張鑫鵬 賈 衛(wèi) 蔣偉東 王 哲 馬繼政

現(xiàn)役人員人類能力最佳化：影響軍事職業(yè)人員認(rèn)知能力的相關(guān)生理因素*

張鑫鵬 賈 衛(wèi) 蔣偉東 王 哲 馬繼政

（陸軍工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)系軍事運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究中心，江蘇 南京 211101）

在軍事背景下，維持認(rèn)知和軍事職業(yè)活動(dòng)的任務(wù)非常重要。通常，需要進(jìn)行常規(guī)訓(xùn)練準(zhǔn)備，最佳化發(fā)展軍事職業(yè)人員身體和認(rèn)知方面的能力，以抵抗可能遇到的多種壓力源。一些生理因素對認(rèn)知能力產(chǎn)生正面或負(fù)面影響，從而影響軍事職業(yè)活動(dòng)表現(xiàn)。鑒于軍事職業(yè)活動(dòng)的多樣性和復(fù)雜性，充分認(rèn)識這些職業(yè)活動(dòng)獨(dú)特的變化機(jī)制，可為提高軍事訓(xùn)練和部署環(huán)境特定的認(rèn)知能力提供依據(jù)和思路。

認(rèn)知能力；生理因素；軍事職業(yè)活動(dòng)

在軍事背景下，維持認(rèn)知和軍事職業(yè)活動(dòng)的任務(wù)非常重要。軍事職業(yè)人員面臨著特定的認(rèn)知方面的挑戰(zhàn)，包括極端的身心疲勞、高度焦慮、高壓力、以及不可預(yù)測的外部環(huán)境[1]。認(rèn)知涉及到任務(wù)方面的需求，持續(xù)關(guān)注力或集中注意力，以及快速處理信息。任務(wù)需要存儲(chǔ)、保留、回憶、識別和應(yīng)用信息、計(jì)劃、解決問題、以及監(jiān)控目標(biāo)導(dǎo)向的行為。在軍事職業(yè)活動(dòng)中，任務(wù)需要認(rèn)知能力，包括常規(guī)監(jiān)視活動(dòng)、計(jì)算為主的任務(wù)：控制導(dǎo)彈、無人駕駛飛行器或戰(zhàn)斗機(jī)器人、以及其他的多樣性的軍事職業(yè)活動(dòng)[2]。例如在持續(xù)性的軍事職業(yè)活動(dòng)中，需要精確地控制各種武器。

通常，需要進(jìn)行常規(guī)訓(xùn)練準(zhǔn)備，最佳化發(fā)展軍事職業(yè)人員身體和認(rèn)知方面的能力，以抵抗可能遇到的多種壓力源，即現(xiàn)役人員人類能力最佳化：“應(yīng)用知識、技能和新興技術(shù)，來提高和維持軍事人員執(zhí)行基本任務(wù)能力的過程”[3,4]。當(dāng)前，潛在地影響認(rèn)知能力的生理因素包括心肺代謝能力、營養(yǎng)、年齡、精神疲勞等。其中心肺代謝、營養(yǎng)在很大程度上是可以改變的，可以通過調(diào)控獲得最佳化的益處。年齡和疲勞相對固定，在某些情況下是不可避免的[2]。盡管其中一些因素的不利影響是不可避免的，充分認(rèn)識這些生理因素對認(rèn)知產(chǎn)生的影響，有助于制定評估策略、設(shè)計(jì)精準(zhǔn)訓(xùn)練計(jì)劃，從而提高認(rèn)知和軍事職業(yè)活動(dòng)的能力。

1 影響軍事職業(yè)人員認(rèn)知能力的生理因素

1.1 人口因素

1.1.1年齡

隨著年齡的增長，認(rèn)知能力的表現(xiàn)趨于下降。尤其是反應(yīng)速度。進(jìn)行一些任務(wù)式測試，關(guān)注和處理速度、簡單反應(yīng)時(shí)間、選擇反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間，隨著年齡的增加而惡化。從最年輕（17-25歲）到年長（30-65歲）年齡組的平均變化幅度分別為9％、14％和18％。對于工作記憶任務(wù)，呈現(xiàn)出類似的趨勢，與17-25歲年齡組相比，30-65歲反應(yīng)時(shí)間減慢24％。選擇反應(yīng)時(shí)間的準(zhǔn)確性從17-20歲到56-65歲略微提高（1％），但連續(xù)操作任務(wù)的準(zhǔn)確性未受影響[5]。

