脑力负荷的研究与发展.docx

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脑力负荷的研究与发展脑力负荷的研究与发展脑力负荷的研究及发展趋势中文摘要随着社会向信息化的迈进，人们在工作中要处理的信息量和信息的复杂性越柬越大，脑力劳动逐渐成为多数劳动者的主要劳动形式。

脑力劳动是指从外界接收信息，并对信息进行编译、整理、分析，最后作出反应的过程。

工作对脑力劳动需求的提高必然导致脑力负荷的增加，适度的脑力负荷是完成工作任务甚至是人体健康所必需的，但过高的脑力负荷将影响到劳动系统中操作人员的身心健康和工作业绩。

因此，为保护劳动者健康，提高劳动工效，正确评价劳动者的脑力负荷并使其处于适当的水平具有重要意义。

国外对脑力负荷的研究已有几十年的历史，我国才刚刚起步，且大部分为实验室或模拟研究，本次研究主要是为了指出脑力负荷的定义及影响因素，还有脑力负荷测量的方法，以及某些方法的优缺点和改进。

还有脑力负荷的发展。

英文摘要Owingtotechnologicaladvancementsandthewideuseofcomputers，peoplearefacingtogrowinginformationquantityandcomplexityThusmentalworkisbecomingtheprimaryworktypeofmostworkersMentalworkisaprocessinwhichpeoplereceiveinformation，thentranslate，edit，trim，analyzeandatlastmakeresponsetoitDemandofmorementalworkintaskconsequentiallyresultstoincreaseofmentalworkloadModeratementalworkloadisnecessarytofulfillingtaskandworkershealth，buttoohighmentalworkloadwillinfluencetheirhealthandworkperformanceSocorrectevaluationonworkersmentalworkloadandkeepingitmoderateareveryimportantforprotectingworkershealthandincreasingtheirworkefficiencyTheforeigncountriesresearchofmentalworkloadhavehasseveraldecadeshistory.ButinChina,theresearchjustbeginning,andmostofresearchsarelaboratoryorsimulativestudy.Sothefinalgoalofthisstudyarepointoutthemeaningofmentalworkloadaswellasinfluentialfactorsandthewaysofmeasuringthementalworkloadaswellasthestrengthsandimprovementsofsomeways.Besides,Theresearchalsoinvolvetherecentdevelopmentofmentalworkload.脑力脑力负荷的定义及影响因素负荷的定义及影响因素脑力负荷的英文术语是mentalworkload。

也可称为心理负荷、精神负荷、脑力负荷或脑力负担。

目前尚未统一起来。

脑力负荷与体力负荷相对，是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。

脑力负荷是反映工作是人的信息处理系统被使用程度的指标。

脑力负荷与人的闲置未使用的信息处理能力之和就是人的信息处理能力。

人的闲置未使用信息处理能力越大，脑力负荷就越低，人的闲置未使用的信息处理能力越小，则脑力负荷越大。

人的闲置未使用的信息处理系统与人得信息处理能力、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。

影响脑力负荷的因素很多，主要包括三类因素：

工作内容、人的能力及人的业绩。

工作内容工作内容工作内容对脑力负荷有直接的影响。

在其他条件不变的情况下，工作内容越多，越复杂，操作人员所承受的脑力负荷就越高。

由于工作内容是一个非常笼统的概念，因此又把工作内容分为时间压力、工作任务的困难程度、工作强度等。

脑力负荷首先与完成任务所需要的时间是有关的。

一项任务所需要的时间越长，脑力负荷就越高。

脑力负荷还与工作任务的强度有关系，在单位时间内所完成的工作越多，脑力负荷就越重。

时间压力就是在完成任务是时间的紧迫感。

时间越紧，人的脑力负荷就越大；工作越困难，脑力负荷就越重。

人的能力人的能力在脑力劳动中，个体之间的脑力劳动能力存在差异，干同样的工作，能力越大的人脑力负荷越低，能力越小的人脑力负荷越高。

人的能力并不是一成不变的，而是可以随着训练的增加而提高的，特别是在某一技能的学习阶段更是如此。

人工作时是否努力、认真，对脑力负荷也有影响。

但是努力程度对脑力负荷的影响的趋势是不确定的。

一般来说，当人们努力工作时，脑力负荷是增加的。

人的业绩人的业绩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。

只有让操作者从事中等脑力负荷强度的工作，才能取得较佳的操作结果。

脑力负荷的测量方法脑力负荷的测量方法脑力负荷的测量方法，按其特点和适用范围可分为四类，即主观评价法、主任务测量法、辅助任务测量法和生理测量法。

主观评价法主观评价法主观评价法的特点：

主观评价是脑力负荷评价中唯一的直接评价方法；主观评价法一般在事后进行，不会对主操作产生干扰；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；使用简单、省时。

