小睡清醒时间及个性特征对注意绩效影响研究_李敬强.pdf

文章编号:1009-6094(2023)07-2388-08小睡清醒时间及个性特征对注意绩效影响研究*李敬强，张璐，王庆福，周妍汝，张希凝，胡超(中国民航大学安全科学与工程学院，天津 300300)摘要:合理安排小睡是民航运输岗位人员常用的疲劳缓解措施，然而飞行员和管制员在值勤期间小睡后预留的清醒时间并无统一标准，其中个体差异性特别是个性特征对小睡后警觉状态的恢复影响尚不明确。为探讨小睡后睡眠惯性对注意绩效的影响，搭建试验平台，被试进行30 min 小睡，采集其小睡前及清醒后 2 min、12 min、22 min 和 32 min 时主观疲劳度、心率值和注意稳定性特征，分析不同个性特征被试小睡后警觉度恢复的主客观数据差异性及变化趋势。结果表明，在立即清醒后，警觉度主客观数据均显著下降，警觉度自评在醒后 12 min 恢复到睡前水平，而注意绩效数据显示到22 min 才能恢复。被试醒后 32 min 时其警觉度自我感受与绩效表现均优于小睡前水平。这些发现可为从事安全敏感类岗位人员值勤中的小睡时长及醒后返岗作业前预留清醒时间等内容细则的制定提供建议与参考。关键词:安全社会工程;小睡;绩效;唤醒;反应时;个性差异中图分类号:X949文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2022.0193*收稿日期:2022 02 11作者简介:李敬强，副研究员，博士研究生，从事航空人员警觉度评估与疲劳风险管理研究，jqli caucedu cn。基金项目:国家自然科学基金与民航局联合基金项目(U1933122);中央高校基础科研业务费自然科学类重点基金项目(3122019186)0引言小睡是轮班制或夜班值勤中广泛使用的对策，以防止因睡眠不足、长时间觉醒及节律紊乱而导致困倦和绩效下降。睡眠惯性指从睡眠中醒来立即出现唤醒水平低、警觉性下降而导致认知绩效受损的状态1 3。个体小睡后产生的睡眠惯性会影响任务绩效，尤其是对需要投入更多注意资源的任务影响更大4 5。睡眠惯性的强度可能持续几分钟到几个小时6 10。民航运输岗位人员作息不规律导致值勤期间出现疲劳或微睡眠状态比较普遍，因此在工作中安排小睡被广泛用于疲劳风险管理。运营人疲劳风险管理(FMS)实施指南 中规定，只能在爬升或降落之前的 20 min 时间段外进行不超过 40min 的驾驶舱可控休息11;此外我国 CCA 93TM 5 中规定，直接从事雷达管制的管制员在两次岗位执勤时间之间的间隔不得少于 30 min12。虽然上述规章或政策中对小睡持续时间与醒后恢复时间进行了界定，但精细化程度仍然不高，也未考虑到个体差异性。研究睡眠惯性对注意绩效的影响对优化岗位人员疲劳风险管理政策具有较高的应用价值。国内对于睡眠惯性的研究中，1997 年，廖建桥8 首次发现小睡后睡眠惯性对记忆与数字计算带来干扰。侯艳红等9 通过 40 min 午睡试验发现，被试反应时在醒后60 min 得到恢复。闫林10 通过1 h午睡试验发现睡眠惯性持续时间要长于 0.5 h，在 1h 左右基本消退。总体来看，我国针对不同小睡时长的睡眠惯性研究尚不够细化，睡眠惯性的影响聚焦于基础认知能力方面。国外相关研究中将小睡时间划分得更为详细，1998 年，Hayashi 等13 通过 20min 小睡试验首次发现醒后 1 h 左右主观唤醒水平显著提高。Lovato 等14 发现 10 min 午睡可以直接提高认知能力。Hilditch 等15 认为，大于 30 min 的小睡在醒来时反应时延长，到醒后 47 min 时仍未恢复。针对个体注意水平的影响研究，国内外研究通常采用精神运动能力测试(Psychomotor VigilanceTest，PVT)范式分析反应时、反应速度等指标，这些指标 聚 焦 于 持 久 性 警 觉(Tonic Alertness，TA)。Valdez16 提出将注意力分为 4 个组成部分，分别是持久性警觉、阶段性警觉(Phasic Alertness，PA)、选择性注意(Selective Attention，SA)和持续性注意(Sustained Attention，SUA)，但细化注意绩效 4 个特征的研究还鲜有发现。