摘要：目的 "探討海上封閉隔離環(huán)境及暴露年限對海員腦功能活動的影響，為預防職業(yè)環(huán)境暴露對海員腦功能損傷提供依據(jù)。方法 "于2023年8月招募30名長期從事海上作業(yè)的男性職業(yè)海員作為海員組，年齡19～29歲，工作年限1～11年，在三亞市人民醫(yī)院采用Magneton Skyra 3.0 T磁共振掃描儀進行靜息態(tài)腦功能磁共振成像；匹配無海上作業(yè)經(jīng)歷的普通被試30名作為對照組，年齡18～28歲，Magneton Skyra 3.0 T靜息態(tài)磁共振數(shù)據(jù)從OpenNeuro公共數(shù)據(jù)庫下載。計算兩組靜息態(tài)ALFF、fALFF和ReHo指標，采用雙樣本t檢驗比較兩組間腦區(qū)ALFF、fALFF和ReHo的差異，進一步采用偏相關分析法分析ALFF、fALFF和ReHo值與海員工作年限和出海年限的相關性。結果 "與對照組相比，海員組右側中央后回和右側小腦腳1區(qū)的ALFF值較高，左側嗅皮質的ALFF值較低；左內側和旁扣帶腦回以及右顳級顳上回的fALFF值較高，右側枕中回、左側頂下緣角回、左側中央前回和右側中央前回的fALFF值較低；右側海馬旁回ReHo值增高，右側顳下回、右側眶部額中回、左側頂下緣角回、左側角回、右側顳中回和左側顳中回ReHo值降低，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），采用GRF校正，體素水平Plt;0.001，團塊水平Plt;0.05。海員組右側中央后回ALFF值與海員工作年限呈弱正相關（r=0.369，P=0.049），右側枕中回fALFF值與海員工作年限呈弱負相關（r=-0.370，P=0.048）。結論 "長期職業(yè)封閉隔離環(huán)境暴露對海員多個腦區(qū)的腦功能活動造成影響，海員右側中央后回的ALFF值與工作年限存在弱正相關性，右側枕中回的fALFF值與海員的工作年限呈弱負相關。

關鍵詞：封閉隔離環(huán)境；靜息態(tài)功能磁共振；腦功能；海員

Influence of exposure to a closed and isolated occupational environment on seafarers brain function by resting-state fMRI

CHU Zhezhe1， 2， ZHANG JianPing1， CAI Zhiyuan3， CHEN Shuanghong1

1Naval Medical Center， Naval Medical University， Shanghai 200433， China; 2School of Exercise and Health， Shanghai University of Sport， Shanghai 200438， China; 3Department of Chemistry， FuDan University， Shanghai 200433， China

Abstract： Objective To investigate the effects of marine closed isolation environment and exposure years on seafarers' brain function， and to provide evidence for preventing occupational environmental exposure to seafarers' brain function injury. Methods In August 2023， 30 male professional seafarers who have been engaged in marine operations for a long time were recruited as seafarer group， aged 19～29 years old and with 1～11 years of working experience. Resting-state functional brain MRI was performed on seafarers using the Magneton Skyra 3.0 T MRI scanner in Sanya People's Hospital. A total of 30 subjects with no experience of working at sea were matched as control group， aged 18～28 years old. The Magneton Skyra 3.0 T resting-state magnetic resonance data for the control group were downloaded from the OpenNeuro public database. The resting state ALFF， fALFF and ReHo indexes of the two groups were calculated. The two-sample t-test was used to compare the differences of ALFF， fALFF and ReHo between the two groups， and the correlation between ALFF， fALFF and ReHo values and the working years and years of at sea was further analyzed by partial correlation analysis. Results Compared with control group， the ALFF values of the right postcentral gyrus and right cerebellar foot area 1 were higher in the seafarer group， and the ALFF values of the left olfactory cortex were lower in the seafarer; The fALFF values of left median cingulate and paracingulate gyrus and right superior temporal gyrus were higher in the seafarer group compared with the control group， and the fALFF values of right middle occipital gyrus， left inferior parietal angular gyrus， left precentral gyrus and right precentral gyrus were lower in the seafarer group; The ReHo values of the right parahippocampal gyrus were higher in the seafarer group， and the ReHo values of the right inferior temporal gyrus， the right orbital middle frontal gyrus， the left inferior parietal angular gyrus， the left angular gyrus， the right middle temporal gyrus and the left middle temporal gyrus were lower in the seafarer group. All the above differences were statistically significant （Plt;0.05）， corrected by GRF， with voxel levels Plt;0.001 and cluster levels Plt;0.05. In the seafarer group， there was a weak positive correlation between the ALFF values of the right posterior central gyrus and the working years （r=0.369， P=0.049）， and the values of fALFF of the right middle occipital gyrus was weak negative correlated with the working years （r=-0.370， P=0.048）. Conclusion Long-term exposure to occupational closed isolation environment had an effect on the brain function activities of seafarers in multiple brain regions， and there was a weak positive correlation between the ALFF values of the right postcentral gyrus and the working years ， and the fALFF values of the right middle occipital gyrus was weak negative correlated with the working years .

