KAPITEL 2 Roald A. Bjørklund
32 Begrebet mentale arbejdsbelastninger I dette kapitel stilles følgende hovedspørgsmål: Hvad er mental arbejdsbelastning? Hvordan måles mentale arbejdsbelastninger? Hvad er virkningen af mentale arbejdsbelastninger både fysiologisk og psykologisk? Hvad er årsagerne til mentale arbejdsbelastninger? Hvordan kan mentale arbejdsbelastninger forebygges? Svar på disse spørgsmål gives inden for et område af psykologien, der er fysiologisk orienteret. Det skal nævnes, at vi i Skandinavien har en meget stærk tradition for, at det er organisationspsykologien, der ellers besvarer disse spørgsmål. Mennesket er i stadigt samspil med miljøet. Både udforskning og manipulation af miljøet frembringer ny og vekslende sensorisk information, som stimulerer organismens sanseapparat (syn, hørelse, lugt, smag, berøring og ligevægt). Flere forskere (53) antager, at organismen har behov for sensorisk stimulering. Mange studier har vist, at reduceret tilførsel af stimulering (oprindelig benævnt sensorisk deprivation) fører til betydelige personlige belastninger, som resulterer i forandringer i form af vanskeligheder med at orientere sig i tid og rum, tilløb til hallucinationer og nedsat evne til at tænke rationelt og logisk. Dette viser, at mangel på sensorisk stimulering faktisk repræsenterer en belastning af organismen og kan resultere i nedsat arbejdskapacitet. Det er ikke vanskeligt at forestille sig, at det modsatte af understimulering, nemlig vedvarende og kraftig sensorisk stimulering, også kan have uheldige konsekvenser for organismen i form af overstimulering eller overbelastning (19). Diskussionen om optimal stimulering har hovedsageligt været knyttet til afgrænsningen mod overstimulering, mens det bare i marginalt omfang har været interessant at undersøge understimulering som en belastningsfaktor. For eksempel blev det i begyndelsen af 1970 erne (17) anta-
33 get, at lydstimulering, som lå under risikogrænsen for at fremkalde høreskader, alligevel kunne resultere i mentale belastninger i form af nedsat evne til at løse arbejdsopgaver nedsat evne til at lære nyt stof svækket evne til at optræde hensigtsmæssigt i mellemmenneskelige relationer en akkumulering af mental træthed. Det blev antydet, at akkumuleringen af kognitiv træthed i løbet af en arbejdsdag ved støjeksponering også resulterede i belastninger, som varede ved efter arbejdstidens ophør. Dette indebar, at arbejdstageren måtte bruge fritiden til hvile for at kunne starte på en ny arbejdsdag. I en del tilfælde er der også rapporteret, at arbejdstageren måtte bruge weekenden til hvile (rekreation) for at kunne starte på en ny arbejdsuge. Der har ikke været tilsvarende, omfattende forsøg, som har søgt at finde sammenhæng mellem mangel på støjstimulering og arbejdsbelastning. Sensation Seeking Scale (SSS). Studiet af mennesker og andre primater viser, at organismen har behov for stimulering. I 1979 rettede Zuckerman (54) søgelyset mod det forhold, at menneskers behov for stimulering åbenbart er forskellige. Der blev udviklet en skala: Sensation Seeking Scale (Stimulering Søgning Skala, forkortet til SSS) til at måle et individs behov for stimulering, og senere studier har vist, at personer, der scorer højt på denne skala, er karakteriseret ved at deltage i risikofyldt sport, job eller hobbies søge stor variation i seksuelle og drug erfaringer være frygtløse i normale frygtsituationer (højde, mørke, slanger) tage risiko i spil kunne lide eksotisk mad ved normal bilkørsel holde højere hastighed end personer, som scorer lavere på Sensation Seeking Scale. Folks forskellige behov for stimulering er utvivlsomt et væsentligt element i forståelsen af, hvorfor mentale arbejdsbelastninger udvikles så varieret hos arbejdstagere. Stressreaktioner - en historisk oversigt Forløberne for udtrykket mental belastning kan føres tilbage til både det 14. (34) og 17. århundrede (19). Men det er først i dette
34 århundrede, at undersøgelser af mental belastning har fået en videnskabelig dimension. Walter Cannon (5, 6) gennemførte i 20 erne omfattende studier for at kortlægge fysiologiske processer i forbindelse med menneskets emotioner (fysisk smerte, vrede, angst, frygt og glæde). Cannon antog, at belastninger skyldes mangel på ligevægt eller balance (homeostase) i organismen, som kan være forårsaget af ydre forhold som kulde, mangel på ilt, lavt blodsukker o.a. Når organismen er ude af homeostase, karakteriserede Cannon den som værende under stress, og Cannon antog, at graden af stress kan måles ved at undersøge den fysiologiske grad af ubalance. I 1936 benyttede Hans Selye (41, 42) begrebet stress på en mere specifik og teknisk måde ved at inkludere et sæt af reaktioner i organismen som respons på ugunstige fysiske og psykiske stimuleringer. Selye kaldte disse reaktioner for det generelle adaptationssyndrom (the General Adaptation Syndrome). Det generelle adaptationssyndrom blev undersøgt i laboratoriestudier af dyr og blev oprindeligt antaget at inkludere tre på hinanden følgende faser: Først en alarmreaktion (alarm reaction), derefter en modstandsfase (stage of resistance) og afslutningsvis en udmattelsesfase (stage of exhaustion), jf fig. 1. Stressmodstand Oprindelig stressor Ny stressor Normal Chok Mod- Chok Alarmreaktion Modstandsfase Udmattelsesfase Figur 1. Det generelle adaptationssyndrom (General Adaptation Syndrome). Den øvre kurve viser modstand mod en stressor over tid. I løbet af alarmreaktionsfasen falder modstanden hurtigt (chokfase), men derefter stiger den stærkt (modchokfase). Modstanden fortsætter med at vokse i modstandsfasen og forbliver høj gennem denne fase. Hvis stressoren vedvarer i en længere periode, når kroppen en udmattelsesfase, og dens evne til at gøre modstand bryder sammen til sidst. Hvis en ny stressor bliver indført, mens kroppen stadig er eksponeret for den oprindelige stressor, er evnen til modstand reduceret betragteligt, således som det er vist med den nedre kurve. Alarmreaktionen antoges at bestå af to underfaser: Først indtrådte en chokfase med fald i kropstemperatur og blodtryk, øget
