stress and cognitive load - wordpress.com

19
Stress and Cognitive Load Dan Conway Page: 1 Stress and Cognitive Load NICTA Summer Scholarship Report 2011/2012. Dan Conway Supervisors: Dr Yang Wang, Dr Fang Chen ABSTRACT Human physiological signals have been suggested as proxies with which to noninvasively quantify Cognitive Load (CL) in realtime. A major challenge for any approach to CL detection is the presence of stress, which may affect physiological measurements in ways that confound reliable detection of CL. In this experiment we attempted to dissociate CL from stress. GSR was used as a proxy for stress and prefrontal cortical activity as measured by EEG signals as a proxy for CL. Three levels of CL were induced in 11 participants using math tasks in both ‘nostress’ and ‘stress’ conditions. The experiment used a modified version of the MIST protocol which utilizes feelings of lack of control, task failure and self and socialevaluation to induce stress. Using basic statistical measures for eight subjects, GSR levels were shown to be significantly different between CL levels in the ‘nostress’ condition, but not in the ‘stress’ condition. This has important implications for CL quantification in that other physiological signals may also exhibit similar patterns where a stress response overrides signal variation owing to CL. Further analysis of the body of data generated by this experiment, utilising machine learning techniques is suggested. INTRODUCTION Physiological signals have previously been proposed as a method of quantifying Cognitive Load (CL). Signals include heartrate, heartrate variability, pupildilation, bloodpressure, respiration rate and GSR (Galvanic Skin Response). Some notable successes in CL quantification have been achieved via signals such as speech (Chen, 2006), Heart Period (Veltman & Gaillard, 1998), Pupillary Response (Xu, 2011), Heart Rate Variability (Aasman, Mulder, & Mulder, 1987). However, any given physiological signal is only a proxy for CL and is likely to be effected by countless additional inputs from the human body (Longo, et al., 2010). Thus a major task of CL measurement via physiological means is demonstrating the diagnosticity and construct validity of any nominated proxy physiological signal. One of the major contributors to change in human physiological systems is stress (Martin, 2007). Stress has been shown to effect both the sympathetic and parasympathetic nervous systems and, in its more extreme states, results in large changes to physiological function that may well obscure the relationship between a physiological indicator and CL. Furthermore – stress may, in some circumstances, be a confound for CL in that changes in CL may correlate with changes in stresslevels (Veltman & Gaillard, 1998). Construct validity must be established before we can safely assert that changes in physiological indicators are the result of CL and not stress (or indeed some other factor).

Upload: others

Post on 06-Feb-2022

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 1 

Stress and Cognitive Load 

NICTA Summer Scholarship Report ‐ 2011/2012. 

Dan Conway 

Supervisors: Dr Yang Wang, Dr Fang Chen 

ABSTRACT                       

Human physiological signals have been suggested as proxies with which to non‐invasively quantify 

Cognitive Load (CL) in real‐time.  A major challenge for any approach to CL detection is the presence 

of stress, which may affect physiological measurements in ways that confound reliable detection of 

CL.  In this experiment we attempted to dissociate CL from stress.  GSR was used as a proxy for stress 

and pre‐frontal cortical activity as measured by EEG signals as a proxy for CL.  Three levels of CL were 

induced in 11 participants using math tasks in both ‘no‐stress’ and ‘stress’ conditions.  The 

experiment used a modified version of the MIST protocol which utilizes feelings of lack of control, 

task failure and self and social‐evaluation to induce stress.  Using basic statistical measures for eight 

subjects, GSR levels were shown to be significantly different between CL levels in the ‘no‐stress’ 

condition, but not in the ‘stress’ condition.  This has important implications for CL quantification in 

that other physiological signals may also exhibit similar patterns where a stress response over‐rides 

signal variation owing to CL.  Further analysis of the body of data generated by this experiment, 

utilising machine learning techniques is suggested. 

 

INTRODUCTION                     

Physiological signals have previously been proposed as a method of quantifying Cognitive Load (CL).  

Signals include heart‐rate, heart‐rate variability, pupil‐dilation, blood‐pressure, respiration rate and 

GSR (Galvanic Skin Response).  Some notable successes in CL quantification have been achieved via 

signals such as speech (Chen, 2006), Heart Period (Veltman & Gaillard, 1998), Pupillary Response 

(Xu, 2011), Heart Rate Variability (Aasman, Mulder, & Mulder, 1987). 

However, any given physiological signal is only a proxy for CL and is likely to be effected by countless 

additional inputs from the human body (Longo, et al., 2010).  Thus a major task of CL measurement 

via physiological means is demonstrating the diagnosticity and construct validity of any nominated 

proxy physiological signal. 

One of the major contributors to change in human physiological systems is stress (Martin, 2007).  

Stress has been shown to effect both the sympathetic and parasympathetic nervous systems and, in 

its more extreme states, results in large changes to physiological function that may well obscure the 

relationship between a physiological indicator and CL.  Furthermore – stress may, in some 

circumstances, be a confound for CL in that changes in CL may correlate with changes in stress‐levels 

(Veltman & Gaillard, 1998).  Construct validity must be established before we can safely assert that 

changes in physiological indicators are the result of CL and not stress (or indeed some other factor). 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 2 

The ‘Stress and Cognitive Load’ experiment (SACL) was an attempt to dissociate CL from Stress.  This 

was hoped would provide a clearer picture of the relationship between these two variables, which 

would be useful in the operationalisation of CL detection technologies.   

Within the psychological literature there are a number of different models and definitions of stress.  

Within the CL community though, there seems to be a common reliance on a particular view of 

stress that emphasizes an extremely mechanistic view of what constitutes a stressor.   Setz (2010) 

says ‘Work related stress occurs when there is a poor match between job demands and the 

capabilities, resources or needs of the worker’.  Similarly Hagmueller (2006) suggests that stress is a 

‘Physiological and psychological answer of a human body to a specific workload’ and according to 

Hockey (1997): ‘a mismatch between required and prevailing task states’.  Whilst these more 

homeostatic based definitions may be sufficient for certain paradigms, they do not incorporate the 

subjective element of human qualia.  An alternative, and widely accepted model of stress in the 

psychological field, and perhaps more appropriate to the CL paradigm, is Lazarus and Folkman’s 

(1984)  ‘transactional’ model of stress.  They propose that stressors are extremely subjective and 

what constitutes a stressor can vary widely from person to person.  Specifically they propose a 

model where any event can potentially be a stressor and there are two cognitive ‘appraisal’ 

processes that determine whether the event will be responded to as a stressor.  This is an important 

distinction in that it more successfully models the real world variability of people to potentially 

stressful events.  Furthermore it incorporates subjective impressions and internal cognitive 

processes as potential triggers for stress. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Although definitions of stress vary, there is good consensus in the literature regarding conditions 

where it is likely to arise.  Failure at a task, together with feelings of lack of control, in situations 

where participants are evaluated by others is a widely used paradigm for stress induction. 

