朱 輝 胡松濤 劉國丹 王海英
(青島理工大學(xué),青島)
全球變暖帶來了越來越多的極端氣候事件,熱浪便是近年來出現(xiàn)非常頻繁的一種氣候事件,給人們的健康帶來了極大挑戰(zhàn),并且熱浪的強度和持續(xù)時間不斷增加[1],導(dǎo)致更頻繁和長期的人體濕熱暴露[2]。因此,人們不得不在濕熱環(huán)境中停留更長時間,可能會導(dǎo)致嚴重的健康問題,包括中暑、脫水、熱射病,甚至死亡,且可能引發(fā)認知能力受損和行為障礙。據(jù)報道,因熱浪事件導(dǎo)致的死亡率[3]和住院人數(shù)[4]逐年增加,尤其是在發(fā)展中國家。
認知能力衰減是濕熱暴露所導(dǎo)致的健康問題的一個重要方面。在以往學(xué)者的研究過程中,常采用客觀認知表現(xiàn)來評價認知能力的變化。認知表現(xiàn)指人體大腦的信息處理效率,由速度、準確性和注意力需求來表示[5]。研究發(fā)現(xiàn),濕熱暴露引起的熱應(yīng)激會影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能,從而導(dǎo)致認知表現(xiàn)降低、認知能力受損。Bruce-Low等人通過試驗研究,指出環(huán)境溫度的升高會引起心率變異性變化,從而提高焦慮水平、損傷情緒和創(chuàng)造力及認知表現(xiàn)[6]。Cui等人[7]和Cian等人[8-9]分別在高溫(32、45 ℃)下進行了反應(yīng)時間和記憶測試,同樣觀察到平均反應(yīng)時間增加了,并且發(fā)現(xiàn)在高溫下短期記憶測試中獲得的最大字符串長度顯著減小。然而,也有少數(shù)研究得出了不同的結(jié)果,如Jiang等人的研究證明,受試者在50 ℃時進行模式匹配測試的正確率與22 ℃時相比沒有顯著變化[10];Vasmatzidis等人的研究表明,在24.8、30.1、31.0、36.3、37.0、44.0 ℃環(huán)境溫度下受試者的總體認知表現(xiàn)未出現(xiàn)顯著變化[11]。
②上統(tǒng)主要分布于測區(qū)東部南岸—三門江林場之間,東南部大塘口附近及廣安—通天巖、柳城鳳山摩天嶺一帶亦有少量分布,巖石地層單位分合山組和大隆組,主要有合山組(P3h)和大隆組(P3d)。
在建筑熱環(huán)境研究領(lǐng)域,物理環(huán)境對人體熱舒適和熱感覺的影響被認為是認知表現(xiàn)變化的原因之一。Lan等人發(fā)現(xiàn)偏熱環(huán)境會顯著降低受試者的熱舒適、加劇病態(tài)建筑綜合征(SBS),從而降低人的認知表現(xiàn)[12]。Liu等人的研究同樣表明,在37 ℃的環(huán)境下進行中度強度運動45 min后,受試者的語義干擾和視覺感知測試的準確性顯著降低,但反應(yīng)速度會變快[13]。Wyon等人總結(jié)了環(huán)境溫度與認知表現(xiàn)的關(guān)聯(lián),提出熱不舒適引起的注意力降低、SBS增強、新陳代謝產(chǎn)熱減弱引起的喚醒水平降低這3個因素會引起認知表現(xiàn)衰減[14]。
除了上述實驗室研究外,在實際沙漠環(huán)境中進行的一項關(guān)于士兵認知能力的實地研究表明,炎熱氣候會引起士兵認知能力受損,尤其是對于需要持續(xù)的注意力、神經(jīng)運動能力、語言記憶和執(zhí)行功能的認知能力[15]。此外針對辦公場所打字員的調(diào)查發(fā)現(xiàn),男性受試者在33 ℃環(huán)境下進行文本輸入時正確率顯著降低[16],在50 ℃時模式識別和空間跨度測試的正確率比20 ℃時顯著降低[17]。
