急性心理應激狀態下飛行績效影響因素分析

高鵬峻，曹新生，王 航，楊 琳，王春晨，高志君，文治洪，胡文東，代 靜*

(1.空軍軍醫大學基礎醫學院， 西安 710032； 2.空軍軍醫大學航空航天醫學系， 西安 710032)

1 引言

飛行活動是一種腦力高負荷任務，需要飛行人員實時感知和分析座艙及外部環境信息，進而快速判斷和決策。 飛行員在面對空中險情、機械故障、陌生場景等突發性事件時，均可能誘發急性應激反應，影響心理運動、工作記憶以及注意品質等飛行相關的認知能力[1-2]，導致任務績效下降，危及飛行安全[3]。 由于各種活動都存在一個最佳應激水平，應激過度或不足，都會使工作效率下降[4]，因此，對于從事高負荷、高風險職業的人員，能有效感知、調節應激水平，保持良好的生理心理功能狀態，對于飛行安全非常重要，但目前仍然缺乏飛行員應對飛行應激的有效手段[5]。

楊琳等[6]對情緒智力與模擬飛行績效之間的關系研究發現:靜息狀態心率以及心率變異性，包括RMSSD(Root Mean Square of Successive Differences)、LF(Low Frequency)和HF(High Frequency)與飛行考核階段存在顯著差異，表明在考核情境下，個體處于急性心理應激狀態。 而且，在一般情境下，情緒使用能力與模擬飛行績效呈顯著正相關[7]；而在應激情境下，情緒智力與情緒穩定性、緊張性、焦慮性顯著負相關，個體情緒智力對模擬飛行績效產生直接或間接影響[8]。 除此之外，個體的身體質量因素也可能對認知功能產生影響。 Yang等[9]研究表明，相對于正常體重的個體，肥胖或超重個體表現出執行功能不足，包括抑制控制、工作記憶、認知靈活性、決策、言語流暢性等，即身體質量指數也可能是影響應激情境下作業績效的一個重要因素。

本文在以往研究基礎上，采用模擬飛行考核誘發學員急性心理應激狀態，探討急性心理性應激情境下，個體情緒智力、應激狀態以及身體質量指數因素是否會影響飛行過程中緊張狀態或腦力負荷水平，從而對飛行績效產生影響，為飛行人員選拔和訓練中的急性飛行應激應對、飛行安全保障提供實驗基礎。

2 方法

2.1 受試者

45 名本科學員，男性，年齡20～26 歲，身心健康，無器質性疾病。 所有受試者均參加了模擬飛行訓練和評估，并在考核前后進行情緒智力、情緒狀態以及腦力負荷調查。

2.2 研究工具

2.2.1 情緒智力量表

采用中文版的情緒智力量表(Wong and Law Emotional Intelligence Scale， WLEIS)對受試者情緒智力進行評估。 量表包括自我情緒評價(Self Emotion Appraisals， SEA)， 他人情緒評價(Others’ Emotion Appraisals，OEA)， 情緒使用(Use of Emotion，UOE)和情緒調節(Regulation of Emotion，ROE)4 個分量表。 采用7 點李克特應答方式(1 為完全不同意，7 為完全同意)。 WLEIS具有良好的信度和效度[8，10]。

4 個分量表的Cronbach’sα系數分別為SEA: 0.828；OEA: 0.822；UOE: 0.939；ROE:0.842。 所有16 項的Cronbach’ sα系數為0.879。 在解釋一致性方面，各維度得分越高，表示情緒智力越高。

2.2.2 應激度評估量表和緊張度評估

應激度評估量表(Stress Rating Questionnaire，SRQ)采用7 點李克特量表評估受試者主觀應激程度[11]。 從冷靜到緊張不安，無所畏懼到恐懼，放松到焦慮，不關心到擔心，舒適到緊張，受試者在這5 個雙相維度上對自身的應激程度進行自我評估。 總分為5 ～ 35 分。 分數越高表明自我報告的應激程度越高。 本研究中量表的內部一致性良好(Cronbach’sα＝0.964)。

