运动与静止环境下基于眼动指标的认知负荷评估研究

研究人员针对动态环境中职业人员（如飞行员、急救员）的认知负荷量化难题，通过分析瞳孔大小、眨眼频率、注视分散度及眼跳运动等眼动指标，探究了静止与全身运动状态下不同难度瞄准任务的认知负荷变化。结果显示运动状态显著增加认知负荷（瞳孔扩张>100%、眨眼率降低27%），为动态环境中的职业训练与系统设计提供了客观评估工具。

　　

在高速发展的现代社会中，飞行员、急救人员等职业群体经常需要在动态环境中执行精细操作任务，但全身运动带来的空间定向障碍和认知负荷增加严重影响了操作精度。以往研究多采用主观问卷或复杂生理监测（如EEG），难以实时反映动态环境下的认知状态。更棘手的是，运动引发的视觉-前庭系统冲突可能导致眼球运动异常，但目前缺乏系统性评估方法。

为解决这一难题，阿尔伯塔大学（University of Alberta）的研究团队在《Applied Ergonomics》发表创新研究，通过眼动追踪技术量化了静止与旋转运动状态下不同难度瞄准任务的认知负荷差异。研究采用头戴式眼动仪（Tobii Pro Glasses-2）记录25名参与者完成Fitts定律设计的瞄准任务时的瞳孔直径（adjPD）、眨眼率、注视分散度和眼跳过冲率（SOP），结合60°/s的旋转平台模拟动态环境。

关键技术包括：1）基于拉丁方设计的双因素（2运动条件×3任务难度）重复测量实验；2）iMotions软件提取眼动参数并进行基线校正；3）采用Greenhouse-Geisser校正的重复测量方差分析。

研究结果揭示：

1. 瞳孔扩张：运动状态下双眼瞳孔扩张超100%，且随任务难度（ID 3→5.8）递增（P<0.001），证实运动环境显著增加认知负荷。

2. 眨眼抑制：高难度任务中运动状态眨眼率降低27%（P=0.009），源于视觉-前庭反射冲突导致的视觉信息处理需求激增。

3. 注视分散：运动状态使注视分散度增加29%（1.109°→1.43°），反映注意力资源分配的碎片化。

4. 眼跳过冲：简单任务中运动状态SOP增加37.7%（28.1%→65.8%），揭示前庭干扰对眼球运动控制的负面影响。

这项研究的突破性在于首次系统论证了眼动指标对动态环境认知负荷评估的敏感性，尤其发现瞳孔扩张与任务难度呈线性响应，而眨眼率受运动-视觉双通路调节。研究成果为飞行员训练、车载界面设计等领域提供了量化工具，例如可通过实时监测瞳孔变化预警认知超载，或通过注视分散度优化控制面板布局。未来研究可拓展至三维运动场景，进一步解析前庭刺激与运动惯性的独立效应。该工作标志着人因工程学在动态环境评估方面的重要进展。