主观评价法的分类主观评价法主要包括：

Cooper-Harper评价法、主观负荷评价法、NASA-TLX量表等主观负荷评价法又称为SWAT法，NASA-TLX主观评价法认为影响脑力负荷的因素包括脑力需求、体力需求、时间要求、操作成绩、努力程度、挫折水平。

该方法的使用过程分两步，首先采用两两比较法，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一。

然后针对实际操作情景，对六个因素的状况分别进行评定。

主观评价法的缺陷：

评价结果有偏差，毕竟主观评价是操作人员对某项工作的感觉，这种感觉不一定就是脑力负荷；评价姐多容易混淆；方法应用存在局限性；方法敏感性存在特异性，因为主观评价的敏感性在某些领域受到限制。

主任务测量法主任务测量法主任务测量法是通过测量操作人员在进行某项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。

单指标测量法就是用一个业绩指标来推断脑力负荷。

主要用错误或时间延迟作为业绩指标。

多指标测量法是指用多个业绩指标来测量脑力负荷来减小测量的误差，速度和精确度是用来反映脑力负荷的重要指标。

主任务测量法存在两个问题。

其一，各种操作的性质各不相同，不可能提出一种广泛使用的绩效参数，因此各操作之间的脑力负荷状况无法进行比较，因而也无法提出统一的工作负荷大小的衡量尺度，这不利于不同任务将间的效果比较与解释；其二，根据资源理论，当操作要求资源小于操作能力时，虽然工作负荷的增加会引起剩余资源的减少，但主任务绩效由于得到充足资源的供应而并不出现下降，在这种情况下主任务绩效对工作负荷的变化不敏感。

辅助任务测量法辅助任务测量法辅助任务测量一般分为两步。

第一步为测量单独做辅助任务时的业绩指标，这个指标反映的是全心全意做这件事情时的业绩，也即人的能力。

第二步则在做主任务的同时，在不影响主任务的情况下尽量做辅助任务，这时也可以得到一个在辅助任务中的业绩，这个指标反映的是主任务没有占用的能力。

把这两个指标相减就得到主任务实际占用的能力，即脑力负荷。

但是，辅助任务测量法是建立在一定的假定基础上的。

首先，人的能力是一定的；其次，人的能力是单一的。

生理测量法生理测量法当一个人的脑力负荷过重时，与脑力相关的某些生理指标将发生变化。

许多不同的生理指标，如心率变异、大脑诱发电位等被推荐用来测量脑力负荷。

脑力负荷测量技术的发展脑力负荷测量技术的发展各种测量方法测量各种测量方法测量指标的适宜性指标的适宜性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（HeartRateVariability）来度量脑力负荷，SDNN（5min的窦性心搏NN间期标准差）、rMSSD（相邻NN间期差值的均方根）和HF（高频功率）有效性较差；而LF（低频功率）和LF/HF（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-vaag13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（MES）和追踪误差及传统类别量表（CS）的评定结果，指出MES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。

各种测量指标适宜性的比较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。

各种测量指标的综合运用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“库柏2哈柏”（主观评价结果）；P300潜时（听觉事件相关脑电位）；脑力负荷储备值（综合指标）飞行参数保持率（主任务测量指标）；信息处理速度（次任务测量指标）心率；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:

“库柏2哈柏”主观评价结果；P300潜时脑力负荷储备值飞行参数保持率信息处理速度。

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（mentalworkloadindex,MWI）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。

康卫勇，袁修干，柳忠起，刘伟20的研究综合几种主要的测量方法，主任务测量法采用的是操作绩效作为评价值，生理测量法采用眨眼率、瞳孔变化和扫视幅度三个眼动参数，主观评价法采用美国航空航天局开发的NASA-TLX量表6个因素的加权平均值，将每种方法得到的评价值，由飞行任务的权重系数进行加权平均，得到每种方法的某个设计方案的脑力负荷评价值，最后再将3种方法加权平均，得到每个设计方案的脑力负荷评价值，并经过实验验证了这一综合评价方法有效，具有很大的应用前景。

总之，现在脑力负荷的测量特别重视生理指标，对心率变异性、脑电图、脑事件相关电位等的研究逐渐深入，探讨不同生理指标反应脑力负荷的有效性以及联合指标的研究越来越多，可以想像随着测量技术和设备的不断改进，生理测量法将越来越重要。

另一方面，脑力负荷的测量越来越强调各种方法的综合运用，运用各种数学方法建立综合指标模型，从以上国内外的研究可见一斑。

但是脑力负荷的评价还需要考虑很多因素对脑力负荷的影响，不同的脑力负荷需要不同的评价指标来评价，对于脑力负荷的评价仍需深入研究。

参考文献1.郭伏，钱省三主编，人因工程学。

2.朱祖祥主编.人类工效学。

3.廖建桥,王文弼.时间长短对脑力负荷强度影响的研究J.人类工效学,1997,3（4）:

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