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Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad Ángel Correa Torres Página 2 de 132 Neuroergonomía Esta obra está publicada bajo una licencia de Creative Commons de Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0). Cualquier persona puede compartir (copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato) y adaptar (remezclar, transformar y crear a partir del material), bajo las condiciones siguientes: reconocimiento (se debe reconocer adecuadamente la autoría, proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se han realizado cambios) y no se puede utilizar el material para una finalidad comercial. Cómo citar este documento: Correa, A. (2018). Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad. Universidad de Granada. 1ª Edición: Granada, 2018 ISBN: 978-84-09-05245-5 Neuroergonomía: una ciencia sobre el cerebro y la comodidad Ángel Correa Torres Portada: "Cerebro acomodado", de Ángel Correa (cerebro cortesía de María Ruz) https://www.ugr.es/~act Página 3 de 132 Neuroergonomía Prefacio José Juan Cañas Delgado Los ergónomos hacemos investigación en el laboratorio y fuera de él, pero siempre con un mismo objetivo: solucionar problemas a los que se enfrenta el ser humano en su interacción con el ambiente. A los ergónomos nos guían los problemas que las personas encuentran en su trabajo y en la vida cotidiana, sobre todo cuando tienen que interactuar con tecnologías. Para hacer nuestro trabajo utilizamos todo el conocimiento y todas las metodologías que sean necesarias para abordar la solución de los problemas que la sociedad nos plantea. Por esta razón, nos gusta decir que la Ergonomía es un buen ejemplo de lo que significa la “Transferencia de Investigación”, lo que significa la unión de las tres letras que forman lo que llamamos I+D+i: en Ergonomía la Investigación está estrechamente unida al Desarrollo y la Innovación y se hace siempre en función de ellos. Esta definición de Ergonomía como una disciplina de I+D+i tiene muchas consecuencias prácticas y teóricas, pero sobre todo supone un planteamiento pedagógico importante: a los alumnos que estudian Ergonomía hay que exponerles los temas en el contexto de la solución de problemas. Por ello, en un texto pensado para explicar los fundamentos de la Ergonomía a los alumnos el eje que vertebre el temario debe de ser el de los problemas de interacción entre la persona y el ambiente que queremos solucionar y no las teorías psicológicas, sociológicas o de cualquier otra ciencia. Para el ergónomo la ciencia es instrumental. La validez de una teoría o de una metodología se define y se mide por su capacidad para solucionar problemas en el diseño de la interacción entre el ser humano y los elementos del ambiente. Podríamos decir que la prueba de verdad de una teoría en Ergonomía es su validez para solucionar problemas. Con esta visión de disciplina de I+D+i, la Ergonomía ha ido desarrollándose a lo largo del último siglo incorporando muchas aproximaciones que han servido para crear un corpus de herramientas que el ergónomo puede usar para resolver los problemas a los que se enfrenta. De todas estas aproximaciones debemos destacar una que recientemente está recibiendo mucha atención por sus resultados prometedores y, sobre todo por la posibilidad técnica para ponerla en prácticas en los ambientes aplicados fuera del laboratorio. Esta aproximación es la Neuroergonomía. La Neuroergonomía significa fundamentalmente reconocer que los conocimientos que tenemos sobre los correlatos neurológicos de la interacción de la persona con el ambiente pueden ser útiles para intervenir en dicha interacción. Gracias a los avances tecnológicos actuales ahora es posible utilizar equipos de registros psicofisiológicos fuera del Página 4 de 132 Neuroergonomía laboratorio para explicar y predecir la conducta de una persona en un contexto real de interacción con el ambiente. Las reticencias que los ergónomos hemos tenido para aplicar los conocimientos de la Neurociencia en nuestro trabajo se han debido fundamentalmente a que nunca hemos querido trabajar alejándonos de los contextos reales en los que se dan los fenómenos que nos interesan. Si el uso de una metodología nos obliga a alejarnos de los contexto natural donde se dan los fenómenos, esa metodología no nos sirve. Una metodología que se pueda usar solo en el laboratorio en un contexto no real no puede ser útil para estudiar fenómenos en el contexto real. La razón fundamental que justifica nuestra postura metodológica es nuestra defensa de una idea metateórica básica: la conducta del ser humano es dependiente del contexto. La experiencia diaria en nuestro trabajo nos dice que cuando intentamos trasladar el conocimiento obtenido en condiciones controladas en un laboratorio ese conocimiento no siempre sirve para explicar la conducta humana en el contexto real donde la persona interactúa con en el ambiente. Afortunadamente, los desarrollos tecnológicos en las técnicas de registros de parámetros neurofisiológicos están permitiendo crear herramientas de investigación que puedan ser utilizadas en los contextos reales. Estos avances tecnológicos son los que ahora nos permiten hablar de Neuroergonomía. Cada vez más los ergónomos disponemos de herramientas de investigación y aplicación con las que se pueden ahora medir muchas variables neurológicas en ambientes aplicados fuera del laboratorio. De esta manera, la Neuroergonomía se está convirtiendo en una disciplina con posibilidades reales para ser aplicada en nuestro trabajo diario. Las dos aportaciones más importantes que la Neuroergonomía puede hacer a nuestro trabajo son: 1. El conocer los correlatos neurológicos de la conducta de las personas en interacción con el ambiente nos puede permitir explicar y predecir mejor los fenómenos que los ergónomos estudiamos. 2. La medición de índices neurológicos on-line durante la realización de las tareas en los ambientes aplicados nos permitirá proponer medidas para evitar los efectos negativos de esta interacción. Considerando todo esto, creo muy importante que los alumnos a los que se les introduce en la disciplina que llamamos Ergonomía dispongan de un texto sobre Neuroergonomía que esté articulado entorno a algunos problemas a los que los ergónomos nos enfrentamos. De esta manera, los alumnos pueden aprender que la Neuroergonomía es una disciplina que soluciona problemas. Además, con este texto, los alumnos aprenderán Página 5 de 132 Neuroergonomía como el desarrollo metodológico y tecnológico actual nos permiten abordar esta solución de problemas con los conocimientos y metodologías de las Neurociencias. Por esta razón, celebro la aparición de este libro que hasta mi conocimiento es el primero que se publica en español sobre Neuroergonomía. Estoy seguro de que los alumnos y los profesionales de la Ergonomía en el ámbito hispano se beneficiarán de su publicación. Granada, 8 de Octubre de 2018 Página 6 de 132 Neuroergonomía Índice general Capítulo 1. Introducción a la Neuroergonomía 11 Capítulo 2. Vigilancia 32 Capítulo 3. Efectos del trabajo por turnos en la salud de las personas mayores 49 Capítulo 4. Diseño de una aplicación para combatir la carga mental en estudiantes universitarios 63 Capítulo 5. Potenciación cognitiva en el envejecimiento mediante estimulación transcraneal directa por corriente continua 80 Capítulo 6. Introducción a las Interfaces Cerebro-Computadora 97 Capítulo 7. Rehabilitación de pacientes con daño cerebral asistida por robots 113 Glosario de términos 129 Página 7 de 132 Neuroergonomía Listado de autores Ángel Correa Torres Mirta Mikac Antonio Jesús Morales Rendón, Dina Bencrimo, Noelia Rodríguez Estrada, Ana Rodríguez Ruiz, David Soler Ortiz, Aurora Trinidad Pérez Fernando Ojedo Collazo Josué Rico Picó Marcelino Romero Rayo Antonio, Mirta, Ángel, Josué, Fernando y Marcelino (de izquierda a derecha), el 5 de abril de 2018 en la Facultad de Psicología de la Universidad de Granada. Página 8 de 132 Neuroergonomía Prólogo La Neuroergonomía es una disciplina reciente que estudia el cerebro humano en relación con la ejecución en el trabajo, el transporte y otros contextos cotidianos. Desde que Raja Parasuraman, padre de la neuroergonomía, editó el primer libro en el año 2008, se han publicado algunos manuales y numerosos artículos científicos en lengua inglesa. Sin embargo, resulta difícil aún encontrar material en español en relación con la neuroergonomía. Este libro pretende cubrir esa laguna de conocimiento. El objetivo de este libro es ofrecer una perspectiva actualizada y rigurosa del campo científico de la Neuroergonomía a un público amplio, que incluye docentes, estudiantes y profesionales de disciplinas como la psicología, la ingeniería, el diseño, la biomedicina, las ciencias de la computación, la inteligencia artificial, la neurociencia y otras ciencias