脑力疲劳对注意特征的影响-行为学和ERP分析

3研究结果......................................................................61

3.1模拟驾驶前后主观疲劳症状比较..................................................61

3.2模拟驾驶前后VAS量表结果比较...........................................61

4讨论..........................................................................62

实验二模拟驾驶条件下疲劳对驾驶员注意特征影响的行为学研究......................64

1实验方法和材料.................................................................64

1.1对象........................................................................64

1.2实验任务.....................................................................64

2实验结果.......................................................................65

3讨论...........................................................................65

实验三模拟驾驶条件下疲劳对驾驶员注意特征影响的ERP研究......................67

1驾驶疲劳对非随意与选择注意的影响................................................67

1.1实验方法和材料...............................................................68

1.2结果........................................................................71

1.3讨论........................................................................73

2驾驶疲劳对反应抑制的影响.........................................................78

2.1实验方法和材料................................................................79

2.2结果........................................................................80

2.3讨论.........................................................................82

小结...................................................................................901

研究总结........................................................................90

2不足与屐望......................................................................92

2.1不足.........................................................................92

2.2展望.......................................................................92参

考文献..............................................................................93附

录.............................................................................105个人简忻

和研究成果......................................................................110致

111

缩略语表

缩略语英文全称中文全称

脑断层扫描技术

CTComputerizedtomography

ACCAnteriorCingulateCortex前扣带回皮层

关联性负变

CNVContingentnegativevariation

EEGElectroencephalogram脑电图

ERPEventrelatedpotential事件相关电位

fMRIFunctionalmagneticresonanceimaging功能脑核磁共振

HEOGHorizontalelectro-oculography水平眼电

PFCPrefrontalcortex前额叶

ISIInterstimulusinterval刺激间隔

脑磁图

MEGMagnetoencephalography

MMNMismatchnegativity,失匹配负波

PETPositronemissiontomography正电子发射层扫描

PINVPostimprativenegativevariation命令信号后负变化

VASVisualanaloguescales视觉类别量表

VEOGVerticalelectro-oculography垂直眼电

-1-

脑力疲劳对注意特征的影响

--行为学和ERP研究

硕士研究生：张治

导师：苗丹民教授第四军医大学航

空航天医学系心理学教研室，西安710032

中文摘要

疲劳驾驶一直都是引起交通事故的主要原因之一。疲劳驾驶可以导致

驾驶员一系列心理运动操作能力受损•如唤醒水平降低，认知功能下降等­而

其中注意力受累最为显著­表现在对外界环境的注意能力和反应能力降

低­从而增加了事故的发生率。引起驾驶疲劳的原因复杂多样，而目前对

其进行有效监测的技术和手段都还在研究中■因此•驾驶疲劳一直都是应

用心理学研究领域的热点之一。

脑成像技术以及认知神经科学的飞速发展使得系统地研究大脑的认知过

程和功能状态­并探讨疲劳的脑机制以及建立可靠的疲劳评价体系成为可能。

本研究拟在实验室条件下，建立模拟连续驾驶6小时的脑力疲劳模型，通过

诱发16名驾驶员的脑力疲劳，比较疲劳前后主观评定和客观注意能力的变

化•从而探讨通过模拟驾驶建立脑力疲劳模型的科学性和可行性•以及在该

模型中对疲劳进行评定的各方法之间的差异。研究报告分为三个部分：（1）

运用主观疲劳量表和VAS量表对被试的疲劳状态进行主观

-2

评估;(2)通过模拟驾驶疲劳对注意特征变化进行行为学研究,包括注意的

转移、注意的分配以及注意的广度；(3)采用ERP技术，探讨模拟驾驶疲劳

对冲突反应控制和选择注意影响的神经机制。

本研究的主要结果及结论：

(1)主观疲劳症状问卷和VAS量表在模拟驾驶前后的得分均无统计学差

异，表明在经历了模拟驾驶后被试并没有产生主观疲劳感，但被试的注意转移

时间、注意分配量以及注意广度测验中正确的反应个数在疲劳前后均发生显著

变化，说明了连续6小时的模拟驾驶可以引起被试的脑力疲劳，使个体的注意

认知功能下降。同时，上述结果说明在特定的临界条件下，被试并不能对自

