6.3 心理负荷的生理基础

任何心理活动都有其生理基础。英国著名生理学和神经系统科学家查尔斯·斯科特·谢灵顿爵士（Sir Charles Sherrington[1]）早在1890年就提出心理负荷的基础是大脑活动［46］。谢灵顿爵士在1932年获得诺贝尔生理学或医学奖。他认为，血液通过主动脉流入大脑，为大脑的活动提供需要的氧气。人的认知活动在大脑的某部分发生，那部分大脑的氧消耗就会增加，因此血液供给也会增加。这一理论几乎是神经生理学的基础，但直到100年后，当正电子发射计算机断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）技术和脑功能磁共振成像（Function-al Magnetic Resonance Imaging，FMRI）技术开发出来，这一理论才得到证实。大量的通过FMRI技术得出的研究成果揭示了许多认知活动在大脑中的反应。不过PET和FMRI的相关设备太过昂贵，也不方便用于研究各种驾驶操作过程中的认知活动在大脑中的反应，因此，无法用来测量在不同操作中的心理负荷。这里介绍一些其他的可操作技术和应用这些技术来研究人的大脑活动产生的一些结果。

脑电图（EEG）通过放置在受试者头皮上的电极记录大脑的电活动。已发现不同脑电频率下的频谱功率频段对增加的工作记忆（WM）负荷和对注意力资源的变动比较敏感。脑电图可用于在操作环境中可靠地评估心理负荷吗？答案是肯定的，但是会有些困难。其中一个问题是脑电图可能会受到眼球运动的干扰，并且在这种环境下出现肌肉运动投影。目前已经有很多算法能从有干扰的电波中分析出有效数据，因此，EEG在实验室的使用已经日渐成熟。

事件相关电位（ERP）代表了大脑的神经对特定的感觉、运动和认知事件的反应。ERP是通过脑电图中锁定到特定的刺激或响应事件时间段的平均脑电图分析出来的。目前ERP在认知神经科学家所采用的工具中占有某种独特的位置，因为它提供了唯一一种具有高时间分辨率的神经影像技术，时间精准性能达到毫秒级。ERP不同于PET和fMRI等技术，后者因为追踪脑血流动，所以速度较慢。研究人员经常使用ERP的毫秒级精度来检查对应时段与认知过程相关的神经机制。例如，通过记录ERP的时间信息，找到了关键有效的证据，表明刺激后约100ms注意力调节神经就被激活了［47］。

心率变异性对不同难度的操作比较敏感。巴克斯（Backs）等［48］测量了从容易到困难的弯道上模拟驾驶过程中的三种不同的心率，发现它们受弯道曲线半径的影响不同。他们因此得出的结论是，驾驶的感知需求可以区别出中央神经活动和周边神经活动的不同。

研究人员观察到瞳孔直径与大量不同资源的认知活动的心理需求密切且比较准确地相关。瞳孔测量可能是高度敏感的，尽管还无法诊断工作负荷需求的类型。它综合反映了在信息处理系统中的心理需求。然而在测量瞳孔直径时，必须监视环境照明的变化，因为它们会影响瞳孔直径。另外，瞳孔直径与自主神经系统相关联，因此该测量容易受到情绪变化的影响。