An EEG study on civil pilots during flight simulation

OBJECTIVES Neurophysiological measurements and their related features can be used to characterize different mental states and to estimate the activity of the central nervous system related to the execution of tasks of different nature. The aim of the present study is to use electroencephalographic (EEG) signals and brain connectivity estimation to investigate the mental effort required during different phases of a flight simulation on civil pilots. METHODS EEG recordings and connectivity estimation were performed on civil aviation pilots (Captains and First Officers) during a flight in a professional simulator. Brain connectivity was estimated by means of Partial Directed Coherence and synthetic measures were extracted from the achieved patterns to describe the brain activity elicited during different flight phases. RESULTS In the take-off and landing phases, a dense communication between cerebral areas was detected both for Captains and First Officers. In contrast, these patterns of connections become sparser during the cruise phase. Moreover, the network organization during cruise phase results less efficient than in the other flight phases. CONCLUSIONS The obtained results have shown that the EEG recordings and brain connectivity study are powerful tools of investigation for the understanding of the neural mechanisms underlying the execution of tasks like a flight simulation.

OBIETTIVI Misurazioni neurofisiologiche e relative features possono essere usate ai fini di caratterizzare differenti stati mentali e di stimare l’attività del sistema nervoso centrale legata all’esecuzione di task di diversa natura. Lo scopo del presente studio è quello di usare i segnali elettroencefalografici (EEG) e metodi di stima della connettività cerebrale per investigare lo sforzo mentale richiesto durante diverse fasi di una simulazione di volo su piloti civili. METODI Le registrazioni EEG e la stima della connettività sono state eseguite su piloti dell’aviazione civile (Comandanti e Primi Ufficiali) durante un volo in un simulatore professionale. La connettività cerebrale è stata stimata per mezzo della Partial Directed Coherence e misure sintetiche sono state estratte dai pattern ottenuti al fine di descrivere l’attività cerebrale elicitata durante le diverse fasi di volo. RISULTATI Durante le fasi di decollo ed atterraggio, un denso pattern di comunicazione tra le aree cerebrali è stato rilevato sia per i Capitani che per i Primi Ufficiali. Durante la fase di crociera invece, queste reti cerebrali diventano più sparse e caratterizzate da una comunicazione meno efficiente. CONCLUSIONI I risultati ottenuti hanno mostrato che le registrazioni EEG e lo studio della connettività cerebrale sono potenti strumenti di indagine per la comprensione dei meccanismi sottostanti l’esecuzione di compiti come un volo simulato.