cognitivas. El primer día en mis cursos de Neuroergonomía y de Ergonomía Cognitiva me gusta comenzar con una discusión de noticias de actualidad en relación con la materia. A continuación, intento hacer conscientes a los estudiantes de que, para resolver los problemas que se describen en tales noticias, hay que adoptar un enfoque amplio y multidisciplinar que permita integrar los conocimientos sobre todos los aspectos psicológicos implicados. El conocimiento que los estudiantes han adquirido de forma fraccionada en las diferentes asignaturas de estudios como Psicología requiere ser integrado para comprender la realidad, y para resolver los problemas que se plantean cotidianamente cuando una persona actúa con un sistema y comete errores. Hay una serie de constructos complejos que en ergonomía cobran pleno sentido y que engloban múltiples dimensiones psicológicas, como la vigilancia o la carga mental. Por esta razón intento motivar a mis estudiantes argumentando que la ergonomía cognitiva y la neuroergonomía son ejemplos preciosos de asignaturas, porque presentan una gran oportunidad para “desempolvar” los apuntes de diferentes cursos y ponerlos todos juntos con el objeto de resolver un problema real. Página 9 de 132 Neuroergonomía Este libro plantea una concepción amplia de la ergonomía, cuyo objeto de estudio es la dinámica de interacción entre las personas y un sistema. El objetivo es conseguir que esta interacción sea “cómoda”, de ahí el título del libro. Según la R.A.E., la comodidad se relaciona con la facilidad de uso y la utilidad, con algo necesario para vivir a gusto y con descanso. Estas son las cualidades que deben guiar el diseño ergonómico de los dispositivos que utilizamos los humanos, para que su uso sea fácil, eficiente, seguro y agradable. En relación con las personas, aparte de considerar los sujetos clásicos de la ergonomía (operarios o trabajadores adultos de mediana edad), hemos querido incluir a las personas mayores y los adolescentes, con y sin patologías. En relación con el sistema con el que interactúan las personas, también lo entendemos en un sentido más amplio que el estrictamente laboral, y profundizamos en el diseño de dispositivos que se utilizan en contextos educativos (Capítulo 4) y biomédicos (Capítulos 5 a 7). En este libro he recopilado algunos de los mejores trabajos elaborados por el alumnado de los cursos que he impartido en la Universidad de Granada entre los años 2015 y 2018. El mérito es suyo en gran medida, ya que mi función ha consistido en supervisar el proceso de búsqueda bibliográfica y revisión de la literatura, y en realizar una edición cuidadosa de la redacción de sus trabajos (confieso que mis capítulos también han recibido numerosas correcciones por parte de los estudiantes autores de algún capítulo). La selección de los temas concretos que conforman este libro nace de un proceso de negociación entre el profesor y el alumnado, que comenzaba con mi iniciativa de ofrecerles una serie de temas de actualidad e interés para la neuroergonomía. Conforme los estudiantes adquirían un conocimiento más profundo sobre el tema, iban surgiendo ideas que discutíamos hasta identificar el problema ergonómico que se iba a abordar, y progresivamente perfilábamos los objetivos, el enfoque concreto y el mensaje principal que queríamos transmitir en cada capítulo. Página 10 de 132 Neuroergonomía Por tanto, este libro no pretende cubrir de forma exhaustiva el vasto campo de esta disciplina. Más bien debe entenderse como un material de actualidad y rigor científico que ayude a comprender qué es y para qué sirve la neuroergonomía, a través de ejemplos concretos de aplicaciones para mejorar la seguridad, la salud y el bienestar de los individuos que interactúan con un sistema. De este modo, cada capítulo de este libro ofrece una revisión de la investigación relevante al nivel internacional en relación con un problema clave de la neuroergonomía. Hemos intentado utilizar un lenguaje que resulte comprensible para personas no expertas en el campo, pero sin perder la precisión. Los capítulos se han elaborado siguiendo una estructura formada por los apartados de Introducción (objetivos y justificación de por qué es importante que lo aborde la neuroergonomía), Metodología (con énfasis en las técnicas de registro de la actividad cerebral), Intervención Ergonómica (intentar dar respuesta a cuestiones como: ¿se puede prevenir el problema interviniendo sobre el usuario, por ejemplo mediante entrenamiento o con ayuda de otros dispositivos?), Conclusiones, y Preguntas de Estudio, que pretenden fomentar la curiosidad en el lector. Finalmente hay que destacar el formato tipográfico de este libro, que pretende resultar accesible a todas las personas. Para ello hemos seguido las recomendaciones sobre diseño universal y hemos utilizado la plantilla del curso “Diseño de materiales educativos accesibles” de la Fundación Universia. Si tienes alguna sugerencia o pregunta no dudes en contactar conmigo en la siguiente dirección de correo electrónico: act@ugr.es. Deseo que este libro te resulte útil y agradable como herramienta de aprendizaje. Ángel Correa Torres Profesor Titular de Neuroergonomía y Ergonomía Cognitiva Granada, enero de 2018. mailto:act@ugr.es Página 11 de 132 Neuroergonomía Neuroergonomía Capítulo 1. Introducción a la Neuroergonomía. Autor: Ángel Correa Torres Página 12 de 132 Neuroergonomía Capítulo 1. Introducción a la Neuroergonomía Índice de Contenidos 1. Antecedentes de la Neuroergonomía. 2. Definición de la Neuroergonomía. 3. Introducción a los métodos de la Neuroergonomía. 4. Aplicaciones de la Neuroergonomía. 5. Formación y dedicación profesional en Neuroergonomía. 6. Conclusiones. 7. Preguntas de estudio. 8. Bibliografía. Página 13 de 132 Neuroergonomía 1. Antecedentes de la Neuroergonomía La Neuroergonomía es una disciplina que nace de la integración entre la neurociencia y la ergonomía. La Ergonomía (tradicionalmente denominada “Factores Humanos” en Estados Unidos, abreviada como “HF/E” – human factors/ergonomics) es una disciplina científica que se ocupa de la comprensión de las interacciones entre los humanos y los demás elementos de un sistema. Por otra parte, la Asociación Internacional de Ergonomía (International Ergonomics Association -IEA, http://www.iea.cc/) enfatiza su carácter aplicado y profesional añadiendo en su definición lo siguiente: “profesión que aplica teoría, principios, datos y métodos al diseño con objeto de optimizar el bienestar humano y el rendimiento global de un sistema”. Estas definiciones enfatizan que la unidad principal de análisis no es el individuo aislado, ni el artefacto o dispositivo con el que interactúa, sino que es la interacción entre la persona y el artefacto. Por otro lado hay que destacar que dicha interacción no se reduce a un dispositivo, sino que alcanza un contexto mucho más amplio, al nivel de sistema. Según se primen determinados aspectos de dicho sistema, podemos diferenciar entre ergonomía física, cognitiva y organizacional. Ese sistema puede ser muy simple, y reducirse a la “interacción” de un humano con una silla, de manera que el problema fundamental a resolver desde la perspectiva de la ergonomía sería cómo diseñar la silla para que el trabajador se encuentre lo más cómodo posible y se puedan prevenir posibles lesiones físicas. Dicho sistema puede incrementar su complejidad si consideramos que muchos puestos de trabajo además requieren una serie de actividades mentales (cognitivas) que se realizan, por ejemplo, mediante un ordenador. Ahora no sólo cobra relevancia la dimensión física (la postura del trabajador, condiciones de ruido e iluminación de la habitación, etc.), sino la dimensión cognitiva. Es decir, nos interesa el diseño de las tareas a realizar y de los programas informáticos a utilizar con el objetivo de que el trabajador se encuentre también cómodo al nivel psicológico, percibiendo que tiene las habilidades y el tiempo necesarios para la http://www.iea.cc/ Página 14 de 132 Neuroergonomía realizar su tarea de manera efectiva y segura, sin sufrir excesivo estrés o carga mental. Finalmente, se puede ampliar el contexto de dicha interacción hasta el nivel de la organización donde trabajan los individuos. En este sentido, la unidad de análisis no se reduce a puestos de trabajo individuales, sino que se analiza el papel de los trabajadores en relación con el sistema político y social concreto mediante el cual se organiza una empresa o sociedad de trabajadores. Aquí cobran importancia los aspectos de tipo organizativo como el diseño de funcionamiento de dicha empresa, cómo son los turnos de trabajo, cómo es el reparto de tareas, etc. Naturalmente, los ámbitos físico, cognitivo y organizacional muestran una relación de interdependencia. No obstante, en neuroergonomía nos centraremos en la dimensión cognitiva, para ponerla en relación