身疲劳状态进行较为客观和正确的评估。

(2)被试疲劳后的P3a与P3b的波幅均较疲劳前减小。P3a波幅最高

点出现在额叶，疲劳前可见明显的额叶优势­但是疲劳后未见，P3a波幅减小

可提示疲劳后额叶执行能力下降。因此，疲劳可使脑的额叶执行功能减

弱，非随意注意与选择注意能力下降。朝向反应的削弱提示脑力疲劳后可

能会对危险信号的觉察判断能力下降，缺乏自我保护能力。同时选择注意

能力的下降说明疲劳后机体对相关任务做出反应的能力受到损害。

(3)被试疲劳后NOGO-N2/P3的波幅较疲劳前减小。疲劳前的额叶优势，

在疲劳后明显降低，可提示疲劳后额叶执行能力下降。结果支持反应抑制的假

说。疲劳后对于冲突信息监测和抑制反应的能力下降•即脑力疲劳减少了对注

意资源的投入•从而限制了对反应抑制的处理，说明对冲突信息进行深入加工

的过程受损。显示了脑力疲劳会损伤不同的反应处理过程，使信息处理功能

的退化。

总之•驾驶员在模拟驾驶后虽然没有主观疲劳感，但在行为学和ERP结

果证明其注意的各个方面均受到不同程度的影响，尤其是ERP的测量指

标更加客观和灵敏­并能在一定程度上揭示疲劳的发生机制。相信随着认

知神经科学的发展以及脑功能成像和电生理技术的不断进步•我们会对驾

驶疲劳的神经基础获得更为系统和全面的认识■并找到更为科学评价标准

和监测方法。

关键词:脑力疲劳注意事件相关电位执行功能反应抑制额叶

TheEffectofMentalFatigueuponAttentiveCharacteristics

——BehavioralandERPStudy

Candidateformaster:YanZhang

Supervisor:DanminMiao

DepartmentofPsychology,FacultyofAerospaceMedicine,FourthMilitary

MedicalUniversity,Xi'an,710032,China

Abstract

Drivingfatigueistheoneofimportantfactorsinthetrafficaccidents

.becauseitcanharmaseriesofpsychologymanipulationlevel:thelevelof

arouseandcognitionarereducedbyfatigue,especiallyfortheattention.

Moreover,theabilityofattentionandresponsewilldeclinetowardexterior

environment,consequentlytherateofoccurringaboutaccidentswillincrease.

Duetothereasonofcausingdrivingfatigueisverycomplex,soevaluationand

monitoringmethodsareremainedinthestudy.

Withthedevelopmentofbrainimagingmethodsandcognitionneuroscience,

it'spossibletostudysystematicallytheprocessofcognitionandtheneural

mechanismoffatigueandtoestablishareliablefatigueassessmentsystem.

Underexperimentconditions,themethodthatusingdrivingsimulationtoinduce

mentalfatigueof16driverswasemployedinthepresentstudywereusedto

comparethesubjectiveevaluationwithchangesofobjectiveattentiveability

-5-

beforeandafterfatigueandexplorethepossibilitytoestablishingfatigue

modelbydrivingsimulation,andthedifferenceamongvariesmethodsof

evaluatingfatigue.Theexperimentconsistedofthreeparts:(1)TheFatigue

subjectivescaleandVASwereemployedtoevaluatethesubjects'stateoffatigue.

(2)Usingbehaviormethods,includingdividedattention,shiftingofattention

andattentionspantest,studytheeffectofattentivecharacteristicsunderthe

conditionofdrivingsitmulation.(3)DifferentERPmodeswereusedtoassessthe

featuresofattentioninthementalfatigue.Wediscussedtheinfluenceoffatigue

ontheconflict-controlandselectedattention.

Themainconclusionsofthepresentstudyareasfollows:

(1)Thesubjectiveevaluationdidnotshowthesignificantdifference,it

indicatedthatdriversdidnotperceivethefeelingsoffatigueafterdriving

simulation.Buttheattentivecharacteristicsofdriversshowedthesignificant

difference,itsuggestedthatsix-hourdrivingsimulationcaninducefatigue,and

thereforeimpairthefunctionofattention.Theseresultsalsosuggestthat

subjectsdonnotaccuratelyandobjectivelyevaluatetheirfatiguestate.

(2)TheamplitudesofP3aandP3bweredecreaseafterfatigue.Thepeakof

P3awaslocatedatfrontalcortex,andtheobviousadvantagesofthefrontal

cortexcouldbeseenbeforefatigue,however,suchadvantagesdisappearedafter

fatigue.ThedeclineofamplitudesofP3ashowedtheimpairedfunctionof

performanceafterfatigue.Thereforefatiguecandamagethefunctionof

performance,andimpairtheabilityofinvoluntaryattentionandselective

attention.Theimpairmentoforientresponseindicatedthattheawarenessand

judgmentofthesignalofdangerweredamagedafterfatigue,andtheself­

protectionwasalsoabsent.Further,thereductionofselectiveattention

demonstratedthattheabilitytorespondtorelativemissionwasdeclinedafter

-6-

fatigue.

