极低频电刺激足三里穴位 对警觉度维持及提升的影响作用研究

马佳馨，李敬强，秦 朗，袁洲旅，吴 玉，王 超

(中国民航大学 天津 300300)

目前，众多公共服务行业如交通运输、公共卫生、社会治安等岗位人员处在昼夜倒班等多种违背生物节律的工作环境中[1]。为维持社会公共服务系统正常运转，他们的警觉度、反应特性至少应保持在正常水平状态[2]。周鹏等[3-4]研究表明大脑的警觉度具有节律性，在睡眠限制后生物节律紊乱、大脑各区域连接性在紊乱阶段显著降低，短暂休息后能有所恢复但不足以恢复到基准水平。本研究欲寻找除睡眠以外的方法来提升和维持人的警觉度和反应水平。

刘景玉等[5]在对小鼠针灸研究中发现足三里穴能补益中气，针灸足三里穴能够延缓运动性疲劳发生；徐桂芝等[6]研究表明，由于磁场容易透过皮肤和骨骼而达到深层组织，磁刺激效果较理想，且磁刺激线圈与被试者身体无接触，无需对皮肤进行预处理就可以直接施加刺激，对机体无痛无害，安全性较高。基于以上研究可知磁刺激是一种较为理想的刺激神经方式，但前期关于磁刺激的研究仅验证了磁刺激对身体的无害性，对于具体身体某部分磁刺激的作用效果仍有待进一步研究。

刺激足三里穴可以激活脑的大部分区域和增加去甲肾上腺素及多巴胺含量，通过对神经系统的调节作用达到在调节机体免疫力、增强抗病能力的基础上提升警觉度的目的。本论文基于前期研究提出了电刺激足三里穴维持、提升大脑警觉度的科学假设。

结合现有的实际技术水平，本研究选择了极低频(20～100Hz)磁刺激人体足三里穴这一方式研究其对提升和维持人的警觉度的作用[7]。通过对磁刺激前后被试者自评量表和选择反应时测试结果数据的统计处理和综合分析，结果表明磁刺激的确有利于改善人体反应特性和提升警觉度；同时，本研究也为基于神经系统兴奋的人体警觉度提升技术项目提供了前期理论基础。

1 研究方法

我们招募了45名被试者(男性和女性数量大致均等)，将其设置为真假刺激等对照组，并进行低频磁刺激实验。该实验利用N-back工作记忆任务进行大脑警觉度下降建模，通过真假刺激对比研究磁刺激对警觉度的调控作用，采用KSS自评量表获得主观疲劳程度。综合得到量表评分、行为参数来研究电刺激调控警觉度的可行性。

经皮穴位电刺激(Transcutaneous electrical acupoint stimulation，TEAS)综合运用了中医针灸疗法和物理电刺激疗法，具有安全无创、简捷方便、易于操作的特点。

我们在筛选符合要求的被试自愿签署知情同意书参与本次实验的基础上采用KSS自评量表测定被试疲劳程度基线，警觉度评估量表得分越高表示警觉度越差，疲劳量表得分越低则表示越疲劳。然后让被试通过电脑程序进行约20min的N-back实验，使被试疲劳程度提升、警觉度下降，并再次通过自评量表记录被试第二次自评KSS量表的疲劳程度。之后不间歇地让被试通过电脑程序进行第一次选择反应 时测试，数据结果体现了被试在疲劳状态下的反应 能力。

采用常规家用理疗仪进行30min的双侧足三里穴位电刺激。实验组：电极贴片置于被试双侧足三里穴处，刺激参数为频率100Hz的连续波，刺激强度分为1.8mA组和2.4mA组。对照组：电极贴片置于被试双侧足三里穴处，刺激参数为频率100Hz的连续波，刺激强度为0mA。

在刺激过程中讲解数独规则后让被试做数独练习，以保持被试处于持续工作状态。刺激结束后记录被试第三次自评KSS量表的疲劳程度。被试进行第二次选择反应时测试，数据体现了被试在刺激后的反应能力。在磁刺激后让被试进行第二次选择反应时测试，数据结果体现了被试在进行30min极低频磁刺激足三里后的反应活性。通过对2次数据结果的处理和分析得出实验结论，并分析性别等变量对实验结果的影响，实验过程中严格控制单一变量确保数据准确性。

