張 焱 貢京京 宋華淼△

腦力疲勞是一種漸進(jìn)、累積的過(guò)程，在長(zhǎng)時(shí)間的要求工作效率的認(rèn)知活動(dòng)期間以及之后，出現(xiàn)的對(duì)任務(wù)的厭惡感，并伴隨效率和警覺(jué)性下降以及執(zhí)行功能受損。在現(xiàn)代生活中，這是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。尤其是對(duì)于特定職業(yè)或者工作環(huán)境的腦力疲勞研究，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。例如，長(zhǎng)時(shí)間的駕駛工作導(dǎo)致的腦力疲勞會(huì)損傷車(chē)輛控制能力以及避免沖撞的能力，需要駕駛員付出更多的認(rèn)知努力，包括持續(xù)不變的警惕性、選擇性注意、決策以及知覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制能力;飛行員在模擬飛行一段時(shí)間后，注意方面的差錯(cuò)頻率越來(lái)越高，操作時(shí)變得更容易分心。然而，很少有人了解腦力疲勞的心理生理機(jī)制。因此，腦力疲勞對(duì)認(rèn)知功能的影響以及通過(guò)腦力疲勞進(jìn)一步研究大腦機(jī)制，是近年來(lái)腦力疲勞研究的重點(diǎn)。

事件相關(guān)電位(ERP)是被試對(duì)刺激信息進(jìn)行認(rèn)知加工時(shí)記錄到的電生理變化，是反映從刺激信息出現(xiàn)到對(duì)它進(jìn)行反應(yīng)之間的大腦信息處理過(guò)程的理想指標(biāo)，并因其卓越的瞬時(shí)分辨力為評(píng)估中央神經(jīng)系統(tǒng)的功能提供了更加直接的證據(jù)。因此，人們認(rèn)為ERP是反映認(rèn)知加工活動(dòng)敏感而有意義的指標(biāo)，為觀察腦功能提供了客觀且簡(jiǎn)便可行的方法，在心理學(xué)、生理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)及人機(jī)工效學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，例如其在鑒別和評(píng)價(jià)認(rèn)知功能中的重要作用，就使ERP指標(biāo)有望為帕金森、焦慮癥、抑郁癥、精神分裂等疾病提供新的預(yù)測(cè)和診斷依據(jù)，以減少臨床觀察和經(jīng)驗(yàn)的主觀性導(dǎo)致的誤診[1-4]。同樣，早期關(guān)于腦力疲勞的研究?jī)H限于主觀評(píng)定和行為學(xué)測(cè)量，無(wú)法深刻了解腦力疲勞的大腦機(jī)制，難以更準(zhǔn)確、客觀的測(cè)量腦力疲勞。因此，應(yīng)用ERP技術(shù)研究腦力疲勞是十分必要的。

1 持續(xù)認(rèn)知負(fù)荷下的腦力疲勞

很多腦力疲勞的研究，都是在持續(xù)的認(rèn)知任務(wù)下應(yīng)用ERP技術(shù)監(jiān)測(cè)疲勞對(duì)認(rèn)知功能(如注意)的影響。Maarten等就評(píng)估了腦力疲勞對(duì)注意過(guò)程的影響，他們要求被試持續(xù)完成3個(gè)小時(shí)的視覺(jué)注意任務(wù)，發(fā)現(xiàn)選擇注意會(huì)影響早期的視覺(jué)ERP成分—P1和N1。P1的波幅刺激出現(xiàn)在相關(guān)位置時(shí)比出現(xiàn)在不相關(guān)的位置時(shí)更大，N1則相反。隨著執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間延長(zhǎng)，N1的波幅減小，而P1波幅卻沒(méi)發(fā)生變化。腦力疲勞對(duì)P1和N2影響的差異提示這些注意相關(guān)的早期成分不能反映單一的概念[5]。其它研究也得出了類(lèi)似的結(jié)論，提示P1也許反映了早期注意焦點(diǎn)的感覺(jué)加工，N1可能反映了早期感覺(jué)加工自上而下的調(diào)節(jié)。

另一項(xiàng)研究則檢測(cè)了腦力疲勞對(duì)行為影響是否由于行為監(jiān)控能力下降引起的。結(jié)果顯示，隨著執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)的時(shí)間延長(zhǎng)，反映行為監(jiān)控的ERN成分的波幅降低，同時(shí)CNV的波幅減小，提示隨著疲勞的增加，反應(yīng)的準(zhǔn)備能力降低。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這種腦力疲勞引起的認(rèn)知能力的損傷，可以通過(guò)獎(jiǎng)賞的增加得到緩解。動(dòng)機(jī)水平的增加會(huì)改變被試的行為和大腦活動(dòng):提高任務(wù)準(zhǔn)確性會(huì)伴隨著ERN波幅的增加，提高反應(yīng)速度則伴隨著CNV波幅的增加。被試采用不同的方式改善其執(zhí)行能力的結(jié)果提示，人們?cè)谀X力疲勞的情況下，會(huì)因?yàn)楠?jiǎng)賞而采取適當(dāng)?shù)男袨閼?zhàn)略使任務(wù)績(jī)效保持在一個(gè)可接受的水平[6]。