35 hjertefrekvens og slappe muskler. Derefter opstod en fase med modchok (countershock), hvor kropstemperatur og blodtryk normaliseres. Modchok blev antaget at være kroppens umiddelbare reaktion på chokfasen. I den følgende modstandsfase antog Selye, at der foregår en øget aktivitet i hypothalamus med efterfølgende aktivitetsøgning i de neuroendokrine systemer. Dette resulterer i forhøjet neural og hormonal aktivitet og forbereder organismen på øgede belastninger. Efter flere dage indtræder en normaliseringsfase eller udmattelsesfase. I denne fase er organismen lidet modstandsdygtig mod belastninger. Selye knyttede dermed ikke stress til forhold ved den ydre stimulering som sådan, noget som Selye kaldte stressorer, men til et universelt fysiologisk sæt af reaktioner og processer, som blev forårsaget af de ydre betingelser (stressorer). I 1956 gav Selye (42) en oversigt over sit arbejde, og på det tidspunkt omfattede litteraturen i tilknytning til fysiologiske forhold ved stress omtrent 6.000 publikationer årligt. Et kendetegn ved mange af disse publikationer var fokusering på de fysiologiske reaktioner på ydre belastning. Andre forskere har rettet opmærksomheden mod stressorer, dvs hændelser som udløser stressreaktioner. Disse forskere har studeret akutte forhold som katastrofehændelser (brand, jordskælv, uheld ved atomreaktorer, ulykker i luften, på havet og på landjorden). Men der er også lavet undersøgelser over effekter af mere kronisk stressbetonede forhold som fængselsophold og overbefolkning. Forholdet mellem akkumulering af stressbetonede hændelser (opsigelse fra arbejde, skilsmisse og dødsfald i familien) og risiko for efterfølgende sygdom er blevet undersøgt i et stort antal studier (20). Arbejdsressourcer og arbejdsbelastninger I 1970 erne blev mental arbejdsbelastning nærmere knyttet til interaktionen mellem på den ene side arbejdsopgaver og systemstrukturer, og på den anden side egenskaber hos arbejdstageren såsom evner, færdigheder, motivation og emotioner. Mental arbejdsbelastning blev defineret som den ressource, en arbejdstager må investere, for at arbejdet kan udføres. Kahneman (24) antog, at mekanismerne, som ligger til grund for mental arbejdsbelastning, kan forstås på følgende vis: Under acceptable arbejdsbelastninger må det enkelte individ investere en vis mængde arbejdsressourcer for at løse arbejdsopgaverne. Eftersom menneskets ressourcer antages at være af åbenbar begrænset kapacitet, er antagelsen videre, at arbejdstageren vil nå et punkt, hvor der ikke længere er tilgængelig, ledig kapacitet i for-
36 hold til arbejdskravene. På dette punkt vil arbejdspræstationen reduceres. Det blev også antaget, at det gennem psykofysiologisk registrering er muligt at måle individets totale ressourceforbrug i forskellige arbejdsoperationer. Nyere modeller for mental arbejdsbelastning har forladt den opfattelse, at arbejdskapaciteten beror på en udifferentieret ressourcekilde. I stedet antages det, at der er flere typer ressourcekilder til stede. Hver ressourcekilde er knyttet til forskellige aspekter ved en arbejdsopgave. En af de mere detaljerede multiple ressourcemodeller blev udviklet af Wickens omkring 1980. Wickens (50) forudsætter en traditionel model vedrørende mental processing, hvor sanseorganerne modtager ydre stimulering, som leder til sanseindtryk (input), også kaldet perception. Sanseindtrykkene skal derefter processeres, dvs bearbejdes af centralnervesystemet i form af genkendelse, analyse, vurdering, ræsonnering o.a. Denne centrale processing kaldes ofte kognition. Kognitionen danner et af grundlagene for de reaktioner eller responser, arbejdstageren foretager (output). Et andet grundlag for reaktioner er emotioner (følelser). Modellen vedrørende mental processing går dermed ud på, at organismen modtager input, som skal processeres og resultere i output i arbejdsmiljøet. I sin model antog Wickens, at arbejdsopgaver involverer tre dimensioner, som hver har separate ressourcekilder: Den første dimension er modaliteten for input og output. Modaliteten for input kan hovedsagelig være af visuel karakter (brug af synssansen) eller af auditiv karakter (brug af hørelsen). I mange arbejdsopgaver vil information fra det ydre miljø inkludere såvel brug af synssans som høresans, selvom der i det moderne arbejdsmiljø noget ensidigt bliver lagt vægt på synsinformation. Modaliteten for output kan hovedsagelig være vokal (brug af tale) eller manuel (brug af hænder og fødder). Det hører til undtagelserne, at arbejde udelukkende kræver verbale responser, men arbejde inden for oplæring, undervisning og informationsformidling forudsætter megen tale. Når det gælder de manuelle responser, er der foregået en tankevækkende udvikling fra slutningen af 1970 erne derved, at et øget antal arbejdsoperationer forudsætter brug af tastatur ved dataterminaler. Selvom tastaturer har været kendt i arbejdslivet i mange år i forbindelse med skrivemaskiner og punche-hullemaskiner, er det først i de senere år, at arbejdsopgaver med datatastatur nærmest har eksploderet. Westgaard og medarbejdere (49, 52) har vist, at dataterminalarbejde giver mere statiske muskelbelastninger end traditionelt kontorarbejde uden brug af tastatur.
