周維逸,周仁來(lái)

(南京大學(xué)心理系,南京 210023)

1 引言

長(zhǎng)期在軌生活,生物節(jié)律紊亂現(xiàn)象會(huì)慢慢出現(xiàn),這對(duì)航天員的生理、心理健康以及認(rèn)知能力都存在不同程度的損害[1-3]?？臻g環(huán)境的特殊性會(huì)對(duì)航天員的睡眠和生物節(jié)律產(chǎn)生重要影響。據(jù)統(tǒng)計(jì),幾乎所有航天員的主觀報(bào)告都顯示在執(zhí)行航天任務(wù)時(shí)存在睡眠嚴(yán)重不足的現(xiàn)象[4]。有研究表明,航天員的生物節(jié)律紊亂與相應(yīng)的睡眠障礙會(huì)導(dǎo)致警覺(jué)性水平和認(rèn)知功能的下降[5]。

警覺(jué)性又稱持續(xù)注意能力,是指在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)對(duì)同一刺激保持覺(jué)察和反應(yīng)的準(zhǔn)備狀態(tài)[6]。晝夜規(guī)律的改變會(huì)引起長(zhǎng)期在軌生活的航天員生理節(jié)律失調(diào),加之太空失重環(huán)境、在軌期間工作負(fù)荷強(qiáng)度高以及時(shí)間感缺失等問(wèn)題的影響,都可能會(huì)導(dǎo)致航天員警覺(jué)性下降[7-8]。研究人員對(duì)某次在軌飛行任務(wù)前和返回后3 名航天員的警覺(jué)度進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn),與飛行前第一次精神運(yùn)動(dòng)警覺(jué)任務(wù)(Psychomotor Vigilance Task,PVT)結(jié)果相比,有1 名航天員無(wú)明顯改變,2 名航天員在飛行后有較大改變,其中1 名航天員PVT 均值在飛行后降低,而另一名升高[9]。

個(gè)體往往很難對(duì)自身的警覺(jué)性水平做出客觀的評(píng)價(jià)[10-11]。目前,警覺(jué)性檢測(cè)技術(shù)的局限性制約了研究人員對(duì)于航天員警覺(jué)性水平變化的系統(tǒng)研究。傳統(tǒng)的警覺(jué)性檢測(cè)手段分為主觀檢測(cè)和客觀檢測(cè)。主觀檢測(cè)主要使用量表評(píng)分,例如卡羅琳斯卡嗜睡量表(Krolinska Sleepiness Scale,KSS)[12]以及斯坦福嗜睡量表(Stanford Sleepiness Scale,SSS)[13],量表評(píng)分操作簡(jiǎn)單靈活,但是信效度不理想。警覺(jué)性水平的降低并非孤立存在,其往往與任務(wù)表現(xiàn)相關(guān)聯(lián),因此傳統(tǒng)的客觀檢測(cè)方法主要通過(guò)行為范式進(jìn)行,公認(rèn)的最常用且最有效的行為范式為PVT[14]。PVT 是一項(xiàng)操作簡(jiǎn)單但是漫長(zhǎng)單調(diào)的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)任務(wù),需要受試者長(zhǎng)時(shí)間關(guān)注一個(gè)刺激物的出現(xiàn)并且在刺激物出現(xiàn)時(shí)盡可能快速地做出反應(yīng)。

隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,神經(jīng)生理測(cè)試逐漸引入到了認(rèn)知功能的檢測(cè)當(dāng)中,因?yàn)樯碇笜?biāo)的客觀性相對(duì)于主觀問(wèn)卷和行為范式而言更高。常用的生理檢測(cè)手段包括心電(Electrocardiography,ECG)、腦電((Electroencephalography,EEG)等。心率變異性(Heart Rate Variability,HRV)是反映自主神經(jīng)活性和定量評(píng)估心臟交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)(迷走神經(jīng))張力及其平衡性的一類心電指標(biāo)[15]。研究人員對(duì)警覺(jué)性變化或者腦力疲勞程度變化伴隨的心電指標(biāo)進(jìn)行了一些探索。郭瑋等[16]使用腦力疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著腦力疲勞的程度增加,個(gè)體的心率會(huì)顯著下降而HRV 會(huì)顯著上升;李延軍等[17]通過(guò)睡眠剝奪過(guò)程中的動(dòng)態(tài)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)HRV 指標(biāo)可以有效地反映出疲勞度和困倦的增長(zhǎng);隨后郭瑋等[16]發(fā)現(xiàn)HRV 對(duì)睡眠剝奪條件下的警覺(jué)性注意的敏感程度更高。趙小靜等[18]以睡眠剝奪的方式誘導(dǎo)腦力疲勞,將心電測(cè)量和行為結(jié)果結(jié)合起來(lái),發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律穩(wěn)定的人進(jìn)入腦力疲勞狀態(tài)后,應(yīng)激能力會(huì)顯著下降,注意力和反應(yīng)力會(huì)下降,副交感神經(jīng)的活性會(huì)顯著增強(qiáng)。腦電的頻域指標(biāo)中,警覺(jué)性的下降伴隨著頂葉alpha 能量的增加以及額葉beta 和theta 能量的增加;時(shí)域指標(biāo)中,枕葉P1 和N1 的波幅反映出了選擇性的視覺(jué)空間注意能力,隨著警覺(jué)性的下降,2 個(gè)成分的波幅會(huì)發(fā)生降低[19]。枕葉以及額葉的較晚期成分N2、P3 等波幅也會(huì)隨著疲勞度的增加而降低[20]。

綜上,腦力疲勞的變化以及應(yīng)激能力的變化可以通過(guò)心電以及腦電指標(biāo)反映出來(lái)。以往的研究更多地在較為極端的睡眠剝奪情況下進(jìn)行[17-18],而在警覺(jué)性變化幅度并不明顯的情形下,生理指標(biāo)的檢測(cè)效果還是不明確的。在實(shí)際操作中,開(kāi)展腦電為主的檢測(cè)方法需要較為復(fù)雜繁瑣的操作流程以及算法,而心電的數(shù)據(jù)獲取相對(duì)于腦電而言更加簡(jiǎn)單且可靠。

本文通過(guò)開(kāi)展連續(xù)的、較長(zhǎng)時(shí)間的警覺(jué)性任務(wù),營(yíng)造警覺(jué)性逐漸下降、疲勞度逐漸增長(zhǎng)的情境,從而觀察心電指標(biāo)的變化情況,并嘗試通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的手段對(duì)心電指標(biāo)的預(yù)測(cè)效力進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 被試

共招募48 名被試,年齡在18～28 歲之間,其中男性21 名,女性27 名。被試均為右利手,且無(wú)生理以及心理疾病,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前2 周內(nèi)不存在明顯的失眠以及生物節(jié)律紊亂的癥狀。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)南京大學(xué)心理系倫理委員會(huì)批準(zhǔn);所有被試均為自愿參與實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)前了解了實(shí)驗(yàn)的基本情況并簽署了知情同意書。

2.2 警覺(jué)性任務(wù)

警覺(jué)性任務(wù)采用PVT 范式,每個(gè)試次的刺激呈現(xiàn)前空屏?xí)r長(zhǎng)為2～10 s(不定),要求被試將注意力保持在屏幕中央,并且將雙手放置在鍵盤的空格鍵上。隨后刺激(紅點(diǎn))呈現(xiàn),被試需要盡可能快地按下空格鍵作出反應(yīng),受試者作出反應(yīng)后刺激(紅點(diǎn))消失,屏幕上顯示受試者的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng),1 s 后進(jìn)入下一試次。標(biāo)準(zhǔn)PVT 任務(wù)的測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為10 min,共80 個(gè)試次。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,計(jì)算警覺(jué)性相關(guān)指標(biāo)前需要統(tǒng)計(jì)被試的有效反應(yīng)試次數(shù)(總試次數(shù)減去刺激出現(xiàn)前就按下空格鍵的試次數(shù))。警覺(jué)性指標(biāo)包括反應(yīng)時(shí)的平均數(shù)、反應(yīng)時(shí)的中位數(shù)以及反應(yīng)時(shí)倒數(shù)的平均值。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,被試需要連續(xù)完成5 組標(biāo)準(zhǔn)的PVT 測(cè)試,共80×5 = 400 個(gè)試次。完成連續(xù)5 組PVT 測(cè)試的過(guò)程中同步采集心電數(shù)據(jù)。