緊張度評估是通過詢問受試者在模擬飛行前、中感覺到的緊張程度，使用10 點李克特量表，其中0 表示緊張程度最低，10 表示緊張程度最高。

2.2.3 NASA 任務負荷指數量表

NASA 任務負荷指數量表( National Aeronautics and Space Administration-Task Load Index，NASA-TLX)由6 個分量表組成，分別代表腦力負荷的不同維度:心理需求、身體需求、時間需求、挫折、努力和績效[12]。 有研究比較了不同類型任務負荷評估量表在飛行活動腦力負荷中的適用性，NASA-TLX 具有很好的敏感性和診斷性，可作為飛行活動腦力負荷主觀測量的首選[13]。 總分越高，腦力負荷越大。 本研究量表的內部一致性良好(Cronbach’sα＝0.776)。

2.2.4 心電監測

使用空軍軍醫大學空軍醫學特色中心研制的飛行員飛行生理參數記錄儀(簡稱生參儀)實時記錄學員在整個模擬飛行考核階段的心率，并采用生參儀分析軟件分析心電信號。 心電參數包括平均心率(Heart Rate， HR)和心率變異性(Heart Rate Variability， HRV)。 本文選取HRV 的時域指標中R-R 間期差值的均方根均值RMSSD，以及頻域指標中的低頻功率LF 和高頻功率HF 評估受試者的急性心理應激狀態。

2.2.5 飛行訓練模擬器

使用空軍軍醫大學初教六型飛行模擬器進行模擬飛行訓練和評估。 該模擬器可模擬各種飛行訓練科目，如起落航線飛行、晝間儀表飛行、夜間儀表飛行、編隊飛行、特技飛行等。 起落航線飛行是所有飛行活動的基礎，包括沿跑道滑行起飛、巡航、著陸等過程。 選取起落航線飛行作為主要訓練及考核科目。 指受試者操控模擬器，嚴格保持規定的高度和速度，按照預定的飛行路線繞機場飛行。

2.3 實驗流程

2.3.1 模擬飛行訓練

采用對模擬飛行進行考核的方式誘發學員急性心理應激狀態。 模擬飛行訓練作為一門專業基礎課程，為小班教學方式，受試者在模擬飛行訓練中學習飛行理論和模擬飛行實踐。 45 名受試者隨機分為4 組，一組12 人，其余3 組各11 人。 模擬飛行訓練分兩個階段，每個階段3 學時:階段1，學習駕駛座艙控制設備、常用儀表和指示設備，掌握滑行起飛、爬升、巡航、轉彎及降落等基本飛行動作；階段2，起落航線飛行訓練，確保學員能夠獨立、熟練地完成整個飛行過程。

2.3.2 問卷調查和模擬飛行考核

模擬飛行考核前20 分鐘，所有受試者進行情緒智力、應激度、緊張度、任務負荷等問卷調查，調查采取匿名形式，并告知受試者問卷結果與飛行考核績效無關。 同時，受試者對自己平時的訓練績效進行評分(績效自我評估)，采用李克特10點評分，其中0 分表示成績最低，10 分表示最高。

完成調查問卷后，所有受試者休息5 min，隨后對每名受試者進行模擬飛行考核和評估。 5 名模擬飛行教員對受試者的模擬飛行表現評分，評估指標包括滑行起飛(評估飛機起飛時的迎角、速度、爬升率和飛行方向)、巡航(評估飛行路徑)和降落(評估飛行方向、速度、下降率以及是否安全降落在機場)。

考核結束后，受試者再次對考核過程中腦力負荷、緊張度以及考核績效進行自我評估。 對所有受試者模擬飛行考核過程以及靜息狀態下的心電信號進行實時監測。

2.4 統計分析

采用SPSS 23.0 對各變量進行描述性統計和Pearson 相關性分析，并利用PROCESS 插件進行中介效應分析[14]。 將偏差校正bootstrap 置信區間的樣本設置為10 000，計算間接效應的95%置信區間。 采用Kendall’sW一致性系數評估評分者評分一致性，取值范圍0 ≤W≤1。 采用Friedman 卡方統計量檢驗W的統計學顯著性。當卡方檢驗的P值小于0.05 時，說明各評分者的評價結果具有較高的一致性[15]。P<0.05 認為差異具有統計學意義。

