درک بار کاری ذهنی (Mental Workload)

تصور کنید دو خلبان فرود مشابهی را انجام می‌دهند.

یا دو دانش‌آموز یک مسئله ریاضی یکسان را حل می‌کنند.

هر دو به نتیجه درستی می‌رسند، با این حال یکی کار را روتین و معمولی تجربه می‌کند در حالی که دیگری در مرزهای ظرفیت شناختی خود تلاش می‌کند.

عملکرد به تنهایی نمی‌تواند این تفاوت را توضیح دهد.

پژوهشگران تلاش شناختی مورد نیاز برای انجام یک کار را به عنوان بار کاری ذهنی توصیف می‌کنند. درک چگونگی تغییر بار کاری ذهنی در طول یک فعالیت به محققان کمک می‌کند تا توجه، تصمیم‌گیری و عملکرد انسانی را در طیف وسیعی از محیط‌های واقعی مطالعه کنند.

ارزیابی‌های سنتی برای اندازه‌گیری نتایجی مانند دقت، زمان اتمام و نرخ خطا همچنان ضروری هستند. این معیارها آنچه را که شرکت‌کنندگان انجام داده‌اند نشان می‌دهند، اما همیشه توضیح نمی‌دهند که انجام یک کار در حین اجرا چقدر چالش‌برانگیز بوده است.

پژوهشگران به طور فزاینده‌ای به دنبال پاسخ به سوال متفاوتی هستند:

کار مورد نظر به چه میزان تلاش شناختی نیاز داشت؟

برای درک بهتر این تجربه، بسیاری از مطالعات ارزیابی‌های رفتاری را با اندازه‌گیری‌های فیزیولوژیکی، از جمله الکتروانسفالوگرافی (EEG) ترکیب می‌کنند و تصویر کامل‌تری از تقاضای شناختی در طول یک فعالیت ایجاد می‌کنند [1]-[5].

اندازه‌گیری شناخت در حین رخ دادن آن

EEG فعالیت الکتریکی مغز را در طول یک کار ثبت می‌کند و داده‌های فیزیولوژیکی مداومی را ارائه می‌دهد که مکمل ارزیابی‌های رفتاری سنتی است.

EEG به جای جایگزینی روش‌های تحقیقاتی موجود، دیدگاه دیگری را در مورد چگونگی تغییر بار کاری ذهنی با یادگیری، حل مسئله، هدایت وسایل نقلیه یا تعامل شرکت‌کنندگان با سیستم‌های پیچیده ارائه می‌دهد.

این رویکردها در کنار هم به پژوهشگران کمک می‌کنند تا شناخت را در حین شکل‌گیری بررسی کنند، نه اینکه صرفاً به نتایج کار تکیه نمایند.

بار کاری ذهنی چیست؟

بار کاری ذهنی به تلاش شناختی مورد نیاز برای انجام یک کار اشاره دارد.

بر خلاف بار کاری فیزیکی که تلاش بدنی را توصیف می‌کند، بار کاری ذهنی منعکس‌کننده تقاضاهای اعمال شده بر توجه، حافظه فعال، پردازش اطلاعات و تصمیم‌گیری است.

بار کاری ذهنی با میزان دشواری ظاهری یک کار تعیین نمی‌شود. در عوض، منعکس‌کننده میزان تقاضای آن کار بر روی مغز است.

درک این تقاضاها به پژوهشگران کمک می‌کند تا نحوه تعامل افراد با فناوری، محیط‌های یادگیری، وسایل نقلیه، سیستم‌های مراقبت‌های بهداشتی و سایر محیط‌های پیچیده شناختی را بررسی کنند.

بار کاری ذهنی در مقابل بار شناختی

بار کاری ذهنی و بار شناختی ارتباط نزدیکی با هم دارند، اما جنبه‌های متفاوتی از شناخت را توصیف می‌کنند.

بار شناختی بیشتر به تقاضاهای ذهنی مرتبط با یادگیری و حافظه فعال اشاره دارد. این موضوع به طور گسترده در تحقیقات آموزشی و طراحی آموزشی مطالعه می‌شود.

بار کاری ذهنی گسترده‌تر است. پژوهشگران آن را در حمل و نقل، هوانوردی، مراقبت‌های بهداشتی، تولید، تعامل انسان و رایانه، آموزش و سایر محیط‌هایی که افراد در آن‌ها کارهای سخت شناختی انجام می‌دهند، بررسی می‌کنند.

همانطور که پژوهشگران به دنبال درک بهتر شناخت در طول فعالیت‌های واقعی به جای آزمایش‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده بودند، حوزه بین‌رشته‌ای نوروارگونومی برای مطالعه چگونگی پشتیبانی مغز از عملکرد انسان در محیط‌های دنیای واقعی پدید آمد [1]، [2].

چرا پژوهشگران بار کاری ذهنی را اندازه‌گیری می‌کنند

درک بار کاری ذهنی به پژوهشگران کمک می‌کند تا به سوالاتی پاسخ دهند که معیارهای عملکرد به تنهایی قادر به پاسخگویی به آن‌ها نیستند.

