工作欠载下监检人员警觉性注意的ERP研究*

房小凯,李乃文,武兴波,苏子怡

(辽宁工程技术大学 工商管理学院,辽宁 葫芦岛 125105)

0 引言

随着科学技术的发展,机械自动化逐渐在采矿行业普及,一些大型的现代化煤矿开始在国内涌现,而这些大型煤矿的安全投入和安全生产逐步引起社会的广泛关注[1]。在此背景下,一些新的问题进入人们的视野。例如,采矿业自动化应用的增加将会使矿工工作欠载的状况增加[2]。从前,1组矿工在矿场手动驾驶拖运卡车,现在,1个矿工就可以在远程控制操作中心监控多辆自动拖运卡车。在这种情况下,监控屏幕、远程操控等被动工作就会引起工作欠载,从而可能导致事故的发生[3]。因此,探究矿工在工作欠载情况下警觉性注意的变化,依此提出改善建议,对预防事故的发生具有较大的实际意义。

1979年,Karasek[4]最先对工作欠载进行明确的定义,其认为工作欠载是1种没有回报甚至令人厌恶的体验,通常与厌倦、不满和沮丧等感觉联系在一起;随后,Young等[3]首次对易发生工作欠载的群体进行界定,认为很多涉及监控任务和自动化活动的职业人群更倾向发生工作欠载;Ainslie[5]认为单调的任务甚至比无所事事更没有价值,因为即使在空闲时,个人也能产生自己的奖励和刺激(如白日做梦),而无聊和单调的任务的特点是“限制结构性注意力”;基于此,Van等[6]研究发现,在任务自主性较低的情况下,无聊的任务会带来更多的挫败感;Morris等[7]基于事件相关电位法,研究执行单一监督任务时个体的警觉性注意的变化特征,结果表明单一的监督注意机制可能会导致警惕性下降。

在许多工作环境中,欠载表现为检测或者监督控制任务(例如,持续注意以检测不常见的信号),这些工作的任务自主性水平均较低。现实中,严重性的工作欠载更容易导致个体注意力的不集中,从而导致警觉性注意的下降,造成生产安全事故。目前,国内学术界更多关注工作超载的诱发因素和作用效果[8],但是有关工作欠载的研究却较少。鉴于此,本文拟从工作欠载的角度出发,使用事件相关电位法(event-related potential,ERP),探究自动化条件下监检人员警觉性注意的变化特征,以期为有效管控其警觉性注意提供新思路和基础依据。

1 研究方法

1.1 被试选择和实验环境

选取20名黑龙江省某矿业公司男性监检人员,均为右利手,平均年龄为35.15±10.15(平均值±标准差)岁,听力正常,均无药物滥用史,无任何脑部损伤史,视力或矫正视力正常,均无色觉障碍状况。实验环境模拟被试日常工作环境,室内温度为16～22 ℃。因为监检人员需要时刻关注屏幕,实验素材的亮度可能会影响实验结果。已有文献表明[9],当处在750～1 500 lx的光照强度时,人眼最适合长时间工作。基于此,实验将刺激材料亮度均调试至1 000 lx。

1.2 实验材料

本文实验采用oddball范式,视觉刺激材料中靶刺激与非靶刺激的比例为1∶5。通过搜集安全警示标志,实验将矿工井下常见的安全警示标志作为靶刺激,其他无关标志作为非靶刺激,二者均通过图片形式呈现,其中靶刺激图片20张,非靶刺激图片100张,如图1所示。

图1 刺激图片Fig.1 Stimulus images

1.3 实验流程

实验开始前,指导被试签署知情同意书,确保被试熟悉实验流程,所有被试均要进行预实验和正式实验2个环节。实验采用E-Prime 3.0软件编写刺激程序,所有的刺激材料用电脑屏幕来呈现。预实验共设置5个block,每个block有36～60个刺激,靶刺激以16.7%的概率出现。被试的任务是当靶刺激出现时按下空格键,否则不做反应(每1个刺激出现时,不管被试是否做出反应,图片都将在1 000 ms后自动消失)。在每个block结束后,屏幕都会出现1个探针问题:“您是否感觉当前工作量不足,无法激起您的注意力?”,该问题采用Likert-10级量表计分,得分越高,表明工作欠载情况越严重,本文将选择1～5的被试认定为其状态处于工作欠载前,将选择5～10的被试认定为其状态处于工作欠载后,被试回答探针问题的时间不计。正式实验环节共设置40个block,实验流程与预实验相同,刺激序列如图2所示。

图2 刺激序列Fig.2 Stimulus sequence

1.4 数据采集与分析

脑电指标选取P300的波幅和潜伏期来衡量煤矿监检人员的警觉性注意力[10]。实验使用EegoTMmylab便携式脑电仪,使用数据线和并口线将放大器与刺激呈现电脑、数据记录电脑串联起来。打开脑电仪配备的Eego软件,让被试佩戴好32导电极帽,根据已有研究[11-12],主要选取额叶区(Fz,F3,F4),中央区(Cz,C3,C4)和顶叶区(Pz,P3,P4)9个记录电极(电极位置如图3所示),双侧乳突为参考电极,参照国际10-20系统标准[13],使用导电膏将记录电极固定于32导电极帽上,脑电信号采样率设置为500 Hz/导,保证每个电极处的头皮抗阻在10 kΩ以下。在测量脑电数据的同时,用E-Prime 3.0软件记录被试的行为数据。

