脑力负荷度量法
次任务法脑力负荷度量实验的分析与改进
次任务法脑力负荷度量实验的分析与改进廖斌;冯海荣;王文轲【摘要】在人因工程的实验课程教学中常采用次任务法对脑力负荷进行度量，发现原实验方案的次任务设计不当，次任务对主任务形成干扰，导致次任务绩效与主任务脑力负荷之间的关系与相关理论存在较大矛盾。
对该实验方案进行改进，增加被试实验前的自我检查和培训环节，设计了新的次任务，使实验效果更客观。
%The subsidiary task technique is often used to measure mental workload in ergonomics course teaching .Because of the poorly designed subsidiary task and the interference between primary task and subsidiary task , the relationship between the subsidiary task performance and the primary task mental workload is incompatible with the theory .The improved experimental scheme is put up ,which can improve the experimental results .【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】3页(P176-178)【关键词】次任务法;脑力负荷;实验方案;实验教学改进【作者】廖斌;冯海荣;王文轲【作者单位】四川师范大学商学院，四川成都 610101;四川师范大学商学院，四川成都 610101;四川师范大学商学院，四川成都 610101【正文语种】中文【中图分类】R857.14随着科学技术的进步，特别是计算机等先进技术的快速发展，人类生产活动逐步向自动化、智能化转变。
脑力负荷测量评价方法
对Cooper—Harper方法进行了改进，把评价表中的飞机驾驶困难程度改
为工作的困难程度，使之适合评价一般任务的脑力负荷。
人因工程学
第二节 脑力负荷的测量(评价)方法
“库柏-哈柏”方法应用举例
研究目的---验证量表可用性，对飞机性能进行评价 一、研究对象 驾驶过歼A和歼B两种飞机的飞行员144名。年龄24岁-46岁； 飞行时间:歼A 100 h-2500 h；歼B 100 h-1100 h。 飞行技术均属优、良等级;身体、心理状况健康,飞行合格。 二、方法 1、划分10个等级 2、为统一评价标准，以双180°大航线仪表飞行课目为评价标准。 三、问卷调查及数据处理 144名受试者对歼A和歼B飞机驾驶难度评价等级分布结果
人工作时的努力程度（努力程度）
因而脑力负荷也与这些因素有关。
人因工程学
第一节 脑力负荷定义及其影响因素
三、人的业绩与脑力负荷的关系。
体力作业中泰勒的铁铲实验?
脑力负荷的适当与否对系统的绩效、操作者的满意感以及安全和健 康均有很大的影响。
（TR—工作在客观要求
的时间
TA--操作者实际提供的
时间）反映操作要求强度
人因工程学
第一节 脑力负荷定义及其影响因素
二、脑力负荷定义（Mental Workload）
脑力劳动：运用知识、以脑力消耗为主工作称为脑 力劳动。 脑力负荷；心理负荷；精神负荷；脑力负担。
（1）最初定义
形容人在单位时间人所承受的脑力活动工作量， 形容人在工作中的心理压力，或信息处理能力。
人因工程学
人因工程学
脑力负荷评价研究相关期刊
– 国外学者：
Moray N，T.B.Sheridan， Reid GB，Juergen Sauer， O‗Donnell RD， Young MS and Stanton NA， Guillermo M (墨西哥大学)，
脑力负荷定义及影响因素脑力负荷测量
脑力负荷与个体差异
考虑到个体差异，如年龄、性别、认 知能力等对脑力负荷的影响，制定个
性化的管理策略。
脑力负荷与工作生活平衡
合理安排工作和生活时间，避免长时 间高强度脑力劳动对身心健康的影响。
脑力负荷与环境因素
优化工作环境和条件，如照明、噪音、 温度等，以适应大脑的生理需求，提 高工作效率。
