《Displays》：Evaluating cognitive skills and performance during multitasking in a real-life training scenario for first responders
编辑推荐：
本研究旨在探讨真实训练场景中，多任务处理如何影响急救人员的绩效与认知负荷。研究人员通过让受试者在黑暗、多层级的线路中导航（主任务）的同时，完成针对注意控制（视觉任务）或工作记忆（算术任务）的次级任务，并收集绩效与生理数据。结果显示，工作记忆任务会显著降低主任务完成效率并增加认知负荷，而注意控制任务则未对主任务绩效产生负面影响，甚至有所提升，但认知负荷同样增加。这揭示了不同认知过程在多任务中的差异性影响，为急救人员的认知训练和操作安全设计提供了关键依据。
在火场、灾难现场等高压环境中，急救人员（First Responders, FRs）是冲在最前线的英雄。他们不仅需要应对瞬息万变的危险环境，还要同时处理来自多种高科技设备和团队沟通的海量信息——这本质上是一种高强度的“多任务处理”（multitasking）挑战。以往的研究多关注于军事或医疗环境下的多任务，但专门针对急救人员在真实训练场景中，其核心认知能力（如注意和工作记忆）如何被多任务影响的研究仍显不足。理解这一点至关重要，因为这直接关系到救援行动的效率，甚至关乎救援人员与被救者的生命安全。为此，一个由西班牙马德里理工大学（Universidad Politécnica de Madrid）领衔的研究团队，进行了一项别开生面的实验，并将研究成果发表在了期刊《Displays》上。
为了探究上述问题，研究人员设计了一项精巧的实验。他们招募了32名经验丰富的急救人员（包括技术人员、消防员、护士和医生），让他们穿戴全套个人防护装备，并配备了能监测心率（HR）、呼吸率（RR）、体表温度（BT）和皮电反应（GSR）的传感器，以及用于呈现视觉任务的Microsoft HoloLens2增强现实眼镜。实验在一个完全黑暗的多层迷宫中展开，主任务是找到出口。实验的关键在于：在迷宫的后半段，受试者需要同时完成一项次级任务。次级任务分为两种类型：一种是考验注意控制的“找最大数”任务（快速识别屏幕上闪现的一组数字中的最大值）；另一种是考验工作记忆的“算术计算”任务（心算多个两位数加减乘除，并找出结果中的最大值）。通过对比受试者单独完成主任务、以及与不同次级任务并发时的完成时间、次级任务正确率以及多项生理指标的变化，研究人员得以精确剖析不同认知需求下的多任务影响。
研究方法的关键技术
本研究采用了现场实验与多模态数据融合的分析方法。首先，构建了一个真实物理训练场景（黑暗多层迷宫）来模拟急救环境。其次，利用可穿戴生理传感设备（Fitbit Versa 2、Zephyr BioModule、Empatica E4）实时、同步采集心率、呼吸率、体温和皮电反应等多维度生理信号。第三，通过增强现实（AR）技术（Microsoft HoloLens2）在受试者视野中无缝呈现并精准控制两种认知次级任务（视觉注意与工作记忆任务）。最后，运用非参数统计检验（Wilcoxon符号秩检验、Mann-Whitney U检验）和序列比对算法（改进的Needleman-Wunsch算法）对行为绩效数据和归一化后的生理数据进行分析，以评估多任务处理的影响。
研究结果
1. 主任务绩效
- •
结论：工作记忆型多任务显著损害了主任务（导航）效率，而注意控制型多任务则未产生负面影响，甚至显示出提升趋势。
- •
依据：与单独执行主任务相比，在执行算术（工作记忆）次级任务时，迷宫后半段的耗时显著增加（p = 8.679e-3*）。而在执行找最大数（注意控制）任务时，耗时略有减少，但差异不显著。具体数据对比可参见文中的。
2. 次级任务绩效
- •
结论：工作记忆任务的完成质量低于注意控制任务。
- •
依据：通过Needleman-Wunsch算法分析，找最大数任务的正确率中位数在65%-75%之间，而算术任务的正确率中位数降至50%-70%，且“超时未答”的比例显著更高（达20%-40%）。绩效对比详见。
3. 生命体征结果
- •
结论：两种多任务条件均引发了显著的生理应激反应，表明认知负荷增加。
- •
依据：无论进行哪种次级任务，受试者的心率（HR）和体表温度（BT）均出现统计学上的显著上升（p < 0.05）。呼吸率（RR）也有上升趋势，但皮电反应（GSR）变化不大。其中，注意控制任务引起的心率和体温上升幅度更大。生理数据汇总可参见文中的。
研究结论与意义
本研究的核心结论是：多任务处理对急救人员的影响并非一成不变，其利弊高度依赖于所调用的核心认知过程。当多任务主要涉及注意控制（如持续监控环境并筛选关键信息）时，急救人员的操作绩效得以维持甚至可能因“任务挑战性”而略有提升，这支持了“多任务错觉”在某些情境下的积极作用。然而，当多任务涉及工作记忆（如心算、信息暂存与处理）时，有限的认知资源迅速被耗尽，导致主、次任务绩效双双下降，这表明发生了认知超载。
更具警示意义的是，尽管注意控制型多任务未损害行为表现，但两种多任务都引发了显著的心率、体温升高等生理应激反应。这揭示了行为绩效与生理负荷之间的“解离”现象：即外在表现可能保持稳定，但身体已承受了更大的内在压力。长期或重复暴露于此，可能对急救人员的健康和工作韧性构成风险。
因此，这项研究的意义远超实验室范畴。它强调，在设计急救培训方案、操作流程或辅助技术（如AR信息显示系统）时，必须精细区分任务对认知资源的需求类型。应尽量避免在关键时刻给急救人员施加需要高强度工作记忆的并发任务。同时，生理信号（如心率、体温）可作为监测认知负荷的客观、实时指标，用于评估训练强度、预警疲劳风险，甚至未来或可结合神经调控技术来主动管理认知负荷。总之，该研究为基于实证的、认知友好的急救人员培训与作业支持系统开发，迈出了关键的第一步。
