מדידת אלקטרואנצפלוגרם (EEG) במהלך תפעול מערכת, במחקר נוירוארגונומי.
נוֹיְרוֹאֶרְגּוֹנוֹמְיָה (באנגלית: Neuroergonomics) היא היישום של מדעי המוח בתחום הארגונומיה והנדסת גורמי האנוש. מחקרים בתחום הארגונומיה והנדסת גורמי האנוש מסתמכים באופן מסורתי בעיקר על הסברים מתחום הפסיכולוגיה הקוגניטיבית בעיסוק בגורמים אנושיים כגון ביצועים ובטיחות בעבודה. נוירוארגונומיה, לעומת זאת, מתייחסת לבסיס הביולוגי של תופעות ארגונומיות, תוך הדגשת תפקידה של מערכת העצבים האנושית.
רקע
לנוירואורגונומיה שתי מטרות עיקריות: שימוש בידע קיים או מתפתח על ביצועי אנוש ותפקוד המח בתכנון מערכות שתהיינה בטוחות ויעילות יותר, וקידום היישום של הידע אודות הקשר בין תפקוד המח לביצוע במשימות בעולם האמיתי. כדי להשיג יעדים אלו, הנוירוארגונומיה משלבת שני תחומי ידע - מדעי המוח, חקר תפקוד המח, והנדסת גורמי האנוש, תחום העוסק בהתאמת טכנולוגיה ליכולות ולמגבלות בני האדם, כדי שיוכלו לעבוד באופן יעיל ובטוח. מטרת המיזוג של שני תחומים אלו היא השימוש בתגליות על המח האנושי והתפקוד הפיזיולוגי הן בתכנון מערכות טכנולוגיות והן בפיתוח שיטות אימון חדשות אשר משפרות ביצועים, מרחיבות את יכולות האנוש ומשפרות את ההתאמה בין אנשים וטכנולוגיה.
המחקר בתחום הנוירוארגונומיה החל לפרוח במאה ה-21 עם הבשלתן של טכניקות לא פולשניות לניטור תפקוד המח האנושי, שניתן להשתמש בהן כדי לחקור היבטים שונים של התנהגות אנושית ביחס לטכנולוגיה ועבודה, כולל עומס עבודה מנטלי, קשב חזותי, זיכרון עבודה, בקרת תנועה, אינטראקצית אדם-אוטומציה ואוטומציה אדפטיבית. בהתאם, תחום בינתחומי זה עוסק בחקר הבסיס העצבי של התפיסה האנושית, קוגניציה וביצועים ביחס למערכות וטכנולוגיות בעולם האמיתי - למשל, בשימוש במחשבים ובמכונות שונות בבית או במקום העבודה ובהפעלת כלי רכב כגון מטוסים, מכוניות, רכבות וספינות.
גישות
דימות עצבי פונקציונלי
אחת המטרות המרכזיות של הנוירוארגונומיה היא לימוד האופן שבו תפקוד המח קשור לביצוע משימה או עבודה. לשם כך, נעשה שימוש בשיטות דימות עצבי לא פולשניות כדי למדוד סמנים נוירו-פיזיולוגיים ישירים של פעילות מוחית באמצעות אלקטרו-אנצפלוגרפיה של פעילות חשמלית (EEG), מגנטו-אנצפלוגרפיה (MEG) או באמצעות טומוגרפיה עקיפה של פליטת פוזיטרונים (PET) ומדדים נוירו-וסקולריים של פעילות עצבית, לרבות דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI), ספקטרוסקופיה פונקציונלית כמעט-אינפרא-אדום (אנ') (fNIRS), וסונוגרפיה של דופלר טרנסגולגולתי (אנ') (TCD). בדרך כלל, מחקרים נוירוארגונומיים מכוונים ליישום יותר מאשר מחקרים בתחום מדעי המוח הקוגניטיביים הבסיסיים ולרוב דורשים איזון בין סביבות מבוקרות וטבעיות. מחקרים המשתמשים במערכות הדמיה עצביות גדולות (בסדר גודל של חדר) כגון PET, MEG ו-fMRI, מציעים רזולוציה מרחבית וזמנית טובה, אך הדבר בא על חשבון הגבלות על פעולות המשתתפים במחקר. מחקרים מציאותיים יותר עשויים להתבצע באמצעות טכניקות ניידות יותר כגון fNIRS ו-EEG, אשר אף מאפשרות השתתפות בפעולה הנחקרת בפועל (למשל: נהיגה). היתרון הגלום בטכניקות אלו הוא שהן ישימות ורב-תכליתיות יותר, אך הדבר בא על חשבון פשרה בצורה של מספר קטן יותר של אזורים נמדדים ויכולת מצומצמת יותר של צילום פעילות עצבית מאזורי מוח עמוקים יותר. השילוב של ניסויי מעבדה מבוקרים עם תרגום הממצאים להקשרים מציאותיים מאפיין את המחקר בתחום הנוירוארגונומיה.
