模拟失重状态心理旋转认知加工脑机制

发布时间：2017-04-20 17:15

  本文关键词：模拟失重状态心理旋转认知加工脑机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：失重飞行期间血液和体液头向分布的失重生理效应影响大脑功能状态,造成航天员工作能力的下降,危害航天安全。一个合格的航天员需要具备高于普通人的空间感知能力,而心理旋转作为一种空间表征转换方式,更是航天员不可或缺的,但其在失重条件下的机制研究为数尚少。检验心理旋转能力的测验任务是心理旋转测验,根据实验材料的不同,心理旋转分为以数字、字母,或无意义图形为材料的客体心理旋转,和以人体的部分肢体(如,手、脚、手臂、腿部等)图片为材料的主体心理旋转。文献和我们以往研究结果提示,失重生理效应引起的认知功能变化具有自适应性,其时效性和均衡性特征反映着自适应能力的内部神经机制。本研究通过7天-6°头低位卧床的方法模拟失重状态对人体造成的影响,利用行为学和电生理检测来分析个体在模拟失重过程中,主客体心理旋转能力在加工速度、加工深度、加工强度、加工范围及加工异同点方面的变化规律及趋势,探讨失重生理效应对认知功能影响的时效性与可塑性特征,揭示失重条件下脑认知功能自适应的神经机制,为我国中长期载人航天计划任务的制定和航天员选拔与训练提供理论与实践依据。主要结果:实验一:模拟失重状态客体心理旋转认知加工脑机制1.行为学结果:共纳入20名健康男性,年龄24.3±2.96岁,共采集数据320个,有效数据316个,有效率98%以上。前基线的正确率分别为88%,HDT D1为87%,其余几天均为86%。被试的反应时随刺激图片的旋转角度的增加线性增大,在模拟失重前、中、后,反应时随角度变化的线性拟合的回归方程截和斜率的主效应均不显著,其中截距F=1.028,p=0.418,斜率F=13.000,p=0.076。2.ERP的结果:客体心理旋转所诱发的P300成分在Pz电极点的波幅和潜伏期与刺激图片旋转角度的差异均具有统计学意义,其中波幅F=17.000,p0.001,潜伏期F=25.763,p0.001,随着旋转角度的增大,波幅逐渐减小;钝角和倒置图像的波幅随HDT时间延长而线性增大,钝角图像潜伏期随HDT时间延长而呈线性逐渐增大,且增大速度较快,其余三个角度的变化并非线性规律。HDT时间因素在波幅和潜伏期的分析中主效应均不显著,其中波幅F=1.200,p=0.057,潜伏期F=1.670,p=0.110,波幅和潜伏期的均数整体呈减小-增大-减小-增大的变化趋势。在不同角度下,波幅的均数在前三天均先下降后上升,在HDT D2下降至最低点,在HDT D3升高,HDT三天后波幅变化不规律;潜伏期在模拟失重后降低,波幅和潜伏期在模拟失重结束后均未回到初始基线水平。3.ERD结果:客体心理旋转任务诱发了α频段的ERD,对ERD的幅值和潜伏期进行分析,发现在不同角度下的波幅和潜伏期主效应均不显著,其中波幅F=1.609,p=0.197,潜伏期F=4.042,p=0.059;不同HDT时间的波幅和潜伏期的主效均不应显著,波幅F=1.258,p=0.225,潜伏期F=2.894,p=0.014;在不同角度下,ERD的波幅在Test Pre~HDT D3呈先升高再降低的趋势,HDT D2升至最高点,在HDT D3下降,在HDT三天后波幅变化规律不明显,反复上下波动。钝角图像的ERD值随HDT时间延长线性升高。未旋转图像的ERD值随HDT时间延长缓慢下降。4.溯源分析结果:利用s LORETA对模拟失重前中后诱发的P300成分进行溯源分析,激活的区域由远至近有:顶叶顶上小叶的BA7和BA 5区、额叶中中央前回的BA 4区、额叶中中央旁小叶的BA3区、边缘叶中扣带回的BA31区、枕叶楔片的BA 19区、顶叶中顶叶下回的BA40区以及额叶中中央旁小叶的BA6区。