工作欠載下監(jiān)檢人員警覺(jué)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(shù)大學(xué) 工商管理學(xué)院,遼寧 葫蘆島 125105)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械自動(dòng)化逐漸在采礦行業(yè)普及,一些大型的現(xiàn)代化煤礦開(kāi)始在國(guó)內(nèi)涌現(xiàn),而這些大型煤礦的安全投入和安全生產(chǎn)逐步引起社會(huì)的廣泛關(guān)注[1]。在此背景下,一些新的問(wèn)題進(jìn)入人們的視野。例如,采礦業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的增加將會(huì)使礦工工作欠載的狀況增加[2]。從前,1組礦工在礦場(chǎng)手動(dòng)駕駛拖運(yùn)卡車(chē),現(xiàn)在,1個(gè)礦工就可以在遠(yuǎn)程控制操作中心監(jiān)控多輛自動(dòng)拖運(yùn)卡車(chē)。在這種情況下,監(jiān)控屏幕、遠(yuǎn)程操控等被動(dòng)工作就會(huì)引起工作欠載,從而可能導(dǎo)致事故的發(fā)生[3]。因此,探究礦工在工作欠載情況下警覺(jué)性注意的變化,依此提出改善建議,對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生具有較大的實(shí)際意義。

1979年,Karasek[4]最先對(duì)工作欠載進(jìn)行明確的定義,其認(rèn)為工作欠載是1種沒(méi)有回報(bào)甚至令人厭惡的體驗(yàn),通常與厭倦、不滿和沮喪等感覺(jué)聯(lián)系在一起;隨后,Young等[3]首次對(duì)易發(fā)生工作欠載的群體進(jìn)行界定,認(rèn)為很多涉及監(jiān)控任務(wù)和自動(dòng)化活動(dòng)的職業(yè)人群更傾向發(fā)生工作欠載;Ainslie[5]認(rèn)為單調(diào)的任務(wù)甚至比無(wú)所事事更沒(méi)有價(jià)值,因?yàn)榧词乖诳臻e時(shí),個(gè)人也能產(chǎn)生自己的獎(jiǎng)勵(lì)和刺激(如白日做夢(mèng)),而無(wú)聊和單調(diào)的任務(wù)的特點(diǎn)是“限制結(jié)構(gòu)性注意力”;基于此,Van等[6]研究發(fā)現(xiàn),在任務(wù)自主性較低的情況下,無(wú)聊的任務(wù)會(huì)帶來(lái)更多的挫敗感;Morris等[7]基于事件相關(guān)電位法,研究執(zhí)行單一監(jiān)督任務(wù)時(shí)個(gè)體的警覺(jué)性注意的變化特征,結(jié)果表明單一的監(jiān)督注意機(jī)制可能會(huì)導(dǎo)致警惕性下降。

在許多工作環(huán)境中,欠載表現(xiàn)為檢測(cè)或者監(jiān)督控制任務(wù)(例如,持續(xù)注意以檢測(cè)不常見(jiàn)的信號(hào)),這些工作的任務(wù)自主性水平均較低?，F(xiàn)實(shí)中,嚴(yán)重性的工作欠載更容易導(dǎo)致個(gè)體注意力的不集中,從而導(dǎo)致警覺(jué)性注意的下降,造成生產(chǎn)安全事故。目前,國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界更多關(guān)注工作超載的誘發(fā)因素和作用效果[8],但是有關(guān)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(fā),使用事件相關(guān)電位法(event-related potential,ERP),探究自動(dòng)化條件下監(jiān)檢人員警覺(jué)性注意的變化特征,以期為有效管控其警覺(jué)性注意提供新思路和基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 被試選擇和實(shí)驗(yàn)環(huán)境