Figure 1. The Appraisal process in evaluating potential stressors according to Lazarus and Folkman’s ‘Transactional’ model. 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 3 

Duval and Wicklund, (1972) found that observation of the self via a mirror or a camera pointing at 

the participant led to increased objective self‐awareness and therefore self‐evaluation.  In conditions 

resulting from negative self‐evaluations this mirror became a highly aversive stimuli and led to an 

‘uncomfortable state’. 

Aversive self‐evaluative events are also amplified by the presence of others as demonstrated by 

Markus (1978).  Furthermore, ‘upward‐social comparison’ where the participant compares 

themselves with others who are considered higher performers, presents a threat to self‐esteem 

(Tesser, 1988).  Tesser (1988) also showed that when the observer is from a highly‐relevant 

performance domain (ie: some‐one from the same company, who is an expert in the field) social 

comparison is more likely to occur and further that an observer with high social status (as relative to 

the observed) increased social comparison. 

A ‘feeling of lack of control’ (Dickerson & Kemeny, 2004) is also supported as a pre‐cursor to stress, 

especially when resulting in task failure in highly motivated states (Setz, et al., 2010). 

These various techniques were all operationalised in an experimental paradigm developed by 

Dedovich (2005) called the ‘Montreal Imaging Stress Task’ (MIST).  The Stress and Cognitive Load 

experiment presented here (SACL) closely follows the MIST protocol with minor operational 

adjustments for the lab context in which it was presented.  Three blocks of math tasks, of increasing 

difficulty levels were presented in both ‘no‐stress’ and ‘stressed’ conditions. 

In the stress condition, task failure was induced by imposing dynamically adjusting time‐limits so 

that they were just too short to allow participants to complete trials.  Lack of control was induced by 

the inability to pause or complete tasks in time.  Self‐evaluative stress was induced by displaying a 

video image of the participant directly within their field of view.  Social‐evaluative stress was 

induced by the presence of ‘observers’ watching the participants perform poorly at the task, one of 

whom was the CEO of the company for which they worked, which also gave rise to a highly 

motivated environment. 

A challenge for dissociating stress from CL is the possibility that increasing CL results in a 

corresponding increases in stress.  Indeed when stress is not controlled for and participants are 

highly motivated to perform well, this is a likely outcome (Longo, et al., 2010).  Thus previous 

findings (Shi, 2007) of increasing level of GSR in response to assumed workload may well be an 

indication of increased stress rather than CL.  Based on this assumption it was hypothesized that GSR 

was actually in indicator of stress and not CL and thus was selected as an independent variable.  It 

was originally hoped that through strict control of the stress environment GSR would remain stable 

between CL levels but show higher values in the ‘stress’ condition than the ‘no‐stress’ condition.   

GSR has been shown to be a reliable indicator of the stress response (Setz, et al., 2010).  Whilst 

physiological responses to stressors involve both the sympathetic and para‐sympathetic nervous 

system, the human skin is one of the few organs controlled only by the sympathetic nervous system, 

and thereby suggests itself as a clearer indicator of stress based arousal than those organs which are 

controlled by both systems (Setz, et al., 2010). 

Activity in the Pre‐frontal Cortex has been shown to correlate with Working Memory tasks via fMRI 

procedures (Barch, et al., 1997).  EEG has also been shown to be able to detect variations in Task 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 4 

Difficulty via power band analysis (Harmony, et al., 1999).  The SACL experiment thus attempted to 

quantify CL via PFC EEG activity.  In order to additionally assess the suitability of new, commercially 

available and low cost EEG systems for CL measurement, an Emotiv EEG headset and software was 

used for gathering EEG data. 

Unfortunately during the process of designing this experiment, I could find no conceptually valid way 

of returning to a ‘No‐stress’ condition after a ‘Stress’ condition.  This means that for all subjects the 

Stress condition followed the ‘No‐stress’ condition.  The 3 blocks of tasks of different cognitive load 

levels were also always presented in order of difficulty from low to high.  In future experiments it is 

suggested that a randomized order of CL level within each condition is presented. 

 

Figure 2: Experiment sequence of tasks and conditions. 

 

METHOD                       

The experiment consisted of a ‘within‐subjects’, six‐way factorial design. 

  ‘No‐stress’ condition  ‘Stress’ condition 

Cognitive Load Level 1 

 

‘No‐Stress’ CL level 1  

‘Stress’ CL level 1 

Cognitive Load Level 2 

 

‘No‐Stress’ CL level 2  

‘Stress’ CL level 2 

Cognitive Load Level 3 

 

‘No‐Stress’ CL level 3  

‘Stress’ CL level 3 

            Table 1: Experimental design 

Participants 

11 male participants (ten right‐handed, one left‐handed), all employees or students at NICTA, took 

part in the experiment, each at different times, in the level five laboratory at the NICTA 

headquarters at ATP Sydney.  Participants were offered one movie ticket and biscuits as recompense 

for their participation.   

Screening procedure and ethics 

All participants had the voluntary nature of the experiment explained to them and told that they 

could stop and leave at any time.  They signed a release form and then filled out a paper version of 

the Kessler K‐10 Psychological Distress Scale to ascertain that they were unlikely to be vulnerable to 

ongoing negative effects from the stress condition.  Only participants who scored less than 19 (thus 

fell into the category ‘likely to be well’) were permitted to continue the experiment.  Three potential 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 5 

participants were rejected via this means.  All procedures as specified in the UNSW ethics application 

were carried out.   

