45天-6≤176卧床卧床对脑电偏侧化和前额情绪的影响_抑郁情绪论文

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       分类号 B849;R395

       1 引言

       “神舟”八号飞船的成功发射并与“天宫”一号的成功交会对接标志着中国载人航天事业进入到了一个崭新的阶段。未来将逐步实现“建造载人空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题”的第三步目标,这需要航天员在长期太空飞行中,调整各种内外部影响因素,以保持良好的工作状态。研究发现,空间飞行状态下航天员会产生比较明显的焦虑和抑郁情绪,甚至是心境障碍(Kanas & Manzey,2008)。根据俄罗斯研究者的报告,航天员的情绪在空间飞行时主要受衰弱化的影响,即“神经或精神脆弱,自身表现为疲劳和迅速丧失力气、低感觉阈、心绪极度不稳和睡眠障碍等”(Kanas,1991)。因此,太空环境中宇航员的情绪与认知等心理活动的变化规律是亟待研究的一个课题。

       由于真实的太空环境难以获得,研究者通常采用各种手段对太空飞行任务进行地面模拟。这些手段包括头低位卧床、失重水槽和抛物线飞行等(姚茹,赵鑫,王林杰,谈诚,周仁来,2011)。其中,头低位卧床是被研究者广泛采用的一种有效方法,它主要模拟了微重力环境和身体运动受限等条件,在面向空间飞行环境的模拟研究中处于比较重要和独特的地位。这种模拟所引起的心血管功能紊乱、肌肉萎缩、骨质疏松、内分泌失调、水盐代谢变化、免疫功能下降等变化与微重力的影响十分相似,因此利用头低位卧床实验模拟空间飞行一直是航天医学研究的主要手段之一(Zhao,Wang,Zhou,Wang,& Tan,2011)。

       目前关于卧床条件下个体情绪状态的研究不多。秦海波等人(2010)采用焦虑自评量表(SAS)、抑郁自评量表(SDS)和简式心境状态量表(POMS),对21名被试60天-6°头低位卧床条件下的情绪状态进行了评估,发现被试负性情绪的变化呈现高—低—高—低的变化趋势,但是在卧床各时间点上并没有发现焦虑和抑郁情绪的明显变化,POMS量表的各维度同样也没有发现时间的主效应。

       陈思佚、赵鑫、周仁来、王林杰和谈诚(2011)考察了15天-6°头低位卧床对女性个体情绪的影响,该研究采用了情绪主观评定的方法,对22名女性被试的焦虑(BAI)、抑郁(BDI)和其他积极、消极情绪(PANAS)进行了测量。发现在卧床第5天时,“头晕”、“呼吸困难”、“痛苦”等消极情绪症状出现了增加:而在卧床期间,大部分被试都表现出“消化不良或腹部不适”、“食欲下降”等症状;在卧床结束后,“腿部发抖”症状增多而“活跃”情绪降低。这说明在整个实验过程中,女性个体的情绪经历着从紧张、易激动到逐渐平静,从痛苦到适应的过程。

       Hirayanagi等人(2009)考察了41名男性被试在14天-6°头低位卧床过程中疲劳相关感受的变化。发现很多被试在卧床期间都报告有“昏昏欲睡、常打哈欠、感到意识糊涂、无法保持对事物的兴趣、无精打采和后背疼痛”等主观感受和症状。这些结果与前面俄罗斯研究者的报告是一致的。

       在空间飞行环境下,由于填写情绪主观问卷可能会对航天员的主观感受造成暗示,进而对飞行任务产生潜在的不利影响;另外,繁重的飞行任务也可能使航天员不能够详细、准确地填写评定量表,因此需要一种更加客观可靠的测试方法对航天员的情绪进行考察,以满足在轨飞行这种特殊环境的要求。自20世纪90年代以来,脑活动的测量逐渐成为流行的情绪测量的重要方法之一(Kalat & Shiota,2007/2008)。在这些方法中,额区EEG偏侧化是比较具有应用前景的一种测量手段。额区EEG偏侧化是对额区alpha波活动强度进行测查并计算得到的一个指标。由于alpha波(8~13 Hz)的活动强度和相应脑区的皮层活动强度成反比(Allen,Coan,& Nazarian,2004),所以alpha波活动越强表明该脑区活动越弱。在实验室中,首先测查被试静息状态下左侧额区和右侧额区的alpha波,然后计算右侧额区电极点记录的alpha波强度的自然对数值和左侧额区电极点记录的alpha波强度的自然对数值,再将二者相减(即,ln[右侧alpha]-1n[左侧alpha])(Davidson,Ekman,Saron,Senulis,& Friesen,1990)。所得的差值就是额区EEG左侧化的指标。由于alpha波活动越强表明该脑区活动越弱,那么,计算得到的这个差值就可以反映额区活动的左侧化程度。如果差值为正,则说明左侧额区比右侧额区活动强烈。数值越大,左侧化程度也就越大。若数值为负,则表明额叶活动没有出现左侧化(张晶,周仁来,2010)。

