Кіріспе

Нейроергономика – нейроғылымның эргономика саласына қолданылуы. Дәстүрлі эргономикалық зерттеулер адам факторы мәселелерін – жұмыс өнімділігін, қауіпсіздікті және жұмыс орындарымен байланысты тәуекелдерді (мысалы, қайталамалы жүктеме салдарынан болатын жарақаттар) шешу үшін негізінен психологиялық түсіндірмелерге сүйенеді. Нейроергономика, керісінше, эргономикалық мәселелердің биологиялық негіздерін, соның ішінде адамның жүйке жүйесінің рөлін зерттейді.

Шолу

Нейроергономиканың екі басты мақсаты бар: адамның өнімділігі және мидың жұмысы туралы қазіргі және жаңа білімдерді пайдаланып, қауіпсіз және тиімді жұмыс істейтін жүйелерді жобалау, сондай-ақ нақты жағдайда мидың жұмысы мен өнімділік арасындағы байланысты тереңінен зерттеу. Осы мақсаттарға қол жеткізу үшін нейроергономика екі ғылым саласын біріктіреді: мидың жұмысын зерттейтін нейроғылым және технологияны адамның қабілеттері мен шектеулеріне сәйкес ету жолдарын зерттейтін адам факторы. Осы екі саланың бірігуінің мақсаты – адам миы мен физиологиялық процестер туралы таңғажайып жаңалықтарды жұмыс орны мен үйде қолданылатын технологияларды жобалауға және өнімділікті арттыратын, қабілеттерді кеңейтетін, адам мен технология арасындағы үйлесімділікті оңтайландыратын жаңа оқыту әдістерін әзірлеуге пайдалану. Нейроергономика саласындағы зерттеулер соңғы жылдары адам миының жұмысын қауіпсіз бақылауға мүмкіндік беретін инвазивті емес әдістердің дамуымен қарқын алды. Бұл әдістер технология мен жұмысқа қатысты адам мінез-құлқының әртүрлі аспектілерін зерттеуге қолданылады, оның ішінде ақыл-ойға түсетін жүктеме, назар, жедел жад, қозғалыс бақылауы, адам мен автоматтандырылған жүйелердің өзара әрекеттесуі және бейімделмелі автоматтандыру. Осылайша, бұл салааралық ғылым адамның қабылдауының, танымдық процестерінің және өнімділігінің нейрондық негіздерін зерттеумен айналысады, бұл жүйелер мен технологияларға қатысты нақты жағдайларда маңызды, мысалы, компьютерлерді және басқа да құрылғыларды үйде немесе жұмыста пайдалану, сондай-ақ ұшақтар, автомобильдер, пойыз және кемелер сияқты көлік құралдарын басқару.

Функционалдық нейросуретке түсіру

Нейроэргономиканың басты мақсаты – мидың функциясы мен орындалатын жұмыстың нәтижесі арасындағы байланысты зерттеу. Мұны істеу үшін, инвазивті емес нейросуреттеу әдістері әдетте ми белсенділігінің тікелей нейрофизиологиялық көрсеткіштерін жазу үшін қолданылады: электрлік белсенділік электроэнцефалографиясы (ЭЭГ), магнитоэнцефалография (МЭГ) немесе жанама метаболизмі позитрондық эмиссиялық томография (ПЭТ) және нейроваскулярлық шаралар, оның ішінде функционалдық магниттік-резонанстық бейнелеу (fMRI), функционалдық жақын инфрақызыл спектроскопия (fNIRS), транскраниалды Доплер (TCD) сонографиясы. Әдетте, нейроэргономикалық зерттеулер негізгі танымдық нейроғылым зерттеулеріне қарағанда қолданбалы сипатқа ие және көбінесе бақыланатын орта мен табиғи жағдайлар арасында тепе-теңдікті қажет етеді. PET, MEG және fMRI сияқты кең ауқымды нейросуреттеу құрылғыларын пайдаланатын зерттеулер қатысушылардың әрекеттеріне шектеулер қойып, кеңістіктік және уақыттық ажыратымдылығын арттырады. fNIRS және ЭЭГ сияқты мобильді техникаларды қолдану арқасында зерттеулер шын мәніндегі жағдайларда, тіпті зерттеліп жатқан жұмыстың өзіне қатысу арқылы (мысалы, жүргізу) жүргізілуі мүмкін. Бұл техникалардың артықшылығы – олардың қолжетімділігі мен әмбебаптығы, бірақ олар жазылған аймақтардың санын азайту және мидың тереңірек аймақтарындағы нейрондық белсенділікті бейнелеу мүмкіндігін төмендету арқылы да келісімге келуі мүмкін. Бақыланатын зертханалық тәжірибелер мен нәтижелерді шын мәніндегі жағдайларға аударудың бірлескен қолданылуы – нейроэргономикадағы нейросуреттеудің спектрін құрайды.