به عنوان مثال:

• یک کار چقدر از نظر شناختی سخت است؟

• چه زمانی بار کاری شروع به افزایش می‌کند؟

• افراد چگونه با تغییر پیچیدگی کار سازگار می‌شوند؟

• کدام رابط‌ها تلاش‌های شناختی غیرضروری را کاهش می‌دهند؟

• بار کاری چگونه بر توجه، تصمیم‌گیری و عملکرد کلی تأثیر می‌گذارد؟

این سوالات به پژوهشگران کمک می‌کند نه تنها ارزیابی کنند که آیا شرکت‌کنندگان یک کار را با موفقیت انجام داده‌اند یا خیر، بلکه نحوه تجربه آن کار را در حین انجام آن بسنجند.

پژوهشگران چگونه بار کاری ذهنی را اندازه‌گیری می‌کنند

پژوهشگران به ندرت به یک اندازه‌گیری واحد تکیه می‌کنند.

در عوض، مطالعات اغلب چندین روش مکمل را ترکیب می‌کنند، از جمله:

• عملکرد رفتاری

• میزان دقت و خطا

• زمان اتمام کار

• ارزیابی‌های بار کاری ذهنی ذهنی، مانند NASA-TLX

• ردیابی چشم

• اندازه‌گیری‌های فیزیولوژیکی، از جمله EEG

هر روش بینش‌های متفاوتی را ارائه می‌دهد. آن‌ها در کنار هم، درک جامع‌تری از تقاضای شناختی نسبت به هر اندازه‌گیری تک به تنهایی ارائه می‌دهند [1]-[5].

آنچه تحقیقات به ما می‌گوید

بار کاری ذهنی در طول یک کار تغییر می‌کند.

مطالعات با استفاده از EEG بی‌سیم در طول آزمایش‌های حافظه فعال، از جمله تکلیف n-back، نشان می‌دهد که تقاضای شناختی به طور مداوم در نوسان است، نه اینکه در طول یک فعالیت ثابت بماند [4]. این اندازه‌گیری‌ها زمینه بیشتری را فراهم می‌کنند که مکمل ارزیابی‌های رفتاری سنتی است.

بار کاری ذهنی را می‌توان خارج از آزمایشگاه مطالعه کرد.

تحقیقات اخیر از سیستم‌های EEG قابل حمل برای بررسی بار کاری ذهنی در طول رانندگی در دنیای واقعی استفاده کرده‌اند. محققان به جای اتکا به محیط‌های شبیه‌سازی شده، فعالیت مغز را در حالی که شرکت‌کنندگان در خیابان‌های محلی، جاده‌های اصلی و بزرگراه‌ها حرکت می‌کردند جمع‌آوری کردند که هم امکان‌پذیری EEG بی‌سیم و هم تأثیر تغییر شرایط جاده را بر تقاضای شناختی نشان می‌دهد [1].

تحقیقات بار کاری ذهنی همچنان در حال گسترش است.

پژوهشگران به طور فزاینده‌ای از EEG در هوانوردی استفاده می‌کنند، جایی که مطالعات بار کاری را در مراحل مختلف پرواز بررسی می‌کنند [2]، [5]، و همچنین در تعامل انسان و ماشین، از جمله کنترل ترافیک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) [3].

این مطالعات در کنار هم، تغییر مهمی را در علوم شناختی نشان می‌دهند. پژوهشگران به جای محدود کردن تحقیقات به آزمایش‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده، به طور فزاینده‌ای به مطالعه شناخت در جاهایی می‌پردازند که مردم به طور طبیعی یاد می‌گیرند، کار می‌کنند، سفر می‌کنند و تصمیم می‌گیرند.

از مطالعات آزمایشگاهی تا تحقیقات دنیای واقعی

مطالعه شناخت در محیط‌های واقعی چالش‌هایی را به همراه دارد که همیشه نمی‌توان آن‌ها را در آزمایشگاه بازسازی کرد.

رانندگان به تغییر شرایط ترافیک پاسخ می‌دهند.

خلبانان خود را با محیط‌های پروازی پویا تطبیق می‌دهند.

دانش‌آموزان در کلاس‌های درس یاد می‌گیرند.

اپراتورها فناوری‌های پیچیده‌تری را مدیریت می‌کنند.

EEG بی‌سیم بررسی بار کاری ذهنی را در حالی که شرکت‌کنندگان در این فعالیت‌های طبیعی شرکت می‌کنند ممکن می‌سازد و به پژوهشگران کمک می‌کند تا شناخت را در جایی که رخ می‌دهد بهتر درک کنند [1]-[5].

این تکامل نشان‌دهنده جنبش گسترده‌تری به سمت مطالعه عملکرد انسان در محیط‌هایی است که برای هدایت در آن‌ها طراحی شده است.

انتخاب سیستم EEG برای تحقیقات بار کاری ذهنی

سوالات مختلف پژوهشی به سیستم‌های EEG متفاوتی نیاز دارند. انتخاب سیستم مناسب به طراحی مطالعه، محیط ثبت، جمعیت شرکت‌کننده و اهداف پژوهش بستگی دارد.

