脑力负荷及其评定

1.引言早在20世纪70年代初期，西方国家就认识到评估脑力负荷的重要意义，并投入了大量的人力和财力对脑力负荷进行研究，发表了大量的论文和书籍，举行了多次专题讨论会。

1976年，北大西洋公约组织国家的一些科学家在美国麻省理工学院谢尔顿教授的主持下召开了“监视行为和控制”的专题学术会议，讨论由于技术进步对人在系统中的作用的变化，在这次大会上，一些学者指出了在新的系统中测量人的脑力负荷的重要性。

1977年，北约组织的一些著名学者又召开了“脑力负荷的理论和测量”专题学术会议，在这次大会上人们系统地讨论了脑力负荷的定义，它的理论及测量方法。

这次会议引起了人们对脑力负荷测量的重视，极大地推动了对脑力负荷的研究。

国外对脑力负荷的研究已经有几十年的历史，我国在这方面的研究才刚刚起步。

目前国外对脑力负荷的研究大部分为实验室或模拟研究，即一般通过控制任务的难度来改变任务负荷水平，分析各种评价指标随任务难度的改变规律从而判断该指标用于评价负荷的意义，并且主要集中在飞机驾驶、核电站的控制以及飞机场调度等在短时间内需要处理大量信息的工作，应用的领域比较狭窄，而对一般职业人群脑力负荷的现场研究很少。

在我国，对脑力负荷的研究绝大多数也是局限于实验室和模拟研究。

2.脑力负荷的定义脑力负荷最初是被用来作为与体力负荷相对应脑力负荷及其评定孙雪松郭胜忠摘要：本文回顾了国内外关于脑力负荷研究的主要内容，特别是对脑力负荷评定的关注。

对近年来脑力负荷测量技术的发展进行了总结，并提出了今后测量技术的发展方向。

关键词：脑力负荷脑力负荷评定作者简介：孙雪松，男，汉族，山西省太原市人，陕西师范大学心理学院应用心理学2007级研究生，跟随导师张岗英做有关社会管理心理学方面的研究。

作者简介：郭胜忠（1982-），男，陕西师范大学2006年硕士，研究方向：人格与认知心理学。

36的一个术语，用来形容人在工作中的心理压力，或信息处理能力，但脑力负荷并没有被严格地定义。

在北大西洋公约组织关于脑力负荷的专题学术研讨会上，与会者把给出一个大家都能够接受的关于脑力负荷的定义作为大会的基本目标之一。

但他们很快就发现给脑力负荷一个单一的定义太困难。

最后他们简单地结论道：脑力负荷是一个多维的概念，它涉及到工作要求，时间压力，操作者的能力和努力程度，行为表现和其它许多因素[1][2]，这个结论从此被广泛地接受。

Young&Stanton[3]将脑力负荷定义为为达到主客观的业绩标准而付出的注意资源水平，它与任务需求、外部条件以及个体经历有关。

Rouse等[4]认为，脑力负荷不仅与任务有关，也与飞行员的个体差异有关，同样的飞行劳动任务，飞行员感觉到的脑力负荷并不是一样的。

飞行经验、飞行动机、处理策略、疲劳状态和作息制度等均可影响飞行员的脑力负荷水平。

O’Domrell和Eggemeier[5]将脑力负荷定义为工作者用于执行特定任务时使用的那部分信息处理能力，脑力负荷的测量就是对这部分信息处理能力的测量。

廖建桥等[6]把脑力负荷定义为衡量人的信息处理系统工作时被使用情况的一个指标，并与人的闲置未用的信息处理能力成反比。

人的闲置未用的信息处理能力与人的实际的信息处理能力、任务要求、操纵者的熟练程度以及努力程度等因素有关，故脑力负荷也与这些因素有关。

的确，要给脑力负荷一准确的定义是不现实的，它涉及到任务要求、人和环境三方面的因素，不同的任务要求产生不同的脑力负荷，不同的人面对相同的任务要求也可能产生不同的脑力负荷，而且环境的改变也可能导致脑力负荷的变化。