Нейростимуляция

Нейростимуляция әдістері жеке немесе нейробейнелеу әдістерімен бірге қоршақ аймақтарының тапсырма орындаудағы рөлін зерттеу үшін қолданылуы мүмкін. Транскраниалды магниттік стимуляция (ТМС) және транскраниалды тұрақты ток стимуляциясы (tDCS) сияқты техникалар қоршақ аймақтарының қозғыштығын уақытша өзгерту үшін пайдаланылуы мүмкін. Қоршақ аймағын стимуляциялау (әсіресе ТМС арқылы) осы аймақтың жұмысын бұзуға немесе күшейтуге мүмкіндік береді, бұл зерттеушілерге адамның қабілетіне қатысты нақты гипотезаларды тексеруге көмектеседі. Кейбір зерттеулер ТМС және tDCS-тің тапсырмалар орындау кезінде танымдық дағдыларды жақсартуға пайдалы екенін көрсетті. Бастапқыда Паркинсон ауруы немесе деменция сияқты түрлі неврологиялық ауруларды емдеу үшін қолданылған ТМС-тің қолданылу саласы кеңейіп келеді. ТМС кезінде электр тогы адамның бас шарына жақын орналасқан магниттік катушка арқылы жіберіледі. Зерттеулердің нәтижелері миды инвазивті емес стимуляциялау 20 минутқа дейін сергектікті сақтауға көмектесетінін көрсетіп тұр.

Психофизиология

Психофизиологиялық өлшемдер – физиологиялық өлшемдер (қан, жүрек соғуы, терінің өткізгіштігі сияқты), олар психологиялық процестердің бөлігі ретінде өзгереді. Нейроэргономика тікелей нейрондық өлшем ретінде қарастырылмаса да, физиологиялық корреляттарды тәуелді өлшемдер ретінде пайдалануға ынталандырады, олар назар, қозғалыс немесе эмоционалдық процестер сияқты нейрондық белсенділіктің көрсеткіші ретінде қызмет ете алады. Бұл өлшемдерді нейробейнелеу өлшемдерімен бірге қолдануға болады, немесе нейробейнелеу өлшемдерін алу тым қымбат, қауіпті немесе басқа жағдайларда мүмкін болмаған кезде оларды алмастыру ретінде пайдалануға болады. Психофизиология – нейроэргономикадан ерекше сала, бірақ олардың принциптері мен мақсаттары өзара толықтыратын болып саналады.

Психикалық жүктемені бағалау

ФМРИ қолдану арқылы ми жұмыс жүктемесін префронтальды қабықтың (ПФК) аймақтарындағы ми қан ағынының артуы арқылы анықтауға болады. Көптеген ФМРИ зерттеулері жұмыс жады міндеттемесі кезінде ПФК белсенділігінің жоғарылауын көрсетеді. Ми жұмыс жүктемесін өлшеумен бірдей маңыздысы – оператордың қадағалауын немесе назар аударуын бағалау. ТКД қолданып, бас ішілік артериялардағы қан ағыны жылдамдығын бақылау нәтижесінде, қан ағынының төмендеуі қадағалаудың төмендеуімен және танымдық ресурстардың азаюымен байланысты екені анықталды.