Materials 

The math problems presented were of three different difficulty levels.  For level 1 problems, three 

terms were to be added together.  All terms were less than 100 and the answer was always less than 

100.  No carrying was required for any stage of the addition except for, in some cases, the operation 

that resulted in the answer, when executed left to right.  Thus, when executed left to right, addition 

of the 1’s always resulted in a number less than 10 except for the final operation.  For level 2, each 

problem consisted of four or five terms, with both addition and subtraction required.  Each term was 

less than 1000 and the answer was always less than 1000.  For each stage of the problem, when 

solved from left to right, the 1’s required a ‘carry’ operation.  Eg: the 10’s had to be manipulated 

whilst remembering the 1’s.  Level 3 problems consisted of five terms, each less than 1000, the 

answer always being less than 1000, with both addition, subtraction and multiplication for two 

terms required.  For the multiplication terms, at least one term was more than 20, but never more 

than 40.  The multiplication terms were in a random position within the problem.   

It was attempted for all problems to avoid operations that would be facilitated by at least the most 

common of mathematical ‘tricks’.  Thus numbers never summed to a multiple of 10, multiplications 

never used numbers divisible by 10 or 5 etc… 

Difficulty Level 1 Problems  Difficulty Level 2 Problems  Difficulty Level 2 Problems 

27 + 11 + 15 =  558 ‐ 477 + 81 + 312 =  818 ‐ 631 + 556 ‐ 12 x 21 = 

33 + 42 + 8 =  129 + 786 ‐ 533 ‐ 81 =  917 ‐ 13 x 22 ‐ 407 ‐ 173 = 

22 + 31 + 44 =  774 ‐ 447 + 315 ‐ 71 =  245 + 687 ‐ 22 x 29 + 558 =              Table 2: Examples of the math problems presented. 

The formulation of these problems came about through a reasonably intensive period of pilot testing 

where it was found that the number of terms, carrying and having to remember numbers whilst 

performing other operations (such as required by the order of operations in level 3 problems) were 

the most reliable method of increasing subjective difficulty ratings. Math problems examples are 

presented in Table 2 (with a full list available in Appendix A). 

Apparatus 

All experimental stimuli were presented on a VDU using custom software (SACL V1.0) whilst 

participants were sitting comfortably at a desk. 

An Emotiv ‘Epoc’ headset was fitted to the participants’ heads according to the protocol outlined in 

‘Emotiv Beta EPOC Hardware Setup Guide Revision 1.0’.  Saline solution was applied to the sensors 

and contact was reliable and stable for all participants for all sensors with the exception of P7 and P8 

which were either intermittent or made no contact at all for four participants (seemingly owing to 

the shape of the participants head).  Participants’ eyeglasses seemed to make no difference to 

contact quality.  EEG signals were then recorded using the Emotiv ‘Testbench’ application, 

monitored visually during the experiment by the experimenter and later converted to XLSX files for 

data analysis.  Markers were sent by the SACL application to the Testbench software via virtual serial 

ports at the end of each information screen and at the beginning and end of each block. 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 6 

Event  Marker value sent by SACL to Testbench software 

Experiment Begin Button is pressed  30 

End of any information/Inter‐block pause screen. 

32 

End of the ‘Nominate Target Score’ screen (when the experimenter is to enter the room and enabled the video screens of the ‘observers’ for the beginning of the stress condition. 

31 

Block begins/ends.  Block markers are three digit numbers.  The format is: 

1st digit: 1 (indicates it’s a block marker) 

2nd digit: o 1 = Task begin. o 0 = Task end. 

3rd Digit: Block Number.   Eg:  103 = Block marker, end of block, block 3. 

Table 3: Markers codes sent by SACL to Testbench software for insertion into EEG output EDF file. 

GSR signals were collected using a Thought Technology ‘ProComp Infiniti’ interface and its ‘SC 

Flex/Pro’ skin conductance sensor.  The sensors were attached to D2 and D4 of the non‐dominant 

had for all participants.  GSR signals were sampled at a rate of 256Hz via custom software developed 

by Ronnie Taib for NICTA. 

Participants were asked to remain perfectly still and only move their dominant hand for mouse 

control during the experiment.  Participants were not asked to suppress blinking as this may have 

added to the ‘stress’ during measurement of their baseline state and during the ‘No‐stress’ 

condition. 

Procedure 

All participants undertook the ‘no‐stress’ condition first. 

Participants were told that they would be completing math tasks but it was emphasized that their 

performance/accuracy was not important and in all likelihood that their performance and accuracy 

data would not even be examined.  They were told that the tasks were designed to induce different 

levels of CL and the aim of the experiment was solely to try and measure CL via the GSR and EEG 

systems.  The experimenter maintained an informal and casual tone with the participants before 

leaving the room to allow the participant to commence the experiment. 

After submitting some basic demographic information, a two minute ‘baseline’ period was carried 

out where the participants were told, via an on‐screen prompt, that they should just relax and let 

their mind wander.  Then three two‐minute blocks of math tasks were presented with 4 multiple 

choice answers available for response by clicking on‐screen buttons with the mouse.  Tasks were not 

time‐limited and feedback was not provided.  The blocks were not terminated until a participant 

finished the current question, therefore some blocks were longer owing to participants finishing a 

question after the 2 prescribed two minutes. 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 7 

The three blocks in the ‘no‐stress’ condition were of level 1, 2 and 3 difficulty in sequential order.  

Between each block the participant was given a two minute ‘pause’ to allow physiological signals 

time to return to baseline. 

After block three, the participants were asked, via on screen prompts, to nominate a ‘target score’ 

for further tasks based on their estimation of their performance so far.  Once submitted, the stress 

condition ensued.  They were told that their performance would be now be monitored.  They were 

also informed of time limits for further trials.  At this point the experimenter entered the lab and 

switched on two large LCD televisions behind and above the participant’s computer monitor, thus 

directly in the field of view of the participant, and a video projector aimed at a large screen directly 

to the participants left.  One LCD screen displayed a video feed of the participants face from a small 

webcam mounted on the desk.  The second LCD screen displayed a video feed of ‘observers’ staring 

into the camera, and therefore apparently at the participant.  The large screen to the participants 

left displayed a ‘mirrored’ image of the screen that the participant was using, thus rendering their 

performance highly visible.  Participant were then told that they would now be able to see the 

observers for the rest of the experiment, implying that they had been being watched all along from 

behind the one‐way glass of the observation room.  The ‘observers’ were, unbeknownst to the 

participant, actually only a pre‐recorded video, but appeared to be Hugh‐Durrant‐White, the CEO of 

Nicta, a fellow student, and the experimenter. 

