我们的觉醒状态 - 恐惧，激动或平静 - 会严重影响我们在现实世界动态环境中做出最佳决策，判断和行动的能力。

想象一下，例如，走过平衡木。你的表现 - 横梁上的速度以及穿越横梁的几率而不会脱落 - 如果光束离地面只有六英寸而且你在60英尺高的横梁上放松而不是恐怖的，你的表现会更好。为了让你保持在最佳性能区域，你的觉醒需要处于中等水平，而不是那么高，以至于它会让你超越边缘。

哥伦比亚工程公司的生物医学工程师首次表明，他们可以使用在线神经反馈修改个人的觉醒状态，以提高苛刻的感觉运动任务的性能，例如飞机或在次优条件下驾驶。研究人员使用脑计算机界面(BCI)通过脑电图(EEG)实时监测研究参与者从事虚拟现实航空导航任务时的唤醒状态。该系统产生神经反馈信号，帮助参与者在特别困难的飞行情况下减少他们的觉醒，从而提高参与者的表现。该研究于今天由美国国家科学院院刊发表。

“无论你是棒球击球手还是股票交易员还是战斗机飞行员，无论你是如何进入该区域的整个问题，一直是一个有趣的问题，”生物医学工程(BME)教授Paul Sajda说道。工程学和放射学，谁领导了这项研究。“我们的工作表明，我们可以利用我们自己的大脑活动产生的反馈来改变我们的觉醒状态，从而显着改善我们在困难任务中的表现 - 这样我们就可以击中本垒打或降落在载体甲板上而不会崩溃。”

研究中的20名受试者沉浸在虚拟现实场景中，他们必须通过矩形边界导航模拟飞机。被称为边界避免任务，这种苛刻的感觉 - 运动任务模型创造了认知压力，例如每30秒使箱子变窄，升级唤醒并迅速导致任务失败 - 丢失或撞到边界。但是当研究人员使用神经反馈时，受试者做得更好，能够在执行需要高水平视觉和运动协调的困难任务时飞行更长时间。

每次新的飞行尝试都会随机分配三种反馈条件(BCI，假，沉默)。在BCI条件下，受试者听到低速合成心跳的声音，该声音作为从EEG解码的推断的任务依赖性唤醒水平的函数连续调节响度。唤醒水平越高，反馈越响，反之亦然。参与者在BCI条件下的任务表现，以受试者在失败前可以导航的时间和距离来衡量，增加了大约20%。

“瞳孔扩张和心率变异性的同时测量表明，神经反馈确实减少了觉醒，导致受试者保持平静，超出了他们通常会失败的程度，”该研究的主要作者，博士后研究科学家Josef Faller说。在BME。“我们的工作是BCI系统的首次演示，该系统使用在线神经反馈来根据Yerkes-Dodson定律改变唤醒状态并改善任务性能。”

Yerkes-Dodson定律是行为心理学中关于唤醒与表现之间关系的成熟且深入研究的法律。它建立于1908年，它假定唤醒和任务表现之间存在反向关系，即在特定任务中存在一种最佳行为表现的唤醒状态。在这项新的研究中，研究人员表明他们可以实时使用神经反馈来将个体的觉醒从Yerkes-Dodson曲线的右侧向左移动，从而改善性能状态。

“我们的新方法令人兴奋的是，它适用于不同的任务领域，”Sajda补充说。“这包括使用自我调节作为针对性治疗的临床应用，例如精神疾病。”

研究人员正在研究神经反馈如何用于调节创伤后应激障碍等临床症状的唤醒和情绪。当机器人和人类在高压力情况下如救援一起工作时，他们还在探索如何使用唤醒和认知控制的在线监控来告知人员代理团队。如果机器人有关于人类觉醒状态的信息，它可以选择其任务，以减少其队友的觉醒，将她/他推入理想的表演区。

“良好的人力资源团队，如海军海豹突击队，已经做到了这一点，但这是因为人类代理人可以阅读队友的面部表情，声音模式等来推断觉醒和压力水平，”Sajda说。“我们设想我们的系统不仅是一种更好的方式来传达这种类型的信息，而且更多地是一种机器人代理。”