模擬失重狀態(tài)心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工腦機(jī)制.pdf

1、失重飛行期間血液和體液頭向分布的失重生理效應(yīng)影響大腦功能狀態(tài)，造成航天員工作能力的下降，危害航天安全。一個合格的航天員需要具備高于普通人的空間感知能力，而心理旋轉(zhuǎn)作為一種空間表征轉(zhuǎn)換方式，更是航天員不可或缺的，但其在失重條件下的機(jī)制研究為數(shù)尚少。檢驗(yàn)心理旋轉(zhuǎn)能力的測驗(yàn)任務(wù)是心理旋轉(zhuǎn)測驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料的不同，心理旋轉(zhuǎn)分為以數(shù)字、字母，或無意義圖形為材料的客體心理旋轉(zhuǎn)，和以人體的部分肢體（如，手、腳、手臂、腿部等）圖片為材料的主體心理旋轉(zhuǎn)。

2、
　　文獻(xiàn)和我們以往研究結(jié)果提示，失重生理效應(yīng)引起的認(rèn)知功能變化具有自適應(yīng)性，其時效性和均衡性特征反映著自適應(yīng)能力的內(nèi)部神經(jīng)機(jī)制。本研究通過7天-6°頭低位臥床的方法模擬失重狀態(tài)對人體造成的影響，利用行為學(xué)和電生理檢測來分析個體在模擬失重過程中，主客體心理旋轉(zhuǎn)能力在加工速度、加工深度、加工強(qiáng)度、加工范圍及加工異同點(diǎn)方面的變化規(guī)律及趨勢，探討失重生理效應(yīng)對認(rèn)知功能影響的時效性與可塑性特征，揭示失重條件下腦認(rèn)知功能自適應(yīng)的神經(jīng)機(jī)制，為

3、我國中長期載人航天計劃任務(wù)的制定和航天員選拔與訓(xùn)練提供理論與實(shí)踐依據(jù)。
　　主要結(jié)果：
　　實(shí)驗(yàn)一：模擬失重狀態(tài)客體心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工腦機(jī)制
　　1.行為學(xué)結(jié)果：共納入20名健康男性，年齡24.3±2.96歲，共采集數(shù)據(jù)320個，有效數(shù)據(jù)316個，有效率98％以上。前基線的正確率分別為88％，HDT D1為87％，其余幾天均為86％。被試的反應(yīng)時隨刺激圖片的旋轉(zhuǎn)角度的增加線性增大，在模擬失重前、中、后，反應(yīng)時隨角度變化的

4、線性擬合的回歸方程截和斜率的主效應(yīng)均不顯著，其中截距F=1.028，p=0.418，斜率F=13.000，p=0.076。
　　2. ERP的結(jié)果：客體心理旋轉(zhuǎn)所誘發(fā)的P300成分在Pz電極點(diǎn)的波幅和潛伏期與刺激圖片旋轉(zhuǎn)角度的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中波幅 F=17.000，p<0.001，潛伏期 F=25.763，p<0.001，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大，波幅逐漸減??；鈍角和倒置圖像的波幅隨HDT時間延長而線性增大，鈍角圖像潛伏期隨H

5、DT時間延長而呈線性逐漸增大，且增大速度較快，其余三個角度的變化并非線性規(guī)律。HDT時間因素在波幅和潛伏期的分析中主效應(yīng)均不顯著，其中波幅F=1.200，p=0.057，潛伏期F=1.670，p=0.110，波幅和潛伏期的均數(shù)整體呈減小-增大-減小-增大的變化趨勢。在不同角度下，波幅的均數(shù)在前三天均先下降后上升，在HDT D2下降至最低點(diǎn)，在HDT D3升高，HDT三天后波幅變化不規(guī)律；潛伏期在模擬失重后降低，波幅和潛伏期在模擬失重結(jié)束

6、后均未回到初始基線水平。
　　3. ERD結(jié)果：客體心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)誘發(fā)了α頻段的ERD，對ERD的幅值和潛伏期進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在不同角度下的波幅和潛伏期主效應(yīng)均不顯著，其中波幅F=1.609，p=0.197，潛伏期F=4.042，p=0.059；不同HDT時間的波幅和潛伏期的主效均不應(yīng)顯著，波幅 F=1.258，p=0.225，潛伏期 F=2.894，p=0.014；在不同角度下，ERD的波幅在Test Pre~HDT D3呈先升高再

7、降低的趨勢，HDT D2升至最高點(diǎn)，在HDT D3下降，在HDT三天后波幅變化規(guī)律不明顯，反復(fù)上下波動。鈍角圖像的ERD值隨HDT時間延長線性升高。未旋轉(zhuǎn)圖像的ERD值隨HDT時間延長緩慢下降。
　　4.溯源分析結(jié)果：利用sLORETA對模擬失重前中后誘發(fā)的P300成分進(jìn)行溯源分析，激活的區(qū)域由遠(yuǎn)至近有：頂葉頂上小葉的BA7和BA5區(qū)、額葉中中央前回的BA4區(qū)、額葉中中央旁小葉的BA3區(qū)、邊緣葉中扣帶回的BA31區(qū)、枕葉楔片的BA