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照明条件
照明条件不良会影响视觉信息的获取和处理，增加脑力负荷。
温度和湿度
不适宜的温度和湿度会影响人体的生理功能，进而影响大脑的认 知效率，增加脑力负荷。
03 脑力负荷测量
主观测量 方法
心理量表
通过心理量表来评估个体感受到的脑力负荷，如简短 心理量表、疲劳量表等。
主观评价法
让个体根据自身感受对脑力负荷进行评估，通常采用 自评量表或等级评价。
优化工作流程
合理安排工作流程，减少重复和不必要的步 骤，提高工作效率。
任务分解
将复杂任务分解为多个简单任务，分步骤完 成，减轻一次性处理信息的压力。
合理休息
保证充足的休息时间，避免长时间连续工作， 有助于恢复脑力资源。
提高脑力负荷的策略
增加任务难度
适当提高任务的复杂性和难度，挑战大脑的 认知能力，促进脑力发展。
生理测量法
通过测量个体的生理指标来评估脑力负荷，如心率、血压、皮电反应等。这种方法能够更直接地反映大脑的认知和心 理状态，但需要相应的设备和专业人员。
神经影像学测量法
通过脑部影像技术来观察大脑在完成任务时的活动状态，如功能性磁共振成像（fMRI）、正电子发射断 层扫描（PET）等。这种方法能够提供大脑活动的直接证据，但设备昂贵且操作复杂。
脑力负荷的生理度量法
脑力负荷的生理度量法一、 实验目的1.了解脑力负荷的概念。
2.了解脑力负荷的度量方法。
3.了解脑力负荷在认知研究中的意义。
4.了解多道生理仪的原理及数据意义。
5.学会使用不同任务参数来刺激不同脑力负荷的方法。
6.了解心理变异性和心率指标对脑力负荷变化的敏感性。
二、实验设备本实验用到的仪器设备是多道生理仪。
它是一款国际技术领先的人体综合生理－心理指标检测和分析设备。
由2台电脑、11道生理指标接收器、多个反应输入设备和相关的数据处理软件组成，能够实时地完成人在执行体力和脑力任务时的脑电(EEG)、心电(ECG)、肌电(EMG)、皮肤温度(SKT)、血压(BP)、皮肤电阻(GSR)信号的记录和处理。
二、 实验说明1．脑力负荷概念及重要性科学技术的进步，特别是电子计算机等先进技术的飞速发展，导致生产和办公逐步向自动化和微机化转变，人类社会正在经历一场信息革命或计算机革命。
现代人机系统中的操作人员正逐步从直接控制人员变成监视人员和决策者，大多数传统的体力劳动正逐渐被脑力劳动所代替。
整个社会中，体力劳动创造的价值所占的比例己越来越小，而脑力劳动创造的价值所占的比例越来越大。
工作对脑力需求的提高必然导致脑力负荷的增加，过高的脑力负荷将影响到系统中操作人员的工作业绩，进而影响到系统功能的充分发挥。
因此，为保护劳动者健康，提高劳动工效，研究人的脑力负荷具有越来越重要的现实意义。
脑力负荷是与体力负荷相对应的一个术语，英文术语是mental workload，也可称为心理负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等；表示人在工作中的心理压力。
脑力负荷不仅与任务有关，也与个体有关，个体能力、工作动机、工作策略、工作情绪以及工作者的状态等都是影响脑力负荷的因素。
目前用于脑力负荷的测量方法是多种多样的，这些方法可归纳为三类：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。
本实验主要涉及的是生理测量法。
第三章劳动负荷：脑力工作负荷与测量
第三章劳动负荷：脑力工作负荷与测量传统企业考核员工的方式主要基于劳动过程和劳动成果两种，与此相应，传统的工作测量方法是计时制的工作测量法(work measurement system，WMS)和计件制的绩效评定法(performance appraisal system，PAS)。
这与当时企业中以体力劳动为主的情况相适用，相关研究在泰勒“科学管理”中已经得到较好的发展。
时间和动作研究(统称为工作研究)后来遇到了一个问题，即只能确定体力的手工劳动者(也就是所谓的蓝领工人)的工作时间，而无法研究脑力劳动者(也就是所谓的白领工人)的工作时间。
怎样确定白领工人一天合理的工作量是工业工程师面临的一大问题。
