現役人員人類能力最佳化：影響軍事職業人員認知能力的相關生理因素*

張鑫鵬 賈 衛 蔣偉東 王 哲 馬繼政

現役人員人類能力最佳化：影響軍事職業人員認知能力的相關生理因素*

張鑫鵬 賈 衛 蔣偉東 王 哲 馬繼政

（陸軍工程大學軍事基礎系軍事運動科學研究中心，江蘇 南京 211101）

在軍事背景下，維持認知和軍事職業活動的任務非常重要。通常，需要進行常規訓練準備，最佳化發展軍事職業人員身體和認知方面的能力，以抵抗可能遇到的多種壓力源。一些生理因素對認知能力產生正面或負面影響，從而影響軍事職業活動表現。鑒于軍事職業活動的多樣性和復雜性，充分認識這些職業活動獨特的變化機制，可為提高軍事訓練和部署環境特定的認知能力提供依據和思路。

認知能力；生理因素；軍事職業活動

在軍事背景下，維持認知和軍事職業活動的任務非常重要。軍事職業人員面臨著特定的認知方面的挑戰，包括極端的身心疲勞、高度焦慮、高壓力、以及不可預測的外部環境[1]。認知涉及到任務方面的需求，持續關注力或集中注意力，以及快速處理信息。任務需要存儲、保留、回憶、識別和應用信息、計劃、解決問題、以及監控目標導向的行為。在軍事職業活動中，任務需要認知能力，包括常規監視活動、計算為主的任務：控制導彈、無人駕駛飛行器或戰斗機器人、以及其他的多樣性的軍事職業活動[2]。例如在持續性的軍事職業活動中，需要精確地控制各種武器。

通常，需要進行常規訓練準備，最佳化發展軍事職業人員身體和認知方面的能力，以抵抗可能遇到的多種壓力源，即現役人員人類能力最佳化：“應用知識、技能和新興技術，來提高和維持軍事人員執行基本任務能力的過程”[3,4]。當前，潛在地影響認知能力的生理因素包括心肺代謝能力、營養、年齡、精神疲勞等。其中心肺代謝、營養在很大程度上是可以改變的，可以通過調控獲得最佳化的益處。年齡和疲勞相對固定，在某些情況下是不可避免的[2]。盡管其中一些因素的不利影響是不可避免的，充分認識這些生理因素對認知產生的影響，有助于制定評估策略、設計精準訓練計劃，從而提高認知和軍事職業活動的能力。

1 影響軍事職業人員認知能力的生理因素

1.1 人口因素

1.1.1年齡

隨著年齡的增長，認知能力的表現趨于下降。尤其是反應速度。進行一些任務式測試，關注和處理速度、簡單反應時間、選擇反應時間和反應時間，隨著年齡的增加而惡化。從最年輕（17-25歲）到年長（30-65歲）年齡組的平均變化幅度分別為9％、14％和18％。對于工作記憶任務，呈現出類似的趨勢，與17-25歲年齡組相比，30-65歲反應時間減慢24％。選擇反應時間的準確性從17-20歲到56-65歲略微提高（1％），但連續操作任務的準確性未受影響[5]。

年齡是不可避免的因素，其他因素可以緩解年齡對認知的影響。但在老齡化勞動力中，需要持續監測認知能力，以確保維持高性能，特別是對需要快速反應的任務。

1.1.2性別

與年齡一樣，性別對認知的影響方面，對于反應時間而言，比準確性更為一致。在注意力和處理速度方面，簡單的反應時間，以及連續操作任務，男性速度較快。對于選擇反應時間和其他連續操作任務，性別之間幾乎沒有差異。有研究認為女性連續操作任務的準確性更高，但有研究認為沒有差異[6]。性別對工作記憶任務的準確性幾乎沒有影響，盡管男性在選擇性記憶上，以及延遲性代碼替換任務表現優于女性，但女性在代碼替換任務和Sternberg記憶測試方面更準確一些[7]。