       有研究表明,静息状态下的额区EEG偏侧化指标可能和情绪调节能力有关(Hannesdottir,Doxie,Bell,Ollendick,& Wolfe,2010; Jackson et al.,2003),或者认为它是反映个体在情感风格(affective style)上,尤其是情绪调节上差异的一个生物学指标(Anokhin,Heath,& Myers,2006; Barnhofer et al.,2007; Jetha,Schmidt,& Goldberg,2009; Smit,Posthuma,Boomsma,& De Geus,2007)。还有一些研究认为该指标可能反映了情绪调节过程中的情绪性需求,对负性情绪进行调节的话,EEG活动就更强烈(Dennis & Solomon,2010)。

       Blackhart,Minnix和Kline(2006)在间隔1年的两次抑郁和焦虑测量中考察了额区EEG偏侧化的预测力。发现1年前的额区EEG右侧激活预测了1年之后的特质焦虑和抑郁症状。Iosifescu等人(2008)比较了抑郁患者在服用一种抗抑郁药物前后的额区EEG偏侧化的变化差异。尽管没有得到显著的差异,但是在数值上,有更强自杀倾向的被试出现了左额区皮层活动的减弱。这也暗示着额区EEG偏侧化指标和抑郁情绪之间的关系。然而目前尚没有看到有关于在微重力环境下对额区EEG偏侧化指标变化的研究报告。

       本研究采用45天-6°头低位卧床来模拟失重效应,在卧床前2天、卧床第11天、第20天、第32天、第40天以及卧床后第8天6个时间点对被试进行测试,考察额区EEG偏侧化指标在卧床适应期、严格卧床期和卧床恢复期的变化趋势,以及焦虑和抑郁情绪主观报告与额区EEG偏侧化的关系。作为一种模拟环境,头低位卧床主要针对微重力环境进行模拟。在这种环境中,个体的身体活动会受到严格限制,带来心理和生理上一系列的应激变化。以往研究发现个体在严格卧床期的焦虑情绪、疲劳相关情绪和应激压力要高于卧床前和卧床后(Hirayanagi et al.,2009;陈思佚等,2011;秦海波等,2010),但是这些研究并没有把情绪状态的测量和情绪调节的相关指标结合起来,而情绪调节能力可能会对卧床期间个体的焦虑和抑郁情绪产生影响,因此本研究预期被试在卧床之前的偏侧化指标相对比较高,处于正值的范围之内,指示被试的情绪调节能力较好,具有比较积极的心境状态。卧床期开始后额区EEG偏侧化指标会降低,数值会反转到负值区间,指示着被试情绪调节能力的衰减和心境趋于焦虑及抑郁。随着卧床时间的延长,该指标会进一步加重,整个过程可能会呈现线性增长的趋势。

       2 方法

       2.1 被试

       被试为16名健康不吸烟男性,中专及中专以上文化程度。年龄在20岁到34岁之间(M=26.33,SD=4.13),身高160~174 cm(M=170.31,SD=4.02),体重53~72 kg(M=62.81,SD=5.90)。无特殊病史,无精神疾病和精神障碍史。视力或矫正视力正常,均为右利手,非运动员。所有的被试在接受实验前均填写知情同意书。

       2.2 实验过程

       本次卧床实验的周期为65天,其中,卧床前10天为环境适应期、45天-6°严格卧床期以及卧床后10天恢复期。45天卧床期间,被试在-6°卧床条件下完成排尿、排便、就餐、洗漱、无枕头睡眠、测试等。被试允许绕身体纵轴变换体位,允许自由看电影、听音乐、玩游戏或者读书等休闲活动,被试可以自由使用手机与外界联系。每个床位用可以移动的帘布隔开,室温保持在23~27摄氏度。卧床前,所有被试进行10天的平衡饮食以稳定其基础营养状态。卧床期间及卧床后,被试保持平衡饮食,以避免营养因素对实验结果的影响。被试每日总热量不超过其近1月的日均值,饮水不限量。卧床期间,每日监测血压,心率,呼吸频率、体温、饮水量、排尿量、一般健康状况。测试时间点为卧床前2天,卧床第11天、第20天、第32天,第40天以及卧床后第8天。

