Nevroergonomija je znanost, ki preučuje človeške možgane v povezavi z opravljanjem kognitivnega in fizičnega dela ter izvajanjem vsakodnevnih opravil. Ukvarja se z integracijo človeka in sistema, pri čemer upošteva dejansko izvedbo dela in spoznanja o delovanju možganov Parasuruman, R. (2015). Neuroergonomic perspective on human systems integration: mental workload, vigilance, adaptive automation, and training. V D. A. Boehm-Davis, F. T. Durso in J. D. Lee (ur.), APA Handbook of Human Systems Integration (str. 163–176). Washington, DC: American Psychological Association. ter uporablja ugotovitve o nevrološki podlagi pomnjenja, odločanja, načrtovanja ... v povezavi s tehnologijo in situacijami v resničnem življenju.Parasuruman, R. In Wilson, G. F. (2008). Putting the brain to work: neuroergonomics past, present and future. Human Factors, 50(3), 468–474. Cilj nevroergonomije je oblikovanje tehnoloških sistemov in delovnega okolja, ki bo kompatibilno s človekovimi zmožnostmi in omejitvami. Ker je posameznike pomembno preučevati v njihovem naravnem okolju, je potrebno razvijati in uporabljati mobilno tehnologijo za preučevanje možganov.Mehta, R. K. In Parasuruman, R. (2013). Neuroergonomics: a rewiev of applications to physical and cognitive work. Frontiers in Human Neuroscience, 7, 10.3389/fnhum.2013.00889
Metode Najbolj uporabljane metode v nevroergonomiji so metode neuroimaginga (slikanja možganov), ki se delijo v dve kategoriji. V prvi so metode, s katerimi merimo cerebralne metabolne procese, povezane z nevronsko aktivnostjo, na primer funkcijska magnetna resonanca (fMRI) in traskranialna Dopplerjeva sonografija (ang. transcranial Doppler sonography – TCDS). V drugi so metode, ki neposredno merijo aktivnost nevronov, npr. elektroencefalogram (EEG). Uporabljene so tudi genetske študije in metode, ki temeljijo na računalniških simulacijah, psihofiziologiji in nevrokemiji. Metode se med seboj razlikujejo glede na časovno in prostorsko ločljivost ter mobilnost.
EEG Pogosto se uporablja EEG in iz njega izpeljane ERP-je. ERP (ang. event-related potential oz. z dogodkom povezani potencial) je odgovor živčnih celic v možganih na specifične senzorične, motorične in kognitivne dražljaje. Pri merjenju z EEG-jem se ERP-ji zapišejo v obliki valovanja. Raziskovalci nato prečujejo spremembe v amplitudi in latenci različnih komponent ERP-ja – pozitivnih in negativnih odklonov. Pri preučevanju nevronske podlage motoričnih aktivnosti se analizira komponento ERP-ja, ki se imenuje MRCP (ang. motor-related cortical potential oz. z motoriko povezan potencial). Ker se MRCP pojavi pred dejansko izvedbo motorične aktivnosti, velja, da je povezan s premotorično aktivnostjo – aktivnostjo v določenih delih možganov, ki se pripravljajo na izvedbo želene motorične akcije. Ker je primerne velikosti in relativno poceni, je EEG primeren tako za raziskave v laboratoriju kot v realnem delovnem okolju. Raziskovalci pa razvijajo elektroencefalografe, ki bi bili še primernejši za aplikacijo v realnem delovnem okolju izven laboratorija – takšne s suhimi elektrodami, na katere ni potrebno nanašati gela, in brezžične.
fMRI in PET V nevroergonomiji se uporablja tudi fMRI (funkcijsko magnetno resonanco) in PET. Z metodama preučujemo vzorce nevronske aktivnosti pri kognitivnih, motoričnih in afektivnih procesih. Metoda fMRI zaznava kontrast med oksigenirano in deoksigenirano krvjo in ima dobro prostorsko ločljivost. Pomanjkljivost PET-a in fMRI-ja sta omejena mobilnost in zahteva, da mora udeleženec med meritvami ležati.
fNIRS in TDCS Metodi, primernejši za raziskave v dejanskem delovnem okolju, sta npr. fNIRS (ang. functional near infrared spectroscopy) in TCDS (transkranialna Dopplerjeva sonografija). fNIRS je podobna PET-u in fMRI-ju, meri pa spremembe hemodinamike na posameznih področjih možganov, npr. nivo oksigeniranega in deoksigeniranega hemoglobina v povezavi z aktivnostjo nevronov. Uporablja se predvsem za merjenje aktivnosti v možganski skorji, njegovi prednosti pa sta, da je prenosen in poceni. TCDS pa s pomočjo ultrazvoka spremlja pretok krvi v možganskih poloblah. Ko se ob izvajanju določene naloge aktivnost nevronov poveča, se poveča tudi pretok krvi v srednji možganski arteriji. TCDS pogosto uporabljajo pri preučevanju opreznosti in miselne obremenitve, manj pa pri preučevanju fizičnih nalog, saj fiziološke spremembe pri fizični vadbi vplivajo na pretok krvi v možganih.
