李紅霞，薛建文，楊妍

(西安科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西西安710054)

疲勞對(duì)礦工不安全行為影響的ERP實(shí)驗(yàn)研究*

李紅霞，薛建文，楊妍

(西安科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西西安710054)

∶煤礦企業(yè)的生產(chǎn)事故中有80%是由人的不安全行為引起的。預(yù)防和控制煤礦中人的不安全行為是減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失、保障安全生產(chǎn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中運(yùn)用腦電測(cè)量實(shí)驗(yàn)，基于疲勞對(duì)礦工不安全行為的影響，結(jié)合神經(jīng)管理學(xué)和安全管理學(xué)理論與方法，對(duì)疲勞狀態(tài)下礦工的不安全行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，構(gòu)建了由刺激發(fā)生系統(tǒng)(STIM)、信號(hào)采集與處理系統(tǒng)、被試反應(yīng)系統(tǒng)、數(shù)字放大器等組成的事件相關(guān)電位(ERP)測(cè)量系統(tǒng)，并選取了15名實(shí)驗(yàn)對(duì)象作為被測(cè)試者開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)被試者疲勞前后注意力的腦電信號(hào)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)被試者疲勞時(shí)，注意能力有所下降，ERP實(shí)驗(yàn)中的朝向反應(yīng)實(shí)驗(yàn)可以反映出這種變化。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)被試者在疲勞前后腦電信號(hào)P3a成分進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明疲勞前后P3a成分的波幅、潛伏期都有不同程度的變化，疲勞對(duì)被測(cè)試者腦電信號(hào)的波幅、潛伏期影響明顯，疲勞時(shí)被試者注意力下降，更容易出現(xiàn)不安全行為。

∶疲勞;礦工不安全行為;事件相關(guān)電位

0 引言

安全生產(chǎn)是煤礦行業(yè)永恒的主題，礦工工作與其他職業(yè)相比更有其行業(yè)特殊性，長(zhǎng)期單調(diào)繁重的勞動(dòng)、惡劣環(huán)境極易導(dǎo)致精神壓力大和身心憔悴。長(zhǎng)時(shí)間的疲勞狀態(tài)會(huì)使人以一種消極的、麻木不仁的態(tài)度應(yīng)對(duì)工作，在執(zhí)行各項(xiàng)安全操作規(guī)程時(shí)缺乏應(yīng)有的安全敏感性，從而導(dǎo)致安全意識(shí)下降，這些都將成為礦難事故的隱患。

目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者如Reason［1］，Jonson［2］，Hollnagel［3］，巴甫洛夫［4］、李紅霞，田水承［5］、傅貴［6］、曹慶仁［7］、劉斌、羅云［8］等從不同方面研究了礦工不安全行為的發(fā)生機(jī)理，國(guó)外學(xué)者基于人因失誤的基本原理，構(gòu)造出不同的致因模型，解釋不安全行為發(fā)生的深層原因。楊盼［9］、Dennis Wylie［10］、周玲［11］、尹小琳［12］、趙小松［13］、邢娟娟［14-15］從不同方面研究了疲勞的定義、分類(lèi)以及疲勞的影響因素。牛清寧［16］等通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量等方式，研究了疲勞的具體測(cè)量問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的生理參數(shù)來(lái)對(duì)疲勞進(jìn)行量化研究。

而國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究主要集中在不安全行為在煤礦事故中的作用方面。礦工不安全行為發(fā)生過(guò)程中其心理情況往往會(huì)通過(guò)生理參數(shù)反映出來(lái)，如腦電、心電、皮電、眼動(dòng)等，這些生理、心理參數(shù)均可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行測(cè)量。因此，在研究礦工不安全行為發(fā)生的深層機(jī)理時(shí)有必要引入實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器，根據(jù)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究?；诖?，文中構(gòu)建腦電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量被試者疲勞前后腦電信號(hào)的變化，在對(duì)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上得出疲勞對(duì)礦工不安全行為的影響，從而為煤礦企業(yè)預(yù)防和控制礦工的不安全行為提供新的建議。