       2.3 实验材料

       采用贝克焦虑问卷(Beck Anxiety Inventory,BAI)对卧床期间被试的焦虑情绪进行评估,该量表中文版被认为具有较好的信、效度。量表包括21个不同的焦虑症状。把受试者被多种焦虑症状烦扰的程度作为评定指标,采用4级评分方法。其标准为:1表示无;2表示轻度,无多大烦扰;3表示中度,感到不适但尚能忍受;4表示重度,只能勉强忍受。计算各测试时间点上各项目的平均分。一般认为BAI总分≥45分判定为临床焦虑(汪向东,王希林,马弘,1999)。

       采用贝克抑郁问卷(Beck Depression Inventory,BDI)对卧床期间被试的抑郁情绪进行评估,该量表中文版被认为具有较好的信、效度。量表共21个条目,每个条目代表一个类别,每个类别的描述分为4级,并按严重程度0~3分赋值,分析时将21个项目分数相加,得到总分,总分范围为0~63。得分越高表明抑郁程度越高,总分在10~19分判定为轻度抑郁,20~29分为中度抑郁,30~51分为重度抑郁(汪向东等,1999)。

       2.4 EEG数据记录与分析

       每次EEG采集均在所有任务开始之前采集。被试取-6°头低位卧姿,全身放松。尽量减少眼睛和身体的移动。身上未携带金属制品、磁卡、手机及其他数码产品。被试在计算机程序要求“睁眼”和“闭眼”的指导语下交替保持静息状态2分钟。

       采用Neuroscan 40导便携式放大器,DC采样记录EEG数据。参考电极为单侧乳突,离线分析时转换为Cz电极点。采样率1000 Hz,记录带宽为低通100 Hz。所有记录电极的输入阻抗均低于5 kΩ。因为采集环境无法进行电磁屏蔽,因此采用了50 Hz陷波滤波屏蔽市电干扰。

       选取前额区(FP2-FP1)、额中区(F4-F3)两个电极对作为分析的电极对(Davidson,1995)。采用Scan 4.3软件进行离线分析,提取alpha波段(8~13 Hz)的功率值并取自然对数,然后用右侧电极记录的数值减去左侧电极记录的数值(ln[右侧alpha]-ln[左侧alpha]),即得到EEG偏侧化指标。

       采用SPSS 13.0,以时间点作为变量对额区EEG偏侧化指标进行重复测量方差分析,并采用LSD方法对卧床各测试时间点的偏侧化指标进行对照(contrast)。另外,为了考察偏侧化指标随卧床时间变化的趋势,采用多项式分解方法对追踪偏侧化指标进行追踪数据分析,考察其增长趋势对线性模型、二次曲线模型和三次曲线模型的拟合。

       3 结果

       3.1 焦虑症状的结果

       对16名被试6个测试时间点的焦虑分数进行重复测量方差分析,结果如表1所示。BAl分数整体上呈现出增长的趋势,比较6个时间点之间的差异不显著,F(5,75)=2.09,p=0.076;

=0.12。

       在各时间点上,16名被试BAI总分及各个项目分数的结果如表1所示。(关于该数据更多统计分析上的结果,请参见Liu,Zhou,Chen,& Tan(2012)以及赵鑫,付丽和周仁来(印刷中)的报告)。

      

       3.2 抑郁症状的结果

       16名被试BDI总分和各个项目分数的结果如表2所示。以卧床的时间点为自变量对BDI总分进行重复测量方差分析,6个时间点之间的差异不显著(F(5,75)=0.55,p=0.738;

=0.04)。(关于该数据更多统计分析上的结果,请参见Liu等人(2012)的报告)。

      

       3.3 额区EEG偏侧化指标的结果

       结果如图1所示。对测试时间点(卧床前2天、卧床第11天、第20天、第32天、第40天和卧床后8天)×脑区(前额区FP2-FP1、额中区F4-F3)进行两因素重复测量方差分析。测试时间点主效应显著,F(5,75)=2.91,p=0.019,

