36 h睡眠剥夺对青年军人听感觉门控P50的影响

吴兴曲，陈 玖，杨来启，马文涛，贾 婷，化 振，吴银霞(中国人民解放军第三医院全军精神病防治中心，宝鸡 7004;中国人民解放军第四军医大学航空航天医学系心理学教研室;通讯作者，E-mail:ericcst@yahoo.cn)

睡眠剥夺(sleep deprivation，SD)是指由于各种原因引起的睡眠丢失状态，一般指在24 h中的睡眠小于4 h，并引起情绪、学习记忆、免疫功能等一系列改变，伴随疲劳的增加可以引起一系列生理、心理、甚至行为的变化［1］。感觉门控(sensory gating，SG)是大脑一种正常功能，指大脑能抑制无关的感觉刺激输入。广义的解释为大脑对传入感觉刺激敏感性的调节能力［2］。此过程通过过滤掉无关刺激使大脑更高级的功能不被感觉刺激所超载。感觉门控的缺损能导致无关刺激超载，大脑受到大量无关刺激的超载可导致与注意有关的各种精神症状。目前常用听感觉门控(anditory sensory gating，ASG)P50定量测定SG的大小。睡眠剥夺是战时环境下常见的现象，本研究旨在探讨36 h完全睡眠剥夺对青年军人听感觉门控P50的影响及其变化特征，以便为改善野外长期睡眠剥夺的军事活动效率提供实验室依据。

1 对象与方法

1.1 对象

被试者为2011－09～2012－01期间本院职工及战士陪员15名，青年军人，男10名，女5名，年龄18－24岁，平均年龄(21.6 ±2.1)岁。被试者均为右利手，智力、裸眼视力或矫正视力正常;平时起居规律，无饮用咖啡、茶及吸烟等习惯;近期无急性感染史或感染症状、近期未服用任何药物。排除家族性癫痫病史、溃疡病史、高血压和心血管病史。所有被试者均自愿参加本实验，并签知情同意书。本研究经医院伦理委员会批准。

1.2 方法

1.2.1 睡眠剥夺 叮嘱试验前晚按时休息，实验前1周内禁止饮酒、茶、咖啡及剧烈运动，严格禁止服用各种中枢抑制性或中枢兴奋类药物。试验从两夜正常睡眠后开始，从试验当天早9:00开始，第2天晚9:00结束，共36 h。每次睡眠剥夺实验纳入3名被试，并有共6名工作人员轮班陪同。试验过程中被试可自由活动，看电视和玩扑克，但不能离开实验室。工作人员全程监督防止被试小睡(小睡超过3 min视为SD质量不达标)。分别在SD前后进行听感觉门控P50检查。

1.2.2 条件－测试刺激模式 用 E-Prime 2.0(Psychology Software Tools Inc.，Pittsburgh，USA)软件实现。在安静、微暗的环境下(相对隔音、温度约24℃)，受试者坐于与显示器(17英寸彩色显示器，刷新频率75 Hz)距离约60 cm软椅中，要求受试者在实验中一直注视着屏幕中央。受试者先了解指导语，然后练习，E-Prime 2.0软件产生耳机输出成对clicks短声，刺激声持续0.1 ms，声强90 dB。成对条件(S1)与测试(S2)刺激间隔500 ms，每对刺激间隔10 s。与此同时进行电生理测定。

1.2.3 电生理测定 实验采用德国 BrainAMP MR32便携式事件相关电位脑电系统，受试者戴32导BrainCAP-MR电极帽记录脑电，记录电极参照国际脑电学会10/20标准系统，测定电极置于Cz点，双耳TP9，TP10为参考电极，AFz接地，采样率为500 Hz，头皮阻抗 ＜ 5 kΩ，灵敏度5 μV，带通低频滤波0.1 Hz，高频滤波300 Hz，被试者脑诱发电位叠加32次。分析时程为刺激呈现后800 ms，基线为刺激前200 ms，离线矫正眨眼等伪迹，单次测试值波幅大于±50 μV者视为伪迹被剔除。测定SD前后成对刺激诱发的S1、S2波幅及潜伏期。