图3 电极位置Fig.3 Electrode position

使用MathWorks公司研发的MATLAB R2014a软件中的EEGLAB工具包及其插件ERPLAB对脑电(electroencephalogram,EEG)数据进行离线分析。首先对脑电数据进行预处理,带通滤波设置为0.5～30.0 Hz,降采样来减少数据量提高计算速度,再利用独立成分分析对眼电伪迹进行剔除,然后分段和条件归类,进行叠加平均,最后需要对被试在实验中的平均反应时和正确率以及刺激诱发的脑电位成分P300进行分析。

2 实验结果

2.1 行为数据分析

本文通过探针问题将被试分为工作欠载前与工作欠载后2种状态,2种状态下监检人员在实验中的平均反应时和正确率如表1所示。使用SPSS 27.0数据处理软件对被试的平均反应时间和正确率进行单因素方差分析,结果如表2所示。

表1 平均反应时间和正确率Table 1 Average response time and accuracy

表2 单因素方差分析Table 2 One-way analysis of variance

本文使用p值0.05来区分显著性水平。由表1～2可知,工作欠载前和工作欠载后被试的平均反应时间有显著差异(p<0.05),工作欠载后监检人员的平均反应时延长;工作欠载前和工作欠载后被试的正确率有显著差异(p<0.05),工作欠载后监检人员的平均正确率降低。

2.2 脑电数据分析

分别对20个被试9个电极工作欠载前后的P300成分的峰波幅和峰潜伏期进行测量和整理,并计算20名被试的均值,得到实验结果如表3所示。

表3 波幅和潜伏期的实验结果Table 3 Experimental data of amplitude and latency

工作欠载前后各个电极点的波幅、潜伏期变化曲线如图4～5所示。

图4 工作欠载前后各个电极点的波幅变化曲线Fig.4 Amplitude change curves of all electrode points before and after work underload

图5 工作欠载前后各个电极点的潜伏期变化曲线Fig.5 Latency change curves of all electrode points before and after work underload

本文采用SPSS 27.0数据分析软件对监检人员工作欠载前后的波幅、潜伏期数据指标进行配对样本t检验,结果如表4所示。结合表3中的数据进行分析,波幅数据中,工作欠载前的均值为17.32 μV,工作欠载后的均值为14.04 μV,p=0.000<0.05,t=11.032>0,表明工作欠载后煤矿监检人员在视觉刺激任务中诱发的P300成分的波幅减弱,与工作欠载前相比具有显著差异;潜伏期数据中,工作欠载前的均值为388.89 ms,工作欠载后的均值为477.76 ms,p=0.000<0.05,t=-30.217<0,表明工作欠载后煤矿监检人员在视觉刺激任务中诱发的P300成分的潜伏期增加,与工作欠载前相比具有显著差异。

表4 配对样本t检验结果Table 4 Results of paired sample t test

2.3 脑电地形图分析

选取1位被试,其工作欠载前、后的脑电地形图如图6～7所示。由图6～7可知,该被试的P300成分在额叶区和顶叶区比较明显。工作欠载前,P300成分始于340 ms,最大波幅为18.7 μV;工作欠载后,P300成分始于380 ms,最大波幅为15 μV。对比图6～7可知,个体从工作欠载前到工作欠载后潜伏期变长,波幅变小;工作欠载前P300成分更明显活跃于额叶区和顶叶区,而工作欠载后额叶区和顶叶区P300成分的活跃程度下降。已有研究表明[14-15],大脑额叶区主管人的情绪和思维等,大脑顶叶区主管人的认知和注意力等。工作欠载后个体的思维和注意力均受到限制,根据工作欠载的动机控制理论[16]:当动机不足时被试容易处于工作欠载状态,其警觉性下降,因而大脑额叶区和顶叶区的活跃程度下降。

图6 工作欠载前脑电地形图Fig.6 EEG topography before work underload

3 结论

1)本文使用事件相关电位法综合分析工作欠载对煤矿监检人员警觉性注意的行为数据和脑电数据。分析行为数据结果表明,工作欠载后监检人员的正确率下降、平均反应时间延长;工作欠载前后的脑电数据的配对样本t检验结果显示,工作欠载后监检人员在视觉刺激任务中诱发的P300成分的潜伏期增加、波幅减弱;脑电地形图分析可知,受到视觉图片刺激时P300成分更明显活跃于额叶区和顶叶区,在个体处于工作欠载状态后大脑额叶区和顶叶区的P300成分活跃程度下降。

2)煤矿企业应该合理规划生产作业时间,使轮班制更科学化和人性化,以减少监检岗位的工作欠载现象;同时,企业应定期进行问卷调查,随时关注存在工作欠载状况的监检人员并及时给予心理辅导,以此来减少因不能及时识别安全隐患而导致的事故频率。

3)本文仅探讨工作欠载状态下监检人员警觉性注意的变化特征,多数情况下,由于轮班制的存在,工作超载和工作欠载是同时存在的,后续可继续探究工作超载和工作欠载对监检人员注意力的联合影响。