體腦疲勞交互影響機(jī)制研究新成果初探

1、體腦疲勞交互影響機(jī)制研究新成果初探引言疲勞是日常工作生活中的一種普遍現(xiàn)象，但是疲勞的概念卻很復(fù)雜。疲勞涉及生理、心理等多方面的因素，是一個(gè)多維的概念，雖然至今還沒有統(tǒng)一的疲勞定義，但仍有一些被大家所認(rèn)可的描述及判定標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)單來(lái)說，可以認(rèn)為疲勞是由長(zhǎng)時(shí)間的體力或腦力勞動(dòng)所導(dǎo)致的作業(yè)績(jī)效下降，主觀上伴有倦怠感覺的一種狀態(tài)。其中疲倦感是人的主觀感受，而作業(yè)能力下降是其客觀體現(xiàn)。Nakagawa等1認(rèn)為疲勞是人體一種不可或缺的生物警鐘，它提醒人身體或大腦需要休息，從而避免由于過度工作和壓力對(duì)身心造成不可挽回的損傷。疲勞是人體負(fù)反饋系統(tǒng)的一種正常響應(yīng)，從這個(gè)角度講，疲勞對(duì)人體是有利的。但是疲勞也會(huì)給工作

2、生活帶來(lái)很多不利，表現(xiàn)在：首先，疲勞會(huì)增加負(fù)性情緒，降低工作效率；其次，疲勞會(huì)分散注意力，引發(fā)各種事故；疲勞還會(huì)導(dǎo)致焦慮癥、抑郁癥等慢性疾?。婚L(zhǎng)期處于疲勞狀態(tài)還會(huì)危害生命安全。而隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步，人們工作壓力的增大，疲勞現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，疲勞已成為一個(gè)廣泛的社會(huì)學(xué)問題。疲勞的評(píng)價(jià)方法有很多種，主要分為主觀評(píng)定法和客觀評(píng)定法。主觀評(píng)定法多采用問卷調(diào)查形式，通常做成規(guī)范化疲勞量表進(jìn)行評(píng)定。客觀評(píng)定法，又分為心理學(xué)、行為學(xué)指標(biāo)評(píng)定法，生理學(xué)指標(biāo)評(píng)定法及生化指標(biāo)評(píng)定法。心理學(xué)、行為學(xué)指標(biāo)評(píng)定法主要采用心理學(xué)測(cè)驗(yàn)和心理運(yùn)動(dòng)測(cè)驗(yàn)方法。用于疲勞檢測(cè)的生理學(xué)指標(biāo)主要有腦電信號(hào)、眼電信號(hào)、心電信號(hào)、肌電信號(hào)等。

3、常用的生化指標(biāo)有唾液、乳酸含量、氧合血紅蛋白含量等（其中有些生化參數(shù)檢測(cè)涉及侵入性技術(shù)，很多場(chǎng)合下不宜采用）。疲勞可由長(zhǎng)時(shí)間的大腦或肌肉活動(dòng)引起。從這個(gè)方面考慮，Grandjean2將疲勞分為腦疲勞和體疲勞，并且認(rèn)為體疲勞主要關(guān)注外部肌肉系統(tǒng)功能的下降，而腦疲勞主要關(guān)注腦部功能的下降和疲勞感覺。目前，分別針對(duì)體疲勞和腦疲勞單獨(dú)進(jìn)行的研究較多，而結(jié)合體腦疲勞的相關(guān)研究較少。但在很多實(shí)際生活與工作場(chǎng)合，體疲勞和腦疲勞是難以分開的。尤其在航空航天、道路交通、臨床手術(shù)、人機(jī)交互等大量復(fù)雜的工作環(huán)境中，操作者的身心疲勞是由體力疲勞和腦力疲勞相互影響而共同導(dǎo)致的。例如：在進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)需要體力和腦力同時(shí)付