3 結果

3.1 描述性統計

表1 中描述了45 名受試者年齡、身高、體重以及身體質量指數(Body Mass Index， BMI)基本信息，包括最小值、最大值、平均值和標準差。

表1 受試者基本信息統計(n＝45)Table 1 Descriptive statistics of subjects’ demographic data(n＝45)

3.2 評分者一致性分析

對5 名評分者模擬飛行考核評分的一致性進行分析，評價指標包括起飛、巡航軌跡和著陸。 如表2 所示，各指標的Kendall’sW系數均大于0.6，且模擬飛行考核成績總均分(Simulated flight performance， SFP)W系數高達0.824；卡方檢驗結果顯示，SFP 及各分項指標檢驗P< 0.001，表明5 名評分者模擬飛行考核績效評分具有較高的一致性。 各指標間具有中等或較高程度的相關，表明較好的結構效度。 因此，SFP 評分可以有效地表征受試者的模擬飛行績效。

表2 模擬飛行績效評估Table 2 The evaluation results of simulated flight performance

3.3 研究變量相關性分析

表3 統計了身體質量指數、應激度、情緒智力(包括4 個分量表)和模擬飛行績效變量的均值和標準差，計算各變量之間的皮爾遜積差相關系數并進行顯著性分析。 其中情緒智力各分量表與總均分(Emotional intelligence， EI)有中等程度相關，相關系數均在0.001 水平具有統計學意義；自我情緒評價SEA 與應激度顯著負相關，情緒使用UOE 與模擬飛行績效SFP 顯著負相關，其余各變量間存在一定程度相關，但未表現出統計學意義。

表3 研究變量相關分析Table 3 Correlation analysis of study variables

3.4 心電信號分析

監測受試者在整個模擬飛行考核過程中的心電信號變化。 采用重復測量的方差分析分別比較模擬飛行考核前、飛行中和飛行后3 個階段的平均心率HR(F＝121.7，P<0.001，η2＝0.85)、RMSSD(F＝27.7，P<0.001，η2＝0.57)、LF(F＝29.42，P<0.001，η2＝0.58)以及HF(F＝7.19，P＝0.002，η2＝0.26)各指標差異，均存在顯著性差異。 如圖1 所示，進一步通過事后檢驗并進行Bonferroni 校正發現，飛行中HR 顯著高于飛行前和飛行后；而RMSSD、LF 以及HF 要顯著低于飛行前和飛行后，且這些差異均具有統計學意義。為了進一步探討心電信號與模擬飛行考核績效的關系，將考核過程中的心電信號分別與飛行績效進行線性和二次曲線回歸擬合分析。 結果發現，飛行績效SFP 與平均心率相關不顯著(r＝-0.086，P＝0.578)，與心率變異性指標RMSSD(r＝0.344，P＝0.022) 和HF(r＝0.474，P＝0.001)存在顯著線性相關，與LF(r＝0.262，P＝0.084)也存在邊緣顯著相關。

圖1 飛行前、中、后心率、RMSSD、LF 及HF 重復測量方差分析Fig.1 ANOVA for repeated measurement of pre-flight， in-flight and post-flight heart rate，RMSSD， LF and HF

3.5 緊張度、腦力負荷與模擬飛行考核相關分析

分別對模擬飛行考核前和考核中的緊張度和腦力負荷進行配對樣本t檢驗，結果如表4 所示，飛行考核過程中受試者的緊張度和腦力負荷顯著高于考核前，且在0.001 水平具有統計學意義，效應值Cohen’sd為中等水平。 同時，對模擬飛行績效自我報告也進行了比較，發現考核后績效要低于考核前的自我報告成績，存在邊緣顯著。 結果分析可知，心理應激狀態下緊張度和腦力負荷顯著增加，并對飛行績效造成一定影響。 同時，將考核前后自評成績與考核成績SFP 進行皮爾遜積差相關分析發現，SFP 與考核前自評成績相關不顯著(r＝-0.032，P＝0.834)，而與考核后自評成績存在顯著正相關(r＝0.46，P＝0.002)。

表4 考核前后緊張度、腦力負荷和自評績效比較Table 4 Comparison of stress， mental workload and self-assessment performance before and after flight

