نوروارگونومی مطالعه مغز و رفتار هنگام کار است.
این علم میان رشته ای، رشته های علوم اعصاب و ارگونومی (یا عوامل انسانی) را به منظور رساندن مزیت های هریک به سطح حداکثر، ادغام می کند. در این قسمت هدف تنها مطالعه ساختار و عملکرد مغز نیست (که مربوط به حیطه علوم اعصاب است) بلکه مطالعه در زمینه علوم شناختی و رفتار در هنگام کار، در خانه، هنگام حمل و نقل و در محیط های دیگر است.
نوروارگونومی بر ارزیابی پایه های عملکردهای شناختی و ادراکی مانند دیدن، شنیدن، توجه، یادآوری و برنامه ریزی در ارتباط با فناوری و محط دنیای واقعی تمرکز می کند. به دلیل این که مغز انسان با جهان از طریق جسم تعامل میکند، نوروارگونومی به پایه های عملکردهای فیزیکی، تکاپو و حرکات فیزیکی یا بلند کردن اشیا و یا اندام ها مربوط می شود. به هرحال یک ابتکار جدید ارائه شده است که سوال در مورد ضرورت آن یک حق طبیعی است.
اصول راهنمای ارگونومی این است که آزمایش کنیم چگونه مغز انسان وظایف پیچیده زندگی روزمره و نه فقط وظایف ساده و ساختگی را انجام می دهد که این امر مزیت های بزرگی برای ارگونومی در حوزه پژوهش و عملکرد دارد. پی بردن به عملکردهای مغز می تواند منجر به گسترش و اصلاح در تئوری های ارگونومی شود و باعث ارتقای این نوع از پژوهش های جدید شود. برای مثال این مطلب که مغز چگونه اطلاعات لمسی، دیداری و شنیداری را پردازش می کند، می تواند خطوط راهنما و محدودیت های مهمی برای تئوری های ارائه اطلاعات و طراحی وظایف فراهم کند. یک قضیه ثابت این است که رویکرد نوروارگونومی به پژوهشگران اجازه میدهد تا سوالات مختلفی را مطرح کنند و چهارچوب روشن جدیدی در مورد انسان و کار نسبت به رویکردهایی که تنها بر اندازه گیری عملکردهای آشکار یا ادراکات ذهنی انسان تاکید دارند، ایجاد کنند و توسعه دهند. ارزش مضاعفی که نوروارگونومی فراهم می کند حتی می تواند برای محیط های کاری مانند سیستمهای نیمه اتوماتیک مدرن با اهمیت تر باشد چرا که اندازه گیری و مشاهده رفتارهای آشکار می تواند در این گونه موارد مشکل باشد.
مثال هایی از پژوهش های انجام شده در خصوص نوروارگونومی:
مثال های زیر ارزش رویکرد نوروارگونومی را مشخص می کند:
علوم هوانوردی
از جنبه تاریخی، تاثیر عظیم فاکتورهای انسانی بر طراحی فناورانه در حوزه هوانوردی و به خصوص در طراحی نمایشگرها و کنترل ها در کابین خلبان بوده است. همراه با رشد روز افزون مسافرت های هوایی، پیشنهادات جدیدی برای مدیریت ترافیک هوایی ارائه شده است. اجرای این پیشنهادات مستلزم داشتن فناوری های نوین مربوط کابین خلبان است. در نظر گرفتن یک سیستم پایش ترافیکی جدید که در کابین خلبان نصب شود برای نشان دادن هواپیماهای دیگر که مجاور هواپیما حضور دارند همچنین برای نشان دادن سرعت آنها، ارتفاع و مسیر پرواز آنها با استفاده از نشانه های رنگی کد دار بر روی صفحه نمایشگر کامپیوتری ضروری است.