在传统的工作环境中，人与其所在的物理环境构成了一个人机系统。
在这个系统中，人是操作者、控制者，人的许多行动是有形的、手动的。
但是随着社会的进步，特别是电子计算机的广泛使用，在人与其所在的物理环境之间加入了一个新的媒体—计算机，原来的“人—机器”系统变成了“人—计算机—机器”系统。
在这新的系统中，人主要是通过计算机来完成工作的，人是系统中的监控者、决策者，所从事的工作主要是脑力性工作。
计算机的普及，使脑力劳动者的队伍空前壮大，确定脑力劳动者一天合理的工作量也具有越来越重要的现实意义。
第一节工作负荷研究概述科学技术的进步，特别是电子计算机等先进技术的飞速发展，导致生产和办公逐步向自动化和微机化转变，人类社会正在经历一场信息革命或计算机革命。
现代人机系统中,人的作用和地位已发生明显的变化，操作人员正逐步从直接控制人员变成监视人员和决策者，大多数传统的体力劳动正逐渐被脑力劳动所代替。
整个社会中，体力劳动创造的价值所占的比例己越来越小，而脑力劳动创造的价值所占的比例越来越大，心理工作负荷问题相应地也变得越来越突出。
研究与评价工作负荷对于人机系统的负荷设计、避免因负荷不合理而导致的工效下降和预防作业事故具有重要意义。
脑力负荷定义及影响因素脑力负荷测量培训教材
（1）单指标测量法-是用一个业绩指标来推断脑力负荷。
优点：结果比较简单明了。
缺点：有时候不够准确。
例如：利用考试成绩评价考试的难易。
（2）多指标测量法-用多个业绩指标来测量脑力负荷
优点：结果更准确
缺点：数据比较难处理
例如：利用考试成绩和交卷时间评价考试的难易。
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第二节 脑力负荷的测量
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第二节 脑力负荷的测量
记忆
用记忆作为辅助任务来测量脑力负荷的研究特别多。 这些研究大都使用短期记忆任务。值得注意的是，记忆任 务本身脑力负荷较高，这可能会影响主任务的业绩或人对 主任务困难程度的判断。
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第二节 脑力负荷的测量
脑力计算 各种各样的算术计算也被用来作为测量脑力负荷的辅
➢ 每个影响因素在脑力负荷形成中的权数不同，且随着情境的变化而显 示出差异。
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第二节 脑力负荷的测量
➢ NASA—TLX法的使用过程分三步：
1）确定因素权重 采用两两比较法，对每个因素在脑力负荷形成中的相对重要性进行评定。六个因
素的权数之和等于１。在对权数进行评估时，自相矛盾的评估(即A比B重要，B比C重 要，C比A重要)是允许的，这种情况出现时，说明被评估的因素的重要性非常接近。 2）针对实际操作情境，对六个因素的状况分别进行评定
这27个脑力负荷水平被定义为在0～100之间。 在三个因素都为1时，其脑力负荷对应的水平为0，当三个因素都为3
时，脑力负荷水平为100。 其他情况下的脑力负荷的确定方法为：用27张卡片分别代表27种情
况，操作人员首先对这27张卡片根据自己的主观观点进行排序，然后 研究人员根据数学中的合成分析方法把这27种情况分别与0～100之 间的某一点对应起来，如(1，1，1)对应于0；(1，2，1)对应于15.2等。 操作人员完成某一任务后给出这项任务的时间负荷、努力程度、压力 负荷的程度，根据这三个指标就可以确定脑力负荷的状态，然后根据 前面确定的对应表查出脑力负荷的对应值。
调节脑力工作负荷-调查脑力疲劳的影响因素及其测量方法
评价飞机驾驶难易程度的一种方法。工作负荷---工作质量有关系。
2.SWAT量表见表10-2
（见表10-2）
3.NASA-TLX主观评价法
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（见表10-3）
第二节 | 脑力负荷的测量方法
（三）主观评价法的缺陷 评价结果有偏差。 （主观感觉通常感觉到能够意识到） 评价结果容易混淆。 （生理负荷、脑力负荷综合作用） 方法应用存在局限性。 （评价时有时滞） 方法敏感性存在特异性。 （在某些领域受到限制,不敏感，
