Saber cómo funciona el avión está ampliamente aceptado como esencial para un vuelo seguro. Los recientes desarrollos en neurociencia significan que este principio ahora se puede aplicar al componente más complejo e inescrutable de cualquier avión tripulado: el piloto.
Desde la Segunda Guerra Mundial, el estudio de los factores humanos ha dado sus frutos. En aviación, las primeras investigaciones se centraron en el diseño de la cabina (controles, aviónica …) y en los efectos de la altitud sobre la salud de la tripulación, los factores ambientales y un gran etc. Progresivamente, con la creciente complejidad de las cabinas informatizadas, la investigación se ha centrado cada vez más en la cognición (por ejemplo, la demanda mental). Por lo tanto, el enfoque de los factores humanos y la ergonomía ha evolucionado continuamente durante todo el siglo XX y mucho por hacer en el presente siglo.
Tradicionalmente, el análisis de las interacciones humano-sistema se ha centrado principalmente en el comportamiento subjetivo y observable para estudiar el trabajo humano en campo. Aunque este enfoque ha allanado el camino hacia un gran progreso, especialmente cuando las observaciones llevaron a un modelo descriptivo, una parte importante del funcionamiento del cerebro del piloto sigue siendo desconocida. Desde principios de la década de 2000, la neuroergonomía, la intersección de la neurociencia, la ingeniería cognitiva y los factores humanos, han ofrecido un enfoque alternativo para ampliar aún más nuestra comprensión del comportamiento observable mediante el examen de los mecanismos cerebrales que subyacen a la interacción entre humanos y tecnología.
En este siglo, el progreso técnico de las imágenes cerebrales ha revolucionado nuestra comprensión del cerebro. Sabemos más que nunca sobre las estructuras y funciones cerebrales detrás de nuestros sentidos, pensamientos y movimientos.
Ha surgido una nueva disciplina híbrida: neuroergonomía, que combina neurociencia, ingeniería cognitiva y factores humanos. Examina la interacción humano-tecnología a la luz de lo que ahora se sabe sobre el cerebro humano.
La neuroergonomía se aplica a la aviación en áreas que van desde el control motor, la atención, el aprendizaje, el estado de alerta, la fatiga, la carga de trabajo, la toma de decisiones, la conciencia situacional y la ansiedad.
La ergonomía cognitiva se ocupa de los procesos mentales, tales como la percepción, la memoria, el razonamiento y la respuesta motora, que afectan a las interacciones entre los seres humanos y otros elementos de un sistema complejo como el aeronáutico. Los temas relevantes incluyen la carga de trabajo mental, la toma de decisiones, la ejecución experta, la interacción persona-computadora, la fiabilidad humana, el estrés laboral y la formación profesional en relación con el diseño de los sistemas humanos. La ergonomía cognitiva estudia la cognición en contextos laborales y operacionales, a fin de optimizar el bienestar humano y el rendimiento del sistema. Es un subconjunto del campo más grande de los factores humanos y la ergonomía.
El desempeño humano y el error humano se han investigado tradicionalmente de manera empírica, y los investigadores han extraído conclusiones basadas en lo que la gente dice o hace. Estos métodos han funcionado lo suficientemente bien como para proporcionar un progreso significativo en algunas áreas (el desarrollo de la gestión de recursos de la tripulación – CRM – por ejemplo). Pero la oportunidad de ver y registrar que áreas activan en sus cerebros las personas es un cambio radical con respecto a estos últimos métodos. En gran parte del siglo XX se consideró la mente como una caja negra, no en el sentido que le damos en la aviación como un dispositivo de grabación y registro de todo los parámetros de la aeronave en vuelo, sino como un objeto misterioso cuyo funcionamiento interno era incognoscible.
Los neurocientíficos Frederick Dehais y Daniel Callan dicen que la neurociencia cognitiva ha «abierto la caja negra» y ha arrojado luz sobre los mecanismos neuronales subyacentes que apoyan el comportamiento humano».
Neurociencias “Cognitivas”: Comprensión de la mente humana y sus estructuras cerebrales. Estudia las bases biológicas de la cognición.
Dehais y Callan proponen un manifiesto audaz para la neuroergonomía que consiste en combinar la investigación del mundo real de los factores humanos con la precisión y el rigor de la ciencia de laboratorio. Esto se hace posible a medida que las herramientas para observar el cerebro se vuelven más pequeñas y más nítidas.
La mente abierta: técnicas de imágenes cerebrales
Hemos tenido los conceptos iniciales desde la década de 1970. Pero el conocimiento se limitó a contrastes básicos, por ejemplo saber si un área específica del cerebro está encendida o apagada. Ahora se puede entrar en detalles mucho más precisos sobre lo que podría representar ese área particular del cerebro.
La actividad del cerebro se puede medir indirectamente, a través de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) o resonancia magnética funcional (fMRI) y directamente mediante un electro encéfalograma (EEG) y magnetoencefalografía (MEG).
La espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS) es una técnica de monitorización cerebral óptica no invasiva que mide el flujo y la oxigenación de la sangre a través del cerebro. Es espacialmente bastante preciso pero tiene una baja resolución temporal; los retrasos en el tiempo significan que es incapaz de detectar cambios rápidos o transitorios en la actividad cerebral.
