李乃文，張 麗，牛莉霞

(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

近年來(lái)，隨著安全技術(shù)的更新和設(shè)備的完善，煤礦事故得到了控制，但是人因事故的比率仍然達(dá)到97%以上，導(dǎo)致人因失誤的一個(gè)重要因素就是礦工的安全注意力下降，在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，礦工安全注意力在不斷發(fā)生變化，每一次衰減都是安全事故的隱患。因此，通過(guò)腦電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)定礦工在作業(yè)前、作業(yè)中和作業(yè)后的安全注意力水平，探討整個(gè)作業(yè)過(guò)程中礦工安全注意力的變化規(guī)律，將有助于深入認(rèn)識(shí)礦工在不同作業(yè)階段下的安全注意力水平，為安全管理提供思路。

目前，關(guān)于礦工安全注意力測(cè)量的文獻(xiàn)較少。在量表設(shè)計(jì)方面，李乃文[1]根據(jù)安全環(huán)境物化程度、語(yǔ)音意識(shí)、安全意志、知覺(jué)選擇性、知覺(jué)理解性、知覺(jué)恒常性、視覺(jué)記憶等因素，開(kāi)發(fā)了安全注意力測(cè)量量表，并對(duì)礦工安全注意力水平進(jìn)行了測(cè)量；牛莉霞[2]在訪談基礎(chǔ)上確定了安全注意力的行為屬性，并結(jié)合安全信息“獲取-理解-應(yīng)對(duì)”過(guò)程設(shè)計(jì)了安全注意力量表。從心理學(xué)研究角度出發(fā)，荊秀娟等[3]認(rèn)為目前對(duì)于注意網(wǎng)絡(luò)的量表測(cè)量缺乏信度，其原因在于除了測(cè)量工具的科學(xué)性外，還取決于所測(cè)量的注意是否有恰當(dāng)?shù)亩x。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，RU Ting Xia[4]以駕駛員為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)注意力測(cè)量系統(tǒng)對(duì)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間和正確率進(jìn)行實(shí)證研究；王春雪[5]通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究噪聲對(duì)安全注意力的影響機(jī)制，指出注意力的衰減過(guò)程中其心理過(guò)程往往可以通過(guò)腦電、心電的生理參數(shù)反映出來(lái)，這些生理參數(shù)是需要引入實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行研究的；在前人的研究基礎(chǔ)上，楊博[6]運(yùn)用事件相關(guān)電位實(shí)驗(yàn)對(duì)腦力疲勞前后的注意加工能力進(jìn)行了實(shí)證研究，得出有顯著差異；邱佩鈺[7]通過(guò)ERP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究視覺(jué)疲勞對(duì)駕駛員注意能力的影響，結(jié)果表明疲勞后駕駛員的非隨意注意能力下降；王金娥[8]通過(guò)腦電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出維持注意和選擇性注意有不同的腦機(jī)制，誘發(fā)不同的ERP成分。

綜上可知，腦電實(shí)驗(yàn)可以作為測(cè)量注意力的工具。因此，筆者在前人的研究成果基礎(chǔ)上，以礦工安全注意力為研究對(duì)象，通過(guò)腦電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)作業(yè)前期、作業(yè)中期、作業(yè)后期階段的礦工安全注意力水平進(jìn)行測(cè)量，探討作業(yè)前期、中期、后期階段礦工安全注意力的變化規(guī)律，為管控礦工安全注意力提供依據(jù)和思路。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

被試實(shí)驗(yàn)人員是阜新煤礦集團(tuán)中挑選的安全隱患最高的一線員工(均為男性)10名，其中掘進(jìn)工人5名，采煤工人5名。對(duì)處于不同作業(yè)階段的10名被試分別進(jìn)行測(cè)試，主要是按照2個(gè)工種作業(yè)流程的工序節(jié)點(diǎn)來(lái)劃分，一組是在作業(yè)前期階段的礦工，一組是作業(yè)中期階段的礦工，一組是作業(yè)后期階段的礦工。所有被試均是右利手，身體健康，雙眼視力為1.0以上，沒(méi)有精神上或者身體上的疾病史，年齡平均值為32.12歲，標(biāo)準(zhǔn)差為1.89，完成實(shí)驗(yàn)可以獲得適當(dāng)?shù)膱?bào)酬。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 實(shí)驗(yàn)程序

