幾乎每位父母都會對如下場景感同身受，尤其是在新冠疫情期間: 傍晚，漫長的工作日終于結(jié)束，你正在準(zhǔn)備晚餐，卻舉步維艱，就像冒著暴風(fēng)雪在做飯——孩子們在大哭，爐子上煮的意面快要溢鍋，你等了很久的工作面試電話也在響個不停，這時門鈴響了——而你是家里唯一的成年人。
讓我們設(shè)想一下，此時在一片狼藉中，有人走過來對你說: “嘿，我這兒有些巧克力。我可以現(xiàn)在給你這塊巧克力以及5美元，或者，如果你再等半個小時，我就給你這塊巧克力以及10美元?！贝藭r，你正試圖盡量溫柔地放輕動作，把一個蹣跚學(xué)步的孩子從腿上扯開，同時伸手去關(guān)爐子……你說: “把巧克力和5美元放在臺子上，然后離開?！笨焖僮鞒鲞@個決定意味著需要考慮的事少了一件，同時廚房里也少了一個人。你沒時間去做看似更好的選擇——只要多等一會兒，就能得到同樣的巧克力和兩倍的錢。
現(xiàn)在讓我們構(gòu)想一些能夠幫你減輕負荷的支持系統(tǒng)：想象一種爐灶，在感應(yīng)到表面濺落沸水時會自動停止加熱；想象一個電子語音助手，會在電話鈴響三聲后自動應(yīng)答“對不起，我暫時沒空，請五分鐘后再撥”；一個電子傳感器門鈴，自帶“謝絕推銷”的錄音（可能背景音中還有狗叫聲） ；至于那些孩子們……好吧，盡管目前還沒有解決這個問題的技術(shù)，但是把其余事務(wù)都交給電子技術(shù)來支持之后，你就可以冷靜地做出決定，比如延遲滿足巧克力需求，并且獲得雙倍的錢。
能使用小工具來卸下精神負擔(dān)的人群，并非只有精疲力盡的家長們。一項研究要求被試飛行員在模擬飛行過程中，每次聽到危機警報就按下按鈕；在超過三分之一的情況里，被試沒有記錄下警報，相比警報本身，這種現(xiàn)象更令人擔(dān)憂。研究人員繼而對同一批飛行員進行了腦電圖（Electroencephalograms, EEGs）觀測。腦電研究的發(fā)現(xiàn)表明，在飛行場景中，被試必須高度緊繃注意力，因此造成了認知瓶頸，即使是緊急的警報聲也難以突破這種瓶頸。
神經(jīng)工程學(xué)研究者們致力于打破這種混亂局面。他們正在關(guān)注注意力、執(zhí)行功能、情緒和心境波動時身體所發(fā)生的變化，甚至評估我們的各項生理反應(yīng)為了協(xié)同工作而發(fā)生變化的方式。
這一領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究首先試圖改善飛行等安全領(lǐng)域的境況，在這些領(lǐng)域，人為錯誤可能在現(xiàn)實中釀成悲劇。研究者們使用神經(jīng)科學(xué)的手段來理解腦的工作機制，以及它有時產(chǎn)生災(zāi)難性的錯誤或遺漏的原因，比如忽略了響亮而持續(xù)的警報聲。一旦理解這些機制，就能使用機器以查漏補缺，并與它們的人類“伙伴”合作以減輕負擔(dān)，防止不良后果。
我們的認知資源是有限的，因此需要機器的幫助。人腦并不是永不停息、日夜飛轉(zhuǎn)的信息處理器，而是一個有機結(jié)構(gòu)，就像一棵橡樹或一只企鵝；它的能力是有限的，只能獲得有限的能量，認知負荷即是指在做決定或完成一項任務(wù)時所使用資源的數(shù)量。
在此前提下，對于資源分配的評估系統(tǒng)位于腦的前部——前額葉皮層。N-back 任務(wù)能夠輕易激惹出前額葉在高壓下的超負荷狀態(tài)，因為它給工作記憶帶來了很大的挑戰(zhàn)。工作記憶是我們從短時記憶中緩存信息（比如正準(zhǔn)備加入的Zoom會議密碼）的地方。在 N-back 任務(wù)中，被試必須嘗試記住，他們是否見過序列中的一些符號。當(dāng)序列中只有一個符號時，完成任務(wù)是很容易的，但是隨著符號數(shù)量的增加，前額葉皮層逐漸達到極限，效率也開始變低。有研究表明，當(dāng)序列中的 “n ”（即序列長度）達到7時，前額葉皮層就會舉手投降，其結(jié)果自然是決策崩潰。
這就是為什么當(dāng)超負荷的時候，我們會做出更沖動的決定，而無法像理想狀態(tài)那樣，三思而后行。
