rotația

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • discuţie
  • metode
  • Studiați populația și protocolul fMRI
  • Prelucrarea preliminară și analiza modelului liniar general (GLM) al datelor fMRI
  • Mai multe detalii
  • Comentarii

obiecte

  • Depanare
  • Prelucrare senzorială

abstract

Lipsa SPASA și interpretarea greșită a reprezentărilor tridimensionale ale informațiilor sunt în mod clar cauzele accidentelor și, prin urmare, aceste competențe importante sunt testate în evaluările pilot. În funcție de legislația aeriană, evaluările pilotului includ teste diferite și sunt efectuate de diferite organisme certificate. Aceste evaluări sunt efectuate în mod obișnuit într-un proces de evaluare multimodală, care testează de obicei diverse abilități cognitive, cum ar fi înțelegerea mecanică și cunoștințele tehnice, raționamentul numeric, memoria pe termen scurt pentru informații auditive și vizuale, viteza percepției, controlul atenției, timpul de reacție, psihomotorie coordonare.sarcini multiple și orientare spațială 6. Pentru a testa coordonarea cu mai multe sarcini, este adesea folosit un test de coordonare cu mai multe sarcini, care necesită executarea simultană a trei sarcini diferite: o sarcină de monitorizare compensatorie, o sarcină acustică și o sarcină de monitorizare a instrumentului.

În plus față de aceste considerații conceptuale, s-au găsit o serie de diferențe empirice între cogniția spațială reală și rotația mentală abstractă. La nivel de comportament, s-au observat diferențe în rotația mentală (adică rotația obiectului extern) și în căutarea unei viziuni egocentrice (adică adaptarea) 7, sugerând o diferență în mecanismele cognitive corespunzătoare. În plus, studiile care examinează relația dintre rotația mentală și performanța reală a unui motor spațial au găsit o astfel de relație numai la piloții neexperimentați sau neinstruiți 8, șoferii 9 și chirurgii 10. Wolf și colab. 9, de exemplu, a arătat că șoferii începători și-au obținut abilitățile de parcare și paradigma de rotație mentală în comparație cu un grup de bărbați cu experiență de conducere. Cu toate acestea, când experimentul s-a repetat mai târziu, această diferență de gen a fost observată doar în cazul paradigmei de rotație mentală abstractă, dar nu și în cazul sarcinii de conducere, unde performanța sarcinii a fost determinată în schimb de nivelul experienței de conducere. câștigat.

Combinate, aceste descoperiri ridică nu numai întrebarea dacă efectuarea unei funcții de rotație mentală Shepard-Metzler reprezintă de fapt nivelul actual al abilităților din viața reală în performanța spațială într-o anumită profesie, ci și funcția sa de predictor pentru viitorul individ. dezvoltare bazată pe instruire și experiență. În acest studiu, am proiectat și implementat o sarcină de interpretare a instrumentelor (IIT) care seamănă foarte mult cu indicatorul de poziție, principalul instrument folosit de piloți pentru a determina poziția unei aeronave și, astfel, aproximează cerințele reale și condițiile unui pilot în viața reală. . în timp ce este încă foarte comparabil cu rolul lui Shepard-Metzler (SMT) în domeniul rotației mentale în ceea ce privește prezentarea stimulilor vizuali și a reacțiilor subiectului prin apăsarea unuia dintre cele două butoane (Fig. 1).

Condițiile sarcinii au fost prezentate în blocuri alternative (durata 20 s). Subiecții trebuiau să utilizeze butonul pentru a decide dacă imaginile din stânga și din dreapta erau aceleași (adică dacă erau aceleași obiect și dacă indicatorul de poziție coincide cu orientarea tridimensională a aeronavei în ceea ce privește înălțimea și derularea). După apăsarea butonului, a apărut un stimul nou; durata maximă a testului nu a fost. Soluțiile pentru acest exemplu sunt: ​​SMT: corect, incorect, corect; IIT: greșit, corect, corect.

Imagine la dimensiune completă

Am investigat substraturile biologice obținute pentru noul IIT în comparație cu rolul abstract al rotației mentale Shepard-Metzler. Am comparat în continuare performanța sarcinilor și activările cerebrale specifice sarcinilor între cele două sarcini pentru a evalua dacă SMT poate fi considerat un instrument fiabil pentru examinarea capacităților de recunoaștere spațială a aviației.

Rezultatul

Nu au existat diferențe semnificative în experiența creierului individual sau activarea creierului (de exemplu, orele de zbor, tipurile de aeronave și vârsta) asociate cu experiențele individuale de zbor. În medie, participanții au obținut performanțe semnificative (test t asociat, T = 4,62, p. 2)

Condițiile de suprapunere sunt afișate în violet. Pragul statistic pentru statisticile t a fost stabilit la p

Pragul statistic pentru statisticile t a fost stabilit la p SMT.

discuţie

Acest studiu a examinat corelații neurobiologice ale cunoașterii spațiale a piloților profesioniști ai companiilor aeriene în interpretarea informațiilor afișate pe un indicator de poziție realist (interpretarea instrumentului, IIT) sau în efectuarea unei sarcini de rotație mentală generică (sarcina Shepard-Metzler, SMT).

Deși s-a obținut un nivel ridicat de siguranță în aviație datorită dezvoltării continue a sistemelor de zbor și a automatizării, există proceduri, precum și instruirea piloților, accidente și incidente și factori umani, cum ar fi pierderea SA și, în special, SA spațială. raportat ca cheie în rapoartele de accidente/incidente 5 Deși originea dezorientării spațiale este adesea legată de procesele fiziologice din afara sistemului nervos central (de exemplu, în sistemul vestibular) 11, depășirea dezorientării spațiale poate fi influențată de proiectarea sistemului și a afișajului. Prin urmare, majoritatea programelor de formare în prevenirea dezorientării spațiale se concentrează pe aceste procese fiziologice. Mai multe cunoștințe despre procesele neurologice ar putea duce la programe de prevenire axate și pe antrenamentul cognitiv.