本實(shí)驗(yàn)采用oddball范式。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，被試首先閱讀實(shí)驗(yàn)流程并簽署知情同意書(shū)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，被試坐在隔音效果良好的實(shí)驗(yàn)室的椅子上，眼睛距離電腦屏幕約750 mm。刺激程序用E-prime2.0軟件編寫(xiě)，所有的刺激材料背景為灰色，用電腦屏幕來(lái)呈現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)單個(gè)trial開(kāi)始時(shí)在屏幕中央呈現(xiàn)黑色的“+ ”號(hào)，持續(xù)時(shí)間1 000 ms，要求被試集中注視，隨后是隨機(jī)呈現(xiàn)“我”、“找”或者五角星的圖片，刺激呈現(xiàn)時(shí)間是500 ms，最后是一個(gè)空白圖片，呈現(xiàn)時(shí)間是2 000 ms，隨后進(jìn)入下一個(gè)trial。實(shí)驗(yàn)一共分為3組，每組200個(gè)trial，2個(gè)block，每個(gè)block中，“我”出現(xiàn)75次，“找”出現(xiàn)15次，五角星出現(xiàn)15次，被試的任務(wù)是當(dāng)出現(xiàn)“找”(靶刺激)的時(shí)候，按下鍵盤(pán)上的空格鍵。在每一個(gè)刺激圖片出現(xiàn)的時(shí)候，不管被試是不是做出反應(yīng)，圖片都在500 ms后自動(dòng)消失。刺激序列見(jiàn)圖1。

圖1 單個(gè)trial刺激序列Fig.1 the stimulation sequence of single trial

為了幫助被試快速熟悉實(shí)驗(yàn)程序，在正式實(shí)驗(yàn)之前，被試需要完成練習(xí)模塊。正式實(shí)驗(yàn)包括3 個(gè)水平，即作業(yè)前期階段的礦工、作業(yè)中期階段的礦工、作業(yè)后期階段的礦工，為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，每個(gè)水平下的刺激序列呈現(xiàn)順序都是隨機(jī)的。

1.4 數(shù)據(jù)記錄與分析

實(shí)驗(yàn)儀器為NeuroScan64導(dǎo)腦電儀，使用直流(DC)放大器，用單極導(dǎo)聯(lián)記錄EOG。采用腦電儀配備的ERP記錄與分析系統(tǒng)，電極按照國(guó)際10～20標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行放置，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，選擇所需的電極固定在64導(dǎo)的電極帽上。在進(jìn)行腦電記錄的時(shí)候，將雙側(cè)乳突作為參考電極點(diǎn)，分別對(duì)水平和垂直眼電進(jìn)行記錄，水平眼電安置在雙眼外側(cè)約16 mm處，垂直眼電安置在左眼上下眼眶約15 mm處。通過(guò)腦電儀自帶的信號(hào)采集軟件Actiview進(jìn)行腦電信號(hào)記錄，每個(gè)電極處的頭皮阻抗保證5 000歐姆以下，腦電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理后被連續(xù)記錄，采樣頻率為1 000 Hz/導(dǎo)，濾波帶寬為0.05～40Hz。

腦電信號(hào)數(shù)據(jù)分析采用BESA6.0軟件，首先是對(duì)腦電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除明顯的漂移數(shù)據(jù)，用數(shù)字濾波器對(duì)CNT 文件進(jìn)行數(shù)字濾波，分析時(shí)程(Epoch)選-200～600 ms，即在圖片刺激(“我”、“找”和五角星)呈現(xiàn)前的200 ms到呈現(xiàn)后的600 ms，然后對(duì)基線進(jìn)行矯正，按照波幅、梯度和低信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)眨眼、眼動(dòng)和心電的偽跡進(jìn)行剔除，由于大部分偽跡滿足梯度和低信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，筆者僅僅通過(guò)波幅來(lái)剔除，將閾值設(shè)為80微伏，剔除超過(guò)閾值的腦電信號(hào)，然后進(jìn)行疊加平均，最后需要對(duì)作業(yè)前期、作業(yè)中期、作業(yè)后期階段的礦工在實(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 結(jié)果分析