在訓練有素人員中，性別并未影響一些軍事任務的表現。在射擊[8]或飛行模擬方面[9]，男性和女性之間的沒有區別。整體上，在認知方面性別間的差異相對較小。

1.2 疲勞

疲勞被限定為多方面，可以是一些孤立的或多方面的整合[2]。包括急性身體或精神上的任務，導致的身體和精神上疲勞、持續性的軍事職業活動、以及訓練課程（對軍事職業人員身體，心理/或情感上需求產生的疲勞）。

1.2.1急性疲勞

急性身體上疲勞對認知表現的影響，與疲勞性任務的持續時間與強度或負荷之間的相互作用有關。持續時間較短的任務對認知能力的影響不大。10min穿梭跑對警戒，工作記憶或射擊等任務沒有影響[10]。同樣，負重30％總體重，10公里步行不影響選擇反應時間或警惕任務[11]。薈萃分析研究認為急性體力活動強度輕至中度時，可改善認知，但當活動強度達到難至最大值時，未觀察到任何益處[12]。遞增跑臺實驗，前21分鐘的體力消耗，提高了工作記憶的準確性，之后與基礎值沒有差異[13]。2小時跑臺行軍后，警戒任務的反應時間減慢6％[14]。

增加強度，肌體的負荷增加同樣可損害認知的功能。與無負重相比，40kg負重行軍警戒任務的反應時間減慢4％，誤報的比例增加9％[14]。同樣地，負重40公斤進行警戒任務，大量的信號丟失[15]；一次20公里負重行軍步槍的射擊成績可變性增加，但對手榴彈投擲沒有影響[16]。雖然急性身體疲勞對認知表現的影響基本上是一致的，但在考慮任務的持續時間和負荷時，必須注意高水平的身體方面的能力，可以緩和身體活動對認知的影響，低水平可能惡化。研究表明特種作戰人員完成20-km負重行軍（負重量34-61kg）[16]或訓練有素[17]，執行功能不受影響。相反，對于普通士兵而言，2h負重行軍（負重量40kg），執行功能嚴重受損[14]。

另外，一項研究評定急性精神疲勞對軍事能力表現的影響。然而，鑒于對士兵的認知需求不斷增加，必須考慮精神引起的疲勞如何影響能力表現。完成49分鐘認知任務，并不會影響射擊任務的反應時間或整體準確性，但射擊判斷能力顯著降低[18]。已知精神上的疲勞廣泛地影響認知過程，包括靈活性，計劃和能力方面的控制。因此，確定個體特征，行為或干預措施，從而降低個體疲勞易感性，這方面的研究有用的。

1.2.2持續性軍事職業活動

在很大程度上，持續的軍事活動引起的身體和精神上綜合疲勞不利于認知表現。負重間歇行走36h，簡單的反應時間增加了10％，失誤次數（過長的反應）增加了11％[19]。間歇行走對數字回憶任務的反應時間或總體準確性沒有影響，但是失誤次數增加了138％。此外，邏輯推理和解碼任務的失誤次數也分別增加了10％和9％[19]。96小時的戰斗課程，警戒任務的反應時間平均減慢了17％[20]。對即時回憶任務的正確答復數量也減少了18％，延遲回憶任務減少了28％。相反，48小時后語言流暢性得到改善，但此后與基礎值無差異[20]。

持續性的軍事職業活動，認知表現隨著持續時間的增加而趨于惡化。然而，在這些活動中，人員可能面臨多種壓力因素，這使得難以確定單一壓力因素對認知表現的影響程度。盡管研究非常困難，但后繼的研究應能夠控制多種變量，認識各種因素對認知的影響，可以設計針對性的緩解策略。