比如影响运动反应输出的工作相对不敏感）
第二节 | 脑力负荷的测量方法
二、主任务测量方法(了解）
人员在工作时的业绩指标来判断这项工作给操作人员带来的脑力负 荷。主任务测量法可以分为两大类，一类是单指标测量法，一类 是多指标测量法。
（一）单指标测量法 单指标测量法就是用一个业绩（比如反应率、错误率）指标来推断
使用程度的指标。 人的信息处理能力= 脑力负荷+人的闲置未用的信息处理能力 人的闲置未用的信息处理系统与人的信息处理能力、工作任
务对人的要求、人工作时的努力程度等有关，因而脑力负荷 也与这些因素有关。
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第一节 | 脑力负荷定义及影响因素
二、脑力负荷的影响因素
影响脑力负荷因素很多，由于脑力负荷是研究人的， 故将人从人机系统中分解出来，可以得图10-1所示的三 类因素：即工作内容、人的能力及人的业绩。这三个组 成部分对脑力负荷的测量都有着十分重要的影响。
（3）人的业绩（绩效）。脑力负荷的适当与否对系统的绩效、操
作者的满意感以及安全和健康均有很大的影响。许多研究发现，工 作绩效与脑力负荷强度存在明显的依赖关系，图10-2为工作绩效与 脑力负荷强度的关系模型。
n-back诱发脑力负荷信息检测与识别技术研究
N-back诱发脑力负荷信息检测与识别技术研究Research on Detection and Analysis of MentalWorkload Evoked by N-back学科专业：生物医学工程研究生：李南南指导教师：明东教授天津大学精密仪器与光电子学院二零一三年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近年来，随着信息技术的飞速发展，各类操作任务的智能化、信息化程度不断提升，人在操作作业中所承受的脑力负荷程度不断加大。
脑力负荷目前已成为人机系统设计中必须考虑的重要课题，相关信息检测技术的研究引起广泛的兴趣和关注。
但是，由于实际作业场景中操作任务类型繁多，各种任务之间的特异性存在较大差距，对脑力负荷检测的强泛化应用提出了较高的挑战。
为进一步探索不同任务下的脑力负荷检测和识别共性技术，本研究设计了基于语言与空间刺激的Verbal n-back与Spatial n-back两种任务。
脑力负荷等级设定为4级，分别为0-back、1-back、2-back、3-back，实验中共采集了17名健康被试的32导脑电数据。
为了有效提取不同任务与负荷等级中的特征信息，文中分别从频域、时频域及非线性三个方面，尝试了AR模型、事件相关同步/去同步时频图、样本熵、小波多尺度熵等多种特征提取算法。
脑力负荷
时间需求 慢/快
指工作运行速率或节奏，其节奏是缓慢并使人感到从容不迫，还 是快速而令人感到慌乱呢？
努力程度 小/大
指完成您的工作需付出的努力是小还是大呢？（脑力及体力）
业绩水平 /差
指对完成任务取得的成绩怎么样？对取得的成绩，您的满意程度 有多大？
受挫程度 小/大
指在工作中，你感到沮丧感、烦恼程度是小还是大？
主观测量法—CH量表 由Cooper和Harper在1969年提出的用于评价飞机驾驶难 易程度的一种图表式主观方法。
该方法把飞机驾驶 的难易程度分为10 个等级，飞行员在 驾驶飞机后，根据 自己的经验和感觉， 对照各种困难程度 的定义，作出对该
种飞机的评价。
主观测量法--SWAT量表
➢SWAT量表是由美国空军某基地航空医学研究所开发的一个多维脑力负荷评 价量表。 ➢该量表由三个维度组成，即时间负荷、努力负荷和心理紧张负荷。
时间负荷反映了人们执行任务过程中可用的空闲时间的多少； 努力负荷反映了执行任务需要付出多大的努力； 心理紧张负荷测量的是执行任务过程中产生的焦虑、不称心等心理状态表 现的程度。 ➢采用SWAT量表进行脑力负荷评价分两个步骤 量表开发阶段 评分阶段
主观测量法—NASA-TLX(美国国家航空航天局任务负荷指数)
主观测量法
