现役人员人类能力最佳化：影响军事职业人员认知能力的相关生理因素*

张鑫鹏 贾 卫 蒋伟东 王 哲 马继政

现役人员人类能力最佳化：影响军事职业人员认知能力的相关生理因素*

张鑫鹏 贾 卫 蒋伟东 王 哲 马继政

（陆军工程大学军事基础系军事运动科学研究中心，江苏 南京 211101）

在军事背景下，维持认知和军事职业活动的任务非常重要。通常，需要进行常规训练准备，最佳化发展军事职业人员身体和认知方面的能力，以抵抗可能遇到的多种压力源。一些生理因素对认知能力产生正面或负面影响，从而影响军事职业活动表现。鉴于军事职业活动的多样性和复杂性，充分认识这些职业活动独特的变化机制，可为提高军事训练和部署环境特定的认知能力提供依据和思路。

认知能力；生理因素；军事职业活动

在军事背景下，维持认知和军事职业活动的任务非常重要。军事职业人员面临着特定的认知方面的挑战，包括极端的身心疲劳、高度焦虑、高压力、以及不可预测的外部环境[1]。认知涉及到任务方面的需求，持续关注力或集中注意力，以及快速处理信息。任务需要存储、保留、回忆、识别和应用信息、计划、解决问题、以及监控目标导向的行为。在军事职业活动中，任务需要认知能力，包括常规监视活动、计算为主的任务：控制导弹、无人驾驶飞行器或战斗机器人、以及其他的多样性的军事职业活动[2]。例如在持续性的军事职业活动中，需要精确地控制各种武器。

通常，需要进行常规训练准备，最佳化发展军事职业人员身体和认知方面的能力，以抵抗可能遇到的多种压力源，即现役人员人类能力最佳化：“应用知识、技能和新兴技术，来提高和维持军事人员执行基本任务能力的过程”[3,4]。当前，潜在地影响认知能力的生理因素包括心肺代谢能力、营养、年龄、精神疲劳等。其中心肺代谢、营养在很大程度上是可以改变的，可以通过调控获得最佳化的益处。年龄和疲劳相对固定，在某些情况下是不可避免的[2]。尽管其中一些因素的不利影响是不可避免的，充分认识这些生理因素对认知产生的影响，有助于制定评估策略、设计精准训练计划，从而提高认知和军事职业活动的能力。

1 影响军事职业人员认知能力的生理因素

1.1 人口因素

1.1.1年龄

随着年龄的增长，认知能力的表现趋于下降。尤其是反应速度。进行一些任务式测试，关注和处理速度、简单反应时间、选择反应时间和反应时间，随着年龄的增加而恶化。从最年轻（17-25岁）到年长（30-65岁）年龄组的平均变化幅度分别为9％、14％和18％。对于工作记忆任务，呈现出类似的趋势，与17-25岁年龄组相比，30-65岁反应时间减慢24％。选择反应时间的准确性从17-20岁到56-65岁略微提高（1％），但连续操作任务的准确性未受影响[5]。

年龄是不可避免的因素，其他因素可以缓解年龄对认知的影响。但在老龄化劳动力中，需要持续监测认知能力，以确保维持高性能，特别是对需要快速反应的任务。

1.1.2性别

与年龄一样，性别对认知的影响方面，对于反应时间而言，比准确性更为一致。在注意力和处理速度方面，简单的反应时间，以及连续操作任务，男性速度较快。对于选择反应时间和其他连续操作任务，性别之间几乎没有差异。有研究认为女性连续操作任务的准确性更高，但有研究认为没有差异[6]。性别对工作记忆任务的准确性几乎没有影响，尽管男性在选择性记忆上，以及延迟性代码替换任务表现优于女性，但女性在代码替换任务和Sternberg记忆测试方面更准确一些[7]。

在训练有素人员中，性别并未影响一些军事任务的表现。在射击[8]或飞行模拟方面[9]，男性和女性之间的没有区别。整体上，在认知方面性别间的差异相对较小。

1.2 疲劳

疲劳被限定为多方面，可以是一些孤立的或多方面的整合[2]。包括急性身体或精神上的任务，导致的身体和精神上疲劳、持续性的军事职业活动、以及训练课程（对军事职业人员身体，心理/或情感上需求产生的疲劳）。

1.2.1急性疲劳

急性身体上疲劳对认知表现的影响，与疲劳性任务的持续时间与强度或负荷之间的相互作用有关。持续时间较短的任务对认知能力的影响不大。10min穿梭跑对警戒，工作记忆或射击等任务没有影响[10]。同样，负重30％总体重，10公里步行不影响选择反应时间或警惕任务[11]。荟萃分析研究认为急性体力活动强度轻至中度时，可改善认知，但当活动强度达到难至最大值时，未观察到任何益处[12]。递增跑台实验，前21分钟的体力消耗，提高了工作记忆的准确性，之后与基础值没有差异[13]。2小时跑台行军后，警戒任务的反应时间减慢6％[14]。

