不同作業階段礦工安全注意力的事件相關電位研究*

李乃文，張 麗，牛莉霞

(遼寧工程技術大學 工商管理學院，遼寧 葫蘆島 125105)

0 引言

近年來，隨著安全技術的更新和設備的完善，煤礦事故得到了控制，但是人因事故的比率仍然達到97%以上，導致人因失誤的一個重要因素就是礦工的安全注意力下降，在整個作業過程中，礦工安全注意力在不斷發生變化，每一次衰減都是安全事故的隱患。因此，通過腦電實驗設計測定礦工在作業前、作業中和作業后的安全注意力水平，探討整個作業過程中礦工安全注意力的變化規律，將有助于深入認識礦工在不同作業階段下的安全注意力水平，為安全管理提供思路。

目前，關于礦工安全注意力測量的文獻較少。在量表設計方面，李乃文[1]根據安全環境物化程度、語音意識、安全意志、知覺選擇性、知覺理解性、知覺恒常性、視覺記憶等因素，開發了安全注意力測量量表，并對礦工安全注意力水平進行了測量；牛莉霞[2]在訪談基礎上確定了安全注意力的行為屬性，并結合安全信息“獲取-理解-應對”過程設計了安全注意力量表。從心理學研究角度出發，荊秀娟等[3]認為目前對于注意網絡的量表測量缺乏信度，其原因在于除了測量工具的科學性外，還取決于所測量的注意是否有恰當的定義。在實驗設計方面，RU Ting Xia[4]以駕駛員為研究對象，設計注意力測量系統對駕駛員的反應時間和正確率進行實證研究；王春雪[5]通過兩組實驗設計研究噪聲對安全注意力的影響機制，指出注意力的衰減過程中其心理過程往往可以通過腦電、心電的生理參數反映出來，這些生理參數是需要引入實驗儀器進行研究的；在前人的研究基礎上，楊博[6]運用事件相關電位實驗對腦力疲勞前后的注意加工能力進行了實證研究，得出有顯著差異；邱佩鈺[7]通過ERP實驗設計研究視覺疲勞對駕駛員注意能力的影響，結果表明疲勞后駕駛員的非隨意注意能力下降；王金娥[8]通過腦電實驗設計，得出維持注意和選擇性注意有不同的腦機制，誘發不同的ERP成分。

綜上可知，腦電實驗可以作為測量注意力的工具。因此，筆者在前人的研究成果基礎上，以礦工安全注意力為研究對象，通過腦電實驗設計，對作業前期、作業中期、作業后期階段的礦工安全注意力水平進行測量，探討作業前期、中期、后期階段礦工安全注意力的變化規律，為管控礦工安全注意力提供依據和思路。

1 研究方法

1.1 研究對象

被試實驗人員是阜新煤礦集團中挑選的安全隱患最高的一線員工(均為男性)10名，其中掘進工人5名，采煤工人5名。對處于不同作業階段的10名被試分別進行測試，主要是按照2個工種作業流程的工序節點來劃分，一組是在作業前期階段的礦工，一組是作業中期階段的礦工，一組是作業后期階段的礦工。所有被試均是右利手，身體健康，雙眼視力為1.0以上，沒有精神上或者身體上的疾病史，年齡平均值為32.12歲，標準差為1.89，完成實驗可以獲得適當的報酬。

1.2 實驗設計

1.3 實驗程序

本實驗采用oddball范式。實驗開始前，被試首先閱讀實驗流程并簽署知情同意書。在整個實驗過程中，被試坐在隔音效果良好的實驗室的椅子上，眼睛距離電腦屏幕約750 mm。刺激程序用E-prime2.0軟件編寫，所有的刺激材料背景為灰色，用電腦屏幕來呈現。實驗單個trial開始時在屏幕中央呈現黑色的“+ ”號，持續時間1 000 ms，要求被試集中注視，隨后是隨機呈現“我”、“找”或者五角星的圖片，刺激呈現時間是500 ms，最后是一個空白圖片，呈現時間是2 000 ms，隨后進入下一個trial。實驗一共分為3組，每組200個trial，2個block，每個block中，“我”出現75次，“找”出現15次，五角星出現15次，被試的任務是當出現“找”(靶刺激)的時候，按下鍵盤上的空格鍵。在每一個刺激圖片出現的時候，不管被試是不是做出反應，圖片都在500 ms后自動消失。刺激序列見圖1。