La resonancia magnética funcional también mide indirectamente la actividad cerebral al observar los cambios en el nivel de oxigenación de la sangre. Tiene una excelente resolución espacial de la actividad cerebral, pero al igual que fNIRS, tiene una resolución temporal lenta de varios segundos, limitada por la velocidad de los cambios sanguíneos en el cerebro.
La electroencefalografía (EEG) mide las fluctuaciones de voltaje que resultan de la corriente iónica dentro de las neuronas del cerebro mediante electrodos adheridos al cuero cabelludo. La técnica, utilizada desde la década de 1920, tiene una excelente resolución temporal pero poca precisión espacial.
La magnetoencefalografía (MEG) mide directamente los campos magnéticos generados por grandes grupos de neuronas orientadas de manera similar. Su resolución temporal es rápida (alrededor de 1 milisegundo). Debido a que la piel, los huesos y el líquido cefalorraquídeo son efectivamente transparentes a los campos magnéticos, la MEG puede ser más precisa espacialmente que la electroencefalografía (EEG). Se puede lograr una resolución espacial inferior a 1 cm.
FMRI y MEG son las técnicas de escaneo cerebral más precisas, pero tienen la desventaja de requerir instalaciones grandes, costosas y fijas, que involucran habitaciones blindadas. Las personas deben mantener la cabeza quieta. Sin embargo, los investigadores han combinado estos métodos de obtención de imágenes cerebrales con simulaciones realistas de vuelo y pilotaje para investigar la actividad neuronal relacionada con el vuelo.
Hoy existen equipos MEG portátiles que se usan como un casco, lo que permite que las personas se muevan libremente durante el escaneo.
Los científicos del cerebro están superando las limitaciones de cada técnica al usarlas en combinación. El investigador francés Dehais describe el uso de una combinación de experimentos, a veces combinando protocolos bien controlados en dispositivos de alta resolución como fMRI y MEG, con simuladores de computadora personal de baja fidelidad. También describe el uso de simuladores de vuelo de alta fidelidad basados en movimiento en combinación con dispositivos de grabación cerebral portátiles pero de menor resolución, como fNIRS y EEG, y eventualmente realizar experimentos en condiciones de vuelo reales utilizando los mismos dispositivos portátiles.
Voy a contar una experiencia personal. El año pasado (2021), en diciembre, finalice un posgrado en Neuromanagement en UCEMA, (Universidad del CEMA) el tema: neurociencias aplicadas a la gestión de organizaciones y proyectos. Dentro del mismo y tuve una sesión de NeuroTrainingLab. Es una metodología de desarrollo de competencias de liderazgo, una valoración de competencias de la inteligencia emocional (EQ), social (SQ), y cultural (CQ), así como la actividad neuro-cognitiva asociada a través del uso de herramientas de software especializado y dispositivos de EEG. Una experiencia muy interesante en que me evaluaron en tiempo real aspectos como Meta-cognición, gestión de emociones, gestión de la Información, gestión de personas, gestión del tiempo; además de indicadores neurofisiológicos, entre otros. Hoy existen herramientas tecnológicas, como esta que viví personalmente, aplicables a la aviación. Pasar por una experiencia de este tipo ayuda a tener pautas claras y medibles, basadas en un marco de investigación científica, de aspectos neuro-cognitivos que nos ayudan a mejorar nuestro rendimiento, con una interpretación a cargo de profesionales de los resultados de la sesión elaborando propuestas de trabajo en aquellos aspectos que cada uno desee mejorar.
El cerebro
Entre los conocimientos que la neurociencia aportó se encuentra que los cerebros de los pilotos son sutilmente diferentes de los de la población general. Esto ocurre de la misma forma en los músicos, que tienen diferencias de volumen de materia gris en las regiones espaciales motoras, auditivas y visuales, y junto con los taxistas de Londres, que desarrollan un hipocampo agrandado después de años de estudiar las más de 300 rutas requeridas para los exámenes de Knowledge of London.
El amigo Callan y sus colegas realizaron un experimento de resonancia magnética funcional en 2013, analizando la ejecución y observación de aterrizajes de aeronaves. Descubrieron que los pilotos mostraban una mayor actividad que los no pilotos en las regiones del cerebro involucradas con la simulación motora que se consideraba importante para el aprendizaje basado en la imitación. En 2014, Ahamed, Kawanabe, Ishii y Callan encontraron que los pilotos de planeadores, en comparación con los no pilotos, mostraban una mayor densidad de materia gris en la corteza premotora ventral.
¿Qué alarma? Sordera más allá de la falta de atención
La neurociencia está confirmando aspectos del comportamiento del piloto que previamente se habían inferido de la experiencia o, en ocasiones, de informes de accidentes. Un resultado de preocupación es que, bajo estrés, los pilotos literalmente no escuchan las alarmas de la cabina.