年齡是不可避免的因素，其他因素可以緩解年齡對認(rèn)知的影響。但在老齡化勞動(dòng)力中，需要持續(xù)監(jiān)測認(rèn)知能力，以確保維持高性能，特別是對需要快速反應(yīng)的任務(wù)。

1.1.2性別

與年齡一樣，性別對認(rèn)知的影響方面，對于反應(yīng)時(shí)間而言，比準(zhǔn)確性更為一致。在注意力和處理速度方面，簡單的反應(yīng)時(shí)間，以及連續(xù)操作任務(wù)，男性速度較快。對于選擇反應(yīng)時(shí)間和其他連續(xù)操作任務(wù)，性別之間幾乎沒有差異。有研究認(rèn)為女性連續(xù)操作任務(wù)的準(zhǔn)確性更高，但有研究認(rèn)為沒有差異[6]。性別對工作記憶任務(wù)的準(zhǔn)確性幾乎沒有影響，盡管男性在選擇性記憶上，以及延遲性代碼替換任務(wù)表現(xiàn)優(yōu)于女性，但女性在代碼替換任務(wù)和Sternberg記憶測試方面更準(zhǔn)確一些[7]。

在訓(xùn)練有素人員中，性別并未影響一些軍事任務(wù)的表現(xiàn)。在射擊[8]或飛行模擬方面[9]，男性和女性之間的沒有區(qū)別。整體上，在認(rèn)知方面性別間的差異相對較小。

1.2 疲勞

疲勞被限定為多方面，可以是一些孤立的或多方面的整合[2]。包括急性身體或精神上的任務(wù)，導(dǎo)致的身體和精神上疲勞、持續(xù)性的軍事職業(yè)活動(dòng)、以及訓(xùn)練課程（對軍事職業(yè)人員身體，心理/或情感上需求產(chǎn)生的疲勞）。

1.2.1急性疲勞

急性身體上疲勞對認(rèn)知表現(xiàn)的影響，與疲勞性任務(wù)的持續(xù)時(shí)間與強(qiáng)度或負(fù)荷之間的相互作用有關(guān)。持續(xù)時(shí)間較短的任務(wù)對認(rèn)知能力的影響不大。10min穿梭跑對警戒，工作記憶或射擊等任務(wù)沒有影響[10]。同樣，負(fù)重30％總體重，10公里步行不影響選擇反應(yīng)時(shí)間或警惕任務(wù)[11]。薈萃分析研究認(rèn)為急性體力活動(dòng)強(qiáng)度輕至中度時(shí)，可改善認(rèn)知，但當(dāng)活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到難至最大值時(shí)，未觀察到任何益處[12]。遞增跑臺實(shí)驗(yàn)，前21分鐘的體力消耗，提高了工作記憶的準(zhǔn)確性，之后與基礎(chǔ)值沒有差異[13]。2小時(shí)跑臺行軍后，警戒任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間減慢6％[14]。

增加強(qiáng)度，肌體的負(fù)荷增加同樣可損害認(rèn)知的功能。與無負(fù)重相比，40kg負(fù)重行軍警戒任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間減慢4％，誤報(bào)的比例增加9％[14]。同樣地，負(fù)重40公斤進(jìn)行警戒任務(wù)，大量的信號丟失[15]；一次20公里負(fù)重行軍步槍的射擊成績可變性增加，但對手榴彈投擲沒有影響[16]。雖然急性身體疲勞對認(rèn)知表現(xiàn)的影響基本上是一致的，但在考慮任務(wù)的持續(xù)時(shí)間和負(fù)荷時(shí)，必須注意高水平的身體方面的能力，可以緩和身體活動(dòng)對認(rèn)知的影響，低水平可能惡化。研究表明特種作戰(zhàn)人員完成20-km負(fù)重行軍（負(fù)重量34-61kg）[16]或訓(xùn)練有素[17]，執(zhí)行功能不受影響。相反，對于普通士兵而言，2h負(fù)重行軍（負(fù)重量40kg），執(zhí)行功能嚴(yán)重受損[14]。

另外，一項(xiàng)研究評定急性精神疲勞對軍事能力表現(xiàn)的影響。然而，鑒于對士兵的認(rèn)知需求不斷增加，必須考慮精神引起的疲勞如何影響能力表現(xiàn)。完成49分鐘認(rèn)知任務(wù)，并不會(huì)影響射擊任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間或整體準(zhǔn)確性，但射擊判斷能力顯著降低[18]。已知精神上的疲勞廣泛地影響認(rèn)知過程，包括靈活性，計(jì)劃和能力方面的控制。因此，確定個(gè)體特征，行為或干預(yù)措施，從而降低個(gè)體疲勞易感性，這方面的研究有用的。