con el cerebro. De acuerdo con la definición propuesta por la Asociación Internacional de Ergonomía, la ergonomía cognitiva se encarga del estudio de los procesos mentales (percepción, memoria, razonamiento y respuestas motoras) implicados en la interacción entre las personas y los demás elementos de un sistema. Dentro de sus contenidos básicos están la carga mental, la toma de decisiones, la ejecución experta, la interacción persona-máquina, la fiabilidad humana, el estrés laboral y el entrenamiento. La metodología básica en ergonomía se basa en el análisis de lo que los individuos nos dicen y hacen. Es decir, se registran medidas subjetivas basadas en cuestionarios y entrevistas. Por ejemplo, podemos preguntarle a un operario que ha de controlar una grúa que nos diga del 1 al 10 cuán dormido se encuentra. Otra valiosa fuente de información proviene del análisis del comportamiento de los trabajadores: por ejemplo, podemos estudiar el efecto de la privación de sueño sobre la ejecución de una tarea de conducción en un simulador en conductores profesionales. Concretamente podríamos cuantificar cuánto tardan en responder ante determinados estímulos (es decir, medidas de tiempo de reacción) o cómo de bien están realizando la tarea de conducción (si se desvían mucho de su carril o si conducen a una velocidad adecuada). Página 15 de 132 Neuroergonomía Sin embargo, la medición de variables subjetivas y comportamentales no siempre proporciona información completa y fiable sobre el estado psicológico de las personas que interactúan con un sistema. Por ejemplo, dos personas pueden realizar una tarea que requiere memorizar listas de números al mismo nivel de ejecución, pero diferir en el nivel de esfuerzo mental alcanzado. Las medidas fisiológicas de activación cerebral aquí cobran especial relevancia, ya que pueden aportar información a tiempo real sobre procesos neurales asociados con el estado psicológico real de los individuos. Siguiendo con el ejemplo, las medidas neurofisiológicas podrían informarnos durante el momento de la ejecución de dicha tarea de memoria si un individuo se encuentra más sobrecargado que el otro, si en su cerebro hay indicios de una situación de estrés que desemboque en un error, etc. En este contexto, a raíz del gran desarrollo de las investigaciones con neuroimagen funcional en la década de 1990 y su aplicación al campo de la ergonomía, surge la disciplina de la Neuroergonomía. La primera publicación sobre neuroergonomía data del año 2003 (Parasuraman, 2003). Desde entonces se han publicado más de 180 artículos científicos que utilizaron la palabra “neuroergonomics” en el título, en el resumen o como palabra clave (consulta realizada en la base de datos Scopus, el 6 de febrero de 2018). La Figura 1.1 muestra una progresión ascendente en el número de publicaciones a lo largo de estos 15 años que ilustra el crecimiento de la neuroergonomía como disciplina. Página 16 de 132 Neuroergonomía Figura 1.1. Tendencia creciente en el número de publicaciones sobre “neuroergonomics” a lo largo del tiempo recogidas en la base de datos Scopus. En la figura se observa que es realmente a partir del año 2007 cuando la Neuroergonomía se afianza como disciplina, coincidiendo con la publicación del primer libro sobre neuroergonomía (Parasuraman y Rizzo, 2007). Desde entonces se han publicado únicamente dos libros (ambos en lengua inglesa) que tratan este tema específicamente (Johnson y Proctor, 2013; Marek, Karwowski y Rice, 2010), lo que indica que aún nos encontramos ante los orígenes de una disciplina reciente. En cualquier caso, este análisis se limita a los casos concretos donde se utilizó el término “neuroergonomics”, mientras que hay otras publicaciones que podrían englobarse en esta disciplina, clasificadas bajo otros términos como ergonomía, psicología aplicada, ingeniería psicológica, neuroingeniería, neurociencia aplicada, factores humanos, cognición aumentada, etc. Aparte de los libros, habría que destacar los artículos de revisión publicados (Berberian, Somon, Sahaï y Gouraud, 2017; Fedota y Parasuraman, 2010; Mehta y Parasuraman, 2013; Parasuraman, 2011; Parasuraman y Wilson, 2008) y los números especiales de revistas científicas (Dehais, Causse y Cegarra, 2017; Gramann, Fairclough, Zander y Ayaz, 2017; Gramann, Jung, Ferris, Lin y Makeig, 2014; Parasuraman, Christensen, y Grafton, 2012). Página 17 de 132 Neuroergonomía La actividad en una disciplina también puede conocerse a partir de la organización de congresos. La primera conferencia internacional se celebró en 2010 en Florida, como parte de la “3rd Applied Human Factors and Applied Ergonomics Conference”. Dos años después se celebró un simposio en un congreso de la International Ergonomics Association (Raja Parasuraman et al., 2012). Tras el triste fallecimiento de Raja Parasuraman en 2015, al año siguiente en París se celebró en su memoria la “1st International Neuroergonomics Conference. The Brain at Work and in Everyday Life” (Figura 1.2). Figura 1.2. Fotografía de Raja Parasuraman, considerado como el padre de la Neuroergonomía. Imagen tomada del programa científico de la 1ª Conferencia Internacional sobre Ergonomía (París, 2016). La sociedad Applied Human Factors and Ergonomics también celebró en los años 2016 y 2017 dos ediciones de la “International Conference on Neuroergonomics and Cognitive Engineering”, cuyos resúmenes posteriormente se publicaron en formato de libro. En 2018 en Filadelfia se consolida este foro científico con la celebración de la “2nd International Neuroergonomics Conference”. Página 18 de 132 Neuroergonomía 2. Definición de la Neuroergonomía Para conocer más concretamente en qué consiste la neuroergonomía podemos analizar los contenidos de los libros y artículos de revisión principales en relación con tres aspectos clave: las funciones psicológicas y fenómenos estudiados, la metodología que se utiliza y las aplicaciones de la neuroergonomía al ámbito tecnológico y profesional. En la Tabla 1.1 se resumen los principales contenidos de la neuroergonomía de acuerdo a los fenómenos, métodos y sus aplicaciones. Tabla 1.1. Contenidos de la neuroergonomía en cuanto a objetos de estudio, métodos y aplicaciones. FENÓMENOS MÉTODOS APLICACIONES Carga de trabajo mental Actigrafía Automatización adaptativa Emoción Conductancia eléctrica de la piel Diseño universal Error humano EEG Entrenamiento Estrés Electrocardiografía Ergonomía física Fatiga mental fMRI BCI Funciones ejecutivas fNIRS Neuroingeniería Multitarea Movimientos oculares Neuroprótesis Navegación espacial TCD Neurorrehabilitación robotizada Percepción y atención TDCS Realidad virtual Sueño y ritmos circadianos Termografía Robots sociales Vigilancia TMS Visión artificial En cuanto a las funciones, la neuroergonomía comparte con la ergonomía cognitiva la consideración de procesos psicológicos básicos típicamente estudiados en los laboratorios de Psicología Experimental como la emoción, la percepción y la atención, o las funciones ejecutivas, en tanto que son factores que intervienen Página 19 de 132 Neuroergonomía cuando las personas utilizan dispositivos en el trabajo y para el ocio. No obstante, los contextos cotidianos presentan una mayor complejidad que las condiciones más simplificadas y controladas del laboratorio, de manera que su abordaje científico también requiere emplear conceptos más complejos. Ejemplos típicos de estos conceptos son la vigilancia y la fatiga mental (que se abordarán en el Capítulo 2), el sueño y los ritmos circadianos (Capítulo 3), el estrés, la multitarea y la carga de trabajo mental (Capítulo 4), y el error humano (Capítulo 6). Los métodos característicos de la neuroergonomía se basan en el registro de variables fisiológicas de la actividad del sistema nervioso central y autonómico (véase apartado 3) y en técnicas de estimulación cerebral, como la estimulación transcraneal directa por corriente continua (Capítulo 5), que surgen a partir de la aplicación pionera de la Estimulación Magnética Transcraneal (TMS en inglés) para la rehabilitación de lesiones cerebrales y el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y de la depresión. Las principales aplicaciones de la neuroergonomía consisten en intervenir sobre el individuo (entrenamiento, potenciación neurocognitiva, rehabilitación, realidad virtual) y sobre los dispositivos que este utiliza (mejorando su diseño, automatizando funciones, desarrollo de interfaces cerebro-computadora –BCI en inglés) para mejorar la seguridad, la eficiencia y el bienestar durante dicha interacción (para más detalles véase Apartado 4). En conclusión, la neuroergonomía utiliza los conocimientos sobre el cerebro para mejorar la interacción entre los humanos y un sistema, con énfasis en el diseño de dispositivos de registro continuo de variables fisiológicas (tasa cardiaca y respiratoria, sudoración, movimientos