因此，应该在具体的情形中根据要求去理解脑力负荷。

3.脑力负荷的测量Donnen和Eggmeeier[7]将脑力负荷评定方法归纳为三类:工作测量法、生理测量法以及主观测量（也称自我评定测量）法，其中工作测量法又分为主任务测量法和副任务测量法。

3.1主任务测量法主任务测量法是把操作者在工作中的表现结果（如作业速度、作业时间、成绩、错误率等）作为脑力负荷的指标，它反映操作人员努力的结果。

3.2副任务测量法（也有人称次任务测量法）这种方法是让操作者进行负荷作业（称为主任务）的同时再完成另一选定的作业（称为副任务），操作者把主要精力放在主任务上，当他有多余的能力时，尽量做副任务，通过副任务的表现来评估主任务的脑力负荷，这一方法是用来测定人的多余的或主任务尚未用的能力，副任务的水平是操作者在完成主任务时剩余能力的一个反映指标。

3.3生理测量法生理测量法是通过测量操作者的某些生理指标的变化来反映其脑力负荷的改变。

目前研究得较多的生理指标主要有:心率及其变异性，眨眼率，眼电图，脑电图，脑事件相关电位（如P300）、瞳孔变化、呼吸间期及呼吸变异性等。

由于生理指标的实时性和客观性，它是一个评定脑力负荷的很好的指标。

3.4主观测量法最简单也是最流行的关于脑力负荷评定的方法是主观测量法。

在这种方法中，研究人员要求操作人员判断并报道某一工作强加在他们身上的脑力负荷，其理论基础是操作者脑力资源的占用与其能较精确报道的个人的努力程度是相关的。

用于脑力负荷评价的主观测量方法很多，目前国外研究报道较多的主观评价方法主要有美国航空航天局开发的国家航空和航天管理局任务负荷指标美国宇航局的作业负荷指数（NASA，Task Load Index，TLX），美国某空军基地航空医学研究所开发的主观性作业负荷评价技术（Subjective Work load Assessment Technique，SWAT），Coop-er-Harper于1969年建立的以测量飞行操作作为特征的“Cooper-Harper”方法和全工作负荷量表（Overall Workload Scale，OW），前两者是多因素评价方法，后两者为单因素评价法。

374.脑力负荷测量技术的发展4.1各种测量方法测量指标的适宜性Kramer等[8]和赵旭等[9]研究了事件相关电位的P3波测量脑力负荷的有效性，结果表明，当诱发P3波的副任务与主任务共用同一输入通道时，P3波波幅随主任务的脑力负荷增加而升高，当不用同一输入通道时随主任务脑力负荷增加而减小，并用脑力负荷多资源模型进行了解释。

韩东旭，周传岱，刘月红[10]探索了状态相关脑波复杂度(CS)分析方法在脑负荷评价中的应用，认为CS与心算活动有较强的相关性，可以较好地反映大脑机能状态，为脑力负荷客观评价及大脑高级认知活动规律的研究提供了新的方法和途径。

崔凯，孙林岩，孙林辉[11]在研究心率变异性度量脑力负荷的有效性时发现使用HRV（Heart Rate Variability）来度量脑力负荷，S D N N（5min 的窦性心搏NN间期标准差）、rM S S D（相邻NN 间期差值的均方根）和H F（高频功率）有效性较差；而L F（低频功率）和L F/H F（低高频功率之比）两个指标的有效性较好。

康卫勇，袁修干，柳忠起，董大勇[12]的研究指出，瞳孔面积的变化能够评价脑力负荷的不同：随着工作难度水平的增加，瞳孔缩小；而随着紧张程度的增加，瞳孔扩大；当到达一定疲劳程度之后，瞳孔开始缩小。

但是要想使用瞳孔变化精确地评价脑力负荷，必须要尽力排除干扰瞳孔变化的外界因素，需要进一步细化评价任务，来评价单一的脑力负荷任务，例如在相同的工作难度和工作时间下来评价疲劳，或者在相同的疲劳程度和工作时间下评价工作难度等，这还需要进一步研究。

