睡眠剝奪對大腦認知能力及腦電特征的影響研究.pdf

1、睡眠剝奪(Sleep Deprivation，SD)是指由于環(huán)境或自身原因無法滿足正常睡眠的情況，伴隨著疲勞的增加，它會引起生理、心理甚至行為的變化。對SD影響腦認知的研究不僅可以揭示睡眠的意義、功能和機制，還可為提出對抗措施提供依據(jù)。近二十年，該方向已成為心理學(xué)家、特殊職業(yè)研究者和軍事研究機構(gòu)等的研究熱點。在研究的手段中，基于腦電(EEG)分析的方法可以捕捉大腦狀態(tài)在毫秒數(shù)量級上的變化，適用于研究腦認知過程。目前基于EEG分析對SD影

2、響認知的研究在國內(nèi)尚處于起步階段。雖然國外已經(jīng)開展起來，但側(cè)重于在EEG單一的頻域或單一的時域研究，尚缺少對時、頻、空三域綜合信息的全面考察，未跟蹤大腦皮層功能區(qū)之間聯(lián)絡(luò)狀態(tài)的變化，對于揭示SD的作用機制還有待進一步研究。
　　 本文提取睡眠剝奪對腦認知影響的腦電特征，全面評價此影響，揭示深層次信息，進一步研究其作用機制，主要的工作和結(jié)果包括以下四個方面：
　　 1)設(shè)計實驗方案，完成正常狀態(tài)和SD狀態(tài)下的認知測試，并提

3、取兩種狀態(tài)下的EEG時域和頻域基礎(chǔ)特征。結(jié)果表明，在SD后，聽覺和視覺刺激誘發(fā)事件相關(guān)電位的P300成分的幅值顯著降低，潛伏期延長；自發(fā)腦電功率譜中θ波段活動增加，α波段活動減少，表明了大腦活動水平和認知能力下降；
　　 2)提取時、頻、空三域的腦電信號特征，建立一條分析途徑，全面揭示SD對腦認知功能的影響。結(jié)合時頻變換、平行因子分解與統(tǒng)計分析來提取兩種狀態(tài)下在三域的EEG顯著差異特征點，結(jié)果表明，在聽覺注意力認知過程中，SD引

4、起的大腦狀態(tài)改變的主要特征點在刺激后400ms處，40Hz左右的頻段，額葉和前額葉區(qū)域。對各特征點處具體差異的分析表明，SD后大腦振蕩活動減少，活動的中心延遲出現(xiàn)；
　　 3)提取EEG相位相干性變化特征，推斷SD對大腦同步活動的影響。結(jié)合小波變換和相位相干分析得到的結(jié)果為：SD引起了視覺注意力認知過程中前額葉處的導(dǎo)聯(lián)內(nèi)相位相干活動延遲、減少和強度降低，表明大腦應(yīng)對連續(xù)刺激的狀態(tài)保持性降低；前額葉和同側(cè)、對側(cè)枕葉之間的導(dǎo)聯(lián)間相位

5、相干聯(lián)系活動減少、強度降低，表明功能區(qū)之間信息傳遞活動減弱；
　　 4)提取EEG的非線性特征，探索SD影響下大腦非線性狀態(tài)的變化規(guī)律。構(gòu)建兩種狀態(tài)下自發(fā)和誘發(fā)近似熵腦電信息圖，直觀地得到了大腦功能區(qū)狀態(tài)的非線性變化規(guī)律，自發(fā)腦電的近似熵值在整個大腦皮層有不同程度的下降，在前額葉區(qū)域近似熵值中心從左側(cè)向右側(cè)轉(zhuǎn)移，反映了抑制狀態(tài)的出現(xiàn)；視覺誘發(fā)近似熵值在前額葉處下降，而頂葉和顳葉處則升高，體現(xiàn)了腦區(qū)代償作用。
　　 綜上，