通過(guò)EEG超掃描技術(shù)研究工作量如何影響認(rèn)知合作

前言

團(tuán)隊(duì)協(xié)作對(duì)績(jī)效有積極影響，并且還可能影響認(rèn)知，知覺(jué)和生理。盡管有客觀的績(jī)效衡量（例如反應(yīng)時(shí)間），以及在處理任務(wù)時(shí)分配的腦力資源（如腦力工作量），但沒(méi)有關(guān)于在團(tuán)隊(duì)合作上工作量需求的深入研究，已經(jīng)有研究者將團(tuán)隊(duì)作為一個(gè)整體，并在結(jié)合多維數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行研究。通過(guò)EEG超掃描技術(shù)可以分析不同受試者提供的神經(jīng)生理信號(hào)。該技術(shù)對(duì)合作任務(wù)中的兩個(gè)被試同步記錄，可以進(jìn)行多被試連接性分析。通過(guò)這種分析發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于獨(dú)立完成任務(wù)的情況，當(dāng)兩個(gè)被試在計(jì)算機(jī)游戲中進(jìn)行協(xié)作時(shí)，兩個(gè)被試之間的大腦連接（互連）顯著增加。

在本研究中，研究者旨在通過(guò)結(jié)合行為，主觀和神經(jīng)生理學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)分析任務(wù)難度與合作之間的關(guān)系，以研究工作量需求如何影響合作。

研究方法

A.實(shí)驗(yàn)小組

從新加坡國(guó)立大學(xué)招募10名健康參與者。被試（25±3歲）被要求在實(shí)驗(yàn)前避免飲酒，咖啡因和重餐。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（光線強(qiáng)度，室溫，座位位置）也得到控制。另外，為了避免性別差異，實(shí)驗(yàn)組僅由男性組成。

B.NASA多屬性任務(wù)組（MATB）

是一種基于計(jì)算機(jī)的任務(wù)，由美國(guó)宇航局旨在評(píng)估認(rèn)知操作能力和需要不同層次的合作模擬條件，因?yàn)樗梢蕴峁┍仨毷遣煌娜蝿?wù)由受試者并行參加，并且每個(gè)任務(wù)的難度也可以調(diào)整。MATB包含四個(gè)子任務(wù)：跟蹤（TRCK），聽(tīng)覺(jué)監(jiān)視（COMM），資源管理（RMAN）和對(duì)事件開(kāi)始的響應(yīng)（SYSM）。

C.實(shí)驗(yàn)方案

要求參與者連續(xù)三周練習(xí)并學(xué)習(xí)正確執(zhí)行MATB，然后在末尾（每次30分鐘）安排實(shí)驗(yàn)。在合作期間，五對(duì)組合完成MATB的兩個(gè)難度級(jí)別：HARD和SUPER-HARD。

D.腦電記錄與預(yù)處理

腦電圖由數(shù)字監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（ANT Waveguard系統(tǒng)）記錄，采樣頻率為256（Hz）。參考電極位置為耳垂，接地為AFz通道，并且其阻抗保持在低于10KΩ。帶通濾波（高通1Hz，低通45Hz）。使用EEGLAB工具箱的特定程序來(lái)識(shí)別受人為因素（例如眨眼）影響的EEG時(shí)期。所有標(biāo)記為偽影的EEG數(shù)據(jù)被剔除，得到無(wú)偽影的EEG數(shù)據(jù)，從中估計(jì)協(xié)作和工作量分析的參數(shù)。由于EEG傳感器功能異常，兩對(duì)組合不進(jìn)入后續(xù)數(shù)據(jù)分析中。

結(jié)果

1.任務(wù)情況

任務(wù)表現(xiàn)指標(biāo)上的雙尾t檢驗(yàn)顯示，相對(duì)于HARD條件，SUPER-HARD條件下的性能明顯降低(p=0.01)。

2.主觀工作量感知

在NASA-TLX（美國(guó)航天員任務(wù)負(fù)荷指數(shù)量表）評(píng)分的t檢驗(yàn)報(bào)告顯示，參與者在SUPER-HARD條件下感知到了明顯較高的工作量需求（p=0.0001）。

3.工作量評(píng)估

在MWI（工作量指數(shù)，額葉θ波段腦電通道和頂葉α波段腦電通道上估計(jì)的功率譜密度之間的比率）上的雙尾t檢驗(yàn)報(bào)告了HARD和SUPERHARD條件之間的明顯差異(p=0.04)。特別是當(dāng)任務(wù)的工作量需求增加時(shí) (SUPER-HARD)，根據(jù)每組被試的大腦活動(dòng)估計(jì)，MWI也增強(qiáng)了。

4.合作評(píng)估

對(duì)于每個(gè)感興趣的波段（θ和α），圖1.d顯示了在HARD和SUPER-HARD條件下兩組受試者之間連接的實(shí)驗(yàn)樣本的平均值，它們之間存在明顯差異。

圖1，依次為a任務(wù)表現(xiàn)指標(biāo)的t檢驗(yàn)結(jié)果、b NASA-TLX評(píng)分的t檢驗(yàn)報(bào)告、c MWI T檢驗(yàn)結(jié)果、d 兩組被試在兩種難度任務(wù)下的腦間連接、e 兩組被試在兩種難度任務(wù)下θ和α波之間的關(guān)系

結(jié)論

從一項(xiàng)困難的合作任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐豁?xiàng)更困難的任務(wù)（SUPER-HARD），被試任務(wù)表現(xiàn)明顯降低，這和NASA-TLX測(cè)量以及工作量指數(shù)（MWI）計(jì)算出來(lái)的結(jié)果一致，這表明需要更多的智力資源來(lái)應(yīng)對(duì)更苛刻的條件。隨著工作量的增加，腦間連接的強(qiáng)度也降低了，這表明一個(gè)被試影響另一個(gè)的活動(dòng)減少?？赡茉蚴莾蓚€(gè)個(gè)體中疊加激活的減少，由于巨大的工作量，每個(gè)個(gè)體都將精力集中在自己的個(gè)人活動(dòng)上而減少合作。