Cognitive Incapacitation in Aviazione: come riconoscerla e prevenirla

Per “incapacità cognitiva” (Cognitive Incapacitation) in aviazione si intende una riduzione transitoria delle prestazioni cognitive del pilota, tipicamente innescata da eventi inattesi e/o stressanti. La Cognitive Incapacitation altera la percezione, il ragionamento, le decisioni e le capacità esecutive in cabina, spesso senza segni fisici evidenti e può presentarsi mentre il pilota continua a svolgere un compito. Per questa ragione è un fenomeno importante da monitorare per la sicurezza in ambito aeronautico. Il paper realizzato da Causse, M., Deniel, J., Schwartz, F., Duchevet, A., Matton, N., Imbert, J.-P., & Cegarra, J. (2025) porta avanti un'interessante scoping review che integra i risultati sperimentali, gli incident/incident-like reports e i protocolli di misurazione per orientare addestramento e ridurre l'impatto di questo fenomeno.

La revisione conferma che l’incapacità cognitiva è uno stato transitorio ma ad alto impatto: nasce soprattutto da sorpresa/startle e overload, si manifesta con tunnelling, sordità attentiva (Disturbo dell'Elaborazione Uditiva o APD inglese, Auditory Processing Disorder) , perseverazione, riduzione della Situation Awareness e ritardi critici. Questi fenomeni producono delle tracce misurabili sulla fisiologia, comportamento e sui dati di volo. L’addestramento imprevedibile e variabile, unito allo startle (una reazione automatica a stimoli forti e inattesi, influenzata dallo stato emotivo), regolazione respiratoria e debriefing neuro-ergonomico, è la leva più solida per ridurre la probabilità e la durata degli episodi e migliorare la resilienza della crew.

Perché questa ricerca è importante per l'ambito dell'aviazione?

Gli eventi inattesi durante un volo lasciano un tempo limitato per prendere delle decisioni spesso critiche. Per questa ragione l’incapacità cognitiva ha rappresentato un fattore rilevante in diversi eventi. Un esempio è il caso French Bee - volo FBU711 (2020) che si è contrattistindo per la seguente catena di eventi:

allerta di windshear
go-around
mancato rispetto delle director bars
superamento della quota assegnata

Questo caso esemplifica una combinazione tipica ovvero: l'effetto sorpresa, il workload e un fraintendimento dello stato dell’autopilota. A differenza di problematiche di carattere medico, la Cognitive Incapacitation è più frequente, meno evidente e non compensabile dalla ridondanza di equipaggio: se colpisce un pilota, può interferire anche la barriera cooperativa dell’altro per una sorta di contagio attentivo e decisionale.
Analizzare e affrontare questo aspetto rappresenta una barriera essenziale di safety e una competenza professionale del pilota moderno.

Come è stata condotta la review?

È stato adottato un approccio di scoping review in linea con le linee guida PRISMA e il framework SPIDER. Sono stati condotti tre cicli di ricerca sistematica su Scopus, Web of Science, PubMed e Google Scholar, integrati da ricerche retrospettive e prospettiche delle citazioni (backward e forward search). A partire da 936 record iniziali, attraverso un processo di screening articolato su due livelli, sono stati selezionati 27 studi per l'inclusione finale. Gli studi analizzati sono risultati prevalentemente di tipo sperimentale condotti in ambiente simulato, con alcuni casi di sperimentazione in volo reale. I campioni esaminati si caratterizzano per dimensioni mediamente ridotte, un'età media dei partecipanti di circa 35 anni, una marcata predominanza maschile e un'ampia variabilità nelle ore di esperienza di volo.

Quali sono i risultati principali?

L'analisi degli studi selezionati ha permesso di identificare con precisione i fattori scatenanti dello stress cognitivo in ambito aeronautico, le relative manifestazioni comportamentali e i marker oggettivi utilizzabili per il monitoraggio. Di seguito vengono presentati i risultati principali emersi dalla revisione sistematica, organizzati in base alle categorie di trigger, manifestazioni osservate e indicatori misurabili.

