在认知疲劳状态下的人机协作中，利用神经测量方法提升信任度评估

《ACM Transactions on Human-Robot Interaction》：Enhancing Trust Examinations with Neural Measures during Human-Robot Collaboration under Cognitive Fatigue

1. 研究探讨认知疲劳和机器人可靠性对人机协作信任的影响，通过脑活动监测发现前额叶皮层连接强度变化及性别差异，揭示神经策略调整机制。

　　

摘要

人机协作（HRC）中的信任程度受到多种情境因素的影响，例如人类的疲劳状态和机器人的性能（例如可靠性）。在工业环境中，操作员经常处于疲劳状态，这会增加他们的注意力负担。这种持续的精神压力可能会改变操作员的信任行为。目前尚不清楚为什么会这样。尽管大多数研究依赖于自我报告，但神经人体工程学的最新进展使得评估信任的神经特征成为可能。我们假设，通过研究在不同信任状态下人机协作过程中的神经机制，可以提供更多关于认知疲劳状态下与信任相关的潜意识认知或情感状态的见解（而不仅仅是信任感知）。为了验证这一假设，我们对16名性别均衡的参与者进行了人机协作实验，在实验中通过机器人的可靠性来操控信任水平，实验分为两个阶段：疲劳阶段和非疲劳阶段。我们监测了大脑活动、心率变异性（HRV）、表现以及主观体验，以探究认知疲劳和机器人可靠性对人机协作中信任指标的影响。研究发现，认知疲劳和可靠性对大脑激活、功能连接性和有效连接性、心率变异性、主观反应以及表现均产生了显著的主效应。虽然大多数指标都对认知疲劳和可靠性的变化敏感，但只有神经反应显示出了可靠性、认知疲劳和性别之间的交互作用。在非疲劳状态下，当机器人表现不可靠时，前额叶皮层（APFC）与左背外侧前额叶皮层（LDLPFC）之间的连接强度会减弱；然而在疲劳状态下，这种连接强度却出乎意料地增强了。这表明在具有挑战性的人机协作条件下，大脑的神经策略发生了变化，执行区域对动机区域的调控作用增强，从而需要投入更多的精神努力。这项研究的成果有助于发展在认知疲劳状态下的客观信任评估方法，并促进更有效的协作设计。