王洁宁等17 研究管制员疲劳问题时采用 PVT，该测试仅评估了注意绩效的持久性特征，而未考虑到其阶段性、选择性与分配性特征，且单一指标尚不能系统性评估信息加工任务中警觉资源使用的复杂性。因此本文采用注意绩效测试(Attentional Performance Test，APT)来评估注意绩效的 4 个特征，同时采用 8 种无语义特征符号的组合刺激呈现来降低测试本身的学习效应与练习效应。此外，个性特征会影响个体唤醒水平及注意绩效，国内研究中，2016 年，李苗18 发现外向者会比内向者产生更优的认知能力及更高的安全绩效。黄圣慧19 指出，外向者更善于通过认知重评进行情绪调节并减少生理唤醒。总体来看，我国对内外向者唤醒水平、注意绩效关系还没有深入探讨，特别是在民航岗位人员个性特征对安全风险管理政策制定的差8832第 23 卷第 7 期2023 年 7 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 7Jul，2023异性指导方面还鲜有研究。而国外研究中，2018年，Lim 等20 研究发现，外向者在能量唤醒维度的得分显著高于内向者。Lehmann 等21 研究发现，外向性越强的被试应对认知负荷能力越强。Barron等22 发现，外向性的飞行员更容易缓解训练中的压力，对飞行员训练成功起着积极的作用。上述发现均可以应用于职业人群人因风险的差异化管理中。民航运行指挥的操作流程紧凑，信息化程度高，安全压力大，科学规划约 30 min 的小睡并预留精准的消除睡眠惯性的时间是民航运输岗位人员疲劳风险防控的有效措施。然而操作人员的信息加工特征在小睡后随着清醒时间不同的恢复程度对其安全操作的影响尚不明确，对注意绩效的研究有待于细化，个性特征对操作人员注意绩效的调节程度仍需进一步探究。因此，本文基于注意绩效评估模型研究小睡后清醒时长、个性特征与注意绩效的交互作用，为制定安全敏感类岗位人员规章或管理细则提供建议与参考。1试验设计1.1试验平台小睡试验在一个遮光良好、光照强度(黑暗)0.03 lx 且隔音较好的环境中进行，环境室温维持在(26 1)。小睡清醒后行为反应测试软件安装在一台分辨率为1920 1080 的14 英寸(1 英寸=2.54cm)笔记本电脑上。1.2研究对象72 名健康青年平均分为小睡组和无小睡组自愿参加了测试，年龄为(19.7 1.92)岁(范围为19 25 岁;29 名女性)，大学以上学历，小睡组被试均有午休习惯，无睡眠障碍或其他睡眠及精神疾患，测试前签署知情同意书，并填写艾森克人格问卷(Eysenck Personality Questionnaire，EPQ)，保证睡眠充足无疲劳状态。1.3调查工具试验中用到以下 3 种调查问卷。1)EPQ 性格问卷，EPQ 包括内外倾、神经质和精神质 3 个因子。量表的稳定性和实用性使其成为许多研究中经常使用的结构效度指标23 24，本文只保留了外向性量表得分，将小睡组被试分为内向组和外 向 组，本 文 中 Cronbach =0.800，KMO=0.773，p 0.001(Cronbach 大于 0.7 表示一致性良好;KMO 大于 0.7，表示相关情况良好)。2)卡罗林斯卡嗜睡量表(Karolinska SleepinessScale，KSS)，KSS 是用于测量嗜睡程度应用比较广泛的量表之一25，该量表采用 9 级制评分，从 1 9分中选出符合当下嗜睡程度的得分。3)激 活 去 激 活 形 容 词 清 单(Activation-deactivation Adjective Check List，ADACL)唤醒程度量表，ADACL 是测量唤醒状态应用最广泛的工具之一，包括能量、紧张、疲劳和平静 4 个维度，共计 20个描述性形容词构成了 4 个分量表。Thayer26 指出，能量唤醒量表是一般激活(General Arousal，GA)的最佳指标。在本文中，只保留了能量唤醒的分数进行 分 析，Cronbach =0.865，KMO=0.824，p 0.001。此外，试验中用到以下两项仪器来检测被试睡眠情况。1)Polar Unite 表，Polar Electro Oy 公司，用来监测被试睡眠期间的心率，以确保被试进入睡眠状态。2)e-Tact 活动量监测手环，法国 Bodycap 公司，用来监测参与者睡眠期间的身体活动量情况。