我們都經(jīng)歷過這種認知超負荷的感覺：由于注意力、記憶力和執(zhí)行功能耗能，我們完全沒有余裕，直接宕機，開始錯過重點、放棄計劃，并且犯下致命的錯誤。
今天，我們正經(jīng)歷著整個人類都前所未有的超負荷狀態(tài)。只有上了年紀(jì)的人才會記得曾有過這樣一個時代: 大多數(shù)人在周五下午5點結(jié)束工作，通常到下周一早上才會再次開始。而這個時代早已遠去?，F(xiàn)如今，拜電子郵件、短信和社交媒體所賜，我們的個人空間，甚至口袋，都被同事侵占。不僅僅是工作伙伴，來自世界各地的人們也總是在我們的空間里，隨之而來的是手機上的各種信息超載涌入我們的大腦。
我們可以從神經(jīng)工程學(xué)的角度尋找減輕這種負擔(dān)的方法，比如使用模擬、數(shù)字以及身體設(shè)備等。盡管這些小玩意兒本是超負荷狀態(tài)的罪魁禍?zhǔn)祝鼈円膊豢苫蛉钡販p少了現(xiàn)代世界對人的消耗。
小工具將世世代代的人類從手動計時的精神負擔(dān)中解放出來
雖然現(xiàn)代研究已經(jīng)可以使用相對精密復(fù)雜的小工具來精確定位腦電波切換模式或心電圖上升的位置，但通常而言，無需技術(shù)輔助，我們就能知道自己的腦什么時候會自動應(yīng)用符合神經(jīng)工程學(xué)的支持體系。
這個支持系統(tǒng)并不一定是機器。研究表明，在戀愛、工作或是學(xué)習(xí)上存在關(guān)聯(lián)的人們之間，腦電波會表現(xiàn)出同步性，產(chǎn)生時間性共振。在2021年舉辦的慕尼黑神經(jīng)工程學(xué)會議上，一項研究表明，這種同步性不只在腦電波上顯現(xiàn)。研究者稱，他們發(fā)現(xiàn)在同一間教室里聽同一堂課的學(xué)生與在不同教室里聽這堂課的學(xué)生相比，在心率和皮電反應(yīng)上出現(xiàn)了同步性。對此他們得出的結(jié)論是，這些測量手段可以用來表征學(xué)生在什么時候?qū)φn程失去了注意力。但是研究結(jié)果也表明，只有當(dāng)眾多思維聚集在同一個知識共同體中，且在這個共同體中分擔(dān)任務(wù)能為作出決策和解決問題創(chuàng)造更多集體空間時，才會出現(xiàn)這種同步性。
集體思維這一概念指的是，像我們這樣的社會物種默認以一眾聰明的大腦，而不是一個聰明的頭腦，去完成所有工作，進化將我們設(shè)定成了總是協(xié)同運作的模式。這一觀點早已有之。Steven Sloman 在《知識的錯覺: 為什么我們從未獨立思考》（The Knowledge Illusion: Why We Never Think Alone，2017）中與另外兩位合著者最近提出，當(dāng)我們在使用自己的腦時，會依賴于來自其他腦的內(nèi)容——他們稱之為“知識共同體”。
他們提出的一種觀點是，我們在解決問題、決策甚至記憶等方面相互依賴。這種依賴性意味著我們經(jīng)常將信息外包，依靠與他人溝通獲取需要的信息，而不是自己掌握它。他們強調(diào)，我們的腦持續(xù)地與其他腦相連，不只是身邊的腦，還跨越時間和空間（正如你我現(xiàn)在正在相連） 地從其他腦處獲取信息，并將它們整合成自己的東西。我們甚至可以從千年前的人處獲得靈感，只要他們留下過只言片語。
當(dāng)我們把彼此間交換收集的知識串整合成一個多數(shù)人可以共同識別的社會模式時，文化便產(chǎn)生了。文化可能既是一種恩賜，又是一種負擔(dān)。Cecilia Heyes是牛津大學(xué)萬靈學(xué)院的理論生命科學(xué)高級研究員，也是《認知工具: 文化進化心理學(xué)》（Cognitive Gadgets: The Cultural Evolution of Thinking，2018）一書的作者。在為Aeon 撰寫的一篇文章中，她認為人類并非天生就具有某些被視作本能的社會性行為，但確實生而具備了記憶、注意和識別模式等工具，來學(xué)習(xí)這些行為?？梢哉f，自然進化為我們提供了基本的工具包，而文化則利用這些工具來賦予我們社會技能，并且每種文化都有其特定的、獨特的塑造方式。