انواع گوناگونی از پژوهش های نورو ارگونومی چه به صورت کاربردی و چه پایه ای می تواند در مورد طراحی این سیستم ها آگاهی بخش باشد. برای مثال طراحان ممکن است بخواهند بدانند چه ویژگی ها و نشانه ها برای جلب توجه خلبان به حضور یک هواپیمای متجاوز دیگر که در فضای هوایی حضور دارد میتواند بهتر عمل کند. به طور همزمان نگرانی وجود دارد که نمایش اطلاعات ترافیکی اگرچه به پایش توسط خلبان کمک میکند، ممکن است بار کاری ذهنی کلی خلبان را افزایش دهد که به وسیله آن عملکردهای اولیه وظایف پرواز تنزل می یابد. اگرچه اندازه گیری های ذهنی یا عملکردی می تواند برای ارزشیابی این امر استفاده شود، یک رویکرد نوروارگونومی می تواند ارزشیابی حساس تری از هرگونه تاثیر بر عملکرد پرواز فراهم کند. این امر همچنین می تواند محققان را به پرسیدن سوالات سودبخش در مورد اختصاص تمرکز، نسبت به قبل هدایت کند.
اندازه گیری عملکرد مغز که توجه بینایی و کنترل حرکت چشم را منعکس می کند، می تواند در تعیین تاثیر نمایشگرهای جدید بر کاوش بینایی و عملکرد توجه خلبانان کمک کند. سرانجام اینکه ارزشیابی نوروارگونومی نیازمندی های فیزیکی و دستی درگیر در تعامل با صفحه اطلاعات و کنترل سیستمهای پایش ترافیکی جدید ممکن است نیازمند این باشد که خلبانان به طور موثرتر و ایمن تر از این سیستمها استفاده کنند.
رانندگی
نوروارگونومی با ارزیابی تعامل بین چشم، مغز و خودرو ارتباط دارد. تصویر برداری تشدید مغناطیسی کارکردی[۱] (fMRI) اجازه تصویربرداری دینامیک غیر تهاجمی از مغز انسان را می دهد. روشهای آنالیز داده های fMRI مانند تحلیل اجزای مستقل، می تواند الگوی معنادار مجموعه داده های جمع آوری شده در خصوص انجام وظایف پیچیده ای که عناصر رانندگی را در سیطره خود دارند، آشکار کند. کاربرد مقدماتی این رویکردها و روشها بیان می کند که نواحی عصبی چندگانه شامل پیشانی – آهیانه ای[۲] ، مخچه ای و ناحیه پس سری به وسیله جنبه های مختلف وظایف رانندگی مانند کنترل سرعت، فعال می شوند. همچنین امکان دارد که همبستگی های فیزیولوژیکی خواب قریب الوقوع مشتق شده از ثبت فعالیت الکترو آنسفالوگرام مغزی با کاهش عملکردهای رانندگی مرتبط باشد. در پایان این مطالعات، مبتنی بر اصول طبیعی رفتارهای رانندگان، شواهد واحدی از تعاملات، استراتژی ها و تاکتیک های دامنه دار مغز در جهان را فراهم می کند.
مهندسی عصبی
مثال سوم، استفاده از علائم مغزی به عنوان دریچه های ارتباطی برای تعامل انسان با طبیعت و محیط ساخته دست انسان است. این بخش از تحقیقات و فعالیت ها که گاهی اوقات مهندسی عصبی یا واسط مغز-کامپیوتر ( BCI) [۳] نامیده می شود، پیشرفت زیادی در سال های اخیر داشته است. در این رویکرد، انواع گوناگونی از علائم مغزی برای کنترل تجهیزات خارجی بدون نیاز به خروجی های نیروی محرکه در موارد بیماران ناتوان دارای تصلب جانبی دردناک همراه با خستگی و ضعف عضلانی[۴] که در واقع هیچ کنترل حرکتی ندارند، به کار می روند. این ایده به صورت طبیعی از کار بر روی ” فرمانش زیستی (سایبرنتیک زیستی)” [۵] در دهه ۱۹۸۰ توسط دانکن و دیگران به وجود آمد اما فراتر از دستاوردهای اولیه همراه با توسعه های فنی در ثبت فعالیت های مغزی در زمان واقعی، پیشرفت کرد.