1.4试验任务试验要求被试进行注意绩效测试，测试由电脑软件 E-Prime 呈现，作业测验界面见图 1。符号集合为，。屏幕每次呈现 3 张图片刺激，规则为:对比符号 a1 和 b1 的一致性并进行判断，不一致时按数字“1”键;一致时按“2”键;且在一致后被试需要对比符号 a1 和 b2 是否一致，一致按“3”键，不一致按“1”键。注意绩效测试采用无明显语义特征的符号作为刺激材料，较好地控制了学习效应与练习效应，其可靠性已经得到了验证27 28。图 1作业测验界面Fig 1Interface of test tool1.5试验程序试验将被试分为小睡组和无小睡组两组，其中小睡组被试需进行 4 次小睡试验。每次试验在 30min 小睡后，分别在清醒后的 2 min、12 min、22 min和 32 min 填写唤醒程度和嗜睡程度量表进行自评，98322023 年 7 月李敬强，等:小睡清醒时间及个性特征对注意绩效影响研究Jul，2023并进行 APT 测试。小睡组被试具体试验步骤如下。步骤 1:试验前准备，主试向被试讲解试验程序和测试方法以及试验注意事项，并进行相应练习。步骤 2:试验当天，被试于试验台前静坐 10 min以平复唤醒状态方便入睡，同时开启 Polar 心率监测表和 e-Tact 活动量监测手环。步骤 3:被试开始填写唤醒程度和嗜睡程度量表，并进行 APT 测试。步骤 4:被试进行 30 min 小睡，从主试人员观察并判断被试入睡后开始计时。步骤 5:被试由主试唤醒，并依据指示在测试时间点再次填写两份主观评估量表，并进行 APT测试。步骤 6:此后 3 天同一时间进行第 2、3、4 次试验，重复步骤 2、3、4、5，该被试完成全部试验内容。此外，无小睡组被试在上述被试的 5 次测量时间点进行同步测量。表 1等重复试验的结果Table 1esults from equal repeated trials因素B1B2BsA1X111，X112，X11 tX121，X122，X12 tX1 s1，X1 s2，X1 stA2X211，X212，X21 tX221，X222，X22 tX2 s1，X2 s2，X2 stArXr11，Xr12，Xr1 tXr21，Xr22，Xr2 tXrs1，Xrs2，Xrst注:A1，A2，Ar表示因素 A 的 r 个水平;B1，B2，Bs表示因素 B 的 s 个水平。表 2双因素试验的方差分析表Table 2esults from two-way analysis of variance方差来源平方和自由度均方F因素 ASAr 1SA=SAr 1FA=SASE因素 BSBs 1SB=SBs 1FB=SBSE交互作用 A BSAB(r 1)(s 1)SAB=SAB(r 1)(s 1)FAB=SABSE误差SErs(t 1)SE=SErs(t 1)总和Srst 11.6数据分析运用统计学软件 SPSS 26.0，采用重复测量方差分析对试验数据进行分析。方差分析通过对数据误差来源进行分析来判断不同总体的均值是否相等，进而分析自变量对因变量是否有显著影响。假设有两个因素 A、B 作用于试验的指标，因素 A 有 r 个水平 A1，A2，Ar，因素 B 有 s 个水平 B1，B2，Bs，现对因素 A、B 水平的每对组合(Ai，Bj)(i=1，2，r;j=1，2，s)均做 t2 次试验(称作等重复试验)，结果见表 1。通过式(1)(6)计算均值 X，总偏差平方和S，误差平方和 SE，因素 A、因素 B 的效应平方和 SA、SB，以及 A、B 交互效应平方和 SA B。X=1rstri=1sj=1tk=1Xijk(1)式中X 为总体均值，r、s 分别为因素 A、因素 B 的水平数，t 为试验次数，Xijk为样本。S=ri=1sj=1tk=1(Xijk X)2(2)式中S 为总偏差平方和。SE=ri=1sj=1tk=1(Xijk Xij)2(3)式中SE为误差平方和。SA=stri=1(Xi X)2(4)式中SA为因素 A 的效应平方和。SB=rtsj=1(X j X)2(5)式中SB为因素 B 的效应平方和。SAB=tri=1sj=1(Xij Xi X j+X)2(6)式中SA B为因素 A、B 交互效应平方和。将上述结果与其余公式纳入方差分析表，见表2，从而可得出结果。