1.2.2持續(xù)性軍事職業(yè)活動(dòng)

在很大程度上，持續(xù)的軍事活動(dòng)引起的身體和精神上綜合疲勞不利于認(rèn)知表現(xiàn)。負(fù)重間歇行走36h，簡單的反應(yīng)時(shí)間增加了10％，失誤次數(shù)（過長的反應(yīng)）增加了11％[19]。間歇行走對數(shù)字回憶任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間或總體準(zhǔn)確性沒有影響，但是失誤次數(shù)增加了138％。此外，邏輯推理和解碼任務(wù)的失誤次數(shù)也分別增加了10％和9％[19]。96小時(shí)的戰(zhàn)斗課程，警戒任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間平均減慢了17％[20]。對即時(shí)回憶任務(wù)的正確答復(fù)數(shù)量也減少了18％，延遲回憶任務(wù)減少了28％。相反，48小時(shí)后語言流暢性得到改善，但此后與基礎(chǔ)值無差異[20]。

持續(xù)性的軍事職業(yè)活動(dòng)，認(rèn)知表現(xiàn)隨著持續(xù)時(shí)間的增加而趨于惡化。然而，在這些活動(dòng)中，人員可能面臨多種壓力因素，這使得難以確定單一壓力因素對認(rèn)知表現(xiàn)的影響程度。盡管研究非常困難，但后繼的研究應(yīng)能夠控制多種變量，認(rèn)識各種因素對認(rèn)知的影響，可以設(shè)計(jì)針對性的緩解策略。

1.2.3 慢性疲勞

部署對認(rèn)知影響較小，能力得到改善，不變和受損，均見報(bào)道，但其變化幅度相對較小[2]。前期研究了個(gè)體特征的變化情況，該研究評估了生物應(yīng)激標(biāo)志物，包括皮質(zhì)醇、睪酮和α-淀粉酶，以及免疫和炎癥的相關(guān)因子，通過檢查壓力適應(yīng)不良的早期跡象，來預(yù)測和發(fā)現(xiàn)更容易出現(xiàn)能力下降的個(gè)體。在注意力和處理速度的方面，簡單和選擇反應(yīng)時(shí)間在整個(gè)部署中平均提高了4％[21]，但另一項(xiàng)研究中評估了部署前后壓力相關(guān)的生物標(biāo)志物的變化，研究認(rèn)為認(rèn)知能力受損或未改變[5]。對于簡單的反應(yīng)時(shí)間，與部署前相比，部署期間壓力相關(guān)生物標(biāo)記的變化較少的人員的能力表現(xiàn)稍慢。出現(xiàn)兩種或更多與壓力相關(guān)的生物標(biāo)志物的人員的表現(xiàn)沒有變化[21]。對于選擇反應(yīng)時(shí)間，所有人員在部署期間反應(yīng)時(shí)間減緩。對于工作記憶的任務(wù)，盡管幅度較小，部署后的能力得到改善[5,21]，對于視覺再現(xiàn)任務(wù)，與非部署人員相比，部署人員下降了8％[22]；在執(zhí)行功能的方面，與非部署人員相比，部署人員的邏輯推理在一段時(shí)間內(nèi)沒有差異，而在的風(fēng)險(xiǎn)中，適應(yīng)壓力適應(yīng)不良個(gè)體反應(yīng)抑制有所改善，但高危人群受損[21]。

與部署相比，基礎(chǔ)戰(zhàn)斗訓(xùn)練對認(rèn)知能力有很大影響。從普通老百姓到向軍事職業(yè)生活轉(zhuǎn)變的過程中，身心所承受的壓力是有益的。在100多名女性學(xué)員中，12周的基礎(chǔ)戰(zhàn)斗訓(xùn)練選擇反應(yīng)時(shí)間提高了3％，警惕任務(wù)反應(yīng)時(shí)間提高了5％，準(zhǔn)確性無變化。工作記憶任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間提高了5％，正確反應(yīng)增加了2％[23]。專項(xiàng)的身體訓(xùn)練和認(rèn)知訓(xùn)練計(jì)劃可以有效地改善認(rèn)知能力?；A(chǔ)戰(zhàn)斗訓(xùn)練中的身體訓(xùn)練對認(rèn)知能力的改善較大。身體訓(xùn)練，與之心肺代謝能力的提高，可以提高認(rèn)知能力。高心肺代謝能力的人體能更好地忍受壓力[24]。在認(rèn)知至關(guān)重要的情況下，特別是處在壓力期間，改善或保持身體健康似乎很重要。