Fattori scatenanti dello stress cognitivo

Gli studi hanno identificato tre categorie principali di trigger:

Eventi inattesi e reazioni di startle – Comprendono malfunzionamenti rari del sistema, automation surprise, fenomeni meteorologici improvvisi (windshear, turbolenza), situazioni di aircraft upset e disallineamenti tra le aspettative del pilota e il comportamento dell'autopilota, con conseguente compromissione della consapevolezza situazionale.
Sovraccarico cognitivo e affaticamento – Si manifestano in condizioni di workload elevato, durante l'esecuzione di compiti complessi e in presenza di vincoli temporali stringenti che richiedono rapide sequenze decisionali.
Stress acuto e psicosociale – Includono fattori di stress sociale, pressione sulla performance e situazioni che generano tensione psicologica acuta durante le fasi operative.

Manifestazioni comportamentali e cognitive

Gli effetti dello stress cognitivo si traducono in pattern osservabili e ricorrenti:

Reazioni di startle e ritardi decisionali – Si registrano latenze sistematiche nella risposta, con ritardi dell'ordine di alcuni secondi che possono risultare critici in situazioni di emergenza.
Deficit attentivi – Emergono fenomeni di inattentional deafness (mancata percezione di allarmi acustici), restringimento del campo attentivo (tunnelling), perseverazione su strategie inefficaci e difficoltà nel cambiare approccio anche di fronte a evidenze contrarie.
Degradazione della situational awareness – Si osserva una scansione strumentale meno efficace, riduzione o distorsione della consapevolezza situazionale, processi decisionali caratterizzati da maggiore assunzione di rischio e tendenza alla conferma di ipotesi errate nonostante informazioni discordanti.
Deterioramento prestazionale – Aumentano gli errori procedurali, peggiora la gestione dei sistemi di automazione (autopilota e autothrottle), le traiettorie di volo risultano meno stabili e si registrano esiti più negativi nelle situazioni impreviste rispetto a quelle anticipate.

Indicatori oggettivi per il monitoraggio

La letteratura evidenzia diversi marker misurabili, suddivisi in tre categorie:

Indicatori fisiologici:

Eye-tracking – Dilatazione pupillare, durata delle fissazioni, movimenti saccadici e pattern di transizione tra aree di interesse strumentale, utilizzati come proxy di tunnelling attentivo e alterazioni della situational awareness.
Parametri cardiaci (ECG/HRV) – Variazioni della frequenza cardiaca e della variabilità (indici RMSSD, SDNN), sebbene i risultati tra gli studi non convergano sempre; aumento della frequenza respiratoria in condizioni di stress acuto.
Attività cerebrale (EEG) – Riduzione della potenza nella banda alfa, attenuazione della componente N100 dei potenziali evento-correlati (associata a fenomeni di inattentional deafness).
Altri biosegnali – Spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) per il monitoraggio dell'attività prefrontale legata al controllo esecutivo; elettromiografia (EMG) per la rilevazione della tensione muscolare.

Indicatori comportamentali e prestazionali:

Incremento dei tempi di reazione e riduzione dell'accuratezza nelle risposte.
Omissione di allarmi o esecuzione tardiva delle azioni correttive necessarie.
Minore aderenza a criteri operativi standard e procedure stabilite.
Alterazioni nella gestione dei sistemi automatizzati.
Parametri di volo anomali: assetto, velocità, quota, rateo di salita/discesa (ROC), qualità complessiva della traiettoria, modalità d'uso di autopilota e autothrottle.

Misure soggettive:

Scale di autovalutazione quali NASA-TLX (per il carico di lavoro percepito), questionari su reazioni di sorpresa e startle, valutazioni della situational awareness percepita e giudizi su usabilità e accettabilità dei sistemi.

I risultati della revisione delineano un quadro coerente e multifattoriale dello stress cognitivo nel contestoaeronautico. La convergenza tra trigger specifici, manifestazioni osservabili e marker misurabili offre una base solida per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio in tempo reale e per la progettazione di interventi formativi mirati. L'integrazione di indicatori fisiologici, comportamentali e soggettivi emerge come approccio più promettente per una valutazione completa e affidabile dello stato cognitivo del pilota durante le operazioni di volo.

Quali sono le implicazioni pratiche che si possono implementare in ambito aeronautico?

Sulla base dell'evidenza empirica raccolta, è possibile delineare un insieme articolato di raccomandazioni operative per la formazione, la progettazione dei sistemi e la gestione dello stress cognitivo in ambiente aeronautico. Questa sezione traduce i risultati della revisione in raccomandazioni concrete, strutturate secondo un approccio alla psicologia dell'aviazione evidence-based, e identifica le principali lacune conoscitive che richiedono ulteriori approfondimenti.