2.1 行為數(shù)據(jù)分析

對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得表1。利用SPSS 21.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)作業(yè)前、作業(yè)中、作業(yè)后的礦工在實(shí)驗(yàn)中的平均反應(yīng)時(shí)間(單位：ms)和正確率進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果如表2 所示。

表1 不同工作階段下的平均反應(yīng)時(shí)和正確率

表2 單因素方差分析

由表2可以看出，反應(yīng)時(shí)的顯著性P為0.039<0.05，即認(rèn)為處于不同作業(yè)階段下的被試的平均反應(yīng)時(shí)有顯著差異，作業(yè)中、后期階段，被試的反應(yīng)時(shí)間相對(duì)變慢；正確率的顯著性P為0.223>0.05，即認(rèn)為處于不同作業(yè)階段下的被試的正確率無(wú)顯著差異。

2.2 腦電數(shù)據(jù)分析

參考相關(guān)文獻(xiàn)[12-13]，結(jié)合事件相關(guān)電位在腦位置的分布，選取9個(gè)電極分布點(diǎn)(頭皮前部：Fz，F(xiàn)3，F(xiàn)4；頭皮中部：Cz，C3，C4；頭皮后部：Pz，P3，P4，分別對(duì)ERP誘發(fā)成分的波幅(以μV計(jì)算)和潛伏期(ms)進(jìn)行方差分析，根據(jù)不同作業(yè)階段的被試在各個(gè)電極點(diǎn)誘發(fā)ERP成分的峰波幅和峰潛伏期的平均數(shù)據(jù)，采用visio軟件對(duì)其變化曲線進(jìn)行模擬，如圖2和圖3所示。

圖2 不同作業(yè)階段各個(gè)電極點(diǎn)的波幅變化曲線Fig.2 The amplitude curve of all the electrode points under different operation phases

圖3 不同作業(yè)階段各個(gè)電極點(diǎn)的潛伏期變化曲線Fig.3 The latency period curve of all the electrode points under different operation phases

利用SPSS 21.0 處理軟件對(duì)各個(gè)電極點(diǎn)在作業(yè)前期、中期、后期階段測(cè)得誘發(fā)成分的峰波幅和峰潛伏期進(jìn)行雙因素方差分析，作業(yè)階段(3水平：作業(yè)前、作業(yè)中、作業(yè)后)，靶刺激電極9水平：Fz，F(xiàn)3，F(xiàn)4，Cz，C3，C4，Pz，P3，P4。

峰波幅的主效應(yīng)分析結(jié)果顯示：作業(yè)階段主效應(yīng)顯著，F(xiàn)=8.35，P<0.05，其中，M作業(yè)前=10.4，M作業(yè)中=9.3，M作業(yè)后=10.1，M作業(yè)中0.05，電極位置與作業(yè)階段的交互作用沒(méi)有達(dá)到顯著性水平。

峰潛伏期的主效應(yīng)分析結(jié)果顯示：作業(yè)階段主效應(yīng)顯著，F(xiàn)=5.89，P<0.05，其中，M作業(yè)前=358.4，M作業(yè)中=364.2，M作業(yè)后=361.3，M作業(yè)中>M作業(yè)后>M作業(yè)前；電極位置主效應(yīng)顯著，F(xiàn)=17.82，P<0.05，LSD比較法得出MC3=335.9，MFz=354.2，MP4=365.5，MP3=368.1，MP3=MC30.05，電極位置與作業(yè)階段的交互作用沒(méi)有達(dá)到顯著性水平。

2.3 腦電地形圖分析

基于上述理論，筆者采用BESA軟件對(duì)腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括濾波、基線和偽跡矯正、疊加平均，從而得到被試在不同作業(yè)階段的P300的腦電地形圖(如圖4～6所示)。