P50波为刺激后30－90 ms间的最大正相波，波幅是指测量该波波峰与前一个波谷间的电位差。潜伏期是指从刺激开始到P50波最大波幅处的时间差。由S1刺激诱出的P50波称为条件刺激波(S1-P50)，S2刺激诱出的P50波称为测试刺激波(S2-P50)，计算 S2-P50/S1-P50的比值(以下简称 S2/S1)。S1波若有1个以上的相似波则取第2个波;若S1波不明显则排除。S2波幅为零或负，则认为S2波被完全抑制，假如S2-P50波大于或等于S1-P50波，则认为S2-P50波脱抑制，S2/S1波幅比值最大值设为2。以S2/S1表示SG的强弱，比值越大表示抑制功能越差。

1.3 统计分析

所有统计计算均在SPSS17.0统计软件包中进行，剥夺前后(0 h、36 h)S1、S2波幅、S2/S1及潜伏期用配对t检验和配对四格表χ2检验，以P＜0.05为显著性水平。

2 结果

2.1 SD前后P50潜伏期值比较

与SD前相比，SD 36 h后S1-P50，S2-P50潜伏期差异无统计学意义(P＞0.05，见表1)。

2.2 SD前后P50波幅值比较

与SD前相比，SD 36 h后S1-P50波幅降低，差异有统计学意义(P＜0.05);S2-P50波幅差异无统计学意义(P＞0.05，见表1)。

2.3 SD前后S2/S1波幅比值比较

与SD前相比，SD 36 h后S2/S1波幅比值升高，差异有统计学意义(P＜0.05，见表1)。

表136 h SD前后P50检测结果的比较(±s)Tab 1 Comparison of the results of P50 test before and after SD 36 h

表136 h SD前后P50检测结果的比较(±s)Tab 1 Comparison of the results of P50 test before and after SD 36 h

SD时长S1-P50潜伏期/ms 波幅/μV S2-P50潜伏期/ms 波幅/μV S2/S1 0 h 54.83 ±13.67 3.14 ±1.31 52.39 ±12.56 1.65 ±1.03 0.53 ±0.16 36 h 58.46 ±16.12 1.24 ±1.01 57.57 ±13.61 1.45 ±1.15 1.21 ±0.25 t 1.46 3.42 1.68 0.81 2.42 P 0.063 0.028 0.059 0.102 0.039

3 讨论

睡眠剥夺是战时环境下常见的现象，是导致军人工作能力下降，产生错、忘、漏动作的重要因素。国内外很多报道表明，睡眠剥夺能引起认知功能下降［3－7］，如注意力、工作记忆、执行功能、情绪等下降，能导致工作绩效下降。它对高科技工作的效率、特殊职业的安全和军事活动的实施构成了极大威胁。正常大脑对外界信息有一个选择和过滤过程，表现为接受重复刺激时P50波幅的变化，反映了大脑排除掉无关刺激传入的早期前驱注意处理能力。

本研究结果显示，SD前S1-P50波幅均高于S2-P50波幅，说明S1激活了健康成年人的大脑兴奋性输入装置产生了P50反应，同时也激活了其抑制性通路。而抑制性通路被激活得太晚以至于其对S1-P50无影响，但抑制了S2所引起的P50反应［8］，这样就产生了正常的感觉门控抑制功能。与SD前相比，SD 36 h后S1-P50、S2-P50潜伏期差异均不显著，说明睡眠剥夺不会影响早期注意的起始点，即这种早期注意机制是一种自动化加工过程，不受外界的影响。本研究发现SD 36 h后S1-P50波幅降低、S2-P50波幅差异不显著，说明睡眠剥夺能影响早期注意的前驱加工机制的大脑兴奋性输入装置的激活，以致影响其产生P50反应，并且其抑制性通路被激活的程度被降低。也说明大脑对这样重复刺激的反应出现了异常。这可能是因为SD影响了早期认知资源的分配，即出现了大脑兴奋性输入装置激活时需要的认知资源与抑制性通路激活时的资源之间分配出现失衡。睡眠剥夺后，健康青年军人对“有关信号”反应同步性不足，不能精确处理长时间隔后重新出现的刺激信息［9］。