為了進一步探討緊張度、腦力負荷與模擬飛行考核績效的關系，將考核過程中的緊張度和腦力負荷分別與飛行績效進行線性和二次曲線回歸擬合分析。 如圖2(a)所示，考核過程中受試者腦力負荷與考核績效SFP 存在顯著線性負相關，相關系數r＝-0.54，P<0.001，調整R2＝0.28；圖2(b)中顯示考核過程中緊張度與考核績效SFP 也存在顯著線性負相關，相關系數為r＝-0.48，P＝0.004，調整R2＝0.21。

圖2 緊張度、腦力負荷與模擬飛行考核績效回歸分析Fig.2 Regression analysis of stress， mental load and performance of simulated flight assessment

3.6 腦力負荷與緊張度中介效應分析

分別以身體質量指數BMI，情緒智力分量表自我情緒評價SEA、情緒使用UOE 和情緒調節ROE以及應激度stress 作為自變量，模擬飛行考核績效SFP 為因變量，分析考核過程中腦力負荷與緊張度的中介效應。 結果如表5 所示，bootstrapping 結果顯示，95%置信區間都包含0，表明自變量BMI、SEA、UOE、ROE 以及stress 的直接效應不顯著；然而，自變量BMI、UOE 和stress 對因變量SFP 影響中，腦力負荷存在顯著間接效應，即中介效應顯著；緊張度在BMI、SEA、UOE 以及stress 對因變量SFP影響中，存在顯著間接效應，中介效應顯著。

表5 腦力負荷與緊張度中介效應分析Table 5 Mediation effects of mental workload and tensity

4 討論

在高負荷、高風險急性應激任務狀態下，尤其在戰斗飛行時，會誘發飛行員急性應激反應，從而影響飛行人員的執行功能， 危及飛行安全[1-2，16-17]。 耶克斯-多德森定律表明，各種活動都存在一個最佳應激水平[4]，在中等壓力下，機體產生最佳的神經生理效應，能更好地對環境刺激做出反應。 然而，當外界刺激引起的應激不足或過度時，機體產生的神經生理效應不足，從而削弱了應對環境威脅的能力[18]。 本文結果發現受試者在飛行考核過程中的平均心率顯著高于飛行前和飛行后，而RMSSD、LF 和HF 在飛行中顯著降低。 Donnell、Sauvet 等[19-20]研究表明，在應激狀態下，個體心率會顯著增加，而心率變異性(包括SDNN、RMSSD，LF 及HF)下降。 因此，可以推斷受試者在模擬飛行考核過程中處于急性的心理應激狀態。 進一步相關分析發現，考核過程中心率變異性指標與飛行績效存在顯著正相關，即心率變異度越大，交感神經和迷走神經的調節越強，產生較好的神經生理效應，更好地執行飛行操作任務。

進一步分析發現，情緒利用維度UOE 與SFP存在顯著負相關，而整體情緒智力水平以及BMI和應激度與SFP 僅存在一定程度負相關，并未表現出統計學意義。 而模擬飛行考核前和考核中，受試者緊張度和腦力負荷水平顯著增加，與考核績效存在顯著負相關；同時，模擬飛行考核后的績效自評報告出現邊緣顯著下降，與考核成績存在顯著正相關。 以上分析表明，學員能夠客觀評估考核過程中的心理和行為表現，急性心理應激顯著增加了受試者的緊張度和腦力負荷，從而導致模擬飛行任務績效降低，與以往研究結論一致[8，21]。

根據Dai 等[8]研究，個體的情緒智力水平與情緒狀態存在顯著負相關，受試者本身的BMI、應激水平和情緒智力是否通過調節任務過程中的情緒狀態及腦力負荷水平來影響操作任務績效? 為此本文進行腦力負荷和緊張度的中介效應分析，發現BMI、UOE 和stress 通過影響任務過程中的腦力負荷和緊張度，降低了模擬飛行績效，且為完全中介效應。 根據Yang 等[9]研究可知，肥胖或超重個體表現出執行功能不足。 本文進一步發現，BMI 并未直接影響應激狀態下的任務績效，而是通過增加個體的任務負荷水平，對模擬飛行績效造成負面影響。 另外，在行為學研究方面，研究表明應激強度與任務績效存在非線性關系[22]。 應激喚醒大腦皮層，適度應激有利于維持覺醒水平，保證正常的心理活動；而過度的應激使個體的心理活動能力降低，對客觀事物的感知不充分、注意范圍縮小、判斷不精確等，從而導致執行能力下降。 應激的最佳水平隨任務性質的不同而不同。 任務負荷較低時，工作績效隨應激程度的提高而上升；任務負荷增加時，應激的最佳水平有逐漸下降的趨勢，也就是說，在任務負荷較大時，較低的應激水平有利于任務的完成[4]。 即壓力情境下的工作活動會顯著增加個體的腦力負荷，導致操作績效下降[23]。 所以，本文中受試者在考核情境下處于急性心理應激狀態，較高的應激水平會增加受試者的緊張情緒以及腦力負荷水平，從而導致飛行績效降低。

