太极拳对密闭狭小环境72 h睡眠剥夺受试者脑电活动的影响

仝飞舟 吴斌 黄伟芬 尤田 景晓路 胡勇 王焰磊

(中国航天员科研训练中心，北京，100094)

在航天活动中，航天员通常会遇到密闭狭小环境和睡眠剥夺(Sleep Deprivation，SD)的情况，这种情况往往会引起脑认知功能和情绪的改变，甚至还会导致工作效率下降，进而影响到航天任务的顺利完成[1]。针对这种特殊条件，采用运动练习的手段作为对抗措施进行研究，至今还未见报道。太极拳练习对中枢神经具有良好的调理作用，还可以改善睡眠质量，相比于散步活动和闭目静坐，太极拳在稳定情绪方面有更好的效果，并可使练习者较快入静[2-6]。相比于西方运动(如有氧、力量、灵活性练习)，太极拳更有益于改善认知控制能力[7]。并且，太极拳消耗能量少，对器材和场地的要求低，适合长期在密闭狭小环境中进行练习。本试验的目的是研究太极拳练习对狭小环境睡眠剥夺条件下受试者脑电活动的影响，探讨太极拳练习手段用于对抗措施的有效性。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取6名28～37岁健康中青年男性作为研究对象，均为右利手，视力正常，且心理健康(EPQ测试)；无心血管系统、内分泌紊乱、心理和精神、神经等疾病和病史。试验前3 d开始进行规律的作息，不服用任何药物，试验期间要求不吸烟、不喝酒、不饮茶和咖啡。

1.2 试验条件 研究对象在狭小环境、社会隔离、睡眠剥夺、高心理负荷环境中试验72 h。狭小环境：人均活动空间<3 m2的地下隔绝室；社会隔离：试验过程中切断一切社会直接交流渠道，工作人员通过窗口递送必需物品，没有直接语言交流；睡眠剥夺：受试者从进入隔绝室开始到试验结束72 h无睡眠，当被试者表现出困倦瞌睡时用铃声惊醒；高心理负荷：要求受试者在试验期间连续不断地工作。

1.3 试验方法 受试者在试验之前接受太极拳培训，熟练掌握试验中所练习太极拳的套路。所有受试者在试验的前1天、第1天、第2天、第3天的17:00～18:00时间段分别进行10 min的太极拳练习，每次练习前后用BrainTech-NeuroFlight认知测评训练分析系统记录2 min安静状态下2导额叶脑电，耳部为参考电极，采样率512 Hz，带宽0.3～100 Hz。脑电频段划分为：δ频段(0.5～3 Hz)、θ频段(4～7 Hz)、α1频段(8～10 Hz)、α2频段(11～13 Hz)、β1频段(14～17 Hz)、β2频段(18～25 Hz)、γ1频段(30～60 Hz)和γ2频段(60～80 Hz)。详细记录各时段的脑电功率值(试验前1天、试验第1天、第2天、第3天)，比较太极拳练习前后脑电各频段的均值。见图1。

1.4 太极拳练习动作的设计 根据试验的条件，选取太极拳中的经典动作，设计适合在密闭狭小环境中练习的套路“巡天太极拳”。其中旋转乾坤主要引导大脑入静；野马分鬃、揽雀尾等舒缓优美的动作可以舒展身心；云手和开合手简单的动作用于调匀气息；背折靠等动作的发力用于提高受试者大脑的兴奋性，减少困倦的程度，借助三才式等动作增强受试者的信心。

2 结果

试验结果：1)密闭狭小环境72 h睡眠剥夺后，受试者前额叶δ波、θ波、α1波、α2波、β1波和β2波均值都升高，与睡眠剥夺前比较，差异均有统计学意义(均P<0.05或P<0.01)；2)干预后(太极拳练习之后)，睡眠剥夺受试者δ波、θ波、α1波、α2波、β1波和β2波均值降低，和干预前比较，差异均有统计学意义(均P<0.01或P<0.05)，有些波段甚至恢复到了最初的基线水平；γ1波和γ2波均值在太极拳练习后开始(第1天)减低，后2 d升高。见图2。

3 讨论

随着我国空间站任务的开展，航天员的睡眠剥夺研究越来越为航空航天等领域所重视。睡眠剥夺是指各种原因引起的睡眠缺失状态，一般指在24 h中的睡眠少于4 h。其不仅会导致航天员白天嗜睡、工作效率下降，随着疲劳的增加甚至会对航天员大脑的认知功能产生不利影响，个体负性心境和负性情绪上升，明显降低航天人控交会对接的操作绩效[8-10]。

睡眠剥夺状态下的脑电特征为低唤醒状态的低频高幅波偏高，高唤醒状态下的高频低幅波偏低[11]。生理学上已证实睡眠剥夺对额叶功能的影响，尤其是前额叶，目前在睡眠剥夺影响认知的研究中，有相当一部分侧重于对额叶功能影响的探讨[12-13]。洪军和马文龙[6]在50 h的睡眠剥夺试验中发现，δ波和θ波功率升高，前额等区的变化比其他脑区显著。一般认为脑电慢波(δ波,θ波)主要出现在睡眠和困倦状态，与中枢神经疲劳显著相关，α波是安静状态下的主要脑电波，与大脑活动呈现负相关。本试验中具有狭小空间环境，睡眠剥夺和高工作负荷等条件的叠加，采集分析的前额叶脑电信号数据显示：受试验条件的影响，受试者前额叶δ波、θ波和α波活动显著增强，提示大脑处于一种疲劳困顿的状态。β波通常被认为是反映觉醒程度的一个指标，试验中δ波和θ波出现波幅降低的第2天，β波却显著性升高，可能是机体试图维持觉醒的结果。

研究睡眠剥夺对人体影响的重要目的之一是寻找切实有效的对抗措施。太极拳是以中医学和传统文化理论为基础的一项运动，可以调节人体的身心状态使之适应外界环境条件的变化，对中枢神经系统有积极的调节作用。太极拳相比于其他运动项目也有很多优势，但是对于受试者在密闭狭小环境睡眠剥夺条件下的练习效果还未见有研究报道。我们依据运动理论研究和专家经验的积累，选取太极拳中经典的动作和功法，针对狭小空间环境、睡眠剥夺和高强度工作条件，专门设计了一套太极拳，命名为“巡天”太极拳。分别在试验前1天(测试数据作为基线)、试验第1天、试验第2天、试验第3天的固定时间练习“巡天”太极拳10 min。研究数据显示：试验中明显增强的δ波、θ波和α1波经过太极拳练习之后显著性降低，基本都恢复到了最初的基线水平；α2波、β1波和β2波与太极拳练习前数据相比明显下降。由此可见，在密闭狭小环境72 h睡眠剥夺条件下练习10 min太极拳，就会对受试者额区的脑电具有明显的调节作用，这种调节作用持续的时间还有待进一步探讨。

综上所述，在密闭狭小环境72 h睡眠剥夺条件下进行太极拳练习，可以引起脑电尤其是低频成分活动的降低，提示在这样条件下练习太极拳能够调节受试者的困倦程度和警觉性，使之趋向于一种放松、清醒的协调工作状态。后续将会增加受试者的样本量并设定对照组进行深入研究。