Keywords： closed and isolated environment; resting-state functional magnetic resonance; brain function; seafarers

海員遠洋作業(yè)，工作生活環(huán)境狹小封閉、與外界相對隔離孤立。研究顯示，8 h急性隔離即可對人心理和生理產(chǎn)生影響［1］，全封閉環(huán)境對心理健康產(chǎn)生影響，焦慮情緒上升［2］；短期密閉駐訓環(huán)境，對新兵注意、視空間等腦功能產(chǎn)生損害［3］。因此，封閉隔離環(huán)境影響情緒和腦功能。我國是海洋大國，海員作為特殊的職業(yè)群體為國家遠洋運輸業(yè)做出了重大貢獻。而目前，海上長期封閉隔離作業(yè)環(huán)境對海員腦功能的影響迄今還未有系統(tǒng)性研究。既往針對海員的研究多采用調查問卷的形式，且集中在心理健康層面，未能進行全面客觀的深入研究。而采用更先進的技術深入探索了解封閉隔離環(huán)境對海員腦功能的影響，可以幫助揭示職業(yè)封閉隔離環(huán)境暴露對海員腦功能和認知能力的可能損害，為海員的職業(yè)健康提供保障。

靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）是一種無創(chuàng)的腦功能研究有效手段，其原理是利用神經(jīng)元活動引發(fā)血氧水平依賴信號對比，監(jiān)測靜息狀態(tài)下大腦自發(fā)神經(jīng)元活動，可提供全面、客觀的腦神經(jīng)功能信息，現(xiàn)已廣泛應用于腦科學和相關神經(jīng)疾病的研究中，如阿爾茨海默癥、認知障礙等［4-5］。rs-fMRI具有的操作便捷、可重復性高、無關變量少等優(yōu)點，可以幫助更清晰地了解海員大腦活動的本質。常規(guī)rs-fMRI分析指標包括低頻振幅（ALFF）、比率低頻振幅（fALFF）和局部一致性（ReHo），可以幫助了解海員大腦的功能分離能力，即不同腦區(qū)自身的功能［6-8］。以上指標基于體素的分析方法，無需先驗假設，穩(wěn)定性和可重復性好，可用于反映大腦的局部神經(jīng)活動特征［9］。本研究旨在以ALFF、fALFF和ReHo為分析指標，用rs-fMRI技術開展海員腦成像檢測，探究長期海上封閉隔離工作環(huán)境對海員腦功能活動的影響，以期揭示職業(yè)環(huán)境暴露對海員腦功能和認知能力的影響及可能損害，為海員職業(yè)健康防護手段研究提供依據(jù)。