1.2.3 慢性疲勞

部署對認知影響較小，能力得到改善，不變和受損，均見報道，但其變化幅度相對較小[2]。前期研究了個體特征的變化情況，該研究評估了生物應激標志物，包括皮質醇、睪酮和α-淀粉酶，以及免疫和炎癥的相關因子，通過檢查壓力適應不良的早期跡象，來預測和發現更容易出現能力下降的個體。在注意力和處理速度的方面，簡單和選擇反應時間在整個部署中平均提高了4％[21]，但另一項研究中評估了部署前后壓力相關的生物標志物的變化，研究認為認知能力受損或未改變[5]。對于簡單的反應時間，與部署前相比，部署期間壓力相關生物標記的變化較少的人員的能力表現稍慢。出現兩種或更多與壓力相關的生物標志物的人員的表現沒有變化[21]。對于選擇反應時間，所有人員在部署期間反應時間減緩。對于工作記憶的任務，盡管幅度較小，部署后的能力得到改善[5,21]，對于視覺再現任務，與非部署人員相比，部署人員下降了8％[22]；在執行功能的方面，與非部署人員相比，部署人員的邏輯推理在一段時間內沒有差異，而在的風險中，適應壓力適應不良個體反應抑制有所改善，但高危人群受損[21]。

與部署相比，基礎戰斗訓練對認知能力有很大影響。從普通老百姓到向軍事職業生活轉變的過程中，身心所承受的壓力是有益的。在100多名女性學員中，12周的基礎戰斗訓練選擇反應時間提高了3％，警惕任務反應時間提高了5％，準確性無變化。工作記憶任務的反應時間提高了5％，正確反應增加了2％[23]。專項的身體訓練和認知訓練計劃可以有效地改善認知能力?；A戰斗訓練中的身體訓練對認知能力的改善較大。身體訓練，與之心肺代謝能力的提高，可以提高認知能力。高心肺代謝能力的人體能更好地忍受壓力[24]。在認知至關重要的情況下，特別是處在壓力期間，改善或保持身體健康似乎很重要。

1.3 生物學因素

1.3.1血液和激素標志物

一些血液和激素標記物有望預測認知和軍事任務表現間的差異。最常用評估標志物是應答壓力而產生的激素。例如，盡管測量時間存在差異，皮質醇可潛在地用來解釋注意力，工作記憶、能力表現的實質性變化。在注意力和處理速度方面，皮質醇與選擇反應時間（= 0.54）和正確響應的數量（= -0.49）相關[25]。在工作記憶方面，下午檢測的皮質醇水平與正確響應數量（= -0.80）和反應時間（= -0.81）呈負相關[25]。腎上腺素也觀察到類似的變化趨勢，其中飛行前的濃度與飛行性能呈負相關[26]。皮質醇和腎上腺素由腎上腺分泌的激素，以應對各種應激。這些激素可能和前額皮質和海馬變化相關。急性上這些大腦區域相關的行為被改變，慢性升高可以影響大腦形態。

與皮質醇和能力之間的負相關性相反，脫氫表雄酮（DHEA）及其代謝物脫氫表雄酮硫酸鹽（DHEAS），應答應激激素-促腎上腺皮質激素，腎上腺皮質分泌的激素，與軍事任務的表現正相關。此外，DHEAS和DHEAS與皮質醇的比例可以調節個體對壓力的反應[27]，DHEAS似乎能夠預防皮質醇介導的能力方面的受損。DHEA（r=0.53）和DHEAS（r =0.46）和夜間水下導航任務的準確性呈正相關[28]。

另外，其他的一些生物標志物也可能和認知能力以及軍事職業活動的表現有關，例如短鏈脂肪酸（Short- chain fatty acids，SCFAs）。SCFAs是鏈長不等的飽和脂肪酸，碳原子數量從一到六個，是膳食纖維在胃腸道菌群發酵產生的主要代謝產物。在腸道中每天產生大約500-600mmol的SCFA，主要取決于飲食中的纖維含量。乙酸鹽（C2）、丙酸鹽（C3）和丁酸鹽（C4）是人體中最豐富的SCFA。研究認為SCFAs可通過增加脂質氧化，提高的能量消耗，來預防或減弱長期體重增加。另外，研究推SCFAs在微生物群-腸-腦軸具有中介作用[29]。SCFAs可能通過G蛋白偶聯受體或組蛋白脫乙酰酶、直接的體液作用、間接激素、免疫途徑以及神經途徑對大腦發揮作用，從而影響心理功能，對認知產生影響[29]。SCFAs作為潛在的重要的認知能力相關的標志物，但其在軍事職業活動中的作用尚缺少研究。