واسط مغز- کامپیوتر( BCI) به کاربر اجازه می دهد تا بدون درگیری در هر فعالیت ماهیچه ای با محیط تعامل کند. برای مثال بدون نیاز به دست، چشم، پا یا حرکات دهان این تعامل برقرار شود. در عوض، کاربر فرا میگیرد تا در نوع خاصی از فعالیت های مغزی درگیر شود که مربوط به اثر ” امضا ” الکتریکی منحصر به فرد مغز است. در نتیجه فعالیت های مغزی ثبت و پردازش می شوند و به نحوی طبقه بندی می شوند که سیگنال های کنترل را در شرایط واقعی برای یک عامل خارجی فراهم کنند.
برنامه های مختلف از انواع متفاوتی از اندازه گیری های فعالیت الکتریکی مغز استفاده می کنند. روشهای تهاجمی مانند ثبت پتانسیل زمینه و فعالیت عصبی چند بعدی از طریق الکترودهای نصب شده هستند. گزارش شده است که این روش در کنترل بازوهای رباتیک موفق بوده است. این روش های تهاجمی سیگنال های بالاتری نسبت به صوت دارند و به طور واضحی استفاده آنها به حیوانات یا بیمارانی که عملکرد حرکتی ندارند و در آنها نصب الکترود توجیه شده است، محدود می شود. واسط های غیر تهاجمی مغز-کامپیوتر از سیگنال های مختلف مغزی استفاده کرده اند که از طریق ثبت الکتروآنسفالوگرام (EEG) به دست می آید. این شامل الکتروآنسفالوگرام های کمی شده از طریق باندهای فرکانسی مختلف مانند امواج بتا و مو می باشد. همچنین پتانسیل های مربوط به رویداد (ERP) مانند P300 و نوسانات منفی مشروط. واسط مغز-کامپیوتر بر اساس این سیگنال ها برای کاربرد ترکیب کننده های صدا، کنترل حرکات مکان نما (کرسر) بر روی صفحه کامپیوتر و حرکت بازوهای رباتیک به کار می رود.
واقعیت مجازی[۶]
واقعیت مجازی مربوط به نوروارگونومی است چون می تواند موقعیت هایی با کنترل بیشتر را که در جهان واقعی امکان پذیر است منعکس کند، اندازه گیری های عصبی و رفتاری ذهن و مغز را در هنگام کار در موقعیت هایی که در جهان واقعی مشاهده آنها غیر عملی و ناممکن است، امکان پذیر کند. واقعیت مجازی می تواند برای مطالعه عملکرد اپراتورهای انسانی که در وظایف خطرناک مشغول هستند می تواند استفاده شود بدون اینکه آنها را در معرض ریسک قرار داد. برای مثال واقعیت مجازی می تواند برای مطالعه اثرات بیماری، دارو، خستگی یا فناوری های مربوط به خلبانی هواپیما و رانندگی استفاده شود. همچنین برای مطالعه چگونگی کاهش ریسک سقوط و آموزش دانشجویان برای جلوگیری از قضاوت غلط و خطا در انجام دادن اقدامات بحرانی در پزشکی، پرواز با هواپیما و اپراتوری ماشین های سنگین به کار می رود. واقعیت مجازی همچنین می تواند در مورد کارگرانی که شغلشان نیازمند آگاهی فضایی، مهارت های حرکتی پیچیده یا تصمیماتی باشد که نیازمند ارزشیابی پاسخ های چندگانه باشد، مفید و ارزشمند واقع گردد. همچنین ثابت شده است که برای درمان و بازتوانی افرادی با مشکلات شناختی، حرکتی و روانپزشکی می تواند مفید باشد.