1 "資料與方法

1.1 "一般資料

于2023年8月從國內某航運公司招募30名長期從事海上作業(yè)的男性職業(yè)海員作為海員組，均為?？萍耙陨蠈W歷，均為右利手。納入標準：年齡≥18歲；有出海經(jīng)歷。排除標準：有神經(jīng)或精神疾病病史；MRI禁忌證。30名海員全部入選海員組，年齡19～29歲，工作年限1～11年，出海年限1～9年。從OpenNeuro公共數(shù)據(jù)庫（https：//openneuro.org/datasets/ds004349/versions/1.0.0）匹配30名無海上作業(yè)經(jīng)歷的普通被試作為對照組，其中男性16例，女性14例，年齡18～28歲。納入標準：右利手，無神經(jīng)或精神疾病病史，無MRI禁忌證。排除標準：服用影響大腦功能的藥物。兩組受試者頭動參數(shù)的（meanFD_jenkinosn）差異無統(tǒng)計學意義（Z=-0.857，Pgt;0.05），年齡和性別的差異有統(tǒng)計學意義（Z=-4.523，Plt;0.001；χ2=18.261，Plt;0.001），為排除頭動、年齡以及性別對影像資料的影響，在后續(xù)的統(tǒng)計分析中將此作為協(xié)變量進行處理。所有受試者在實驗前了解本研究的目的及意義并簽署知情同意書，本研究已得到中國人民解放軍海軍特色醫(yī)學中心倫理管理委員會的批準（倫理審批號：2022081901）。

1.2 "數(shù)據(jù)采集

海員組靜息態(tài)磁共振數(shù)據(jù)在三亞市人民醫(yī)院的Magneton Skyra 3.0 T 磁共振掃描儀上采集。掃描過程中，受試者安靜，閉眼，保持清醒且盡量不思考，平臥檢查床，用耳塞阻隔噪聲，用海綿墊固定頭部。BOLD序列掃描參數(shù)：重復時間2020 ms，回波時間30 ms，層厚3 mm，層數(shù)33，視野220 mm×220 mm，矩陣74×74，翻轉角90°，掃描時間約6 min 10 s。T1加權結構像掃描參數(shù)：重復時間2500 ms，回波時間2.38 ms，層厚0.8 mm，層數(shù)192，視野256 mm×256 mm，矩陣 300×320，翻轉角 8°，掃描時間約6 min 44 s。

對照組靜息態(tài)磁共振數(shù)據(jù)從OpenNeuro公共數(shù)據(jù)庫下載（Magneton Skyra 3.0 T 磁共振掃描儀上采集）。掃描過程中要求被試睜眼注視屏幕中的“十”字形標識。BOLD序列掃描參數(shù)：重復時間2000 ms，回波時間25 ms，層厚2 mm，層數(shù)72，視野208 mm×208 mm，矩陣104×104，翻轉角90°，掃描時間8 min。T1加權結構像掃描參數(shù)：重復時間2500 ms，回波時間3.43 ms，層厚1 mm，層數(shù)176，視野256 mm×256 mm，矩陣256×256，翻轉角7°，掃描時間6 min。

1.3 "影像數(shù)據(jù)處理

1.3.1 "對照組靜息態(tài)磁共振數(shù)據(jù)時間點提取 " 使用dcm2niigui軟件提取對照組靜息態(tài)磁共振數(shù)據(jù)的前180個時間點，使之與海員組相匹配。

1.3.2 "預處理 " 采用基于Matlab 2021b平臺的DPARSF 6.0工具包進行所有rs-fMRI數(shù)據(jù)的預處理與指標計算。即：數(shù)據(jù)格式轉換；去除前10個時間點的數(shù)據(jù)；時間校正；頭動校正（meanFD_jenkinsonlt;0.2的被試進入后續(xù)分析）；空間標準化，即首先將受試者的功能像與其 3D?T1 結構像進行匹配，然后將所有圖像配準到蒙特利爾神經(jīng)病學研究所標準模板；去線性漂移；回歸協(xié)變量（白質、腦脊液）