1.3 生物學(xué)因素

1.3.1血液和激素標(biāo)志物

一些血液和激素標(biāo)記物有望預(yù)測認(rèn)知和軍事任務(wù)表現(xiàn)間的差異。最常用評估標(biāo)志物是應(yīng)答壓力而產(chǎn)生的激素。例如，盡管測量時(shí)間存在差異，皮質(zhì)醇可潛在地用來解釋注意力，工作記憶、能力表現(xiàn)的實(shí)質(zhì)性變化。在注意力和處理速度方面，皮質(zhì)醇與選擇反應(yīng)時(shí)間（= 0.54）和正確響應(yīng)的數(shù)量（= -0.49）相關(guān)[25]。在工作記憶方面，下午檢測的皮質(zhì)醇水平與正確響應(yīng)數(shù)量（= -0.80）和反應(yīng)時(shí)間（= -0.81）呈負(fù)相關(guān)[25]。腎上腺素也觀察到類似的變化趨勢，其中飛行前的濃度與飛行性能呈負(fù)相關(guān)[26]。皮質(zhì)醇和腎上腺素由腎上腺分泌的激素，以應(yīng)對各種應(yīng)激。這些激素可能和前額皮質(zhì)和海馬變化相關(guān)。急性上這些大腦區(qū)域相關(guān)的行為被改變，慢性升高可以影響大腦形態(tài)。

與皮質(zhì)醇和能力之間的負(fù)相關(guān)性相反，脫氫表雄酮（DHEA）及其代謝物脫氫表雄酮硫酸鹽（DHEAS），應(yīng)答應(yīng)激激素-促腎上腺皮質(zhì)激素，腎上腺皮質(zhì)分泌的激素，與軍事任務(wù)的表現(xiàn)正相關(guān)。此外，DHEAS和DHEAS與皮質(zhì)醇的比例可以調(diào)節(jié)個(gè)體對壓力的反應(yīng)[27]，DHEAS似乎能夠預(yù)防皮質(zhì)醇介導(dǎo)的能力方面的受損。DHEA（r=0.53）和DHEAS（r =0.46）和夜間水下導(dǎo)航任務(wù)的準(zhǔn)確性呈正相關(guān)[28]。

另外，其他的一些生物標(biāo)志物也可能和認(rèn)知能力以及軍事職業(yè)活動(dòng)的表現(xiàn)有關(guān)，例如短鏈脂肪酸（Short- chain fatty acids，SCFAs）。SCFAs是鏈長不等的飽和脂肪酸，碳原子數(shù)量從一到六個(gè)，是膳食纖維在胃腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的主要代謝產(chǎn)物。在腸道中每天產(chǎn)生大約500-600mmol的SCFA，主要取決于飲食中的纖維含量。乙酸鹽（C2）、丙酸鹽（C3）和丁酸鹽（C4）是人體中最豐富的SCFA。研究認(rèn)為SCFAs可通過增加脂質(zhì)氧化，提高的能量消耗，來預(yù)防或減弱長期體重增加。另外，研究推SCFAs在微生物群-腸-腦軸具有中介作用[29]。SCFAs可能通過G蛋白偶聯(lián)受體或組蛋白脫乙酰酶、直接的體液作用、間接激素、免疫途徑以及神經(jīng)途徑對大腦發(fā)揮作用，從而影響心理功能，對認(rèn)知產(chǎn)生影響[29]。SCFAs作為潛在的重要的認(rèn)知能力相關(guān)的標(biāo)志物，但其在軍事職業(yè)活動(dòng)中的作用尚缺少研究。

1.3.2心肺代謝

心肺代謝有益于認(rèn)知，訓(xùn)練可改善或維持最大耗氧量，從而提高認(rèn)知能力。高心肺代謝能力與連續(xù)操作任務(wù)快反應(yīng)時(shí)間相關(guān)，以及與高工作記憶上準(zhǔn)確性相關(guān)。一項(xiàng)為期8周的體能訓(xùn)練計(jì)劃，最大耗氧量提高了5％，改善了注意力（20％），工作記憶（20％）和反應(yīng)抑制（24％）的表現(xiàn)[30]。身體的適應(yīng)能力可預(yù)測應(yīng)征入伍者（一年級男性和女性學(xué)員）軍事能力表現(xiàn)（r =0 .19）[31]。