2.3 心電信號(hào)采集與處理

采用BIOPAC 的MP160 多導(dǎo)生理記錄儀對(duì)被試的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,采樣率為1000 Hz,使用0.5 Hz 的高通以及35 Hz 的低通進(jìn)行濾波。使用MP160 多導(dǎo)生理記錄儀自帶的Acq 軟件對(duì)頻域指標(biāo)極低頻(VLF,0.01～0.04 Hz)、低頻(LF,0.04～0.15 Hz)、高頻(HF,0.15～0.40 Hz)進(jìn)行提取計(jì)算。

2.4 警覺(jué)性分級(jí)以及支持向量機(jī)分析

為了檢驗(yàn)心率變異性指標(biāo)對(duì)于警覺(jué)性變化的預(yù)測(cè)效果,數(shù)據(jù)處理完成后首先計(jì)算出所有PVT測(cè)試結(jié)果的反應(yīng)時(shí)平均數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)差,保留平均數(shù)前后3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù),超出平均數(shù)前后3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差以外的數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù),予以排除。這部分的數(shù)據(jù)代表著受試者警覺(jué)性從高到低的變化趨勢(shì),用于警覺(jué)性分級(jí),勢(shì)必需要對(duì)警覺(jué)性從高到底的變化過(guò)程進(jìn)行刻畫。如果警覺(jué)性出現(xiàn)下降,行為指標(biāo)則會(huì)向后偏移。隨后,將反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)從高到低進(jìn)行排列,若分為5 級(jí),分級(jí)起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為反應(yīng)時(shí)平均數(shù)加減3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,每一個(gè)級(jí)別的跨度為1.2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。因此,第一級(jí)的范圍為平均數(shù)減3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差到平均數(shù)減1.8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,第二級(jí)的范圍為平均數(shù)減1.8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差到平均數(shù)減0.6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,第三級(jí)的范圍為平均數(shù)減0.6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差到平均數(shù)加0.6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,第四級(jí)的范圍為平均數(shù)加0.6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差到平均數(shù)加1.8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,第五級(jí)的范圍為平均數(shù)加1.8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差到平均數(shù)加3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。

使用多分類支持向量機(jī)(Multi-Class Support Vector Machine,MCSVM),選擇生理指標(biāo)對(duì)相應(yīng)階段的警覺(jué)性分級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)。輸入的指標(biāo)為VLF-HRV 和HF-HRV 2 個(gè)指標(biāo),預(yù)測(cè)相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)由警覺(jué)性行為績(jī)效指標(biāo)得出的分級(jí)情況。支持向量機(jī)算法中所使用的帶懲罰的徑向基函數(shù)(Radial Basis Function,RBF)通過(guò)Libsvm 工具箱引用。通過(guò)繪制被試工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲線來(lái)評(píng)估分類的性能。準(zhǔn)確率、特異性、敏感性等指標(biāo)應(yīng)達(dá)到70%以上,說(shuō)明預(yù)測(cè)效果比較穩(wěn)定。數(shù)據(jù)分析過(guò)程中采取k折交叉驗(yàn)證的方式:將樣本均勻地分為互斥的k份,保證每一份的樣本個(gè)數(shù)相同;一共進(jìn)行k次訓(xùn)練,每次訓(xùn)練選擇其中k-1 份作為訓(xùn)練集,剩下的1 份作為測(cè)試集,最終的指標(biāo)為k次訓(xùn)練之后得到的模型在測(cè)試集上指標(biāo)的平均值。本研究取k= 5,采用五折交叉驗(yàn)證。