4、出，極易導(dǎo)致臨床醫(yī)師身體和大腦共同疲勞，這也增加了醫(yī)療事故的隱患3.顯然，分別孤立地研究體疲勞或腦疲勞而不涉及體腦疲勞的交互影響難以揭示疲勞的深刻科學(xué)本質(zhì)，也不利于找到緩解疲勞、提高工作效率與生活質(zhì)量的有效科學(xué)方法。體腦疲勞的交互影響不僅與外周肌肉系統(tǒng)有關(guān)，而且可能涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)及相關(guān)的腦區(qū)基底神經(jīng)節(jié)。這也是當(dāng)前神經(jīng)工程研究的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域。因此，研究體腦疲勞的交互影響及神經(jīng)機(jī)制不僅具有重要的科學(xué)意義，并且應(yīng)用前景誘人。本文從體腦疲勞的交互影響、誘發(fā)方法和檢測(cè)參數(shù)等方面介紹了近幾年的有關(guān)研究情況，并介紹了體腦疲勞交互影響機(jī)制研究的初步進(jìn)展，歸納總結(jié)了目前存在的研究難點(diǎn)與未來(lái)可能的發(fā)展方向，以促

5、進(jìn)該領(lǐng)域研究的深入開展。1體腦疲勞的交互影響至今較多學(xué)者主要觀察腦疲勞程度對(duì)體疲勞及其恢復(fù)的影響，以便在評(píng)價(jià)和設(shè)定工作任務(wù)時(shí)更好地綜合考慮所需付出的腦力勞動(dòng)、體力勞動(dòng)及其負(fù)荷量等因素。Mehta等4-6報(bào)告了額外的腦負(fù)荷對(duì)體力疲勞的影響，通過被試在進(jìn)行體疲勞誘發(fā)任務(wù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入額外的腦負(fù)荷任務(wù)，得到額外的腦負(fù)荷會(huì)減小肌肉收縮力、縮短肌力持續(xù)時(shí)間、增加疲勞感覺及延緩心率恢復(fù)過程、延長(zhǎng)疲勞肌肉的恢復(fù)時(shí)間。結(jié)果說明：額外的腦負(fù)荷會(huì)嚴(yán)重影響體疲勞及其恢復(fù)。該團(tuán)隊(duì)還報(bào)告了用不同等級(jí)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)體力負(fù)荷來(lái)誘發(fā)體力疲勞的情況下，腦負(fù)荷對(duì)體疲勞的影響。觀察到中度體力負(fù)荷水平和靜態(tài)力負(fù)荷情況下，腦負(fù)荷對(duì)體疲勞的

6、影響較大，故建議在需要腦體結(jié)合勞動(dòng)時(shí)應(yīng)盡量減少靜態(tài)力付出、經(jīng)常改變姿勢(shì)或提供體力休息。Marcora等7研究了腦疲勞對(duì)體疲勞的影響，通過被試處于腦疲勞狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行體力運(yùn)動(dòng)，觀察到腦疲勞會(huì)導(dǎo)致體力運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的下降及體疲勞感覺增加。反之，關(guān)于體疲勞對(duì)腦疲勞影響的研究較少。Lorist等8觀察了體疲勞對(duì)大腦認(rèn)知功能的影響，通過被試同時(shí)進(jìn)行體力勞動(dòng)和認(rèn)知任務(wù)實(shí)驗(yàn)，觀察到體疲勞會(huì)嚴(yán)重影響大腦認(rèn)知任務(wù)的表現(xiàn)。Mashi-ko等9分析了不同位置的橄欖球運(yùn)動(dòng)員參加比賽后體疲勞和腦疲勞的關(guān)系，通過量表評(píng)分和生化參數(shù)比較，發(fā)現(xiàn)不同位置的運(yùn)動(dòng)員體疲勞對(duì)腦疲勞的影響關(guān)系不同，因此有必要根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的場(chǎng)地位置來(lái)制定其健

