多任务基因可能帮助无人机操作员控制机器人集群

一种保持多巴胺水平较高的基因变异可能促成个性化培训,并使急诊室和空中交通管制塔的工作人员受益

数千年来,像凯撒和拿破仑这样的将军们通过对每个人使用相同的操练和培训技术,将公民大规模地塑造成士兵。最近的一项研究表明,基因测试如何能够为今天远程控制配备导弹的捕食者和死神无人机的无人机操作员提供更个性化的培训。

这项由美国空军研究实验室资助的小型研究,着眼于儿茶酚-O-甲基转移酶,或称COMT基因的不同变异如何影响人们的多任务处理能力。该基因产生一种酶,分解多巴胺等某些神经化学物质,从而影响行为和情绪。人类有三种COMT变异,标记为Met/Met、Met/Val和Val/Val。这些缩写指的是酶分子结构中某些成对位置的氨基酸甲硫氨酸和缬氨酸。Met和Val变异在人类行为中产生了明显的差异,这使得研究人员将COMT戏称为“忧虑者-战士”基因。

在乔治梅森大学心理学家、神经工效学、技术和认知卓越中心主任拉贾·帕拉苏拉曼领导的研究中,参与者在一个模拟环境中接受培训,该模拟环境要求他们每个人控制战场场景中的六架军用无人机集群。结果表明,那些继承了Met/Met“忧虑者”变异的个体,在将无人机迅速引导拦截来袭威胁并有效摧毁敌机方面,比那些拥有Val/Met变异或Val/Val“战士”变异的个体具有显著的多任务处理优势。


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显然,Met/Met变异可能不像其他变异那样能够很好地降解神经化学物质,因此那些拥有Met/Met等位基因的人“可以更好地在大脑前额叶皮层中表达多巴胺,这使他们能够在复杂的多任务处理场景中表现更好,”帕拉苏拉曼说。“其他人可能只需要更多的时间或不同的培训技术。”

基因学家已经根据过去使用卡片排序测试多任务处理能力的实验,了解了Met/Met变异的这种特殊优势。但这项新研究代表了首次尝试在更实际的场景中复制这些发现的研究之一。“我们已经超越了简单的实验室任务,转向与现实世界任务更具有共同点的更现实的任务,”帕拉苏拉曼解释说。

这也是为数不多的研究COMT变异在扩展培训课程中的影响的研究之一。该研究的99名学生参与者都接受了两次每次7分钟的练习,然后在两次各7分钟的“低”和“高”难度课程中测试他们新掌握的技能。正如预期的那样,在训练过程中,与其他两组相比,Met/Met组在多任务处理能力方面表现出更大的提高。

这项工作处于神经工效学研究的前沿,旨在基于对大脑的科学理解来设计更好的系统。它代表了人因中的第一篇遗传学论文,这是一份专注于改进技术设计和培训的专业学会出版物。

帕拉苏拉曼希望最终能为每种COMT变异发现理想的学习和培训技术组合。这种为每个人量身定制多任务处理培训的能力——可能包括无创脑刺激——理论上可以使军事人员和急诊医生或空中交通管制员等平民受益。“了解个人基因型也可能有助于进一步定制培训,”帕拉苏拉曼说。

帕拉苏拉曼说,这种个性化的培训方案可能比目前“一刀切”的方法成本更高,因此需要进行成本效益分析。当然,多任务处理效率对于美国空军来说是有意义的,美国空军设想未来的战争中无人机操作员控制机器人集群。(相比之下,今天的捕食者无人机通常需要一名飞行员和两名传感器操作员的机组人员。)

但这项研究结果也暗示了美国军方另一种可能的未来:将士兵的基因与某些角色进行匹配的想法。“这些发现‘显然可以用来开发基因测试项目’,”斯坦福大学生物医学伦理中心副主任米尔德里德·乔说。

目前,美国军方没有已知的旨在利用基因筛查来将人员分配到某些角色的项目。尽管如此,一群独立的美国军方科学顾问,称为JASON,此前在2011年发布了一份报告,建议武装部队为对其人员进行基因研究的可能性做好准备。乔和她的同事在自然评论遗传学的研究重点文章中详细介绍了这种基因测试的影响。(大众科学是自然出版集团的一部分。)

即使美国指挥官只考虑通过基因测试来为个人量身定制培训,仍然存在一些伦理上的复杂性。例如,Met/Met变异可能预示着更好的多任务处理能力,但它也被称为“忧虑者”变异,因为继承该变异的个体更容易受到压力,对疼痛的耐受性也较低。这些知识可能会使美国有更多的责任保护其最脆弱的士兵免受创伤后应激障碍的影响。相比之下,Val/Val变异的持有者往往更能承受压力和疼痛。“由于基因与多种事物相关联,即使是微弱的关联,你所做的是创建一个潜在地发现其他令人担忧的事情,并有义务对此采取行动的问题,”乔说。

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