急性心理应激状态下飞行绩效影响因素分析

高鹏峻，曹新生，王 航，杨 琳，王春晨，高志君，文治洪，胡文东，代 静*

(1.空军军医大学基础医学院， 西安 710032； 2.空军军医大学航空航天医学系， 西安 710032)

1 引言

飞行活动是一种脑力高负荷任务，需要飞行人员实时感知和分析座舱及外部环境信息，进而快速判断和决策。 飞行员在面对空中险情、机械故障、陌生场景等突发性事件时，均可能诱发急性应激反应，影响心理运动、工作记忆以及注意品质等飞行相关的认知能力[1-2]，导致任务绩效下降，危及飞行安全[3]。 由于各种活动都存在一个最佳应激水平，应激过度或不足，都会使工作效率下降[4]，因此，对于从事高负荷、高风险职业的人员，能有效感知、调节应激水平，保持良好的生理心理功能状态，对于飞行安全非常重要，但目前仍然缺乏飞行员应对飞行应激的有效手段[5]。

杨琳等[6]对情绪智力与模拟飞行绩效之间的关系研究发现:静息状态心率以及心率变异性，包括RMSSD(Root Mean Square of Successive Differences)、LF(Low Frequency)和HF(High Frequency)与飞行考核阶段存在显著差异，表明在考核情境下，个体处于急性心理应激状态。 而且，在一般情境下，情绪使用能力与模拟飞行绩效呈显著正相关[7]；而在应激情境下，情绪智力与情绪稳定性、紧张性、焦虑性显著负相关，个体情绪智力对模拟飞行绩效产生直接或间接影响[8]。 除此之外，个体的身体质量因素也可能对认知功能产生影响。 Yang等[9]研究表明，相对于正常体重的个体，肥胖或超重个体表现出执行功能不足，包括抑制控制、工作记忆、认知灵活性、决策、言语流畅性等，即身体质量指数也可能是影响应激情境下作业绩效的一个重要因素。

本文在以往研究基础上，采用模拟飞行考核诱发学员急性心理应激状态，探讨急性心理性应激情境下，个体情绪智力、应激状态以及身体质量指数因素是否会影响飞行过程中紧张状态或脑力负荷水平，从而对飞行绩效产生影响，为飞行人员选拔和训练中的急性飞行应激应对、飞行安全保障提供实验基础。

2 方法

2.1 受试者

45 名本科学员，男性，年龄20～26 岁，身心健康，无器质性疾病。 所有受试者均参加了模拟飞行训练和评估，并在考核前后进行情绪智力、情绪状态以及脑力负荷调查。

2.2 研究工具

2.2.1 情绪智力量表

采用中文版的情绪智力量表(Wong and Law Emotional Intelligence Scale， WLEIS)对受试者情绪智力进行评估。 量表包括自我情绪评价(Self Emotion Appraisals， SEA)， 他人情绪评价(Others’ Emotion Appraisals，OEA)， 情绪使用(Use of Emotion，UOE)和情绪调节(Regulation of Emotion，ROE)4 个分量表。 采用7 点李克特应答方式(1 为完全不同意，7 为完全同意)。 WLEIS具有良好的信度和效度[8，10]。

4 个分量表的Cronbach’sα系数分别为SEA: 0.828；OEA: 0.822；UOE: 0.939；ROE:0.842。 所有16 项的Cronbach’ sα系数为0.879。 在解释一致性方面，各维度得分越高，表示情绪智力越高。

2.2.2 应激度评估量表和紧张度评估

应激度评估量表(Stress Rating Questionnaire，SRQ)采用7 点李克特量表评估受试者主观应激程度[11]。 从冷静到紧张不安，无所畏惧到恐惧，放松到焦虑，不关心到担心，舒适到紧张，受试者在这5 个双相维度上对自身的应激程度进行自我评估。 总分为5 ～ 35 分。 分数越高表明自我报告的应激程度越高。 本研究中量表的内部一致性良好(Cronbach’sα＝0.964)。