37 Den anden dimension i Wickens model er niveauerne for processing, som gælder, når arbejdsopgaven hovedsagelig stiller krav til perception (input), til kognition (central processing) eller til udførelse af responser (output). For eksempel kræver arbejde i kontrolrum megen perception af kontrolapparater, mens montagearbejde kræver mange manuelle færdigheder, hvor øje og hånd skal koordineres. Den tredje dimension er koden eller formen for den centrale processing. Denne dimension har verbal (sproglig) som det ene yderpunkt og spatial (rumlig) som det andet yderpunkt. Forenklet drejer det sig om, hvordan arbejderen tænker, når han eller hun løser opgaver i arbejdet. Nogle løser opgaver ved hovedsageligt at benytte sproglige begreber, som er indlært gennem tale og læsning. Hos højrehåndede mennesker foregår denne verbale processingsform i den venstre halvdel af hjernen. Andre mennesker løser opgaver ved at tænke i billeder og hændelser. Disse mennesker nærmest ser for sig, hvordan arbejdet skal udføres. Denne processingsform foregår hovedsageligt i den højre halvdel af hjernen. Wickens model om flere ressourcekilder knyttes til viden om fysiologiske modeller. For eksempel fører visuelle sanseindtryk (input) til aktivering af begge hjernehalvdele, hvor indtryk fra højre del af synsfeltet går til venstre hjernehalvdel, og indtryk fra venstre del af synsfeltet går til højre hjernehalvdel. Hvis responserne (output) består af bevægelser med højre hånd (som styres af venstre hjernehalvdel), betyder dette, at indtryk, som kommer fra den venstre del af synsfeltet, først går til højre hjernehalvdel og derefter passerer hjernebroen (corpus callosum - som binder de to hjernehalvdele sammen), således at indtrykkene kommer til venstre hjernehalvdel, som også styrer højre hånd. Sanseindtryk, som kommer fra den højre del af synsfeltet, og som skal resultere i bevægelse af højre hånd, behøver derimod ikke at passere hjernebroen. Wickens model for mentale arbejdsbelastninger åbner for en række interessante vurderinger. For eksempel kan et arbejde, som forudsætter mange tekniske delanalyser (som for en stor dels vedkommende processeres i venstre del af hjernen), måske repræsentere mindre belastning for arbejdstagere, som væsentligst anvender venstre hjernehalvdel, i forhold til arbejdstagere, som tænker i billeder og ser i hændelser (brug af højre hjernehalvdel). Ved at Wickens bygger sin model tæt op ad fysiologisk viden, åbner den for interessant samarbejde mellem personer, som forsøger at forebygge mentale belastninger i arbejdslivet, og personer, som forsker i, hvorledes nervesystemet fungerer under
38 normale og patologiske tilstande. Uden for denne referenceramme vil for eksempel neuropsykologer, som undersøger nerveskadede personer med henblik på rehabilitering, således have gode forudsætninger for at give råd om, hvordan et arbejde skal organiseres for denne arbejdstager. Det kan nævnes, at en af de andre modeller ser på ressourcebrugen som afstanden mellem aktiverede områder i cortex i forbindelse med udførelse af arbejdsopgaver. Det er værd at understrege, at også multiple ressource modeller antager, at mentale belastninger forårsages af ressourceknaphed i interaktionen mellem miljøbetingelser og organismens kapacitet. Efter at multiple ressource modellen blev udviklet, er også antallet og egenskaberne ved de forskellige ressourcekilder blevet diskuteret. Wickens selv er skeptisk med hensyn til at indføre en ny ressourcekilde, hver gang behovet synes at være til stede. Han argumenterer for, at nye ressourcekilder må defineres i forhold til fysiologisk baserede energisystemer. Dermed er modellen nært knyttet til viden om kroppens fysiologiske mekanismer. Mental belastning kan altså forstås som et misforhold i interaktionen mellem ressourcer hos arbejdstageren og forhold i arbejdssituationen. Individuel mestring Et interessant og markant fund i studier af mentale arbejdsbelastninger er den indflydelse, som forskellige typer psykologiske faktorer har. Der er betydelige, individuelle forskelle på, hvorledes forskellige individer reagerer på nogenlunde ens stressorer. Selv fysiologiske reaktioner på smertefulde stimuleringer moduleres af, hvordan det enkelte menneske mestrer smerteoplevelsen. Det synes, som om enkelte situationer er belastende for de fleste mennesker (fx livstruende sygdom), mens andre mindre dramatiske situationer (gå til eksamen, holde et foredrag, få tildelt nye arbejdsopgaver, have tidsfrister i arbejdet, mangel på overskuelige arbejdsopgaver) er meget stressbetonede for nogle mennesker og mindre belastende for andre. I 1970 erne indførte Strelau (44) betegnelsen reaktivitet for at angive en sammensat fysiologisk mekanisme, som bestemmer menneskelige reaktioners intensitet. Reaktivitet går langs en dimension, hvor de to yderpunkter er stor sensitivitet over for sanseindtryk og følelser og ekstrem udholdenhed med hensyn til stærk stimulering. Strelau angiver, at reaktivitet involverer mange af kroppens fysiologiske systemer (det endokrine system, det autonome nervesystem, centralnervesystemet), og at det er en karakteristisk og relativ stabil mekanisme hos det enkelte individ.
