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《Industrial Neuroscience in Aviation: Evaluation of Mental States in Aviation Personnel》
在航空工业的神经科学:航空人员的心理状态评估
作者:
Gianluca Borghini
Pietro Aricò
Gianluca Di Flumeri
Fabio Babiloni
BrainSigns
Sapienza University of Rome
出版社:Springer
出版时间:2017年
《Industrial Neuroscience in Aviation: Evaluation of Mental States in Aviation Personnel》
《Industrial Neuroscience in Aviation: Evaluation of Mental States in Aviation Personnel》
《Industrial Neuroscience in Aviation: Evaluation of Mental States in Aviation Personnel》
《Industrial Neuroscience in Aviation: Evaluation of Mental States in Aviation Personnel》
目录
1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Preliminary Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 Nervous System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 Basic Neurophysiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.2 EEG Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Mental States in Aviation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1 Aviation Medicine Hystory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 Mental Workload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 Cognitive Control Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.5 Crew Resourses Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4 Cognitive Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.1 Working Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 Attention. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3 Decision-Making . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4 Procedural Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5 Simulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.1 Simulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 NASA—Multi Attribute Task Battery (MATB) . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 ATM Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.4 Flight Simulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
vii
6 Neurophysiological Signals Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1 EEG Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2 Estimation of Brain Cortical Sources Current Density . . . . . . . . . . 85
6.3 Generation of the Regions of Interest (ROIs) . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.4 EEG-Based Mental Workload Index (WEEG) . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.5 Inter-brain Connections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.5.1 Coherence (COH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.5.2 Partial Directed Coherence (PDC). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.5.3 Phase Locking Value (PLV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.6 Autonomic Data Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.7 Machine Learning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.7.1 Supervised Learning Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.7.2 Unsupervised Learning Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.7.3 Reinforcement Learning System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.7.4 Linear Discriminant Analysis (LDA). . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.7.5 Stepwise Linear Discriminant Analysis (SWLDA) . . . . . . . 98
6.7.6 Automatic-Stop SWLDA (asSWLDA) . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.8 Self-reported Questionnaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.8.1 NASA-Task Load Index (NASA-TLX). . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.8.2 Instantaneous Self Assessment (ISA) . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1 Mental Workload Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1.1 Air Traffic Controllers’ Mental Workload Evaluation . . . . . 115
7.1.2 Mental Workload and CRM Evaluation in Commercial
Fligths. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.1.3 Military Pilots Comparison from a Cognitive
Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.1.4 Mental Workload Evaluation in Real Flights . . . . . . . . . . . 125
7.1.5 Neuroergonomics: Avionic Technologies Testing . . . . . . . . 127
7.2 Training Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.3 Expertise Estimation of Professional ATCOs . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8 General Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
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