Cel mai important, nu am găsit nicio corelație semnificativă între acuratețea ambelor tipuri de sarcini între piloți, sugerând că abilitățile abstracte de rotație mentală nu sunt suficiente pentru a prezice acuratețea sarcinii în timpul interpretării instrumentului. Studiile anterioare au arătat că competențele mentale abstracte pot duce la rezultate mai bune în etapele inițiale ale antrenării sarcinilor specifice ale motorului spațial. Cu toate acestea, pentru artiștii cu experiență, aceste diferențe inițiale s-au dovedit a fi atenuate și depind în principal de nivelul respectiv de experiență 9, 10. Descoperirile lor sugerează în mod clar că expertiza în motorul spațial într-un scenariu real, cum ar fi operația sau conducerea, se bazează doar parțial pe rețeaua creierului necesară abilităților abstracte de rotație mentală. Distingerea rolului perspectivei în comparație cu rotația mentală motorie este, de asemenea, de o mare importanță pentru proiectarea afișajelor și instrumentelor. Menținerea și (re) crearea conștientizării spațiale, adică conștientizarea atitudinii actuale și viitoare a aeronavelor, este o cerință centrală pentru piloți.

Pe de altă parte, am observat o corelație semnificativă a timpilor de reacție între două sarcini diferite. Timpii de răspuns depind în mod critic de indicatorii individuali de performanță, cum ar fi vigilența și încrederea. Cu toate acestea, procesarea rapidă nu este un obiectiv esențial în sarcinile utilizate în studiul nostru, iar participanții au fost instruiți în mod adecvat. În cazul piloților aerieni, o interpretare corectă a stării actuale a aeronavei stă la baza luării deciziilor relevante. În general, nu am observat o corelație semnificativă între acuratețea sarcinii și timpii de răspuns. Cu toate acestea, pentru SMT-uri, există o corelație negativă semnificativă între timpii de răspuns și precizia sarcinii, care nu a fost observată la IIT. Aceasta oferă un sprijin suplimentar conform căruia performanța SMT nu este un predictor fiabil pentru alte sarcini de recunoaștere spațială, cum ar fi IIT, și, prin urmare, nu este un instrument de stratificare fiabil în evaluarea pilot.

Pe scurt, arătând că în rețelele neuronale există o suprapunere semnificativă de activare în ambele condiții ale sarcinii, am constatat că există, de asemenea, diferențe semnificative în modelele de activare între interpretarea instrumentului și rotația mentală neestetică. Combinate cu lipsa de corelație între acuratețea sarcinii pentru aceste două condiții, rezultatele noastre sugerează că abilitățile abstracte de rotație mentală pot să nu fie un predictor de încredere al adevăratelor abilități spațiale-motorii ale piloților și posibil al altor profesioniști instruiți în viața reală. Pentru proiectarea noastră experimentală, vom arăta aplicabilitatea afișajelor legate de aviație ca stimuli fMRI. Pe lângă inducerea unor diferențe importante în activarea creierului, noul IIT poate fi util în viitoarele studii aeronautice datorită validității mai mari a feței în comparație cu testele abstracte precum SMT.

metode

Studiați populația și protocolul fMRI

Am examinat 18 bărbați piloți aerieni profesioniști (vârstă: 37 ± 7 ani, ore de zbor: 5.500 ± 3.000 h). Subiecții au efectuat rotația mentală Shepard-Metzler (SMT) și sarcina de interpretare a instrumentelor (IIT) prezentate într-un design blocat (lungimea blocului = 20 s, 5 replicate, alternarea SMT și IIT) (Fig. 1), supuse imagisticii prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI) la Centrul de Excelență MR al Universității Medicale din Viena. Toate entitățile au fost rambursate financiar pentru participarea lor și au acordat consimțământ scris în cunoștință de cauză. Protocolul de studiu a fost aprobat de Consiliul de revizuire instituțională de la Universitatea de Medicină din Viena. Toate metodele au fost efectuate în conformitate cu un protocol de studiu aprobat, orientări pentru bune practici științifice și Declarația de la Helsinki (1964), inclusiv revizuirile actuale.

Subiecții au fost scanați în 3 scanere Tesla TIM Trio MR (Siemens Medical, Erlangen, Germania) folosind bobina capului cu 32 de canale a producătorului. În momente repetate, s-au obținut 270 de volume din întregul creier, utilizând o secvență de imagistică plană (EPI) cu sunet multiplu (TR/TE = 1800/33 ms, rezoluție = 1,2 x 1,25,5 mm3, dimensiunea matricei: 128 x 128 × 54 felii). ).

Prelucrarea preliminară și analiza modelului liniar general (GLM) al datelor fMRI

Prelucrarea preliminară și analiza datelor au fost efectuate în SPM12b și au inclus corecția temporizării a 23 de secțiuni, alinierea, dezarmarea, normalizarea cu un șablon standard MNI și netezirea miezului Gauss (6 mm FWHM).

Analiza GLM unilaterală a constat din doi regresori (de exemplu, rotație mentală și interpretarea instrumentului), în care funcția boxbox care a codat debutul și durata afecțiunii a fost confirmată de SPF canonic HRF. Hărțile de contrast rezultate au fost utilizate pentru analiza ulterioară a grupului pentru a localiza activarea creierului asociată cu condițiile respective ale sarcinii (pag