第四章劳动情绪:疲劳、倦怠、应激与压力管理(2)

2019-03-11 09:45

劳研究文献及近十年有关疲劳研究工作的基础上,运用心理测量学有关方法研制的,其内容和文字表述符合我国人文特点及语言习惯。该量表有良好信、效度,能区分不同人群的疲劳程度及特征。量表可用于评定18岁及以上有疲劳表现的亚健康及各种疾病人群的疲劳类型、程度及特征,同时也可作为中医药及其他干预疲劳效果的评价工具。

测量内容分两部分。第一部分评定疲劳类型及程度,包括精神疲劳、躯体疲劳、疲劳后果3个因子;第二部分测量疲劳特征,包括疲劳的情境性、疲劳对睡眠与休息的反应、疲劳的时间模式3个因子,共计23条项目,各项目的选项为5级。量表中的6个因子分别反映疲劳的不同类型或特征,在评定时每个维度可单独应用。在具体进行评价时,需将每个因子的原始分换算成标准分,其分值范围均为0~100分。

疲劳自评量表(FSAS)剖面图

疲劳自评量表(FSAS)

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但主观评测法无论从理论上,还是从实际操作上,都存在一定的缺陷。从理论上讲,当人处于脑力疲劳状态时,人对自身状态的自我监控能力是否仍然能够保持完整,是值得进一步探讨的。研究表明,个体自我监控的元认知能力是一种相对独立的能力,不超过63小时的脑力工作时间内,基本上是没有受到损害的。主观评测法在实际操作过程中,评分主观、评分标准不易统一、受记忆及其它个人能力的影响,甚至还存在有被试故意隐瞒真实感受、猜测题目含义、随意涂鸦、迎合主试意图期望等现象。由于这种评测方法操作简单、直接、费用低廉、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测脑力疲劳的方法。因此,尽管有文献认为主观评测具有一定的参考价值,但在实际的研究中主观评测法仍然不宜单独使用,还必须有其它客观指标的予以支持。

(二)疲劳的客观测评

所谓客观评测法是指借助于仪器、设备等辅助工具记录人体行为、生理、生化方面的某些指标的变化并进行评测的方法。这些指标是客观的,不以观察者的个人喜好、经验而发生变化因而这种方法被称之为客观评测法。根据对脑力疲劳客观评测的层面不同,可将客观评测法区分为4类:①以反应时、记忆能力、注意力集中能力,辨别能力为主的心理学、行为学指标评测法;②以脑电、心电、眼动数据为主的生理学指标评测法;③生化指标评测法;④图像处理技术。

1.心理学、行为学指标评测法

用于评测脑力疲劳的心理学、行为学指标评测法主要是指采用心理运动测验和心理测验方法对脑力疲劳所进行的评测。心理运动测验可以测量人的知觉、认知解释和运动反应。这些测验包括模拟驾驶、打字和反应时测验等。

? 膝键反射检查法。使用医用的小硬橡胶锤,按照一定方向一定大小的力敲打被试者的膝部,被

试者小腿会因外部的刺激而弹起一定角度,此角度可定量的评定疲劳。 ? 闪光融合频率值测试法被试面前有不停闪烁的光源光源的频率不

断增被叫做融合。与此相应的闪光频率被叫做闪光值。通常随着人体疲劳程度的发展,闪光频率值会逐渐变低。此值可作为评判疲劳的一个指标。

? 连续色名呼叫检查法。通过被试对颜色识别的正确性来评判其疲

劳,若被试有先天颜色识别缺陷,则此方法不可使用。

? 反应时间(RT,ReactionTime)测定法。反应时间的快慢变化可反

应人体中枢神经系统的迟钝化程度,测试被试者的反应时间,根据时间长短来判断其疲劳程度。 ? 两点阂限值检测法。使用两个针状物刺激被试者的皮肤,当两刺激点小到被试者不能辨识的时

候时,此时两点之间的距离就被称作两点阂限值。当人体疲劳时,整体机能感觉迟钝,应用此方法可评判人体疲劳。

心理反应测试法有其不可忽视的不足,测定疲劳不能与作业同时进行,不能同步反应被试者的心理状况的变化并且此方法缺乏一定的客观性容易受多种因素影响。

2.生理学指标评测法

关于脑力疲劳,还有一个隐含的假设,即认为脑力疲劳是中枢性质的,影响全身的。因此脑力疲劳的生理学指标主要是一些电生理指标,如脑电图、眼电图心电图、事件相关电位等。其中研究最多,影响最大的目前仍是脑电图。借助医用仪器测试被试者的脑电、心电、肌电波形,从而确定其疲劳程度。