1.3.3 "ALFF和fALFF指標計算 " 基于預處理的結果計算ALFF和fALFF指標并進行標準z變換，然后以0.01～0.1Hz進行帶通濾波。

1.3.4 ReHo指標計算 "基于預處理的結果在 0.01～0.1 Hz進行濾波處理后計算ReHo值，然后進行標準z變換。

1.3.5 "平滑 " 以上所有指標采用半寬高為6 mm的高斯平滑核對圖像進行空間平滑。

1.4 "統(tǒng)計學分析

采用SPSS26.0軟件進行統(tǒng)計學分析。采用Shapiro-Wilk檢驗法分析各計量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差表示，采用兩獨立樣本t檢驗進行比較；非正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)（上下四分位數(shù)）表示，采用秩和檢驗進行比較；計數(shù)資料以n（%）表示，采用卡方檢驗比較組間差異，以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。采用DPARSF 6.0工具包統(tǒng)計分析兩組被試的影像數(shù)據(jù)，采用雙樣本t檢驗（年齡、性別和頭動參數(shù)）作為協(xié)變量，比較兩組被試的ALFF、fALFF和ReHo值，多重比較校正采用高斯隨機場理論，體素水平Plt;0.001，團塊水平Plt;0.05。分別提取海員組存在組間差異腦區(qū)的ALFF、fALFF和ReHo值，與海員的工作年限和出海年限進行偏相關分析。

2 "結果

2.1 "兩組影像學資料比較

與對照組相比，海員組右側中央后回和右側小腦腳1區(qū)ALFF值增高，左側嗅皮質ALFF值降低（Plt;0.05，圖1A）；左內側和旁扣帶腦回以及右顳級顳上回fALFF值增高，右側枕中回、左側頂下緣角回、右側中央前回和左側中央前回fALFF值降低（Plt;0.05，圖1B）；右側海馬旁回ReHo值增高，右側顳下回、右側眶部額中回、左側頂下緣角回、左側角回、右側顳中回和左側顳中回ReHo值降低（Plt;0.05，圖1C、表1）。

2.2 "海員組ALFF、fALFF、ReHo值與工作年限和出海年限的偏相關性分析

海員組差異腦區(qū)的ALFF、fALFF和ReHo值與海員的工作年限和出海年限的偏相關分析（控制年齡）結果顯示，海員組右側中央后回的ALFF值與海員的工作年限呈弱正相關（r=0.369，P=0.049），右側枕中回的fALFF值與海員的工作年限呈弱負相關（r=-0.370，P=0.048）。其余所有差異腦區(qū)的ALFF、fALFF和ReHo值均與工作年限和出海年限無顯著相關性（Pgt;0.05，表2）。

3 "討論

海員遠洋作業(yè)遠離社群，處于孤立、隔離、狹小封閉空間，工作強度高、作業(yè)工序單調。該復雜工況對船員生物節(jié)律、個體認知、行為決策、社交情感等生理、心理功能產(chǎn)生重要影響。腦是調節(jié)個體“環(huán)境-生理-心理”彈性適應性的頂層功能器官。rs-fMRI技術是研究腦功能的有效手段，ALFF、fALFF、ReHo指標是腦局部自發(fā)神經(jīng)元活動的可靠生物測量指標。本研究采用ALFF、fALFF和ReHo指標研究靜息狀態(tài)下海員的局部腦活動，通過對比發(fā)現(xiàn)海員與普通被試的局部腦活動差異主要集中在額葉、頂葉、顳葉等區(qū)域。

本研究發(fā)現(xiàn)海員右側中央后回和左側小腦腳1區(qū)的ALFF值增高、中央前回fALFF值降低。中央后回位于大腦頂葉，主要接收軀體感覺信息、并存儲感覺體驗，小腦協(xié)同平衡、協(xié)調和姿勢等自主運動功能［10］。遠洋作業(yè)船舶始終處于顛簸或振動搖擺狀態(tài)，對人員體位自主平衡調節(jié)能力要求增加，海員中央后回和小腦部分腦區(qū)局部神經(jīng)元自發(fā)活動增加有助于更好感知軀體信息、并維持海上顛簸狀態(tài)身體的平衡。旁中央小葉部分位于頂葉，參與運動控制，在模擬宇航員微重力實驗中旁中央小葉的功能活動降低，而小腦局部腦活動增加以代償旁中央小葉的功能降低，用于協(xié)調精細運動，這與海員小腦的功能活動略有不同［11］。中央前回主要與動作技能學習和動作控制能力有關［12-13］。維持長期持續(xù)學習和大量記憶的舞蹈練習者，中央前回fALFF值增高、局部腦功能活動增強［10］。本研究中海員中央前回功能活動減弱，可能與現(xiàn)代船舶自動化程度高，對人員操作技能要求減少，崗位工序的單調枯燥程度增加相關。