身體活動(dòng)與有氧適應(yīng)能力和認(rèn)知之間的聯(lián)系已經(jīng)確立。有氧運(yùn)動(dòng)提高注意力，處理速度，執(zhí)行功能和記憶力。高有氧適應(yīng)性可以緩和大腦特定區(qū)域和認(rèn)知控制的網(wǎng)絡(luò)之間的功能聯(lián)系。高體適能通過減輕對認(rèn)知能力有害的其他因素的影響，可間接地提高認(rèn)知能力，個(gè)體可更好地適應(yīng)壓力源和任務(wù)需求。例如，高體適能對極端軍事訓(xùn)練的壓力反應(yīng)降低。在熱環(huán)境下，具有高有氧能力的個(gè)體，能夠更好地耐受高的核心體溫，并且受精神疲勞的影響較小。需要持續(xù)維持有氧健康，停止身體訓(xùn)練僅4周后，執(zhí)行功能任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間受損[32]。為了優(yōu)化認(rèn)知表現(xiàn)，應(yīng)該在所有軍事人員中進(jìn)行常規(guī)的身體訓(xùn)練，重點(diǎn)應(yīng)改善有氧能力[33]。

1.4 營養(yǎng)

長期食用限量食物導(dǎo)致的營養(yǎng)不良，以及攝入低流質(zhì)飲食引起的脫水，都會(huì)削弱認(rèn)知能力。這兩種情況，認(rèn)知表現(xiàn)的變化可能與受損的神經(jīng)傳遞有關(guān)。對于營養(yǎng)不良，與能量限制相比，認(rèn)知的變化與個(gè)體血漿氨基酸濃度的變化更緊密[34]。與認(rèn)知有關(guān)的氨基酸，如色氨酸和酪氨酸神經(jīng)遞質(zhì)的合成中非常重要，補(bǔ)充這些氨基酸可以改善認(rèn)知，特別是在壓力期間[35]。

對于脫水，神經(jīng)傳遞的損害主要與體內(nèi)電解質(zhì)濃度的變化有關(guān)。脫水可以激活下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸，放大與壓力相關(guān)的認(rèn)知障礙[36]。在考慮防止?fàn)I養(yǎng)不足或脫水引起的認(rèn)知缺陷的策略時(shí)，應(yīng)考慮這些微妙之處。在營養(yǎng)不足的時(shí)期，應(yīng)優(yōu)先考慮富含蛋白質(zhì)和碳水化合物的飲食，其中含有足夠水平的氨基酸，可合成參與認(rèn)知功能的神經(jīng)遞質(zhì)。如果無法提供足夠的飲食，值得在進(jìn)行部署前進(jìn)行補(bǔ)充。在涉及脫水的情況下，例如，使用能量飲料的再水化，對于流體和電解質(zhì)的組合可能是有利的，可有效地恢復(fù)脫水后的認(rèn)知和身體能力方面的表現(xiàn)，并在身體和/或精神疲勞時(shí)提高能力表現(xiàn)[2]。

2 小結(jié)與建議

一些生理因素對認(rèn)知能力產(chǎn)生正面或負(fù)面影響。增加或維持有氧心肺代謝能力會(huì)直接影響認(rèn)知，并提高適應(yīng)其他壓力源的能力。在神經(jīng)傳遞方面，保持適當(dāng)?shù)娘嬍澈退蠣顟B(tài)可有效確保的大腦功能。

通過認(rèn)識影響認(rèn)知的生理因素，結(jié)合其他身體，心理和環(huán)境因素，軍事職業(yè)人員可以更全面面對潛在的壓力進(jìn)行準(zhǔn)備。此外，鑒于軍事職業(yè)活動(dòng)的多樣性和復(fù)雜性，充分認(rèn)識這些職業(yè)活動(dòng)獨(dú)特的變化機(jī)制，可為提高軍事訓(xùn)練和部署環(huán)境特定的認(rèn)知能力提供依據(jù)和思路。

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On the Optimization of the Human Ability of Active Duty Personnel--the Affected Physiological Factors Related to the Cognitive Ability of Military Professionals

ZHANG Xinpeng, etal.

(Army Engineering University of PLA, Nanjing 211101, Jiangsu, China)

解放軍理工大學(xué)預(yù)先研究基金重點(diǎn)課題（KYJYZLXY1602-9）；全軍軍事類研究生資助課題（2016JY374）。

張鑫鵬（1988—），碩士生，研究方向：運(yùn)動(dòng)能力分析。

馬繼政（1971—），博士，教授，研究：軍事運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。