39 Reaktivitet forklarer de store forskelle i reaktionsformer hos mennesker. Graden af reaktivitet vurderes ud fra størrelsen af den stimulering, som er nødvendig for at udløse en registrerbar reaktion. Høj reaktivitet (og dermed stor sensitivitet) indebærer lav stimulering, før en reaktion indtræder, lav reaktivitet er karakteristisk for et individ med lav sensibilitet og stor udholdenhed over for stimulering. Svage stimuleringer forstyrrer og afleder arbejdstagere med høj reaktivitet, mens arbejdstagere med lav reaktivitet udfører arbejdet uforstyret, selvom den omliggende stimulering er meget høj og vedvarende. Der synes at være konsensus om betydningen af kendskab til individuelle forhold for at forstå, hvordan et individ belastes af en hændelse. Det aktuelle diskussionstema i denne forbindelse er, hvilke individuelle forhold der er af betydning for at forstå, hvordan ensartet ydre stimulering moduleres på forskellig vis, således at resultatet i ét tilfælde kan indebære betydelig mental belastning, mens det i et andet tilfælde repræsenterer gunstig stimulans med hensyn til at bidrage til øget personlig motivation og vækst (33). Mental belastning kan altså forstås som resultatet af et misforhold mellem organismens ressourcer og de totale krav i arbejdsmiljøet, og hvor individuelle faktorer som reaktivitet modulerer udviklingen af belastningen. Måling af mental arbejdsbelastning Det er almindeligt at klassificere de hyppigst benyttede målemetoder i forbindelse med mental arbejdsbelastning i tre hovedkategorier (37): Subjektive mål Præstationsbaserede mål Fysiologiske mål. Subjektive mål De subjektive metoder kræver, at personen bedømmer og rapporterer sin egen opfattelse af den belastning, som indtræder i forbindelse med udførelse af en speciel opgave. Der er udviklet mange vurderingsskalaer (Rating scales), som anvendes til dette formål. Som eksempel kan nævnes modificeret Cooper-Harperskalaer, Subjective Workload Assessment Technique (SWAT),
40 Borgs skala og modificerede Osgood-skalaer (29). Arbejdstagerne svarer på de forskellige skalaer på forskellig måde. De mest benyttede skalaer er imidlertid: Dikotome svaralternativer (ja/nej) på forskellige udsagn. Likerts skala med 5 svaralternativer (meget uenig - uenig - usikker - enig - meget enig), som gives til forskellige udsagn. Parvis sammenligning (forced choice), hvor arbejdstageren må vælge mellem to alternative svar (for eksempel Jeg foretrækker at tale med chefen vs Jeg foretrækker at tale med mine kolleger ). Visuel analog skala (VAS), hvor arbejdstageren skal markere langs en kontinuerlig skala, som har henholdsvis meget belastende og ikke belastende som yderpunkter. Yderpunkterne er forbundet med en linie, og arbejdstageren skal angive grad af belastning til forskellige udsagn ved at krydse af et sted på den kontinuerlige skala. SWAT inkluderer tre VAS-skalaer med tre hovedpositioner for henholdsvis tidsbelastning, mental ydelsesbelastning og stressbelastning. Modificeret Osgood-skala består af syv VAS-skalaer med syv hjælpepunkter, som omfatter spændt-afslappet, motiveretumotiveret, koncentreret-ukoncentreret, ophidset-rolig, behagelig-ubehagelig, effektiv-ineffektiv, opmærksom-uopmærksom. Fælles for de forskellige typer vurderingsskalaer er, at de intenderer at give indeks for oplevet belastningsniveau i forhold til specifikke arbejdsoperationer. Det antages, at ændring i belastningsniveau giver forandring i individets subjektive oplevelse og dermed efterfølgende rangering (37). Præstationsbaserede mål Gennem præstationsbaserede mål kan der afledes et indeks for arbejdsbelastning ud fra enkelte forhold ved individets adfærd og aktivitet. Det er almindeligt at skelne mellem to kategorier præstationsmål, nemlig primære og sekundære opgavemål (10, 51). Primære opgavemål omfatter aspekter ved selve arbejdet, som er af vital betydning - for eksempel antal fejl, som udføres under en flyvemanøvre eller i forbindelse med procesovervågning. Sekundære opgavemål kan angive et indeks for mental arbejdsbelastning baseret på individets evne til at udføre opgaver, som kommer i tillæg til den primære opgave. Det vil sige, at den sekundære opgave udføres i nær tilknytning til den primære arbejdsopgave. Sekundæropgaverne kan klassificeres i otte grupper (37), som omfatter:
41 Valg-reaktionstid Sporfølge Monitering Hukommelse Mental aritmetik Repetition Enkel reaktionstid Tidsestimering. Valg af målemetode er afhængig af flere forhold, bl.a. af hvad der er indeholdt i den primære opgave, samt i hvilken udstrækning sekundæropgaven forstyrrer og forurener primæropgaven. Fysiologiske mål - psykofysiologien Fysiologiske mål udleder belastningsniveauet af enkelte af individets fysiologiske responser i forhold til en arbejdsopgave. Disse mål kan inkludere autonome responser (pupilrefleksen), centralnervøse responser (hændelsesrelaterede potentialer (12)), eller perifere mål (muskelaktivitet eller øjeaktivitet (23, 49, 52)). Lige siden Cannons studier af emotioner i 1920 erne har registrering af fysiologiske processer stået centralt i målingen af belastninger. Denne tradition betegnes ofte psykofysiologi, idet der søges etableret sammenhænge mellem individets psykiske belastninger og kroppens fysiologiske responser på de samme belastninger. Arousal-teori I perioden 1930-70 var arousal-teori den herskende teori inden for psykofysiologien. Toneangivende forskere som