Go/NoGo任務(wù)誘發(fā)出的ERP成分可以被解釋為抑制行為的一個(gè)信號(hào)，并與在NoGo任務(wù)中反應(yīng)執(zhí)行的中斷相關(guān)聯(lián)[7-8]。一項(xiàng)腦力疲勞對(duì)反應(yīng)過(guò)程影響的研究顯示，Go－P3的潛伏期會(huì)隨任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的增加而延長(zhǎng)，并有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。NoGo－P3的波幅隨著任務(wù)時(shí)間的增加而減小，潛伏期延長(zhǎng)，提示腦力疲勞也許限制了對(duì)NoGo刺激分配注意資源的能力，約束了對(duì)反應(yīng)抑制的處理;疲勞后Go－和NoGo－P3的潛伏期延長(zhǎng)則顯示腦力疲勞會(huì)延長(zhǎng)對(duì)Go和NoGo刺激的評(píng)估時(shí)間。這些結(jié)果暗示了腦力疲勞會(huì)損傷反應(yīng)抑制過(guò)程的不同處理階段[9]。

2 特定環(huán)境下的腦力疲勞

駕駛期間的腦力疲勞會(huì)導(dǎo)致駕駛員的一系列認(rèn)知功能和心理運(yùn)動(dòng)操作水平受損，對(duì)外界環(huán)境的注意能力和反應(yīng)能力都會(huì)降低，從而引起事故的發(fā)生。ERP作為研究大腦認(rèn)知過(guò)程的重要方法和手段，其與駕駛疲勞的相關(guān)研究一直都是應(yīng)用心理學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

近幾年來(lái)，宋國(guó)萍等一直致力于采用ERP技術(shù)研究駕駛疲勞對(duì)各種認(rèn)知功能的影響[10-14]。他們?cè)谧⒁饽芰Ψ矫娴难芯恐邪l(fā)現(xiàn)[12]，視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的隨意注意以及非隨意注意能力都在駕駛疲勞后有所下降，只是相關(guān)ERP成分的變化方式不同。駕駛疲勞對(duì)聽(tīng)覺(jué)注意影響的研究結(jié)果顯示，連續(xù)10小時(shí)的駕駛后，被試的P3a波幅顯著降低，但潛伏期沒(méi)有明顯變化，提示雖然連續(xù)的駕駛沒(méi)有影響被試對(duì)于新異刺激的覺(jué)察速度，但其覺(jué)察能力卻明顯下降，說(shuō)明駕駛員無(wú)法很好的察覺(jué)來(lái)自聽(tīng)覺(jué)的危險(xiǎn)信號(hào)。與P3a的結(jié)果一樣，P3b在連續(xù)的駕駛后波幅降低，但潛伏期沒(méi)有顯著變化。P3b的波幅反映了所投入的心理資源量，潛伏期則反映對(duì)刺激物的評(píng)價(jià)時(shí)間，并與任務(wù)難度相關(guān)[15]。這些結(jié)果提示駕駛時(shí)間的延長(zhǎng)使駕駛員投入到有意識(shí)作業(yè)中的注意力資源減少。與聽(tīng)覺(jué)注意研究的結(jié)果相似，視覺(jué)P300成分的波幅顯著下降，潛伏期無(wú)明顯變化[12]。另一項(xiàng)關(guān)于視覺(jué)疲勞對(duì)駕駛員注意能力影響的研究顯示[16]，高速公路錄像引起的視覺(jué)疲勞會(huì)導(dǎo)致駕駛員的P3a和P3b潛伏期延長(zhǎng)、波幅減小，提示長(zhǎng)時(shí)間視覺(jué)疲勞會(huì)降低大腦接受和處理信息的速度，減少心理資源的投入，注意能力受損。在實(shí)際駕駛過(guò)程中，由于高速公路的行駛環(huán)境單調(diào)，其導(dǎo)致的視覺(jué)疲勞會(huì)使駕駛員出現(xiàn)注意分散、反應(yīng)遲鈍的情況，繼而影響操作技能，造成交通事故隱患。