0932Vol 23No 7安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 7 期2结果表 3 显示了双因素重复测量方差分析下性格、时间和二者的交互作用。结果显示，小睡组 APT 正确率与无小睡组数据没有显著的主效应，因此不在此处记录。表 3方差分析结果Table 3esults from analysis of variance项目性格时间性格 时间FpFpFp唤醒15.9160.0213.10820.2870.0013.1081.7170.172嗜睡10.0540.818413.7610.00140.7800.519心率12.2130.1462.6335.4430.0022.6331.0610.393PA T10.0100.9222.37011.3090.0012.3701.3880.263SA T10.0020.9692.81613.7440.0012.8163.3670.022TA T10.4170.5233.1377.9570.0013.1371.8580.145SUA T10.7450.3953.0676.8400.0013.0672.6970.052注:PA T 为阶段性警觉反应时，SA T 为选择性注意反应时，TA T 为持久性警觉反应时，SUA T 为持续性注意反应时;表示自由度，F表示统计量。图 2主观报告均值(标准误)Fig 2Mean(standard error of the mean)for subjective report2.1个性特征与不同觉醒时间唤醒状态的自我感知影响图 2 显示了不同性格被试唤醒程度、嗜睡程度随清醒时间的变化趋势，图 2(a)和(c)显示小睡组和无小睡组总体变化趋势，图 2(b)和(d)显示内外向被试变化趋势，其中唤醒程度评分越高绩效越好，嗜睡程度评分与之相反。2.1.1唤醒程度在被试唤醒程度结果中(图 2(a)和(b)，小睡组时间和性格均显示出显著的主效应。与小睡前相比，被试自我报告唤醒程度在醒后 2 min 时明显降低，在醒后 12 min 恢复到睡前水平并在醒后32 min 明显超越睡前水平。此外在小睡前测量和醒后测量中，外向组唤醒程度得分均显著高于内向组，表明外向组对自我唤醒程度的评估显著高于内向组。此外，无小睡组唤醒程度在各时间点间没有显著变化。2.1.2嗜睡程度在被试嗜睡程度结果中(图 2(c)，只显示了时间的主效应。与小睡前相比，被试自我报告嗜睡程19322023 年 7 月李敬强，等:小睡清醒时间及个性特征对注意绩效影响研究Jul，2023度在醒后 2 min 时明显升高，在醒后 12 min 时恢复到睡前水平并在 22 min 时超越睡前水平。此外，无小睡组嗜睡程度在各时间点间没有显著变化。2.2个性特征与不同觉醒时间的心率特征图 3 显示了不同性格被试随着清醒时间的变化对被试心率的影响，只显示时间的主效应。与小睡前相比，被试醒后 12 min、22 min、32 min 的心率呈显著下降趋势。这表明无论内向或外向被试与小睡前相比，在醒后 12 min 时心率明显降低，并随时间延长持续走低。图 4行为反应测试均值(标准误)Fig 4Mean(standard error of the mean)for behavioral response tests2.3个性特征与不同觉醒时间的注意绩效特征图 4 显示了不同性格被试行为反应测试随着清醒时间的变化趋势，图 4(a)、(c)、(e)和(g)是总体变化趋势，图 4(b)、(d)、(f)和(h)是内外向被试变化趋势。对于 PA 反应时(图 4(a)和 TA 反应时(图 4(e)，所有被试与小睡前相比，均在醒后 2图 3心率均值(标准误)Fig3Mean(standard error of the mean)for heart rate2932Vol 23No 7安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 7 期nmin 时明显延长，在醒后 12 min 时反应时尚未恢复，到醒后 22 min 时恢复到睡前水平并在醒后 32min 时超越睡前水平。对于 SUA 反应时(图 4(g)，所有被试与小睡前相比，SUA 稳定性在醒后 2 min、12 min 没有显著变化，而在醒后 22 min 时超越睡前水平。