Өзгермелі автоматтандыру

Адаптивті автоматтандыру, жаңа нейроэргономикалық тұжырым, оператордың жұмыс жүктемесін нақты уақыт режимінде бағалау арқылы машина-адам жүйесін жетілдіруге бағытталған, өнімділікті арттыру үшін қажетті өзгерістерді енгізеді. Адаптивті автоматтандырудың жұмыс істеуі үшін жүйе оператордың күйін дәл анықтайтын жіктегішті пайдалануы керек. Дискриминанттық талдау және жасанды нейрондық желілер сияқты оператор күйін анықтағыштар нақты уақыт режимінде 70%-дан 85%-ға дейін дәлдік көрсетеді. Адаптивті автоматтандыруды тиімді енгізудің маңызды бөлігі – араласу қажеттігі туындайтын жұмыс жүктемесінің деңгейін анықтау. Нейроэргономикалық адаптивті автоматтандыруды іске асыру үшін интрузивті емес сенсорларды және тіпті көз қозғалысын қадағалау техникаларын дамыту қажет. Адамның психикалық күйін бағау бойынша ағымдағы зерттеулерге шатасуды анықтау үшін бет электромиографиясын қолдану кіреді. Эксперименттер көрсеткендей, адам-робот командасы әуе және құрлық көліктерін басқаруда жеке адамға немесе роботқа (яғни автоматты нысананы тану жүйесіне) қарағанда жақсы нәтижелер береді. Адамның толық бақылауымен және статикалық автоматтандырумен салыстырғанда, қатысушылар адаптивті автоматтандыруды қолданғанда жоғары сенімділік пен өзіне сенімділік, сондай-ақ төмен жұмыс жүктемесін көрсетті. Адаптивті автоматтандыруда машинаның өзгерістерге дұрыс жауап беруін және ең жоғары өнімділікке оралуын қамтамасыз ету ең үлкен қиындық. Машина өзгерістерді қаншалықты енгізу керектігін анықтай білуі керек. Бұл жүйенің күрделілігінен және мынадай факторлардан туындайды: сезімтал параметрді қаншалықты оңай өлшеуге болады, машина жүйесінде қанша параметрді өзгертуге болады және осы әртүрлі машина параметрлерін қаншалықты үйлестіруге болады.

Ми-компьютер интерфейстері

Ми-компьютер интерфейсі (МКИ) деп аталатын зерттеудің дамушы саласы адамның ешқандай моторлық (қимыл) қабілетін қолданбай, сыртқы құрылғыларды басқару үшін ми сигналдарының әртүрлі түрлерін пайдалануға тырысады. МКИ, қозғалыс қабілеті шектеулі пациенттер үшін, мысалы, амиотрофиялық бүйірлік склерозы бар пациенттерге үміт береді. Пайдаланушы белгілі бір ой қызметіне қатысқан кезде, ол ерекше мидың электрлік потенциалын тудырады, ол өңделіп, сыртқы құрылғыға сигнал ретінде жіберіледі. ЭЭГ және ЭРП сигналдарын пайдаланатын МКИ дауыс синтезаторларын басқару және робот қолдарын қозғау үшін қолданылды. МКИ зерттеулері 1970 жылдары Калифорния университетінде (Лос-Анджелес) басталды, ал қазіргі таңдағы басты назары нейропротездік қолдануларға бағытталған. МКИ жоғары деңгейдегі басқару, контекст, орта және виртуалды шындықтарды жобасына енгізу арқылы едәуір жақсартуға болады.