oculares, actividad cerebral) para detectar y predecir estados psicológicos específicos (somnolencia, fatiga, baja alerta, falta de atención o emociones negativas) que resulten incompatibles con el desempeño de actividades de alto riesgo como el pilotaje de vehículos, el control aéreo o la supervisión de centrales nucleares (Correa, 2008). Página 20 de 132 Neuroergonomía 3. Introducción a los métodos de la Neuroergonomía Los métodos de la neuroergonomía se pueden dividir en técnicas de registro y técnicas de estimulación de la actividad cerebral. Generalmente la neuroergonomía adopta las técnicas clásicas de la neurociencia, como la Resonancia Magnética Funcional (fMRI en inglés), pero con especial interés en aquellas técnicas que son más fácilmente aplicables a contextos fuera del laboratorio, con la idea de estudiar la interacción humano-máquina en su contexto real. Está claro que las condiciones de aplicación de técnicas como la resonancia magnética, donde los sujetos permanecen prácticamente inmóviles dentro de un escáner en el laboratorio, no son las adecuadas para estudiar los procesos cerebrales en estudios de campo (por ejemplo, para conocer el nivel de vigilancia o estrés y carga mental de un conductor de camiones). Por ello, en la metodología neuroergonómica se atiende a criterios prácticos relacionados con su facilidad de administración, el carácter invasivo y el coste económico de su aplicación. En la Figura 1.3 se representan las técnicas principales en relación a la resolución espacial y temporal que permiten, y a su carácter invasivo-práctico. Página 21 de 132 Neuroergonomía Figura 1.3. Técnicas de neuroimagen de aplicación en ergonomía, ordenadas por su resolución temporal, resolución espacial y su carácter invasivo/práctico (codificado por colores). NIRS: near-infrared spectroscopy, TCDS: transcraneal Doppler sonography, EEG: electroencephalography, MEG: magnetoencephalography, fMRI: functional magnetic resonance imaging, PET: positron emission tomography. Imagen adaptada de Parasuraman (2011). La electroencefalografía (EEG) es una técnica con una gran resolución temporal que permite medir cambios de la actividad eléctrica cerebral con precisión de milisegundos (para más detalles véase el Capítulo 6). Además, los sistemas de registro del EEG están evolucionando hacia una mayor portabilidad (ej.: electrodos que se conectan al amplificador sin cables, amplificadores con baterías), lo que permite su aplicación en contextos ergonómicos. En esta línea, merece especial atención la técnica de espectroscopía funcional por luz cercana al infrarrojo (fNIRS, véase una revisión en Ayaz et al., 2013). Para entendernos, es como una resonancia magnética ergonómica, barata. Al igual que la resonancia, mide actividad neural basándose en marcadores del metabolismo del cerebro: asumimos que un área cerebral implicada activamente en la realización de una tarea o función cognitiva consume más oxígeno. De la cantidad de oxígeno que llega a una zona concreta del cerebro asumimos la intensidad o cantidad de actividad. A diferencia de la resonancia, la fNIRS es portátil, más económica y puede no tener cables. Permite la movilidad a los sujetos, por lo que se puede aplicar a personas con trastornos psicológicos o motores, con miedo o claustrofobia, o incluso a bebés. Es una técnica ideal para ergonomía porque permite estudiar la actividad cerebral fuera del laboratorio en estudios de campo, mientras las personas realizan una actividad cotidiana o profesional. No obstante, hay que considerar que esta técnica tiene peor resolución espacial que la RMf y peor resolución temporal que la electroencefalografía, por lo que son parámetros a considerar en función de nuestros objetivos. Página 22 de 132 Neuroergonomía Dentro de las técnicas que miden la actividad del sistema nervioso autónomo, aparece la termografía como una técnica prometedora en neuroergonomía. La temperatura de la piel permite una monitorización continua y ambulatoria durante largos periodos de tiempo. Es una sistema de registro no invasivo, de bajo coste y fácil aplicación, que se ha aplicado al estudio de los ritmos circadianos (Sarabia, Rol, Mendiola y Madrid, 2008). El menor nivel de alerta de una persona suele coincidir con el valor mínimo de temperatura central y máximo de la temperatura distal, en las horas centrales del sueño, entre las 3 y las 6 de la madrugada. Recientemente se ha observado que las fluctuaciones en la temperatura de la piel podrían predecir la ejecución en diversas tareas cognitivas (Lara, Molina, Madrid y Correa, 2018; Molina, Sanabria, Jung y Correa, 2017; Romeijn y Van Someren, 2011). Estos datos sugieren que la temperatura de la piel, por ejemplo combinada con técnicas de registro de actividad motora (actigrafía), es una medida viable para el diseño de dispositivos ergonómicos que evalúen el estado psicológico de las personas cuando se comportan en contextos naturales. En este apartado introductorio se ha pretendido ofrecer una perspectiva general de algunas de las técnicas más utilizadas en neuroergonomía, de una manera no exhaustiva. Algunas de las técnicas obviadas aquí (ej. Sonografía Transcraneal Doppler –TCD, estimulación transcraneal directa por corriente continua -TDCS) se tratan en otras secciones del texto en relación con estudios concretos (Capítulos 2 y 5), por lo que un conocimiento más profundo de sus fundamentos requerirá la consulta de manuales más específicos (ej., Parasuraman y Rizzo, 2007). 4. Aplicaciones de la Neuroergonomía La Neuroergonomía pretende aportar soluciones a diversos problemas cotidianos tanto en el contexto laboral como fuera del mismo. Podemos destacar las aplicaciones para intervenir sobre personas con lesiones cerebrales y trastornos neuropsicológicos, mediante técnicas de estimulación cerebral, entrenamiento y rehabilitación (Capítulo 5). En pacientes con lesiones medulares que han perdido la movilidad, la neuroingeniería está desarrollando neuroprótesis e interfaces cerebro- Página 23 de 132 Neuroergonomía computadora (BCI) que permiten mover prótesis mecánicas con el cerebro y que facilitan la comunicación social en los casos en que la producción del lenguaje está deteriorada (Capítulo 6). Recientemente se está desarrollando una nueva aproximación a la rehabilitación neuropsicológica asistida por un robot, lo que resalta la importancia de considerar los aspectos emocionales y sociales que deben implementarse en los robots que interactúan con humanos, sobre todo cuando estos están enfermos o tienen unas necesidades especiales (Capítulo 7). Aquí se abre un campo de trabajo realmente interesante para los profesionales de la psicología, la psicología robótica y el diseño de robots sociales. El diseño universal es otra aplicación central para la ergonomía. Cuando se diseñan objetos que van a utilizar las personas, es importante que su uso sea eficiente, seguro y agradable (Norman, 1990), tratando de incluir a todas las personas independientemente de su edad o condición física y mental. Por tanto, el diseño universal está potenciando el desarrollo de la ergonomía infantil, así como su aplicación en personas mayores. Los niños y niñas, aunque no encajen en una definición legal de “trabajadores”, también son usuarios cotidianos de instrumentos y tecnología de acceso a la información y el conocimiento. Por otra parte, con el envejecimiento de la población, y dado que los adultos cada vez se jubilan más tarde, es necesario aplicar el diseño ergonómico a un colectivo que progresivamente tiene más edad. En los próximos años probablemente aparecerán aproximaciones más neuroergonómicas que, por ejemplo, aporten información cerebral de la experiencia de usuario cuando se interactúa con objetos diseñados conforme a los principios básicos del diseño universal. 