-7-

(3)TheamplitudesofNOGO-N2/P3weredecreaseafterfatigue.The

obviousadvantagesofthefrontalcortexcouldbeseenbeforefatigue,

however,suchadvantagesdisappearedafterfatigue.Itshowedtheimpaired

functionofperformanceafterfatigue.Theresultsalsosupporttheresponse

inhibitionhypothesis.Theabilitytosupervisetheconflictinformationand

restraintheresponsewasattenuated,indicatingthatlesspsychological

resourceswereallocatedforperformanceafterfatigue.Thereby,itlimitsthe

processofresponseinhibition,andimpairthedeeplyprocessesofconflict

information.Theseresultsshowthatmentalfatiguecanimpairvariesresponse

processanddeclinethefunctionofinformationprocess.

Tosumup,theattentivecharacteristicsofdriverswerechangedbyfatigue,

say,theywereimpaired,eventhoughtheydidnotperceivethefeelingsoffatigue.

EspeciallyERPasanindicatorismoreobjectiveandsensitive,andcanindicate

thegenerationmechanismaboutfatigue.It'sbelievablethathumanbeingswill

getmoresystematicunderstandingaboutneurobiologicalbasesofdriving

fatigueandfundmorescientificevaluationindicatorandmonitormethodfor

drivingfatiguewiththedevelopmentofcognitiveneuroscience,brain

neuroimagingandelectrophysiologicaltechnology.