مباحث فلسفی، نظری و مفهومی
رشته های تشکیل دهنده نوروارگونومی یعنی علوم اعصاب و ارگونومی (یا فاکتورهای انسانی) هر دو مربوط به قرن بیستم و بعد از جنگ جهانی دوم هستند. رشد چشم نواز علوم اعصاب در نیمه دوم قرن بیستم و همچنین رشد کوچکتر (البته نه کم اهمیت تر) تحقیقات ارگونومی هر دو می تواند به توسعه فناوری در مهندسی و علوم کامپیوتر مربوط باشد. فناوری تصویربرداری مغزی که علوم اعصاب نوین را متحول کرد (مانند FMRI) و سیستمهای خودکار پیچیده که بیشتر کار ارگونومی را تحریک کرده اند احتمالا به وسیله این گسترش مهندسی ایجاد شده اند. با این وجود این دو رشته به طور مستقلی توسعه یافته اند. به طور مرسوم ارگونومی توجه زیادی به علوم اعصاب یا نتایج مطالعات مربوط به مطالعات مغزی بر مبنای، فرایندهای درک، شناخت، تاثیر و حرکت انسان نداشته است. به طور همزمان علوم اعصاب و رشته جدید آن یعنی علوم اعصاب شناختی اخیرا به عملکردهای انسان در محیط واقعی مرتبط شده اند. اخیرا علوم اعصاب را فراتر از جایگاه سنتی خود می دانند و شامل مطالعات رفتارهای اجتماعی گروهی و توسعه مبحث اعضای مصنوعی عصبی برای کنترل روبات ها، خودکار سازی و سایر فناوری ها برای افراد ناتوان می دانند.
غفلت نسبی توسط کارکرد ارگونومی مغز انسان قابل در ک است مربوط به این است که این رشته، ریشه در روانشناسی دهه ۱۹۴۰ دارد که به طور محکمی مربوط به مباحث رفتاری است. اخیرا ظهور روانشناسی شناختی در دهه ۱۹۶۰ بر عوامل انسانی تاثیر داشته است اما برای بخش اعظم علوم اعصاب که به وسیله تئوری شناختی نادیده گرفته شده، حالتی است که با رویکرد عملکردی است به فلسفه ذهن همراه است. چنین رویکردی استدلال می کند که ویژگی های ساختار عصبی و عملکردی کاملا به توسعه تئوری های عملکرد ذهن غیر مرتبط است. روانشناسی شناختی و علوم شناختی، از میان یک دوره کارکردگرا در دهه های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ عبور کرده اند که عمدتا به دلیل تاثیر محققان هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر است. به هرحال تاثیرات اخیر علوم اعصاب شناختی منجر به عقب نشینی از این موضع شده است. علوم اعصاب شناختی، ساختار عصبی و تحمیل عملکرد و در مواردی نیز تعیین تئوری فرایندهای ذهنی انسان را پیشنهاد می کند.
اگر علوم اعصاب، علوم شناختی را از طریق کارکردگرایی سخت رها کند، ارگونومی ممکن است آن را از طریق موجودیت تجزیه شده، آزاد کند و آن را به عنوان یک اهرم در جهان واقعی آماده کند. اگرچه پژوهشگران از اهمیت اطمینان اکولوژیکی آگاه هستند، روانشناسی شناختی مدرن، تمایل به مطالعه فرایندهای مغزی به صورت مجزا و دور از اثر تصنعی و فناوری های دارد که نیازمند استفاده از آن فرایندها هستند. فناوری به خصوص کامپیوتر می تواند به عنوان توسعه قابلیت شناخت انسان دیده شود. توجه به این دیدگاه، چهارچوب مهندسی شناختی است که انسان و سیستم های کامپیوتری هوشمند، سیستم شناختی مشترک را تشکیل می دهند. به علاوه رفتارهای انسانی بیشتری جایگزین شده و وابسته به زمینه هستند. زمینه اغلب به وسیله تغییر فناوری، تعریف و هدایت می شود. چگونگی طراحی انسان ، تعامل با ، و استفاده از فناوری (ضرورت ارگونومی) باید به عنوان قسمت مرکزی علوم شناختی مطرح باشد. نظریه ای که شناخت باید در ارتباط با عملکرد جهان واقعی لحاظ شود سابقه زیادی دارد. کار پیاگت بر روی توسعه سطوح شناختی در کودکان و وابستگی ان بر اکتشافات محیطی که مفهوم شناخت واقع شده را پیش بینی می کنند، بود. همچنین کلارک ویژگی های یک ذهن مجسم را آزمایش کرده است که به وسیله عملکرد شکل در دنیای فیزیکی بنا می شود و به این امر نیز کمک میکند. اگر لازم باشد که علوم شناختی در مورد ذهن در تعامل با جهان فیزیکی مطالعه کنند، طبیعی است که بپرسیم چگونه یک اثر مصنوعی در جان واقعی طراحی کنیم که آن تعامل را به بهترین شکل تسهیل کند.این در حوزه ارگونومی یا عوامل انسانی قرار دارد. این امر مستلزم آن است که مغز انسان که شناخت را انجام می دهد و خود به وسیله محیط فیزیکی شکل میگیرد، بیشتر در تعامل با محیط قرار گیرد تا روابط درونی شناخت، عملکرد و جهان اثرات مصنوعی را بهتر درک کنیم.