Strategie di training efficaci

L'evidenza disponibile indica che l'efficacia dell'addestramento è strettamente legata alle caratteristiche degli scenari proposti:

Variabilità e imprevedibilità – Gli scenari caratterizzati da elementi non predicibili e alta variabilità migliorano significativamente la capacità di risposta agli eventi inattesi rispetto ai tradizionali profili "scripted" a sequenza fissa.
Procedure mnemoniche per startle – L'utilizzo di protocolli mnemonici strutturati migliora i tempi di reazione e la qualità decisionale, ma da solo non è sufficiente per contenere la risposta di stress; è necessario integrare tecniche esplicite di regolazione emotiva e cognitiva.
Addestramento mirato su upset e go-around – Particolare attenzione deve essere rivolta all'allenamento della tempistica decisionale e alla gestione immediata di pitch ed energia nella fase critica immediatamente successiva all'allerta, quando la finestra di azione è più ristretta.

Crew Resource Management e comunicazione efficace

L'integrazione di strategie comunicative esplicite nel CRM può prevenire o interrompere pattern disfunzionali:

Esplicitazione precoce dell'incapacità cognitiva – È fondamentale promuovere una cultura in cui i membri dell'equipaggio possano dichiarare tempestivamente ("call it early") una condizione di saturazione cognitiva o confusione, attivando protocolli di cross-monitoring mirato e deleghe temporanee per interrompere dinamiche di perseverazione su strategie inefficaci.
Cue verbali standardizzati – L'adozione di richiami standardizzati consente di uscire da stati di tunnelling attentivo, riportando l'attenzione su elementi critici quali stato di autopilota e flight director, indicazioni del Flight Mode Annunciator (FMA), parametri energetici e assetto.

Progettazione di interfacce e sistemi di allarme

La letteratura evidenzia l'importanza di un design human-centered per gli allarmi:

Salienza e disambiguazione – Gli allarmi devono essere progettati con particolare attenzione alla salienza acustica e alla chiarezza del messaggio, privilegiando ridondanza multimodale (visiva, tattile, acustica) e implementando sistemi di throttling degli alert per prevenire la saturazione percettiva in situazioni ad alto carico.
Design per condizioni di stress – Gli allarmi devono essere ottimizzati considerando le condizioni cognitive reali di stress e carico elevato, non solo scenari di laboratorio a basso carico, dove le capacità percettive sono massimali.

Protocollo clinico-operativo per la psicologia dell'aviazione

Si propone un framework strutturato per la valutazione e l'intervento:

Fase di valutazione

Baseline pre-sessione – Raccolta di parametri psico-fisiologici di riferimento: variabilità della frequenza cardiaca (HRV, indici RMSSD/SDNN), frequenza respiratoria, misure di tratto psicologico (ansia disposizionale, strategie di coping), eventuale valutazione dell'attenzione uditiva mediante paradigmi odd-ball.
Monitoraggio durante la sessione – Identificazione precisa della finestra temporale critica (da T0, momento dell'allerta, fino a T+60–120 secondi); registrazione sistematica di tempi di reazione, sequenze di azioni eseguite, errori procedurali, modalità di utilizzo di autopilota e autothrottle, metriche di eye-tracking (pattern di scansione strumentale).
Valutazione post-sessione – Somministrazione di scale di autovalutazione (NASA-TLX per il workload, scale di sorpresa/startle, rating soggettivo della situational awareness); conduzione di debriefing strutturato focalizzato sul processo di sensemaking, identificando i punti critici in cui si è interrotta la catena di reframing cognitivo.

Interventi di regolazione e prevenzione

Tecniche di coerenza cardiorespiratoria – Esercizi di respirazione controllata a 4–6 cicli/minuto prima dell'esposizione a scenari imprevisti e micro-reset respiratori dopo l'allerta per stabilizzare il controllo esecutivo prefrontale, con monitoraggio dell'efficacia mediante HRV e frequenza respiratoria.
Self-talk operativo strutturato – Implementazione di un "copione di bordo" interno con domande chiave: "Qual è lo stato dell'autopilota?", "Dove sono le flight director bars?", "Qual è la situazione energetica e di assetto?", "Ho chiamato i gate del go-around?".
Drill attentivi rapidi – Esercizi brevi (5–10 secondi) di scansione sistematica della triade critica PFD–FMA–percorso NAV per interrompere episodi di tunnelling attentivo e ripristinare una scansione strumentale completa.
Stress inoculation progressivo – Progressione graduale dell'addestramento lungo tre dimensioni: valenza emotiva degli eventi, imprevedibilità delle situazioni e densità dei compiti, con particolare attenzione alla varianza temporale (onset imprevedibile degli eventi critici).