是最简单也是最流行的脑力负荷评定方法。 理论基础是操作者脑力资源的占用与个人的努力程度是相关的，并且 这种努力程度能够由操作者准确表达出来。 操作简单，使用方便，容易为操作人员所接受，对任务也没什么干扰； 使用统一的维度进行评定，可以对不同任务的负荷结果进行比较，它 不仅能区分超负荷与非超负荷，且对中、低负荷的变化也较敏感。 主要分为多因素评价法和单因素评价法两类。
11.1 脑力负荷概述 11.2 脑力负荷的测量方法 11.3 脑力负荷的预测方法 11.4 脑力工作效率提升
脑力负荷度量法
脑力负荷度量法----------------主观度量法18 于永昌主观度量法的理论基础是：操作者脑力能力的占用与他们主观感知的自我努力程度是相关的，当自我努力程度感知较高时，其脑力能力的占用也较多，脑力负荷较高。
主观度量法使用方便，由于是事后评价，对人的工作也基本无干扰，所以是最流行的一种脑力负荷度量的方法。
这种方法也被认为是当前存在的脑力负荷度量最有效的方法，至今仍在各种研究中被广泛使用。
但是研究者永远无法完全消除其方法上的最大缺陷：主观性。
脑力负荷度量方法的新进展述评在主观度量法上，近10年多以来的相关研究较多，但是进展突破性不大。
主要原因是主观度量法在1995年之前的发展体系已经较为完备，很多度量脑力负荷的主观工具已经太过经典。
影响最大的几个工具是：库柏哈柏方法、NASA-TLX脑力负荷主观量表和SWA T 量表。
近年来有关脑力负荷主观度量法的研究主要集中在对一些主观量表的修订、简化、比较和扩大实践应用上。
研究表明，主观指标在度量较高的脑力负荷时具备高敏感性；，对传统的SW AT量表进行了简化，并使用数字运算的脑力任务验证了其简化以后的效果；使用多种脑力任务，比较了包含SW AT和NASA-TLX等主观量表的抗干扰性、敏感度、效度和诊断性等指标。
特别值得一提的是，Tsang和Velazquez基于脑力多资源模型，提出了一个新的主观度量量表(Workload Profile,WP)，该量表包含4个脑力工作的阶段,每个阶段占用两种脑力资源。
1)(信息)处理阶段，占用概念/中枢处理资源和响应资源;2)编码处理阶段，占用空间编码资源和语言编码资源;3)输入阶段，占用视觉接收资源和听觉接收资源;4)输出阶段，占用操作输出资源和语言输出资源。
使用该量表时要求受试者在执行脑力任务后根据自己的主观感受对这8项脑力资源的使用情况给出一个介于0到1之间的数字,“0”代表完全没有占用该资源，“1”代表该资源被全部占用。
5 脑力负荷测量
三 生理测量法
生理测量法的理论基础：动脑子时，人
总有什么地方发生了变化 心跳与脑力负荷 P300 与脑力负荷 瞳孔的大小与脑力负荷
1 心跳与脑力负荷
人紧张了心跳会加快
脑力负荷过高心跳也会加快 结果：有时加快，有时不加快 心跳的变化率与脑力负荷有关 把心跳的数据做频谱分析 在频率为0.1赫兹的地方的振幅与脑力负
五 次任务测量法
脑力负荷与剩余能力成互补
WL+SC=1 脑力负荷越重，剩余能力越小 如果能测量剩余能力，则可以测量脑力负荷 让人集中精力干某一件事（称为主任务），如
果有剩余能力，则做第二件事，称为次任务， 次任务业绩越好，说明主任务脑力负荷越轻
次任务测量法的步骤
先单独做次任务，得到总能力TOTAL
算出每一个工作单元所需要的时间 算出工作需要的总时间 在给定的时间内，完成任务需要的时间
越多，脑力负荷越重 需要的时间越多，越有可能不能按时完 成任务 飞机设计时采用这种方法
工作任务分析法的基本公式
WL= T / TOTAL
式中： WL 为脑力负荷（时间占有率） T为需要的时间 TOTAL 为给出时间
四级 五级 六级 七级
八级 九级 十级
可控性有问题
2 NASA-TLX
脑力负荷有六个影响因素
通过两两比较求出六个因素的权重 通过打分求出每个因素值的大小 最后算出脑力负荷
脑力负荷的影响因素
脑力负荷
体力负荷 生理负荷 努力程度 困惑程度 业绩好坏
各因素重要性的比较
荷有关 脑力负荷越高，0.1赫兹附近的振幅越高。
2 P300脑电波
脑受到刺激会产生反应
脑力负荷
评价步骤 标记单项负荷水平，除业绩水平外，其他5条目从左至右均为负 荷逐渐增加。业绩水平从左至右为好到差。 采用两两比较的方法，将6个条目进行两两配对，共做成15个对 子，要求研究对象选出每对中与总脑力负荷关联更为密切的那一 条目，根据每一条目被选中的次数确定该条目对总脑力负荷的权 重。脑力负荷值即为6个条目的加权平均值。