 

Figure 3: A participant during the stress condition.  His own image is displayed on the left hand LCD television screen, the ‘observers’ on 

the right hand LCD television screen, and the experiment screen projected on the large screen to his left. 

The participant was then told to continue and the experimenter returned to the observation room.  

The pre‐recorded video of the ‘observers’ was timed so that the experimenter appeared to take his 

place amongst the ‘observers’ at this point. 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 8 

Now in the stress condition, three more blocks of level 1, 2 and 3 difficulty level math tasks were 

then carried out, again with two minute pauses in between each block but with time limits now 

imposed on each trial.  These were calculated by taking the mean of the RT’s for the same CL level 

block in the ‘no‐stress’ condition and multiplying this time by .9.  This time limit was also then 

dynamically updated.  In cases where participants correctly answered three questions in a row 

within the trial time limits, the time limit was further multiplied by .9.  In cases where the participant 

either ran out of time or responded incorrectly to three questions in a row, the time limit was 

multiplied by 1.1.  The participants nominated target score was displayed on the left hand side of the 

screen during all trials, and their current percentage of correct answers was displayed on the right 

hand side.  Feedback (‘Correct’, ‘Wrong’ or ‘Out of time’) was provided for one second after each 

trial. 

 Figure 4: The screen presentation of a typical (level 1) math task in the ‘stress’ condition. 

Once all six blocks had been completed the experiment concluded and the participant was 

immediately told that the video of the ‘observers’ had been pre‐recorded and ‘the boss’ had not, in 

fact, been watching them.  They were then debriefed verbally, encouraged to ask questions, as well 

as given a text debriefing document to take away with them.  Participants were also asked to fill out 

a questionnaire where they could report on their experience of the experiment and they were given 

the option of revoking their consent for NICTA to use their data (no participants chose to do so). 

Finally participants were asked to complete a further three blocks of math tasks each of a different 

difficulty level and equivalent to those in the main experiment and rate each question via a nine 

point Likert scale to ascertain subjective ratings of task difficulty (F. G. Paas & Van Merrienboer, 

1994). 

 

RESULTS                       

EEG Data was gathered for 11 participants but was only tentatively analysed owing to project time 

constraints, as such it will not be discussed here. 

GSR data was collected for 11 participants, however only data from the first eight were analysed 

owing to project time constraints.  The analysis described below is seen as preliminary in that it does 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 9 

not involve any machine learning or feature recognition which is suggested as being the most fruitful 

method of analysis.  The present analysis may, however, be taken as indicative. 

In the Post‐Experiment questionnaire participants were asked (amongst other things) ‘Did you feel 

‘stressed out’ during the experiment?  If so – how much?’.  All participants answered in the 

affirmative with responses ranging from ‘A little bit’, through to ‘Yes, very’. 

An ANOVA of pooled subjective ratings for each level showed differences (n = 8, df = 2, F = 82.32, p < 

.0001).  The means of each group were increasing by CL level (Level 1: M = 1.52, SD = .19. Level 2: M 

= 4.17, SD = .27, Level 3: M = 7.46, SD = .47) and the difference between each group was significant 

(1 to 2: p < .0001, 2 to 3: p <.0001). 

Epoch generation 

The ‘middle minute’ of each block was used as the basis for analysis with the aim of minimising 

fatigue and practice effects.  Once the epochs were extracted, a mean value of the two minute 

baseline period was derived.  This mean was subtracted from the GSR value at each time point 

within the participant’s epochs.  A mean was then calculated for the entire epoch, resulting in a 

single value for each epoch (or block) for each participant. 

Statistical Analysis 

For GSR measurements within the ‘no‐stress’ condition, a repeated measures Anova showed 

significant differences between CL level within subjects (F = 6.402, df = 2, p = .029).  Group means 

showed increasing GSR response with increased CL (CL level 1 = .243 µS, CL level 2 = .661 µS, CL level 

3 = .9299 µS).  However for the ‘stress’ condition, a repeated measures Anova showed no significant 

differences between CL level within subjects (F = 2.816, df = 2, p = .287).  In this condition the means 

of each group descended with increasing CL (CL level 1 = .3 µS, CL level 2 = .26 µS, CL level 3 = .24 

µS). All measurements quoted are in Micro‐Siemens (µS), a measurement of conductance. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5. Mean of ‘Middle Minute Epochs’ of GSR for participants 2‐9 measured during the 

'No‐stress' condition by Cognitive Load. 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 10 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Paired‐Samples T‐Tests of GSR measurements between the ‘no‐stress’ and ‘stress’ conditions were 

then carried out for each CL level. 

Significant differences were found between conditions for CL level 1 (t = ‐3.786, df = 7, p = .007) 

where the ‘no‐stress’ condition exhibited a lower mean GSR (.24 µS) than ‘stress’ (2.99 µS). 

Significant differences were found between conditions for CL level 2 (t = ‐5.051, df = 7, p = .001) 

where the ‘no‐stress’ condition exhibited a lower mean GSR (.66 µS) than ‘stress’ (2.60 µS). 

Significant differences were found between conditions for CL level 1 (t = ‐3.903, df = 7, p = .006) 

where the ‘no‐stress’ condition exhibited a lower mean GSR (.93 µS) than ‘stress’ (2.42 µS). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 6.  Mean of ‘Middle Minute Epochs’ of GSR for participants 2‐9 measured during the 

'Stress' condition by Cognitive Load. 

Figure 7.  Mean of ‘Middle Minute Epochs’ of GSR for participants 2‐9 by condition for Cognitive Load Levels 1, 2 and 3. 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 11 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DISCUSSION                      

The methods used here to induce stress seemed to deliver reliable increases in GSR as well as 

subjective ratings of stress.  Thus although we cannot categorically say that the ‘no‐stress’ condition 

had no stress, and importantly, we cannot say that stress levels did not vary across the different 

levels of CL tasks in the ‘no‐stress’ condition (more on this later), we CAN say that the two conditions 

were quantitatively different in the levels of stress that they induced. 

Although the analysis presented is somewhat rudimentary and does not utilise any feature 

detection, the outcomes may be considered indicative of an underlying truth:  In the ‘no‐stress’ 

condition GSR was seen to reliably increase with CL, whereas in the stress condition, this relationship 

is not present. 