? 脑电图法(EEG)。通过对脑电节律、事件相关电位等脑电信号的分析,评定人体的疲劳程度。

其具有较强的客观性,对人体精神疲劳反映较为敏锐等特点,其不足是脑电信号的收集、测试和分析比较复杂,因此应用范围受到一定限制。脑电图通常用于全身性运动较少的操作,在实际驾车中,脑电的收集受到驾驶动作的影响,长时间的记录会对司机产生不适的影响。

? 心电图法(ECG)。通过对心电信号(心率HR、心率变异性HRV)进行专业分析,反应肌体的疲

劳程度。心率的变化与氧气的吸入量相关,可用以表示新陈代谢的程度。心率已成为可以用来定量评判工作负荷的一种评价方法,其特点是具有一定连续性、较强敏感性、干扰性小、能够

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实时进行,并且能够反应精神负荷的变化。在驾驶疲劳研究中,心率的测试可与其他测量措施相互配合使用。

? 肌电图法(EMG)。通过对肌电信号(肌电信号功率谱中值频率、肌电图积分值)进行专业分析,

了解肌体的疲劳程度。该方法主要针对的是测试人体局部体力疲劳,并且测试方法相对简单可行,结论明确。

? 眨眼频率。通过对驾驶员的眼睛运动情况进行摄像,记录其眨眼的频率,以此来评判司机身体

疲劳状况的设备。该方法具有可连续一记录的特点,且不对司机驾驶造成任务妨碍,易于被司机所接受。 3.生化指标评测法

生物化学方法借助专业设备检测被试血液中物质含量、尿液成分、汗液及唾液的分泌来评判疲劳的产生。该方法具有获取数据较易、分析方法简单的优点,其结果具有较高的客观性;但是测定时需打断被试的活动,容易引起被试的抵触,并且血液样本的获得对身体造成一定不良影响,还需要专业的生化分析仪器。在脑力疲劳的评测中,前人还做过一些关于睡眠激素或多肽的研究,但在对这方面的文献进行总结时发现,关于睡眠所需要的化学指标方面,就目前而言,尚无一致的结论,实验结果也各不相同。

生化指标用于评测脑力疲劳在很多场合下是不合适的。但随着技术的进步,情况可能会发生一些改变,因为现在已经有人发明出厂能够分析血液成分的敏感性微光谱仪,使用时只需在耳垂上放置一个感受器即可,这一技术的出现很可能会使疲劳评测生化方法在不久的将来变得切实可行。

4.图像处理技术

近年来,随着计算机技术的发展,图像处理技术越来越多的应用于疲劳检测当中: ? Eriksson通过跟踪、定位与识别眼睛状态来获取疲劳状态,Grace结合眼睑闭合度(PERCLOS)

方法开发了一套用于重型卡车司机的磕睡监测系统;

? Singh则利用面部识别技术进行疲劳的检测,机器视觉技术亦可以看到,实时的、非接触式的

疲劳检测技术成为新的发展方向。

在某些实验研究中,如机车操纵界面人机评价实验,需要在一次实验过程中测量多种实验数据,如被试者的视觉行为、操纵行为、疲劳状态等,通常的方法是综合使用眼动仪、微细动作跟踪仪、闪烁融合测试仪等多种测试仪器。然而,众多仪器的采用会大大的干扰被试者,疲劳测试采用的闪烁融合测试甚至需要暂时中断实验的进程。

PERCLOS方法

PERCLOS是最早报道的能自动测量和跟踪被测者的睁闭眼情况,并且能检测到疲劳现象出现的装臵,它连续跟踪测量眼睑的睁闭,并且根据相应的阈值提醒可能发生的瞌睡。PERCLOS在设计原理上进行了创新,提供一个很好的跟踪人眼的测量方法,充分利用人眼的基本生理特点,即视网膜对不同波长的红外光能够反射量的不同。在850nm波长,能够反射90%的入射光,在950nm视网膜只能反射40%的入射光。在同样照度的情况下,2个摄像头同时测量人眼的图像,一个是850nm波长的图像,另一个是950nm的图像,2幅图像相减的结果,就只留下视网膜的位臵的图像,然后再分析视网膜的大小和位臵。