MRI in DTI Magnetno resonanco v nevroergonomiji uporabljajo za preučevanje treninga in učenja prek merjenja strukturnih sprememb možganov skozi čas. Iz MRI izhaja tehnika DTI (ang. diffusion tensor imaging oz. slikanje difuzijskih tenzorjev), s katero merimo, kako dobro so prek možganske beline (aksonov) povezana različna kortikalna in subkortikalna področja. Nekatere raziskave so z DTI pokazale, da kognitivni in motorični trening te povezave izboljšuje.
Stimulacija možganov - TMS in tDCS Z zgoraj omenjenimi metodami lahko preučujemo povezave med možgansko aktivnostjo in fizično ter psihično aktivnostjo posameznika. V želji, da bi preučevali tudi vzročno-posledične odnose, so se raziskovalci začeli posluževati neinvazivnih tehnik stimulacije možganov, npr. TMS (ang. transcranial magnetic stimulation oz. transkranialna magnetna stimulacija) in tDCS (ang. transcranial direct current stimulation oz. transkranialna stimulacija z direktnim električnim tokom). Te tehnike omogočajo začasno inhibicijo ali aktivacijo specifičnih delov možganov, iz česar lahko raziskovalci sklepajo, kakšno funkcijo imajo posamezna področja. TMS in tDCS lahko prek modulacije možganske aktivnosti izboljšata izvajanje kognitivnih in motoričnih nalog. TMS s pomočjo magnetne tuljave, ki je v bližini glave, v delu možganov pod tuljavo sproža dodatno električno aktivnost in tako spreminja aktivnost nevronov. Metoda tDCS pa v del možganov dovaja šibek električni tok. V primerjavi s TMS ima nizko časovno in prostorsko ločljivost, vendar je cenovno ugodnejši in premičen, zato se bo v nevroergonomskih študijah verjetno bolj uveljavil.
Miselna obremenjenost Eden izmed ciljev ergonomskega oblikovanja je preprečevanje miselne preobremenjenosti in upada opreznosti. Pri delu s sistemi, ki jih upravlja človek, lahko prevelika ali premajhna miselna obremenjenost zavira učinkovitost in varnost. Kot vedenjsko mero miselne obremenjenosti lahko vzamemo natančnost in hitrost pri določeni nalogi; lahko uporabimo tudi subjektivna poročanja osebe, ki nalogo izvaja; lahko pa izvedemo meritve možganskih funkcij. Fiziološke mere so občutljivejše na majhne spremembe v kognitivnem procesiranju, ki v vedenju morda niso opazne – na primer povečanje napora za ohranitev enake učinkovitosti pri izvedbi naloge.
Prevladujoča teorija, ki razlaga miselno obremenjenost, je teorija multiplih resursov, ki jo je leta 1984 razvil Wickens. Z izjemo avtomatiziranih opravil in opravil, pri katerih je izvedba odvisna neposredno od kvalitete čutnih podatkov (ang. data – limited tasks), naj bi bila izvedba naloge odvisna od števila resursov, ki jih moramo pri nalogi angažirati. Stopnja, do katere se hkratna izvedba dveh nalog (npr. vožnje in govorjenja po telefonu) prekriva oz. medsebojno ovira, je povezana s prekrivanjem resursov. Raziskave, v katerih so udeleženci izvajali več nalog hkrati, so teorijo podprle. V takšnih študijah lahko uporabljamo metode, kot so fMRI, fNIRS in TCD. Še posebej uporabna metoda je fNIRS, s katero lahko merimo aktivacijo prefrontalnega korteksa – dela možganov, ki je vključen v delovni spomin, odločanje in kognitivni nadzor. fNIRS so npr. uporabili v raziskavi, kjer so udeleženci hkrati izvajali dve zahtevni preizkušnji delovnega spomina – eno vidno in eno slušno. V kontrolni skupini so zahtevnost preizkušenj prilagajali uspešnosti izvedbe in s tem zagotavljali konstanten nivo miselne obremenitve. V eksperimentalni skupini pa se je zahtevnost preizkušenj povečevala ne glede na uspešnost njihove izvedbe – pričakovano je bilo torej, da se bo miselna obremenjenost večala. V eksperimentalni skupini se je s pomočjo fNIRS pokazal povečan nivo oksigeniranega hemoglobina v levem dorzolateralnem prefrontalnem korteksu in desnem ventrolateralnem prefrontalnem korteksu, kar je nakazalo na povečan miselni napor.