גרייה עצבית
גרייה עצבית עשויה לשמש הן בנפרד והן בשילוב עם גישות דימות עצבי בחקר המעורבות של אזורי קליפת המח בביצוע משימה. ניתן להשתמש בטכניקות כגון גירוי מגנטי טרנסגולגולתי (אנ') (TMS) וגירוי זרם ישיר טרנסגולגולתי (אנ') (tDCS) כדי לשנות באופן זמני את העוררות של אזורי קליפת המוח. משוער כי גירוי אזור קליפת המוח (במיוחד באמצעות TMS) יכול לשבש או לשפר את תפקוד האזורים, השפעות שעשויות לאפשר לחוקרים לבדוק השערות ספציפיות שקשורות לביצועי אנוש.
ישנם מחקרים אשר עשו שימוש ב-TMS ו-tDCS כדי לשפר מיומנויות קוגניטיביות במהלך משימות. TMS שימש בתחילה לטיפול בהפרעות נוירולוגיות שונות כגון מחלת פרקינסון או דמנציה, אך כיום נמצאים לטכניקה זו שימושים נוספים. ב-TMS, החשמל מועבר דרך סליל מגנטי אשר ממוקם בקרבת הקרקפת של האדם. תוצאות ממחקרים מראות שגירוי מוחי לא פולשני עשוי להוביל לשיפור של כ-20 דקות בביצועי ערנות מתמשכים.[1]
פסיכופיזיולוגיה
מדדים פסיכופיזיולוגיים הם מדדים פיזיולוגיים (לחץ דם, קצב לב, מוליכות עור, כוח אחיזה וכו') המשתנים כחלק מתהליכים פסיכולוגיים. למרות שאינה נחשבת כמדד עצבי ישיר, נוירוארגונומיה מקדמת גם את השימוש בקורלציות בין סימני פעילויות פיזיולוגיות לבין פעילויות עצביות כגון קשב, פעילות מוטורית או תהליכים רגשיים. אמצעים אלה יכולים לשמש בשילוב עם אמצעי דימות עצבי, או כתחליף כאשר אמצעי דימות יקרים מדי, עלולים להוות סכנה, או כשהם בלתי מעשיים. פסיכופיזיולוגיה היא תחום נבדל מנוירוארגונומיה; עם זאת, העקרונות והיעדים של שני התחומים עשויים להיחשב משלימים.
יישומים
הערכת עומס עבודה מנטלי
באמצעות fMRI, ניתן לכמת עומס עבודה מנטלי על פי עלייה בזרימת הדם המוחית באזורים של קליפת המוח הקדם-מצחית (PFC). מחקרי fMRI רבים מראים שיש הפעלת PFC מוגברת במהלך משימת זיכרון עבודה. הערכת ערנות המפעיל והקשב חשובות לא פחות ממדידת עומס עבודה מנטלי. בשימוש ב-TCD (אנ') לניטור מהירות זרימת הדם בעורקים בין-גולגולתיים, נמצא שירידה בזרימת הדם קשורה לירידה בערנות ולדלדול המשאבים הקוגניטיביים.[2]
אוטומציה אדפטיבית
אוטומציה אדפטיבית היא גישה חדשנית ליישום ידע מתחום הנוירוארגונומיה. יישומים כאלה עושים שימוש ביכולת מדידה בזמן אמת של מצבו הקוגניטיבי של המשתמש האנושי, כדי לבצע התאמות במערכת (שינוי פרמטרים, שינוי מצב עבודה, הקצאת מטלות), כך שהביצועים הכוללים של היחידה אדם-מערכת ישתפרו.[3] הזמן הקצר בין הופעת גירוי מסוים לבין הסימן הנמדד באמצעי מדידה נוירוקוגניטיביים (כגון fNIRS ו-EEG) הופך את אותם אמצעי מדידה למתאימים ביותר עבור יישומי אוטומציה אדפטיבית, אשר דורשים כאמור יכולת מדידה של המצב הקוגניטיבי בזמן אמת.
ממשקי מוח מחשב
תחום מחקר מתפתח אשר נקרא ממשקי מוח-מחשב עוסק בשימוש בסוגים שונים של אותות מח כדי להפעיל מכשירים חיצוניים, ללא כל קלט מוטורי מהאדם. ממשקי מח-מחשב מספקים הבטחה לחולים עם יכולות מוטוריות מוגבלות, כגון חולי טרשת אמיוטרופית צידית. כאשר המשתמש עוסק בפעילות מנטלית מסוימת, הוא מייצר פוטנציאל חשמלי מוחי ייחודי אשר ביישומים אלה מעובד ומועבר כאות או פקודה עבור המכשיר החיצוני. ממשקי מח-מחשב שעושים שימוש באותות מ-EEG ו-ERP שימשו להפעלת סינתיסייזרים קוליים ולהזזת זרועות רובוטיות. חקר ממשקי מח-מחשב החל בשנות ה-70 של המאה ה-20 באוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, וההתמקדות הנוכחית שלו היא ביישומים נוירופרוסטטיים.[4]
