针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法及系统

技术领域

本发明涉及针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法及系统，用于飞行员在不同视觉信息任务下的脑力负荷评价研究。

背景技术

脑力负荷，也称心理负荷、精神负荷、脑力负担，可以理解为在单位时间内的脑活动量、大脑资源占用率、人在工作中的心理压力或信息处理能力。不合理的脑力负荷状态下工作，会对操作者的正常工作产生不利的影响。如果工作量过大脑力负荷过高会出现“超负荷”现象，遇到复杂情况，操作员的负荷非常高，认知能力、工作效率下降，严重时会导致操作员不能继续工作。而如果工作时负荷过低则会出现任务激励的敏感性、警惕性降低，从而使得操作员区分、识别和诊断紧急事件的能力大打折扣。对操作员的脑力负荷进行准确识别，对于保证操作者的认知能力、工作效率是非常有必要的。

现有的脑力负荷识别指标或模型大多仅适用于所设定的任务，无法在其他种类的任务中达到同样的识别效果，即缺乏“跨任务”识别的能力，研究能够在不同的任务下均能够准确识别脑力负荷的指标和模型，能够节省模型训练的时间和成本。

为了达到在不同的任务下均能够有效识别脑力负荷水平的目的，第一步就是要设计合理的“跨任务”的脑力负荷诱发任务。很多研究设计了不同的任务组合，进行跨任务的脑力负荷诱发，如字符和数字计算混合任务、2D和3D模拟飞行任务等。这些不同类型的任务组合虽然能够诱发出不同的脑力负荷等级，但是并没有注意到任务之间的关联性和区分性。上述跨任务的脑力负荷诱发方案中，均没有注意视觉信息处理的认知基础。如采用字符和数字计算两个任务构成的脑力负荷任务中，数字计算任务包括了对字符信息的处理，其本质是字符任务与复杂操作(心算)任务的结合，并非严格的跨任务脑力负荷诱发方式；而2D和3D模拟飞行任务中，均涉及了大量复杂的组合信息获取、信息处理和反应过程。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中的问题，而提供一种新型的针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法及系统，通过设计不同信息类型的负荷任务，实现符合大脑信息处理机制的、不同等级的跨任务脑力负荷诱发，达到合理、准确诱发脑力负荷的目的。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法，包含有以下步骤，

根据飞行任务时飞机平视显示器所需显示的信息类型，确定字符刺激信息、图形刺激信息和/或空间刺激信息；

提供基于所述字符刺激信息、所述图形刺激信息和/或所述空间刺激信息设计的N-Back任务；以及，

向受试飞行员执行所述N-Back任务。

作为针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法的优选方案，所述N-Back任务是根据N-Back范式设置，要求所述受试飞行员记忆显示界面第前N个显示的刺激信息并且与显示界面当前显示的刺激信息相比较进而作出对应的动作反馈。

作为针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法的优选方案，所述字符刺激信息为所述飞机平视显示器中用于表示诸如气压、高度、速度、方位的常用字符；进一步地，所述字符刺激信息为数字、英文字母、中文文字或其任意两两或全部的组合。

作为针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法的优选方案，所述图形刺激信息为所述飞机平视显示器中用于表示诸如敌机、友机、僚机、不明飞机等作战单位的常用目标符号；进一步地，所述图形你刺激信息为“▲”、“■”、

作为针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法的优选方案，所述字符刺激信息和/或所述图形刺激信息不具有空间位置属性，即所述受试飞行员在比较过程中无需注意所述字符刺激信息和/或所述图形刺激信息在所述显示界面中的空间位置而仅注意所述字符刺激信息和/或所述图形刺激信息本身。

作为针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法的优选方案，所述空间刺激信息为具有空间位置属性的所述字符刺激信息和/或所述图形刺激信息，即所述受试飞行员在比较过程中仅注意所述字符刺激信息和/或所述图形刺激信息在所述显示界面中的空间位置而无需注意所述字符刺激信息和/或所述图形刺激信息本身。