紧张度评估是通过询问受试者在模拟飞行前、中感觉到的紧张程度，使用10 点李克特量表，其中0 表示紧张程度最低，10 表示紧张程度最高。

2.2.3 NASA 任务负荷指数量表

NASA 任务负荷指数量表( National Aeronautics and Space Administration-Task Load Index，NASA-TLX)由6 个分量表组成，分别代表脑力负荷的不同维度:心理需求、身体需求、时间需求、挫折、努力和绩效[12]。 有研究比较了不同类型任务负荷评估量表在飞行活动脑力负荷中的适用性，NASA-TLX 具有很好的敏感性和诊断性，可作为飞行活动脑力负荷主观测量的首选[13]。 总分越高，脑力负荷越大。 本研究量表的内部一致性良好(Cronbach’sα＝0.776)。

2.2.4 心电监测

使用空军军医大学空军医学特色中心研制的飞行员飞行生理参数记录仪(简称生参仪)实时记录学员在整个模拟飞行考核阶段的心率，并采用生参仪分析软件分析心电信号。 心电参数包括平均心率(Heart Rate， HR)和心率变异性(Heart Rate Variability， HRV)。 本文选取HRV 的时域指标中R-R 间期差值的均方根均值RMSSD，以及频域指标中的低频功率LF 和高频功率HF 评估受试者的急性心理应激状态。

2.2.5 飞行训练模拟器

使用空军军医大学初教六型飞行模拟器进行模拟飞行训练和评估。 该模拟器可模拟各种飞行训练科目，如起落航线飞行、昼间仪表飞行、夜间仪表飞行、编队飞行、特技飞行等。 起落航线飞行是所有飞行活动的基础，包括沿跑道滑行起飞、巡航、着陆等过程。 选取起落航线飞行作为主要训练及考核科目。 指受试者操控模拟器，严格保持规定的高度和速度，按照预定的飞行路线绕机场飞行。

2.3 实验流程

2.3.1 模拟飞行训练

采用对模拟飞行进行考核的方式诱发学员急性心理应激状态。 模拟飞行训练作为一门专业基础课程，为小班教学方式，受试者在模拟飞行训练中学习飞行理论和模拟飞行实践。 45 名受试者随机分为4 组，一组12 人，其余3 组各11 人。 模拟飞行训练分两个阶段，每个阶段3 学时:阶段1，学习驾驶座舱控制设备、常用仪表和指示设备，掌握滑行起飞、爬升、巡航、转弯及降落等基本飞行动作；阶段2，起落航线飞行训练，确保学员能够独立、熟练地完成整个飞行过程。

2.3.2 问卷调查和模拟飞行考核

模拟飞行考核前20 分钟，所有受试者进行情绪智力、应激度、紧张度、任务负荷等问卷调查，调查采取匿名形式，并告知受试者问卷结果与飞行考核绩效无关。 同时，受试者对自己平时的训练绩效进行评分(绩效自我评估)，采用李克特10点评分，其中0 分表示成绩最低，10 分表示最高。

完成调查问卷后，所有受试者休息5 min，随后对每名受试者进行模拟飞行考核和评估。 5 名模拟飞行教员对受试者的模拟飞行表现评分，评估指标包括滑行起飞(评估飞机起飞时的迎角、速度、爬升率和飞行方向)、巡航(评估飞行路径)和降落(评估飞行方向、速度、下降率以及是否安全降落在机场)。

考核结束后，受试者再次对考核过程中脑力负荷、紧张度以及考核绩效进行自我评估。 对所有受试者模拟飞行考核过程以及静息状态下的心电信号进行实时监测。

2.4 统计分析

采用SPSS 23.0 对各变量进行描述性统计和Pearson 相关性分析，并利用PROCESS 插件进行中介效应分析[14]。 将偏差校正bootstrap 置信区间的样本设置为10 000，计算间接效应的95%置信区间。 采用Kendall’sW一致性系数评估评分者评分一致性，取值范围0 ≤W≤1。 采用Friedman 卡方统计量检验W的统计学显著性。当卡方检验的P值小于0.05 时，说明各评分者的评价结果具有较高的一致性[15]。P<0.05 认为差异具有统计学意义。