Keyword:drivingfatigue,Event-relatedpotential,attention,functionof

performance,responseinhibition,frontalcortex

-8-

、-―1—

月I」三

本研究是国家自然科学基金《长时间持续性警戒任务下脑疲劳对非意识

-意识转化的影响》(编号：30770707)中的组成部分。

驾驶期间的疲劳在交通及运输系统中是一个严重的问题，它被认为是

道路相矣事故中的直接或起作用的原因。有数据表明，40%的特大交通事故

与驾驶疲劳有明确的因果关系,20-30%的公路死亡是由于疲劳造成的。疲

劳被认为是在单调的行车条件下事故发生的主要因素。驾驶疲劳会导致驾

驶员一系列认知功能和心理运动操作水平受损，对外界环境的注意能力和

反应能力都会降低，从而可能引起事故的发生。而在驾驶这种持续性警戒

任务条件下，对新异刺激迅速做出反应，即对刺激物获得注意资源的过程

是非常重要的­也是检测疲劳的重要指标之一。

事件相关电位(Eventrelatedpotential■简称ERP)是受试者对刺

激信息进行认知加工时，将记录到的电生理变化进行平均叠加而得到的波

形­是受试对象在进行某种认知活动时在头皮记录到的一种长潜时电位。

人们一致认为ERP是反映认知加工活动的敏感而有意义的指标,在心理学、

生理学、认知神经科学及人机工效学等领域都得到了广泛的应用。本研究

利用ERP技术，通过研究驾驶员驾驶疲劳前后在ERP研究的经典范式下引

发的ERP晚成分波形的分析，探讨驾驶疲劳对驾驶员注意、反应冲突控制

能力影响，以期为驾驶疲劳测评提供脑电生理指标。

-9-

文献回顾

现代的科技社会是依赖于各个行业中24小时的工作或轮班制度■例如

运输、卫生保健、军事、航空和各种公共服务。这些工作很容易破坏人们

的睡眠和生物节律(Akerstedetal.,1987;Rosekindet.,1994)。生理节

奏的破坏和睡眠的剥夺会导致工作时机敏性和效率的降低­以及情绪变坏

和疲劳(Bonnet,1995)。体力劳动在各个行业中的比重和强度呈下降趋势­

而脑力劳动的变化趋势则相反。尤其是汽车驾驶员，现今汽车的坐椅较之

以前舒适•驾驶系统提供了更多自动化的操作•以及车内一些仪表盘在工

效学上设计得更加合理。然而，这些自动化设备的采用­降低的只是驾驶

员的体力劳动•而非脑力劳动。随着我国道路车辆的增长以及路况的日趋

复杂，汽车驾驶员在行驶时会遇到越来越多突发状况。面对紧急情况，就

要求驾驶员在单位时间内需整合更多的信息，在此情况下，驾驶员的认知

能力会发生一系列负性改变，引发脑力疲劳。因此，研究脑力疲劳的产生

机制以及与疲劳相关的测量变量­寻找一个可靠的疲劳指标，将为开发脑

力疲劳的预警监测系统提供更好的理论依据。

1疲劳的研究概述

1.1疲劳的概念与分类

关于疲劳，目前的分类方式大致有四种。第一种未对疲劳进行严格的

区分；第二种将疲劳分为两类；第三种将疲劳分为四类；第四种是临床上

的疲劳分类。

按照第一意见•疲劳是一种介于清醒与睡眠之间的过渡状态(the

transitorystatebetweenawakeandsleep)。持这种观点的典型代表是

-10-

Grandjean•他把人体的机能状态区分为熟睡(deepsleep)•浅睡(light

sleep)•昏昏欲睡(drowsy)1精神不振(weary)■准清醒(hardlyawake)■

放松(relaxed)，静息(resting)•清新(fresh》警觉(alert)，高度

警觉(veryalert)•刺激(stimulated)和惊恐(astateofalarm)。疲

劳就处在这样一个连续体之中•它的一端指向睡眠­另外一端指向放松和休

息。

按照第二种意见­疲劳被区分为心理疲劳和生理疲劳。心理疲劳•英

语原文是mentalfatigue•又称脑力疲劳，是指一种缺乏动机与警觉的主

观感觉•表现为头脑昏沉，注意力不易集中，思考困难•健忘•欲望降低•工

作绩效下降且易出差错等。而生理疲劳，英语原文是physicalfatigue•

又称体力疲劳­则是指肌肉缺乏能量和力量，常表现为进行一定体力劳动

后所出现的主观疲劳感觉­所以又称肌肉疲劳。

按照第三种意见­疲劳被区分为四类­即体力疲劳、脑力疲劳'心理

疲劳和病理疲劳。体力疲劳是指经过度运动•消耗大量营养物质后,体内

所产生的乳酸和二氧化碳在肌肉中堆积所造成的机体疲劳。脑力疲劳是指

长时间从事紧张的脑力劳动，大脑皮层和神经系统转入抑制状态时所出现

的主观疲劳感。心理疲劳是指当事业受挫•感情纠葛或家逢不幸时，由焦

虑和抑郁所引起的抑郁寡欢、浑身无力的状态。而病理疲劳则是指由某种

疾病•如流感、肝炎、糖尿病等­引起的生理紊乱所导致的倦怠和浑身无

力的状态。

第四种疲劳的分类是临床上的分类。在临床上•疲劳是一种常见的、

非特异性的、广泛存在的症状，是多种疾病的主要症状或伴随症状。为了

便于临床研究•美国疾病控制中心(CDC)在1994年的研究大纲中将自我

报告的持续存在的1个月或1个月以上的疲劳统称为"长时间疲劳"