既往對海員靜息態(tài)腦功能磁共振的研究結果幾乎都集中在額葉［14-15］。額葉是大腦默認網(wǎng)絡中關鍵的信息交互腦區(qū)，功能涉及心理、記憶、運動、執(zhí)行決策等［16-17］。額葉功能減弱易出現(xiàn)偏執(zhí)、抑郁等心理亞健康表現(xiàn)［14， 18］。有研究報道，相較于普通健康受試者，心理亞健康海員默認網(wǎng)絡差異主要集中在額葉、且激活程度相對減弱［19］。ALFF與ReHo升高結果大多與靜息狀態(tài)下默認模式網(wǎng)絡被激活重疊，ReHo值降低與局部腦區(qū)神經(jīng)活動受抑制、區(qū)域活動連貫性和中心性降低相關。本研究中海員右側眶部額中回ReHo值降低，提示額葉功能活動減弱。這可能會增加海員工作的焦慮、不穩(wěn)定情緒等心理問題，降低應對海上復雜環(huán)境能力。船舶密閉艙室的燃油、人員體味等，一直是海員反映的突出問題。長期特定氣味刺激、可以鈍化氣味受體、出現(xiàn)嗅疲勞［20-22］。海員左側嗅皮層的自發(fā)神經(jīng)活動減弱（ALFF值降低），可能與復雜氣味的長期刺激相關。研究表明，初級嗅覺皮層（包括梨狀皮層、內嗅皮層、杏仁核等區(qū)域）激活體素數(shù)的變化可以反映嗅覺功能的改變［23］，嗅覺功能損害先于認知功能下降出現(xiàn)［24］。一項嗅覺fMRI研究發(fā)現(xiàn)認知下降組比認知未下降組初級嗅覺皮層激活體素數(shù)明顯減少［25］，海員嗅皮層功能活動的減弱可能是認知功能下降的前期癥狀，長期發(fā)展會導致出現(xiàn)記憶力減退、思維能力下降等表現(xiàn)。

海員在執(zhí)行海上任務時需要全方位的辨別周圍信息，日常維護和復雜緊急情況的處理多聽從上級指揮，對于聽覺信息的調節(jié)效率要求較高。本研究顯示，海員右側顳上回自發(fā)活動增強（fALFF值增高）。顳上回對聽覺信息進行初步加工［26］，顳中回、顳下回接受枕葉輸入的信息，是視覺加工的高級區(qū)域［27］。右側顳上回區(qū)域活動增強，有助于海員提高調動聽覺回路信息的效率，更好完成緊急情況處理。除顳中回、顳下回外，枕中回也參與視覺信息的處理，狹小封閉的生活環(huán)境使得海員的視空間受限，接收的視覺刺激豐富度減少，海員不需要耗費過多的精力去處理視覺信息，顳中回、顳下回和枕中回的功能活動可能發(fā)生適應性變化。與此相反，算盤專家則表現(xiàn)出與視覺空間工作記憶有關的大腦皮層活動增加［28］。在各種神經(jīng)心理疾病中，ReHo值降低是局部功能受損的潛在跡象［29］。高海拔暴露后雙側顳上回的ReHo值降低，反映了與慢性高原暴露相關的感覺知覺和處理功能減弱［30］。在本研究中，海員左側顳中回和右側顳下回的ReHo值降低可能是海員視覺功能降低受損的潛在跡象。職業(yè)性噪聲聾患者靜息態(tài)右側顳上回、右側角回ALFF值增高，右側角回和右側額中回ReHo值降低，推測可能反映長期噪聲導致中樞視聽皮層改變并存在功能喪失或代償可塑性［31］，海員海上作業(yè)面臨的噪聲風險也比較大，但日常海上作業(yè)對聽覺辨別能力要求較高，所以海員有關聽覺能力腦區(qū)的功能活動較高，這與噪聲聾患者的大腦活動變化存在差異。慢性低氧環(huán)境暴露導致受試者認知能力下降，雙側顳下回的ALFF值增加，可能與局部血液供應的豐富程度和對缺氧的耐受性不同有關［32］。在健康受試者中，扣帶回激活的增加與一系列認知和情緒功能相關，比如注意、沖突、穩(wěn)態(tài)失調等［17］。當處于挑戰(zhàn)性身體條件時，扣帶回是活躍的，面對不斷變化的復雜環(huán)境，穩(wěn)態(tài)可能失調，注意力和執(zhí)行控制的需求會增加，以充分滿足對復雜和新穎刺激做出反應的需求［33］，海員內側和旁扣帶腦回的功能活動增加可能有助于抵消緊急狀況時增加的認知需求。此外，扣帶回還參與邊緣系統(tǒng)的組成，前扣帶回 ReHo值降低與抑郁癥有關［34］，因此海上封閉隔離環(huán)境暴露可能導致海員抑郁水平增加。在本研究中，右側中央后回ALFF值與海員的工作年限呈弱正相關性，右側枕中回fALFF值和海員的工作年限呈弱負相關性，提示中央后回和枕中回有可能成為反映海員腦功能活動的獨特腦區(qū)。