=0.16;脑区的主效应不显著,F(1,15)=0.03,p=0.855,

<0.001;二者的交互效应不显著,F(5,75)=0.45,p=0.813,

=0.03。对卧床各时间点进行对照(contrast)发现,卧床前2天与卧床后8天二者之间的差异显著(p=0.031),卧床后8天与卧床第11天、32天之间的差异显著(p=0.0004;p=0.025),卧床第11天与第20天、40天之间的差异显著(p=0.041,p=0.013)。

      

       图1 不同测试时间点的额区EEG偏侧化指标

       采用多项式分解方法对测试时间点进行追踪数据分析,发现额区EEG偏侧化指标有显著的线性增长趋势(F(1,15)=10.53,p=0.005,

=0.41),二次、三次、四次和五次增长趋势均不显著(F(1,15)=0.50,p=0.493,

=0.03;F(1,15)=0.03,p=0.858,

<0.001;F(1,15)=2.75,p=0.118,

=0.16;F(1,15)=2.38,p=0.144,

=0.14)。

       4 讨论

       本研究主要关注模拟失重环境、隔离和限制身体运动对情绪体验的影响,以及对额区EEG偏侧化指标的影响。结果发现个体在整个卧床期间的焦虑和抑郁情绪体验没有显著的变化,但是额区EEG偏侧化指标有着明显的线性增长。

       Dennis和Solomon(2010)认为,额区EEG偏侧化除了能够反映情绪调节的变化以外,还可以反映情绪调节过程中情绪性内容的资源需求,也就是说,个体调节情绪付出的努力程度越大,偏侧化指标也就会越大。另外,由于最终的情绪反应可以看作是最初的情绪反应和持续不断的情绪调节二者之间的联合功能(McRae,Ochsner,Mauss,Gabrieli,& Gross,2008),所以结合本研究的结果来看,个体在经历过很长时间的慢性应激之后,在主观上虽然焦虑和抑郁水平仍然和卧床之前相差不大,但是这些表现很可能是在他们付出了很大情绪调节努力之后获得的结果。事实上,从两个主观情绪量表的个别项目数据来看,个体在卧床后期,“感到发热”、“腿部颤抖”、“不能放松”、“害怕发生不好的事情”、“头晕”、“消化不良或腹部不适”、“出汗”、“食欲减退”和“担忧健康”等项目上的分数相比卧床之前都发生了比较明显的变化。

       另外一项值得注意的是发现是,个体焦虑水平的变化在不同项目上有所不同:心境上的焦虑(如心神不定、惊吓、紧张、恐慌等)没有太大变化,但是躯体化的焦虑随着卧床时间的增加而有所增长。在卧床之前,个体主观报告对未来感到担忧,产生了一定程度的焦虑情绪。在头低位卧床期间,主观报告的结果主要反映在躯体化等维度上,而这是由于身体运动受限制造成的。在卧床结束之后,被试对心境状态的报告出现了下降,但是躯体化症状(如腿部颤抖、不能放松、发热、头晕、出汗、消化不良和腹部不适等)加重,这说明卧床期间被试的心境变化经历了一个由高到低、逐渐缓解的过程,而躯体化焦虑则逐渐增加,在卧床结束之后也未能恢复到最初水平。这和已有的研究是一致的。

       此前已经有研究报告个体的情绪状态在两周左右的头低位卧床期间会表现出一些变化,这些结果主要是通过主观报告来获得的(Hirayanagi et al.,2009;陈思佚等,2011)。研究者发现个体在相对较短的头低位卧床期间会表现出头晕、痛苦和疲劳等消极情绪,而且伴随有活跃情绪的降低,但是在卧床的各个时间点上差异不显著。与这些发现一致,本研究在45天的追踪中也发现个体报告有比较多的焦虑(感到发热、腿部颤抖、不能放松、害怕发生不好的事情、头晕、消化不良或腹部不适、出汗)和抑郁(食欲减退、担忧健康)症状。而且,虽然总体上看焦虑和抑郁情绪在卧床各时间点上的差异也不显著,但是个别项目的前后变化是比较明显的。这可能意味着,相对较短期的(两周左右)头低位卧床环境不容易促使消极情绪发生明显的改变,而一旦卧床时间延长,就容易使个体的一些主观焦虑和抑郁症状表现发生改变,而不是影响所有的焦虑和抑郁症状表现。另外,额区EEG偏侧化的结果在卧床期间表现出从低到高的线性增长趋势,可能暗示着个体会根据自身的感受而去自动调节情绪,达到一种比较适应的状态。