This has important considerations for attempting to use physiological signals as means of assessing 

CL.  It is conceivable that similar patterns may exist for other physiological signals meaning that 

stress needs to be controlled in order to accurately measure CL.  Further research into other 

physiological signals along similar lines as the experiment presented here seems validated. 

A challenge for CL investigations is the nature of the task used to induce CL.  A language based task 

was not implemented in consideration of the variability of language backgrounds in the likely 

participants, ie: NICTA staff, and this consideration is likely to be important in future experiments.  A 

math based task was chosen largely for its previous implementation in both the Trier Social stress 

test (Kudielka, 2008) and Dedovic’s MIST protocol (2005).  However task performance did 

demonstrate variation owing to, it is assumed, individual differences in math ability.  Although an 

analysis of subjective ratings did show sufficient differences between the tasks, future investigations 

may be better served by using a task that is less dependent on learnt abilities.  An ‘n‐back’ task may 

more specifically target Working Memory and thus be a more reliable method of inducing given 

levels of CL across individuals of different abilities and backgrounds.   

Figure8:  A typical participant’s GSR response over the duration of the experiment.

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 12 

Any task that is assumed to induce different levels of CL must be assessed as to its criterion validity.  

One cannot assume that a given manipulation of task parameters will monotonically increase task 

difficulty.  The human cognition system, with its capacity for parallel processing or even super‐

processing, variation in stopping rules for different tasks and variance in task expertise may in many 

cases exhibit variation in performance for a given task that is not reflected in the assumed increasing 

difficulty of a task.   Altering a given parameter of a task (increasing the amounts of targets from 1 to 

2 for example) may well not make a task twice as difficult.  Indeed owing to the brains’ enormous 

plasticity this is in fact quite unlikely.  Thus assessment of task difficulty at the outset of the 

experimental design process is critical.   

Self‐reported, subjective ratings of task difficulty have been shown to be a reliable method of 

quantification of task difficulty (Damos, 1991), and a number of different approaches to gathering 

this data have been proposed.  In the initial stages of this project the SWAT (Nygren, 1991) , NASA‐

TLX (Rubio, Díaz, Martín, & Puente, 2004) and Paas (F. G. Paas & Van Merrienboer, 1994) rating 

systems were all trialed and assessed for suitability for implementation.  The SWAT process was 

quickly found to be both slow and laborious, and also has been reported as less sensitive to 

differences in low CL than NASA‐TLX (Luximon, 2001).  The NASA‐TLX paradigm is highly regarded 

(Damos, 1991) and demonstrates good diagnosticity and as such was operationalised in a pilot 

project (indeed is also an option within the SACL experiment application) to assess its suitability.  

Two of the six factors (Physical Demand and Temporal Demand), were not relevant to our purposes 

so a modified version was implemented with an appropriate mathematically modified version of the 

weightings matrix.  This was found to have extremely poor face validity with participants expressing 

a large degree of frustration and dissatisfaction with the method.  Finally a simple 9 point Likert 

scale, emulating Paas was implemented and this was found to be highly appropriate to the situation 

being both less intrusive and possessing higher face validity.  Both Paas and the modified NASA‐TLX 

ratings systems are available as options within the SACL application. 

The Cognitive Load model, as proposed by Sweller (1988) and expanded upon by Paas (2003) and 

others, was originally developed within the Pedagogical paradigm, and as such, is a sometimes 

uneasy fit for the real‐time cognition focus that typifies NICTA’s approach.  Specifically, the CL 

model, does not incorporate the concept of the ‘central executive’ in Working Memory as proposed 

by Baddeley (1974), but rather uses a conceptual model of ‘schema’ retrieval and application 

(Schnotz & Kürschner, 2007).   This may or may not have serious implications for our research 

purposes, but a more concerning aspect of the CL model is the complete absence of any reference to 

perceptual processing.  Perceptual processing has been shown to require cognitive effort in that the 

initial acquisition of information by the sensory system, when stimuli are indistinct or ambiguous, 

induces load on the cognitive system (Eysenck, 2010).  Signal Detection Theory (SDT) has been 

grappling with these problems since the Second World War and an established body of knowledge 

exists to allow the quantification and assessment of the nature of signal acquisition issues.  The 

question then becomes whether the load induced by perceptual processing falls within or outside of 

the CL model.  In one fMRI study, (Barch, et al., 1997) achieved a double‐dissociation between 

activity associated with Working Memory in the dorsolateral prefrontal cortex and load induced by 

Perceptual Coding which showed increased activity in the anterior cingulate as well as the frontal 

cortex.  This suggests that these are two separate sources of ‘load’ on the human cognition system, 

and the perceptual demands of a task are likely to induce patterns of cortical activation that are 

distinct from Working Memory tasks.  This has important ramifications for EEG based approaches to 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 13 

detecting CL in that task difficulty imposed by perceptual coding (such as degraded stimuli, 

ambiguous signals, etc…) may contribute to mental load but in patterns that are different to that of 

Working Memory load.  With the aim of developing real‐time detection of CL via EEG, this factor 

then needs to be either excluded from the CL model, or if it is to be included, must be quantified. 

Further research into the relationship between stress and Cognitive Load is suggested.  Whether it 

will be possible to ever create a motivated, no‐stress task remains to be seen, but of particular 

interest would be to determine whether stress is automatically induced when the task exceeds 

operator capacity.  According to Lazarus and Folkman’s model this is likely, since the appraisal 

processes would result in an ‘I cannot cope’ evaluation.  An experiment where carefully calibrated 

tasks induce load just below and just above participants’ cognitive capacity would be informative. 

It also remains to be seen whether one can ever create tasks where increasing task difficulty does 

not induce some corresponding increase in stress.  This experiment was based on the assumption 

that one can exert mental effort and not necessarily become stressed, but this assumption is open to 

challenge and more direct proxies of stress such as blood‐cortisol levels as controlled by the 

hypothalamus‐pituitary‐adrenal axis would need to be assessed in order to clarify this relationship. 

An interesting study with many parallels to the work presented here was carried out by Setz (2010).  