得分（0~1）
总得分
11.3脑力负荷的预测方法
Siegel和Wolf的时间压力模型 波音公司的脑力负荷预测方法 Aldrich的脑力负荷预测方法
Siegel和Wolf的时间压力模型
以人为中心的人－机计算机模拟系统，人的负荷情况是影响人一机
系统效率的最主要的因素。 脑力负荷可以用“压力”这个变量来表示。压力主要受以下四个方
主要分为多因素评价法和单因素评价法两类。
主观测量法—CH量表 由Cooper和Harper在1969年提出的用于评价飞机驾驶难
易程度的一种图表式主观方法。
该方法把飞机驾驶 的难易程度分为10 个等级，飞行员在 驾驶飞机后，根据 自己的经验和感觉， 对照各种困难程度 的定义，作出对该 种飞机的评价。
眼电活动测量法
研究脑力负荷和眼电活动的关系时，一般通过眼动仪等仪器记录眼电图 信号，然后通过电脑将信号放大，分析不同脑力负荷下眨眼信号的变化。
眨眼是人的一种正常的保护 性生理反应，人们在自然情 况下也可发生眨眼现象。但 眨眼率可随所执行的任务而 发生变化，提高任务要求可 使眨眼率降低。 有研究表明随工作任务难度 的增加，相邻两次眨眼间隔 时间延长，眨眼率会下降。
人机工程学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
航空学院
栾义春
2012年10月28日
篇章总汇
总论 基础篇
综述人的脑力负荷
综述人的脑力负荷，疲劳并且举例说明？引言：科学技术的进步，特别是电子计算机等先进技术的飞速发展，导致生产和办公逐步向自动化和微机化方向转变，人类社会正在经历一场信息革命或计算机革命。
现代人机系统中的操作人员正在逐步从直接控制人员变成监视人员和决策者，大多数传统的体力劳动正逐步被脑力劳动所代替。
整个社会中，体力劳动所创造的价值所占比例越来越小，而脑力劳动创造的价值所占比例越来越大。
工作对脑力需求的提高比人导致脑力负荷的增加，过高的脑力负荷将使系统中的操作人员感到大脑疲劳，进而影响到人们正常的生活和工作。
因此，为保护劳动者健康，提高工作效率。
研究人的脑力负荷具有越来越重要的现实意义。
1脑力负荷概述1.1脑力负荷的定义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，讨论技术进步环境下人在劳动系统中的作用。
在这次会议上，一些学者提出了在新的劳动系统中测量人的脑力负荷的重要性。
1977年，北大西洋公约组织的一些著名学者在著名心理学家和人因工程学家N.Moray教授的召集下又召开了“脑力负荷理论和测量”专题学术研讨会。
在这次会议上，人们系统的讨论了脑力负荷的定义，理论和测量方法。
有关脑力负荷的研究也逐渐成为心理学家和人因工程等领域的重要研究课题。
脑力负荷是与体力负荷相对应的一个术语，英文术语是Mental Workload，也可称为心理负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等，表示人在工作中的心理压力。
目前，对脑力负荷的定义没有严格同意的描述，以下几种是比较有代表性的模式。
○1脑力负荷是人们在工作时的信息处理速度，即决策速度和决策的困难程度。
○2脑力负荷是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。
○3脑力负荷不仅与任务有关，也与个体有关，个体能力、工作动机、工作决策、工作情绪以及工作者的状态等都是影响脑力负荷的因素。
基于任务的乘员脑力负荷典型主观评价方法
基于任务的乘员脑力负荷典型主观评价方法一、引言随着现代交通运输的不断发展，人们对于乘坐工具的功能要求也与日俱增。
乘员在诸如飞机、列车、公交、出租车等不同类型车辆中进行长时间旅行时，很容易出现疲劳、分神、焦虑等情况，从而影响驾驶安全和旅行质量。
因此，对乘员的脑力负荷进行有效评价非常必要。
二、传统方法的局限性传统的脑力负荷评价方法主要有行为和生理指标两种。
行为评价主要是观察乘员的行为动作，如反应时间、准确性等。
而生理指标评价主要是通过生理传感器检测心率、呼吸等生理指标的变化。
这两种方法虽然可以很好地反映出乘员的脑力负荷程度，但是也存在着一些局限性。