基于以上分析可知,目前的研究發(fā)現(xiàn),濕熱環(huán)境通過影響人的神經(jīng)系統(tǒng)功能,以及人的主觀熱舒適、熱感覺等方面來影響人的認知表現(xiàn),最終導(dǎo)致認知能力損傷。然而,目前的研究往往采用有限種類的任務(wù)(1~3種認知任務(wù))來研究人體認知變化情況,與人們?nèi)粘嶋H面對的多種認知需求存在差距。同時,所采用的濕熱暴露時間有待加長,以便更好地觀察持續(xù)濕熱暴露下的認知變化規(guī)律。此外,由于濕熱暴露的極限性,目前的研究一般以熱暴露居多,關(guān)于濕熱暴露的研究有待補充??紤]到人們在日常工作中可能經(jīng)常面臨多種認知任務(wù)同時刺激,本文選擇了5種不同類型的認知任務(wù),研究持續(xù)暴露于4種不同濕熱環(huán)境中、處理多種認知任務(wù)時受試者認知表現(xiàn)的變化。本文研究的創(chuàng)新性在于采用了多認知任務(wù)持續(xù)刺激的方法來探索濕熱暴露下的認知變化規(guī)律,與研究現(xiàn)狀中的單任務(wù)或1~3種任務(wù)相比,多種認知任務(wù)更加符合人們?nèi)粘I詈凸ぷ髦姓J知需求的真實情況,因此該研究更具實用價值;另外,重點觀察了多認知任務(wù)和濕熱暴露持續(xù)刺激下人體認知表現(xiàn)隨暴露時間的變化規(guī)律,這是目前研究中往往被忽略的方面。在當(dāng)前全球變暖的大背景下,該研究對于深化濕熱環(huán)境暴露下人體的認知表現(xiàn)乃至工作效率的變化規(guī)律的理解,以及認知衰減的環(huán)境干預(yù)技術(shù)等方面具有理論指導(dǎo)意義。
該研究共招募了14名右利手男性受試者,年齡(21.6±1.8)歲、身高(173.1±6.4)cm、體質(zhì)量(64.8±5.5)kg、身體質(zhì)量指數(shù)(21.6±1.2) kg/m2。試驗前對受試者進行全面體檢,排除患有心血管疾病或隱性精神障礙的受試者。試驗前進行一次培訓(xùn),使受試者更好地理解試驗內(nèi)容,尤其是認知任務(wù)的操作。受試者在試驗期間不允許飲酒、食用咖啡因或服藥。在每次測試的前一天,不允許進行劇烈運動。所有的受試者均為自愿參與,并按小時給予報酬。同時所有受試者在試驗前認真閱讀并簽署了知情同意書。該研究已經(jīng)通過倫理審查。
該結(jié)果不同于以往其他關(guān)于人體認知表現(xiàn)的研究。相對認知表現(xiàn)出現(xiàn)U形分布的可能原因為:環(huán)境溫度越高,人體針對環(huán)境應(yīng)激的適應(yīng)性變化出現(xiàn)得越早,以優(yōu)先人體生理層面的平衡,而忽略了認知任務(wù)的優(yōu)先等級;但在出現(xiàn)了認知表現(xiàn)的最低值后,隨著認知任務(wù)的繼續(xù),受試者精神層面可能出現(xiàn)代償效應(yīng),表現(xiàn)為交感神經(jīng)興奮度增高[30],產(chǎn)生了戰(zhàn)斗逃跑效應(yīng)[31];同時,濕熱暴露引起的體溫升高可能引起喚醒水平增高[26],其相對認知表現(xiàn)增高,甚至在150 min時依然未出現(xiàn)衰減趨勢。需要注意的是,第120~150 min(第5段測試)時受試者依然保持較高的認知表現(xiàn),原因也可能與心理層面的扇貝效應(yīng)[25]有關(guān)。此時的高認知表現(xiàn)只可能短時間存在,屬于良性應(yīng)激反應(yīng)[32],在短暫的高認知表現(xiàn)后可能會快速降低。
近年來,我校在教師中倡導(dǎo)和踐行“四有”好老師和“德藝雙馨”教師的標準和理念,對師德建設(shè)工作進行總體規(guī)劃與部署,出臺并實施《教師師德師風(fēng)建設(shè)實施辦法》《教師師德考核辦法》等制度,建立健全考核機制,并將考核結(jié)果作為教師年度考核、職務(wù)聘任和評優(yōu)獎勵的重要依據(jù),實行師德“一票否決制”,以制度和機制保障師德師風(fēng)建設(shè),學(xué)校形成了良好的師德師風(fēng)氛圍。