增加强度，肌体的负荷增加同样可损害认知的功能。与无负重相比，40kg负重行军警戒任务的反应时间减慢4％，误报的比例增加9％[14]。同样地，负重40公斤进行警戒任务，大量的信号丢失[15]；一次20公里负重行军步枪的射击成绩可变性增加，但对手榴弹投掷没有影响[16]。虽然急性身体疲劳对认知表现的影响基本上是一致的，但在考虑任务的持续时间和负荷时，必须注意高水平的身体方面的能力，可以缓和身体活动对认知的影响，低水平可能恶化。研究表明特种作战人员完成20-km负重行军（负重量34-61kg）[16]或训练有素[17]，执行功能不受影响。相反，对于普通士兵而言，2h负重行军（负重量40kg），执行功能严重受损[14]。

另外，一项研究评定急性精神疲劳对军事能力表现的影响。然而，鉴于对士兵的认知需求不断增加，必须考虑精神引起的疲劳如何影响能力表现。完成49分钟认知任务，并不会影响射击任务的反应时间或整体准确性，但射击判断能力显着降低[18]。已知精神上的疲劳广泛地影响认知过程，包括灵活性，计划和能力方面的控制。因此，确定个体特征，行为或干预措施，从而降低个体疲劳易感性，这方面的研究有用的。

1.2.2持续性军事职业活动

在很大程度上，持续的军事活动引起的身体和精神上综合疲劳不利于认知表现。负重间歇行走36h，简单的反应时间增加了10％，失误次数（过长的反应）增加了11％[19]。间歇行走对数字回忆任务的反应时间或总体准确性没有影响，但是失误次数增加了138％。此外，逻辑推理和解码任务的失误次数也分别增加了10％和9％[19]。96小时的战斗课程，警戒任务的反应时间平均减慢了17％[20]。对即时回忆任务的正确答复数量也减少了18％，延迟回忆任务减少了28％。相反，48小时后语言流畅性得到改善，但此后与基础值无差异[20]。

持续性的军事职业活动，认知表现随着持续时间的增加而趋于恶化。然而，在这些活动中，人员可能面临多种压力因素，这使得难以确定单一压力因素对认知表现的影响程度。尽管研究非常困难，但后继的研究应能够控制多种变量，认识各种因素对认知的影响，可以设计针对性的缓解策略。

1.2.3 慢性疲劳

部署对认知影响较小，能力得到改善，不变和受损，均见报道，但其变化幅度相对较小[2]。前期研究了个体特征的变化情况，该研究评估了生物应激标志物，包括皮质醇、睾酮和α-淀粉酶，以及免疫和炎症的相关因子，通过检查压力适应不良的早期迹象，来预测和发现更容易出现能力下降的个体。在注意力和处理速度的方面，简单和选择反应时间在整个部署中平均提高了4％[21]，但另一项研究中评估了部署前后压力相关的生物标志物的变化，研究认为认知能力受损或未改变[5]。对于简单的反应时间，与部署前相比，部署期间压力相关生物标记的变化较少的人员的能力表现稍慢。出现两种或更多与压力相关的生物标志物的人员的表现没有变化[21]。对于选择反应时间，所有人员在部署期间反应时间减缓。对于工作记忆的任务，尽管幅度较小，部署后的能力得到改善[5,21]，对于视觉再现任务，与非部署人员相比，部署人员下降了8％[22]；在执行功能的方面，与非部署人员相比，部署人员的逻辑推理在一段时间内没有差异，而在的风险中，适应压力适应不良个体反应抑制有所改善，但高危人群受损[21]。

与部署相比，基础战斗训练对认知能力有很大影响。从普通老百姓到向军事职业生活转变的过程中，身心所承受的压力是有益的。在100多名女性学员中，12周的基础战斗训练选择反应时间提高了3％，警惕任务反应时间提高了5％，准确性无变化。工作记忆任务的反应时间提高了5％，正确反应增加了2％[23]。专项的身体训练和认知训练计划可以有效地改善认知能力。基础战斗训练中的身体训练对认知能力的改善较大。身体训练，与之心肺代谢能力的提高，可以提高认知能力。高心肺代谢能力的人体能更好地忍受压力[24]。在认知至关重要的情况下，特别是处在压力期间，改善或保持身体健康似乎很重要。

1.3 生物学因素

1.3.1血液和激素标志物

一些血液和激素标记物有望预测认知和军事任务表现间的差异。最常用评估标志物是应答压力而产生的激素。例如，尽管测量时间存在差异，皮质醇可潜在地用来解释注意力，工作记忆、能力表现的实质性变化。在注意力和处理速度方面，皮质醇与选择反应时间（= 0.54）和正确响应的数量（= -0.49）相关[25]。在工作记忆方面，下午检测的皮质醇水平与正确响应数量（= -0.80）和反应时间（= -0.81）呈负相关[25]。肾上腺素也观察到类似的变化趋势，其中飞行前的浓度与飞行性能呈负相关[26]。皮质醇和肾上腺素由肾上腺分泌的激素，以应对各种应激。这些激素可能和前额皮质和海马变化相关。急性上这些大脑区域相关的行为被改变，慢性升高可以影响大脑形态。