为了能够得到2幅不同波长光源而相同的图像,DRC利用了2个分离的摄像头,90交叉。当图像经过一个光束分离器,分成2束分别进入2个摄像头的镜头中,然后,2个镜头分别用850nm和950nm波长的滤波器得到相应的红外图像。结果就得到2幅在同一时刻只有视网膜图像不同的2幅图像。摄像头的结构见图。

瞳孔测量计进行疲劳测量

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瞳孔测量计最初研究目的是测量人是否饮酒和吸毒,在研究的过程中,发现利用这种装臵来测量瞌睡或者疲劳也是一个很好的工具,因此,这也是测量疲劳的一种方法。

瞳孔测量计是实时地测量眼睛的瞳孔尺寸变化的装臵,根据瞳孔的变化关系来评测疲劳度。受试者坐在一个舒适的椅子上,用2个红外敏感度很高的摄像头放在测试者的前面,同时要求测试者看着前面墙上的红点。每秒测试60幅。第一分钟将室内的灯打开,其余14min将灯关上。

研究发现,在灯关掉的一段时间内,清醒人瞳孔的直径保持相对稳定的大小,而疲劳人瞳孔的直径有比较明显的变化。根据变化的程度就可以计算出瞳孔没有休息指数对分析瞌睡的水平是有价值的。

眼动仪的疲劳检测方法

通过对眼动仪瞳孔模块输出视频的图像处理,并结合PERCLOS方法,在进行视觉行为测试的同时,可有效地得到被试者的疲劳状态。眼动仪可方便地应用于工作状态下的脱机与在线疲劳检测。

眼动仪眼动仪是进行视觉注意力分配测试的实验设备,通过检测并提取眼睛的位臵信息来达到记录视觉运动过程的目的。

它有两个摄像机,一个为红外摄像机,它在红外光源的辅助下,得到瞳孔的视频图像,该图像经数字化及瞳孔中检测后与另一个普通摄像机得到的视场视频信号一起送人后继的处理模块进行注视点的标定及视场匹配。其工作流程如图1所示。

基于模块化设计的眼动仪在各功能模块之间通过标准的信息接口通道如复合视频端口、标准串行通讯端口进行连接,因此,我们可以获得包括眼部视频、视场视频等在内的一些原始数据,这就给眼动仪功能上的二次开发提供了基础。

基于眼动仪的疲劳检测方案眼睛既是人体获取视觉信息的输人通道,同时还能反映人的精神生理状况。图2为不同状态下的眼部图像,当人体处于疲劳状态时,眼睛通常有如图中(2)(3)的情况。因此,可以通过监测被试者的眼睛来得到他的疲劳状态。

PERCLOS(Pereentageofeyelidelosure)基于眼动仪瞳孔摄像机输出的眼睛视频图像进行疲劳测试的方法,是公认的、有效的精神生理疲劳程度的测量指标。它使用眼睛闭合时间占特定时间的比率来确定疲劳程度,这里闭合为瞳孔被眼睑遮住的状态。

PERCLOS方法有P70、P80和EM三种判定标准,分别表示 ? 瞳孔被眼睑纵向遮住70%的时间比率 ? 遮住80%的时间比率 ? 眼睑均方闭合率

研究表明P80与疲劳程度间具有最好的相关性,采用p80作为基于眼动的疲劳检测的判定标准。 通过对眼动仪瞳孔摄像机输出端口的调整,瞳孔视频被分为两路,一路被送人眼动仪的后继模块进行眼注视点测量,另一路则通过图像采集卡采入计算机,应用图像处理技术判断眼睛的遮闭状态,进而运用尸ERCLOS方法进行分析,最后得到被试者的疲劳状态。系统工作流程图如图3所示。

通过采集卡采集进人计算机的图像序列首先进行时间标定,然后利用图像处理技术进行瞳孔遮闭状态的判断。

系统实现及应用

应用以上方法,我们在日本NAC公司的EMK7型眼动仪上开发了一套疲劳检测系统,系统由PN微机、MatroxCorona/8/E图像采集卡以及自行开发的图像处理及数据分析软件组成,可以完成瞳孔图像的采集、存储、处理、分析、以及数据统计分析等功能。

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在用眼动仪做机车操作界面人机评价的视觉行为分析实验中,应用该系统对被试者的疲劳状态进行检测分析,结果表明,该方法切实可行并取得了满意的效果。实验在实验室条件下进行,瞳孔开合程度数据的统计结果片断如图所示。由式可求得本时间段的PERCLOS值为0.0567,由表1可知被试者处于清醒状态。