Debriefing neuro-ergonomico integrato

Il debriefing deve integrare molteplici fonti di dati oggettivi:

Integrazione multimodale – Sincronizzazione e visualizzazione congiunta di dati di volo, tracciati oculari, tempistiche di azione, HRV e pattern respiratori per evidenziare momenti di collasso attentivo e successivi recuperi prestazionali.
Ricostruzione guidata della situational awareness – Facilitazione della ricostruzione della timeline cognitiva, identificando quali cue sono stati efficaci nel ripristinare la consapevolezza e quali punti di rottura hanno generato perdita di SA.

Limiti della letteratura e direzioni future

La revisione ha identificato diverse limitazioni metodologiche che circoscrivono la generalizzabilità dei risultati:

Eterogeneità metodologica – Significativa variabilità tra gli studi in termini di apparati utilizzati, tipologie di compiti, metriche adottate e procedure di raccolta dati, che rende difficile il confronto diretto e la meta-analisi quantitativa.
Caratteristiche del campione – Campioni di dimensioni limitate, presenza di bias di ordine di presentazione e di gruppo in alcuni disegni sperimentali, risultati fisiologici (soprattutto relativi a HR/HRV) non sempre convergenti tra studi diversi.
Validità ecologica – Scarsità di dati raccolti in condizioni di volo reale (la maggioranza degli studi si basa su simulatori), con conseguente incertezza sulla trasferibilità dei risultati al contesto operativo.
Rappresentatività demografica – Marcata sottorappresentazione femminile nei campioni, che limita la comprensione di eventuali differenze di genere nelle risposte allo stress cognitivo.
Necessità di standardizzazione – Emerge un bisogno urgente di standardizzare metriche core condivise e finestre temporali di analisi rispetto all'evento critico, per consentire confronti sistematici e accumulo di evidenza robusta.

Raccomandazioni operative: checklist per training center

Sulla base dell'evidenza raccolta, si propone un set di raccomandazioni operative immediate:

Progettazione curriculare

Dedicare il 40–60% del tempo di addestramento a scenari non predicibili, con particolare enfasi su situazioni di upset e go-around caratterizzate da gate decisionali critici e varianza temporale degli eventi.

Procedure per startle response

Implementare un protocollo mnemonico integrato con drill respiratorio (30–60 secondi) come fase "stabilize & verify" che precede l'esecuzione di azioni operative, al fine di ridurre la reattività impulsiva e migliorare il controllo esecutivo.

Sistema di metriche minime

Registrare sistematicamente: tempi di latenza per call-out e azioni chiave, errori procedurali commessi, verifiche dello stato FMA, dilatazione pupillare (quando tecnicamente possibile), frequenza cardiaca e pattern respiratorio.
Somministrare NASA-TLX insieme a scale di valutazione di sorpresa/startle al termine di ogni sessione critica.

Struttura del debriefing

Adottare un approccio di sensemaking guidato con sincronizzazione temporale di tutti i segnali disponibili (tracciati oculari, parametri fisiologici, azioni eseguite) per facilitare la comprensione dei processi cognitivi sottostanti.

Protocolli CRM avanzati

Introdurre call-out standardizzati per segnalare sospetta incapacità cognitiva di un membro dell'equipaggio e procedure rapide di handover temporaneo per ridurre la perseverazione su strategie inefficaci.

Validazione HMI e allarmi

Condurre test sistematici di udibilità degli allarmi in condizioni di carico cognitivo elevato.
Implementare ridondanza multimodale negli scenari caratterizzati da maggiore densità di compiti e stress temporale.

L’incapacità cognitiva è uno stato transitorio ma ad alto impatto: nasce soprattutto da sorpresa/startle e overload, si manifesta con tunnelling, sordità attentiva, perseverazione, degradazione della SA e ritardi critici; lascia tracce misurabili su fisiologia, comportamento e dati di volo. L’addestramento imprevedibile e variabile, unito a procedure startle, regolazione respiratoria e debriefing neuro-ergonomico, è la leva più solida per ridurre la probabilità e la durata degli episodi e migliorare la resilienza del crew.