Heyes 使用了達爾文主義的術(shù)語來描述這個過程，在這個過程中，一些被塑造出的社會習(xí)性“變體”在特定的環(huán)境中生存下來，而另一些則逐漸消失。那些留存下來的變體可以通過“社會學(xué)習(xí)”繼續(xù)傳遞下去。
減輕認知負擔(dān)，我們就能有更多的時間用于仔細思考，從而引入解決問題的最佳工具
她將我們維持社會生活所需要的腦功能稱為社會習(xí)得而并非與生俱來的“認知工具”。她認為，利用這些天賦的工具可以構(gòu)建出增進社會性的小技能，比如社會發(fā)展的基礎(chǔ)——模仿他人。這類小技巧可能是某種人體自發(fā)的神經(jīng)工程學(xué)捷徑，因為學(xué)會模仿他人后，在別人微笑時，我們就不必每次重新學(xué)習(xí)其含義再作出反應(yīng)——這種自動化現(xiàn)象為其它認知過程節(jié)省了腦空間。
當(dāng)一起做某件事時——無論是散步、做飯還是吃飯——我們也參與到彼此的思想中，而且?guī)缀醪豢杀苊獾兀覀儠窒硭枷氲膬?nèi)容，比如疑問、夢想和快樂。當(dāng)這種分享是健康的，我們就能獲得支持、頓悟或者由衷的快樂作為回報。在這個人與人的系統(tǒng)中，我們通過邀請其他腦參與解決問題來卸下一些認知負擔(dān)，得到有用的經(jīng)驗去理解問題；或者單純通過訴說情緒以減輕負擔(dān)。
Heyes認為，如果她所謂的“小技巧理論”是正確的，就可以由此推出，在文化實踐中使用這些小技巧能夠“激發(fā)我們心智能力快速完成文化進化”。
定制的腦
這個預(yù)測似乎已經(jīng)被證實：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，認知測試分?jǐn)?shù)發(fā)生了一些明顯的變化。許多人認為智商這一概念是真實存在的，并且其在一生中可能是相對穩(wěn)定的，就這兩點，在我的書《定制的腦》（The Tailored Brain，2021）中，我都提出了質(zhì)疑。多年以來，智商已被證明是一個十分不穩(wěn)定的指標(biāo)，極容易受到測試動機、社會經(jīng)濟地位、收入差距和教育水平等因素的影響。一個關(guān)鍵例子就是弗林效應(yīng)（譯者注：Flynn effect，指智商測試結(jié)果的平均分?jǐn)?shù)逐年增高這一現(xiàn)象），它似乎證實了這樣一個預(yù)測，即認知工具可能會激發(fā)我們心智能力的快速變化。
弗林效應(yīng)由已故的新西蘭智力研究學(xué)者詹姆斯 · 弗林提出，是現(xiàn)代社會中出現(xiàn)的一種變化。他發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)中葉的短短數(shù)十年里，全國人民平均智商得分大幅上升，幾乎都處在“天才”之列。弗林認為，也許在新式教育方法的激勵下，現(xiàn)代社會對解決問題的要求變高了，人們的能力也相應(yīng)變高，這或許可以解釋為什么這一兩代人在智商測試中獲得更高的分?jǐn)?shù)。無論我們在成長過程中，使用這些真實世界的認知工具打磨出了什么樣的天生工具，它們都會互相作用，形成通用的定性特征。
技術(shù)的另一個作用是解放我們的認知空間（除非你每天查看社交媒體5000次）。例如，我們無須再將工作記憶用于編碼電話號碼、地圖方向甚至日常安排。而認知負擔(dān)減少了，或許就能有更多的時間用于進行篤定的、慎重的思考以最大程度上利用好我們的問題解決能力，避免錯誤。
一些研究表明，與得分較低的人相比，智商測試得分較高的人可以承載更大的認知負荷。原因之一可能是高智商分?jǐn)?shù)本就與更高的處理效率有關(guān)，而更高的效率意味著使用更少的認知資源。如果我們的高科技小工具能以類似的思路提高我們的認知效率并且確保更大的認知儲備，那么我們就已經(jīng)是人機系統(tǒng)的一部分了——未來已經(jīng)到來。