Hebb, Malmo, Duffy og Lindsley arbejdede inden for denne teoriramme. Inden for arousal-teori blev det antaget, at der i organismen er en kontinuerlig arousal-skala på linie med en søvn-vågendimension, og hvor det aktuelle arousalniveau kan indekseres i forhold til såvel central nerveaktivering som perifer nerveaktivering. Således blev det antaget, at måling af aktivitet i hjernen (elektroencefalografi - EEG), i muskler (elektromyografi - EMG), i hjerte (blodtryk og hjertefrekvens), i hud (hudkonduktans og hudresistans) o.a. reflekterer organismens arousalniveau. Det blev også antaget, at både et lavt og højt arousalniveau er ugunstigt, mens et mellemste arousalniveau er optimalt for organismen, således at individet kan præstere maksimalt uden risiko for udvikling af belastningslidelser. Denne sammenhæng mellem arousalniveau og organismens funktionsdygtighed blev kaldt for den omvendte U-hypotese. Det blev videre antaget, at den neurofysiologiske
42 basis for den angivne sammenhæng mellem fysiologiske måleenheder og mellem de fysiologiske mål og den psykologiske tilstand bliver formidlet via det retikulære aktiveringssystem (RAS) i hjernestammen. Det retikulære aktiveringssystem modtager information både fra kroppens ydre og indre miljø og spiller sandsynligvis en stor rolle ved at integrere de forskellige former for information (4). I hjernestammen findes en række specialiserede nervegrupper, hvoraf to har fået stor opmærksomhed: rafekernerne (nuclei raphe) og locus coerulus. Neuronerne i rafekernerne indeholder transmittersubstansen serotonin, og neuronerne i locus coerulus indeholder noradrenalin. Neuronerne i begge nervegrupper er noget specielle, fordi de har udløbere til store dele af storhjernen (cortex) og lillehjernen (cerebellum). Dermed kan disse små nervegrupper kontrollere og integrere store dele af organismen på en ensartet måde, som går fra dyb søvn til højeste vågenhed og beredskab. Det retikulære aktiveringssystem bistår også lillehjernen med at koordinere motoriske enheder, således at organismen kan udføre koordinerede kontraktioner af skeletmusklerne. En skade i det retikulære aktiveringssystem kan resultere i tab af bevisthed (koma), som kan vedvare i måneder og år. Arousal blev anset for at være den primære faktor, som udgør grundlaget for ydelse, emotioner, motivation og bevidsthed (3). I henhold til arousal-teori blev således ændring i hjertefrekvens anset for at være et indeks (en talstørrelse) for den psykologiske tilstand, som blev bestemt af både ydre og indre faktorer, og som videre var bestemmende for organismens adfærd. Der voksede imidlertid i 1960 erne et stigende antal studier frem, som antydede lav indbyrdes korrelation mellem de forskellige fysiologiske mål. Det blev efterhånden vanskeligt at forstå, hvorledes en fælles underliggende arousalmekanisme kan resultere i så vidt forskellige størrelser inden for de forskellige fysiologiske processer. Det blev også vanskeligt at betragte den omvendte U-hypotese som andet end en overforenklet model for sammenhænge mellem belastning, fysiologisk respons og præstationsevne i de mere ekstreme forbindelser. Intake-rejection-hypotesen Lacey (30) formulerede i 1960 erne sin intake-rejection-hypotese. Grundlaget for hypotesen var eksperimentelle observationer af hjerteaktivitet, der viste, at hjertefrekvensen nu og da ændrer sig i modsat retning af det, som arousal-teorien forudsætter. Lacey fandt for eksempel, at ledningsevnen i huden forøgedes, mens hjertefrekvensen aftog under forhold, som indebar empatisk (indfølende) lytten og visuel opmærksomhed. I opgaver, som krævede mental talbehandling og problemløsning med baglæns læs-
43 ning af ord, fandt han derimod forøgelse både i hudkonduktans og hjertefrekvens. Ud fra disse og tilsvarende observationer argumenterede Lacey for, at hans betingelser kunne rangeres langs en intake-rejectdimension, hvor reduktion i hjertefrekvens korresponderer med indtag af information, og forøgelse i hjertefrekvens svarer til udelukkelse af videre stimulering fra miljøet. Lacey argumenterede videre for, at baroreceptorerne (nerver som registrerer blodtryk i de store blodårer) har en betydelig indflydelse på kontrollen af hjerteaktivitet. En reduktion i hjertefrekvens, som blev observeret i forbindelse med registrering af ydre hændelser i miljøet, antoges at føre til en reduktion af den hæmmende indflydelse fra baroreceptorerne i forhold til hjerneaktivitet. Dette antoges endvidere at forøge hjernens sensitivitet i forhold til sansestimulering. Ændring af hjerteaktivitet blev dermed anset for et vigtigt mål i forbindelse med organismens belastningsniveau. Obrist og medarbejdere observerede forandringer i hjertefrekvens og EMG i forbindelse med eksperimenter vedrørende opmærksomhed, som inkluderede måling af forskellige typer reaktionstider. De observerede også, at hjertefrekvensen sank efter et varselssignal, som introducerede nye hændelser. Dette fund var konsistent med intake-reject-hypotesen. Men desuden observerede Obrist ændringer i somatisk aktivitet registreret i form af EMG i ansigtsmuskulatur. Han fandt, at ændringer i somatisk aktivitet er en parallel til ændringer i hjertefrekvens, og denne kobling mellem hjerteaktivitet og somatiske målinger ledte frem til cardiac-somatic-hypotesen. Obrist antog, at der er en stærk kobling mellem somatisk aktivitet og hjerteaktivitet, mens koblingen mellem hjerteaktivitet og cortocal aktivitet er mindre stærk. Westgaard og medarbejdere (49, 52) har studeret sammenhængen mellem arbejdsmotivation, arbejdspræstation, aktivering af forskellige muskelgrupper (EMG) og hjerteaktivitet. Ud over generelle sammenhænge mellem arbejdspræstation, arbejdsmotivation og fysiologiske belastningsmål påviser denne forskergruppe også betydelige forskelle mellem grupper af arbejdere. Sandsynligvis vil studier af mental arbejdsbelastning i stigende grad fokusere på de betydelige uligheder, som observeres mellem de forskellige arbejdstageres respons på relativt ensartede arbejdsbelastninger. 