Dodatna podpora teoriji multiplih resursov izvira iz študij ERP. P300 je pozitivni odklon v možganskem valovanju, povzročen z redkimi izstopajočimi dražljaji med enoličnimi pogostimi dražljaji. Čas, da posameznik sproducira P300, se povečuje s kompleksnostjo izstopajočih dražljajev, ne pa tudi s kompleksnostjo načina odgovarjanja. Wickens pravi, da ERP kot mera, ki je občutljiva le na resurse, povezane z obdelavo dražljajev (njihovo zaznavo ter razvrščanjem), ne pa na resurse, povezane z odgovarjanjem na nalogo, podpira razlikovanje med centralnimi resursi in resursi, povezanimi z odgovarjanjem. ERP-ji so torej dobra mera miselne obremenjenosti pri kompleksnih nalogah, neodvisna od motorike in vzorca odgovarjanja. S pomočjo ERP so raziskovalci preučevali npr. vožnjo. Čeprav vedenjske meritve in subjektivna poročanja udeležencev niso pokazala razlike med simulacijo vožnje v normalni in oteženi vidljivosti, so se razlike med pogojema odražale v amplitudi ERP.
Opreznost Avtomatizacija na delovnih mestih je spremenila naravo kognitivnega dela. Pri človeku, ki mora avtomatizirane sisteme še vedno nadzirati, je pomembna opreznost. Le-ta s časom izvajanja naloge upada, kar razlagajo z upadom kortikalnega in avtomonmega vzburjenja zaradi trajanja in monotonosti nalog. Novejše nevroznanstvene raziskave so z metodama PET in fMRI pri upadu opreznosti pokazale zmanjšanje hitrosti cerebralnega pretoka krvi in spremembe v presnovi glukoze. Čeprav so naloge za posameznika dolgočasne, še vedno povzročajo miselno obremenjenost in stres. Upad opreznosti je povezan z linearnim večanjem miselne obremenjenosti med izvajanjem naloge in je odvisen od njene zahtevnosti.
Upad opreznosti lahko ublažimo z zmanjšanjem števila delovnih ur in več premori, vendar to na nekaterih delovnih mestih ni mogoče, poleg tega pa se upad opreznosti pojavi že po petih minutah dela. Drug način je uporaba iztočnic oz. namigov. Pri nalogah, kjer je treba biti pozoren na določene dražljaje, se zaznava le-teh izboljša ob dodaji namigov, ki opozarjajo na prihod dražljaja. Namigi so še posebej učinkoviti pri nalogah, kjer je zaradi slabe vidljivosti dražljaje težko razločevati. Raziskovalci so uporabili namige pri nalogi zaznavanja kritičnih dogodkov v simulaciji nadzora letenja. Če so bili namigi popolnoma zanesljivi, opreznost tekom izvajanja naloge ni upadala, kar so potrdili tudi z merjenjem cerebralnega pretoka krvi. Poleg namigov lahko za blaženje upada opreznosti uporabimo tudi neinvazivno možgansko stimulacijo. V drugi raziskavi so pri udeležencih, ki so izvajali nalogo, kjer je potrebna opreznost, uporabili transkranialno stimulacijo (tDCS) prefrontalnega korteksa. Le-ta je izboljšala uspešnost pri zaznavi dražljajev, vendar so za preučevanje dolgoročne učinkovitosti tDCS potrebne nadaljnje raziskave.
Adaptivna avtomatizacija Adaptivna avtomatizacija je pristop, ki omogoča fleksibilno razporejanje funkcij med človekom in sistemom. Med krizami ali v pogojih, kjer je treba opravljati veliko nalog, je več funkcij avtomatiziranih. Koncept adaptivne avtomatizacije ima dolgo zgodovino, z metodami nevroznanosti pa ga dopolnjujejo šele od nedavnega. Zdaj torej temelji na nevroergonomskem ocenjevanju operatorjevega stanja; študije uporabljajo npr. EEG.