事實上，這些高科技小玩意兒早就無處不在。要避免犯下極其嚴(yán)重且代價高昂的錯誤，關(guān)鍵是要保持注意以及避免走神。研究表明，當(dāng)我們不夠集中時，前額葉皮層的活動水平下降，而前額葉皮層是人類大腦趨于成熟和深思熟慮等能力之所在。專家們提出了三種可能的方法來保持這一腦區(qū)的活躍，防止其崩壞：一種是調(diào)整完成任務(wù)的方式，即調(diào)整“用戶界面”; 二是修改任務(wù)本身，從認知上減輕它所造成的負擔(dān); 三是在用戶即將做出崩壞決策時予以警告，以便他們重新做出正確的判斷。
用來減輕認知負擔(dān)的各類電子產(chǎn)品已然大行其道，無論它們是否采用了高科技。日程提醒就是在記憶存儲空間超負荷時順利度日的一種方法。我一般會為每個活動設(shè)置三個郵件提醒——提前兩天一個，提前一天一個，提前半小時最后一個——這樣我才不會忘記重要的會議。
不過就像那些沒有聽到警報聲的飛行員一樣，有時我也會注意不到這些電子郵件提醒，所以我又增加了另一個步驟: 把最新的電子郵件提醒移到收件箱的頂部，并將其標(biāo)記為未讀，這樣這個提醒就會大寫加粗。盡管我已經(jīng)讀了三十年電子郵件了，“未讀”這兩個字仍然會吸引我的全部注意力。在參加完會議之前，我會不斷地看到黑體字的“未讀”電子郵件，并對此感到警醒。至少對我來說，這種神經(jīng)工程學(xué)的策略可以把我從當(dāng)下的精神狀態(tài)中（走神或者專注于工作以至于忘記了時間）拉出來 ，刺激我的神經(jīng)活動，這樣我就能表現(xiàn)得更好并且不會錯過會議。用學(xué)術(shù)行話來說，我已經(jīng)“調(diào)整了用戶界面”。
我們也可以通過調(diào)整日常事務(wù)以減少認知負荷。一種策略是把高需求活動變得更機械化，比如每天午餐都吃同樣的東西；另一個策略是限制在短時間內(nèi)需要做的決定數(shù)量，比如提前一晚搭好明早的衣服，而不是在第二天早上一邊忙著送孩子上學(xué)一邊挑選。我們能夠使用的最直接的神經(jīng)調(diào)控手段之一，就是在空閑的時間窗口中分配任務(wù)以避免堆積。如果在一個悠閑的禮拜天下午做好一周晚餐能避免你在接下來的五個夜晚“在廚房里忙得不可開交”，那么這就可能是一個值得一試的調(diào)整。
最大的風(fēng)險與“腦劫持”有關(guān)，即現(xiàn)實世界中的小工具反而打開了惡行的潘多拉魔盒。
除了建立個人維持體面和節(jié)約腦力方面的保護支持，我們也可以嘗試拓展腦容量。對我們大多數(shù)人而言，體育鍛煉是個易于嘗試的方法。2021年神經(jīng)工程學(xué)大會上發(fā)表的一項研究表明，對于年輕男性來說，單腿蹬踏運動能夠增加腦前額葉皮層的氧合作用，與他們之后執(zhí)行功能測試中即時獲得更好的表現(xiàn)相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)與其它研究結(jié)果一致，可推廣到各類被試，包括更多的年輕人和老年人。有證據(jù)表明，一種分子的增加促進了神經(jīng)元之間新連接的生長，可能利于血液流動和氧氣輸送。因此認知處理過程變得更高效，認知負荷也隨之減少。
我們甚至可以對自己進行神經(jīng)工程學(xué)研究，從而獲得一個內(nèi)在的觀察窗口以了解在超負荷條件下身體發(fā)生了什么變化。這些信息目前還不足以提示我們何時瀕臨決策崩潰，但那一天可能很快就會到來。
“可穿戴設(shè)備”，如智能手表、運動手環(huán)等，已經(jīng)可以監(jiān)測心率的變化和變異，這兩項指標(biāo)都會隨著認知負荷而變化。很顯然，當(dāng)超負荷時，心率就會上升。最近我曾在危險的冰雪路況中駕駛了數(shù)小時，可穿戴設(shè)備顯示，我的心率每分鐘都提高一些，并且在那段焦慮的旅程中持續(xù)上升。研究表明，心率變異性在超負荷狀態(tài)下呈下降趨勢，這反映出我們減少了針對外界輸入刺激變化的靈活調(diào)整。這種反饋的商業(yè)化使用還處于早期階段，但那個通過手腕上的小工具以洞察內(nèi)心狀態(tài)的階段已經(jīng)離我們越來越近。
