36小时睡眠剥夺对人脑自动信息加工能力的影响——采用优化MMN技术的ERP研究

摘要

睡眠剥夺在日常工作生活中普遍存在，它对生理和认知功能的影响是巨大和广泛的，因此一直是认知神经科学、临床医学以及工程心理学中的重要研究领域。尽管对于睡眠剥夺后人类生理和认知功能的变化已经有相当多的研究，但是对于一些以前由于认识和技术条件的限制无法得到确认和测量的认知能力（例如人脑的自动信息加工能力）在睡眠剥夺过程中的变化情况尚不得而知。事件相关电位中MMN 的出现及其诱发范式的改进则为解决此问题提供了可能。优化MMN 是事件相关电位（Event-RelatedPotential，简称ERP）众多成分中的一种，是现有的唯一能够反应人脑自动信息加工能力的客观指标。对于睡眠剥夺前后人脑自动信息加工能力变化的研究将有利于我们更深入的了解睡眠剥夺后注意转换能力的变化情况，对于交通、国防和某些特殊职业领域（如雷达监视、空中管制等）具有重要的现实意义。 本研究利用ERP中的优化MMN成分能客观精确的反应人脑自动信息加工能力的特点，通过36 小时睡眠剥夺前后16 名被试的优化MMN 平均波形和脑电地形图变化分析，探讨睡眠剥夺对人脑自动信息加工能力的影响。同时还对经典MMN 成分与优化MMN 成分的ICA 分析作了比较。另外，本研究还对注意能力在SD 中的变化进行了测量，并与MMN 所反映前注意能力的变化做了比较。 本研究的主要结论如下： A. 优化MMN 作为一个不受被试注意程度影响的客观ERP指标，能够准确反映人脑自动信息加工能力。优化后的MMN 诱发范式排除了不应期作用对失匹配成分的影响，也避免了N1 成分的混杂，比经典MMN 更纯粹的代表了失匹配加工即人脑自动信息加工能力/前注意能力的认知过程。在36 小时睡眠剥夺前后，优化MMN 成分的强度（以平均面积为衡量标准）明显下降，潜伏期不变。从认知的角度来说，意味着睡眠剥夺严重损害了人脑的自动信息加工能力和前注意能力，但是这种认知过程并未延后，也就是说，睡眠剥夺并没有使自动信息加工能力变慢，而只是能力变弱。在36 小时睡眠剥夺中，我们通过多点测量优化MMN（0hour，12 hour， 18 hour， 24 hour，36 hour），得到了人脑自动信息加工能力的变化曲线。研究显示：从总体趋势上来看，自动信息加工和前注意能力在睡眠剥夺中是下降的，36 小时和0 小时之间存在显著的差异，而且下降幅度很大。但是18 小时该能力有一个小幅上升，也具有统计学差异，原因未明，据推测有可能是生物节律所致。 B. 对经典MMN 和优化MMN 的ICA 分析中发现：经典成分在150－200ms 处明显混杂了N1 成分，而在优化MMN 成分中则没有这个成分。在使用经典MMN 成分对SD 的研究中发现，潜伏期有明显的提前，强度没有变化。经过分析，均是由于N1 成分的混杂所致。这也再一次证明经典MMN 成分并不能代表人脑自动信息加工能力的变化。 C. 本研究还发现：睡眠剥夺对注意能力（使用LCT 测验衡量）和前注意能力（使用优化MMN 衡量）的影响并不完全相同。 尽管两者都在36 小时睡眠剥夺后出现下降，但是前注意能力的下降幅度比注意能力大得多，变化曲线也并不是如同注意能力变化那样的递减曲线。因此，这提示我们，前注意能力的变化与原先研究的注意能力变化在SD 中的表现是有差别的。而且，前注意能力的变化更加明显和敏感。优化MMN 有希望作为监测疲劳的客观ERP 指标在工程心理学等领域发挥更大的作用。