5. Formación y dedicación profesional en Neuroergonomía Encontrar un listado de las universidades del mundo que ofertan formación especializada en Neuroergonomía no es una tarea fácil. No obstante, existen varias estrategias de búsqueda que pueden facilitar esta labor. Se puede buscar a los Página 24 de 132 Neuroergonomía autores (o investigadores) que trabajan en el campo y comprobar a qué organismo (universidad, centro de investigación) están afiliados. Siguiendo con la búsqueda en Scopus mencionada anteriormente, podemos obtener gráficos como el de la Figura 1.4, donde se ordenan los organismos que más han publicado en revistas científicas usando el término “neuroergonomics”. Figura 1.4. Número de publicaciones sobre “neuroergonomics” a lo largo del tiempo recogidas en la base de datos Scopus. No resulta sorprendente que la Universidad George Mason, lugar donde trabajaba Parasuraman, tenga el mayor número de publicaciones en neuroergonomía. Aunque la mayoría de universidades proceden de los Estados Unidos, hay que destacar el segundo puesto de la Universidad de Granada. En Granada trabajan tres grupos de investigación, concretamente, el grupo de Ergonomía Cognitiva dirigido por el Catedrático José J. Cañas Delgado desde el año 1990, el “Neuroergonomics & operator performance lab” dirigido por el Dr. Leandro L. Di Stasi, y el grupo de investigación en Cronoergonomía, dirigido por el autor de este libro. Página 25 de 132 Neuroergonomía Como se ha citado antes, este análisis basado en la utilización del término “neuroergonomics” puede conducir a resultados sesgados, por eso debería complementarse con una búsqueda de otros centros donde trabajan reconocidos investigadores. Tal es el caso del Department of Biological Psychology and Neuroergonomics de la Technische Universität Berlin donde trabaja Klaus Gramann, el Department of Cognitive Neuroscience and Neuroergonomics del Institute of Applied Psychology (Jagiellonian University, Cracovia) donde trabaja Tadeusz Marek, o naturalmente el Center of Excellence in Neuroergonomics, Technology, and Cognition (CENTEC), que actualmente dirige James C Thompson. Hasta el momento no parece que exista un título universitario especialmente dedicado a estudiar la Neuroergonomía, por lo que generalmente se oferta como una asignatura de máster o grado, o como una línea de investigación doctoral dentro de áreas como la Neurociencia, la Psicología, las Ciencias de la Computación, la Medicina o la Ingeniería. La Universidad de Granada es uno de los pocos organismos en el mundo que actualmente ofertan la asignatura de Neuroergonomía en estudios de posgrado, concretamente en el Máster de Neurociencia Cognitiva y del Comportamiento. Salidas profesionales de la Neuroergonomía A lo largo del capítulo se han mencionado diversas opciones para futuros profesionales de la Neuroergonomía de trabajar en la robótica, el diseño de sistemas de comunicación o de neurofeedback basados en las BCI, el entrenamiento y la rehabilitación neuropsicológica, etc. Aparte de estos campos de aplicación no debemos olvidar los tradicionales de la ergonomía. En un Trabajo de Fin de Grado realizado por una de mis estudiantes de Ergonomía Cognitiva (Jurkovičová, 2017), se revisó la literatura para identificar las salidas profesionales en ergonomía para los estudiantes de Psicología. Encontramos tres salidas clásicas en la carrera profesional de un ergónomo: la industria, el sector militar, y la academia (Shapiro, Andre, Agarwal, Artis y Hoeft, 2008). Página 26 de 132 Neuroergonomía En la industria, los ergónomos se encargan de diseñar dispositivos más seguros y adaptar la carga de trabajo para incrementar la fiabilidad humana y el rendimiento. En el sector militar, los ergónomos realizan análisis funcionales, antropométricos y de misiones/tareas, así como evaluaciones empíricas y simulaciones de realidad virtual. En la universidad, los ergónomos generan conocimiento científico y lo transmiten a las nuevas generaciones de ergónomos. Otros sectores que requieren ergónomos profesionales son la medicina, consultoría, diseño de productos, transporte, plantas de energía, comunicaciones, sistemas de ordenadores y envejecimiento. En las aplicaciones médicas, la ergonomía pretende optimizar la efectividad del sistema sanitario, mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidad, analizar y prevenir el error médico, diseñar aparatos biomédicos para mejorar su usabilidad, y mejorar las condiciones laborales de estos profesionales para minimizar el error humano y el absentismo laboral. En empresas que carecen de un departamento de ergonomía, las consultoras proporcionan asesoramiento sobre el diseño ergonómico de productos, interfaces y sistemas de comunicación más eficaces. Los ergónomos también se encargan de diseñar y evaluar los prototipos y la usabilidad de un producto, coordinando la investigación, analizando los datos y adaptando los parámetros del diseño de acuerdo a los resultados obtenidos. En el sector del transporte, los ergónomos participan en el diseño de los vehículos y la infraestructura, ideando procedimientos óptimos y seguros para gestionar el tráfico y tratando de evitar los errores humanos implicados en los accidentes en el tráfico. Los ergónomos además resultan clave para un funcionamiento eficaz y seguro de las plantas de energía, ya que son sistemas muy complejos y que presentan múltiples riesgos, tratando de prevenir accidentes causados por el error humano y por fallos en el sistema. Los ergónomos también diseñan y evalúan las tecnologías de comunicación, la interacción humano– computadora, así como las habilidades cognitivas de las personas mayores para adaptar las tareas y productos a sus capacidades y necesidades. Como conclusión, mencionaremos algunos consejos para ayudar a los estudiantes a encontrar trabajo y aprovechar al máximo su formación universitaria, Página 27 de 132 Neuroergonomía realizados por varios ergónomos profesionales en las conferencias anuales de la Human Factors and Ergonomics Society (Shapiro, Andre, Beith, Endsley y Naga, 2006; Shapiro et al., 2000): 1. Actualizar el currículo a medida que se avanza en los estudios, haciendo hincapié en las competencias y habilidades adquiridas, que también pueden exponerse en una web personal (profesional). 2. Formar una red de contactos profesionales lo antes posible, tanto con otros compañeros de estudio (que en un futuro podrían ser compañeros de trabajo), como con los profesores. 3. Ampliar esta red de trabajo haciéndose miembro de asociaciones profesionales y asistir a conferencias para conocer a expertos en el campo. 4. Hacer prácticas en empresas. Normalmente las empresas demandan tener experiencia previa, que puede adquirirse a través de dichas prácticas; además, tras finalizar el periodo de prácticas podría surgir una contratación. 5. A la hora de buscar trabajo es aconsejable explorar los portales de empleabilidad especializados, como www.hfcareers o www.hfes.org/web/CareerCenter/placement.aspx, las asociaciones locales de ergónomos y hacer uso de otros portales de trabajo internacionales como LinkedIn. 6. Es importante tener en cuenta que los puestos para ergónomos comúnmente aparecen bajo una variedad de palabras clave diferentes a “factor humano” o “ergonomía” (ej., interaction designer, user experience engineer), por lo que habría que utilizar diversas palabras clave relacionadas. 6. Conclusiones La Neuroergonomía es una disciplina reciente que surge de la aplicación de los conocimientos del cerebro a la ergonomía. En ergonomía es importante considerar los aspectos físicos, cognitivos y sociales de la interacción entre los humanos y los sistemas de trabajo (y de ocio). Se estudian temas como la vigilancia y la fatiga http://www.hfcareers/ http://www.hfes.org/web/CareerCenter/placement.aspx Página 28 de 132 Neuroergonomía mental, el sueño y los ritmos circadianos, la carga de trabajo mental y el error humano. Como en otras disciplinas psicológicas, la metodología para conocer el estado psicológico de un individuo implica la medición de variables a diferentes niveles, incluyendo el subjetivo, el fisiológico y el comportamiento. Características importantes a considerar de las técnicas en neuroergonomía es su carácter práctico y no invasivo, portabilidad, facilidad de uso y coste económico, de manera que permitan su aplicación en estudios de campo. Entre ellas destacan el EEG y la espectroscopía por luz cercana al infrarrojo. Entre las aplicaciones de la neuroergonomía podemos destacar las intervenciones con técnicas de estimulación cerebral (estimulación transcraneal directa por corriente continua), entrenamiento y rehabilitación de pacientes neurológicos, y el desarrollo de neuroprótesis e interfaces cerebro-computadora (BCI) que permiten mover prótesis mecánicas con el cerebro y facilitan la comunicación cuando el lenguaje o las funciones motoras están dañadas. 7. Preguntas de estudio ¿Qué aporta añadir el prefijo “neuro-“ a la “ergonomía”? ¿Crees que supone un añadido relevante o simplemente se trata de una moda más de la era “neuro”? Consulta el Programa Científico de una conferencia de neuroergonomía y describe dos temáticas de conferencias (o pósters) que te hayan llamado la atención. Realiza una búsqueda en un portal de trabajo especializado en ergonomía y describe dos ofertas de trabajo que encuentres. 8. Bibliografía Ayaz, H., Onaral, B., Izzetoglu, K., Shewokis, P. A., McKendrick, R. y Parasuraman, R. (2013). Continuous monitoring of brain dynamics with functional near Página 29 de 132 Neuroergonomía infrared spectroscopy as a tool for neuroergonomic research: empirical examples and a technological development. Frontiers in Human Neuroscience, 7, 871. Berberian, B., Somon, B., Sahaï, A. y Gouraud, J. (2017). The out-of-the-loop Brain: A neuroergonomic approach of the human automation interaction. Annual Reviews in Control, 44, 303–315. Correa, A. (2008). Neurociencia aplicada: el cerebro al servicio de la humanidad. Ciencia Cognitiva: Revista Electrónica de Divulgación, 2(1), 38–40. Dehais, F., Causse, M. y Cegarra, J. (2017). Neuroergonomics: measuring the human operator’s brain in ecological settings. Le Travail Humain, 80(1), 1–6. Fedota, J. R. y Parasuraman, R. (2010). Neuroergonomics and human error. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 11(5), 402–421. Gramann, K., Fairclough, S. H., Zander, T. O. y Ayaz, H. (2017). 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Introducción Probablemente la mayoría de nosotros hemos experimentado alguna vez que nuestro nivel de atención aumenta súbitamente al escuchar una alarma de incendios, que la atención decae tras realizar una tarea monótona durante un rato, o que resulta difícil atender a las explicaciones del profesorado cuando las clases son por la mañana muy temprano o a la hora de la sobremesa. Estos ejemplos cotidianos ilustran que nuestra habilidad para atender a los estímulos es limitada y no permanece constante, sino que experimenta oscilaciones a lo largo del tiempo. Comprender e intentar predecir las fluctuaciones de la atención es un objetivo de la Psicología que tiene implicaciones relevantes para la mejora de la salud y el bienestar social, como por ejemplo la prevención de accidentes que ocurren debido a un lapso o fallo transitorio de la atención. Las fluctuaciones de la atención han sido objeto de estudio desde los inicios de la Psicología Experimental. Por ejemplo: ¿Cuál sería la duración máxima que podría tener un día de escuela sin que el alumnado empeorara su nivel de ejecución y aprendizaje? Investigadores como Ebbinghaus o Kraepelin ya se planteaban estas cuestiones en torno al año 1890. Más concretamente en el campo de la atención, otras investigaciones informaron de que la percepción de tonos de una intensidad muy débil, cercana al umbral de detección auditiva, oscilaba entre estados subjetivos de detección y no detección. Nicolai Lange (1887) demostró que tales oscilaciones eran causadas por fatiga de la atención. Estos hallazgos ponen de manifiesto dos dimensiones fundamentales de la atención: intensidad y temporalidad. La vigilancia es definida en términos de ambas dimensiones, como la habilidad de los organismos para mantener su foco de atención y permanecer alerta durante largos periodos de tiempo (véase Warm, Parasuraman y Matthews, 2008, para una revisión). Llegados a este punto, podríamos plantearnos por qué los psicólogos hemos de estudiar la vigilancia, para qué es importante su estudio. El estudio de la vigilancia cobra gran importancia si consideramos cómo los avances tecnológicos Página 35 de 132 Neuroergonomía han transformado el papel de los trabajadores en la sociedad actual. La progresiva automatización de procesos nos convierte en vigilantes y supervisores de la correcta ejecución de dichas rutinas por parte de las máquinas (Sheridan, 1980). Como veremos a continuación, las actividades humanas que han recibido más investigación desde la vigilancia suelen tener en común el hecho de que un fallo de la atención implicaría graves consecuencias para la salud de las personas. Algunos ejemplos de estas actividades son: monitorización de pacientes hospitalizados, pilotaje de aviones y trenes, transporte de mercancías peligrosas, vigilancia militar, control en centrales nucleares, control del tráfico aéreo, inspección de seguridad en aeropuertos, etc. 2. Tareas de vigilancia El estudio de la vigilancia recibió un gran impulso durante la II Guerra Mundial, mediante investigaciones que pretendían esclarecer por qué los operarios de radar aéreo y de sónar submarino fallaban en su tarea de detectar las débiles señales en sus pantallas que indicaban la presencia del enemigo. Mackworth (1948) diseñó el “Test del Reloj”, una tarea para medir vigilancia en el laboratorio que simulaba el papel de un operario que vigila la pantalla de un radar. En el test del reloj, los participantes deben atender durante dos horas a un estímulo que se mueve dando pequeños saltos alrededor de una circunferencia (como la aguja que marca los segundos en un reloj). De vez en cuando se presentaba la “señal” (o “estímulo objetivo”) que los participantes han de detectar, y que consistía en que ese estímulo daba un salto un poco más grande de lo normal. Así, el test del reloj incluye los dos ingredientes esenciales de las tareas clásicas de vigilancia que las convierten en tareas extremadamente monótonas: su larga duración y la baja frecuencia con la que ocurre la señal. Estas investigaciones revelaron que los lapsos en la detección de señales ocurrían con mayor frecuencia conforme más tiempo llevaran los operarios realizando la tarea. A este resultado se le conoce como “decremento de vigilancia”. Concretamente, el porcentaje de señales que no eran detectadas incrementaba Página 36 de 132 Neuroergonomía para cada uno de los 4 bloques sucesivos de media hora que duraba la tarea. Igualmente relevante fue el descubrimiento de que este decremento de vigilancia ocurría mucho más pronto de lo que se sospechaba en un principio. Tras sólo media hora realizando el test del reloj, Mackworth encontró que la exactitud de los participantes en detectar señales caía hasta un 15%. Gracias al gran desarrollo de la informática, actualmente es posible utilizar simuladores para estudiar la vigilancia en el laboratorio de forma más segura y con mayor control experimental. Por ejemplo, para tareas de investigación y de entrenamiento, se pueden utilizar simuladores de pilotaje de aviones, de conducción de vehículos o de trenes. Estos simuladores presentan un amplio rango en cuanto al grado de fidelidad con la que simulan la realidad, desde sencillos videojuegos de ordenador (como el que aparece en la Figura 2.1), hasta simuladores sofisticados que utilizan coches reales movidos por un sistema de plataformas. Figura 2.1. Simulador de conducción con registro simultáneo del electroencefalograma (EEG) utilizado en la Universidad de Granada. Página 37 de 132 Neuroergonomía Los simuladores de conducción que se emplean para el estudio de la vigilancia generalmente presentan carreteras monótonas, donde se mide la habilidad para mantener la atención y corregir la trayectoria del vehículo ante eventos inesperados, como una ráfaga de viento que desplaza lateralmente el coche. Por ejemplo, en un estudio de Correa y colaboradores (2014), los participantes tenían que conducir un coche a una velocidad constante (100 Km/h) siguiendo una línea central de color verde a lo largo de un circuito con forma de óvalo. Al cabo de unas cuantas vueltas al circuito se observó un claro decremento de vigilancia, que se refleja en un incremento del error de posición del coche, es decir, a los participantes cada vez les costaba más trabajo evitar que el coche se desviara de la trayectoria objetivo. Figura 2.2. Decremento de vigilancia en una tarea de simulación de conducción a través del tiempo en tarea. En la gráfica se observa que conforme más vueltas se da al circuito, el error de posición del coche, medido en puntuaciones típicas, incrementa (adaptado de Correa, Molina y Sanabria, 2014). Más recientemente, la vigilancia también se ha estudiado con tareas de tiempo de reacción. Estas presentan dos ventajas respecto a las tareas clásicas descritas anteriormente. Primero, dado que la utilización de tareas experimentales de tan larga duración para medir vigilancia no siempre es posible, hay un creciente interés por el uso de tareas más cortas tanto en investigación básica como en Página 38 de 132 Neuroergonomía contextos aplicados a la clínica y la ergonomía (Ruz et al., 2011). Además, permiten estudiar con una mayor resolución temporal las fluctuaciones rápidas de la atención que ocurren en unos pocos segundos, ya que registran un mayor número de respuestas por unidad de tiempo. Ejemplos de estas tareas son el Test de Ejecución Continua (Continuous Performance Test - CPT; Conners, Epstein, Angold y Klaric, 2003), utilizado ampliamente para el diagnóstico del trastorno por déficit de atención e hiperactividad; la Tarea de la Atención Sostenida a la Respuesta (Sustained Attention to Response Task - SART; Robertson, Manly, Andrade, Baddeley y Yiend, 1997), utilizada en pacientes con lesión en el lóbulo frontal, o el Test de Vigilancia Psicomotora (Psychomotor Vigilance Test - PVT; Lim y Dinges, 2008), que sirve para medir el efecto de la privación de sueño. El Test de Vigilancia Psicomotora consiste en una tarea de tiempo de reacción simple, cuya característica principal es que el estímulo objetivo aparece de forma impredecible en el tiempo (tras un intervalo aleatorio entre 2 y 10 segundos). Entre las ventajas de esta tarea se encuentran su facilidad de administración (un simple teléfono móvil sería suficiente), su brevedad (10 minutos en la versión estándar, que puede acortarse a 3 minutos), apenas muestra efectos de aprendizaje (conveniente para administraciones repetidas), muestra una alta fiabilidad test-retest y una gran sensibilidad a la privación de sueño, fármacos estimulantes y variaciones circadianas del nivel de alerta. 