這些測量手段目前主要實際應(yīng)用于各種重大任務(wù)的關(guān)鍵階段。有研究評估了在執(zhí)行火星任務(wù)期間 NASA 控制室的工作人員使用這些裝置的情況，這些任務(wù)控制人員必須在26分鐘的信號延遲時間內(nèi)與探測車進行指令交接。在最初的90個火星日（1火星日 = 24小時40分鐘）中 ，工作人員按照排班向探測車發(fā)送指令并下載其信息，而每天的工作時間都是不固定的?；鹦侨蘸偷厍蛉罩g的不匹配造成了這種不固定：這個星期的某天早上8點，在下一個星期就要遲5小時，所以生活在地球上卻不得不過火星時間的人類可能會陷入混亂。于是在每兩次通訊之間，團隊必須提前計劃在下一次通信時向探測車發(fā)送哪些任務(wù)——可能是個多達數(shù)百條命令的列表。據(jù)估計，任何一個小疏漏就可能浪費4億美元。
當(dāng)?shù)貢r間2022年4月27日，美國國家航空航天局（NASA）宣布機智號火星直升機發(fā)現(xiàn)了幫助NASA毅力號火星車著陸的設(shè)備，包括降落傘及在深空和著陸過程中保護火星車的錐形背罩。4月19日，在機智號第26次火星飛行中，它以空中視角拍下了10張彩色照片。
其中一些任務(wù)可以通過機器來自動化，但仍有相當(dāng)一部分需要靠人工。因此，為了提前發(fā)現(xiàn)可能存在的認知疲勞以減少潛在的失誤，監(jiān)測控制室工作人員的生理狀況是有必要的。
為了有朝一日能開發(fā)出這樣的精準(zhǔn)監(jiān)測工具，研究人員列出了包含28項指標(biāo)的“工作負荷測量矩陣”，可以用來識別與錯誤傾向性條件相關(guān)的行為模式，這些指標(biāo)包括心率變異性，眨眼頻率，言語模式，擴瞳程度和腦電圖記錄。盡管這個模型仍是一個進展中的工作，但在構(gòu)想中，算法能夠獲取這些信息，并及時調(diào)整“人-機器人”團隊中人工的工作負荷量。
盡管個人用戶并非 NASA工作人員，但是也可以獲得一些相同的指標(biāo)。有團隊正在為師生研制用于檢測體溫、心率和皮電變化的可穿戴設(shè)備，目的是提高個體對其學(xué)習(xí)習(xí)慣的覺察，并追蹤以提供有助于減輕學(xué)習(xí)負擔(dān)的調(diào)整策略等；對于教師而言，目的則是了解學(xué)生的參與度以及專注度。
通過審慎且充分的準(zhǔn)備，我們可以強調(diào)腦機接口和腦腦接口的好處。想象一下未來，機器將我們的認知工具和記憶聯(lián)通起來，我們因此能夠跨越彼此之間的認知鴻溝，真正體會到作為另一個人的感受。當(dāng)記憶開始消逝或有待考證時，將其存儲到外部并傳輸?shù)搅硪粋€腦很可能成為一種保存方法。這將是一個連接逝者之腦、存續(xù)先祖回憶的全新方法。
這些設(shè)想中也有一些可怕的隱患。一個由腦機接口和人機合作組成的世界會造成很多顧慮，其中最大的風(fēng)險是“腦劫持”，即這些現(xiàn)實世界中的小工具可能會讓別有用心之人得以讀取我們思想、發(fā)現(xiàn)我們脆弱時刻并加以利用。此外，考慮到利用這些技術(shù)的居心好壞，容易受到不利影響的弱勢群體，以及可以從中大肆牟利的群體等，這些技術(shù)可能會招致更多不公。
正如Heyes所假設(shè)的，我們可能會本能地進化、調(diào)整和重構(gòu)自己的認知工具，但其中那些雙刃劍般的工具更需要關(guān)注和警惕。人類為防止技術(shù)濫用和過度開發(fā)設(shè)定邊界的進程，總是滯后于技術(shù)本身的發(fā)展，即使我們有足夠的集體意志力去改變這一情況，也常常重蹈覆轍。因此我們很難樂觀地看待這些龐大到失控的力量。但必須記住，人類的樂觀主義本身就是一種有力工具，盡管它和我們所能使用的其它工具一樣，也需要戴著鐐銬揮舞。
*本文原載Aeon.cn，原文鏈接https://aeon.co/essays/how-might-neuroergonomics-help-us-deal-with-mental-overload，作者Emily Willingham?是一名美國作家，著有《修剪過的大腦:從克他命到酮類再到伴侶》（2021）。
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