8、19區(qū)、頂葉中頂葉下回的BA40區(qū)以及額葉中中央旁小葉的BA6區(qū)。這些區(qū)域分布在頂葉運(yùn)動皮層BA5區(qū)和BA7區(qū)、頂葉的初級運(yùn)動皮質(zhì)BA4區(qū)和次級運(yùn)動區(qū)BA6區(qū)、額葉的軀體感覺區(qū)BA3區(qū)、枕葉的視區(qū)、情緒和學(xué)習(xí)相關(guān)的邊緣系統(tǒng)以及與工作記憶相關(guān)的BA40區(qū)。
　　實(shí)驗(yàn)二：模擬失重狀態(tài)主體心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工腦機(jī)制
　　1.行為學(xué)結(jié)果：納入20名健康男性，年齡24.3±2.96歲，共采集數(shù)據(jù)320個，有效數(shù)據(jù)314個，有效率98%以上

9、。每天完成任務(wù)的正確率分別為：前基線93％，1、3、5天為91％，其余為92％。被試的反應(yīng)時隨刺激圖片的旋轉(zhuǎn)角度的增加線性增大，在模擬失重前中后，心理旋轉(zhuǎn)時間隨角度變化的線性擬合的回歸方程的截距在9個時間點(diǎn)的主效應(yīng)顯著：F=4.136，p=0.006，斜率的主效應(yīng)不顯著F=2.025，p=0.095。
　　2. ERP結(jié)果：主體心理旋轉(zhuǎn)誘發(fā)的P300成分在Pz電極點(diǎn)的波幅和潛伏期與RA的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中波幅 F=10.7

10、99，p<0.001，潛伏期 F=6.894，p＜0.001，隨著 RA的增大，波幅逐漸減小。HDT時間因素在波幅和潛伏期的分析中主效應(yīng)均不顯著，其中波幅 F=1.079，p=0.381，潛伏期 F=0.948，p=0.479。在不同角度下，波幅的均數(shù)在前三天均先下降后上升，在HDT D2下降至最低點(diǎn)，在HDT D3升高，HDT三天后波幅變化不規(guī)律；潛伏期在模擬失重后均減小，在后期的任務(wù)中不同角度均有先增大后減小的變化趨勢，但變化非線性

11、，在模擬失重結(jié)束后均未回到初始基線水平。
　　3. ERD結(jié)果：對ERD的幅值和潛伏期進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在不同角度下的波幅和潛伏期主效應(yīng)均不顯著，其中波幅F=2.373，p=0.080，潛伏期F=3.142，p=0.032，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加，ERD潛伏期逐漸延長。不同HDT時間的波幅和潛伏期的主效均不應(yīng)顯著，波幅 F=1.673，p=0.109，潛伏期 F=5.020，p=0.575，在不同角度下，ERD的波幅在Test Pre~H

12、DT D3均呈先升高再降低的趨勢，HDT D2升至最高點(diǎn)，在HDT D3下降，在HDT三天后波幅變化規(guī)律不明顯，反復(fù)上下波動。
　　4.溯源分析結(jié)果：模擬失重前、中、后主體心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)誘發(fā)的P300距離最近的五個相關(guān)源中，激活次數(shù)最多的是額葉BA5區(qū)，其次是額葉BA6區(qū)和頂葉的BA7區(qū)，但BA7區(qū)激活的位置較遠(yuǎn)；BA31區(qū)激活的次數(shù)為7次，但分布在邊緣葉、枕葉、和額葉，頂葉的BA3區(qū)和邊緣葉的BA24區(qū)各激活3次。整體來說，各個時

13、間點(diǎn)激活的腦區(qū)相類似，僅在HDT D2和HDT D4激活的腦區(qū)與其他腦區(qū)差異較大，其中HDT D2激活了額葉的BA8、BA9、BA10、BA46和頂區(qū)的BA32，HDT D4主要激活了枕葉的BA17、BA18、BA19以及邊緣葉的BA31和額葉BA6區(qū)。
　　結(jié)論：
　　1.模擬失重狀態(tài)并未改變個體心理旋轉(zhuǎn)的基本加工機(jī)制；
　　2.模擬失重狀態(tài)對個體的客體心理旋轉(zhuǎn)能力和主體心理旋轉(zhuǎn)能力產(chǎn)生的影響相類似：心理旋轉(zhuǎn)的能力、

14、加工速度和深度均在模擬失重后的前三天均呈U型變化，加工強(qiáng)度呈倒U型變化，后幾天波動規(guī)律不明顯；
　　3.模擬失重狀態(tài)下，客體心理旋轉(zhuǎn)的銳角圖像的加工速度和加工深度非直線性變化；鈍角圖像的加工速度線性增加，加工深度線性下降；倒置圖像加工速度非直線性變化，加工深度線性下降。主體心理旋轉(zhuǎn)中，不同角度的加工速度和深度非直線性變化；未旋轉(zhuǎn)的圖像加工深度線性下降，倒置圖像加工強(qiáng)度線性增加；
　　4.在模擬失重過程中，客體心理旋轉(zhuǎn)激活的腦

15、區(qū)域較單一，主要是頂葉運(yùn)動區(qū)，有左側(cè)半球優(yōu)勢，但在模擬失重狀態(tài)引起的心理旋轉(zhuǎn)能力下降時，需要額葉體感系統(tǒng)對其代償。主體心理旋轉(zhuǎn)激活的腦區(qū)域多變，需要多系統(tǒng)聯(lián)合加工，主要激活的位置為額葉體感系統(tǒng)，在模擬失重狀態(tài)引起的心理旋轉(zhuǎn)能力下降時，需要頂葉運(yùn)動系統(tǒng)對其代償，且半球優(yōu)勢不顯著。
　　5.模擬失重狀態(tài)對個體心理旋轉(zhuǎn)能力的影響是一種神經(jīng)自適應(yīng)機(jī)制，在模擬失重前三天心理旋轉(zhuǎn)能力呈下降-升高的“U”形變化，后幾天呈隨機(jī)波動狀態(tài)，整體有下降