1980 erne og 90 erne I 1980 erne og 90 erne har der været forsøg på at relatere ændring i belastningsniveau til den relative aktivering af det sympatiske og parasympatiske, autonome nervesystem (2, 4). En grundlæggende antagelse er, at en akut mental belastning
44 involverer sympatisk aktivering med ændring i flere fysiologiske processer, som mobiliserer kroppen til at overleve i kritiske situationer: Hjertefrekvensen øges, arterierne til skeletmuskulaturen udvides (dilateres), arterierne i huden i fordøjelsesorganerne trækker sig sammen (kontraherer), pupillen udvides, udskillelse af adrenalin i blodet forøges o.a. Sympatisk aktivering antages videre at have en alarmfunktion med sigte på at forberede organismen på en efterfølgende forøgelse af fysisk belastningsniveau. Parasympatisk aktivering tjener først og fremmest de funktioner, som er væsentlige for organismens opretholdelse på længere sigt, og kan virke på mere afgrænsede områder af organismen (4). For eksempel virker parasympatisk aktivering fremmende på fordøjelsesprocesserne og sikrer udskillelse af affaldsprodukter ved tømning af blære og endetarm. Parasympatisk aktivering beskytter øjet mod stærkt lys, dæmper hjertets aktivitet og reducerer luftvejenes diameter (7). Sympatisk aktivering forbereder altså organismen på store belastninger, mens parasympatisk aktivering sørger for, at organismen overlever på længere sigt Psykofysiologiske målemetoder De fysiologiske teknikker, som benyttes til at måle mental arbejdsbelastning, er på flere områder udviklet under indflydelse af ændringer i de teoretiske modeller, som søger at angive sammenhænge mellem mental belastning og fysiologiske responser. Dette er baggrunden for, at det at måle mental arbejdsbelastning ved hjælp af psykofysiologiske teknikker nu har ændret karakter fra at være en udifferentieret måling af ressourcebrug til et forsøg på at måle de forskellige dimensioner (ressourcerne) ved mental arbejdsbelastning. Problemstillingen har derfor ændret karakter fra at være et spørgsmål om den mest sensitive metode til måling af generel og uspecifik belastning til at handle om, hvordan det er muligt at sammensætte et udvalg (batteri) af psykofysiologiske målemetoder, hvor målingernes sensitivitet og specificitet dækker forskellige komponenter af mental arbejdsbelastning såsom graden af sensorisk stimulering, kognitiv og intellektuel ressourcebrug og krav til manuel eller verbal ydelse (37). Hjerteaktivitet Et vigtigt bidrag til brugen af hjerteaktivitet som psykofysiologisk mål for mental belastning blev introduceret af Kalsbeek (25). Kalsbeek gennemførte i 60 erne en række studier af hjertefrekvens-variabilitet, også kaldet sinus arrhytmi (SA). SA måles som
Atrium depolarisering Ventrikel depolarisering Ventrikel repolarisering 45 Spænding (mv) 1,0 R Figur 2. Elektrofysiologiske ændringer under én hjertecyklus. P-R segment S -T segment 0,5 0 P T Q -0,5 S P-R interval QRS kompleks S-T interval. 0. 0,2 Q -T interval. 0,4. 0,6 EKG-parameter Varighed (sek) Fysiologisk respons. 0,8 Tid (sek) P tak 0,06-0,11 Depolarisering af atrium (hjerteforkammer) før kontraktion. Impulsen starter i SA knuden og spredes over musklerne til AV knuden. Forklaring af de forskellige faser. P-R segment 0,06-0,10 Depolarisering af atrium samt spredning af impulsen gennem AV knuden. P-R interval 0,12-0,21 Tid fra start af atrium depolarise- (start af P tak til ring og kontraktion til start af start af QRS kompleks) ventrikel depolarisering og kontraktion. QRS kompleks 0,03-0,10 Depolarisering af ventrikler; repolarisering af atrier er skjult af ventrikel depolarisering. S-T segment 0,10-0,15 Afslutning af ventrikel depolarise- (slut af QRS kompleks ring til start af repolarisering af start af T tak) ventrikler. T tak Varierende Repolarisering af ventrikler. S-T interval 0,23-0,39 Interval mellem afslutning af (slut af QRS kompleks depolarisering og afslutningen af til slut af T tak) repolarisering. Q-T interval 0,26-0,49 Ventrikel depolarisering samt (start af QRS kompleks ventrikel repolarisering. til slut af T tak)