3 結(jié)果

3.1 PVT 測(cè)試結(jié)果

在連續(xù)完成5 組標(biāo)準(zhǔn)的PVT 測(cè)試,結(jié)果如表1 所示。被試反應(yīng)時(shí)的平均數(shù)以及反應(yīng)時(shí)的中位數(shù)會(huì)呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì),單因素方差分析結(jié)果表明,個(gè)體在連續(xù)完成5 組PVT 任務(wù)過(guò)程中的反應(yīng)時(shí)平均數(shù)以及反應(yīng)時(shí)中位數(shù)具有顯著差異,F(4,235)= 3.416,P＜ 0.001,F(4,235)=3.784,P＜ 0.001。反應(yīng)時(shí)倒數(shù)的平均值呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì),單因素方差分析結(jié)果表明,個(gè)體在5 組PVT 任務(wù)過(guò)程中的反應(yīng)時(shí)倒數(shù)的平均值具有顯著差異,F(4,235)= 3.180,P= 0.032。反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 連續(xù)5 組PVT 任務(wù)的反應(yīng)時(shí)指標(biāo)變化情況(±s)Table 1 Reaction Time variation during 5 blocks of PVT task(±s)

指標(biāo)第一組第二組第三組第四組第五組平均數(shù)336.0±53.6363.3±58.4391.5±71.0414.2±78.0432.8±80.0中位數(shù)330.2±49.3350.6±56.4375.25±64.5392.9±62.8413.6±70.5倒數(shù)平均值3.13±0.32.99±0.42.9±0.42.77±0.32.57±0.4

3.2 心電測(cè)試結(jié)果

心率變異性的2 個(gè)頻域指標(biāo)VLF-HRV、 HFHRV 與PVT 測(cè)試的結(jié)果表現(xiàn)出良好的相關(guān)關(guān)系。2 種心率指標(biāo)在組間的變化趨勢(shì)如表2 所示。VLF-HRV 與反應(yīng)時(shí)的平均數(shù)(r= 0.38,P=0.003)以及反應(yīng)時(shí)的中位數(shù)呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)(r= 0.36,P= 0.002),與反應(yīng)時(shí)倒數(shù)的平均值呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)(r= -0.27,P＜ 0.001)。HF-HRV 也與反應(yīng)時(shí)的平均數(shù)以及反應(yīng)時(shí)的中位數(shù)呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.16 以及0.22,p值均小于0.001),與反應(yīng)時(shí)倒數(shù)的平均值沒(méi)有顯著的差異。

表2 心率變異性變化情況Table 2 VLF-HRV and HF-HRV during 5 blocks of PVT task(±s)

表2 心率變異性變化情況Table 2 VLF-HRV and HF-HRV during 5 blocks of PVT task(±s)

指標(biāo)第一組第二組第三組第四組第五組HF675.2±63.5602.3±67.8617.9±74.0658.1±71.3706.4±82.6 VLF344.6±59.3380.7±46.7465.4±63.1409.3±59.0511.2±71.4

3.3 警覺(jué)性分級(jí)結(jié)果

將所有行為反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)整合,根據(jù)正態(tài)分布(通過(guò)Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn),P= 0.145)的性質(zhì),平均值前后3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)包含了整個(gè)分布中99.7%的數(shù)據(jù),而前后3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之外的數(shù)據(jù)往往可以視為錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),警覺(jué)性分級(jí)共納入238 個(gè)數(shù)據(jù),占總數(shù)據(jù)量的95.8%。數(shù)據(jù)的具體分布情況見(jiàn)圖1。

圖1 反應(yīng)時(shí)數(shù)據(jù)的分布情況Fig.1 Distribution of reaction time

警覺(jué)性檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)中積累的大量PVT 任務(wù)的行為數(shù)據(jù),將PVT 的反應(yīng)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。首先計(jì)算得出所有數(shù)據(jù)的平均值為360.25 ms,標(biāo)準(zhǔn)差為74.91 ms;將警覺(jué)性分為5 級(jí)別,而選取的數(shù)據(jù)包括前后3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差(135.52～584.98 ms)以內(nèi)的數(shù)據(jù)。因此,從平均數(shù)減去3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,每一個(gè)分級(jí)需要包含1.2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù),因此本文將整體的反應(yīng)時(shí)分為下列6 個(gè)參考點(diǎn)(單位:ms):157.8,247.7,337.5,383.0,517.1,607.0,初步確立起警覺(jué)性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表3。