Dai 等[9]通過研究應激情境下情緒智力、情緒狀態與飛行績效的關系，發現受試者的情緒利用能力UOE 與飛行績效顯著負相關，與現有實驗結果一致。 根據情緒智力的理論，擁有較高情緒利用能力的個體，能在大多數時候保持積極情緒，他們充分利用自己的情緒促進自身在工作和生活中的表現。 然而，被試學員模擬飛行考核績效會直接決定其課程最終成績，在這種情況下，使得學生在考核過程中倍感壓力和緊張。 在應激情境下，任何任務都有一個最佳動機水平，一旦動機強度超過此水平，可能會降低任務績效[24]。 根據Mayer 等[25]提出的情緒智力能力模型，具有較高情緒運用能力的學員為獲得良好的飛行成績，會表現出更強的成就動機。 本文研究表明，在這種急性心理應激情境下，過度的動機水平，增加了受試者在模擬飛行考核中的緊張情緒和腦力負荷，從而導致飛行績效降低。 同時，情緒自我感知與評定能力SEA 則通過影響受試者的緊張度，提高了模擬飛行績效。 擁有較高SEA 的受試者，能夠較好地感知和理解其情緒狀態，并能很好地表達情緒，緩解緊張情緒，從而提高飛行績效。 通過以上分析表明，過度應激狀態降低了飛行績效。

本文發現在實際飛行人員訓練中，可從以下幾個方面降低真實飛行應激水平:①堅持鍛煉身體，保持BMI 值在正常范圍水平；②在日常飛行訓練中，傳授情緒調節知識及重要性，并訓練情緒調節技巧，如呼吸放松法、正念干預等；③加強模擬飛行訓練，熟練飛行駕駛艙操作流程，可降低飛行過程中的腦力負荷水平；④增加特殊情境，如發動機熄火、夜航、迷航等應激條件下的模擬飛行訓練，并熟練特情處置方法。 總之，需要采取適當措施有效地控制和調節個體在應激狀態下的緊張狀態和任務負荷，方可提高飛行績效，從而可能降低真實飛行應激情境下的飛行事故。

今后可在以下幾個方面進一步拓展研究:①受試者本身的認知能力水平是否會影響急性應激情境下的飛行績效；②研究結果并未表現出情緒調節能力ROE 對模擬飛行績效的直接或間接作用，可能與受試者本身缺乏情緒調節相關知識有關，需進一步探索研究情緒調節技能訓練對應激情境下飛行績效的作用；③本研究的受試者均為男性，在女性群體中是否會得出類似結論，有待進一步探索。

5 結論

本文探討了模擬飛行考核績效的相關影響因素，發現個體的身體質量指數、情緒智力水平以及應激狀態通過調節受試者的緊張水平和腦力負荷，影響飛行績效，結論如下:

1)模擬飛行考核誘發了受試者一系列生理和心理反應，包括心率增加、心率變異性(包括RMSSD、LF 和HF)降低，以及緊張情緒和腦力負荷水平增加，使受試者處于較強的急性心理應激狀態，從而降低了飛行績效。

2)身體質量指數會通過緊張度和腦力負荷水平影響心理應激情境下的飛行績效。

3)情緒智力以及應激狀態間接影響模擬飛行績效，過度情緒使用和應激水平使得受試者體驗到更高的緊張和腦力負荷水平，降低了飛行績效；而良好的感知和情緒評定能力，則可以緩解緊張和任務負荷，提高績效水平。