En 2017, Dehais, Callan y sus colegas enviaron pilotos a través de una carrera de pilones simulada (al estilo Red Bull) mientras estaban siendo monitoreados en un sistema de resonancia magnética funcional. Las advertencias auditivas sonaron a intervalos durante la carrera. Los resultados revelaron que los pilotos pasaron por alto aproximadamente el 35 por ciento de las alarmas, pero lo que es más interesante, el análisis de fMRI reveló que los errores auditivos en relación con los golpes auditivos produjeron una mayor activación diferencial en varias estructuras cerebrales involucradas con un cuello de botella en la atención. ‘Estas últimas regiones también fueron particularmente activas cuando el rendimiento de vuelo fue bajo‘, escriben Dehais y Callan, lo que sugiere que cuando la demanda de la tarea principal era excesiva, este cuello de botella atencional atenuó el procesamiento de tareas no primarias para favorecer la ejecución de la tarea de pilotaje visual. Este último resultado sugiere que la corteza auditiva puede apagarse literalmente cuando la tarea de volar se vuelve demasiado exigente.
Un experimento en 2016 de Dehais y sus colegas colocó a siete participantes en un simulador de vuelo en movimiento que enfrentaba una situación de aterrizaje crítica con humo en la cabina que requería un aterrizaje nocturno de emergencia en condiciones meteorológicas adversas. Los pilotos también tuvieron que ignorar alarmas de tono bajo pero reportar una alarma de tono alto. Antes del experimento, se examinó a los voluntarios para determinar si eran personas «visuales» o «auditivas».
Los pilotos perdieron el 56 por ciento de las alarmas auditivas. Curiosamente, los pilotos que fueron evaluados como ‘dominantes visuales’ eran más propensos a ignorar y perder las alarmas.
Los investigadores también encontraron que las alarmas perdidas ocurrieron después de 100 milisegundos, mucho antes de la aparición de la conciencia (300 milisegundos). Tomados en conjunto, los resultados apelaron a favor de un mecanismo de puerta visual a auditivo temprano y automático que literalmente apagaba su audición.
Callan y Dehais (2018) realizaron un tercer experimento en condiciones de vuelo reales para mejorar la comprensión de los mecanismos neuronales subyacentes a la percepción errónea de las alarmas.
Pilotos de aviación general volaron mientras estaban conectados a un sistema EEG. Durante el vuelo, tuvieron que afrontar una exigente tarea mientras respondían a una alarma auditiva. Los hallazgos fueron consistentes con el estudio de resonancia magnética funcional; un cuello de botella de atención se activó y provocó una desincronización de la corteza auditiva, impidiendo el procesamiento preciso de las alarmas.
Callan dice: “Esta serie de experimentos representa ilustraciones típicas del enfoque neuroergonómico; desde experimentos básicos realizados con herramientas de medición de alta definición en el laboratorio, hasta la medición de la cognición en entornos realistas ”.
Algunos estudios se han centrado en el mecanismo neural de procesos específicos durante el vuelo, como la toma de decisiones (Causse et al., 2013 ; Adamson et al., 2014) y la estrategia mental (Peres et al., 2000). Se encontró que las regiones frontales contribuyen a la toma de decisiones aeronáuticas. Los métodos fNIRS y EEG también se utilizaron para investigar la actividad neuronal de la memoria de trabajo y la interacción coordinada del piloto en un simulador de vuelo y en condiciones de vuelo reales (Toppi et al., 2016 ; Gateau et al., 2018). Los resultados mostraron que los pilotos en condiciones de vuelo tenían una mayor activación de la corteza prefrontal. Además, durante el nivel más alto de las fases de vuelo, hubo una densa conectividad intercerebral que unía las áreas cerebrales frontal y parietal. El vuelo de un planeador requiere que los pilotos controlen la aeronave a velocidades relativamente altas en tres dimensiones, que son los mismos procesos en el vuelo comercial (Callan et al., 2013 ; Durantin et al., 2017). Se identificó el aumento de la densidad de materia gris de los pilotos de planeadores en la corteza premotora y la corteza cingulada anterior, lo que podría estar asociado con los procesos cognitivos y motores relacionados con el vuelo (Callan et al., 2013).
Fly safe and enjoy!
Hasta la próxima
Paz y bien – Námaste
Roberto Gómez
rjg@flap152.com
Referencias
- Gateau T, Ayaz H and Dehais F (2018) In silico vs. Over the Clouds: On-the-Fly Mental State Estimation of Aircraft Pilots, Using a Functional Near Infrared Spectroscopy Based Passive-BCI. Front. Hum. Neurosci. 12:187. doi: 10.3389/fnhum.2018.00187
- Chen X, Xu K, Yang Y, Wang Q, Jiang H, Guo X, Chen X, Yang J y Luo C (2020) Dinámica de red de modo predeterminado alterada en pilotos de aviación civil. Parte delantera. Neurosci. 13:1406. doi: 10.3389/fnins.2019.01406
- The Neuroergonomics of Aircraft Cockpits: The Four Stages of Eye-Tracking Integration to Enhance Flight Safety
- Neuroergonomics for flight safety : Frédéric Dehais, Mickaël Causse, Raphaëlle Roy, Sébastien Scannella, Vsevolod Peysakhovich (DRRP/DCAS)