3. Teorías sobre la vigilancia La vigilancia, al igual que ocurre con otras funciones psicológicas, es un concepto complejo y difícil de capturar en una sola definición. Así, es comprensible que a lo largo de la historia hayan surgido diferentes teorías que intentan explicarla. Como veremos a continuación, las teorías van surgiendo como solución a problemas explicativos de sus predecesoras. Por tanto, es importante conocer las diferentes teorías ya que cada una enfatiza un conjunto de factores que son relevantes para entender la vigilancia. En este capítulo nos centraremos en la teoría de la activación, la teoría de los recursos y la teoría de la distracción. Página 39 de 132 Neuroergonomía Teoría de la activación o arousal. Esta teoría establece que el nivel de vigilancia de los individuos depende de su nivel de arousal o activación psicofisiológica. El Locus Coeruleus, núcleo productor de norepinefrina (también llamada noradrenalina) localizado en el tronco cerebral, tiene un papel clave (junto con la formación reticular y proyecciones ascendentes del tálamo) en la regulación de los procesos de vigilia y del estado de alerta. En su formulación más simple, esta teoría sostiene que la naturaleza monótona y repetitiva de las tareas de vigilancia reduce la activación del sistema de vigilia Locus Coeruleus-Norepinefrina. Esto produciría una hipoactivación general del sistema nervioso que se refleja en un empeoramiento progresivo de la ejecución a lo largo de la tarea. En otras palabras, la hipoestimulación característica de las tareas clásicas de vigilancia produce una hipoactivación progresiva en el cerebro que se refleja en el comportamiento como el típico efecto de decremento de vigilancia. Una evidencia a favor de la relación entre activación y ejecución en tareas de vigilancia es la Ley de Yerkes-Dodson (1908). Estos autores realizaron una serie de experimentos que demostraron que el nivel de activación determinaba la capacidad de aprendizaje. Concretamente, la activación se manipuló mediante la intensidad de una descarga eléctrica que proporcionaban a una muestra de roedores cuando entraban en el compartimento que debían aprender a evitar. La tarea consistía en discriminar dos compartimentos que diferían en cuanto a la cantidad de luz que tenían (el más claro no llevaba descarga asociada mientras que el más oscuro sí). El descubrimiento principal consistió en que la dificultad de la tarea determinaba la relación entre activación y ejecución. Una tarea sencilla (discriminar entre compartimentos blanco y negro) se realizaba mejor conforme mayor era el nivel de activación. Sin embargo, un exceso de activación deterioraba el nivel de ejecución cuando se realizaban tareas más difíciles (discriminar entre dos compartimentos de color gris muy parecido). La investigación de Yerkes y Dodson muestra que no hay una relación única entre activación y ejecución, sino que esta depende de factores como las Página 40 de 132 Neuroergonomía características de la tarea. Esto sugiere que la vigilancia no es un concepto simple ni unitario. Como consecuencia, surgen un conjunto de teorías sobre la vigilancia que se diferencian entre sí en términos de los factores concretos que enfatizan. A continuación veremos una teoría que intenta especificar con mayor precisión qué querían decir Yerkes y Dodson cuando se referían a una tarea fácil frente a una tarea difícil. Teoría de los recursos atencionales. De acuerdo al modelo de recursos de Kahneman (1973), la atención (por ende la vigilancia) se entiende como un conjunto limitado de recursos energéticos que determina la capacidad de trabajo mental. Estos recursos dependen de la cantidad general de activación del organismo. El aspecto central del modelo consiste en explicar cómo se reparte ese esfuerzo, es decir, cómo se asignan los recursos atencionales a las diferentes tareas. Para ello se consideran dos elementos básicos: la evaluación de las demandas de capacidad y la política de distribución de recursos. La política de distribución de recursos tiene en cuenta varios factores como las disposiciones estables del organismo (ej. automatismos) y las intenciones transitorias (ej. motivación). Esta política, en combinación con un proceso de evaluación de demandas de capacidad que considera la cantidad de energía disponible, es lo que regula el reparto de energía entre diferentes tareas. Por ejemplo, si una tarea es sencilla y equivocarse no implica graves consecuencias, la política de distribución no asignará muchos recursos energéticos para su realización. Por el contrario, si la tarea no está automatizada, hay una fuerte motivación para su desempeño óptimo y además hay una cantidad adecuada de energía disponible, la política de distribución de recursos consistirá en un incremento en la asignación de energía para la realización de dicha tarea. En otras palabras, este modelo funcionaría como un termostato, donde la regulación de la energía mental se produce a partir de un mecanismo de retroalimentación que incluye una comparación entre las demandas de las condiciones actuales y las condiciones objetivo. Página 41 de 132 Neuroergonomía Sin embargo, las primeras concepciones unitarias sobre la vigilancia no podían explicar algunos resultados de investigaciones donde una misma persona realizaba muy bien una tarea de vigilancia y su ejecución no tenía ninguna relación con la ejecución en otra tarea de vigilancia. Así, en los años 80 se cambió a considerar que la vigilancia dependía de los diferentes procesos cognitivos que demandaba específicamente cada tipo de tarea. En un principio, esto complicaba el gran sueño de los investigadores de predecir y controlar la ejecución en tareas de vigilancia. Para resolver esto, investigadores como Parasuraman y Davies (1977) realizaron una clasificación de todas las tareas de vigilancia en función de la cantidad de recursos atencionales que demandan. A partir de este trabajo de revisión concluyeron que el decremento de vigilancia durante la realización de una tarea es mayor cuanto más recursos atencionales demanda dicha tarea. Obsérvese el contraste entre ambas teorías a la hora de explicar el fenómeno del decremento en vigilancia. Por un lado, la teoría del arousal consideraba que el decremento en vigilancia se debía a una hipoactivación fisiológica causada por las características hipoestimulantes de este tipo de tareas. Por el contrario, esta nueva teoría considera que determinadas tareas de vigilancia demandan tal cantidad de recursos que acaban por sobrecargar el sistema cognitivo y agotar sus recursos disponibles para realizar la tarea, dando lugar a un decremento progresivo en la ejecución. A pesar de que este debate aún no está resuelto, a continuación veremos un ejemplo de teoría que permite integrar ambas posturas. Teoría de la distracción Una de las características principales de esta teoría es el concepto de lapso, distracción o fallo transitorio de la atención. Este concepto es importante porque implica que las fluctuaciones en el nivel de vigilancia pueden ocurrir a escalas temporales mucho más pequeñas de lo que se pensaba. En la vida cotidiana probablemente todos hemos experimentado lapsos atencionales, por ejemplo, echarle sal al café. Según esta teoría, para cometer estos errores de ejecución no es necesario llevar ni media hora ni dos horas seguidas realizando una misma tarea monótona de vigilancia. Página 42 de 132 Neuroergonomía Los lapsos pueden ocurrir por la intrusión de pensamientos distractores que no están relacionados con la ejecución de la tarea objetivo, o por un desenganche periódico de nuestro foco de atención; en otras palabras, por una bajada momentánea, en cuestión de segundos, del sistema de control atencional. Por tanto, de acuerdo a la escala temporal donde ocurren los decrementos o fallos de la vigilancia, podemos distinguir entre aspectos más tónicos (entre minutos y horas) o más fásicos (de segundos a minutos) de la vigilancia, también denominados como “atención sostenida” o “alerta” (e.g., Posner, 1978). Esta teoría comparte con la del arousal que la naturaleza repetitiva y monótona de la estimulación produce una habituación, y comparte con la teoría de los recursos que dicho “aletargamiento” puede controlarse de forma intencional, es decir, asignando más recursos de control atencional. En el apartado siguiente veremos evidencia fisiológica en favor de las fluctuaciones rápidas de la atención que postula la teoría de la distracción. 