Unfortunately the title of the paper is somewhat misleading since they do not experimentally 

manipulate cognitive load and therefore only demonstrate the ability to differentiate between 

‘stress’ and ‘no‐stress’ conditions where CL is consistent between conditions (confusingly they label 

the ‘no‐stress’ condition as the ‘Cognitive Load Condition’).  Nonetheless, the feature detection 

processes they outline appear promising, and suggest themselves as avenues with which to analyse 

the body of data generated by the SACL experiment. 

An additional intended outcome from this experiment was assessing the suitability of the Emotiv 

Epoc headset for EEG recording.  As mentioned earlier the P7 and P8 sensors were sometimes 

unable to make contact with a participants scalp owing to head size/shape and a lack of flexibility by 

the unit.  Furthermore there were some problems with the build quality of the device (sensors 

would sometimes drop out of their housing when being fitted, the plastic flanges holding sensors in 

place would sometimes break, etc…).  Having said this, the device seemed to perform remarkably 

well given its price.  Ideally a within‐subjects comparison of signals derived both by the Epoc and 

another, higher quality headset on an identical series of tasks would now be carried out allowing 

more exact comparison of the derived EEG signals. 

One potential flaw in the design of the current experiment lies in the potential for the negative 

relationship between CL and GSR levels in the stress condition to be the result of an initial spike of 

GSR when the stress condition begins, followed by a gradual decline as the physiological signals 

return to some other ‘baseline’ state.  Future experiments should establish the recovery time of GSR 

signals and ascertain that this effect is not present in the tasks within the stress condition. 

The focus of this project (a Summer ‘Taste of Research’ scholarship) was on the experimental design 

and data‐collection aspects.  Thus, the body of data generated by this experiment begs for more 

rigorous and deeper analysis.  It is recommended that current Machine Learning approaches be 

applied to both the GSR and EEG signals acquired to ascertain whether existing feature detection 

methods can distinguish between CL levels in the stress condition.   

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 14 

REFERENCES                     

Aasman, J., Mulder, G., & Mulder, L. J. (1987). Operator effort and the measurement of heart‐rate variability. Human Factors, 29(2), 161‐170.  

Baddeley, A. D., . Hitch, G. (1974). Working Memory. Oxford: Oxford University Press. 

Barch, D. M., Braver, T. S., Nystrom, L. E., Forman, S. D., Noll, D. C., & Cohen, J. D. (1997). Dissociating working memory from task difficulty in human prefrontal cortex. Neuropsychologia, 35(10), 1373‐1380.  

Chen, F. (2006). Designing human interface in speech technology. NY: Springer Science+Business Media, Inc. 

Damos, D., L. (Ed.). (1991). Multiple Task Performance. London: Taylor and Francis. 

Dedovic, K., Renwick, R,. Mahani, N. K., Engert, C., Lupien, S. J., Pruessner, J. (2005). The Montreal Imaging Stress Task: using functional imaging to investigate the efects of percieving and processing psychosocial stress in the human brain. Journal of Psychiatry & Neuroscience, 30(5), 319‐325.  

Dickerson, S. S., & Kemeny, M. E. (2004). Acute Stressors and Cortisol Responses: A Theoretical Integration and Synthesis of Laboratory Research. Psychological Bulletin, 130(3), 355‐391.  

Duval, S., Wicklund, R.A. (1972). A Theory of objective Self Awareness. New York: Academic Press. 

Eysenck, M. W., Keane, M.T. (2010). Cognitive Psychology. New York: Taylor and Francis. 

Hagmueller, M., Rank, E., Kubin, G. (2006). Evaluation of the Human Voice for Indications of Workload‐induced Stress in the Aviation Environment EEC Technical/Scientific Report (EEC Note 2006/18 ed., Vol. 2006‐023). Bretigny‐sur‐Orge: Eurocontrol Experimental Centre. 

Harmony, T. Ì. a., Fernandez, T. Ì. a., Silva, J., Bosch, J., Valdes, P., Fernandez‐Bouzas, A., et al. (1999). Do specific EEG frequencies indicate different processes during mental calculation? Neuroscience Letters, 266(1), 25‐28.  

Kudielka, B. M. (2008). The Treir Social Stress Test. SciTopics. Retrieved from  

Lazarus, R., S. Folkman, S. (1984). Stress, Appraisal and Coping. New York: Springer Pub. Co. 

Longo, L., Barrett, S., Yao, Y., Sun, R., Poggio, T., Liu, J., et al. (2010). Cognitive Effort for Multi‐agent Systems 

Brain Informatics (Vol. 6334, pp. 55‐66): Springer Berlin / Heidelberg. 

Luximon, A., Goonetilleke, R, S. (2001). Simplified subjective workload assessment technique, from http://www‐ieem.ust.hk/dfaculty/ravi/papers/workload.pdf 

Markus, H. (1978). The effect of mere presence on social facilitation: An unobtrusive test. Journal of Experimental Social Psychology, 14(4), 389‐397.  

Martin, G. N., Carlson, N.R., Biskit, W. (2007). Psychology. Edibburgh Gate: Pearson. 

Nygren, T. E. (1991). PSYCHOMETRIC PROPERTIES OF SUBJECTIVE WORKLOAD MEASUREMENT TECHNIQUES ‐ IMPLICATIONS FOR THEIR USE IN THE ASSESSMENT OF PERCEIVED MENTAL WORKLOAD. Human Factors, 33(1), 17‐33.  

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 15 

Paas, F., Tuovinen, J. E., Tabbers, H., & Van Gerven, P. W. (2003). Cognitive load measurement as a means to advance cognitive load theory. Educational Psychologist, 38(1), 63‐71. doi: http://dx.doi.org/10.1207/S15326985EP3801_8 

Paas, F. G., & Van Merrienboer, J. J. (1994). Variability of worked examples and transfer of geometrical problem‐solving skills: A cognitive‐load approach. Journal of Educational Psychology, 86(1), 122‐133. doi: http://dx.doi.org/10.1037/0022‐0663.86.1.122 

Robert, G., & Hockey, J. (1997). Compensatory control in the regulation of human performance under stress and high workload: A cognitive‐energetical framework. Biological Psychology, 45(1‐3), 73‐93.  