(ProlongedFatigue);对持续或反复发作6个月或更长时间的疲劳定义

为"慢性疲劳"(ChronicFatigue);把其中医学上不能解释的慢性疲劳又

-11

进一步划分为两类:(1)如果疲劳的严重程度及伴随症状满足CDC1994年

修订的慢性疲劳综合征的诊断标准，则归类为慢性疲劳综合征(Chronic

FatigueSyndrome•CFS);(2)如果疲劳的严重程度或伴随症状不满足该

诊断标准•则归类为"原发性慢性疲劳"(IdiopathicChronicFatigue)。

以上四种分类方法都有其一定的合理性和特定的适用范围,但考虑到本

研究中所涉及的研究对象均为健康正常的成年人­导致他们处于疲劳状

态的因素主要是那些与他们工作有关的因素•如工作中的轮班制度所导致

的似昼夜节律的扰乱，长时间工作所导致的睡眠剥夺•复杂的工作环境所

导致的高应激状态，以及大负荷的体力和脑力劳动等，因此,本研究采用

第二种分类方法。下面按照第二种分类具体对疲劳的概念进行解释：

1.1.1脑力疲劳

脑力疲劳指的是一种缺乏动机与警觉的主观感觉，其主要表现为头脑

昏沉，注意力不易集中、思考困难、健忘、欲望降低、工作绩效下降且易出

差错等。同时也有观点指出脑力疲劳是渐进的、累积的过程，并且与对任

务的厌恶、效率和警觉性下降，以及脑力操作能力受损有父(Grandjean，

1979•1988)。为了准确把握和理解脑力疲劳应在四个层面上加以考虑。从

工作绩效的表现或操作层面讲，脑力疲劳会导致工作绩效的降低、操作水

平的下降。从心理层面上讲,个体具有明显的主观疲劳感，表现为缺乏动

机、头脑昏沉、注意力不易集中、思考困难、健忘等。从生理层面讲，个

体的脑力认知能力系统遭到破坏，产生多种不良生理表现。第四个层面就

是抛开脑力疲劳的各种外在的、心理的和生理的表现，直接去探究脑力疲

劳的发生机制。

脑力疲劳的主要表现为一种普通的厌倦、广泛的感知觉抑制以及活动性

下降。Grandjean(1988)指出疲劳是效率下降和不愿意工作的一种状态。通

常来说•疲劳后没有身体或精神上努力的渴望，并且出现沉重的•昏昏欲睡

的感觉。如果能够得以休息，厌倦感不会使个体感到不快，但是在不

-11-

能休息的条件下就会让人觉得痛苦。人们随时都处在一个特殊的功能状态

上­即在极度思睡和警戒之间的某种程度。很多因素都会影响脑力疲劳•

如营养状况，健康(Wisner­1981)，外部环境•身体的活动性(Sjoberg•

1980)和恢复周期(Okogbaaetal.,1994)。

1.1.2体力疲劳在压力之下肌肉的执行功能下降的现象叫做体力疲劳，

表现为肌肉力

量和活动的减少。体力疲劳能造成工作任务的失败以及事故和错误的机会

增加(Granjean,1979)。身体上的疲劳是一个复杂的现象•并受很多心理

因素的影响。联系着警觉性、注意力的集中和动机下降；工作产量下降；

肌肉收缩更弱和缓慢；肌肉振动和局部疼痛；呼吸、循环系统以及神经肌

肉功能负荷增加(BasmajianandDeLuca,1985;Astrandand

Rodahl,1986)等状况的发生。驾驶前辛苦的体力劳动也会增加驾车期间发生

疲劳的风险，例如那些要完成手动起重的货车司机。

由于本研究中所关心的并非体力疲劳,所以下文中如果没有特别说明

的话•疲劳均指心理疲劳或脑力疲劳。

1.2疲劳的相关因素

脑力疲劳•从定义来看是相当简单的,但是深究起来却极其复杂。为

了更深入地探究脑力疲劳的确切内涵和外延•就必须澄清它与其它一些相

关因素之间的关系与异同。

厌倦

厌倦的英语原文是boredom，原意是因不感兴趣而产生的困倦状态。按

照有些研究者的意见，它也属于脑力疲劳，是脑力疲劳的一种特殊形式。

它产生的原因是由于引起大脑激活水平的降低(Grandjean-1979)。正常

情况下，来自感觉器官的神经冲动，与大脑皮层的反馈结合，共同刺激网

状结构上行激活系统•使中央神经系统处于一种高度准备状态。然而当外

部刺激很少时，来自感官的神经冲动也随之减弱，大脑皮层激活水平的降

-12-

低，从而提高了产生厌倦­甚至导致疲劳的功能状态的机会。因此研究疲

劳与厌倦之间的联系是很重要的­因为两者之间相互影响和牵动。

厌倦在生理方面同刺激过少，相同刺激的规则重复，以及心理或身体

方面的要求密切相联(Grandjean­1979)。当厌倦发生时，导致中央神经

系的功能性状态，表现为个体的大脑激活水平降低，困倦，思睡■不情愿

工作•同时警戒性也随之降低。这些症状同疲劳状态非常相似。因此,在

实际的研究中，没有对疲劳与厌倦进行区分­而是把这二者统一当作大脑

的低激活状态•应该是完全可以理解的。在长时间驾驶汽车时出现的操作

水平下降和主观疲劳感都能成为疲劳或厌倦的信号。还有很多情况下都能

同时出现厌烦和疲劳。

操作水平想睡或疲劳能够导致操作水平的退化­而操作水平的退化又

会进一步

导致错误以及事故风险的增加。研究表明,在长时间连续驾驶'单调的驾驶

环境■夜间及凌晨的驾驶均使得驾驶员操作水平下降(Millerand

Mackie•1980)。另外，生物节律引起的觉醒水平的改变也会影响操作水平

相应的改变(Adkins­1994)。脑力疲劳和操作之间关系是相当复杂的，它

并不是导致操作水平降低的唯一因素­其它的因素,如焦虑，似昼夜节律的

扰乱,高温，噪音等­都同样也会导致操作水平的降低­并且这些因素还会

同脑力疲劳发生交互作用，共同影响劳动者的操作水平。而在驾驶期间，当

生理活动处在一天中的高峰期时，由脑力疲劳所导致的操作水平降低就会被

抑制，甚至会被改善；与此相反­在生理活动处于一天中的低潮期时，由脑

力疲劳所导致的操作水平降低则会更加严重。因此，在测量疲劳时,研究员不

仅要利用直接的操作指数(例如操作的控制和速度的保持)­还要把测试知觉'