1.3.2心肺代謝

心肺代謝有益于認知，訓練可改善或維持最大耗氧量，從而提高認知能力。高心肺代謝能力與連續操作任務快反應時間相關，以及與高工作記憶上準確性相關。一項為期8周的體能訓練計劃，最大耗氧量提高了5％，改善了注意力（20％），工作記憶（20％）和反應抑制（24％）的表現[30]。身體的適應能力可預測應征入伍者（一年級男性和女性學員）軍事能力表現（r =0 .19）[31]。

身體活動與有氧適應能力和認知之間的聯系已經確立。有氧運動提高注意力，處理速度，執行功能和記憶力。高有氧適應性可以緩和大腦特定區域和認知控制的網絡之間的功能聯系。高體適能通過減輕對認知能力有害的其他因素的影響，可間接地提高認知能力，個體可更好地適應壓力源和任務需求。例如，高體適能對極端軍事訓練的壓力反應降低。在熱環境下，具有高有氧能力的個體，能夠更好地耐受高的核心體溫，并且受精神疲勞的影響較小。需要持續維持有氧健康，停止身體訓練僅4周后，執行功能任務的反應時間受損[32]。為了優化認知表現，應該在所有軍事人員中進行常規的身體訓練，重點應改善有氧能力[33]。

1.4 營養

長期食用限量食物導致的營養不良，以及攝入低流質飲食引起的脫水，都會削弱認知能力。這兩種情況，認知表現的變化可能與受損的神經傳遞有關。對于營養不良，與能量限制相比，認知的變化與個體血漿氨基酸濃度的變化更緊密[34]。與認知有關的氨基酸，如色氨酸和酪氨酸神經遞質的合成中非常重要，補充這些氨基酸可以改善認知，特別是在壓力期間[35]。

對于脫水，神經傳遞的損害主要與體內電解質濃度的變化有關。脫水可以激活下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸，放大與壓力相關的認知障礙[36]。在考慮防止營養不足或脫水引起的認知缺陷的策略時，應考慮這些微妙之處。在營養不足的時期，應優先考慮富含蛋白質和碳水化合物的飲食，其中含有足夠水平的氨基酸，可合成參與認知功能的神經遞質。如果無法提供足夠的飲食，值得在進行部署前進行補充。在涉及脫水的情況下，例如，使用能量飲料的再水化，對于流體和電解質的組合可能是有利的，可有效地恢復脫水后的認知和身體能力方面的表現，并在身體和/或精神疲勞時提高能力表現[2]。

2 小結與建議

一些生理因素對認知能力產生正面或負面影響。增加或維持有氧心肺代謝能力會直接影響認知，并提高適應其他壓力源的能力。在神經傳遞方面，保持適當的飲食和水合狀態可有效確保的大腦功能。

通過認識影響認知的生理因素，結合其他身體，心理和環境因素，軍事職業人員可以更全面面對潛在的壓力進行準備。此外，鑒于軍事職業活動的多樣性和復雜性，充分認識這些職業活動獨特的變化機制，可為提高軍事訓練和部署環境特定的認知能力提供依據和思路。

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On the Optimization of the Human Ability of Active Duty Personnel--the Affected Physiological Factors Related to the Cognitive Ability of Military Professionals

ZHANG Xinpeng, etal.

(Army Engineering University of PLA, Nanjing 211101, Jiangsu, China)

解放軍理工大學預先研究基金重點課題（KYJYZLXY1602-9）；全軍軍事類研究生資助課題（2016JY374）。

張鑫鵬（1988—），碩士生，研究方向：運動能力分析。

馬繼政（1971—），博士，教授，研究：軍事運動訓練。