇醫(yī)學(xué)研究實驗室在實驗室研究中也未觀察到暴露于1.5% 二氧化碳水平時艇員決策能力的變化。對失事潛艇最高濃度為6% 的二氧化碳對認(rèn)知能力影響的研究未見報道。

2.2.3 空氣污染物 失事潛艇中已確定可能存在9 種空氣污染物：氨氣、一氧化碳、氯、氯化氫、氰化氫、硫化氫、氫氧化鋰、二氧化氮和二氧化硫［16］。其中大多數(shù)是由于火災(zāi)產(chǎn)生的。有研究報道，短時大劑量氨暴露可能對認(rèn)知產(chǎn)生負(fù)面影響，低劑量氨暴露對認(rèn)知能力無顯著影響［17］，但類似失事潛艇艇員可能面臨的氨暴露水平（125 ml/m3，24 h）對認(rèn)知的影響尚不清楚。一氧化碳暴露對認(rèn)知能力影響的研究結(jié)果并不一致，有研究提出一氧化碳暴露會導(dǎo)致警覺性下降，也有研究發(fā)現(xiàn)高達(dá)250 ml/m3一氧化碳暴露對警覺性、記憶或數(shù)學(xué)處理能力也沒有影響，類似失事潛艇艇員可能面臨的一氧化碳暴露水平（150 ml/m3，24 h）對認(rèn)知的影響尚無研究。工業(yè)事故中高濃度氯急性暴露會導(dǎo)致記憶力、注意力、表達(dá)能力、精神運動能力、解決問題能力、視覺、前庭和聽覺缺陷，但其濃度遠(yuǎn)超過艇員在失事潛艇環(huán)境中的暴露濃度，失事潛艇氯暴露對艇員認(rèn)知能力的影響還需要進(jìn)一步的研究驗證。氯化氫并不能直接影響認(rèn)知能力，吸入氯化氫有可能對組織器官產(chǎn)生腐蝕作用，引起疼痛導(dǎo)致無法對任務(wù)保持持續(xù)關(guān)注。高水平氰化氫急性暴露（500～625 ml/m3）可導(dǎo)致頭暈、困惑、不安和焦慮，但其濃度遠(yuǎn)超過艇員在失事潛艇環(huán)境中的暴露濃度。有研究表明急性暴露于低濃度的硫化氫（0.05～5 ml/m3）會降低語言學(xué)習(xí)能力，提示硫化氫可能會影響失事潛艇艇員認(rèn)知能力。材料安全數(shù)據(jù)表明，攝入氫氧化鋰可能通過誘發(fā)頭痛、震顫、定向障礙、意識混亂、易怒和注意力受損進(jìn)而影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但并沒有人體受試者認(rèn)知效應(yīng)的研究報道。成年人暴露在二氧化氮水平大于0.02 ml/m3的多因素復(fù)合環(huán)境下有記憶能力下降現(xiàn)象，然而，該研究并非二氧化氮對認(rèn)知能力影響的單因素分析，且長達(dá)數(shù)月乃至數(shù)年的慢性暴露與失事潛艇艇員的經(jīng)歷并不相同。二氧化硫與其他空氣污染物（一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳和甲烷碳?xì)浠衔铮┞?lián)合暴露與注意力和情緒控制能力降低有關(guān)，但未見評估二氧化硫暴露對認(rèn)知獨立影響的研究。

2.3 艙室壓力上升

2.3.1 氧分壓升高 氧分壓與認(rèn)知能力關(guān)系的研究較少且結(jié)果并不一致。總的來說，氧分壓升高可能導(dǎo)致認(rèn)知障礙，但當(dāng)壓力恢復(fù)正常時認(rèn)知障礙迅速恢復(fù)。迄今為止，還無法確定認(rèn)知障礙是由氧麻醉還是氧中毒引起的。關(guān)于在潛艇失事期間可能發(fā)生的氧分壓增加對認(rèn)知的影響需要進(jìn)一步研究。

2.3.2 氮分壓增加 呼吸高氮分壓空氣會導(dǎo)致氮麻醉，導(dǎo)致情緒和行為的改變。與氮麻醉相關(guān)的認(rèn)知缺陷包括計算錯誤、記憶障礙、精神運動失調(diào)、精神活動減慢、警覺性受損、推理能力下降、疼痛感知減少及莫名的興奮和欣快感，甚至產(chǎn)生虛假的幸福感，危及應(yīng)急情況下的行為能力［18］。然而，可能出現(xiàn)氮麻醉的壓力一般大于4 ATA，這接近于失事潛艇艇員逃生最大壓力限值，因此，可以推斷氮麻醉對失事潛艇艇員生存影響不大。

2.4 弱光照明

大多數(shù)失事潛艇無法供應(yīng)正常的電力，而潛艇失事后許多認(rèn)知任務(wù)需要足夠的照明，較弱的應(yīng)急照明可能會對艇員的情緒產(chǎn)生負(fù)面影響，誘發(fā)抑郁和精神運動功能障礙［19］。而抑郁情緒狀態(tài)可能會導(dǎo)致判斷能力、記憶能力和信息處理能力受損。此外，短時照明剝奪有可能會改善非視覺領(lǐng)域的表現(xiàn)，失事事件中的一些非視覺任務(wù)（例如，收聽救援隊伍敲擊信號）反而可能受益。