關于封閉隔離環(huán)境對人腦功能產(chǎn)生影響背后的生物學機制目前尚不完全清楚，相關的動物隔離實驗可作為一些提示。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）是大腦中神經(jīng)元突觸可塑性的關鍵介質，它與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能密切相關。斑胸草雀的社交和聽覺隔離導致聽覺前腦BDNF通路和軸突引導功能被抑制，且這些變化與DNA甲基化發(fā)生改變有關［35］。同時，在成年社交隔離小鼠實驗中也發(fā)現(xiàn)大腦的BDNF水平下降，而且小鼠的短時記憶受損［36］。隔離環(huán)境對小鼠的情緒產(chǎn)生一定影響，焦慮水平上升，大腦皮質的功能連接降低［37］，膠質細胞在其中產(chǎn)生一定作用［38-39］。相關研究顯示，運動可以提高年輕和老年人的BDNF水平和大腦功能，改善記憶力［40］，舒緩情緒［41］。并且富含多酚和抗氧化劑的食物比如藍莓、黑巧克力，以及新鮮蔬菜和堅果類食物等均可以增加BDNF并支持大腦健康。長期海上封閉環(huán)境使得海員與外界的溝通減少，且海上運動和食物受限，這些因素均可對海員大腦功能產(chǎn)生一定影響。

綜上，海員所處的特殊職業(yè)環(huán)境不僅影響心理健康，同時對其聽覺、視覺、空間感覺、機體協(xié)調性等方面信息的處理也產(chǎn)生了一定的影響，相關功能大腦活動的變化可以使海員更好地適應海上生活，以滿足職業(yè)的內在需求，使海員的腦功能活動具有可塑性。以上結果的發(fā)現(xiàn)可以幫助更客觀地了解海上封閉隔離環(huán)境對海員腦功能變化的影響，為保障海員的身心健康、日常的培訓管理以及海上作業(yè)的安全做出一定貢獻。重視海員的心理健康，定期開展心理輔導，日常培訓注重提高海員視聽整合能力、機體感知協(xié)調和應急反應能力或可更好地保障航行的安全，以降低海損事故的發(fā)生，更好的發(fā)展國家遠洋運輸業(yè)。

本研究為橫斷面研究，存在一定的局限性，難以明確海上封閉隔離環(huán)境對海員的長期影響，且本研究未明確海員的具體崗位，船舶類型以及航線。同時ALFF、fALFF和ReHo指標的分析注重不同腦區(qū)的功能，難以關注大腦不同腦區(qū)的交互作用。未來的研究應對海員的崗位、船舶和航線進行分類研究，進行長期追蹤隨訪，采用更多的分析方法，比如獨立成分分析、功能連接分析等研究大腦的功能整合能力，并探討這些變化背后的潛在機制，從而建立更加完善的海員培訓及健康管理體系，制定更加規(guī)范的行業(yè)標準。

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（編輯：郎 "朗）