圖4 作業(yè)前期階段被試P300的腦電地形Fig.4 Subjects P300 brain electrical activity mapping in the operation early stage

圖5 作業(yè)中期階段被試P300的腦電地形Fig.5 Subjects P300 brain electrical activity mapping in the operation mid-term stage

圖6 作業(yè)后期階段被試P300的腦電地形Fig.6 Subjects P300 brain electrical activity mapping in the operation late stage

由上述組圖可以看出，被試的P300成分在枕區(qū)比較明顯。在作業(yè)前期階段，被試的P300成分約在320 ms開(kāi)始出現(xiàn)，最大波幅約在360 ms；在作業(yè)中期階段，被試的P300成分約在525 ms開(kāi)始出現(xiàn)，最大波幅約在530 ms；在作業(yè)后期階段，被試的P300成分約在445 ms開(kāi)始出現(xiàn)，最大波幅約在450 ms。

大腦枕區(qū)主管人的認(rèn)知和注意力，經(jīng)上述腦電地形圖分析，可以看出被試在作業(yè)前期階段枕區(qū)執(zhí)行能力比較強(qiáng)勁，在作業(yè)中期階段枕區(qū)執(zhí)行能力大幅度下降，在作業(yè)后期階段有些許回升，但是仍然低于作業(yè)前期階段。也就是說(shuō)，被試在作業(yè)前期階段注意力水平比較高，在中期階段大幅度衰減，在后期階段有小幅度的回升。

3 結(jié)論

1)通過(guò)E-prime刺激呈現(xiàn)軟件的測(cè)量，得到了礦工在不同作業(yè)階段注意力的行為數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示不同作業(yè)階段的礦工的平均反應(yīng)時(shí)有顯著差異，在一定程度上，反映了注意力水平有顯著差異。

2)采用腦電實(shí)驗(yàn)，對(duì)礦工在不同作業(yè)階段的誘發(fā)ERP成分的波幅和潛伏期進(jìn)行分析，結(jié)果表明在作業(yè)前期階段，P300的波幅最大、潛伏期最短；在作業(yè)中期階段，P300的波幅最小，潛伏期最長(zhǎng)；在作業(yè)后期階段，P300的波幅和潛伏期介于前期階段和中期階段之間，且數(shù)值接近中期階段。

3)通過(guò)行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)結(jié)果的綜合分析，得出在作業(yè)前期階段，礦工安全注意力水平平穩(wěn)上升；在作業(yè)中期階段，安全注意力水平開(kāi)始大幅度衰減；在作業(yè)后期階段，安全注意力水平有些許回升，但是仍然低于前期階段。此結(jié)論可以為礦工安全注意力的干預(yù)提供依據(jù)，尤其是在中期階段，礦工安全注意力水平大幅度衰減，煤礦安全管理者應(yīng)該加強(qiáng)中期階段的監(jiān)管，充分調(diào)動(dòng)礦工的工作熱情，保證工作效率和人身安全。

4)本實(shí)驗(yàn)只是針對(duì)3個(gè)階段礦工安全注意力水平的變化趨勢(shì)進(jìn)行了刻畫(huà)，存在局限性。后期可以多選擇一些參考點(diǎn)，探討每個(gè)作業(yè)階段內(nèi)部礦工安全注意力水平的變化，進(jìn)一步對(duì)變化規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化。

[1] 李乃文,金洪禮.基于情境認(rèn)知的安全注意力研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2013,23(9):58.

LI Naiwen，JIN Hongli. The safety attention research based on situated cognition[J].Chinese Safety Science Journal,2013,23(9):58.

[2] 牛莉霞,劉謀興,李乃文,等.工作倦怠、安全注意力與習(xí)慣性違章行為的關(guān)系[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2016,26(6):19-24.

NIU Lixia,LIU Mouxing,LI Naiwen,et al.The relation among job burnout,safety attention and habitual violation behaviors[J].Chinese safety science journal,2016,26(6):19-24.