2.5 低噪聲水平

潛艇失事時，環(huán)境噪聲會保持在較低水平。這種持續(xù)性低噪聲水平對認(rèn)知的影響并不清楚。一般來說，背景噪聲會分散人員執(zhí)行任務(wù)的認(rèn)知資源，導(dǎo)致視覺/聽覺注意力下降［20］。而且，低水平噪聲也會導(dǎo)致低興奮感和強烈的無聊感，從而誘導(dǎo)認(rèn)知能力下降?？偟膩碚f，低水平背景噪聲對認(rèn)知能力的影響可能取決于艇員睡眠狀況、噪聲發(fā)生時間、周圍照明環(huán)境和環(huán)境溫度。此外，噪聲和環(huán)境溫度之間存在相互作用，而失事潛艇環(huán)境中低水平噪聲和高溫經(jīng)常共存，因此需要進(jìn)一步開展相關(guān)研究。

2.6 輻射

盡管潛艇失事很少發(fā)生放射性泄漏，但若核反應(yīng)堆破壞嚴(yán)重可能導(dǎo)致艇員暴露在強輻射中。急性輻射暴露可以導(dǎo)致智力下降、效率降低和精神運動減慢的遠(yuǎn)期效應(yīng)。輻射暴露后對認(rèn)知能力的短期影響尚不明確。

3 失事潛艇艇員認(rèn)知能力研究展望

總的來說，失事潛艇的一些環(huán)境應(yīng)激源會對艇員的認(rèn)知能力產(chǎn)生影響，如溫度升高或降低、氧氣水平降低、二氧化碳水平升高、氧分壓和氮分壓增加等。但失事潛艇環(huán)境或類似環(huán)境下特殊應(yīng)激源對幸存艇員認(rèn)知能力影響的研究還存在許多空白，需要開展進(jìn)一步研究。

3.1 失事潛艇特殊環(huán)境應(yīng)激源對認(rèn)知能力影響的研究

理想狀態(tài)下，艇員在失事潛艇中要生存數(shù)天時間以等待救援，但相應(yīng)的環(huán)境應(yīng)激暴露與其他環(huán)境有很大差異。因此，應(yīng)當(dāng)針對失事潛艇特有的環(huán)境應(yīng)激暴露，進(jìn)行環(huán)境應(yīng)激單因素認(rèn)知能力影響的研究［21-23］：持續(xù)數(shù)日并逐漸升高的艙室溫度對認(rèn)知能力的影響；持續(xù)性高濕度環(huán)境對認(rèn)知能力的影響；持續(xù)數(shù)日并逐漸降低的氧氣水平對認(rèn)知的影響；持續(xù)數(shù)日并逐漸升高的二氧化碳水平對認(rèn)知的影響；失事潛艇空氣污染物對認(rèn)知的影響；不同照明持續(xù)性暴露對認(rèn)知的影響；持續(xù)性高壓暴露對認(rèn)知的影響；長期低水平噪聲對認(rèn)知的影響。

3.2 失事潛艇復(fù)合應(yīng)激源對認(rèn)知能力影響的研究

失事潛艇可能會發(fā)生一系列特殊事件，如艙室進(jìn)水、火災(zāi)、核泄露等。這些特殊事件可能會導(dǎo)致環(huán)境應(yīng)激的復(fù)合作用。艙室進(jìn)水可能導(dǎo)致冷水浸泡、高壓環(huán)境、空氣污染物等；火災(zāi)會導(dǎo)致高溫、煙霧和空氣污染物等；核泄露不僅會導(dǎo)致強輻射水平，還經(jīng)常伴隨艙室進(jìn)水及其他事件。因此，應(yīng)當(dāng)緊貼潛艇失事特殊環(huán)境，開展基于預(yù)設(shè)場景的復(fù)合應(yīng)激源對認(rèn)知能力影響的研究。

3.3 艇內(nèi)生存能力提升針對性研究

基于環(huán)境應(yīng)激對認(rèn)知能力影響的研究成果，優(yōu)化失事潛艇生存方案，改進(jìn)生存裝備。一是研制環(huán)境應(yīng)激應(yīng)對裝備，如失事后應(yīng)急照明裝備、氣體控制技術(shù)與裝備；二是降低對艇員的認(rèn)知能力需求，如改進(jìn)氣體監(jiān)測方式，優(yōu)化逃生決策計算方法；三是制定針對性特情訓(xùn)練方案，開發(fā)不同特情場景的模擬訓(xùn)練方案［24］，通過適應(yīng)性訓(xùn)練提升艇員對失事環(huán)境的適應(yīng)性；四是嘗試將失事環(huán)境適應(yīng)性訓(xùn)練與艇員逃生訓(xùn)練相結(jié)合，提升艇員應(yīng)對失事事件的綜合能力。