1 疲勞狀態(tài)下礦工腦電信號(hào)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建

疲勞狀態(tài)下礦工腦電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)主要包括∶①刺激發(fā)生系統(tǒng)(STIM)，作用是將刺激文件呈現(xiàn)給被試者;②信號(hào)采集與處理系統(tǒng)，將采集來(lái)的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化、過(guò)濾、分析、計(jì)算得到ERP成分;③被試反應(yīng)系統(tǒng)，用于記錄被試者的反應(yīng)時(shí)間;④數(shù)字放大器，導(dǎo)電帽和導(dǎo)電膏一起連接到頭皮，導(dǎo)出腦電信號(hào)傳到數(shù)字放大器，用于放大信號(hào)后輸入數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

選取被試者15名，均為煤礦安全管理專(zhuān)業(yè)男性研究生，具有一定的煤礦實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，年齡22～28歲，均為右利手，視力(裸眼或矯正)正常，聽(tīng)力正常，身體健康。對(duì)被試者進(jìn)行1～15編號(hào)。

2.1 實(shí)驗(yàn)前被試者疲勞狀態(tài)的主觀評(píng)定

實(shí)驗(yàn)前，通過(guò)疲勞度主觀問(wèn)卷對(duì)被試者的疲勞狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定，利用SPSS17.0對(duì)問(wèn)卷得分進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果顯示二次實(shí)驗(yàn)時(shí)被試者的主觀疲勞感顯著增強(qiáng)，此結(jié)果為腦電實(shí)驗(yàn)客觀評(píng)定提供了重要的研究基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

1)實(shí)驗(yàn)前讓被試者閱讀實(shí)驗(yàn)須知，做好必要的準(zhǔn)備(如上衛(wèi)生間)，在實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始前選擇舒適的坐姿，全身放松地坐在椅子上;

2)為被試者佩戴耳機(jī)，雙側(cè)耳機(jī)給予聲音刺激，要求被試者在保證正確判斷的的前提下，盡快做出按鍵反應(yīng);

3)信號(hào)采集系統(tǒng)同步采集被試者的腦電信號(hào)。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 行為數(shù)據(jù)分析

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，見(jiàn)表1.

利用SPSS17.0對(duì)前后測(cè)得的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)。其中正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.

從分析結(jié)果中可以看出疲勞前后反應(yīng)時(shí)間均值分別為324.156 7和820.930 0，可初步判定被試者的反應(yīng)時(shí)間變慢。

該配對(duì)樣本檢驗(yàn)的Sig=0.000＜0.05，樣本具有顯著性差異，且該檢驗(yàn)的t=-9.664，負(fù)值說(shuō)明疲勞后反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，即被試者對(duì)于聲音刺激的反應(yīng)時(shí)間顯著變長(zhǎng)。

表1 被試者疲勞前后的平均響應(yīng)時(shí)間Tab.1 Average response time of subjects before and after fatigue ms

3.2 腦電數(shù)據(jù)分析

將7個(gè)不同電極分布點(diǎn)分為3組(前∶F3，F(xiàn)4;中∶CZ，C3，C4;后∶P3，P4)，對(duì)聲音刺激所誘發(fā)出ERP成分的波幅和潛伏期進(jìn)行分析。各點(diǎn)前后測(cè)得的波幅、潛伏期數(shù)據(jù)整理見(jiàn)表3.

利用SPSS17.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)前后測(cè)潛伏期、波幅進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，如圖1，2所示。

波幅數(shù)據(jù)中配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果t=4.130，p =0.006＜0.05，t為正值，說(shuō)明疲勞后波幅減小，且差異性顯著;潛伏期數(shù)據(jù)中配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果t =-4.619，p=0.004＜0.05，t為負(fù)值說(shuō)明疲勞后潛伏期增大，且差異性顯著。

圖1 疲勞前后各導(dǎo)聯(lián)點(diǎn)潛伏期變化曲線(xiàn)Fig.1 Curve about changes in latency stages of various lead points before and after fatigue

圖2 疲勞前后各導(dǎo)聯(lián)點(diǎn)波幅變化曲線(xiàn)Fig.2 Curve about changes in amplitudes of various lead points before and after fatigue

表2 配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Paired sam ples test

表3 各導(dǎo)聯(lián)點(diǎn)疲勞前后測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Experimental data of various lead points before and after fatigue

3.3 腦電數(shù)據(jù)分析

圖3為實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的被試者腦電地形圖。

圖3 P3a成分的腦電地形圖Fig.3 Brain electrical activitymapping of P3a before subjects feel fatigued

