事件相關(guān)電位在腦力疲勞研究中的應(yīng)用*

張 焱 貢京京 宋華淼△

腦力疲勞是一種漸進、累積的過程，在長時間的要求工作效率的認知活動期間以及之后，出現(xiàn)的對任務(wù)的厭惡感，并伴隨效率和警覺性下降以及執(zhí)行功能受損。在現(xiàn)代生活中，這是一種常見的現(xiàn)象。尤其是對于特定職業(yè)或者工作環(huán)境的腦力疲勞研究，有著非常重要的現(xiàn)實意義。例如，長時間的駕駛工作導(dǎo)致的腦力疲勞會損傷車輛控制能力以及避免沖撞的能力，需要駕駛員付出更多的認知努力，包括持續(xù)不變的警惕性、選擇性注意、決策以及知覺運動控制能力;飛行員在模擬飛行一段時間后，注意方面的差錯頻率越來越高，操作時變得更容易分心。然而，很少有人了解腦力疲勞的心理生理機制。因此，腦力疲勞對認知功能的影響以及通過腦力疲勞進一步研究大腦機制，是近年來腦力疲勞研究的重點。

事件相關(guān)電位(ERP)是被試對刺激信息進行認知加工時記錄到的電生理變化，是反映從刺激信息出現(xiàn)到對它進行反應(yīng)之間的大腦信息處理過程的理想指標，并因其卓越的瞬時分辨力為評估中央神經(jīng)系統(tǒng)的功能提供了更加直接的證據(jù)。因此，人們認為ERP是反映認知加工活動敏感而有意義的指標，為觀察腦功能提供了客觀且簡便可行的方法，在心理學(xué)、生理學(xué)、認知神經(jīng)科學(xué)及人機工效學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，例如其在鑒別和評價認知功能中的重要作用，就使ERP指標有望為帕金森、焦慮癥、抑郁癥、精神分裂等疾病提供新的預(yù)測和診斷依據(jù)，以減少臨床觀察和經(jīng)驗的主觀性導(dǎo)致的誤診[1-4]。同樣，早期關(guān)于腦力疲勞的研究僅限于主觀評定和行為學(xué)測量，無法深刻了解腦力疲勞的大腦機制，難以更準確、客觀的測量腦力疲勞。因此，應(yīng)用ERP技術(shù)研究腦力疲勞是十分必要的。

1 持續(xù)認知負荷下的腦力疲勞

很多腦力疲勞的研究，都是在持續(xù)的認知任務(wù)下應(yīng)用ERP技術(shù)監(jiān)測疲勞對認知功能(如注意)的影響。Maarten等就評估了腦力疲勞對注意過程的影響，他們要求被試持續(xù)完成3個小時的視覺注意任務(wù)，發(fā)現(xiàn)選擇注意會影響早期的視覺ERP成分—P1和N1。P1的波幅刺激出現(xiàn)在相關(guān)位置時比出現(xiàn)在不相關(guān)的位置時更大，N1則相反。隨著執(zhí)行任務(wù)的時間延長，N1的波幅減小，而P1波幅卻沒發(fā)生變化。腦力疲勞對P1和N2影響的差異提示這些注意相關(guān)的早期成分不能反映單一的概念[5]。其它研究也得出了類似的結(jié)論，提示P1也許反映了早期注意焦點的感覺加工，N1可能反映了早期感覺加工自上而下的調(diào)節(jié)。

另一項研究則檢測了腦力疲勞對行為影響是否由于行為監(jiān)控能力下降引起的。結(jié)果顯示，隨著執(zhí)行認知任務(wù)的時間延長，反映行為監(jiān)控的ERN成分的波幅降低，同時CNV的波幅減小，提示隨著疲勞的增加，反應(yīng)的準備能力降低。但進一步研究發(fā)現(xiàn)，這種腦力疲勞引起的認知能力的損傷，可以通過獎賞的增加得到緩解。動機水平的增加會改變被試的行為和大腦活動:提高任務(wù)準確性會伴隨著ERN波幅的增加，提高反應(yīng)速度則伴隨著CNV波幅的增加。被試采用不同的方式改善其執(zhí)行能力的結(jié)果提示，人們在腦力疲勞的情況下，會因為獎賞而采取適當?shù)男袨閼?zhàn)略使任務(wù)績效保持在一個可接受的水平[6]。

