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前庭刺激影响认知脑过程的事件相关电位研究

王林杰  
【摘要】:空间飞行中由于暴露在微重力环境下,人体前庭系统耳石感受器的传入冲动产生变化,常常引起航天员发作空间运动病。空间运动病发生时人体常常产生冷汗、恶心乃至呕吐等症状,同时还会出现对刺激感知的敏感度降低、注意力降低等认知能力的下降。这些症状大约影响到75%的航天员,造成航天员工作能力下降、工作效率降低。但迄今为止关于前庭刺激下人脑高级功能的变化特点和调整过程,一直没有引起航天医学界的重视,有关的研究很少。基于这一研究现状,本课题将采用事件相关电位(ERP)技术,对前庭刺激影响脑高级功能之一——选择注意功能的动态变化过程进行研究。为此,本课题的实验目的主要为:(1)研究不同水平角加速度旋转刺激水平半规管对认知脑过程影响的动态变化,同时探讨正负角加速度作用效应的差异;(2)研究偏心旋转刺激前庭系统耳石感受嚣对认知脑过程的影响及其与角加速度作用效应的异同;(3)研究不同水平角加速度刺激下,人体心血管活动的动态变化特征及其与认知脑过程变化之间的潜在联系。 本研究采用听觉选择注意试验模式,研究正常青年人在不同前庭刺激条件下听觉选择注意的ERP成分变化。听觉刺激采用的是事先录制好的等概率中文单音节数字2—9的语音信号,间隔随机,平均约为1000ms。在选择注意试验中要求受试者对听到的奇数语音信号(靶信号)用右手作按键反应,对偶数语音信号(非靶信号)不按键。 第四军医大学博士学位论文 根据研究目的设计了如下不同的前庭刺激方式:(l)为研究不 同前庭刺激水平下听觉选择注意ERP成分和心血管活动的动态变化 规律,刺激水平半规管的恒角加速度旋转采用了4个不同水平,分 别为0.60/s,、0.80/s,、1.00/s,、1.20/s,。(2)为比较正负角加速 度旋转对认知脑过程的影响是否有性质上的差异,进行了对应4个 水平的负角加速度旋转刺激,即一0.6a/s,、一0.80/5,、一1 .00/5,、 一1.20/S,。(3)为了区分角加速度旋转中单纯旋转和角加速度作用 的不同效应,进行了低角速度(100/5)匀速旋转刺激,主要研究 单纯旋转对认知脑过程的影响。(4)为研究刺激耳石感受器对认知 脑过程的影响,采用偏离轴50cm偏心旋转刺激耳石感受器。 主要结果如下: (1)相对于对照,100/5匀速旋转时靶信号事件相关电位 (T一ERPs)的Nl、PZ和P3成分潜伏期显著缩短,P20一50平均波 幅显著升高,P3成分波幅和平均波幅均显著降低,非靶信号事件相 关电位(NT-ERPs) NZ成分波幅和平均波幅显著降低。可见10。/s 匀速旋转对靶信号加工有加速效应,这种加速效应从靶刺激的感知 阶段就已经开始。同时10。/s匀速旋转时ERP成分波幅的变化与某 些中枢兴奋药物如乙醉、Rol7一1588等对ERP成分的影响相似, 因此推测1 00/5匀速旋转对认知脑过程有促进易化作用,这种影响 可能与受试者暴露在匀速旋转刺激环境下上行网状激励系统的激 活有关。 (2)与对照相比,正角加速度作用下T一ERPs左顶区N1潜伏 期显著缩短,左额区P3潜伏期延长;与10a/s匀速旋转相比,正 角加速度作用下T一ERPs中央和顶区P3潜伏期显著延长。正角加速 度作用时ERPNI成分波幅相对于对照和匀速旋转均显著升高;NZ 成分波幅相对于对照,没有显著改变,但相对于匀速旋转,N2波幅 显著升高。可见相对于匀速旋转正角加速度作用时刺激评价时间延 长,任务的主观难度加大,同时正角加速度作用时对听觉刺激的感 第四军医大学博士学位论文 知以及中枢分辨过程,受试者所付出的认知努力相对于匀速旋转显 著增加。可见正角加速度作用对认知脑过程是一种抑制效应,这种 效应与匀速旋转效应相比更明显。不同正角加速度作用水平之间, 1.20/S,旋转时T一ERPsNI潜伏期显著长于1.00/52旋转,P3潜伏期 也存在1.00/5,旋转时较短、1.20/5,作用时延长,可见正角加速度 对认知脑过程的作用与刺激强度有关。 (3)负角加速度作用下T一E即sNI和P3成分潜伏期以及 T一ERPs和NT一ERPsNI和NZ成分波幅的变化趋势与正角加速度相 同,因此负角加速度作用对认知脑过程同样存在抑制效应,二者作 用没有性质上的改变。不同负角加速度作用水平之间,出现T一ERPs Nl潜伏期在一1.0。/s,相对于一0.8。/s,旋转时显著延长,同时相对于 一0.80/s,作用,一1 .00/s,作用时NT一ERPs NI波幅和T一ERPs NZ波幅 增高,可见负角加速度效应的作用层次与正角加速度效应不同,其 转折发生在一0.8“/S,和一1 .00/5,作用之间。 (4)匀速偏心旋转时NT一ERPs的P2成分潜伏期在右额区和右 颜区相对于对照减慢,因此可见刺激耳石感受器对认知脑过程有一 定抑制作用。偏心角加速度旋转同时刺激半规管和耳石感受器时, 反应时缩短和正确率升高。正角加速度偏心旋转时,T一ERPs和 NT一ERPsPZ一潜伏期相对于对照均缩短;负角加速度偏心旋转时, NT一ERPs P3潜伏期相对于对照和Z轴匀速旋转缩短.因此同时刺激 半规管和耳石感受器产生兴奋作用,这种作用是由于传入中枢的刺 激增强引起的。 (5)匀速旋转和角加速度作用下心率变异(HRV)的变化特 征明显不同。匀速旋转时,心率及HRV的各项指标相对于对照没


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