认知能力和驾驶员的操作水平联系起来(W川iamsonetal.,1996)°Nilsson

etal.(1997)认为疲劳是交通事故频发的主要因素。驾驶员常被要求超时工

作•通常在这种状态下所需的认知努力远比身体作

-13-

用大得多(Brown，1994)。认知努力包括持续不变的警惕•选择注意，作

出复杂决策，以及自动的知觉运动控制技能。所以我们在对脑力工作者以

及驾驶员的研究中应该更加关注对疲劳状态下认知功能的研究。

值得注意的是•较低水平的疲劳仍能出现生理激活程度降低、感觉运

动功能迟钝以及信息处理能力减弱的现象，同时会削弱司机对于不平常以

及紧急情况发生时的反应能力(MascordandHeath,1992)°

1.2.3警戒性和生物节律由于脑力疲劳会影响注意和操作，因此考虑与脑

力疲劳同时发生的警

戒性问题就显得非常重要。在神经生物学研究中,警戒性(vigilance)这个

术语同唤起(arousal)是可以交换进行使用的(Bensonetal.-1974)°正

如Parasuramanetal.,(1998)所指出的那样，警戒性是指一种普通的警觉

状态•这种状态以唤起和警觉为特点。体力疲劳和脑力疲劳均会导致警戒

性和任务操作方面的损害。除了脑力疲劳对警戒性的影响以外，环境因素

也会影响警戒性。己经知道的影响警戒性的环境因素有噪音、振动'周围

温度、电磁辐射和环境污染物。例如，操作水平的噪音影响已经被称为认

知疲劳­而这种认知疲劳也许是由于某一紧张性刺激存在时,要求高注意

力造成的(DaviesandParasuraman■1982)。这项研究提出在驾驶期间的

环境因素例如较高程度的噪音能够导致驾驶员疲劳。

此外•Davies和Parasuraman还提出■睡眠剥夺会引起增加思睡和疲

劳的感觉,而这个过程似乎涉及到生物节律。生物节律是生物钟­正常情

况下有一个近于24小时的周期。破坏生物节律能够扰乱生理因素，如运动

活动，振动，体温,睡眠或觉警，激素分泌，血压以及工作操作水平(Rosekind

etaL,1994)因此,生物节律在研究驾驶疲劳时是不能被忽略的。

1.3与驾驶相关的疲劳

1.3.1基本概念从狭义上来讲，疲劳驾驶是指驾驶员每天驾驶车辆超过八

个小时，从

-14-

事公路运输的驾驶员一次连续驾驶车辆超过三个小时­或者从事其他劳动，体

力消耗过大，或者睡眠不足，以致行车中困倦瞌睡、四肢无力，不能及时

发现和准确处理路面上的交通情况。从广义上来讲，任何活动如果从事的

时间过长的话，都会难于保持熟练操作，驾驶也不例外。驾驶员疲劳被认

为是一种脑力警觉性削弱的状态，并且使一系列认知功能和心理运动操作

水平均受损（Williamsonetal.,1996）。主要表现为在一段时间的驾

车之后所产生的反应水平下降，其主要表现为以下10类：（1）哈欠连天,

脸发木;⑵头越来越沉，不自觉的频频点头（打瞌睡），很难保持抬头的姿态;

⑶肌肉放松，眼睑下垂，甚至闭眼；⑷视线模糊，眼睛发红、发干；⑸视野变

窄,总是漏看错看信息；（6）反应迟钝，判断迟缓;⑺注意力无法集中，思维

能力下降；⑻动作僵硬，节奏缓慢；⑼失去方向感，驾车左右摇摆在公路上;

