工作欠載下監檢人員警覺性注意的ERP研究*

房小凱,李乃文,武興波,蘇子怡

(遼寧工程技術大學 工商管理學院,遼寧 葫蘆島 125105)

0 引言

隨著科學技術的發展,機械自動化逐漸在采礦行業普及,一些大型的現代化煤礦開始在國內涌現,而這些大型煤礦的安全投入和安全生產逐步引起社會的廣泛關注[1]。在此背景下,一些新的問題進入人們的視野。例如,采礦業自動化應用的增加將會使礦工工作欠載的狀況增加[2]。從前,1組礦工在礦場手動駕駛拖運卡車,現在,1個礦工就可以在遠程控制操作中心監控多輛自動拖運卡車。在這種情況下,監控屏幕、遠程操控等被動工作就會引起工作欠載,從而可能導致事故的發生[3]。因此,探究礦工在工作欠載情況下警覺性注意的變化,依此提出改善建議,對預防事故的發生具有較大的實際意義。

1979年,Karasek[4]最先對工作欠載進行明確的定義,其認為工作欠載是1種沒有回報甚至令人厭惡的體驗,通常與厭倦、不滿和沮喪等感覺聯系在一起;隨后,Young等[3]首次對易發生工作欠載的群體進行界定,認為很多涉及監控任務和自動化活動的職業人群更傾向發生工作欠載;Ainslie[5]認為單調的任務甚至比無所事事更沒有價值,因為即使在空閑時,個人也能產生自己的獎勵和刺激(如白日做夢),而無聊和單調的任務的特點是“限制結構性注意力”;基于此,Van等[6]研究發現,在任務自主性較低的情況下,無聊的任務會帶來更多的挫敗感;Morris等[7]基于事件相關電位法,研究執行單一監督任務時個體的警覺性注意的變化特征,結果表明單一的監督注意機制可能會導致警惕性下降。

在許多工作環境中,欠載表現為檢測或者監督控制任務(例如,持續注意以檢測不常見的信號),這些工作的任務自主性水平均較低。現實中,嚴重性的工作欠載更容易導致個體注意力的不集中,從而導致警覺性注意的下降,造成生產安全事故。目前,國內學術界更多關注工作超載的誘發因素和作用效果[8],但是有關工作欠載的研究卻較少。鑒于此,本文擬從工作欠載的角度出發,使用事件相關電位法(event-related potential,ERP),探究自動化條件下監檢人員警覺性注意的變化特征,以期為有效管控其警覺性注意提供新思路和基礎依據。

1 研究方法

1.1 被試選擇和實驗環境

選取20名黑龍江省某礦業公司男性監檢人員,均為右利手,平均年齡為35.15±10.15(平均值±標準差)歲,聽力正常,均無藥物濫用史,無任何腦部損傷史,視力或矯正視力正常,均無色覺障礙狀況。實驗環境模擬被試日常工作環境,室內溫度為16～22 ℃。因為監檢人員需要時刻關注屏幕,實驗素材的亮度可能會影響實驗結果。已有文獻表明[9],當處在750～1 500 lx的光照強度時,人眼最適合長時間工作。基于此,實驗將刺激材料亮度均調試至1 000 lx。

1.2 實驗材料

本文實驗采用oddball范式,視覺刺激材料中靶刺激與非靶刺激的比例為1∶5。通過搜集安全警示標志,實驗將礦工井下常見的安全警示標志作為靶刺激,其他無關標志作為非靶刺激,二者均通過圖片形式呈現,其中靶刺激圖片20張,非靶刺激圖片100張,如圖1所示。

圖1 刺激圖片Fig.1 Stimulus images

1.3 實驗流程

實驗開始前,指導被試簽署知情同意書,確保被試熟悉實驗流程,所有被試均要進行預實驗和正式實驗2個環節。實驗采用E-Prime 3.0軟件編寫刺激程序,所有的刺激材料用電腦屏幕來呈現。預實驗共設置5個block,每個block有36～60個刺激,靶刺激以16.7%的概率出現。被試的任務是當靶刺激出現時按下空格鍵,否則不做反應(每1個刺激出現時,不管被試是否做出反應,圖片都將在1 000 ms后自動消失)。在每個block結束后,屏幕都會出現1個探針問題:“您是否感覺當前工作量不足,無法激起您的注意力?”,該問題采用Likert-10級量表計分,得分越高,表明工作欠載情況越嚴重,本文將選擇1～5的被試認定為其狀態處于工作欠載前,將選擇5～10的被試認定為其狀態處于工作欠載后,被試回答探針問題的時間不計。正式實驗環節共設置40個block,實驗流程與預實驗相同,刺激序列如圖2所示。

圖2 刺激序列Fig.2 Stimulus sequence

1.4 數據采集與分析

腦電指標選取P300的波幅和潛伏期來衡量煤礦監檢人員的警覺性注意力[10]。實驗使用EegoTMmylab便攜式腦電儀,使用數據線和并口線將放大器與刺激呈現電腦、數據記錄電腦串聯起來。打開腦電儀配備的Eego軟件,讓被試佩戴好32導電極帽,根據已有研究[11-12],主要選取額葉區(Fz,F3,F4),中央區(Cz,C3,C4)和頂葉區(Pz,P3,P4)9個記錄電極(電極位置如圖3所示),雙側乳突為參考電極,參照國際10-20系統標準[13],使用導電膏將記錄電極固定于32導電極帽上,腦電信號采樣率設置為500 Hz/導,保證每個電極處的頭皮抗阻在10 kΩ以下。在測量腦電數據的同時,用E-Prime 3.0軟件記錄被試的行為數據。