眼动仪的疲劳检测方法利用眼动仪瞳孔模块输出的视频,通过视频的图像采集、处理,得到被试者瞳孔纵向尺寸,计算出用于疲劳判定的PERCLOS值,从而推断被试者的疲劳程度。

利用该方法,搭建了一套疲劳检测系统,通过实际的应用,验证了该方法的正确性。

脑力疲劳评测的客观评测法中目前使用最广、研究最多的是心理学、行为学指标评测法。一方面是因为心理学、行为学指标评测方法费用低廉,方法多样,易于操作,且效果良好;另一方面还因为其它方法的发展还很不成熟。例如生理学指标评测法的EEG,尽管可以反映大脑的唤醒水平,但在实际操作方面,脑电图的测量不仅需要昂贵的设备,而且测试的操作也相当复杂。脑电图如果应用于现场研究,则必须开发出便携式装备,因此脑电图的研究几乎全部局限于实验室研究,这就自然使得它的研究受到了很大的限制。对于生化指标,正如前面所讲不仅数据收集困难,而且难于分析,再加上收集这些指标会涉及到侵人性技术,因此,作为评测脑力疲劳的工具在很多场合下也是不合适的。

三、疲劳的主动积极休息

疲劳的产生是有一定的物质基础的,这就是机体在新陈代谢过程中,产生的二氧化碳、乳酸、非蛋白氮等。当体内的这些疲劳物质积累到一定程度,达到“疲劳阈值”时,人就会感到疲劳。当然,体内也有消除、转化这些疲劳物质的机制,疲劳物质的数量在疲劳阈值以下时,这些物质被很快消除掉。疲劳物质的数量达到、超过疲劳阈值时,消除它们所需时间就大大延长,同时又有诱发许多疾病的可能。

生理学家提出休息有两种方式,一种是静止性休息,另一种是积极性休息。静止休息时,大脑的抑制过程加深,促进了代谢的合成过程,可以消除疲劳,体力、精力得到恢复,所以每天必须有足够的睡眠来解除一天的疲劳。主动休息,也叫活动性休息、主动休息,这是一种全新的休息方式。积极性休息是用转换活动的方式来代替静止休息的一种方法。如脑力工作疲劳以后,进行一些体育锻炼或文娱活动,你又会变得精神抖擞。生理学家指出疲劳对人体来说是一种保护性机制,人们不应感到疲劳时才去休息,而应该学会在身体尚未感到疲乏和心境达到临界状态时就休息,包括主动休身和主动休心。也就是说疲劳未到之前就去主动休息,效果会更佳。有人曾经做过这样的观察:一个工人一天8小时内连续往货车上装生铁,可装12.5吨,而下班时已筋疲力尽了;后来,换种工作法,每干26分钟后休息3-4分钟,结果,在同样的8小时装了47吨,下班时这个工人显得很轻松,没有疲劳的感觉。

积极性休息的创始人著名的俄罗斯生理学家谢切诺夫(1829-1905)提出,未疲劳的手指活动时的传入神经冲动,可促使已疲劳的神经中枢重新获得“能量”。谢切诺夫曾经做过这样一个实验,他让受试者用右手食指拉3-4公斤重物至疲劳,然后让他做静止性休息10分钟,休息后再拉,一直再拉到疲劳,计算他拉重物的次数和时间,又休息10分钟后,他让受试者接着用左手拉重物2.5分钟,然后再换右手拉重物至疲劳,同样计算达到疲劳所需的时间和拉动次数。当时的研究结果,确实让大生理学家谢切诺夫也大惑不解。为什么左手拉动2.5分钟之后(推理的话,右手疲劳之后,再运动应该使身体更加疲劳),右手再拉,所拉次数和时间都大大超过了静止休息后右手拉动的效果。以后他做了多种类似的实验,都得到了同样的结果。

俄罗斯生理学家、心理学家、高级神经活动学说的创始人巴甫洛夫(1849-1936)解释为,由于支配刚开始工作的左臂活动的大脑相应中枢的兴奋,会由于负诱导的原因使已疲劳的支配右臂活动中枢产生更深度的抑制,促使由于工作所消耗掉的物质复原得更快和更充分,从而提高了右臂的工作能力。当然运动引起的血液循环的加快,氧及营养物质输入肌肉增多,也是提高原来疲劳臂工作能力的因素。

在驾驶休息时间方面,欧洲给出了较为详细的规定。欧盟规定,运输司机每驾驶4个半小时后必须连续休息45分钟,若在高速公路上驾驶,则每驾驶2个小时休息20分钟。德国对连续驾驶时间与

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