3 结果

3.1 描述性统计

表1 中描述了45 名受试者年龄、身高、体重以及身体质量指数(Body Mass Index， BMI)基本信息，包括最小值、最大值、平均值和标准差。

表1 受试者基本信息统计(n＝45)Table 1 Descriptive statistics of subjects’ demographic data(n＝45)

3.2 评分者一致性分析

对5 名评分者模拟飞行考核评分的一致性进行分析，评价指标包括起飞、巡航轨迹和着陆。 如表2 所示，各指标的Kendall’sW系数均大于0.6，且模拟飞行考核成绩总均分(Simulated flight performance， SFP)W系数高达0.824；卡方检验结果显示，SFP 及各分项指标检验P< 0.001，表明5 名评分者模拟飞行考核绩效评分具有较高的一致性。 各指标间具有中等或较高程度的相关，表明较好的结构效度。 因此，SFP 评分可以有效地表征受试者的模拟飞行绩效。

表2 模拟飞行绩效评估Table 2 The evaluation results of simulated flight performance

3.3 研究变量相关性分析

表3 统计了身体质量指数、应激度、情绪智力(包括4 个分量表)和模拟飞行绩效变量的均值和标准差，计算各变量之间的皮尔逊积差相关系数并进行显著性分析。 其中情绪智力各分量表与总均分(Emotional intelligence， EI)有中等程度相关，相关系数均在0.001 水平具有统计学意义；自我情绪评价SEA 与应激度显著负相关，情绪使用UOE 与模拟飞行绩效SFP 显著负相关，其余各变量间存在一定程度相关，但未表现出统计学意义。

表3 研究变量相关分析Table 3 Correlation analysis of study variables

3.4 心电信号分析

监测受试者在整个模拟飞行考核过程中的心电信号变化。 采用重复测量的方差分析分别比较模拟飞行考核前、飞行中和飞行后3 个阶段的平均心率HR(F＝121.7，P<0.001，η2＝0.85)、RMSSD(F＝27.7，P<0.001，η2＝0.57)、LF(F＝29.42，P<0.001，η2＝0.58)以及HF(F＝7.19，P＝0.002，η2＝0.26)各指标差异，均存在显著性差异。 如图1 所示，进一步通过事后检验并进行Bonferroni 校正发现，飞行中HR 显著高于飞行前和飞行后；而RMSSD、LF 以及HF 要显著低于飞行前和飞行后，且这些差异均具有统计学意义。为了进一步探讨心电信号与模拟飞行考核绩效的关系，将考核过程中的心电信号分别与飞行绩效进行线性和二次曲线回归拟合分析。 结果发现，飞行绩效SFP 与平均心率相关不显著(r＝-0.086，P＝0.578)，与心率变异性指标RMSSD(r＝0.344，P＝0.022) 和HF(r＝0.474，P＝0.001)存在显著线性相关，与LF(r＝0.262，P＝0.084)也存在边缘显著相关。

图1 飞行前、中、后心率、RMSSD、LF 及HF 重复测量方差分析Fig.1 ANOVA for repeated measurement of pre-flight， in-flight and post-flight heart rate，RMSSD， LF and HF

3.5 紧张度、脑力负荷与模拟飞行考核相关分析

分别对模拟飞行考核前和考核中的紧张度和脑力负荷进行配对样本t检验，结果如表4 所示，飞行考核过程中受试者的紧张度和脑力负荷显著高于考核前，且在0.001 水平具有统计学意义，效应值Cohen’sd为中等水平。 同时，对模拟飞行绩效自我报告也进行了比较，发现考核后绩效要低于考核前的自我报告成绩，存在边缘显著。 结果分析可知，心理应激状态下紧张度和脑力负荷显著增加，并对飞行绩效造成一定影响。 同时，将考核前后自评成绩与考核成绩SFP 进行皮尔逊积差相关分析发现，SFP 与考核前自评成绩相关不显著(r＝-0.032，P＝0.834)，而与考核后自评成绩存在显著正相关(r＝0.46，P＝0.002)。

表4 考核前后紧张度、脑力负荷和自评绩效比较Table 4 Comparison of stress， mental workload and self-assessment performance before and after flight