通過試驗觀察到認知測試結(jié)果(反應(yīng)時間、正確率)隨環(huán)境溫度的變化,并基于此分析了受試者暴露于32、35、38、41 ℃時的認知表現(xiàn)與26 ℃時認知表現(xiàn)的比值(即相對認知表現(xiàn))隨環(huán)境溫度和暴露時間的變化特征。
由圖2a可知,在32、35、38 ℃的濕熱暴露下,受試者的平均反應(yīng)時間均顯著高于26 ℃中性環(huán)境下的基線值;受試者完成各組認知任務(wù)的平均反應(yīng)時間隨環(huán)境溫度的升高而增加,其中35 ℃時的反應(yīng)時間與32 ℃時存在顯著性差異,但環(huán)境溫度高于35 ℃后反應(yīng)時間的增加速率逐漸降低,不再具有顯著性差異。該研究發(fā)現(xiàn)在環(huán)境溫度低于35 ℃時反應(yīng)時間增加的現(xiàn)象與以往的研究結(jié)論一致[12-13],說明環(huán)境溫度的提高加劇了受試者的應(yīng)激水平,導(dǎo)致受試者無法專注于認知測試,需要投入更多的努力才能保證一定的反應(yīng)時間。
濕熱暴露下受試者存在嚴重生理性發(fā)汗,導(dǎo)致的失水可能引起電解質(zhì)失衡,從而導(dǎo)致核心溫度升高。為了排除該影響因素,試驗過程中定時給受試者補充生理鹽水:分別在受試者進入環(huán)境艙、完成每段認知測試后提供200 mL生理鹽水[23]。試驗測試期間嚴格禁止飲水。此外,試驗過程中不允許有行為性熱調(diào)節(jié)活動(如加減衣服、借用風(fēng)扇散熱等)。試驗過程中采用便攜式心肺監(jiān)護儀實時監(jiān)測受試者的心率和呼吸頻次,避免熱應(yīng)激帶來的風(fēng)險。該研究涉及的人體試驗嚴格遵循赫爾辛基宣言(涉及人體受試者的醫(yī)學(xué)研究倫理原則),所有受試者都可以在任何時段退出試驗。
考慮到人們在日常工作中通常需要處理一些具有多種認知需求的任務(wù),因此選擇了5種認知任務(wù)來模擬真實工作,包括Posner Cueing測試(T1)、Deary-Liewald測試(T2)、N-back測試(T3)、Wisconsin Card Sorting測試(T4)、Visual Search測試(T5),它們分別對應(yīng)于注意力、選擇反應(yīng)時間、工作記憶、執(zhí)行功能及神經(jīng)運動速度5類認知能力[19]。這些認知測試通過開源PsytoolKit平臺設(shè)計[20]:通過登錄平臺賬號,調(diào)取這5類認知任務(wù),并按照試驗設(shè)計來確定子任務(wù)T1、T2、T3、T4、T5的順序。認知測試的數(shù)據(jù)(正確率、反應(yīng)時間)的自動獲取也通過該平臺。
對于一個國家,地理信息技術(shù)在大數(shù)據(jù)化的影響下,會對我國的政府的政策方針提供有力支持,每個國家領(lǐng)導(dǎo)人、每個決策執(zhí)行者在需要作出決策時,都需要大數(shù)據(jù)的支持,沒有任何一個決定是在盲目無知的情況下作出的。政府的政策方針關(guān)系著人民群眾的切實利益的關(guān)鍵因素,因此,大數(shù)據(jù)對測繪地理信息服務(wù)的影響是很深遠的。
圖2 認知測試反應(yīng)時間與環(huán)境溫度的關(guān)系
