在飞行中阅读飞行员的思想

上个月飞机发动机在空中飞行32,000英尺后爆炸，飞行西南航空公司1380航班的飞行员安全地将波音737飞机在费城紧急降落。Tammie Jo Shults上尉被称为英雄，但另一个不同的飞行员可能无法做出娴熟的回应。考虑一下她的想法：在哪里着陆，保持的速度和高度，如何帮助受伤的乘客以及安慰一个困惑的船员。法国图卢兹的ISAE-SUPAERO教授FrédéricDehais博士和飞行安全专家表示，Shults可能正在经历“认知超负荷”。rexel大学生物医学工程，科学与健康系统学院的副研究教授asan Ayaz博士表示，人机系统的效率和安全性取决于人类操作员的认知工作量和态势感知。

“不幸的是，许多人机界面使用户面临极端工作负荷，降低了操作员的注意力，并可能导致灾难性后果，”Ayaz说。

一个理想的人机系统实际上能够实时读取其操作员的想法，知道他或她如何关注或能够处理新信息。这样的系统可能听起来像科幻电影的材料。但Ayaz和Dehais以及Drexel和ISAE-SUPAERO的一组研究人员现在已经使用功能性近红外光谱仪或fNIRS成功地实时测量了飞行员的大脑活动。他们的研究结果发表于本周的人类神经科学前沿。

与传统的功能性磁共振成像(fMRI)不同，Drexel的便携式fNIRS系统就像头带一样佩戴在大型机器上，使其成为测量大脑活动的理想选择，同时学习科目在自然中自由移动环境。

fNIRS系统通过监测前额叶皮层的血氧化变化来测量“工作中的大脑” - 前额下方涉及认知功能的区域，如解决问题，记忆，判断和冲动控制。例如，当第一次学习新任务时，大脑的这个区域被高度激活。然而，随着您越来越熟练，这些任务转移到其他大脑区域，清除前额叶皮层中的重要资源，以获得分秒决策等技能。

“令人兴奋的是我们现在可以量化这个，”Ayaz说。在飞行场景中，Ayaz设想飞机本身可能有一天能够评估飞行员的认知和情绪状态，然后进行相应的调整。

为了确定这是否可行，研究人员将28名飞行员分为两类：第一组驾驶真正的飞机，第二组驾驶飞行模拟器。在这两种情况下，研究人员监测飞行员的大脑活动，因为他们完成了一系列记录任务，这些任务来自预先记录的空中交通管制指令，这些指令的难易程度各不相同。

结果表明，在完成认知要求的任务时，真实飞行条件下的飞行员犯了更多的错误，并且比模拟器中的飞行员具有更高的前额叶皮层激活。

Ayaz说，其含义是双重的。首先，研究人员成功地证明了在现实飞行情况下监测认知工作量的可行性。其次，两组之间的差异凸显了“生态有效”研究的必要性。换句话说，单独测量实验室中的大脑活动可能不会产生最准确的结果。

在未来，了解飞行员平面相互作用的潜在神经认知过程有助于使模拟器更加真实，并提高飞机 - 飞行员互动的安全性和效率。

“我们相信这种方法将为研究航空环境中的参数以及最终设计更好的机器开辟一个全新的研究方向，”Dehais说。