自然暴露对认知疲劳恢复的主客观影响：基于行为、神经生理与主观报告的多模态研究

本文通过多模态方法（行为任务、fNIRS脑成像、主观报告）系统评估自然与城市图像暴露对认知疲劳的恢复效应。研究发现，尽管自然干预未显著改善工作记忆（AOSPAN）和注意控制（ANT）的客观表现，但显著降低了主观疲劳感（KSS），揭示了认知恢复中主客观指标的分离现象，为注意力恢复理论（ART）提供了新的实证视角。

　　

研究背景与理论框架

认知疲劳是持续认知努力后出现的注意力资源耗竭现象，在高风险领域（如航空、军事）和日常工作中普遍存在，可能导致错误率上升和安全风险。注意力恢复理论（Attention Restoration Theory, ART）提出，自然环境通过四种特性促进认知恢复：远离感（being away）、兼容性（compatibility）、 fascination（吸引力）和延展性（extent）。近年研究进一步表明，自然环境的恢复作用可能源于其调节自下而上与自上而下注意的平衡。

研究目标与设计

本研究采用多模态方法，评估自然图像暴露对认知疲劳的恢复效果。研究控制基线疲劳水平，并综合主观报告、行为任务和神经生理指标。61名参与者先完成前测（工作记忆AOSPAN和注意控制ANT任务），随后通过AX-CPT任务诱导认知疲劳，再随机接受自然或城市图像干预（30张图片，每张呈现20秒），最后完成后测。过程中每10分钟采集一次Karolinska嗜睡量表（KSS）评分，并通过功能性近红外光谱（fNIRS）监测前额叶脑血流动力学变化（总血红蛋白tHb信号特征）。

关键发现

主观疲劳显著改善

自然组在干预后主观疲劳（KSS）显著降低，恢复至前测水平，而城市组疲劳持续高位。自然图像在感知恢复量表（PRS）评分中也显著高于城市图像（3.59 vs. 2.47, p<0.001），表明主观恢复效果明显。

客观认知表现未显差异

工作记忆（AOSPAN绝对分和部分分）和注意控制（ANT的警觉、定向、冲突效应）在两组间无显著差异，且后测表现改善主要源于练习效应，而非干预条件。

神经生理指标变化有限

fNIRS分析显示，tHb信号的特征（振幅、标准差、偏度等）随时间变化（如疲劳任务后信号变异性增加），但自然与城市条件间无显著差异。仅极性（polarity）特征在自然组略高，但缺乏临床意义。tHb特征与KSS评分在疲劳任务后呈正相关，但干预后相关性消失。

讨论与意义

结果提示自然暴露主要改善主观疲劳感知，而非客观认知能力。这种分离可能源于：1）干预形式（静态图像、低参与度）不足以引发行为改善；2）任务敏感性不足（如AOSPAN更反映特质而非状态变化）；3）主观改善可能源于应激降低或条件性放松反应，而非纯粹认知恢复。研究强调未来需控制低视觉特征（颜色饱和度、边缘结构）、采用更高生态效度的干预（如虚拟现实、实景暴露），并区分疲劳与相关状态（如 boredom、睡意）。

局限与展望

研究存在概念重叠（疲劳、注意力、唤醒）、KSS量表特异性不足、缺乏无疲劳对照组等局限。未来应纳入干预后即时认知测评、多维状态量表，并探索脑网络连接分析等神经指标，以更全面揭示自然暴露的恢复机制。

结论

自然图像暴露能有效缓解主观疲劳，但未转化为客观行为或神经生理改善，凸显了认知恢复研究中主客观指标的解离。研究为优化自然干预策略提供了方法学参考，并强调需在理论框架内整合心理、行为和神经多层次证据。