为了进一步探讨紧张度、脑力负荷与模拟飞行考核绩效的关系，将考核过程中的紧张度和脑力负荷分别与飞行绩效进行线性和二次曲线回归拟合分析。 如图2(a)所示，考核过程中受试者脑力负荷与考核绩效SFP 存在显著线性负相关，相关系数r＝-0.54，P<0.001，调整R2＝0.28；图2(b)中显示考核过程中紧张度与考核绩效SFP 也存在显著线性负相关，相关系数为r＝-0.48，P＝0.004，调整R2＝0.21。

图2 紧张度、脑力负荷与模拟飞行考核绩效回归分析Fig.2 Regression analysis of stress， mental load and performance of simulated flight assessment

3.6 脑力负荷与紧张度中介效应分析

分别以身体质量指数BMI，情绪智力分量表自我情绪评价SEA、情绪使用UOE 和情绪调节ROE以及应激度stress 作为自变量，模拟飞行考核绩效SFP 为因变量，分析考核过程中脑力负荷与紧张度的中介效应。 结果如表5 所示，bootstrapping 结果显示，95%置信区间都包含0，表明自变量BMI、SEA、UOE、ROE 以及stress 的直接效应不显著；然而，自变量BMI、UOE 和stress 对因变量SFP 影响中，脑力负荷存在显著间接效应，即中介效应显著；紧张度在BMI、SEA、UOE 以及stress 对因变量SFP影响中，存在显著间接效应，中介效应显著。

表5 脑力负荷与紧张度中介效应分析Table 5 Mediation effects of mental workload and tensity

4 讨论

在高负荷、高风险急性应激任务状态下，尤其在战斗飞行时，会诱发飞行员急性应激反应，从而影响飞行人员的执行功能， 危及飞行安全[1-2，16-17]。 耶克斯-多德森定律表明，各种活动都存在一个最佳应激水平[4]，在中等压力下，机体产生最佳的神经生理效应，能更好地对环境刺激做出反应。 然而，当外界刺激引起的应激不足或过度时，机体产生的神经生理效应不足，从而削弱了应对环境威胁的能力[18]。 本文结果发现受试者在飞行考核过程中的平均心率显著高于飞行前和飞行后，而RMSSD、LF 和HF 在飞行中显著降低。 Donnell、Sauvet 等[19-20]研究表明，在应激状态下，个体心率会显著增加，而心率变异性(包括SDNN、RMSSD，LF 及HF)下降。 因此，可以推断受试者在模拟飞行考核过程中处于急性的心理应激状态。 进一步相关分析发现，考核过程中心率变异性指标与飞行绩效存在显著正相关，即心率变异度越大，交感神经和迷走神经的调节越强，产生较好的神经生理效应，更好地执行飞行操作任务。

进一步分析发现，情绪利用维度UOE 与SFP存在显著负相关，而整体情绪智力水平以及BMI和应激度与SFP 仅存在一定程度负相关，并未表现出统计学意义。 而模拟飞行考核前和考核中，受试者紧张度和脑力负荷水平显著增加，与考核绩效存在显著负相关；同时，模拟飞行考核后的绩效自评报告出现边缘显著下降，与考核成绩存在显著正相关。 以上分析表明，学员能够客观评估考核过程中的心理和行为表现，急性心理应激显著增加了受试者的紧张度和脑力负荷，从而导致模拟飞行任务绩效降低，与以往研究结论一致[8，21]。

根据Dai 等[8]研究，个体的情绪智力水平与情绪状态存在显著负相关，受试者本身的BMI、应激水平和情绪智力是否通过调节任务过程中的情绪状态及脑力负荷水平来影响操作任务绩效? 为此本文进行脑力负荷和紧张度的中介效应分析，发现BMI、UOE 和stress 通过影响任务过程中的脑力负荷和紧张度，降低了模拟飞行绩效，且为完全中介效应。 根据Yang 等[9]研究可知，肥胖或超重个体表现出执行功能不足。 本文进一步发现，BMI 并未直接影响应激状态下的任务绩效，而是通过增加个体的任务负荷水平，对模拟飞行绩效造成负面影响。 另外，在行为学研究方面，研究表明应激强度与任务绩效存在非线性关系[22]。 应激唤醒大脑皮层，适度应激有利于维持觉醒水平，保证正常的心理活动；而过度的应激使个体的心理活动能力降低，对客观事物的感知不充分、注意范围缩小、判断不精确等，从而导致执行能力下降。 应激的最佳水平随任务性质的不同而不同。 任务负荷较低时，工作绩效随应激程度的提高而上升；任务负荷增加时，应激的最佳水平有逐渐下降的趋势，也就是说，在任务负荷较大时，较低的应激水平有利于任务的完成[4]。 即压力情境下的工作活动会显著增加个体的脑力负荷，导致操作绩效下降[23]。 所以，本文中受试者在考核情境下处于急性心理应激状态，较高的应激水平会增加受试者的紧张情绪以及脑力负荷水平，从而导致飞行绩效降低。