通過(guò)觀察腦部區(qū)域顏色的變化可知，被試者P3a成分，以額區(qū)最為明顯。疲勞前，P3a約在230 ms時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)，最大波幅在270 ms左右(圖3 (a))。疲勞后約580 ms開(kāi)始出現(xiàn)，最大波幅在680 ms左右(圖3(b))。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

正常狀態(tài)下P3a所實(shí)現(xiàn)的對(duì)新異刺激的反應(yīng)是很靈敏的，而被試者疲勞后我們可以觀察到潛伏期延后，這說(shuō)明對(duì)突然出現(xiàn)的新異刺激的反應(yīng)速度下降。通過(guò)文中腦電地形圖的分布可以看出，疲勞前大腦的額區(qū)活躍，而疲勞后其活躍性降低，這說(shuō)明疲勞后被試者的額區(qū)執(zhí)行功能下降。大腦額區(qū)主管人的精神和思維，疲勞后其活躍性降低，腦力可能會(huì)對(duì)危險(xiǎn)信號(hào)的覺(jué)察判斷能力下降，從而導(dǎo)致了工作時(shí)不能及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

4 結(jié)論

1)構(gòu)建了由刺激發(fā)生系統(tǒng)(STIM)、信號(hào)采集與處理系統(tǒng)、被試反應(yīng)系統(tǒng)、數(shù)字放大器等組成的時(shí)間相關(guān)電位(ERP)測(cè)量系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室條件下，應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)15名被測(cè)試者的腦電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析;

2)運(yùn)用SPSS17.0軟件對(duì)基于疲勞的礦工腦電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得出的15名被測(cè)試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，得出∶P3a成分波幅、潛伏期疲勞前后的實(shí)驗(yàn)中差異性非常顯著，表明在實(shí)驗(yàn)操作中疲勞對(duì)注意力有明顯影響;

3)基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出的數(shù)據(jù)建立了基于疲勞的礦工不安全行為模式，并在此基礎(chǔ)上提出預(yù)防和減少礦工不安全行為的建議，從而減少由于疲勞引起的不安全行為的發(fā)生。

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ERP experiment research on impact of fatigue on unsafe behaviors ofm iners

LIHong-xia，XUE Jian-wen，YANG Yan

(College of Management，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China)

∶80%of industrial accidents in coalmine enterprises are triggered by unsafe behaviors ofminers.Preventing and controlling unsafe behaviors ofminers is a crucial link to reduce casualties and economic losses and ensure safety in industrial production.In this study，an electroencephalo-graph(EEG) measurement experimentwas made to figure out the impact of fatigue on unsafe behaviors of miners. Neuromanagementwas combined with safety management theories and methods to make an empirical study of unsafe behaviors ofminers in fatigue.An event-related potentials(ERP)measurement system，composed of a stimulation-generating system(STIM)，a signal acquisition and processing system，a subject-reacting system，a digital amplifier and other components，was built，and 15 miners were chosen as experiment subjects tomeasure the attention of theminers as an EEG indicator before and afterminers felt fatigued.When subjects were fatigued，their attention was gradually distracted from work，which wasreflected by the orienting response experiment in the ERP experiment.In the experiment，P3a components of subjects before and after they felt fatigued were tested.And test results showed that subjects had experienced varying degrees of changes in amplitudes and latency stages in their P3a components before and after they felt fatigued.That is to say，fatigue has a significant impacton amplitudes and latency stages of EEG of subjects.When miners feel fatigues，they would be inattentive and more prone to unsafe behaviors.

∶fatigue;miners’unsafe behavior;event-related potentials

∶TD 79

∶A

00/j.cnki.xakjdxxb.2015.0317

∶1672-9315(2015)03-0376-05

∶2015-02-10責(zé)任編輯∶高佳

∶國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71271169，71273208);教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(20126121110004，20116121110002);西安科技大學(xué)哲學(xué)社會(huì)科學(xué)繁榮發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012SZ01);陜西省教育廳(高校)哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地建設(shè)項(xiàng)目(12JZ017，2014RW013;14JZ026)

∶李紅霞(1965-)，女，河北遵化人，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail∶406144519@qq.com