在飛行中閱讀飛行員的思想

上個(gè)月飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在空中飛行32,000英尺后爆炸，飛行西南航空公司1380航班的飛行員安全地將波音737飛機(jī)在費(fèi)城緊急降落。Tammie Jo Shults上尉被稱為英雄，但另一個(gè)不同的飛行員可能無(wú)法做出嫻熟的回應(yīng)?？紤]一下她的想法：在哪里著陸，保持的速度和高度，如何幫助受傷的乘客以及安慰一個(gè)困惑的船員。法國(guó)圖盧茲的ISAE-SUPAERO教授FrédéricDehais博士和飛行安全專家表示，Shults可能正在經(jīng)歷“認(rèn)知超負(fù)荷”。rexel大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程，科學(xué)與健康系統(tǒng)學(xué)院的副研究教授asan Ayaz博士表示，人機(jī)系統(tǒng)的效率和安全性取決于人類(lèi)操作員的認(rèn)知工作量和態(tài)勢(shì)感知。

“不幸的是，許多人機(jī)界面使用戶面臨極端工作負(fù)荷，降低了操作員的注意力，并可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果，”Ayaz說(shuō)。

一個(gè)理想的人機(jī)系統(tǒng)實(shí)際上能夠?qū)崟r(shí)讀取其操作員的想法，知道他或她如何關(guān)注或能夠處理新信息。這樣的系統(tǒng)可能聽(tīng)起來(lái)像科幻電影的材料。但Ayaz和Dehais以及Drexel和ISAE-SUPAERO的一組研究人員現(xiàn)在已經(jīng)使用功能性近紅外光譜儀或fNIRS成功地實(shí)時(shí)測(cè)量了飛行員的大腦活動(dòng)。他們的研究結(jié)果發(fā)表于本周的人類(lèi)神經(jīng)科學(xué)前沿。

與傳統(tǒng)的功能性磁共振成像(fMRI)不同，Drexel的便攜式fNIRS系統(tǒng)就像頭帶一樣佩戴在大型機(jī)器上，使其成為測(cè)量大腦活動(dòng)的理想選擇，同時(shí)學(xué)習(xí)科目在自然中自由移動(dòng)環(huán)境。

fNIRS系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)前額葉皮層的血氧化變化來(lái)測(cè)量“工作中的大腦” - 前額下方涉及認(rèn)知功能的區(qū)域，如解決問(wèn)題，記憶，判斷和沖動(dòng)控制。例如，當(dāng)?shù)谝淮螌W(xué)習(xí)新任務(wù)時(shí)，大腦的這個(gè)區(qū)域被高度激活。然而，隨著您越來(lái)越熟練，這些任務(wù)轉(zhuǎn)移到其他大腦區(qū)域，清除前額葉皮層中的重要資源，以獲得分秒決策等技能。

“令人興奮的是我們現(xiàn)在可以量化這個(gè)，”Ayaz說(shuō)。在飛行場(chǎng)景中，Ayaz設(shè)想飛機(jī)本身可能有一天能夠評(píng)估飛行員的認(rèn)知和情緒狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

為了確定這是否可行，研究人員將28名飛行員分為兩類(lèi)：第一組駕駛真正的飛機(jī)，第二組駕駛飛行模擬器。在這兩種情況下，研究人員監(jiān)測(cè)飛行員的大腦活動(dòng)，因?yàn)樗麄兺瓿闪艘幌盗杏涗浫蝿?wù)，這些任務(wù)來(lái)自預(yù)先記錄的空中交通管制指令，這些指令的難易程度各不相同。

結(jié)果表明，在完成認(rèn)知要求的任務(wù)時(shí)，真實(shí)飛行條件下的飛行員犯了更多的錯(cuò)誤，并且比模擬器中的飛行員具有更高的前額葉皮層激活。

Ayaz說(shuō)，其含義是雙重的。首先，研究人員成功地證明了在現(xiàn)實(shí)飛行情況下監(jiān)測(cè)認(rèn)知工作量的可行性。其次，兩組之間的差異凸顯了“生態(tài)有效”研究的必要性。換句話說(shuō)，單獨(dú)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室中的大腦活動(dòng)可能不會(huì)產(chǎn)生最準(zhǔn)確的結(jié)果。

在未來(lái)，了解飛行員平面相互作用的潛在神經(jīng)認(rèn)知過(guò)程有助于使模擬器更加真實(shí)，并提高飛機(jī) - 飛行員互動(dòng)的安全性和效率。

“我們相信這種方法將為研究航空環(huán)境中的參數(shù)以及最終設(shè)計(jì)更好的機(jī)器開(kāi)辟一個(gè)全新的研究方向，”Dehais說(shuō)。