2 实验任务

2.1 实验对象

实验对象为某大学在校本科生，共计45人。具体数据如表1所示。

表1 被试人员信息统计表Tab.1 Chart of experimenters’ information

2.1.1 纳入标准

①年龄在18～23周岁之间。

②听力正常，身体健康，心理正常。无重大疾 病史。

③自愿接受实验，并知晓实验风险和实验流程。

2.1.2 排除标准

①正在服用或3个月内服用过有益智功能的保健品或药物者。

②正在参加或3个月内参加过任何记忆力提高班、学习辅导班者。

③有器质性疾病，如脑性瘫痪、精神分裂症、视听运动缺陷、情感障碍、社会适应不良和躯体疾病等患者。

2.2 实验材料

2.2.1 电脑程序

①N-Back警觉度下降模型。

②选择反应时测试。

2.2.2 自陈量表

采用卡罗林斯卡嗜睡量表(KSS)。

2.3 实验仪器

实验仪器为SDZ-II型电子针疗仪，可调电流档位分别是2、4、6、8、10mA，可调磁刺激频率档位分别是20、40、60、80、100Hz。

3 数据处理

根据实验自变量控制确定被试的分组结果如表2所示。根据分组结果确定刺激和刺激强度对反应速度的影响是否显著，运用SPSS22.0进行描述性统计和威尔科克森符号秩检验。

表2 被试者分组统计表Tab.2 Group statistical table of experimenters

4 结果分析

4.1 自评量表数据统计

如表3所示，通过自评得分可以看出，男女被试主观感受N-Back警觉度下降建模后疲劳程度均增加，但在刺激后疲劳程度均有所缓解，且疲劳分数低于基线值。

表3 自评量表数据统计表Tab.3 Statistical table of self-rating scale data

4.2 刺激前后测得的反应时差异

如表4所示，当刺激强度为0mA时，前后测得的反应时差异为0.135＞0.05，差异不显著；当刺激强度为6mA、8mA时，前后测得的反应时差异为0.000＜0.05，差异显著。可知，在真刺激的情境下，被试的神经系统的兴奋状态有所改变。

表4 刺激前后反应时数据分析Tab.4 Data analysis of response time before and after stimulation

4.3 刺激前后测得的反应正确率差异

如表5所示，在所有分组的情况下，男女生前后测得的反应正确率差异均大于0.05，没有显著性差异且后测的正确率均值均高于前测。表明刺激后男女生反应正确率均有所提高。

表5 反应正确率数据分析Tab.5 Data analysis of response accuracy

4.4 男女生前后测反应时差异

去除0mA刺激强度，对6mA和8mA刺激强度进行性别差异分析，分析结果如表6所示。得到男生的反应时前后测差异为0.006＜0.05，有显著性差异；而女生的反应时前后测差异为0.562＞0.05，差异不显著。表明男生的神经系统对于一定强度电刺激的敏感度更高。

表6 性别差异反应时数据分析Tab.6 Data analysis of response time for gender differences

4.5 6mA刺激强度不同反应时间隔的差异

如表7所示，在6mA刺激强度下，500ms的反应时间隔差异为0.068＞0.05，无显著差异；在6mA刺激强度下，1000、1500ms的反应时间隔差异均小于0.05，有显著性差异。从前后测反应时的平均值来看，刺激后的反应时均较刺激前下降，表明6mA的电刺激可以提高神经系统的反应速度。

表7 6mA不同刺激强度反应时数据差异分析Tab.7 Analysis of data differences in response timeof different stimulation i ntensities at 6 mA

4.6 8mA刺激强度不同反应时间隔的差异

如表8所示，在8mA刺激强度下，500、1000和1500ms的反应时间隔差异均小于0.05，有显著性差异。从前后测反应时的平均值来看，刺激后的反应时均较刺激前上升。

表8 8mA不同刺激强度反应时数据差异分析Tab.8 Analysis of data differences in response time of different stimulation i ntensities at 8mA

5 结 论

使用30min极低频对被试进行刺激，通过分析刺激前后的反应时差异和KSS主观疲劳程度量表得分可以得到：频率为100Hz、强度为6mA时，35名被试平均反应速度变快且正确率提高，神经系统的兴奋性有所提升，其中男性被试的前后测反应时差异显著；但相同频率、强度为8mA时反应速度减慢且相同频率，强度为0mA时反应速度变快，初步推测是由于这2种强度下被试均仅有5名，数量较少，存在误差。

通过对2次选择反应时测试时间的反应时和正确率做出统计性描述和差异性检验后得出以下结论：频率为100Hz电流刺激提高神经系统的传导速度，使其在警觉度测试中反应时间缩短，其中男性被试的前后测反应时差异更显著；实验中假刺激前后测在反应时上无明显差异；在KSS自评量表的统计中，刺激后的被试对觉醒程度的主观感受明显高于刺激前，且较基线水平有上升趋势。