試驗設(shè)計總時長為180 min,包括30 min的濕熱適應(yīng)期和150 min試驗測試期(多認知任務(wù)持續(xù)刺激期)。為了消除受試者之間的相互潛在影響,每組濕熱暴露只有1名受試者進入環(huán)境艙來參與試驗。受試者在試驗前15 min到達實驗室,進入環(huán)境艙進行30 min的濕熱環(huán)境適應(yīng),適應(yīng)期間受試者被要求進行認知測試練習(xí),以消除正式試驗階段由于學(xué)習(xí)效應(yīng)[21]帶來的誤差。150 min的認知試驗測試期平均分為5段,每段任務(wù)包含5種認知測試(子任務(wù)),且每段任務(wù)中子任務(wù)的順序不同并遵循拉丁方設(shè)計[22],以消除子任務(wù)順序可能產(chǎn)生的影響。4種濕熱環(huán)境下,各段任務(wù)的測試內(nèi)容為:第1段0~30 min(T1、T2、T5、T3、T4);第2段30~60 min(T2、T3、T1、T4、T5);第3段60~90 min(T3、T4、T2、T5、T1);第4段90~120 min(T4、T5、T3、T1、T2);第5段120~150 min(T5、T1、T4、T2、T3)。在每組溫度的濕熱暴露下,每名受試者將在大約20 min內(nèi)完成每段試驗測試任務(wù),此后他們有近10 min的休息時間,然后開始下一段認知測試,直至主動放棄。當(dāng)每位受試者在每組濕熱暴露溫度下完成所有5段測試并離開環(huán)境艙后(亦可主動放棄提前離開),下一位受試者才能進入環(huán)境艙開始該濕熱環(huán)境下的暴露試驗。試驗流程如圖1所示。
由圖2b可以看出,受試者完成各段任務(wù)所需時間的次序為:第1~3段任務(wù)反應(yīng)時間依次遞增,之后第4段任務(wù)的平均反應(yīng)時間降低至第1段的水平,第5段任務(wù)的平均反應(yīng)時間最短??紤]到每段認知測試采用了拉丁方設(shè)計來排除序列的影響,同時考慮到正式試驗開始前受試者已經(jīng)適應(yīng)濕熱環(huán)境和練習(xí)過認知任務(wù),可以排除學(xué)習(xí)效應(yīng)對反應(yīng)時間的影響[24],因此可以推斷受試者在正式試驗中每段30 min有限的時間內(nèi)完成測試時,具有較明顯的時間壓力,導(dǎo)致在前3段任務(wù)的反應(yīng)時間逐漸增加。在前3段任務(wù)后,反應(yīng)時間逐漸回落到第1段的水平,說明受試者已經(jīng)適應(yīng)時間壓力。第5段測試的平均反應(yīng)時間最短,這可以采用扇貝效應(yīng)[25]進行解釋,即受試者了解了即將完成最后1段測試離開該濕熱環(huán)境,投入了更多的主觀努力,因此反應(yīng)時間變短。但不排除受試者無法耐受該濕熱環(huán)境,通過犧牲正確率來獲得較短的反應(yīng)時間,從而達到加速完成測試而逃離濕熱暴露的目的,此時反應(yīng)時間的縮短必須結(jié)合正確率來綜合分析。
圖3顯示了受試者完成各組認知測試的平均正確率隨環(huán)境溫度的變化。由圖3a可知:不同環(huán)境溫度下各段任務(wù)的平均正確率均低于26 ℃時的,并且隨著環(huán)境溫度的升高,平均正確率均出現(xiàn)持續(xù)降低;但當(dāng)環(huán)境溫度高于35 ℃后,降低程度不具備顯著性;41 ℃時的正確率雖然下降幅度大,但是樣本量有限,本文不進行分析。
圖3 認知測試正確率與環(huán)境溫度的關(guān)系
由圖3b可知,受試者完成各段認知任務(wù)正確率的次序為:第1~3段任務(wù)(0~90 min)的正確率依次降低,第4段任務(wù)(90~120 min)的平均正確率開始回升至第2段(30~60 min)的水平,第5段任務(wù)(120~150 min)的平均正確率最高。結(jié)合圖2b的分析,第5段任務(wù)的認知測試平均反應(yīng)時間最短、平均正確率也最高,意味著此時受試者具備較高的認知水平,其原因從心理學(xué)層面可歸因于扇貝效應(yīng)[25];從生理學(xué)的角度,可能是因為高溫環(huán)境在一定程度上提高了受試者的體溫,導(dǎo)致了較高的喚醒水平[26],此時反而具有相對較高的認知能力。