46 en variation i intervallerne mellem hvert hjerteslag ved at registrere EKG-aktivitet og detektere hver R-komponent i PQRS-komplekset, som en funktion af tid (7). Fig. 2 viser et udsnit af EKGregistrering med de forskellige hændelser, som finder sted i hjertet under et hjerteslag. R-komponenten fremkommer som en hurtig og kraftig depolarisering af spændingsniveauet, som måles med to elektroder placeret ved hjertet. Kalsbeek fandt i flere situationer en signifikant reduktion af SA som følge af en tiltagende forøgelse af vanskelighedsgraden i mentalt krævende arbejde. Denne reduktion af SA var ikke relateret til en signifikant ændring i gennemsnitlig hjertefrekvens. Reduktion af SA har også i mange senere studier vist sig at korrespondere med en forøgelse i mental arbejdsbelastning. Videreudviklingen af SA-forskningen førte til introduktion af mere raffinerede statistiske analyser af slag-til-slag-variationerne. Der blev bl.a. indført spektralanalyse af hjertefrekvens-variabilitet under langvarigt, mentalt krævende arbejde. Spektralanalyse har ført til, at flere forskere har knyttet specifikke komponenter af SA til forskellige biologiske kontrolmekanismer. Mulder (36) har for eksempel fundet tre markante SA-komponenter. Den laveste komponent i området 0,02 til 0,06 Hz er knyttet til vasomotorisk aktivitet i forbindelse med regulering af kropstemperaturen. Den mellemliggende komponent ligger i området 0,07 til 0,14 Hz og er knyttet til korttidsregulering af det arterielle blodtryk. Den højeste komponent er i området 0,15 til 0,50 Hz og er hovedsagelig knyttet til effekten af respirationsfrekvensen på SA. Det er variationer i den mellemste og højeste komponent af SA, der har været mest knyttet til ændring i mental arbejdsbelastning. Speciel interesse har været knyttet til 0,10 Hz-komponenten, idet den synes at være mest specifikt knyttet til ændring i mental arbejdsbelastning. Det er vist, at en forøgelse af antal enheder, som skal huskes i en opgave, reducerer styrken i 0,10 Hz-komponenten. Ligeledes er der fundet en reduktion i denne komponent, som svarer til subjektiv rapportering af større belastning i en psyko-motorisk opgave. Det er også vist, at introduktion af flere opgaver i en arbejdssituation giver signifikant reduktion af 0,10 Hz-komponenten af SA. Ved forskning i sinusarrhytmi har det imidlertid været vanskeligt at etablere entydige resultater, som antyder, at SA-analyser af hjerteaktivitet giver væsentlig ny information om fysiologiske responser ved mentale belastninger. Der har været knyttet speciel interesse til T-komponenten i P- Q-R-S-T-komplekset under EKG-registreringen. Det er blevet foreslået, at forandringen af T-komponentens amplitude reflekterer vagal indflydelse på regulering af hjerteaktivitet. Det er videre
47 blevet antaget, at T-komponenten udviser indflydelse fra det parasympatiske nervesystem under mentale arbejdssituationer. Dette har resulteret i forsøg på at beregne bidraget fra autonom nerveaktivitet under arbejde med forskellig grad og type af mental arbejdsbelastning. I flere forskningsmiljøer forventes det, at videreudvikling af multi-ressourcemodeller for mental arbejdsbelastning vil resultere i nye tilnærmelser til at finde komponenter i EKG-registreringen, som bedrer nøjagtigheden i målemetoden. Det synes derfor, som om registrering af hjerteaktivitet fremdeles vil være blandt de toneangivende målemetoder i forbindelse med fysiologiske belastningsstudier. Kalsbeek henviste i 1973 til over 30 forskellige teknikker til at beregne hjertefrekvens-variabilitet. Disse teknikker lægger vægt på volumen, amplitude og tid i EKG på forskellig vis. Denne variation i analysemetoder kan forklare noget af diskrepansen mellem resultater fra forskellige laboratorie- og feltstudier. Anvendelsen af så forskellige analysemetoder har imidlertid gjort det vanskeligt at validere SA i forhold til mental arbejdsbelastning. Hjerneaktivitet For tiden er der betydelig psykofysiologisk forskning knyttet til måling af hjerneaktivitet ved mentale belastninger. Aktuelle metoder er især måling af elektroencephalografisk aktivitet (EEG), hændelsesrelaterede potentialer (ERP, Evoked Response Potentials), magnetoencephalografisk aktivitet (SQIUD) og hjernemetabolisme (PET). Den bredeste forskningsaktivitet knytter sig til ERP. ERP er en transient serie af svingninger i hjernens elektriske aktivitet, der er respons på specielle hændelser i omgivelserne, såkaldte events, som ofte er lyd og lyssignaler med forskellige karakteristika. ERP bygges op ved, at flere responser integreres - ofte fra tyve til flere tusinde hjerneaktivitetsresponser. Til forskel fra EEG, som for en stor del studeres som et frekvensfænomen med inddeling af EEG i alfa, beta, delta og theta bølger, studeres ERP ved dekomponering i tidsforløb. Komponenterne i ERP gives betegnelsen P eller N afhængigt af, om de har forholdsvis positiv eller negativ polaritet. Fig. 3 viser en karakteristisk sekvens af komponenter i det auditive ERP. Dertil lægges et tal, som indikerer den korteste tid fra præsentationen af hændelsen ( event ), til amplituden registreres. For eksempel er P160 en positiv komponent, som registreres 160 millisekunder efter, at et lyssignal præsenteres. P160 betegnes derfor som en visuelt frembragt hjerneaktivitet (Visual Evoked Potential - VEP). Dertil kommer, at komponenterne som regel klassificeres langs en kontinuerlig skala, som går fra eksogen til endogen. De ekso-