圖1 單個trial刺激序列Fig.1 the stimulation sequence of single trial

為了幫助被試快速熟悉實驗程序，在正式實驗之前，被試需要完成練習模塊。正式實驗包括3 個水平，即作業前期階段的礦工、作業中期階段的礦工、作業后期階段的礦工，為了保證實驗的有效性，每個水平下的刺激序列呈現順序都是隨機的。

1.4 數據記錄與分析

實驗儀器為NeuroScan64導腦電儀，使用直流(DC)放大器，用單極導聯記錄EOG。采用腦電儀配備的ERP記錄與分析系統，電極按照國際10～20標準進行放置，根據實驗需要，選擇所需的電極固定在64導的電極帽上。在進行腦電記錄的時候，將雙側乳突作為參考電極點，分別對水平和垂直眼電進行記錄，水平眼電安置在雙眼外側約16 mm處，垂直眼電安置在左眼上下眼眶約15 mm處。通過腦電儀自帶的信號采集軟件Actiview進行腦電信號記錄，每個電極處的頭皮阻抗保證5 000歐姆以下，腦電信號經過放大處理后被連續記錄，采樣頻率為1 000 Hz/導，濾波帶寬為0.05～40Hz。

腦電信號數據分析采用BESA6.0軟件，首先是對腦電信號數據進行預處理，剔除明顯的漂移數據，用數字濾波器對CNT 文件進行數字濾波，分析時程(Epoch)選-200～600 ms，即在圖片刺激(“我”、“找”和五角星)呈現前的200 ms到呈現后的600 ms，然后對基線進行矯正，按照波幅、梯度和低信號的標準對眨眼、眼動和心電的偽跡進行剔除，由于大部分偽跡滿足梯度和低信號的標準，筆者僅僅通過波幅來剔除，將閾值設為80微伏，剔除超過閾值的腦電信號，然后進行疊加平均，最后需要對作業前期、作業中期、作業后期階段的礦工在實驗中的平均反應時和正確率以及刺激誘發的腦電位成分P300進行分析。

2 結果分析

2.1 行為數據分析

對于實驗數據進行整理，得表1。利用SPSS 21.0數據處理軟件對作業前、作業中、作業后的礦工在實驗中的平均反應時間(單位：ms)和正確率進行單因素方差分析，結果如表2 所示。

表1 不同工作階段下的平均反應時和正確率

表2 單因素方差分析

由表2可以看出，反應時的顯著性P為0.039<0.05，即認為處于不同作業階段下的被試的平均反應時有顯著差異，作業中、后期階段，被試的反應時間相對變慢；正確率的顯著性P為0.223>0.05，即認為處于不同作業階段下的被試的正確率無顯著差異。

2.2 腦電數據分析

參考相關文獻[12-13]，結合事件相關電位在腦位置的分布，選取9個電極分布點(頭皮前部：Fz，F3，F4；頭皮中部：Cz，C3，C4；頭皮后部：Pz，P3，P4，分別對ERP誘發成分的波幅(以μV計算)和潛伏期(ms)進行方差分析，根據不同作業階段的被試在各個電極點誘發ERP成分的峰波幅和峰潛伏期的平均數據，采用visio軟件對其變化曲線進行模擬，如圖2和圖3所示。

圖2 不同作業階段各個電極點的波幅變化曲線Fig.2 The amplitude curve of all the electrode points under different operation phases