圖3 電極位置Fig.3 Electrode position

使用MathWorks公司研發的MATLAB R2014a軟件中的EEGLAB工具包及其插件ERPLAB對腦電(electroencephalogram,EEG)數據進行離線分析。首先對腦電數據進行預處理,帶通濾波設置為0.5～30.0 Hz,降采樣來減少數據量提高計算速度,再利用獨立成分分析對眼電偽跡進行剔除,然后分段和條件歸類,進行疊加平均,最后需要對被試在實驗中的平均反應時和正確率以及刺激誘發的腦電位成分P300進行分析。

2 實驗結果

2.1 行為數據分析

本文通過探針問題將被試分為工作欠載前與工作欠載后2種狀態,2種狀態下監檢人員在實驗中的平均反應時和正確率如表1所示。使用SPSS 27.0數據處理軟件對被試的平均反應時間和正確率進行單因素方差分析,結果如表2所示。

表1 平均反應時間和正確率Table 1 Average response time and accuracy

表2 單因素方差分析Table 2 One-way analysis of variance

本文使用p值0.05來區分顯著性水平。由表1～2可知,工作欠載前和工作欠載后被試的平均反應時間有顯著差異(p<0.05),工作欠載后監檢人員的平均反應時延長;工作欠載前和工作欠載后被試的正確率有顯著差異(p<0.05),工作欠載后監檢人員的平均正確率降低。

2.2 腦電數據分析

分別對20個被試9個電極工作欠載前后的P300成分的峰波幅和峰潛伏期進行測量和整理,并計算20名被試的均值,得到實驗結果如表3所示。

表3 波幅和潛伏期的實驗結果Table 3 Experimental data of amplitude and latency

工作欠載前后各個電極點的波幅、潛伏期變化曲線如圖4～5所示。

圖4 工作欠載前后各個電極點的波幅變化曲線Fig.4 Amplitude change curves of all electrode points before and after work underload

圖5 工作欠載前后各個電極點的潛伏期變化曲線Fig.5 Latency change curves of all electrode points before and after work underload

本文采用SPSS 27.0數據分析軟件對監檢人員工作欠載前后的波幅、潛伏期數據指標進行配對樣本t檢驗,結果如表4所示。結合表3中的數據進行分析,波幅數據中,工作欠載前的均值為17.32 μV,工作欠載后的均值為14.04 μV,p=0.000<0.05,t=11.032>0,表明工作欠載后煤礦監檢人員在視覺刺激任務中誘發的P300成分的波幅減弱,與工作欠載前相比具有顯著差異;潛伏期數據中,工作欠載前的均值為388.89 ms,工作欠載后的均值為477.76 ms,p=0.000<0.05,t=-30.217<0,表明工作欠載后煤礦監檢人員在視覺刺激任務中誘發的P300成分的潛伏期增加,與工作欠載前相比具有顯著差異。

表4 配對樣本t檢驗結果Table 4 Results of paired sample t test

2.3 腦電地形圖分析

選取1位被試,其工作欠載前、后的腦電地形圖如圖6～7所示。由圖6～7可知,該被試的P300成分在額葉區和頂葉區比較明顯。工作欠載前,P300成分始于340 ms,最大波幅為18.7 μV;工作欠載后,P300成分始于380 ms,最大波幅為15 μV。對比圖6～7可知,個體從工作欠載前到工作欠載后潛伏期變長,波幅變小;工作欠載前P300成分更明顯活躍于額葉區和頂葉區,而工作欠載后額葉區和頂葉區P300成分的活躍程度下降。已有研究表明[14-15],大腦額葉區主管人的情緒和思維等,大腦頂葉區主管人的認知和注意力等。工作欠載后個體的思維和注意力均受到限制,根據工作欠載的動機控制理論[16]:當動機不足時被試容易處于工作欠載狀態,其警覺性下降,因而大腦額葉區和頂葉區的活躍程度下降。

圖6 工作欠載前腦電地形圖Fig.6 EEG topography before work underload

3 結論

1)本文使用事件相關電位法綜合分析工作欠載對煤礦監檢人員警覺性注意的行為數據和腦電數據。分析行為數據結果表明,工作欠載后監檢人員的正確率下降、平均反應時間延長;工作欠載前后的腦電數據的配對樣本t檢驗結果顯示,工作欠載后監檢人員在視覺刺激任務中誘發的P300成分的潛伏期增加、波幅減弱;腦電地形圖分析可知,受到視覺圖片刺激時P300成分更明顯活躍于額葉區和頂葉區,在個體處于工作欠載狀態后大腦額葉區和頂葉區的P300成分活躍程度下降。

2)煤礦企業應該合理規劃生產作業時間,使輪班制更科學化和人性化,以減少監檢崗位的工作欠載現象;同時,企業應定期進行問卷調查,隨時關注存在工作欠載狀況的監檢人員并及時給予心理輔導,以此來減少因不能及時識別安全隱患而導致的事故頻率。

3)本文僅探討工作欠載狀態下監檢人員警覺性注意的變化特征,多數情況下,由于輪班制的存在,工作超載和工作欠載是同時存在的,后續可繼續探究工作超載和工作欠載對監檢人員注意力的聯合影響。