該研究中認知表現(xiàn)的計算方法可參考文獻[27]。將計算得到的認知表現(xiàn)與26 ℃時的基線認知表現(xiàn)相比,其比值即為各濕熱環(huán)境下受試者的相對認知表現(xiàn)。相對認知表現(xiàn)與環(huán)境溫度的關(guān)系見圖4。由圖4可知:受試者在32~41 ℃的環(huán)境暴露下,相對于26 ℃中性環(huán)境,認知表現(xiàn)隨環(huán)境溫度升高而降低;尤其是環(huán)境溫度從32 ℃升到35 ℃時,相對認知表現(xiàn)從93.4%下降到92.1%,并且下降程度具有顯著性(p<0.05);當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高時,相對認知表現(xiàn)持續(xù)降低,但下降程度在統(tǒng)計學(xué)上不具備顯著性。需要注意的是,在41 ℃的環(huán)境溫度下僅有3名受試者完成了前3段的認知任務(wù),因此41 ℃條件下的認知變化規(guī)律有待進一步研究。
圖4 相對認知表現(xiàn)與環(huán)境溫度的關(guān)系
1.農(nóng)技推廣工作經(jīng)驗豐富,熱心園藝技術(shù)推廣,熟悉當(dāng)?shù)貓@藝產(chǎn)業(yè)狀況和園藝科技應(yīng)用情況,有一定的寫作能力。
圖5顯示了相對認知表現(xiàn)隨暴露時間的變化。由圖5可知:相對認知表現(xiàn)隨暴露時間呈近似U形分布;環(huán)境溫度越高,U形曲線的最低點出現(xiàn)越早,在32 ℃環(huán)境溫度下,認知表現(xiàn)最低點出現(xiàn)在約115 min,35 ℃環(huán)境溫度時出現(xiàn)在約85 min,而38 ℃時則出現(xiàn)在70 min左右。
圖2給出了受試者在4種濕熱環(huán)境和中性環(huán)境下進行各組認知測試的平均反應(yīng)時間與環(huán)境溫度的關(guān)系。由于在41 ℃的環(huán)境暴露下,僅有3名受試者完成了前3段認知測試(0~90 min),因此僅在圖2中給出41 ℃的結(jié)果,而未對該條件下的結(jié)果進行討論。
圖5 相對認知表現(xiàn)與暴露時間的關(guān)系
該研究在4種環(huán)境溫度(32、35、38、41 ℃)下進行,相對濕度均為70%,并選擇ANSI/ASHRAE Standard 55-2020[18]推薦的溫度26 ℃、相對濕度60%的熱中性環(huán)境作為基線環(huán)境條件,用于對比濕熱暴露下認知表現(xiàn)的變化。試驗所需的濕熱環(huán)境由環(huán)境艙營造,其尺寸為4 000 mm×3 600 mm×4 250 mm(長×寬×高),可保證溫度偏差在±0.5 ℃以內(nèi),相對濕度偏差在±3%以內(nèi)。
產(chǎn)生圖4中現(xiàn)象的原因可能有兩方面:首先,該研究發(fā)現(xiàn)的認知表現(xiàn)隨環(huán)境溫度升高而降低的現(xiàn)象與之前的研究結(jié)果一致[28-29],因此可以推斷環(huán)境溫度對認知表現(xiàn)具有負面作用;其次,當(dāng)環(huán)境溫度高于35 ℃后認知表現(xiàn)的降低并未出現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)上的顯著性,其原因可能在于環(huán)境溫度高于35 ℃后,身體的環(huán)境應(yīng)激水平出現(xiàn)適應(yīng)性改變以保證生理層面的平衡(如加強自主性熱調(diào)節(jié)),此時認知水平的保持不再是人體的首要選擇。因此環(huán)境溫度35 ℃以上時受試者的平均相對認知表現(xiàn)顯著低于32 ℃時的水平。
該研究采用試驗方法探索了濕熱環(huán)境持續(xù)暴露時多種認知任務(wù)刺激下人體認知表現(xiàn)的變化。該研究最突出的發(fā)現(xiàn)為:人的認知表現(xiàn)并不會在持續(xù)濕熱暴露下隨暴露時間單調(diào)地降低。