Dai 等[9]通过研究应激情境下情绪智力、情绪状态与飞行绩效的关系，发现受试者的情绪利用能力UOE 与飞行绩效显著负相关，与现有实验结果一致。 根据情绪智力的理论，拥有较高情绪利用能力的个体，能在大多数时候保持积极情绪，他们充分利用自己的情绪促进自身在工作和生活中的表现。 然而，被试学员模拟飞行考核绩效会直接决定其课程最终成绩，在这种情况下，使得学生在考核过程中倍感压力和紧张。 在应激情境下，任何任务都有一个最佳动机水平，一旦动机强度超过此水平，可能会降低任务绩效[24]。 根据Mayer 等[25]提出的情绪智力能力模型，具有较高情绪运用能力的学员为获得良好的飞行成绩，会表现出更强的成就动机。 本文研究表明，在这种急性心理应激情境下，过度的动机水平，增加了受试者在模拟飞行考核中的紧张情绪和脑力负荷，从而导致飞行绩效降低。 同时，情绪自我感知与评定能力SEA 则通过影响受试者的紧张度，提高了模拟飞行绩效。 拥有较高SEA 的受试者，能够较好地感知和理解其情绪状态，并能很好地表达情绪，缓解紧张情绪，从而提高飞行绩效。 通过以上分析表明，过度应激状态降低了飞行绩效。

本文发现在实际飞行人员训练中，可从以下几个方面降低真实飞行应激水平:①坚持锻炼身体，保持BMI 值在正常范围水平；②在日常飞行训练中，传授情绪调节知识及重要性，并训练情绪调节技巧，如呼吸放松法、正念干预等；③加强模拟飞行训练，熟练飞行驾驶舱操作流程，可降低飞行过程中的脑力负荷水平；④增加特殊情境，如发动机熄火、夜航、迷航等应激条件下的模拟飞行训练，并熟练特情处置方法。 总之，需要采取适当措施有效地控制和调节个体在应激状态下的紧张状态和任务负荷，方可提高飞行绩效，从而可能降低真实飞行应激情境下的飞行事故。

今后可在以下几个方面进一步拓展研究:①受试者本身的认知能力水平是否会影响急性应激情境下的飞行绩效；②研究结果并未表现出情绪调节能力ROE 对模拟飞行绩效的直接或间接作用，可能与受试者本身缺乏情绪调节相关知识有关，需进一步探索研究情绪调节技能训练对应激情境下飞行绩效的作用；③本研究的受试者均为男性，在女性群体中是否会得出类似结论，有待进一步探索。

5 结论

本文探讨了模拟飞行考核绩效的相关影响因素，发现个体的身体质量指数、情绪智力水平以及应激状态通过调节受试者的紧张水平和脑力负荷，影响飞行绩效，结论如下:

1)模拟飞行考核诱发了受试者一系列生理和心理反应，包括心率增加、心率变异性(包括RMSSD、LF 和HF)降低，以及紧张情绪和脑力负荷水平增加，使受试者处于较强的急性心理应激状态，从而降低了飞行绩效。

2)身体质量指数会通过紧张度和脑力负荷水平影响心理应激情境下的飞行绩效。

3)情绪智力以及应激状态间接影响模拟飞行绩效，过度情绪使用和应激水平使得受试者体验到更高的紧张和脑力负荷水平，降低了飞行绩效；而良好的感知和情绪评定能力，则可以缓解紧张和任务负荷，提高绩效水平。