Flex Gel و Flex Saline

Flex از قرارگیری الکترودهای قابل تنظیم با حداکثر 32 کانال EEG پشتیبانی می‌کند، که آن را برای تحقیقات پیشرفته نوروارگونومی، عوامل انسانی و علوم اعصاب شناختی بسیار مناسب می‌سازد. طراحی بی‌سیم آن به شرکت‌کنندگان اجازه می‌دهد تا به طور طبیعی حرکت کنند در حالی که پژوهشگران داده‌های باکیفیت EEG را در محیط‌های آزمایشگاهی و دنیای واقعی جمع‌آوری می‌کنند.

Epoc X

Epoc X یک هدست EEG بی‌سیم 14 کاناله است که برای علوم اعصاب شناختی، نوروارگونومی و تحقیقات سیار طراحی شده است. این هدست دریافت EEG با درجه تحقیقاتی را در یک سیستم کارآمد که برای مطالعات کنترل‌شده و تحقیقات میدانی مناسب است، ارائه می‌دهد.

Insight

Insight یک هدست EEG بی‌سیم سبک وزن پنج کاناله است که برای استفاده سریع در تحقیقات آموزشی، مطالعات کاربردپذیری و سایر تحقیقاتی که قابلیت حمل و سهولت استفاده در آن‌ها اولویت دارد، طراحی شده است.

آینده تحقیقات بار کاری ذهنی

با ادغام روزافزون فناوری در زندگی روزمره، اهمیت درک بار کاری ذهنی همچنان رو به افزایش خواهد بود.

پژوهشگران در حال فراتر رفتن از آزمایش‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده برای بررسی شناخت در کلاس‌های درس، وسایل نقلیه، محیط‌های مراقبت‌های بهداشتی و سایر محیط‌های واقعی هستند.

EEG با ترکیب ارزیابی‌های رفتاری با اندازه‌گیری‌های فیزیولوژیکی مداوم، دریچه دیگری را ارائه می‌دهد که پژوهشگران از طریق آن می‌توانند نحوه تفکر، سازگاری و عملکرد افراد را در حین کارهای پیچیده بررسی کنند.

نکات کلیدی

• بار کاری ذهنی تلاش شناختی مورد نیاز برای انجام یک کار را توصیف می‌کند.

• بار کاری ذهنی و بار شناختی با هم مرتبط هستند اما برای اهداف تحقیقاتی متفاوتی استفاده می‌شوند.

• پژوهشگران برای بررسی تقاضای شناختی، ارزیابی‌های رفتاری، معیارهای ذهنی و EEG را با هم ترکیب می‌کنند.

• EEG بی‌سیم در حال گسترش تحقیقات بار کاری ذهنی به محیط‌های واقعی و معتبر است.

• انتخاب یک سیستم EEG با سوال تحقیق و طراحی مطالعه شروع می‌شود.

چارچوب خود را به مرحله عمل درآورید

شما بررسی کرده‌اید که چگونه پژوهشگران با ترکیب ارزیابی‌های رفتاری با اندازه‌گیری‌های فیزیولوژیکی مداوم، بار کاری ذهنی را بررسی می‌کنند. سیستم‌های EEG شرکت Emotiv را مقایسه کنید تا پیکربندی کانال‌ها، قابلیت حرکت و امکانات تحقیقاتی را که به بهترین شکل از اهداف تحقیقاتی بار کاری ذهنی شما پشتیبانی می‌کنند، شناسایی کنید.

مقایسه سیستم‌های EEG

مطالعه پیشنهادی

• آنچه تحقیقات بار شناختی می‌تواند درباره یادگیری به ما بیاموزد

• اندازه‌گیری توجه با EEG: فراتر از ارزیابی‌های رفتاری

• چگونه EEG به پژوهشگران در طراحی محیط‌های یادگیری بهتر کمک می‌کند

• راهکارهای پژوهش آکادمیک و آموزش

• توضیح معیارهای عملکرد

منابع

[1] H. Atici-Ulusu, O. Taskapilioglu, and T. Gunduz, "A Neuroergonomics Approach to Investigate the Mental Workload of Drivers in Real Driving Settings," Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, vol. 103, pp. 177-189, 2024.

[2] A. Hernández-Sabaté, J. Yauri, P. Folch, D. Álvarez, and D. Gil, "EEG Dataset Collection for Mental Workload Predictions in Flight-Deck Environment," Sensors, vol. 24, no. 4, 2024.

[3] F. Bazzano et al., "Mental Workload Assessment for UAV Traffic Control Using Consumer-Grade BCI Equipment," Lecture Notes in Computer Science, 2017.

[4] "Using Wireless EEG Signals to Assess Memory Workload in the n-Back Task," IEEE, 2016.

[5] "Identification of Pilots' Mental Workload Under Different Flight Phases Based on a Portable EEG Device," IEEE, 2023.