Инсультті реабилитациялау

2011 жылдан бері инсульттан кейін мидың пластикалық қабілетін және қозғалыс үйренуін жақсарту мақсатында инвазивті емес ми-компьютер интерфейсіне қосылған оңалту роботын қолдануға күш салынып келеді. Инсульттан аман қалғандардың жартысы бір жақты паралич немесе әлсіздік сезінеді, ал олардың шамамен 30-60% функциясын толыққанды қалпына келтіре алмайды. Инсульттан кейінгі стандартты емдеуге қозғалысқа мәжбүрлеу терапиясы және роботтық терапия кіреді, бұл әлсіз аяқ-қолдардың қозғалысын күштеп қалпына келтіруге бағытталған. Қазіргі активті терапия толық бақылау жоғалтқан немесе параличке ұшыраған, сондай-ақ қозғалысқа қажетті қалдық моторикалық қабілеттері жоқ пациенттер үшін қолданылмайды. Осындай қажеттілігі зор пациенттерге назар аудара отырып, ЭЭГ арқылы анықталған мидың электр сигналдарын пайдаланып жоғарғы аяқты оңалту роботын басқаруға арналған ми-компьютер интерфейсі (МКИ) құрылды. Пациенттен қозғалыс әрекетін елестетуі сұралады, ал ЭЭГ осыған байланысты ми сигналдарын тіркеп алады. МКИ ЭЭГ спектрлік ерекшеліктерін роботқа командаларға айналдыру үшін сызықтық түрлендіру алгоритмін қолданады. 24 қатысушыдан тұратын топта МКИ-сыз топ (сенсомоторлық ырғақтарды пайдаланып роботты басқарған) және МКИ тобы (МКИ робот жүйесін пайдаланған) арасында тәжірибе жүргізілді. Ми пластикалық қабілетін талдаудың нәтижелері МКИ тобының қатысушыларында бета толқындарының белсенділігі төмендегенін көрсетті, бұл қозғалыстағы өзгерістермен байланысты. Сондай-ақ, нәтижелер МКИ тобының моторлық оқытудың барлық көрсеткіштері бойынша МКИ-сыз топтан жақсы нәтижелер көрсеткенін дәлелдеді.

Виртуалды шындық

Виртуалды шындық адамдарды қауіпті жағдайларға тікелей қатыстырмастан, олардың мұндай ортада қалай жұмыс істейтінін сынауға мүмкіндік береді. Мысалы, ол жүргізушінің немесе ұшқыштың нақты ортасында шаршаудың немесе жаңа технологияның оларға қалай әсер ететінін, ешқандай жарақат алу қаупі болмастан тексеруге мүмкіндік береді. Нақты қолдануға дейін виртуалды шындықта жаңа жұмыс ортасы технологияларының әсерін бағалау, ақшаны да, өмірді де сақтап қалуға көмектеседі. Виртуалды шындық технологиясын нақты өмірді дәл баяндауға жеткізу қиын, бірақ оның мүмкіндіктері шексіз.