本研究还发现，与SD前相比，SD 36 h后S2/S1波幅比值显著升高，说明SD 36 h后健康成年人的感觉门控能力下降，即大脑对外界信息的选择和过滤能力出现了缺陷，从而影响了大脑排除无关刺激传入的早期前驱注意能力，进而能导致青年军人的各种工作绩效下降。如果不适当调节，它对高科技工作的效率、特殊职业的安全和军事活动的实施构成了极大威胁。有研究显示，皮质－纹状体－苍白球－丘脑回路(cortico-striato-pallido-thalamic circuitry，CSPT)对调节听觉感觉门控有重要作用［10］。因丘脑是接受网状激活系统的主要结构，且与杏仁核、皮质等区域联系，故丘脑是信息滤过、门控、加工和转导等过程的重要场所。研究显示，健康成年人的前额叶通过CSPT保护大脑免受信息的过度超载［10］。因此本研究可能提示，睡眠剥夺可能影响与调节听觉感觉门控有关的大脑区域。具体对大脑哪些区域有重大损伤有待于深入研究。

本研究由于样本量小，在睡眠剥夺后检测，中间点未进行跟踪监测，故有一定局限性。本研究组下一步将扩大样本量，并结合具有高空间定位技术fMRI对睡眠剥夺进行跟踪监测，深入探讨睡眠剥夺对大脑感觉门控能力影响的可塑性，以便能为改善一些存在睡眠剥夺的军事活动工作效率提供一些实验室客观依据。

［1］ Killgore WD，Kahn-Greene ET，Grugle NL，et al.Sustaining executive functions during sleep deprivation:A comparison of caffeine，dextroamphetamine，and modafinil［J］.Sleep，2009，32(2):205－216.

［2］ de Bruin NM，Ellenbroek BA，van Schaijk WJ，et al.Sensory gating of auditory evoked potentials in rats:effects of repetitive stimulation and the interstimulus interval［J］.Biol Psychol，2001，55(3):195－213.

［3］ Scott JP，McNanghton LR，Polman RC.Effects of sleep deprivation and exercise on cognitive，motor performance and mood［J］.Physiol Behav，2006，87(2):396－408.

［4］ 陈玖，吴兴曲，杨来启，等.36小时完全睡眠剥夺对青年的客体和自我心理旋转能力的影响:事件相关电位研究［J］.中国心理卫生杂志，2012，26(9):691－695.

［5］ Killgore WD，Balkin TJ，Wesensten NJ.Impaired decision making following 49h of sleep deprivation ［J］.J Sleep Res，2006，15(1):7－13.

［6］ Lim J，Dinges DF.Sleep deprivation and vigilant attention ［J］.Ann NY Avad Sci，2008，1129(1):305－322.

［7］ 宋健，刘敏，苗丹民.36 h睡眠剥夺对非意识－意识转化影响的事件相关电位研究［J］.中华行为医学与脑科学杂志，2009，18(9):831－833.

［8］ 王红星，张明岛，陈兴时，等.精神分裂症首次发病患者和健康成年人听觉感觉门控电位P50的研究［J］.中华精神科杂志，2006，39(2):65－68.

［9］ Clementz BA，Blumenfeld LD.Muhichannel electroencephalographic assessment of auditory evoked response suppression in schizophrenia［J］.Exp Brain Res，2001，139(4):377－390.

［10］ 王红星，陈兴时，张明岛.精神分裂症感觉运动门控及惊跳反射弱刺激抑制的研究［J］.中华精神科杂志，2005，38(1):55－58.