در حال حاضر، مفاهیم و شواهد تجربی واحدی که تئوری نوروارگونومی را تشکیل دهد وجود ندارد. البته تئوری های گسترده در علوم انسانی پراکنده هستند، چه در ارگونومی یا در علوم عصبی. سارتر و سارتر (۲۰۰۳) پیشنهاد کردند که نوروارگونومی باید همان رویکرد تبدیل پدیده های علوم عصبی شناختی را دنبال کنند تا تئوری های ماندنی را توسعه بخشند. تئوری های کوچک- مقیاس وجود دارد که می توانند در یک تئوری کلان (ماکرو) ادغام شوند اما آنها هنوز تنها وابسته به دامنه خاصی از عملکرد انسان هستند. برای مثال، تئوری های عصبی توجه، به صورت روز افزون در حال تخصصی شدن هستند. این امر هم در سطح ماکروسکوپیک شبکه های عصبی بزرگ – مقیاس و هم سطوح عملکرد عصبی و سیمای ژن وجود دارند. به طور همزمان، تئوری های روانشناختی توجه، آگاهی بخش تحقیقات و طراحی های عوامل انسانی هستند. اگرچه وظیفه ممکن است سخت باشد، امکان پذیر است که تئوری های یاد شده در داخل یک تئوری توجه نوروارگونومی ادغام شوند. ادغام در طول یک محدوده وسیع دامنه های عملکرد هرچند هنوز زودرس است.
روش ها:
تعدادی از روش ها برای استفاده در کاربرد و تحقیقات نوروارگونومی به وجود آمده اند. در میان آنها تکنیک های تصویربرداری از مغز وجود دارد که تحت تاثیر توسعه زمینه علوم اعصاب شناختی قرار گرفته اند. تکنیک های تصویربرداری از مغز می توانند به دو کلاس تقسیم شوند. گروه اول بر اساس اندازه گیری جریان خون مخچه ای بنا شده اند مانند توموگرافی نشر پوزیترون (PET) [۷] و fMRI [۸] و سونوگرافی داپلر از راه جمجمه (TCD) [۹] . گروه دوم روشها شامل اندازه گیری فعالیت الکترومغناطیسی مغز شامل EEG[۱۰] و ERP [۱۱] و آنسفالوگرافی مغناطیسی (MEG) [۱۲] می باشند.
[۱]Functional magnetic resonance imaging (fMRI)
[۲]frontoparietal
[۳]brain-computer interface (BCI)
[۴]Amyotrophic lateral sclerosis
[۵]biocybernetics
[۶]Virtual reality (VR)
[۷] PET = positron emission tomography
[۸]fMRI = functional magnetic resonance imaging;
[۹]TCD = transcranial Doppler sonography
[۱۰]EEG = electronencephalography
[۱۱]ERPs = event-related potentials
[۱۲]MEG = magnetoencephalography