可以看出，P300是研究駕駛疲勞最常用的ERP成分，但隨著ERP各種成分研究的日漸成熟，人們也開(kāi)始采用其它誘發(fā)電位的指標(biāo)來(lái)研究駕駛疲勞，例如失匹配負(fù)波(MMN)。MMN與注意的自動(dòng)開(kāi)啟過(guò)程有關(guān)，反映大腦對(duì)信息的自動(dòng)加工[17]。宋國(guó)萍等的另一項(xiàng)研究顯示[14]，駕駛疲勞后MMN波幅顯著增大，潛伏期延長(zhǎng)，提示駕駛疲勞導(dǎo)致大腦對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息變化出現(xiàn)過(guò)度的自動(dòng)加工，降低了過(guò)濾無(wú)用信息的能力，從而使有用信息的有效加工能力受損。在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中表現(xiàn)為對(duì)默片的注意力降低，而在實(shí)際駕駛過(guò)程中，就可能導(dǎo)致駕駛失誤，增加了事故發(fā)生的可能性。

然而，多數(shù)特殊職業(yè)下的腦力疲勞研究雖然可以建立職業(yè)相關(guān)的腦力疲勞模型，但ERP成分的誘發(fā)是在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的，與實(shí)際情況下獲取信息并做出反應(yīng)的過(guò)程還存在一定差距。而MMN則是唯一不用對(duì)任務(wù)刺激進(jìn)行反應(yīng)就能誘發(fā)出來(lái)的ERP成分，這種非任務(wù)相關(guān)的研究范式，為開(kāi)展特殊職業(yè)(如飛行)的復(fù)雜任務(wù)下腦力疲勞的評(píng)價(jià)研究提供了技術(shù)支持。一項(xiàng)不同強(qiáng)度的飛行任務(wù)誘發(fā)出的不同程度的腦力疲勞對(duì)腦功能影響的研究，要求被試進(jìn)行飛行模擬任務(wù)時(shí)忽略聽(tīng)到的聽(tīng)覺(jué)刺激。結(jié)果顯示，與低程度的腦力疲勞相比，高程度的腦力疲勞下的MMN平均波幅增強(qiáng)，說(shuō)明聽(tīng)覺(jué)MMN對(duì)飛行任務(wù)下的腦力疲勞具有較好敏感性[18]。這些結(jié)果提示MMN也許可以為評(píng)價(jià)特殊職業(yè)任務(wù)下的腦力疲勞提供可靠的指標(biāo)，并為將來(lái)開(kāi)發(fā)腦力疲勞的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供一定的電生理依據(jù)。

3 展望與不足

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員將不同的ERP指標(biāo)整合起來(lái)，從不同角度揭示腦力疲勞的腦機(jī)制，也為評(píng)價(jià)腦力疲勞提供了新的方向，即通過(guò)腦力疲勞對(duì)不同認(rèn)知功能影響的研究，根據(jù)不同的ERP指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)腦力疲勞對(duì)認(rèn)知功能各個(gè)方面的損傷情況。

然而，由于受到疲勞模型、任務(wù)難度、誘發(fā)范式等條件的不同，很多研究結(jié)果之間存在差異。如前所述的駕駛員在駕駛疲勞后P3b的潛伏期沒(méi)有明顯變化[12]，而宋健等人的研究則顯示駕駛后其潛伏期發(fā)生改變[19]。另外，關(guān)于腦力疲勞對(duì)反應(yīng)抑制能力影響的研究結(jié)果也存在分歧:Falkenstein等報(bào)道與反應(yīng)抑制過(guò)程相關(guān)的NoGo－N2和NoGo－P3成分在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間警戒性任務(wù)后沒(méi)有受到影響，因此他們認(rèn)為腦力疲勞與反應(yīng)抑制的過(guò)程并無(wú)很大的聯(lián)系[20]。而另外一些研究則發(fā)現(xiàn)隨著疲勞的增加NoGo－N2和NoGo－P3成分發(fā)生了變化，說(shuō)明腦力疲勞與抑制過(guò)程有著密切關(guān)系。但他們的結(jié)果卻不盡相同:Yuichiro Kato等認(rèn)為疲勞不會(huì)降低N2波幅[9]。Boksem和Lorist等則認(rèn)為疲勞不會(huì)引起P3波幅的改變[6，21]。這些可能都是由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被試、任務(wù)時(shí)間、任務(wù)內(nèi)容和難度不同造成的結(jié)果差異。因此，今后腦力疲勞的系列研究，應(yīng)考慮這些因素對(duì)結(jié)果的影響，并根據(jù)研究目的建立有效的腦力疲勞模型，制定更加合理的誘發(fā)范式，從而避開(kāi)混雜因素得到準(zhǔn)確的信息。

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