航天监控任务中脑力疲劳对人误的作用途径研究

This project based on the tasks of astronaut in the space flight, such as space monitoring task, urgent event processing, applying the research method that combines the theoretical analysis and experimental research, and then integrating several data sources such as EEG signal, brain blood oxygen, brain blood volume, eye movement, blood, saliva, performance of behavior. This research will find out the pathway that the mental fatigue changes performance shaping factors in physiology, psychology, behavior aspect and further lead to human error. The final goal of this research is establishing the frame of the model that express association between mental fatigue and human error. The research consist of choosing the method that induce human error, establishing performance shaping factors, doing the experiment that induce the error under mental fatigue to get important data, applying the physiological signal analysis and the data analysis methods to find out the pathway that mental fatigue lead to error.This research can find out the reason that mental fatigue lead to human error to supply the method for human error analysis and provide the method and theoretical support for design that can prevent error with planning task and dynamical adjust.

本课题以航天员空间飞行任务为背景，如航天监控作业、应急事件处理等。应用理论分析与实验研究相结合的研究手段，融合脑电信号、脑血氧、脑血流、眼动数据、血液、唾液、行为绩效等多类数据，从生理、心理、行为三个层面研究脑力疲劳如何改变绩效影响因子的特性、进而导致人误的作用途径。研究的最终目标是初步建立脑力疲劳与人误关联模型的框架。主要内容包括：建立脑力疲劳与人误诱发方法，建立脑力疲劳相关的绩效影响因子集，开展脑力疲劳状态下的人误诱发实验、获取相关数据，应用生理信号分析方法以及多种数据分析方法，探索脑力疲劳导致人误的作用途径。该项研究可初步明确脑力疲劳与人误的内在联系，明确相关的作用途径，为人误分析与预测提供思路借鉴，可从任务规划、动态安排方面为防误操作设计提供方法与理论支持。

以监控作业为研究对象，初步探索航天监控任务中脑力疲劳对人误的作用途径，为后续建立人误预测分析模型提供理论基础，为降低疲劳导致的人误事件提供干预方法、理论支持和数据基础。研究内容包括：脑力疲劳状态下持续性注意能力与错误处理的关联研究，结果表明：疲劳状态下ERN幅值显著降低，错误处理能力受损，Fz， FC1， FC2， 和Cz 4个导联的ERN幅值与注意、疲劳状态显著相关，暗示持续性注意能力与错误处理能力密切相关，持续性注意能力下降可能是导致错误处理能力受损的一个重要原因。采用100分钟2-back工作记忆实验范式，将100分钟脑电等分为10段，分别提取10段脑电的ERN和CRN特征，同时分析了主观问卷和绩效数据。结果表明：从第6段开始错误率较第1段显著增加，暗示疲劳程度对能力的影响可能是从第6段开始的。ERN和CRN幅值成对比较结果表明，ERN幅值从第7段开始显著下降，CRN从幅值从第6段开始显著下降。ENR幅值在第8段存在回调。该结果表明：疲劳是一个累积效应，达到一定程度后在生理和行为学数据发生变化，并且导致生理和行为发生变化的精确的时间点为60分钟以后；错误处理能力受损也需要疲劳达到一定程度后才发生，可见ERN/CRN幅值与任务时间、脑力疲劳程度密切相关。为了探索错误发生机理，项目组研究了错误前、中、后的ERP特征。结果表明：错误之前反应时最短，表明志愿者在该试次中认知加工不充分，为后续的错误埋下了伏笔。四种不同操作的ERN幅值存在显著性差异；且错误前的正确操作CRN幅值最小。结果表明错误前监控能力下降，导致错误发生。该项研究结果表明：错误前ACC的行为监控能力下降可能是下次错误的前兆。瞄准空间站后续任务，基于空间站阶段的机械臂遥对接任务，研究不同空间立体信息水平下诱发遥操作往复操作和事故的人为失误原因以及失误概率，以及各项认知能力与失误的关系。结果显示：感知觉、记忆、空间关系理解和注意资源不足四种类型失误是诱发往复操作和事故的主要因素，航天员的注意能力、操作控制能力和心理旋转能力对减小失误发生起到显著的效果。通过提取自发脑电功率谱特征以及非线性动力学特征，深入分析机械臂遥操作过程中各阶段的脑电特征，并分析其与脑力负荷水平、认知特性的关联。结果表明：在遥操作过程中，功率谱能量逐渐向高频段转移，脑力负荷水平逐渐升高；前两阶段的非线性动力学特征值显著高于最后阶段.