選取20名黑龍江省某礦業(yè)公司男性監(jiān)檢人員,均為右利手,平均年齡為35.15±10.15(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)歲,聽(tīng)力正常,均無(wú)藥物濫用史,無(wú)任何腦部損傷史,視力或矯正視力正常,均無(wú)色覺(jué)障礙狀況。實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬被試日常工作環(huán)境,室內(nèi)溫度為16～22 ℃。因?yàn)楸O(jiān)檢人員需要時(shí)刻關(guān)注屏幕,實(shí)驗(yàn)素材的亮度可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。已有文獻(xiàn)表明[9],當(dāng)處在750～1 500 lx的光照強(qiáng)度時(shí),人眼最適合長(zhǎng)時(shí)間工作。基于此,實(shí)驗(yàn)將刺激材料亮度均調(diào)試至1 000 lx。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本文實(shí)驗(yàn)采用oddball范式,視覺(jué)刺激材料中靶刺激與非靶刺激的比例為1∶5。通過(guò)搜集安全警示標(biāo)志,實(shí)驗(yàn)將礦工井下常見(jiàn)的安全警示標(biāo)志作為靶刺激,其他無(wú)關(guān)標(biāo)志作為非靶刺激,二者均通過(guò)圖片形式呈現(xiàn),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F(xiàn)ig.1 Stimulus images

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,指導(dǎo)被試簽署知情同意書(shū),確保被試熟悉實(shí)驗(yàn)流程,所有被試均要進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)和正式實(shí)驗(yàn)2個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)采用E-Prime 3.0軟件編寫(xiě)刺激程序,所有的刺激材料用電腦屏幕來(lái)呈現(xiàn)。預(yù)實(shí)驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)block,每個(gè)block有36～60個(gè)刺激,靶刺激以16.7%的概率出現(xiàn)。被試的任務(wù)是當(dāng)靶刺激出現(xiàn)時(shí)按下空格鍵,否則不做反應(yīng)(每1個(gè)刺激出現(xiàn)時(shí),不管被試是否做出反應(yīng),圖片都將在1 000 ms后自動(dòng)消失)。在每個(gè)block結(jié)束后,屏幕都會(huì)出現(xiàn)1個(gè)探針問(wèn)題:“您是否感覺(jué)當(dāng)前工作量不足,無(wú)法激起您的注意力?”,該問(wèn)題采用Likert-10級(jí)量表計(jì)分,得分越高,表明工作欠載情況越嚴(yán)重,本文將選擇1～5的被試認(rèn)定為其狀態(tài)處于工作欠載前,將選擇5～10的被試認(rèn)定為其狀態(tài)處于工作欠載后,被試回答探針問(wèn)題的時(shí)間不計(jì)。正式實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)共設(shè)置40個(gè)block,實(shí)驗(yàn)流程與預(yù)實(shí)驗(yàn)相同,刺激序列如圖2所示。

圖2 刺激序列Fig.2 Stimulus sequence

1.4 數(shù)據(jù)采集與分析

腦電指標(biāo)選取P300的波幅和潛伏期來(lái)衡量煤礦監(jiān)檢人員的警覺(jué)性注意力[10]。實(shí)驗(yàn)使用EegoTMmylab便攜式腦電儀,使用數(shù)據(jù)線和并口線將放大器與刺激呈現(xiàn)電腦、數(shù)據(jù)記錄電腦串聯(lián)起來(lái)。打開(kāi)腦電儀配備的Eego軟件,讓被試佩戴好32導(dǎo)電極帽,根據(jù)已有研究[11-12],主要選取額葉區(qū)(Fz,F3,F4),中央?yún)^(qū)(Cz,C3,C4)和頂葉區(qū)(Pz,P3,P4)9個(gè)記錄電極(電極位置如圖3所示),雙側(cè)乳突為參考電極,參照國(guó)際10-20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[13],使用導(dǎo)電膏將記錄電極固定于32導(dǎo)電極帽上,腦電信號(hào)采樣率設(shè)置為500 Hz/導(dǎo),保證每個(gè)電極處的頭皮抗阻在10 kΩ以下。在測(cè)量腦電數(shù)據(jù)的同時(shí),用E-Prime 3.0軟件記錄被試的行為數(shù)據(jù)。

圖3 電極位置Fig.3 Electrode position

使用MathWorks公司研發(fā)的MATLAB R2014a軟件中的EEGLAB工具包及其插件ERPLAB對(duì)腦電(electroencephalogram,EEG)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析。首先對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,帶通濾波設(shè)置為0.5～30.0 Hz,降采樣來(lái)減少數(shù)據(jù)量提高計(jì)算速度,再利用獨(dú)立成分分析對(duì)眼電偽跡進(jìn)行剔除,然后分段和條件歸類,進(jìn)行疊加平均,最后需要對(duì)被試在實(shí)驗(yàn)中的平均反應(yīng)時(shí)和正確率以及刺激誘發(fā)的腦電位成分P300進(jìn)行分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 行為數(shù)據(jù)分析