Go/NoGo任務(wù)誘發(fā)出的ERP成分可以被解釋為抑制行為的一個信號，并與在NoGo任務(wù)中反應(yīng)執(zhí)行的中斷相關(guān)聯(lián)[7-8]。一項腦力疲勞對反應(yīng)過程影響的研究顯示，Go－P3的潛伏期會隨任務(wù)執(zhí)行時間的增加而延長，并有顯著的統(tǒng)計學(xué)意義。NoGo－P3的波幅隨著任務(wù)時間的增加而減小，潛伏期延長，提示腦力疲勞也許限制了對NoGo刺激分配注意資源的能力，約束了對反應(yīng)抑制的處理;疲勞后Go－和NoGo－P3的潛伏期延長則顯示腦力疲勞會延長對Go和NoGo刺激的評估時間。這些結(jié)果暗示了腦力疲勞會損傷反應(yīng)抑制過程的不同處理階段[9]。

2 特定環(huán)境下的腦力疲勞

駕駛期間的腦力疲勞會導(dǎo)致駕駛員的一系列認知功能和心理運動操作水平受損，對外界環(huán)境的注意能力和反應(yīng)能力都會降低，從而引起事故的發(fā)生。ERP作為研究大腦認知過程的重要方法和手段，其與駕駛疲勞的相關(guān)研究一直都是應(yīng)用心理學(xué)研究領(lǐng)域的熱點之一。

近幾年來，宋國萍等一直致力于采用ERP技術(shù)研究駕駛疲勞對各種認知功能的影響[10-14]。他們在注意能力方面的研究中發(fā)現(xiàn)[12]，視覺和聽覺的隨意注意以及非隨意注意能力都在駕駛疲勞后有所下降，只是相關(guān)ERP成分的變化方式不同。駕駛疲勞對聽覺注意影響的研究結(jié)果顯示，連續(xù)10小時的駕駛后，被試的P3a波幅顯著降低，但潛伏期沒有明顯變化，提示雖然連續(xù)的駕駛沒有影響被試對于新異刺激的覺察速度，但其覺察能力卻明顯下降，說明駕駛員無法很好的察覺來自聽覺的危險信號。與P3a的結(jié)果一樣，P3b在連續(xù)的駕駛后波幅降低，但潛伏期沒有顯著變化。P3b的波幅反映了所投入的心理資源量，潛伏期則反映對刺激物的評價時間，并與任務(wù)難度相關(guān)[15]。這些結(jié)果提示駕駛時間的延長使駕駛員投入到有意識作業(yè)中的注意力資源減少。與聽覺注意研究的結(jié)果相似，視覺P300成分的波幅顯著下降，潛伏期無明顯變化[12]。另一項關(guān)于視覺疲勞對駕駛員注意能力影響的研究顯示[16]，高速公路錄像引起的視覺疲勞會導(dǎo)致駕駛員的P3a和P3b潛伏期延長、波幅減小，提示長時間視覺疲勞會降低大腦接受和處理信息的速度，減少心理資源的投入，注意能力受損。在實際駕駛過程中，由于高速公路的行駛環(huán)境單調(diào)，其導(dǎo)致的視覺疲勞會使駕駛員出現(xiàn)注意分散、反應(yīng)遲鈍的情況，繼而影響操作技能，造成交通事故隱患。