7、康管理方案。總之，雖然目前尚缺乏全面系統(tǒng)深入的體疲勞與腦疲勞交互影響的研究，但根據(jù)已有的研究可初步認(rèn)為兩者是相互影響的10.2體腦疲勞的誘發(fā)要通過實(shí)驗(yàn)方法研究體腦疲勞的交互影響，首先必須設(shè)計(jì)出可準(zhǔn)確誘發(fā)體疲勞和腦疲勞的體力勞動(dòng)和腦力認(rèn)知任務(wù)實(shí)驗(yàn)方案；其次，需選取敏感可靠的疲勞評(píng)價(jià)指標(biāo)，以便建立相應(yīng)的疲勞模型來(lái)研究不同體腦疲勞模型的交互影響及其轉(zhuǎn)換機(jī)制。這也是疲勞研究的首個(gè)難點(diǎn)。而且在疲勞實(shí)驗(yàn)的研究中，常以健康人作為被試，不能因?qū)嶒?yàn)對(duì)被試造成不可逆的心理和生理創(chuàng)傷。相對(duì)而言，在體力疲勞實(shí)驗(yàn)研究中，對(duì)體疲勞可能引發(fā)生理創(chuàng)傷的負(fù)荷極限較易掌握；而在腦力疲勞和體腦交互疲勞實(shí)驗(yàn)研究中，則難以把握腦疲勞所

8、產(chǎn)生心理創(chuàng)傷的負(fù)荷極限。因此，建立合理的腦疲勞模型顯得格外重要。常用的腦疲勞誘發(fā)方法有睡眠剝奪、模擬駕駛、連續(xù)用腦作業(yè)等。睡眠剝奪建立的腦疲勞特征比較明顯，但睡眠剝奪為特定的疲勞狀態(tài)，且睡眠與疲勞機(jī)制并不完全相同，故由睡眠剝奪建立的腦疲勞模型難以視為普適模型。模擬駕駛在駕駛疲勞的研究中應(yīng)用比較廣泛，所建立的腦疲勞模型也只能適用于特定環(huán)境下的疲勞狀態(tài)。在研究由腦力認(rèn)知任務(wù)導(dǎo)致腦疲勞的建模方法中，最常用的是連續(xù)用腦作業(yè)，即在一定量的腦力負(fù)荷下執(zhí)行較長(zhǎng)時(shí)間的腦力認(rèn)知活動(dòng)。連續(xù)用腦作業(yè)通常采用加法運(yùn)算、N-back實(shí) 驗(yàn)11-13、精 神 運(yùn) 動(dòng) 警 覺 測(cè) 試 （psychomotorvigilan

9、ce test,PVT）等方式進(jìn)行誘發(fā)，持續(xù)時(shí)間一般為12h14-15.連續(xù)作業(yè)由單一任務(wù)誘發(fā)腦疲勞，影響因素單一，故易于建立較簡(jiǎn)單明確的腦疲勞模型；但不同腦作業(yè)任務(wù)誘發(fā)的疲勞特征可能不同，其對(duì)應(yīng)的腦疲勞模型也有差異。體力疲勞通過給身體一定量的負(fù)荷來(lái)誘發(fā)，分為全身體力疲勞以及局部體力疲勞。全身疲勞可以采用功率自行車、長(zhǎng)時(shí)間跑步等來(lái)誘發(fā)；局部體力疲勞一般通過局部肌肉重復(fù)進(jìn)行自主收縮來(lái)誘發(fā)，采用最大自主收縮力（maximal voluntary contraction,MVC）來(lái)監(jiān)測(cè)其負(fù)荷極限16.在體腦疲勞研究中，通常需要將體疲勞誘發(fā)方式與腦疲勞誘發(fā)方式相結(jié)合以產(chǎn)生體腦疲勞模式，即體腦疲勞需通過施加定量體力負(fù)荷和腦力負(fù)荷來(lái)誘發(fā)。如：Mehta等4-5通過右臂在進(jìn)行等長(zhǎng)收縮時(shí)同時(shí)進(jìn)行加法運(yùn)算來(lái)誘發(fā)體腦疲勞；Lorist等8通過右手進(jìn)行自主收縮力的同時(shí)進(jìn)行聽覺選擇反應(yīng)任務(wù)（choice reaction task,CRT）來(lái)研究體疲勞對(duì)大腦信息加工