表3 警覺(jué)性分級(jí)Table 3 Five levels of vigilance

隨后采用機(jī)器學(xué)習(xí)的MCSVM 手段,利用受試者某一時(shí)段的2 種心電指標(biāo)對(duì)該時(shí)段的警覺(jué)度分級(jí)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于第1 分級(jí)以及第5 分級(jí)之中所包含的數(shù)據(jù)量較小,本部分的研究圍繞中間3 個(gè)分級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行開(kāi)展。輸入值設(shè)定為2 種心電指標(biāo),輸出值為該時(shí)段基于PVT 反應(yīng)時(shí)得出的警覺(jué)性分級(jí)。

采取五折交叉驗(yàn)證,通過(guò)繪制ROC 曲線(圖2)來(lái)分析指標(biāo)對(duì)于警覺(jué)度水平的指示效果。結(jié)果表明單獨(dú)使用2 種心電指標(biāo)對(duì)警覺(jué)度水平進(jìn)行預(yù)測(cè)的平均準(zhǔn)確率為77.81%(95%置信區(qū)間為:0.7388～0.8172),平均靈敏度為0.763(95%置信區(qū)間為:0.674 ～ 0.862),平均特異度為0.792(95%置信區(qū)間為:0.713～0.877)。曲線下方積分面積(Area Under The Curve,AUC)為0.87 的結(jié)果表明,2 個(gè)心電指標(biāo)可以較為準(zhǔn)確地對(duì)警覺(jué)度分級(jí)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖2 受試者工作特征曲線圖Fig.2 Receiver operating characteristic curve

4 討論

連續(xù)完成5 組標(biāo)準(zhǔn)的PVT 測(cè)試過(guò)程之中,隨著被試的疲勞度增加,警覺(jué)性下降,PVT 任務(wù)的反應(yīng)時(shí)平均數(shù)以及反應(yīng)時(shí)中位數(shù)呈現(xiàn)出了上升的趨勢(shì);相應(yīng)地,反應(yīng)時(shí)倒數(shù)的平均值呈現(xiàn)出了下降的趨勢(shì)。相對(duì)于睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)的激發(fā)而言,這種激發(fā)形式產(chǎn)生的疲勞度比較低,PVT 任務(wù)的行為指標(biāo)依舊呈現(xiàn)出了顯著變化的趨勢(shì),進(jìn)一步肯定了PVT 任務(wù)對(duì)警覺(jué)度變化的信效度。本研究中所使用的是時(shí)長(zhǎng)為10 min 的標(biāo)準(zhǔn)化PVT 任務(wù),以往的研究表明,10 min 的版本對(duì)于警覺(jué)性的變化比其他的版本更為敏感[21],本文研究也對(duì)該結(jié)論進(jìn)行了再次的檢驗(yàn)。

警覺(jué)性下降的過(guò)程中,VLF-HRV 和 HRV 值與反應(yīng)時(shí)的指標(biāo)呈現(xiàn)出了相似的增長(zhǎng)趨勢(shì)。以往研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)副交感神經(jīng)的活性增強(qiáng)時(shí),心率會(huì)下降,高頻的HRV 會(huì)升高[22]。晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的情況下,人在白天清醒的情況下高頻HRV 相對(duì)于夜晚更低[23]。來(lái)自睡眠剝奪的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),睡眠剝奪的過(guò)程中,被試的副交感神經(jīng)活性增加,高頻HRV 增長(zhǎng),在行為上體現(xiàn)為PVT 任務(wù)表現(xiàn)變差,在量表上表現(xiàn)為主觀困意的增長(zhǎng)[24-25]。在本文研究中,行為任務(wù)的時(shí)間增長(zhǎng),被試的疲勞程度增大,困意有一定的累計(jì),與以往的研究結(jié)果一致。