Денсаулық сақтау саласындағы оқыту

Денсаулық сақтау оқу бағдарламалары медбикелік біліміне қол жеткізуші студенттер үшін оқу құралы ретінде виртуалды шындық симуляциясын (ВРС) қабылдады. Бұл компьютерлік үш өлшемді модельдеу құралы медбикелік студенттеріне тәуекелсіз ортада әртүрлі медбикелік дағдыларды қайта-қайта жаттығуға мүмкіндік береді. Орталық батыс штатындағы ірі мемлекеттік университеттің медбикелік бағдарламасы интравендік (IV) катетерді енгізуді оқыту үшін ВРС модулін пайдалануға келісіп, бағдарламаның тиімділігін бағалауды аяқтады. ВРС компьютерлік бағдарламадан және тактильді қол құрылғысынан тұрады, олар бірлесіп жұмыс істеп, тамырға қатынасу сезімін симуляциялайды. Компьютер экранында пайдаланушы процедура үшін жабдықты дұрыс ретпен таңдауы керек. Содан кейін пайдаланушы тактильді қолдың тамырларын анықтап, IV катетерін виртуалды түрде енгізеді. Бағдарлама пайдаланушы қадамды жіберіп алса және процедураны қайта бастау қажет болса, дереу хабарлап, кері байланыс береді. Бағалау нәтижелері ВРС-ті процедура туралы студенттердің білімін арттыру үшін "тамаша оқу құралы" екенін көрсетті. Қатысқан барлық сегіз медбике факультеті осымен келісіп, студенттерге нақты науқастарға IV катетер енгізуден бұрын ВРС-пен жұмыс істеуді ұсынатындарын айтты. Бұл құрал оқытушыларға студенттерді нақты өмірдегі науқастардың жағдайларымен және медбикелік тәжірибелердің кең ауқымымен таныстыруға мүмкіндік береді. ВРС бағдарламасының басты артықшылығы – студенттерге IV катетер енгізуге қатысты науқастардың әртүрлі реакцияларын білуге көмектесетін әртүрлі жағдай сценарийлерінің болуы. Студенттердің тұрғысынан алғанда, виртуалды шындық симуляциясы медбикелік теория мен практика арасындағы қашықтықты қысқартуға көмектеседі.

Нейрокогнитивтік кемшіліктерге арналған қосымшалар

Нейроэргономикалық бағалаулар, нейрокогнитивтік бұзылысы бар немесе инсульт немесе операциядан кейін адамның психомоторлық қабілетін бағалау үшін зор мүмкіндіктерге ие. Олар нейрокогнитивтік бұзылыстың оңалту кезіндегі нейрокогнитивтік функциядағы өзгерістерді өлшеудің біркелкі әдісін құруға мүмкіндік береді. Оңалту тұрғысынан алғанда, бұл күш-жігерді мақсатқа бағытталған етіп жоспарлауға көмектеседі. Бұл тесттер нейрохирургия, каротид эндартеректомиясы және коронарлық артерия айналып өту операциясы сияқты операциялық процедуралардан кейінгі өзгерістерді өлшеу үшін қолданылуы мүмкін.

Жүргізу қауіпсіздігі

Нейроергономиканың маңызды қолданыс салаларының бірі – жүргізу қауіпсіздігі, әсіресе когнитивтік қабілеттері төмендеген егде жастағы жүргізушілер үшін. Жүргізу бірнеше танымдық процестерді қатар жұмыстыруды талап етеді, ал тиісті құралдар болса, оларды жеке-жеке зерттеуге болады. Жүргізу кезіндегі танымдық қабілеттерді бағалау үшін жүргізу симуляторлары, құралдармен жабдықталған көліктер және жартылай міндеттер симуляторлары қолданылады. Оксфордтағы Crossmodal Research Laboratory назары шашыраған жүргізушінің назарын аудару үшін ескерту сигналдары жүйесін жасап жатыр, осы арқылы баршаның қауіпсіздігін арттыруға тырысады. Зерттеулер көрсеткендей, автомобиль гулдірген сияқты дыбыстық белгілер, қарапайым тонға қарағанда тиімдірек ескерту сигналы болып табылады. Сонымен қатар, кеңістіктік дыбыстық сигналдар жүргізушінің назарын кеңістіксіз дыбыстық сигналдардан жақсырақ қайта бағыттайды. Бірнеше сезімді біріктіретін сигналдар, мысалы, дыбыс-сезімтал сигнал, бір сезімді сигналдарға қарағанда жақсырақ назар аударады. Басқа зерттеушілер автономды жүк көліктеріндегі міндеттерді басқаруға арналған көлік ішіндегі хабарламалардың (мысалы, дыбыстық белгілер, дауыс командалары) түрлерін, олардың жеке нейрондық механизмдармен байланысын зерттеді; бұл мінез-құлық нәтижелерінен алынған кейде қайшы келетін тұжырымдарды түсіндірудің тиімді тәсілі болып табылады.