他随意变换车速，行驶速率不定。当驾驶员在驾驶过程中出现上述疲劳征兆

时，就容易发生碰撞'冲出路面等交通事故。

由于人的驾驶疲劳过程是一个很复杂的过程，脑力疲劳和体力疲劳是

不能分开的。往往一个信息处理过程中，既有脑力疲劳又有体力疲劳。由

于信息处理是连续的，所以脑力疲劳和体力疲劳也具有累积效应。当然­在

驾驶过程中，体力疲劳和脑力疲劳并不一定同时产生，有时身体并不感到

疲倦­而单调的驾驶环境反而使其心理感到疲劳；有时长时间驾驶,虽身

体感到十分疲倦,但却由于多变的紧张驾驶环境•又使其心理上仍能坚持

驾驶。因此，有些时候驾驶员虽然主观上没有感到疲劳，但实际上行为学

表现或脑电显示他的信息处理能力和操作水平都已受损。

1.3.2驾驶疲劳的影响因素Brown（1994）曾指出造成驾驶员疲劳的原因

有工作时间的长短，休息

的时间以及在24小时周期中连续睡眠的总数。他推断驾驶员疲劳很大程度

上归因于延长的和无规则的工作时间。但很多研究都表示生理心理与驾驶

员疲劳有很大的相关性。

-15-

研究表明•整夜驾驶后,大脑皮层的钝化与想睡感觉的增加有密切的联

系(KecklundandAkerstedt,1993)。而对于非职业驾驶者的研究也证明，

在夜间以及单调重复刺激的环境下的连续驾驶，都会引起大脑皮层的弱化

(KecklundandAkerstedt-1993-DeWaardandBrookhius-1991;

BrookhiusandDeWaard­1993)。在条件控制较好的实验室研究中发现，

被试进行60分钟驾驶或完成警戒性任务后均能观察到疲劳的出现Skipper

andWierwille-1986;GalinskyetaL,1993)°Wiener(1984)指出在

公路现场研究中操作水平的下降也许归因于警戒性的减弱或驾驶员疲劳的增

加。因此,表明了警戒性的减弱在交通事故中扮演着重要的角色(Harris，

1977)。

Parasuramanetal.,指出睡眠剥夺会降低警惕性任务中的探测率。

这主要指那些执行换班工作的驾驶员，会因此打乱生物节律。他们还进一

步的提出警戒性的消耗是由于神经系统的适应，而这种适应与一般的觉醒

有父。这种适应通常在被动条件下观察到,例如在相似的路线下开车。觉

醒的概念在驾驶员疲劳的领域中是非常重要的。对于规则的皮层觉醒•是

来自次级皮层的多种上升路径，而每一个路径都与各种神经传递素和神经

调质有关(Parasuramanetal.,1998)。胆碱功能和去甲肾上腺素激活系

统也许对于维持警戒和对刺激的警觉是很重要的，这也是安全驾驶所必须

具备的。

Laletal.,指出环境的刺激和心理因素会影响认知任务的操作水

平，焦虑在此起到了副作用。Craig(2000a•b)也发现驾驶员疲劳与消

极的情绪状态之间有很强的联系•如疲劳增加，活力减弱以及焦虑严重。

其他研究也显示大脑的活动性和心理因素的联系，例如焦虑(Helleret

al.,1997)。研究者同样指出拥有不同人格特征和气质的驾驶员能够感受

不同的疲劳(BrownandEng•1967)。但这些与驾驶员疲劳之间的关系仍

须探索和研究。

-16-

1.3.3职业驾驶员的疲劳职业驾驶员一般都会经历长距离且有规律的送

货和运载乘客,证据表

明，这些驾驶员出现越来越多的行车安全问题(Fuller,1980;Millerand

Mackie,1980)。一个关于职业驾驶员和非职驾驶员疲劳的研究表明，职业驾

驶员比非职业驾驶员更容易产生主观上的疲劳、生理应激反应以及操作水平

的退化。原因有以下几点：(1)工作时间表会引起更大的主观疲劳、压力和操

作水平的退化;(2)在驾驶经过几个连续工作日后，会有一个累积的疲劳；

(3)对于某些职业驾驶员(例如卡车司机)从事昼夜不停的操作会显出更

早或更大疲劳的信号；(4)职业驾驶员有时候必须在夜间进行不规律的工

作­这样生物节律就会削弱，伴随着生理上的觉醒下降；(5)职业驾驶员由

于工作时间表,不能总是获得8小时的持续睡眠。同时,职业驾驶员(如出

租车司机)很可能会遭受其他的紧张性刺激源­并且与疲劳相互作用，例如

驾驶环境下的高温、噪音和振动，这些因素的重要性已经被Storie(1984)