極低頻HRV 的神經(jīng)機(jī)制并不如高頻HRV 明確,研究發(fā)現(xiàn),HRV 中0.01～0.08 Hz 這一頻段與PVT 任務(wù)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)較高,PVT 任務(wù)反應(yīng)越差,則該頻段的活動(dòng)越強(qiáng)[22];此外這一頻段的HRV 與主觀問(wèn)卷KSS 的得分呈現(xiàn)出較高的正相關(guān),即困意越高,該頻段的值也越高。另一項(xiàng)睡眠剝奪的研究發(fā)現(xiàn),0.02～0.08 Hz 頻段的HRV 與PVT 任務(wù)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.68[23-24]。不論是0.01～0.08 Hz 還是0.02～0.08 Hz,這些頻段與極低頻HRV 的頻段分布(0.01～0.04 Hz)存在著完全或者大部分的重疊,與低頻HRV 的頻段分布(0.04～0.15 Hz)的重疊較少。因此可以推斷,低頻HRV 并沒(méi)有呈現(xiàn)出顯著差異的原因可能在于其對(duì)于警覺(jué)性波動(dòng)的敏感程度不如極低頻成分以及高頻成分。低頻成分與警覺(jué)性的關(guān)聯(lián)在長(zhǎng)達(dá)24 h 乃至40 h 的睡眠剝奪研究中得到了顯著地體現(xiàn)[24-25],或許可以認(rèn)為警覺(jué)性水平在較大幅度波動(dòng)的過(guò)程中,低頻成分可以發(fā)揮更好的作用。

機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果進(jìn)一步印證了心電測(cè)試在警覺(jué)性檢測(cè)中的前景,得到的準(zhǔn)確率等指標(biāo)較好。在真實(shí)的工作場(chǎng)景中,長(zhǎng)時(shí)間的工作任務(wù)中使用便攜化的心電測(cè)量可以及時(shí)評(píng)估個(gè)體的警覺(jué)性水平。在長(zhǎng)期在軌航天任務(wù)階段,將PVT 測(cè)試與心電測(cè)試結(jié)合起來(lái)有助于在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)航天員的警覺(jué)性水平進(jìn)行快速評(píng)估,借以評(píng)估在軌飛行環(huán)境對(duì)于警覺(jué)性水平的影響。

本文研究的局限主要在于數(shù)據(jù)量不大,并且對(duì)于警覺(jué)性水平的操縱力度不夠極端,較難反映出更大幅度的警覺(jué)性變化情況。在被試的選取上,本文研究尚未對(duì)受試者的性別因素、年齡因素等進(jìn)行進(jìn)一步的分類與考量,而實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中更需要關(guān)注到性別、年齡等差異對(duì)于警覺(jué)性水平的影響,從而提升監(jiān)測(cè)與評(píng)估的精確性。準(zhǔn)確的常模建立以及嚴(yán)格的機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)施依賴于龐大的數(shù)據(jù)量,本文研究的數(shù)據(jù)有限,可能會(huì)降低機(jī)器學(xué)習(xí)方法的泛化推廣能力,并且不便于開(kāi)展更精準(zhǔn)復(fù)雜的算法。本文研究中使用的生理參數(shù)HRV,其測(cè)量結(jié)果受到了硬件設(shè)備、電極佩戴位置的影響,所以大樣本的對(duì)比研究有助于更好地選取更有效且精準(zhǔn)的測(cè)量方法。更重要的是,地基研究的目的是為天基的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行積累和鋪墊,未來(lái)的研究需要與實(shí)際的在軌飛行相結(jié)合,以期進(jìn)一步加深對(duì)于在軌飛行期間警覺(jué)性水平變化的認(rèn)識(shí),推動(dòng)科研人員對(duì)更深層次規(guī)律的探索。

5 結(jié)論

1)警覺(jué)性的下降伴隨著行為反應(yīng)時(shí)的延長(zhǎng)以及心率變異性高頻(HF-HRV)和極低頻(VLFHRV)的升高;反應(yīng)時(shí)指標(biāo)與心率變異性的高頻以及極低頻指標(biāo)均呈現(xiàn)出了顯著的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。

2)通過(guò)相關(guān)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)2 個(gè)角度的驗(yàn)證,心率變異性的高頻(HF-HRV)和極低頻(VLF-HRV)能夠較好地監(jiān)測(cè)警覺(jué)性變化。