在飞行中读懂飞行员的想法

上个月，西南航空(Southwest) 1380航班的一架飞机发动机在32000英尺高空爆炸后，飞行员安全驾驶这架波音737飞机紧急降落在费城。机长塔米·乔·舒尔茨(Tammie Jo Shults)被誉为英雄，但另一名飞行员可能无法如此娴熟地回应。

想想她脑子里闪过的念头:在哪里降落，保持速度和高度，如何帮助受伤的乘客，安慰不知所措的机组人员。舒尔茨可能经历了“认知过载”，Frédéric德海斯博士说，他是法国图卢兹iese - supaero的教授，也是飞行安全专家。

德雷塞尔大学生物医学工程、科学和卫生系统学院副教授Hasan 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。

Ayaz说:“不幸的是，许多人机界面将用户暴露在极端的工作负载中，降低了操作员的注意力，并可能导致灾难性的后果。”

一个理想的人机系统实际上应该能够实时读取操作人员的思想，从而了解他或她在多大程度上集中注意力或处理新信息的能力。这样的系统听起来像是科幻电影的素材。但是Ayaz和Dehais，以及德雷克塞尔大学和ISAE-SUPAERO的一组研究人员，现在已经成功地使用功能性近红外光谱(fNIRS)实时测量了飞行员的大脑活动。他们的研究结果发表在本周的人类神经科学前沿．

与传统的功能磁共振成像(fMRI)不同，德雷塞尔的便携式fNIRS系统像头带一样戴在身上，非常适合测量研究对象在自然环境中自由活动时的大脑活动。传统的功能磁共振成像(fMRI)是让人躺着对着一台大型机器工作。

fNIRS系统通过监测前额叶皮层的血氧变化来测量“工作中的大脑”。前额叶皮层是前额下方的区域，与解决问题、记忆、判断和冲动控制等认知功能有关。例如，当第一次学习一项新任务时，大脑的这个区域高度激活。然而，当你变得更熟练时，这些任务就会转移到大脑的其他区域，为瞬间决策等技能清理前额皮质的重要资源。

阿亚兹说:“令人兴奋的是，我们现在可以量化它了。”在飞行场景中，Ayaz设想有一天飞机本身能够评估飞行员的认知和情绪状态，然后做出相应的调整。

为了弄清楚这是否可行，研究人员将28名飞行员分为两类:第一组驾驶真正的飞机，而第二组操作飞行模拟器。在这两种情况下，研究人员都监测了飞行员在完成一系列记忆任务时的大脑活动，这些任务是根据预先录制的空中交通管制指令完成的，这些指令的难度不同。

结果表明，在真实飞行条件下的飞行员在完成认知要求高的任务时，比在模拟器中的飞行员犯了更多的错误，前额叶皮层的激活程度更高。

Ayaz说，这意味着双重意义。首先，研究人员成功地证明了在现实飞行情况下监测认知负荷的可行性。其次，这两个群体之间的差异强调了“生态有效”研究的必要性。换句话说，仅仅在实验室中测量大脑活动可能不会得出最准确的结果。

在未来，了解飞行员-飞机交互的潜在神经认知过程可能有助于使模拟器更加真实，以及提高飞机-飞行员交互的安全性和效率。

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