作为针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法的优选方案，所述空间位置属性是根据所述显示界面的焦点和地平线所划分的“左上”、“右上”、“左下”及“右下”四个区域。

本发明还提供针对飞行员脑力负荷等级的诱发系统，用于实现针对飞行员脑力负荷等级的诱发方法，包含有，

控制装置，其用于执行所述N-Back任务；

显示界面，其与所述控制装置相连，所述显示界面用于向所述受试飞行员显示所述N-Back任务中的刺激信息；以及，

输入装置，其与所述控制装置相连，所述输入装置用于供所述受试飞行员向所述控制装置输入所述N-Back任务中的动作反馈。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：根据飞行操控环境常见的信息种类，结合人脑视觉信息处理的神经机制，将飞行环境下各种复杂的视觉信息分离为字符、客体和空间等单一类型的信息，具有更精确诱发特定类型脑力负荷的功能与特点；该方法除了能够用于进行跨任务的脑力负荷识别研究外，还能够用于不同类型视觉信息的神经响应机制研究。

附图说明

图1为本发明任务执行流程设计。每个类型视觉信息的任务均分为三个难度，共12个任务，每个任务包含多个trial，任务执行的顺序随机。

图2为本发明所呈现的视觉信息界面。

表1为不同的视觉刺激信息。共分为字符、图形和空间三种类型，包含多个刺激方式。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式连接附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参见图1和2，根据飞行任务中平视显示器典型的信息类型，设计包括字符、图形、空间(字符)和空间(图形)四种刺激信息的N-Back任务。在所述字符/图形任务中，受试飞行员仅需关注显示界面所呈现的刺激信息的种类，而无需关注其出现位置。而在所述字符(空间)/图形(空间)任务中，受试飞行员仅需关注显示界面所呈现的刺激信息的出现位置，而无需关注其种类。

见表1，所述字符刺激信息为飞机平视显示器用于表示气压、高度、速度、方位等信息的常用字符，包括数字和英文字母及其组合；所述图形刺激信息为飞机平视显示器表示敌机、友机、僚机与不明飞机等作战单位的常用目标符号，诸如，“▲”、“■”、

所述N-Back任务的任务难度通过N-Back范式设置，要求受试飞行员将显示界面所呈现的刺激信息短暂地记忆在大脑中，经过一段时间后提取记忆，并做出相应的动作反馈。其中N表示所需记忆的信息数量，N＝1、2、3。根据所需记忆的信息的数量，设定三个难度等级的任务。

具体地，在1-Back中，受试飞行员需要不断记忆下前一个刺激信息并且与当前所呈现的刺激信息进行比较，若两者相同，则按下“←”键，否则按下“→”键。类似地，在2-Back中，受试飞行员需要记忆下第前2个所呈现的刺激信息并且与当前所呈现的刺激信息进行比较，做出对应的操作，以此类推。

现以字符2-Back任务为例：

步骤S1，显示界面显示提示信息，受试飞行员可通过“空格”按键主动开始任务；

步骤S2，为了保证任务执行时，受试飞行员处于相对稳定的心理状态；任务开始后，屏幕中央显示“+”提示符，提示符呈现时间为2s；

步骤S3，显示第一个字符，字符出现的空间位置随机，刺激呈现时间为0.5s；

步骤S4，刺激消失，显示“+”提示符，提示符呈现时间为2s；

步骤S5，显示第二个字符，刺激呈现时间为0.5s，以此类推；

步骤S6，受试飞行员需在新的刺激出现之前，对当前刺激是否与其2个之前刺激相同进行判断，即从第三个字符呈现开始，如该字符与第一个字符相同则按“←”键，不同则按“→”键，以此类推；

步骤S7，所有刺激均呈现完毕后，自动记录每次反应的反应时间，计算反应的正确率，结束上述流程。

而以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。