俄罗斯方块游戏验证认知负荷与表现曲线：热应激对任务负荷阈值的影响研究

本研究通过俄罗斯方块(Tetris)游戏实验验证了认知负荷理论模型中的表现曲线，探究了热应激(heat load)对任务负荷(Task Load)阈值的影响。研究人员采用阶梯法确定个体中断水平(break-off level)，通过拟合反S型曲线(sigmoid model)证实了高负荷下表现下降的规律，虽然热应激未显著改变曲线参数，但为认知资源分配模型提供了实验依据，对理解应激源(Stressor Load)与认知表现的关系具有重要意义。

　　

在认知心理学领域，关于人类如何应对不断增加的信息负荷一直存在理论争议。经典的工作负荷模型如Veltman提出的倒U型曲线认为，当任务需求超过认知资源时，表现会急剧下降，就像橡皮筋被拉到极限会断裂一样。然而这个优雅的理论长期缺乏实验验证，特别是应激因素（如高温、噪音）如何影响这个临界点的问题，就像未知的"橡皮筋耐热系数"亟待探索。

荷兰TNO研究所（Netherlands Organisation for Applied Scientific Research）的Charelle Bottenheft团队在《BMC Psychology》发表的研究中，创新性地用俄罗斯方块作为认知负荷的"测量仪"。这个经典游戏通过精确控制方块下落速度（从2.57到27 lines/s共20个等级）来量化任务负荷，就像用温度计的不同刻度来测量热度。研究人员让21名参与者在常温（21.96℃）和高温（37.54℃）环境下，围绕个体中断水平（通过阶梯法确定）完成9个难度等级的游戏，同时监测核心温度T_c和皮肤温度T_SK等生理指标，用反S型曲线模型分析表现数据。

关键技术包括：(1)采用Python编程的定制化Tetris游戏平台，实现精确的方块下落速度控制；(2)阶梯法确定个体break-off level；(3)气候舱控制热应激条件（红外卤素灯+36℃空气温度）；(4)可吞咽体温胶囊监测T_c；(5)ISO 9886标准四部位T_SK测量；(6)心理努力评分量表(RSME)和难度主观评分。

【方法】研究设计包含3天实验：第1天训练确定个体break-off level（最高完成等级），随后两天分别在常温和高温条件下测试±4个难度等级的表现。通过反S型曲线y=top+(bottom-top)/(1+e^{(x-V50)/slope})拟合表现数据，比较曲线参数差异。

【结果】表现曲线验证：73%参与者（13/18）的表现数据与反S型曲线高度吻合（中位R²=0.79），证实高负荷下表现呈非线性下降。例如在难度+4级时，完成时间从300秒骤降至接近0秒，如同悬崖式跌落。

热应激影响：尽管热负荷显著提高了T_c（37.38 vs 36.98℃）、T_SK（40.45 vs 36.17℃）和主观不适感（p<0.001），但曲线参数V50（中点负荷水平）和斜率在两种条件下无统计学差异（p>0.05），如同高温并未改变橡皮筋的断裂点。

心理努力变化：RSME评分同样呈现反S型增长（中位R²=0.72），在接近break-off level时达到平台期，表明认知资源分配达到上限。

【讨论】这项研究首次用实验数据描绘出认知负荷-表现曲线的右侧形态，如同为理论模型拍下了一张"X光片"。未发现热应激导致的曲线左移，可能因为T_c未达影响认知的阈值（38.5℃），或者Tetris任务涉及的认知功能（如手眼协调）对热应激不敏感。研究创新点在于：(1)建立标准化认知负荷量化方法；(2)验证个体化表现曲线的可重复性；(3)为后续应激研究提供范式。局限包括样本量较小（n=21）和部分参与者训练不足导致的拟合偏差。

该成果对特殊环境（如高温作业、航空驾驶）的人机系统设计具有启示意义，建议后续研究：(1)探索其他应激源（如缺氧）的影响；(2)扩大任务类型验证普适性；(3)结合神经影像学揭示机制。就像为认知工程领域安装了一个"示波器"，这项研究让我们能更精确地观测心理负荷与表现的动态关系。