首先，行为评价方法的准确性有限。
因为不同的人面对着相同的任务时采取的策略可能不同，所以有可能出现表现能力极强，但脑力负荷极差的情况。
其次，生理指标评价方法虽然可以较为准确地反映脑力负荷的变化，但是也容易受到交叉干扰的影响，尤其是在长期旅行时，不能保证检测的准确性。
三、基于任务的主观评价方法为了解决传统评价方法的局限性，一种基于任务的主观评价方法被提出。
这种方法主要是通过询问自乘任务的乘员，利用主观评价方法来评估他们在完成不同任务时的脑力负荷。
简单地说，任务可以分为三种类型：简单任务、中等任务和困难任务。
每种任务会有相应的问题或者问题组，乘员需要根据自己的感受来进行评价。
这种方法可以较为准确地反映出乘员的脑力负荷，而且还具有操作简单、易于掌握的优点。
四、评价方法的实现具体实现时，可以借鉴心理学中的量表调查。
量表调查一般包括两部分，一是量表编制，二是量表评价。
编制量表需要确定量表中评价维度和评价等级。
同时，针对不同的交通工具及使用场景，需要对评价维度进行相应的修正。
例如，针对飞机旅行情况，可以考虑加上高空晕厥、氧气不足等因素，针对列车旅行情况，可以考虑加上列车颠簸、震动的影响。
完成量表编制后，可以根据实际数据对量表进行优化。
在量表评价时，乘员需要根据自身的感受来判断自己的脑力负荷情况。
重点难点：脑力工作负荷
第十章脑力工作负荷重点与难点分析1．脑力负荷的英文术语是mental workload。
也可称为用心理负荷、精神负荷、脑负荷或脑力负担，尚未统一起来。
脑力负荷最初是被用来与体力负荷相对应的一个术语，指单位时间内人承受的脑力活动工作量，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定义。
脑力负荷的影响因素有：（1）工作内容；（2）人的能力；（3）人的业绩（绩效）。
2．脑力负荷的测量方法：（1）主观评价法；（2）主任务测量方法；（3）辅助任务测量法；（4）生理测试法。
主观评价法是最流行也是最简单的脑力负荷评价方法。
该方法要求系统操作者陈述特定操作过程中的脑力负荷体验，或根据脑力负荷体验对操作活动进行难度顺序的排列。
从系统使用者的角度出发，主观评定技术被认为是最可接受的测评方法之一。
（1）主观评价是脑力负荷评价中唯一的直接评价方法。
（2）主观评价一般在事后进行，不会对主操作产生干扰，而辅助任务测定或生理测定需与主操作同时进行，一般不适合危险性高的情境使用。
（3）主观评价一般使用统一的评定维度，不同情境的负荷评价结果可相互比较。
（4）使用简单、省时。
主观评价法的缺陷有：（1）评价结果有偏差。
主观评价是操作人员对某项工作的感觉。
（2）评价结果容易混淆。
（3）方法应用存在局限性。
（4）方法敏感性存在特异性。
主任务测量法是通过测量操作人员在工作时的业绩指标来判断这项工作给操作人员带来的脑力负荷。
根据资源理论，随着作业难度的增加，操作者投入的脑力资源量越来越多，剩余资源越来越少，脑力负荷也随之上升。
当操作所需的资源量超过特定限度时，将由于资源供需的脱节造成操作绩效下降。
因此就可以从人的业绩指标的变化反推脑力负荷。
主任务测量法可以分为两大类，一类是单指标测量法，一类是多指标测量法。
单指标测量法就是用一个业绩指标来推断脑力负荷。
在脑力负荷强度不大时，主任务绩效并不随工作负荷变异发生变化，但操作者的剩余资源量却受此影响。
脑力负荷检测算法研究
脑力负荷检测算法研究摘要随着现代社会科技水平的发展，在诸如载人航天、飞机驾驶、潜艇深海作业等操作复杂性较高的工作中，对操作人员的脑力负荷进行实时检测，实现脑力负荷的评估并进行反调节以合理地控制操作人员的工作时间，对操作人员的身心健康和安全都有着重要意义。
脑电特征的维度较高，容易发生过拟合，因此在对特征训练前进行特征选择具有必要性，并且特征选择有益于研究不同节律和不同脑区的电极点对脑力负荷的影响大小。
目前的研究中主要通过主成分分析、遗传算法对脑电特征进行特征选择，但主成分分析法属于无监督降维，无法衡量每个特征对脑力负荷的影响大小，而遗传算法的消耗时间长，因此本文提出利用机器学习方法进行特征选择。