可以看出，P300是研究駕駛疲勞最常用的ERP成分，但隨著ERP各種成分研究的日漸成熟，人們也開始采用其它誘發(fā)電位的指標來研究駕駛疲勞，例如失匹配負波(MMN)。MMN與注意的自動開啟過程有關(guān)，反映大腦對信息的自動加工[17]。宋國萍等的另一項研究顯示[14]，駕駛疲勞后MMN波幅顯著增大，潛伏期延長，提示駕駛疲勞導(dǎo)致大腦對聽覺信息變化出現(xiàn)過度的自動加工，降低了過濾無用信息的能力，從而使有用信息的有效加工能力受損。在實驗任務(wù)中表現(xiàn)為對默片的注意力降低，而在實際駕駛過程中，就可能導(dǎo)致駕駛失誤，增加了事故發(fā)生的可能性。

然而，多數(shù)特殊職業(yè)下的腦力疲勞研究雖然可以建立職業(yè)相關(guān)的腦力疲勞模型，但ERP成分的誘發(fā)是在實驗條件下進行的，與實際情況下獲取信息并做出反應(yīng)的過程還存在一定差距。而MMN則是唯一不用對任務(wù)刺激進行反應(yīng)就能誘發(fā)出來的ERP成分，這種非任務(wù)相關(guān)的研究范式，為開展特殊職業(yè)(如飛行)的復(fù)雜任務(wù)下腦力疲勞的評價研究提供了技術(shù)支持。一項不同強度的飛行任務(wù)誘發(fā)出的不同程度的腦力疲勞對腦功能影響的研究，要求被試進行飛行模擬任務(wù)時忽略聽到的聽覺刺激。結(jié)果顯示，與低程度的腦力疲勞相比，高程度的腦力疲勞下的MMN平均波幅增強，說明聽覺MMN對飛行任務(wù)下的腦力疲勞具有較好敏感性[18]。這些結(jié)果提示MMN也許可以為評價特殊職業(yè)任務(wù)下的腦力疲勞提供可靠的指標，并為將來開發(fā)腦力疲勞的監(jiān)測系統(tǒng)提供一定的電生理依據(jù)。

3 展望與不足

近年來，越來越多的研究人員將不同的ERP指標整合起來，從不同角度揭示腦力疲勞的腦機制，也為評價腦力疲勞提供了新的方向，即通過腦力疲勞對不同認知功能影響的研究，根據(jù)不同的ERP指標來評價腦力疲勞對認知功能各個方面的損傷情況。

然而，由于受到疲勞模型、任務(wù)難度、誘發(fā)范式等條件的不同，很多研究結(jié)果之間存在差異。如前所述的駕駛員在駕駛疲勞后P3b的潛伏期沒有明顯變化[12]，而宋健等人的研究則顯示駕駛后其潛伏期發(fā)生改變[19]。另外，關(guān)于腦力疲勞對反應(yīng)抑制能力影響的研究結(jié)果也存在分歧:Falkenstein等報道與反應(yīng)抑制過程相關(guān)的NoGo－N2和NoGo－P3成分在進行長時間警戒性任務(wù)后沒有受到影響，因此他們認為腦力疲勞與反應(yīng)抑制的過程并無很大的聯(lián)系[20]。而另外一些研究則發(fā)現(xiàn)隨著疲勞的增加NoGo－N2和NoGo－P3成分發(fā)生了變化，說明腦力疲勞與抑制過程有著密切關(guān)系。但他們的結(jié)果卻不盡相同:Yuichiro Kato等認為疲勞不會降低N2波幅[9]。Boksem和Lorist等則認為疲勞不會引起P3波幅的改變[6，21]。這些可能都是由于在實驗過程中被試、任務(wù)時間、任務(wù)內(nèi)容和難度不同造成的結(jié)果差異。因此，今后腦力疲勞的系列研究，應(yīng)考慮這些因素對結(jié)果的影響，并根據(jù)研究目的建立有效的腦力疲勞模型，制定更加合理的誘發(fā)范式，從而避開混雜因素得到準確的信息。

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