与皮质醇和能力之间的负相关性相反，脱氢表雄酮（DHEA）及其代谢物脱氢表雄酮硫酸盐（DHEAS），应答应激激素-促肾上腺皮质激素，肾上腺皮质分泌的激素，与军事任务的表现正相关。此外，DHEAS和DHEAS与皮质醇的比例可以调节个体对压力的反应[27]，DHEAS似乎能够预防皮质醇介导的能力方面的受损。DHEA（r=0.53）和DHEAS（r =0.46）和夜间水下导航任务的准确性呈正相关[28]。

另外，其他的一些生物标志物也可能和认知能力以及军事职业活动的表现有关，例如短链脂肪酸（Short- chain fatty acids，SCFAs）。SCFAs是链长不等的饱和脂肪酸，碳原子数量从一到六个，是膳食纤维在胃肠道菌群发酵产生的主要代谢产物。在肠道中每天产生大约500-600mmol的SCFA，主要取决于饮食中的纤维含量。乙酸盐（C2）、丙酸盐（C3）和丁酸盐（C4）是人体中最丰富的SCFA。研究认为SCFAs可通过增加脂质氧化，提高的能量消耗，来预防或减弱长期体重增加。另外，研究推SCFAs在微生物群-肠-脑轴具有中介作用[29]。SCFAs可能通过G蛋白偶联受体或组蛋白脱乙酰酶、直接的体液作用、间接激素、免疫途径以及神经途径对大脑发挥作用，从而影响心理功能，对认知产生影响[29]。SCFAs作为潜在的重要的认知能力相关的标志物，但其在军事职业活动中的作用尚缺少研究。

1.3.2心肺代谢

心肺代谢有益于认知，训练可改善或维持最大耗氧量，从而提高认知能力。高心肺代谢能力与连续操作任务快反应时间相关，以及与高工作记忆上准确性相关。一项为期8周的体能训练计划，最大耗氧量提高了5％，改善了注意力（20％），工作记忆（20％）和反应抑制（24％）的表现[30]。身体的适应能力可预测应征入伍者（一年级男性和女性学员）军事能力表现（r =0 .19）[31]。

身体活动与有氧适应能力和认知之间的联系已经确立。有氧运动提高注意力，处理速度，执行功能和记忆力。高有氧适应性可以缓和大脑特定区域和认知控制的网络之间的功能联系。高体适能通过减轻对认知能力有害的其他因素的影响，可间接地提高认知能力，个体可更好地适应压力源和任务需求。例如，高体适能对极端军事训练的压力反应降低。在热环境下，具有高有氧能力的个体，能够更好地耐受高的核心体温，并且受精神疲劳的影响较小。需要持续维持有氧健康，停止身体训练仅4周后，执行功能任务的反应时间受损[32]。为了优化认知表现，应该在所有军事人员中进行常规的身体训练，重点应改善有氧能力[33]。

1.4 营养

长期食用限量食物导致的营养不良，以及摄入低流质饮食引起的脱水，都会削弱认知能力。这两种情况，认知表现的变化可能与受损的神经传递有关。对于营养不良，与能量限制相比，认知的变化与个体血浆氨基酸浓度的变化更紧密[34]。与认知有关的氨基酸，如色氨酸和酪氨酸神经递质的合成中非常重要，补充这些氨基酸可以改善认知，特别是在压力期间[35]。

对于脱水，神经传递的损害主要与体内电解质浓度的变化有关。脱水可以激活下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴，放大与压力相关的认知障碍[36]。在考虑防止营养不足或脱水引起的认知缺陷的策略时，应考虑这些微妙之处。在营养不足的时期，应优先考虑富含蛋白质和碳水化合物的饮食，其中含有足够水平的氨基酸，可合成参与认知功能的神经递质。如果无法提供足够的饮食，值得在进行部署前进行补充。在涉及脱水的情况下，例如，使用能量饮料的再水化，对于流体和电解质的组合可能是有利的，可有效地恢复脱水后的认知和身体能力方面的表现，并在身体和/或精神疲劳时提高能力表现[2]。

2 小结与建议

一些生理因素对认知能力产生正面或负面影响。增加或维持有氧心肺代谢能力会直接影响认知，并提高适应其他压力源的能力。在神经传递方面，保持适当的饮食和水合状态可有效确保的大脑功能。

通过认识影响认知的生理因素，结合其他身体，心理和环境因素，军事职业人员可以更全面面对潜在的压力进行准备。此外，鉴于军事职业活动的多样性和复杂性，充分认识这些职业活动独特的变化机制，可为提高军事训练和部署环境特定的认知能力提供依据和思路。

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On the Optimization of the Human Ability of Active Duty Personnel--the Affected Physiological Factors Related to the Cognitive Ability of Military Professionals

ZHANG Xinpeng, etal.

(Army Engineering University of PLA, Nanjing 211101, Jiangsu, China)

解放军理工大学预先研究基金重点课题（KYJYZLXY1602-9）；全军军事类研究生资助课题（2016JY374）。

张鑫鹏（1988—），硕士生，研究方向：运动能力分析。

马继政（1971—），博士，教授，研究：军事运动训练。