Using cardiovascular measures for adaptive automation

Bloeddrukregulatie compenseert mentale inspanning

Een geschikte manier om mentale belasting van de mens te bepalen is om de hartslag, bloeddruk en ademhaling te meten. Nog niet helemaal duidelijk is de precieze relatie tussen deze drie lichamelijke reacties. Arjan Stuiver deed hier onderzoek naar. Daaruit blijkt dat het bloeddrukregulatiesysteem een compenserende werking heeft op mentale inspanning. Door zijn onderzoek kan nu beter worden ingespeeld op de mogelijkheden van de automobilist in combinatie met de technische ontwikkelingen van auto’s.

Adaptieve automatisering betekent zoveel als een technologisch ingerichte werkomgeving die zich aanpast aan de gebruiker. Binnen het onderzoeksgebied adaptieve automatisering worden technologische systemen ontwikkeld die flexibel zijn en zich kunnen aanpassen aan de specifieke behoeften en eisen van de individuele mens. Het idee is dat het hele systeem (mens en machine samen) het best functioneert als de werklast van de mens op een optimaal niveau wordt gehouden. Enerzijds moet voorkomen worden dat de hele taak geautomatiseerd wordt, zodat de menselijke bestuurder niet meer snel en adequaat kan ingrijpen als er iets mis gaat met het geautomatiseerde systeem. Anderzijds moet voorkomen worden dat oververmoeidheid en concentratieverlies optreden door een voortdurende (te) hoge werklast.

Een belangrijke eerste voorwaarde om de werklast op een adequaat niveau te houden is deze te kunnen meten. Een geschikte manier om mentale belasting te bepalen is met behulp van fysiologische methoden, in het bijzonder met behulp van hartslag, bloeddruk en ademhalingsmaten. In de literatuur is er nog enige onduidelijkheid over de relatie tussen mentale inspanning en de psychofysiologische reacties daarop.  In dit proefschrift worden een aantal onduidelijkheden over deze relatie  verklaard aan de hand van een onderscheid dat gemaakt wordt tussen toestand-gerelateerde (of compensatoire) effecten en korte termijn effecten die naar verwachting meer rechtstreeks verband houden met veranderingen in de taakeisen. De toestand gerelateerde effecten zijn pogingen van het lichaam om te herstellen van langdurige inspanning en terug te keren naar een evenwichtssituatie. De korte termijn effecten ontstaan doordat het lichaam reageert op momentane verschillen in werklast waar het lichaam energie voor moet leveren. In het beschreven onderzoek is een aantal experimenten in een gesimuleerde ambulancemeldkamer en in een rijsimulator uitgevoerd op basis waarvan een nieuwe methode is ontwikkeld die meer inzicht geeft in de momentane werklast van de mens. Deze methode leent zich ook uitstekend voor gebruik bij adaptieve automatisering. In het kort kan worden gezegd dat de toestandseffecten, met andere woorden het herstellen van inspanning, de effecten die door de huidige werklast worden veroorzaakt, in veel werksituaties overschaduwen. Hierdoor zijn de directe effecten van werklastveranderingen vaak niet zichtbaar. De oplossing die in dit proefschrift wordt beschreven is een keuze voor korte termijn cardiovasculaire maten. Daarmee zijn verschillen in hartslag, hartslagvariabiliteit en andere cardiovasculaire maten nog steeds zichtbaar in de korte termijn respons-patronen, ondanks de aanwezigheid van de toestandseffecten. De korte termijn analyse berust op een tijd-frequentie methode waarbij de variabiliteit van de cardiovasculaire maten wordt berekend in tijdsegmenten van 30 seconden. Deze methode is getoetst in experimenten die opnieuw in de ambulance meldkamer simulatie en rijsimulator zijn uitgevoerd.

De conclusie is dat de verschillen in gevonden effecten in eerder beschreven onderzoek m.b.t. werkbelastingmaten  in belangrijke mate verklaard kunnen worden uit de compenserende werking van het bloeddrukregulatie systeem. De compenserende werking van het bloeddrukregulatiesysteem nivelleert de directe effecten van mentale inspanning en maakt daarmee de interpretatie van de werklast-effecten op de cardiovasculaire maten moeilijker. Dit geldt met name voor de hartslag en hartslagvariabiliteit. Door onderscheid te maken tussen effecten die direct gerelateerd zijn aan de taakeisen en effecten die veroorzaakt worden door het bloeddruk regulatiesysteem, krijgen we meer zicht op de echte taakgerelateerde mentale inspanning. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van betere mentale werklast-maten die bruikbaar zijn bij adaptieve automatisering.

Arjan Stuiver is onderzoeker TNO en deed zijn promotieonderzoek bij de afdeling Verkeerspsychologie.

Proefschrift: http://irs.ub.rug.nl/ppn/387641165