       长期头低位卧床环境下情绪状态的研究发现被试负性情绪的变化呈现高—低—高—低的变化趋势(秦海波等,2010),但是在卧床各时间点上并没有发现焦虑和抑郁情绪的明显变化。在这一点上,本研究所发现的焦虑和抑郁情绪的总体结果与其基本一致,但是本研究同时还发现一些个别的项目在卧床不同时间点上是有变化的,如BAI中的“感到发热”、“腿部颤抖”、“不能放松”、“害怕发生不好的事情”、“头晕”、“消化不良或腹部不适”和“出汗(不是因暑热冒汗)”等,以及BDI中的“食欲减退”和“担忧健康”等。而秦海波等(2010)使用的POMS量表在各维度上没有发现时间的主效应。我们认为,这可能是两项研究所用测量工具的测量内容不同所致。除此之外,Nicolas和Weiss(2009)在对16名女性60天头低位卧床的研究中还发现,长期头低位卧床会引起体育锻炼组被试的应激压力升高,但是对那些只进行头低位卧床而没有采用体育锻炼进行对抗的控制组被试而言,他们的应激压力在各个时间点上没有明显变化。在这一点上和前面的发现也是比较一致的,这可能和头低位卧床实验不能够很好的诱发个体的消极情绪有关。事实上,本研究发现的额区EEG偏侧化呈现出线性增长的这一现象已经从一个侧面表明,被试的情绪调节能力并未在头体位卧床的环境下受到明显损害,而且前面的分析也已经指出,被试在卧床期间可以从事很多进行情绪调节的活动,社会支持也并未受到强约束。这些发现提示,在今后关于模拟航天飞行的地面试验中,头低位卧床对于个体情绪的影响需要进行考虑,但这种模拟并不是一种突出的手段。

       除了头低位卧床之外,还有研究者尝试采用长时间隔离(long-term confinement)实验来考察个体的主观生理状态、主观心理状态和皮层EEG活动性的变化(Schneider et al.,2010)。他们在一项为期105天的密闭隔离实验中发现,个体的主观生理状态和主观心理状态都随着隔离时间的延长发生了比较明显的变化,而皮层EEG活动在没有经过体育锻炼的条件下也相对较低。可见,与这些极端环境模拟实验相比较,头低位卧床对于个体情绪的研究价值是比较有限的。

       航空航天心理的一个关键问题在于其特殊环境难以直接获得,因而大多通过地面模拟来设置类似环境,考察人在这种模拟特殊环境下的行为,进而面向航空航天环境开展应用研究。从以往研究来看,前苏联(包括现在的俄罗斯)、美国和欧洲的研究者都开展过这类研究。本研究采用模拟微重力环境的一种主要手段——头低位卧床,来考察个体在该环境下的情绪状态和情绪调节能力的变化。一方面,我国载人航天事业已经进入到了新的阶段:2012、2013两年,“神舟”九号、“神舟”十号飞船相继发射并与“天宫”一号空间实验室成功对接,标志着载人航天“三步走”中的第二步第二阶段已经胜利完成,以后将“利用载人飞船技术改装、发射一个空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题”。本研究的结果为未来进一步的航天在轨飞行积累了宝贵的模拟数据,为选拔和训练航天员、制订在轨飞行条件下的情绪对抗措施等提供了重要的参考依据。另一方面,以往研究在头低位卧床环境中只考察了情绪状态本身的变化,而并未考虑情绪调节因素。本研究在方法上使用了一种更为客观的测量方式,即额区EEG偏侧化指标。通过主观量表和EEG偏侧化结果的综合比较讨论,说明后者可以更有效地对情绪调节能力进行测量。这为在临床实践上采用量表之外的更加客观的手段对情绪障碍进行筛查提供了可能,也是情绪主、客观评价方式相结合应用于特殊环境中的一个有益的初步尝试。

       然而本研究仍然具有一定的局限。虽然在卧床过程中存在隔离和身体活动受限等强约束条件,但是被试可以自由看电影、听音乐、玩游戏、读书或者从事其他休闲活动,可以自由使用手机与外界联系。这些很有效的情绪调节活动和社会支持都会对个体的额区EEG偏侧化指标还有主观情绪体验造成影响。在未来的研究中,需要严格限制相关的影响因素,以免一些潜在的对抗措施对个体的情绪产生作用。

       5 结论

       45天-6°头低位卧床模拟失重环境下,额区EEG偏侧化呈现出明显的线性变化趋势。个体为维持稳定的情绪状态而付出比较大的情绪调节努力。

       收稿日期:2013-10-17

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