Rubio, S., Díaz, E., Martín, J., & Puente, J. M. (2004). Evaluation of Subjective Mental Workload: A Comparison of SWAT, NASA‐TLX, and Workload Profile Methods. Applied Psychology, 53(1), 61‐86. doi: 10.1111/j.1464‐0597.2004.00161.x 

Schnotz, W., & Kürschner, C. (2007). A Reconsideration of Cognitive Load Theory. Educational Psychology Review, 19(4), 469‐508. doi: 10.1007/s10648‐007‐9053‐4 

Setz, C., Arnrich, B., Schumm, J., La Marca, R., Tröster, G., & Ehlert, U. (2010). Discriminating stress from cognitive load using a wearable eda device. IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, 14(2), 410‐417.  

Shi, Y., Ruiz, N., Taib, R., Choi, E. H. C., Chen, F. (2007). Galvanic Skin Response (GSR) as an Index of Cognitive Load. Paper presented at the CHI, 2007, San Jose, California.  

Sweller, J. (1988). Cognitive load during problem solving: Effects on learning. Cognitive Science, 12(2), 257‐285.  

Tesser, A., Berkowitz, L. (1988). Toward a Self‐Evaluation Maintenance Model of Social Behavior Advances in Experimental Social Psychology (Vol. Volume 21, pp. 181‐227): Academic Press. 

Veltman, J. A., & Gaillard, A. W. K. (1998). Physiological workload reactions to increasing levels of task difficulty. Ergonomics, 41(5), 656‐669.  

Xu, J., Wang, Y., Chen, F., Choi, H., Li, G. Chen, S., Hussain, S. (2011). Pupillary Response Based Cognitive Workload Index under Luminance and Emotional Changes. Paper presented at the CHI 2011, Vancouver, BC, Canada.  

 

 

 

 

 

 

 

Dan Conway: [email protected] 

   

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 16 

Appendix 1 – Complete Listing of Math problems used. 

Difficult Level 1 

Question Number  Math Problem 

Correct Answer 

Multiple Choice 

Answer 1 

Multiple Choice 

Answer 2 

Multiple Choice 

Answer 3 

Multiple Choice 

Answer 4 

1  56 + 28 + 11 =  95  93  94  95  96 

2  23 + 59 + 14 =  96  96  86  94  84 

3  45 + 22 + 14 =  81  89  81  90  91 

4  22 + 16 + 11 =  49  48  49  47  45 

5  44 + 11 + 15 =  70  70  65  71  69 

6  32 + 15 + 19 =  66  66  84  85  86 

7  28 + 43 + 16 =  87  88  87  89  85 

8  35 + 23 + 12 =  69  70  59  69  71 

9  43 + 22 + 14 =  79  77  78  79  80 

10  52 + 36 + 5 =  93  87  93  95  92 

11  43 + 22 + 14 =  79  77  79  75  80 

12  37 + 18 + 25 =  80  80  70  75  85 

13  53 + 23 + 17 =  93  91  87  90  93 

14  26 + 48 + 11 =  85  83  82  85  87 

15  15 + 47 + 33  95  92  93  94  95 

16  52 + 29 + 11 =  92  88  94  92  96 

17  15 + 32 + 13 =  60  61  59  55  60 

18  51 + 35 + 12 =  98  86  88  99  98 

19  22 + 45 + 11 =  78  76  77  78  80 

20  54 + 23 + 18 =  95  93  95  97  91 

21  62 + 16 + 12 =  90  82  86  89  90 

22  35 + 12 + 11 =  58  58  56  55  48 

23  15 + 42 + 23 =  80  83  81  80  82 

24  6 + 42 + 11 =  59  57  59  55  56 

25  41 + 32 + 14 =  87  77  79  87  85 

26  33 + 14 + 22 =  69  79  67  77  75 

27  43 + 15 + 22 =  80  78  82  80  79 

28  36 + 23 + 18 =  77  77  79  78  87 

29  14 + 15 + 16 =  45  43  44  45  46 

30  22 + 31 + 44 =  97  96  85  95  97 

31  32 + 15 + 12 =  59  56  59  60  61 

32  45 + 21 + 22 =  88  86  78  88  90 

33  51 + 34 + 13 =  98  98  97  96  95 

34  26 + 31 + 18 =  75  73  63  76  75 

35  46 + 23 + 15 =  84  81  78  64  84 

36  22 + 31 + 14 + 11 + 8 =  86  84  85  86  87 

37  15 + 33 + 21 =  69  65  69  57  69 

38  25 + 34 + 11 =  70  67  68  70  71 

39  32 + 26 + 17 =  75  77  75  73  85 

40  15 + 52 + 25 =  92  92  91  89  93 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 17 

41  62 + 25 + 9 =  96  94  92  99  96 

42  51 + 24 + 17 =  92  91  92  82  84 

43  22 + 43 + 18 =  83  81  79  88  83 

44  33 + 35 + 14 =  82  82  85  79  78 

45  17 + 11 + 26 =  54  51  52  53  54 

46  41 + 36 + 12 =  89  88  86  93  89 

47  44 + 23 + 19 =  86  82  84  86  90 

48  11 + 27 + 31 =  69  59  60  65  69 

49  31 + 25 + 19 =  75  77  75  73  71 

50  26 + 13 + 22 =  61  59  60  61  62 

51  45 + 31 + 11 =  87  77  79  89  87 

52  9 + 53 + 21 =  83  82  83  85  87 

53  42 + 14 + 12 =  68  64  66  70  68 

54  36 + 22 + 6 =  64  64  63  61  66 

55  37 + 11 + 17 =  65  55  56  65  67 

56  35 + 14 + 20 =  69  64  71  68  69 

57  28 + 11 + 16 =  55  59  51  56  55 

58  25 + 14 + 12 =  51  51  53  50  49 

 

