眼动追踪是一种无创的信息加工研究方法。本文介绍了如何利用眼动追踪技术研究飞行时间较短的飞行员（即飞行时长<350小时）在飞行模拟紧急任务中的注视行为。
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本文内容
摘要
摘要
眼动追踪已被广泛用作研究技能表现背后认知、感知和感觉运动过程的间接手段。先前的研究表明，传统和高级的注视指标能够可靠地揭示飞行员在专业水平、认知负荷、疲劳程度以及情境意识（SA）方面的显著差异。
本研究描述了一种使用可穿戴眼动仪和视线映射算法的方法，用于在高保真飞行静止模拟器中捕捉自然状态下的头部和眼部运动（即视线）。本文所述方法包括基于感兴趣区域（AOI）的视线分析，该分析可提供更多关于参与者注视位置的上下文信息，以及注视持续时间分析，用以反映其处理注视信息的效率。该方案展示了可穿戴眼动仪与计算机视觉算法在评估飞行中突发紧急情况所引发的视线行为变化方面的应用价值。
代表性结果表明，当引入紧急事件时，注视行为受到显著影响。具体而言，在紧急情境下，注意力分配、注视分散程度和注视序列复杂性均显著降低，并高度集中于前窗外部及空速表的观察（所有p值< 0.05）。本文讨论了在高保真静态飞行模拟环境中使用可穿戴眼动仪来理解航空领域中注视行为的时空特征及其与信息处理关系的实用性与局限性。
引言
人类主要通过首先移动眼睛和头部，将视线（即注视）聚焦于特定物体或感兴趣的位置，来与周围世界进行交互。在飞机驾驶舱等复杂环境中，飞行员面临多种相互竞争的刺激，这一特点尤为明显。注视运动使人类能够获取高分辨率的视觉信息，从而以安全且灵活的方式与环境互动1，这在航空领域至关重要。研究表明，眼动和注视行为能够揭示多种任务中潜在的感知、认知和运动过程1,2,3。此外，我们的注视位置会直接影响上肢运动的规划与执行3。因此，在航空任务中对注视行为进行分析，提供了一种客观且非侵入性的方法，有助于揭示眼动模式与信息处理及操作表现各个方面的关系。
多项研究已表明，在各种实验室范式以及复杂的现实世界任务（例如驾驶飞机）中，注视行为与任务表现之间存在关联。例如，与任务相关的区域往往被更频繁地注视，且总注视时间更长，这表明在神经认知和航空任务中，注视位置、频率和停留时间可作为注意力分配的指标4,5,6。相较于表现较差者或新手，表现优异者和....
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方案
以下方案适用于涉及可穿戴眼动仪与飞行模拟器的研究。本研究在飞行模拟器中记录与复杂航空相关任务同步的眼动数据（参见材料表）。该模拟器配置为模拟塞斯纳172（Cessna 172）机型，配备必要的仪表盘（“蒸汽表”配置）、航空电子设备/GPS系统、音频/灯光面板、断路器面板以及飞行控制单元（FCU）（参见图1）。本研究所使用的飞行模拟器设备符合培训认证标准，并被当地飞行学校用于在低风险环境中培训学员应对各类紧急情况（如发动机故障）所需的技能。本研究的所有参与者均持有有效执照，因此在先前的培训过程中已体验过发动机故障模拟场景。本研究已获得滑铁卢大学研究伦理办公室批准（编号：43564；日期：2021年11月17日）。所有参与者（N = 24；男性14人，女性10人；平均年龄22岁；飞行时长范围：51–280 h）均签署了书面知情同意书。
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结果
任务需求对飞行表现的影响
数据基于基本条件和紧急条件下的成功着陆试验进行分析。所有指标均进行配对样本t检验（被试内因素：任务条件（基本、紧急））。所有t检验的显著性水平α均设定为0.05。有四名参与者在紧急情景试验中发生坠毁，由于数据稀疏无法得出有意义的结论，因此未纳入主要分析。除成功率外，所有变量仅针对成功试验进行分析。
成功率（%）在条件间产生主效应，t(23) = 2.145，p = 0.043。具体而言，紧急试次（平均值 = 83%）的着陆失败率（即坠毁）显著高于基础试次（平均值 = 100%）（图7A）。完成时间（s）在条件间亦产生主效应，t(19) = 8.420，p < 0.001。紧急试次的完成时间显著更短（平均值 = 121 s，SD = 3.9），相较于基础试次（平均值 = 174 s，SD = 5.6）（图.......
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讨论
本文所述的眼动追踪方法通过可穿戴眼动仪，实现了在飞行模拟器环境中对信息加工过程的评估。对注视行为时空特征的分析有助于理解人类的信息加工机制，这一机制已通过高度受控的实验室范式得到广泛研究4,7,28。借助近年来的技术进步，眼动追踪研究得以推广至更为真实、高保真的实验范式，从而更贴近自然情境。本研究旨在表征任务难度对低飞行时长飞行员在模拟着陆场景中的注视行为、飞行表现以及情境意识（SA）的影响。要求受试者在高能见度目视飞行规则（VFR）条件下完成着陆任务，该任务包括基础着陆场景以及一项挑战性操作，即意外引入飞行中紧急情况（如发动机完全失效）。结果与预期一致，在着陆过程中引入紧急情况导致飞行表现和情境意识显著下降，同时注视行为发生明显改变。下文将进一步讨论这些方法、结果以及通过注视行为分析所获得的关于信息加工、飞行表现和情境意识的深入见解。
在方法学方面，有几个关键点需要注意，包括对方案的修改以及该方.......
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披露
不存在竞争性财务利益。
致谢
本工作部分得到了加拿大自然科学与工程研究理事会（NSERC）的加拿大研究生奖学金（CGS）以及新前沿研究基金的探索资助（00753）的支持。本文材料中表达的观点、发现、结论或建议均为作者（们）的观点，不一定反映资助方的意见。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 飞行模拟器 | ALSIM | AL-250 | 固定式全沉浸式飞行模拟训练设备 |
| 笔记本电脑 | Hp | Lenovo | 眼动数据采集笔记本电脑；要求：Windows 10 和 Python 3.0 |
| 便携式眼动仪 | AdHawk | MindLink 眼动追踪眼镜（250 Hz，<2° 视线误差，前置摄像头）；眼动追踪批处理脚本随 AdHawk 设备购买提供 |
参考文献
- de Brouwer, A. J., Flanagan, J. R., Spering, M. Functional use of eye movements for an acting system. Trends Cogn Sci. 25 (3), 252-263 (2021).
- Ayala, N., Kearns, S., Cao, S., Irving, E., Niechwiej-Szwedo, E.
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重印与许可