而对于 SA 反应时(图 4(c)，与小睡前相比，内向者 SA 反应时醒后 2 min 立即延长，但在 12 min时可恢复睡前水平并在 32 min 时超越睡前水平;外向者 SA 反应时同样清醒后 2 min 立即延长，但 12min 时反应时仍未恢复，到 22 min 时显著超越睡前水平。此外，小睡后产生的睡眠惯性仅在被试反应时上有显著的影响，而未对被试的准确度产生影响。3讨论研究29 30 指出，小睡醒后心率变化在 30 min恢复到睡前水平。本文研究显示小睡 30 min 后，心率随着清醒时间的延长持续降低，与闫林10 研究中关于心率变化趋势的结果相一致。通过有/无小睡对比试验，证明小睡后存在睡眠惯性的影响。Banks 等29 认为，30 min 小睡带来的绩效改善更倾向于在被试的主观评估中被观察到，而在行为绩效测试中并未观察到该差异。本试验结果表明，小睡后的绩效变化在警觉度的主/客观测评中均被观察到，且存在不同步现象。被试认为自身唤醒程度与嗜睡程度在醒后 12 min 时可恢复至睡前水平，而注意绩效测试结果显示到 22 min 时才可达到睡前水平，该发现在以往研究中也得到验证31 32。Basner 等31 研究发现，客观表现与警觉性的主观评分之间存在不匹配现象。Bermudez等32 研究发现，被试倾向于高估自身在生理上的认知表现。Saadat 等33 在研究小睡时提出试验中未考虑个性特征的局限性。本文研究发现小睡后外向被试在对唤醒程度的自我报告中显著高于内向者，而Hagemann 等34 研究认为，外向性被试的皮层唤醒水平要比内向者更低，可见睡眠惯性后外向性被试更倾向于容易感知到自身唤醒水平的恢复。此外在选择性注意反应时结果中，内向者在 12 min 就恢复到睡前水平并在 32 min 时超越睡前水平，而外向者在醒后 22 min 时超越睡前水平。该结果表明睡眠惯性对特定目标进行选择的能力影响中，内向者更容易恢复，而外向者在醒后 12 22 min 这段时间选择性注意反应时变化更大。而 Lehmann 等21 研究结果显示，外向性越强的被试认知负荷绩效越好。这一结果的解释为，睡眠惯性对被试认知负荷层面带来的影响中，内向者比外向者更容易恢复。4结论本文研究以小睡试验为基础，通过不同性格特点下小睡前后主观、客观指标的对比及变化趋势分析，得出以下结论。1)30 min 小睡在立即清醒后睡眠惯性影响很明显，到醒后 22 min 时会基本恢复到小睡前水平，而在醒后 32 min 后的表现会继续保持甚至比小睡前要好。因此，针对雷达管制休息及机组人员驾驶舱内可控休息的规定细则，若岗位人员进行了小睡，建议其醒后不应立即返岗作业，而要预留 20 30 min清醒时间，使其恢复到最佳唤醒水平。2)警觉性的主观评价与客观表现存在脱节现象，被试倾向于高估自身警觉度。因此，让员工了解小睡后容易高估自身警觉度从而产生安全隐患，这种“警觉错觉”可能会降低其操作的可靠性，或者增加其冒险行为，从而提高员工对安全风险管理的意识。3)个性特征在自我唤醒评估的倾向性方面存在差异，个性特征与唤醒时间在选择性注意方面表现出交互作用。外向者更倾向于高估自身唤醒水平，而内向者在选择性注意能力的恢复速度更快。参考文献(eferences):1 HILDITCH C J，DOIAN J，BANKS S A review ofshort naps and sleep inertia:do naps of 30 min or lessreally avoid sleep inertia and slow-wave sleep?J Sleep Medicine，2017，32:176 190.2 KOVAC K，VINCENT G E，JAY S M，et al The 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Seventy-two healthy adults(aged 19 25y;29 females)participated in a 4-day laboratory study dividedinto a no-nap group(NO NAP)and a 30-min nap group(30 NAP Among them，subjects in the 30 NAP group had a 30-min slee