模擬失重狀態(tài)心理旋轉(zhuǎn)認知加工腦機制.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制研究為數(shù)尚少。檢驗心理旋轉(zhuǎn)能力的測驗任務是心理旋轉(zhuǎn)測驗，根據(jù)實驗材料的不同，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、
　　文獻和我們以往研究結(jié)果提示，失重生理效應引起的認知功能變化具有自適應性，其時效性和均衡性特征反映著自適應能力的內(nèi)部神經(jīng)機制。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、加工強度、加工范圍及加工異同點方面的變化規(guī)律及趨勢，探討失重生理效應對認知功能影響的時效性與可塑性特征，揭示失重條件下腦認知功能自適應的神經(jīng)機制，為

3、我國中長期載人航天計劃任務的制定和航天員選拔與訓練提供理論與實踐依據(jù)。
　　主要結(jié)果：
　　實驗一：模擬失重狀態(tài)客體心理旋轉(zhuǎn)認知加工腦機制
　　1.行為學結(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，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)任務誘發(fā)了α頻段的ERD，對ERD的幅值和潛伏期進行分析，發(fā)現(xiàn)在不同角度下的波幅和潛伏期主效應均不顯著，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，在HDT D3下降，在HDT三天后波幅變化規(guī)律不明顯，反復上下波動。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成分進行溯源分析，激活的區(qū)域由遠至近有：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)域分布在頂葉運動皮層BA5區(qū)和BA7區(qū)、頂葉的初級運動皮質(zhì)BA4區(qū)和次級運動區(qū)BA6區(qū)、額葉的軀體感覺區(qū)BA3區(qū)、枕葉的視區(qū)、情緒和學習相關的邊緣系統(tǒng)以及與工作記憶相關的BA40區(qū)。
　　實驗二：模擬失重狀態(tài)主體心理旋轉(zhuǎn)認知加工腦機制
　　1.行為學結(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個時間點的主效應顯著：F=4.136，p=0.006，斜率的主效應不顯著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電極點的波幅和潛伏期與RA的差異均具有統(tǒng)計學意義，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，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的幅值和潛伏期進行分析，發(fā)現(xiàn)在不同角度下的波幅和潛伏期主效應均不顯著，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，在HDT D3下降，在HDT三天后波幅變化規(guī)律不明顯，反復上下波動。
　　4.溯源分析結(jié)果：模擬失重前、中、后主體心理旋轉(zhuǎn)任務誘發(fā)的P300距離最近的五個相關源中，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；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)自適應機制，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，后幾天呈隨機波動狀態(tài)，整體有下降