圖3 不同作業階段各個電極點的潛伏期變化曲線Fig.3 The latency period curve of all the electrode points under different operation phases

利用SPSS 21.0 處理軟件對各個電極點在作業前期、中期、后期階段測得誘發成分的峰波幅和峰潛伏期進行雙因素方差分析，作業階段(3水平：作業前、作業中、作業后)，靶刺激電極9水平：Fz，F3，F4，Cz，C3，C4，Pz，P3，P4。

峰波幅的主效應分析結果顯示：作業階段主效應顯著，F=8.35，P<0.05，其中，M作業前=10.4，M作業中=9.3，M作業后=10.1，M作業中0.05，電極位置與作業階段的交互作用沒有達到顯著性水平。

峰潛伏期的主效應分析結果顯示：作業階段主效應顯著，F=5.89，P<0.05，其中，M作業前=358.4，M作業中=364.2，M作業后=361.3，M作業中>M作業后>M作業前；電極位置主效應顯著，F=17.82，P<0.05，LSD比較法得出MC3=335.9，MFz=354.2，MP4=365.5，MP3=368.1，MP3=MC30.05，電極位置與作業階段的交互作用沒有達到顯著性水平。

2.3 腦電地形圖分析

基于上述理論，筆者采用BESA軟件對腦電數據進行預處理，包括濾波、基線和偽跡矯正、疊加平均，從而得到被試在不同作業階段的P300的腦電地形圖(如圖4～6所示)。

圖4 作業前期階段被試P300的腦電地形Fig.4 Subjects P300 brain electrical activity mapping in the operation early stage

圖5 作業中期階段被試P300的腦電地形Fig.5 Subjects P300 brain electrical activity mapping in the operation mid-term stage

圖6 作業后期階段被試P300的腦電地形Fig.6 Subjects P300 brain electrical activity mapping in the operation late stage

由上述組圖可以看出，被試的P300成分在枕區比較明顯。在作業前期階段，被試的P300成分約在320 ms開始出現，最大波幅約在360 ms；在作業中期階段，被試的P300成分約在525 ms開始出現，最大波幅約在530 ms；在作業后期階段，被試的P300成分約在445 ms開始出現，最大波幅約在450 ms。

大腦枕區主管人的認知和注意力，經上述腦電地形圖分析，可以看出被試在作業前期階段枕區執行能力比較強勁，在作業中期階段枕區執行能力大幅度下降，在作業后期階段有些許回升，但是仍然低于作業前期階段。也就是說，被試在作業前期階段注意力水平比較高，在中期階段大幅度衰減，在后期階段有小幅度的回升。

3 結論

1)通過E-prime刺激呈現軟件的測量，得到了礦工在不同作業階段注意力的行為數據，結果顯示不同作業階段的礦工的平均反應時有顯著差異，在一定程度上，反映了注意力水平有顯著差異。

2)采用腦電實驗，對礦工在不同作業階段的誘發ERP成分的波幅和潛伏期進行分析，結果表明在作業前期階段，P300的波幅最大、潛伏期最短；在作業中期階段，P300的波幅最小，潛伏期最長；在作業后期階段，P300的波幅和潛伏期介于前期階段和中期階段之間，且數值接近中期階段。

3)通過行為數據和腦電數據結果的綜合分析，得出在作業前期階段，礦工安全注意力水平平穩上升；在作業中期階段，安全注意力水平開始大幅度衰減；在作業后期階段，安全注意力水平有些許回升，但是仍然低于前期階段。此結論可以為礦工安全注意力的干預提供依據，尤其是在中期階段，礦工安全注意力水平大幅度衰減，煤礦安全管理者應該加強中期階段的監管，充分調動礦工的工作熱情，保證工作效率和人身安全。

4)本實驗只是針對3個階段礦工安全注意力水平的變化趨勢進行了刻畫，存在局限性。后期可以多選擇一些參考點，探討每個作業階段內部礦工安全注意力水平的變化，進一步對變化規律進行優化。

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