Difficulty Level 2 

Question Number  Math Problem 

Correct Answer 

Multiple Choice 

Answer 1 

Multiple Choice 

Answer 2 

Multiple Choice 

Answer 3 

Multiple Choice 

Answer 4 

59  519 + 288 ‐ 344 + 87 =  550  660  550  650  555 

60  448 + 373 ‐ 215 + 219 =  825  825  823  826  827 

61  984 ‐ 579 + 238 + 119 + 64 =  826  816  826  814  824 

62  552 ‐ 87 ‐ 112 + 482 =  835  825  735  825  835 

63  88 + 186 + 334 ‐ 238 + 449 =  819  817  818  819  820 

64  558 ‐ 477 + 81 + 312 =  474  474  574  575  573 

65  819 ‐ 365 + 228 ‐ 47 + 175 =  810  712  710  810  812 

66  758 ‐ 442 + 94 + 118 ‐ 32 =  496  490  496  498  494 

67  881 ‐ 735 + 285 ‐ 129 =  302  302  312  300  301 

68  129 + 786 ‐ 533 ‐ 81 =  301  301  299  300  302 

69  444 + 189 ‐ 324 + 111 =  420  422  410  424  420 

70  853 ‐ 669 + 386 + 211 ‐ 85 =  696  704  702  696  698 

71  744 ‐ 366 + 88 ‐ 219 =  247  257  247  245  237 

72  774 ‐ 447 + 315 ‐ 71 =  571  571  561  581  573 

73  663 + 218 ‐ 442 + 319 + 83 =  841  842  843  840  841 

74  338 + 258 + 114 ‐ 439 =  271  481  271  281  371 

75  119 + 597 + 181 ‐ 425 =  472  472  462  482  574 

76  512 + 319 ‐ 486 + 119 =  464  467  464  469  463 

77  212 + 448 ‐ 219 + 79 =  520  417  418  420  520 

78  214 + 391 + 115 ‐ 85 =  563  563  565  561  564 

79  75 + 83 + 56 + 244 =  458  358  368  458  468 

80  144 + 267 ‐ 63 + 412 =  760  761  661  760  762 

81  489 + 325 + 111 ‐ 429 =  496  494  496  490  497 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 18 

82  339 + 378 ‐ 428 + 380 =  669  559  659  669  729 

83  468 + 355 ‐ 265 + 174 =  732  732  733  734  735 

84  319 + 294 ‐ 55 + 342 =  900  800  890  900  902 

85  419 + 95 + 229 =  743  576  749  743  822 

86  385 + 473 ‐ 281 ‐ 412 =  165  87  119  156  165 

87  312 + 389 + 253 =  954  827  857  854  954 

88  91 + 343 + 272 ‐ 81 =  625  672  675  625  635 

89  454 + 318 ‐ 526 =  246  246  218  226  238 

90  328 + 279 + 88 ‐ 216 =  479  379  359  459  479 

91  468 + 233 ‐ 437 + 77 =  341  341  361  329  331 

92  353 + 288 + 55 =  696  688  689  696  794 

93  59 + 286 + 312 =  657  651  682  836  657 

94  377 + 585 ‐ 225 =  737  738  722  735  737 

95  185 + 244 ‐ 321 =  108  88  118  108  348 

96  479 + 237 ‐ 381 + 64 =  399  401  411  413  399 

 

Difficulty Level 3 

Question Number  Math Problem 

Correct Answer 

Multiple Choice 

Answer 1 

Multiple Choice 

Answer 2 

Multiple Choice 

Answer 3 

Multiple Choice 

Answer 4 

97  23 x 18 + 392 ‐ 514 ‐ 138 =  154  366  154  150  288 

98  551 + 14 x 12 ‐ 342 + 358 =  735  645  745  380  735 

99  354 + 17 x 7 + 219 ‐ 488 =  204  206  304  204  208 

100  818 ‐ 631 + 556 ‐ 12 x 21 =  491  491  391  381  501 

101  342 + 18 x 27 ‐ 545 + 319 =   602  612  602  614  608 

102  982 ‐ 16 x 29 ‐ 342 +668 =   844  845  844  834  824 

103  154 + 378 ‐ 447 + 17 x 24 =  493  493  495  487  337 

104  917 ‐ 13 x 22 ‐ 407 ‐ 173 =  51  81  51  61  84 

105  514 ‐ 323 + 682 ‐ 16 x 28 =   425  425  427  328  338 

106  661 ‐ 7 x 38 + 485 ‐ 612 =   139  257  137  237  139 

107  21 x 19 + 344 ‐ 487 + 577 =  833  743  823  833  843 

108  33 x 28 ‐ 451 + 255 ‐ 691 =  37  57  139  55  37 

109  711 ‐ 538 = 8 x 29 + 263 =  668  666  686  668  646 

110  24 x 26 ‐ 333 + 587 ‐ 692 =  186  286  188  186  146 

111  11 x 19 ‐ 124 + 578 ‐ 492 =  171  257  171  169  173 

112  687 ‐ 33 x 12 + 288 + 348 =  927  392  574  846  927 

113  245 + 687 ‐ 22 x 29 + 558 =  852  848  852  854  754 

114  812 ‐ 569 + 179 + 14 x 19 =  688  664  866  688  662 

115  812 ‐ 18 x 33 + 266 ‐ 118 =  366  347  346  389  366 

116  394 + 287 ‐ 244 + 8 x 16 =  565  568  565  468  466 

117  557 + 278 ‐ 59 ‐ 13 x 11 =  633  733  732  633  632 

118  642 + 185 ‐ 377 + 23 x 8 =  634  582  645  676  634 

119  258 + 187 + 66 ‐ 17 x 6 =  409  407  409  405  403 

120  35 x 8 + 216 + 438 ‐ 174 =  760  760  670  690  769 

121  638 + 285 ‐ 7 x 27 + 81 =  815  813  815  815  816 

122  612 + 6 x 27 ‐ 379 ‐ 55 =  340  338  388  368  340 

Stress and Cognitive Load  Dan Conway  Page: 19 

123  78 + 166 + 416 ‐ 16 x 11 =  484  478  496  448  484 

124  24 x 13 + 369 + 281 ‐ 77 =  885  883  881  879  885 

125  358 + 19 x 11 + 227 ‐ 377 =  417  357  782  417  319 

126  432 + 389 ‐ 576 ‐ 14 x 7 =  147  147  127  135  137 

127  279 + 533 ‐ 22 x 6 + 175 =  855  857  856  855  854 

128  377 + 318 ‐ 532 + 15 x 6 =  253  153  255  357  253 

129  947 ‐ 885 + 24 x 5 + 85 =  267  267  169  263  312 

130  524 + 377 ‐ 13 x 9 + 117 =  901  899  799  798  901 

131  336 + 572 ‐ 18 x 6 ‐ 294 =  506  516  506  517  520 

132  815 ‐ 674 + 714 ‐ 23 x 14 =  533  535  533  531  529 

133  412 + 369 ‐ 16 x 9 + 284 =  921  921  911  901  917 

134  16 x 9 + 477 ‐ 85 + 312 =  848  843  756  924  848