另外，在脑力负荷分类器的选择上，传统的支持向量机、逻辑回归等算法对组合特征权重的学习有所欠缺，提出引入因子分解机算法(Factorization Machine, FM)作为分类器来训练脑电特征。
本文针对模拟飞行员脑力负荷检测问题展开研究，对15名被试进行低唤醒、适中负荷、高负荷下的模拟飞行任务实验，采集到三种负荷任务下的脑电信号。
首先对原始脑电信号进行去伪迹处理，并通过计算功率谱密度提取信号的能量特征，最终获得120维脑电特征。
利用机器学习中的L1正则和基尼不纯度法对120维脑电特征进行选择，通过对15名被试实验结果的分析，提出 节律下特征重要程度明显大于其他节律下特征重要程度，且相比其他区域，颞叶区和枕叶区的电极特征对脑力负荷变化有更重要的影响，可将其它节律和区域的特征滤除从而实现对特征降维。
基于电极点之间的联系，希望寻找一种算法能更深入的挖掘组合特征，提出引入因子分解机(Factorization Machine, FM)算法作为脑力负荷分类器，该算法对权重进行向量化，能够提高组合特征权重的表达性。
相比未进行特征选择和传统支持向量机算法建立模型，本文提出的特征选择结合FM算法的脑力负荷检测模型更加具有可解释，且模型泛化能力得到提升。
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脑力负荷度量法----------------主观度量法
18 于永昌
主观度量法的理论基础是：操作者脑力能力的占用与他们主观感知的自我努力程度是相关的，当自我努力程度感知较高时，其脑力能力的占用也较多，脑力负荷较高。
主观度量法使用方便，由于是事后评价，对人的工作也基本无干扰，所以是最流行的一种脑力负荷度量的方法。
这种方法也被认为是当前存在的脑力负荷度量最有效的方法，至今仍在各种研究中被广泛使用。
但是研究者永远无法完全消除其方法上的最大缺陷：主观性。
脑力负荷度量方法的新进展述评
在主观度量法上，近10年多以来的相关研究较多，但是进展突破性不大。
主要原因是主观度量法在1995年之前的发展体系已经较为完备，很多度量脑力负荷的主观工具已经太过经典。
影响最大的几个工具是：库柏哈柏方法、NASA-TLX脑力负荷主观量表和SWA T 量表。
近年来有关脑力负荷主观度量法的研究主要集中在对一些主观量表的修订、简化、比较和扩大实践应用上。
研究表明，主观指标在度量较高的脑力负荷时具备高敏感性；，对传统的SW AT量表进行了简化，并使用数字运算的脑力任务验证了其简化以后的效果；使用多种脑力任务，比较了包含SW AT和NASA-TLX等主观量表的抗干扰性、敏感度、效度和诊断性等指标。
特别值得一提的是，Tsang和Velazquez基于脑力多资源模型，提出了一个新的主观度量量表(Workload Profile,WP)，该量表包含4个脑力工作的阶段,每个阶段占用两种脑力资源。
1)(信息)处理阶段，占用概念/中枢处理资源和响应资源;
2)编码处理阶段，占用空间编码资源和语言编码资源;
3)输入阶段，占用视觉接收资源和听觉接收资源;
4)输出阶段，占用操作输出资源和语言输出资源。
使用该量表时要求受试者在执行脑力任务后根据自己的主观感受对这8项脑力资源的使用情况给出一个介于0到1之间的数字,“0”代表完全没有占用该资源，“1”代表该资源被全部占用。
最后将8个数字相加得到整体脑力负荷。
研究都表明，用WP量表度量脑力负荷，在抗干扰性、敏感度、效度和诊断性等指标上表现都不错，接近经典的SW AT和NASA-TLX等量表，同时WP量表的使用较为简单,因此是近些年脑力负荷主观度量方法发展上的一个亮点。
脑力负荷度量方法的新进展
纵观最近10多年的文献,有关脑力负荷度量方法的研究进展趋势呈现如下特点。
1)总体上看,脑力负荷的度量方法体系虽然一直处于不断发展中，但是并没有很大的突破，绝大多数研究集中于在原有的4类方法体系中进行方法评价、改进和新的尝试。
造成这种情况的原因有二：①脑力负荷的度量属于人因工程的研究范畴，横跨心理学、生理学、工程技术等诸多学科，其发展受到其他学科发展速度的制约；而且很多新技术应用到脑力负荷的度量上来具有时间的滞后性。
②脑力负荷的度量方法体系在1995年之前就有近50年的发展历史，已经较为完备,因此很难在短短的10多年时间里再有大的突破，这一点在主观度量法上表现最为明显。