[3] 荊秀娟,王一峰.注意網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系及其心理與生理機(jī)制[J].心理科學(xué)進(jìn)展,2015,23(9): 1531-1539.

JING Xiujuan,WANG Yifeng.The relation between safety and network and the mechanism of psychology and physiology[J].Psychology Science Progress,2015,23(9):1531-1539.

[4] Ru Ting Xia,Jian Fan,Bai Shao Zhan,Shunichi Doi. Development of Visual Attention Measurement System of Simulated Traffic Environment[J]. Applied Mechanics and Materials,2011,1245(55):401-406.

[5] 王春雪，呂淑然.噪聲對(duì)安全注意力影響實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2016,12(3): 161-164.

WANG Chunxue, LUE Shuran.The influencing experiments research of noise on safety attention[J].Chinese Safety Production Science Technology,2016,12(3):161-164.

[6] 楊博.長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)警戒任務(wù)下腦力疲勞對(duì)前注意和注意加工能力影響的ERP研究[D].西安:第四軍醫(yī)大學(xué),2013.

[7] 邱佩鈺,王東,錢峰,等.視覺(jué)疲勞對(duì)駕駛?cè)俗⒁饽芰τ绊懙氖录嚓P(guān)電位研究[J]. 交通醫(yī)學(xué),2011,(6):570-573.

QIU Peiyu,WANG Dong,QIAN Feng,et al.The ERP research of influence visual fatigue has on drivers attention ability[J].Traffic Medicine, 2011,(6):570-573.

[8] 王金娥,任國(guó)防.維持注意與選擇注意具有不同的腦機(jī)制:來(lái)自事件相關(guān)電位的證據(jù)[J].中國(guó)組織工程研究,2016,22(33):4993-4997.

WANG Jine,REN Guofang.Maintenance attention and choice attention have different brain mechanism:the evidence from event-related potential[J].Chinese Organization Engineering Research,2016,22(33):4993-4997.

[9] 張雅捷,潘燕軍,謝靜濤.試論事件相關(guān)電位P300的研究進(jìn)展[J].陰山學(xué)刊,2016,30(1):44-46.

ZHANG Yajie,PAN Yanjun,XIE Jingtao.Discussion on the research progress of event-related potential P300[J].Yinshan Academic Journal,2016,30(1):44-46.

[10] 史欣.事件相關(guān)電位-P300[J].現(xiàn)代電生理學(xué)雜志,2014,21(4):219-221.

SHI Xin.Event-related potential-P300[J].Journal of Modern Electrophysiology,2014,21(4): 219-221.

[12] Bledowski C，Prvulovic D，Hoechstetter K，et al．Localizing P300 generators in visual target and distractor processing: A combined event-related potential and functional magnetic resonance imaging study[J]. The Journal of Neuroscience,2004,24(42): 9353-9360．

[13] Boksem M A S，Meijman T F，Lorist M M． Effects of mental fatigue on attention: An ERP study[J].Cognitive Brain Research,2005,25(1): 107-116．

[14] 王積福,黃志劍,于淋.情緒詞語(yǔ)對(duì)摔跤運(yùn)動(dòng)員心理表象影響的事件相關(guān)電位研究[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2015,34(4):389-403.

WANG Jifu, HUANG Zhijian,YU Lin. The ERP research of the influence of emotion words and expressions on wrestlers[J].Chinese Journal of Sports Medicine,2015,34(4):389-403.

[15] 李紅霞,薛建文,楊研.疲勞對(duì)礦工不安全行為影響的ERP實(shí)驗(yàn)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(3):377-379.

LI Hongxia,XUE Jianwen,YANG Yan.The ERP experiment research of the influence of fatigue has on miners unsafe behaviors[J].Xi'an Science and Technology University Journal,2015,35(3):377-379.

[16] Xianxian Kong, Xiaoqiang Chen, Bo Tan, Dandan Zhao, Zhenlan Jin, Ling Li. Sad facial cues inhibit temporal attention: evidence from an event-related potential study[J]. Neuro Report,2013,24(9):476-481.