Sire-vaag[13]探索了呼吸变异性与脑力负荷的关系，发现RRV和HRV在通讯负荷增加时均减小,但因为是语言通讯，因此，是通讯中语言影响了呼吸形式，进而引起RRV和HRV的变化，或是这种变化的确反映了通讯负荷与RRV和HRV 的关系难以定论。

董明清、马瑞山[14]探讨了多级估量量表在脑力负荷主观评定中的意义，比较了基于模糊集的多级估量量表（M ES）和追踪误差及传统类别量表（CS）的评定结果，指出M ES和CS在评定三种不同难度视觉追踪任务的脑力负荷主观感觉量上结果基本相近，而在评定低难度的(脑力负荷程度轻)任务时MES比CS更为有效。

4.2各种测量指标适宜性的比较廖建桥、王文弼[15]在研究工作时间对脑力负荷的影响中他们发现用时间占有率和主观测量法测量脑力负荷的结果有明显差异，时间占有率表现出的高脑力负荷被试的主观报告却不一定高，反而表现出一定的保守性，因而他们提出在没有客观指标的情况下，可使用主观脑力负荷，但在有客观指标存在的情况下，使用客观指标更好些。

同时，他们也提出用时间占有率来测量脑力负荷的两个主要问题，一是时间占有率对连续事件不敏感，二是时间占有率对工作任务的困难程度有时不敏感，它只反应出工作困难的增加会导致需要的工作时间的增加，而反应不出工作困难的增加会导致工作业绩的下降。

董明清，马瑞山[16]的研究比较了脑力负荷主要测量方法25种评定指标的敏感性，结果表明主任务绩效（主任务评定法）主要反映主任务脑力负荷的变化。

附任务绩效虽可反映双任务条件下完成主任务外的剩余工作能力，但附任务的存在对完成主任务有一定干扰，附任务绩效的敏感性有待进一步研究。

生理指标心率（HR）和心率变异性（HRV）与脑力负荷虽有一定关系，但由于其受多种因素影响的特点并不能可靠地反映脑力负荷的变化，只能作为与脑力负荷相关的一个指标来应用。

生理指标呼吸率及其变异性（RR及RRV）中，RR通常随脑力负荷增加而增快，RRV与脑力负荷的关系还不确定。

4.3各种测量指标的综合运用Hart等[17]在用主观评分、通讯成绩、心率等指标评定飞行任务脑力负荷的研究中认为，由于脑力负荷的复杂性，不可能找到一种适用于各种任务条件的脑力负荷评定指标，联合多种方法是脑力负荷评定的可行途径。

刘宝善、廖建桥等[18]研究比较了脑力负荷测量的七个指标的有效性，这七个指标是①“库柏382哈柏”（主观评价结果）；②P300潜时（听觉事件相关脑电位）；③脑力负荷储备值(综合指标)④飞行参数保持率（主任务测量指标）；⑤信息处理速度（次任务测量指标）⑥心率；⑦紧张指数，结果显示除心率和紧张指数这两个评价指标差异不显著应落选外，其余5个评价指标差异均有非常显著性而当选。

从5个当选指标t检验的t 值看,从大到小的排序为:①“库柏2哈柏”主观评价结果；②P300潜时③脑力负荷储备值④飞行参数保持率⑤信息处理速度。

最后他们依据这五个指标使用加权法提出脑力负荷综合评价指数(mental work load index,M W I)并验证其有效，与客观实际符合，具有较强的可操作性。

Wilson等[19]以心率和眨眼率为指标对F4飞行员所处的飞行阶段作了判别分析，结果表明两指标联合判别的符合率高于各指标单独判别的符合率，判别分析技术用于预测飞行员的脑力负荷状态是可行的，并认为飞行任务是一种动用多种脑力资源的“多维任务”，须联合多种心理生理指标才能提高预测的准确性。