分析汽车高速公路事故的研究所证明。在这个研究中，11%的交通事故发生与

疲劳相关，而这些事故中62%是发生在驾驶速度小于100英里时。

我们可以看到职业驾驶员通常都会冒着来自疲劳的风险•因为他们一

般没有自由来决定自己的工作程序表，从而经常使他们陷入不规律的工作

时间。而不规律的工作时间安排和无规则的换班制度会使他们在生物节律

低谷时被迫接受持续驾驶，所以操作水平就会下降到次级水平，这种无规

则也会对驾驶员在可用的休息和睡眠周期中起负作用。因此，Miller和

Mackie(1980)把驾驶疲劳归结于无规律的时间表和工作需求，他们相信

事故与疲劳的发展直接相关。在一次驾驶员疲劳的国际会议上,Akersteolt

(2000)提出对于疲劳具有不同的恢复期是必需的­而恢复期是由完成不规

律工作的持续时间和数量以及生物节律被干扰的程度决定的。

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1.4疲劳的评定指标

脑力疲劳的成因是多种多样的,表现形式也不尽相同，但总的来说都表

现出头脑昏沉，注意力不易集中，思考困难，欲望下降，工作绩效降低等症

状。因此，对脑力疲劳现象所进行的观察研究,其评定方法必须是多维的。

评定方法区分为两大类:主观评定法和客观评定法。

主观评定法脑力疲劳是一种主观感觉，因此对脑力疲劳主观成分的评定

非常重要.

对脑力疲劳的主观评定主要是通过主观调查表'驾驶员自我记录表'睡眠

习惯调查表、斯坦福睡眠尺度表和皮尔逊疲劳量表等评定。这些方式能够

提供关于脑力疲劳的多种信息，如脑力疲劳出现的时间、造成疲劳的原因和

主观上的不舒适感觉。目前，大多数国家的交通管理部门都是通过检查驾驶

员的行车记录来判断驾驶员是否疲劳违章。例如，欧盟国家交通管理部门要

求每台客车都装备一台行车记录仪，记录仪将客车行车时间、瞬时速度等数

据标记在一张磁盘上，供交警部门查验；在美国，监督检查驾驶员疲劳状况

是通过记录有驾驶员行驶时间的驾驶日记，驾驶日记上除司机签名外，还需

要有行车路线上主管交通安全的管理部门的有关人员签字证明，以防止伪

造作假；我国也采用了类似的汽车行驶记录仪记录司机连续行车和累计行

车时间，以便交通管理部门监督检查。实际上有很多关于脑力疲劳的研究就

是通过问卷调查的方式来进行的，如飞行疲劳的评定。

主观评定法不仅可以应用于疲劳的评定，还可以用于情绪情感•脑力

负荷等多种心理表现的评定。根据评定是由被试本人做出•还是由他人做

出，主观评定法可分为主观自评和主观他评。平常应用最多的仍然是主观

自评的方法。主观他评多采用人面部的视频图像来进行评估(Belyavinand

andwright­1987)。实验者根据被试的特点，例如面部表情、缓慢的眼睑

闭合和举止，如擦拭、打哈欠和点头来估计出受试者的困倦水平。在国外

曾有人使用驾驶员面部的视频摄像，并配合即时的生理测量来进行研究。

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但就目前而言，由于种种原因的限制，在实验中加入’面部表情评定’的

研究还非常少。但是随着计算机图形图像技术和模式识别技术的发展•这

种方法有可能取得实质性的突破­走向应用。

实际上很多的主观评定法是通过时间标准来界定的，即对驾驶员每次

连续驾驶时间的界定。但由于在限定这种时间标准的时候，无法考虑到不同

驾驶员个体在体质'精神状态、生活饮食状况、是否患病等多方面的差异

性,所以其监测结果往往不能令人满意。此外­对于主观评定法在脑力疲劳

的研究中•一个关键的问题不是在于被试是否如实回答问题（如被试是否

故意隐瞒自己的真实感受，因为疲劳难耐而胡乱涂鸦等）；二是当人处于脑

力疲劳状态时，被试是否仍然具有完整的自我状态的监控能力，用心理学

的术语来讲就是他的元认知能力是否受到损害。因此，须特别强调指出的

是，在实际的评定工作中仅用主观评定法是不够的，还需有客观的评定方

法予以支持。

尽管主观评定法具有评分主观'评分标准不易统一'受记忆等多种个

人能力的影响，甚至存在有被试故意隐瞒真实感受、猜测题目含义、迎合

主试期望等多种缺点。但由于它操作简单、直接、目费用低、加之对任务

完成无干扰、易被接受等优点，它仍是一种被广为采用的评定脑力疲劳的

方法。并且很多研究表明•主观评定法是有一定参考价值的。

客观评定法由于疲劳的非特异性和主观性，最早对疲劳的研究几乎都是

主观的（绝

大部分为疲劳量表）。但主观评定法无法避免其固有