4. Medición y monitorización de la vigilancia Recordemos que un objetivo fundamental de la investigación en vigilancia es la predicción y el control de la ejecución de actividades que requieren mantener un nivel de atención óptimo para su realización de forma eficaz y segura. Para ello, el primer paso consiste en conocer cómo se puede medir el nivel de vigilancia. Medidas subjetivas En las medidas subjetivas, el individuo informa a través de cuestionarios acerca de cómo percibe su propio nivel de vigilancia. Podemos destacar la Escala Analógica Visual (VAS), la Escala de Somnolencia de Stanford (SSS) y la de Karolinska (KSS). La Escala Analógica Visual consiste en una línea de 100 mm en cuyos extremos aparecen los términos “somnolencia extrema” y “alerta plena”, para que el sujeto marque el punto de dicho continuo que mejor refleje su estado actual (Monk, 1989). Su rápida administración la convierte en un instrumento útil para estudiar Página 43 de 132 Neuroergonomía cambios de activación de un individuo con gran resolución temporal, ya que se puede administrar de forma repetida en cortos intervalos de tiempo. La Escala de Somnolencia de Stanford (SSS; Hoddes, Zarcone, Smythe, Phillips y Dement, 1973) y la Escala de Somnolencia de Karolinska (KSS; Akerstedt y Gillberg, 1990) consisten en un conjunto de ítems que describen diferentes estados de vigilancia (“relajado, despierto, no en alerta plena”) de los cuales el individuo ha de escoger el que mejor representa su estado actual. Es interesante destacar que la KSS muestra una fuerte correlación con medidas objetivas de somnolencia basadas en el EEG de individuos privados de sueño que realizaban una tarea de conducción simulada (Horne y Baulk, 2004). Finalmente, de acuerdo a la teoría de la distracción, parece lógico usar cuestionarios que miden la disposición estable de las personas a cometer fallos y lapsos de atención, por ejemplo, el Cuestionario de Fallos Cognitivos (Cognitive Failures Questionnaire - CFQ; Broadbent, Cooper, FitzGerald y Parkes, 1982). También se han reportado correlaciones significativas entre la puntuación del CFQ y la ejecución en la tarea SART (Robertson et al., 1997). La tarea SART consiste en responder rápidamente a una serie aleatoria de números del 1 al 9, con la condición de que los participantes deber inhibir su respuesta cuando el número presentado es el “3”. Concretamente, personas con alta puntuación en el cuestionario, y por tanto con fuerte tendencia a la distracción y a experimentar lapsos de atención, cometían más errores en la condición en que tenían que inhibir una respuesta inapropiada. Movimientos oculares Las variaciones en el estado de vigilancia se han relacionado con la tasa y la duración de los parpadeos, con la duración con que se mantienen los párpados semicerrados (cubriendo la pupila) y con movimientos oculares lentos que preceden al inicio de la Fase I del sueño (Thorpy y Billiard, 2011). Actualmente hay un gran auge en el diseño de dispositivos fiables, económicos y sencillos de llevar para aplicarlos a tareas cotidianas. Por ejemplo, en la industria automovilística se Página 44 de 132 Neuroergonomía podría aplicar como un sistema de seguridad vial que permita prevenir accidentes causados por fatiga o somnolencia al volante. Aparte de la investigación en vigilancia, esta técnica presenta multitud de aplicaciones importantes, tales como estudiar la carga de trabajo en los controladores aéreos (Marchitto, Benedetto, Baccino y Cañas, 2016), o para mejorar el diseño de dispositivos de presentación de información visual. Medidas de activación cerebral La medición de la actividad cerebral con técnicas de alta resolución como la electroencefalografía (EEG) es importante en este contexto porque puede proporcionar información a tiempo real de estados neurales relacionados con la eminente ocurrencia de un lapso de la atención. Un resultado clásico muestra que la actividad oscilatoria del cerebro refleja variaciones en arousal (Santamaria y Chiappa, 1987), de modo que la señal del EEG representa uno de los marcadores fundamentales de las fluctuaciones en vigilancia. Por ejemplo, Makeig y Jung (1996) encontraron incrementos en la potencia de los ritmos EEG en la banda de frecuencias theta (4-5 Hz) hasta unos 10 segundos antes de que se produjera un lapso en detectar un estímulo auditivo en una tarea de vigilancia clásica (detección de un sonido infrecuente). Por otro lado, O’Connell y colaboradores (2009) encontraron una mayor actividad alfa (8-14 Hz) en electrodos parietales hasta 20 segundos previos a la comisión de un error, en una tarea de vigilancia donde había que monitorear la duración de una sucesión de eventos. Aplicando Análisis de Componentes Independientes (ICA) al EEG registrado durante la tarea PVT y una tarea de conducción simulada en nuestro laboratorio hemos replicado una relación positiva entre mayores tiempos de reacción (peor vigilancia) y la potencia de los ritmos alfa, theta y beta en áreas de la red por defecto (componentes parieto- occipital, centro-medial y frontal; Molina, Sanabria, Jung y Correa, 2017). Con técnicas de neuroimagen por Resonancia Magnética funcional (RMf), Eichele y cols. (2008) encontraron que la comisión de errores podía ser predicha con una antelación de 20 segundos basándose en decrementos en la desactivación Página 45 de 132 Neuroergonomía de áreas relacionadas con la “red por defecto” y por decrementos en la activación de áreas de la red implicada en el mantenimiento de la atención a la tarea. Sin embargo, como se comentó en el apartado de métodos, la RMf no es una técnica adecuada para realizar estudios de campo. La Sonografía Transcraneal Doppler (TCD), en cambio, es un sistema portátil y relativamente barato que puede resultar útil para medir vigilancia en contextos aplicados fuera del laboratorio. Usando esta técnica, Shaw et al. (2013) midieron la velocidad del flujo sanguíneo cerebral a una muestra de 30 participantes que realizaban una tarea clásica de detección de señales (N = 10), una tarea SART (N = 10) o una condición control de no tarea (N = 10). Encontraron que la velocidad del flujo cerebral disminuía selectivamente conforme empeoraba la ejecución a lo largo del tiempo en tarea, en línea con el fenómeno del decremento de vigilancia. Este resultado sugiere que la velocidad del flujo sanguíneo cerebral puede utilizarse como un índice de la cantidad de recursos cognitivos disponibles, de acuerdo a la teoría de los recursos. Con la medición de la temperatura periférica, en nuestro laboratorio hemos encontrado una relación con la ejecución de tareas de vigilancia. Concretamente observamos que un mayor gradiente distal-proximal (diferencia entre la temperatura distal de la muñeca menos la temperatura proximal infraclavicular, véase Capítulo 1) se relaciona con tiempos de reacción mayores en el Test de Vigilancia Psicomotora (Molina et al., 2017) y con peor inhibición en la Tarea de la Atención Sostenida a la Respuesta (SART). El incremento del gradiente distal- proximal se ha asociado a un mecanismo de inducción del sueño mediante la bajada de la temperatura central, y por tanto con más somnolencia y menos vigilancia (Lara, 2017). 5. Conclusiones El registro de medidas subjetivas es una técnica que los profesionales de la Neuroergonomía deben conocer y que pueden usar para evaluar el nivel de vigilancia de los individuos. No obstante, hemos de tener en cuenta que estas medidas por sí solas no tienen una fiabilidad absoluta. Como ocurre con el resto de Página 46 de 132 Neuroergonomía técnicas que se han descrito para estimar la vigilancia, no existe la “técnica de oro” que nos permita evaluar la en todos los casos y de forma infalible. Es por tanto nuestra responsabilidad como profesionales de la Neuroergonomía conocer el amplio rango de instrumentos y sus condiciones de aplicación, con objeto de diseñar la combinación específica de medidas que mejor se ajuste a cada situación en particular. 6. Preguntas de estudio Describe tres actividades o trabajos que demanden un buen mantenimiento de la vigilancia. Piensa en qué factores pueden determinar el nivel de vigilancia de una persona. ¿Qué ventajas e inconvenientes puede tener el hecho de que nuestra atención no quede permanentemente enfocada hacia el mismo objeto o tarea? 7. Bibliografía Correa, A. (2008). Neurociencia aplicada: el cerebro al servicio de la humanidad. Ciencia Cognitiva: Revista Electrónica de Divulgación, 2, 38–40. Finomore, V., Matthews, G., Shaw, T., y Warm, J. (2009). Predicting vigilance: a fresh look at an old problem. Ergonomics, 52, 791–808. Horne, J. A., y Baulk, S. D. (2004). Awareness of sleepiness when driving. Psychophysiology, 41, 161–165. Lara, T. (2017). Influencia circadiana y marcadores fisiológicos en una tarea de vigilancia e inhibición de respuesta (Tesis Doctoral). Universidad de Granada, Granada. http://digibug.ugr.es/handle/10481/48775. Lim, J., y Dinges, D. F. (2008). 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