48 Amplitude (µv) 5,0 2,0 N100 1,0 N200 0,5 No Na Nb 0,2 0,1 0,2 0,5 1,0 I II III iv V VI Po Pa P100 2,0 5,0.......... 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 Varighed (ms) P200 P300 Tidlig Middel Sent Figur 3. Diagram af de karakterististiske sekvenser af komponenter i auditivt udløst potentiale plottet på logaritmisk skala for at fremhæve de tidlige komponenter. De sene komponenter N200 og P300 ses ikke under alle forhold. gene komponenter betragtes som komponenter i hjernen som følge af karakteristiske egenskaber ved selve stimuleringen. Hvis der benyttes kortvarige lydsignaler i området fra 150 til 600 Hz, er det muligt at finde, at hjernens ERP-komponenter svinger i takt med lydsignalet, såkaldt frekvens-følge-respons (FFR). De eksogene komponenter findes særligt i området fra nogle få millisekunder (hjernestammeaktivitet) op til 200 millisekunder (thalamusaktivitet). Disse komponenter påvirkes af egenskaber ved stimuleringen såsom intensitet, farve, mønstertype og placering i synsfeltet. De endogene komponenter indtræder senere i forhold til de eksogene komponenter, og det er særligt P300-komponenten, som er viet interesse i forbindelse med mental arbejdsbelastning. Det mest almindelige fund er, at størrelsen på P300-komponenten aftager med øgende mental arbejdsbelastning. Flere studier tyder på, at P300-komponenten hovedsagelig er sensitiv for ændring i perceptuel og centralnervøs aktivitet, mens mental arbejdsbelastning, som kræver motoriske processer, ikke giver lignende udslag
49 på P300-komponenten. Falkenstein og medarbejdere (12) udfører interessante laboratoriestudier for at finde, om P300-komponenten består af flere subkomponenter, som reflekterer forskellige aspekter ved mentale arbejdsoperationer. Det synes at være muligt at skelne mellem komponenter, som knyttes til detektion af sansestimulering, identificering af det aktuelle signal samt valg af respons i forhold til signalegenskaberne. Af andre psykofysiologiske målemetoder anvendt i forbindelse med mental arbejdsbelastning kan nævnes øjeregistrering (pupildiameter (18)), øjeblinken (43), konvergens (22), fiksering og akkomodation (23), blodtryk (38), respiration (38), elektrodermal aktivitet (14) og biokemiske analyser af hormonudskillelse i blod, urin og salvia (15, 21). Fysiologiske reaktioner på mental arbejdsbelastning Når organismen udsættes for store belastninger, har den en tendens til at respondere på en ensartet, nærmest automatiseret måde, selvom belastningerne har en noget forskellig karakter. Denne automatiserede reaktionsform har nu og da fået betegnelsen alarmberedskab. Alarmberedskab I en alarmsituation har organismen stort behov for energi, og leveren frigiver ekstra glukose for at kunne supplere musklernes energireservoir. Desuden frigøres hormoner, som stimulerer omdannelse af fedt og proteiner til glukose. Metabolske processer forøges og forbereder organismen på en generelt forhøjet aktivitet. Respirationsfrekvensen forøges, og ligeledes sker der en forøgelse med hensyn til blodtryk, hjerteaktivitet og muskelspænding. Spyt og slim tørrer, således at luftpassagen til lungerne forøges. Denne udtørring er også årsagen til, at tørhed i mund og svælg er et af de tidlige tegn på øget aktivering forårsaget af mental arbejdsbelastning (7). I blodet bliver der udskilt endorfiner, som er organismens naturlige smertestillende stof. Sammensætningen af blodet ændres endvidere, således at ilten lettere eksporteres rundt i organismen, og således at blodet koagulerer hurtigere ved blødning.
50 Hypothalamus Det antages, at hypothalamus er centralenheden i hjernen, som er bestemmende for organismens responser i en stress- og belastningssituation. Dette corticale område kontrollerer to neuroendokrine systemer: det sympatiske system og det adreno-corticale system (4, 7), og er vist skematisk i fig. 4. Nerveimpulser fra hypothalamus føres via nervekerner i hjernestammen og til de forskellige organer, som aktiveres via det sympatiske system. Hypothalamus aktiverer desuden hypofysen gennem det adrenocorticale system. Hypofysen er central for sekretion af vigtige hormoner, bl.a. det adrenocortikotrope hormon (ACTH), som antages at være organismens primære stresshormon. ATCH stimulerer cortex til binyrerne med efterfølgende forøget udskillelse af bl.a. cortisol i blodet. Cortisol antages at have stor betydning for regulering af blodets glucoseniveau samt af visse mineraler. Stressrespons Cannon antog, at dette faste sæt af fysiologiske responser havde til opgave at forberede organismen på en omfattende kamp- eller flugtreaktion, den såkaldte fight-or-flight respons (5). Cannon observerede endvidere, at dette responsmønster blev udløst af mange forskellige stimuleringsmønstre. I mange situationer kan det være hensigtsmæssigt, at kroppen alarmeres på denne måde. For menneskets evne til at overleve i evolutionsprocessen har det utvivlsomt været nyttigt, at organismen kunne etablere et højt kampberedskab. Imidlertid er mange af nutidens belastninger af en sådan art, at der ikke stilles tilsvarende krav til akut alarmberedskab. Nyere forskning har være optaget af at vise, at langvarig, ofte lav eksponering for stressorer forårsager mange kropsændringer, som med tiden i dagens teknologiske samfund skaber patologiske tilstande. Eksempler på sådanne tilstande er mavesår, forhøjet blodtryk, forstørrede binyrer og rheumatiske lidelser. Det er også antaget, at langvarig eksponering for belastninger kan svække immunforsvaret og dermed forøge faren for overførsel af smitsomme sygdomme (1). Nyere forskning har desuden vist, at stress- og belastningsresponsen ikke er så uspecifik som den fight-or-flight respons, Cannon oprindelig forestillede sig. Tværtimod kan det påvises, at individets kognitive og emotionelle tilbøjeligheder bestemmer og modulerer, hvilke fysiologiske processer der aktiveres under forskellige belastninger. Det antages desuden, at forholdet mellem det sympatiske system og det adreno-corticale system ændres i forhold til individets evne til at mestre belastningerne i arbejdet.