本文通過(guò)探針問(wèn)題將被試分為工作欠載前與工作欠載后2種狀態(tài),2種狀態(tài)下監(jiān)檢人員在實(shí)驗(yàn)中的平均反應(yīng)時(shí)和正確率如表1所示。使用SPSS 27.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)被試的平均反應(yīng)時(shí)間和正確率進(jìn)行單因素方差分析,結(jié)果如表2所示。

表1 平均反應(yīng)時(shí)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(lái)區(qū)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(yīng)時(shí)間有顯著差異(p<0.05),工作欠載后監(jiān)檢人員的平均反應(yīng)時(shí)延長(zhǎng);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(jiān)檢人員的平均正確率降低。

2.2 腦電數(shù)據(jù)分析

分別對(duì)20個(gè)被試9個(gè)電極工作欠載前后的P300成分的峰波幅和峰潛伏期進(jìn)行測(cè)量和整理,并計(jì)算20名被試的均值,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 波幅和潛伏期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental data of amplitude and latency

工作欠載前后各個(gè)電極點(diǎn)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(gè)電極點(diǎn)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(gè)電極點(diǎn)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(shù)據(jù)分析軟件對(duì)監(jiān)檢人員工作欠載前后的波幅、潛伏期數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn),結(jié)果如表4所示。結(jié)合表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,波幅數(shù)據(jù)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(jiān)檢人員在視覺(jué)刺激任務(wù)中誘發(fā)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(shù)據(jù)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(jiān)檢人員在視覺(jué)刺激任務(wù)中誘發(fā)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(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)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(qū)和頂葉區(qū)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(duì)比圖6～7可知,個(gè)體從工作欠載前到工作欠載后潛伏期變長(zhǎng),波幅變小;工作欠載前P300成分更明顯活躍于額葉區(qū)和頂葉區(qū),而工作欠載后額葉區(qū)和頂葉區(qū)P300成分的活躍程度下降。已有研究表明[14-15],大腦額葉區(qū)主管人的情緒和思維等,大腦頂葉區(qū)主管人的認(rèn)知和注意力等。工作欠載后個(gè)體的思維和注意力均受到限制,根據(jù)工作欠載的動(dòng)機(jī)控制理論[16]:當(dāng)動(dòng)機(jī)不足時(shí)被試容易處于工作欠載狀態(tài),其警覺(jué)性下降,因而大腦額葉區(qū)和頂葉區(qū)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(jié)論

1)本文使用事件相關(guān)電位法綜合分析工作欠載對(duì)煤礦監(jiān)檢人員警覺(jué)性注意的行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)。分析行為數(shù)據(jù)結(jié)果表明,工作欠載后監(jiān)檢人員的正確率下降、平均反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng);工作欠載前后的腦電數(shù)據(jù)的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)果顯示,工作欠載后監(jiān)檢人員在視覺(jué)刺激任務(wù)中誘發(fā)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(jué)圖片刺激時(shí)P300成分更明顯活躍于額葉區(qū)和頂葉區(qū),在個(gè)體處于工作欠載狀態(tài)后大腦額葉區(qū)和頂葉區(qū)的P300成分活躍程度下降。

2)煤礦企業(yè)應(yīng)該合理規(guī)劃生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間,使輪班制更科學(xué)化和人性化,以減少監(jiān)檢崗位的工作欠載現(xiàn)象;同時(shí),企業(yè)應(yīng)定期進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,隨時(shí)關(guān)注存在工作欠載狀況的監(jiān)檢人員并及時(shí)給予心理輔導(dǎo),以此來(lái)減少因不能及時(shí)識(shí)別安全隱患而導(dǎo)致的事故頻率。

3)本文僅探討工作欠載狀態(tài)下監(jiān)檢人員警覺(jué)性注意的變化特征,多數(shù)情況下,由于輪班制的存在,工作超載和工作欠載是同時(shí)存在的,后續(xù)可繼續(xù)探究工作超載和工作欠載對(duì)監(jiān)檢人員注意力的聯(lián)合影響。