假期回國,我突然發(fā)現(xiàn)母親有時候做菜淡,有時候做菜咸。她平靜地說,味覺退化了。那一刻,我第一次發(fā)現(xiàn)——父母親是會老的,而我陪伴他們,和他們一起吃一頓飯,或者親自給他們做一頓飯的時間竟然是那么有限。而當(dāng)我回家了,有出息了,能請他們吃上山珍海味的時候,他們恐怕已經(jīng)不在乎那些珍饈奇味了。
1) 受試者的平均反應(yīng)時間隨環(huán)境溫度的升高而增加,而平均正確率則隨環(huán)境溫度的升高而降低,但在35~38 ℃時降低速率開始變得平緩。
面向自然災(zāi)害的應(yīng)急物聯(lián)網(wǎng)要求具有遠距離通信、局域網(wǎng)自組網(wǎng)、精確定位等功能.在遠距離通信方面,針對進入受災(zāi)區(qū)域的大量人員、無人搜救設(shè)備一般具有運動性強和活動范圍廣的特點,受災(zāi)區(qū)域前期物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中未失效的信息感知節(jié)點分散而孤立的特點,以及上述所有全信息感知設(shè)備異構(gòu)的特點,在缺少地面固定通信基站的情況下,研究受災(zāi)區(qū)域全信息可靠、節(jié)能地遠距離傳輸方法是必要的.
2) 認知試驗前3段的平均正確率持續(xù)降低、平均反應(yīng)時間持續(xù)變長,但在后2段正確率開始回升、平均反應(yīng)時間也逐漸變短。
目前所做的酒店項目基本都要求接入RCU客控系統(tǒng),通過將客控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)接入前臺PMS系統(tǒng)中,以實現(xiàn)根據(jù)客房入住情況對客房內(nèi)空調(diào)的遠程控制。當(dāng)客房為空置狀態(tài),風(fēng)機盤管就會切換到低速運轉(zhuǎn)狀態(tài),客房溫度會保持在低于酒店正常舒適一定范圍內(nèi),實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能;當(dāng)有客人入住時,風(fēng)機盤管將切換到高速運轉(zhuǎn)狀態(tài),以盡快將客房溫度調(diào)節(jié)到正常舒適的范圍;客人入住后,為滿足不同客人的個性化需求,風(fēng)機盤管面板權(quán)限為開放狀態(tài),方便客人手動調(diào)節(jié)使用。
3) 平均相對認知表現(xiàn)隨環(huán)境溫度的升高呈降低趨勢,但比較意外的是,研究發(fā)現(xiàn)相對認知表現(xiàn)在整個暴露時段內(nèi)呈U形分布,且環(huán)境溫度越高,U形曲線最低點(即認知水平最低點)對應(yīng)的時間越靠前。相對認知表現(xiàn)在暴露時間后段的升高可能與高溫引起的喚醒水平增高,以及扇貝效應(yīng)、戰(zhàn)斗逃跑效應(yīng)等心理因素有關(guān)。
該研究對濕熱暴露中人的認知能力、工作效率的評價,工作計劃的科學(xué)制定具有理論指導(dǎo)意義,如借鑒該試驗方法可對長期濕熱暴露人群的認知能力進行評測,判斷其繼續(xù)工作的可行性?;蛘哂糜跐駸岜┞断氯说墓ぷ饔媱澋目茖W(xué)制定,保證作業(yè)人員在作業(yè)期間認知最低點前移,從而確保大部分工作時間處于高認知水平期,以保障較高的工作效率。
該研究的局限在于:選擇了14名右利手年輕男性受試者作為試驗樣本。一方面試驗樣本量有限,所得到的認知變化規(guī)律需要經(jīng)過更大樣本量的試驗驗證;另一方面,由于樣本均為男性受試者,因此結(jié)論的普適性有待考證,是否對左利手、不同性別、不同年齡的群體適用,還需要在未來的研究中進行補充。