莫达非尼对抗睡眠剥夺影响工作记忆的实验研究

摘要

在军事活动中睡眠剥夺(sleepdeprivation，SD)或睡眠缺失(sleeploss，SL)是十分常见的现象，是导致作战人员发生疲劳衰竭、丧失战斗力、出现减员的重要因素之一。军事及特殊职业领域对睡眠剥夺条件下生理心理活动的变化规律进行了大量的研究。研究表明，睡眠剥夺后唤醒水平降低，认知功能下降，其中以执行控制功能等工作记忆(workingmemory，WM)能力下降最为显著。本研究以工作记忆为出发点，研究SD对需要较高意识水平的额叶执行功能的影响，并应用功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)研究SD对于工作记忆不同成分及不同加工过程的影响，探讨中枢兴奋药物莫达非尼(Modafinil,MO)对SD影响心理功能的对抗作用。
　　本研究为随机双盲自身前后对照试验设计。14名正常青年男性志愿者(25.9±2.3岁)重复参加三次SD实验。实验分为三部分：第一，应用字母划消作业、清醒/困倦主观评定量表、注意广度测验、视觉Go/no-go测验研究SD对注意力的影响；第二，研究SD对于WM的影响。其中依据Baddeley工作记忆模型，以经典n-back测验范式分别对语音工作记忆、空间工作记忆、客体工作记忆应用fMRI进行探讨；第三，重复以上研究范式，研究莫达非尼对SD影响工作记忆的对抗作用。在三次36h完全睡眠剥夺期间，受试分别随机口服MO、咖啡因或安慰剂400mg于SD36h时进行fMRI检查，每名被试每次实验间隔为3周(药物洗脱期)。
　　研究的主要结果及结论：
　　SD后注意力下降，警觉水平降低。SD对人体心理认知功能产生了重要的影响。就行为学测验来看，字母划消测验结果显示，20h完全睡眠剥夺已导致执行功能特别是注意与抑制功能的降低。运算能力也在18h左右出现了下降。SD对于记忆广度的影响较小，对空间记忆广度和数字记忆广度也存在影响程度上的不同。心理量表测查结果表明，36hSD后警觉性下降和情绪恶化，这可能是认知水平下降的原因之一。
　　SD后执行功能下降。与行为抑制作业密切相关的脑区主要有前扣带回(anteriorcingulatedcortex，ACC)、顶叶皮质(parietallobe,PL)、前额叶皮质(prefrontalcortex，PFC)、楔叶和小脑等。SD后行为抑制功能的下降与前扣带回功能活动的进行性下降有关。随着SD时间的延长，前额叶皮质(BA10)的活动增加，这种功能活动的增加是机体功能代偿的一种重要体现。机体功能代偿在行为抑制作业中表现的非常明显。
　　SD后工作记忆能力下降。随着SD时间的延长，受试反应时延长，工作效率下降。与工作记忆密切相关的脑区有前额叶皮质、后顶叶皮层以及辅助运动区(supplementarymotorarea,SMA)等。工作记忆负荷的增加导致与记忆相关的脑区激活强度增加，而不是有更多脑区的参与。SD对不同种类的工作记忆任务影响不同。对于空间和客体工作记忆则主要表现为与工作记忆存储及加工相关区域功能活动下降。对于语音工作记忆，除了与工作记忆存储及加工相关的脑区功能下降外，与注意相关系统（BA10，ACC）功能增加表现出功能代偿。个体针对SD也有部分适应性变化，这主要体现在前额叶皮质功能的代偿上。前额叶皮质功能的代偿性增加是SD后的一个重要特征。
　　中枢兴奋药物通过降低边缘系统的神经活动，使机体处于高唤醒状态，从而改善认知功能。SD使机体处于一种低唤醒状态下，此时机体的情绪恶化，认知水平下降。中枢兴奋药物莫达非尼可以使边缘系统相关脑区的神经活动下降，使机体处于高唤醒状态。在本研究中，口服400mg莫达非尼可以减缓睡眠剥夺对执行功能及工作记忆的影响，结果也较服用400mg咖啡因为好。莫达非尼对工作记忆能力的下降具有明显的改善作用，这种改善作用是通过降低边缘系统相关的神经活动，提高机体唤醒状态而实现的。本研究为其神经生理心理机制提供了强有力的证据。边缘系统相关脑区活动的下降究竟是药物作用的直接结果，还是某种药理作用的外在表现，尚待进一步的研究。
　　SD对于认知的影响是一个持续变化的过程。在SD过程中，认知功能的负向变化是持续存在的。随着SD过程的深入，认知功能的损害也越来越严重。莫达非尼的作用也是对于清醒状态的维持，通过行为学的分析，其对认知作业能力的保持是存在的，但也不是能维持作业绩效于最佳状态。可能的干预措施是，应用莫达非尼对抗短时急性睡眠剥夺是有效的办法，但不是最终的解决方法。莫达非尼的使用可能会对入睡产生一定的困难，这时采用镇静催眠药物结合恢复性睡眠可能有利于认知功能的快速恢复。在特殊军事作业环境下，要保证军事人员在无法睡眠的情况下保持高的作业绩效，莫达非尼应是首选用物。结合具体的作战环境，配合使用莫达非尼和扎来普隆，可以有效地对抗SD对认知功能的影响。这将指引药物对抗SD的新方向。

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前言

文献回顾

1 工作记忆的概念及相关研究

2 睡眠与睡眠剥夺

3 睡眠剥夺的对抗措施

正文

研究设计

研究意义与问题提出

研究假设

研究目的

研究方法

实验研究

参考文献

附录

学习期间发表的论文

致谢