这些区域分布在顶叶运动皮层BA5区和BA7区、顶叶的初级运动皮质BA 4区和次级运动区BA 6区、额叶的躯体感觉区BA 3区、枕叶的视区、情绪和学习相关的边缘系统以及与工作记忆相关的BA 40区。实验二:模拟失重状态主体心理旋转认知加工脑机制1.行为学结果:纳入20名健康男性,年龄24.3±2.96岁,共采集数据320个,有效数据314个,有效率98%以上。每天完成任务的正确率分别为:前基线93%,1、3、5天为91%,其余为92%。被试的反应时随刺激图片的旋转角度的增加线性增大,在模拟失重前中后,心理旋转时间随角度变化的线性拟合的回归方程的截距在9个时间点的主效应显著:F=4.136,p=0.006,斜率的主效应不显著F=2.025,p=0.095。2.ERP结果:主体心理旋转诱发的P300成分在Pz电极点的波幅和潜伏期与RA的差异均具有统计学意义,其中波幅F=10.799,p0.001,潜伏期F=6.894,p0.001,随着RA的增大,波幅逐渐减小。HDT时间因素在波幅和潜伏期的分析中主效应均不显著,其中波幅F=1.079,p=0.381,潜伏期F=0.948,p=0.479。在不同角度下,波幅的均数在前三天均先下降后上升,在HDT D2下降至最低点,在HDT D3升高,HDT三天后波幅变化不规律;潜伏期在模拟失重后均减小,在后期的任务中不同角度均有先增大后减小的变化趋势,但变化非线性,在模拟失重结束后均未回到初始基线水平。3.ERD结果:对ERD的幅值和潜伏期进行分析,发现在不同角度下的波幅和潜伏期主效应均不显著,其中波幅F=2.373,p=0.080,潜伏期F=3.142,p=0.032,随着旋转角度的增加,ERD潜伏期逐渐延长。不同HDT时间的波幅和潜伏期的主效均不应显著,波幅F=1.673,p=0.109,潜伏期F=5.020,p=0.575,在不同角度下,ERD的波幅在Test Pre~HDT D3均呈先升高再降低的趋势,HDT D2升至最高点,在HDT D3下降,在HDT三天后波幅变化规律不明显,反复上下波动。4.溯源分析结果:模拟失重前、中、后主体心理旋转任务诱发的P300距离最近的五个相关源中,激活次数最多的是额叶BA5区,其次是额叶BA6区和顶叶的BA7区,但BA7区激活的位置较远;BA31区激活的次数为7次,但分布在边缘叶、枕叶、和额叶,顶叶的BA3区和边缘叶的BA24区各激活3次。整体来说,各个时间点激活的脑区相类似,仅在HDT D2和HDT D4激活的脑区与其他脑区差异较大,其中HDT D2激活了额叶的BA8、BA9、BA10、BA46和顶区的BA 32,HDT D4主要激活了枕叶的BA17、BA18、BA19以及边缘叶的BA31和额叶BA 6区。结论:1.模拟失重状态并未改变个体心理旋转的基本加工机制;2.模拟失重状态对个体的客体心理旋转能力和主体心理旋转能力产生的影响相类似:心理旋转的能力、加工速度和深度均在模拟失重后的前三天均呈U型变化,加工强度呈倒U型变化,后几天波动规律不明显;3.模拟失重状态下,客体心理旋转的锐角图像的加工速度和加工深度非直线性变化;钝角图像的加工速度线性增加,加工深度线性下降;倒置图像加工速度非直线性变化,加工深度线性下降。主体心理旋转中,不同角度的加工速度和深度非直线性变化;未旋转的图像加工深度线性下降,倒置图像加工强度线性增加;4.在模拟失重过程中,客体心理旋转激活的脑区域较单一,主要是顶叶运动区,有左侧半球优势,但在模拟失重状态引起的心理旋转能力下降时,需要额叶体感系统对其代偿。主体心理旋转激活的脑区域多变,需要多系统联合加工,主要激活的位置为额叶体感系统,在模拟失重状态引起的心理旋转能力下降时,需要顶叶运动系统对其代偿,且半球优势不显著。5.模拟失重状态对个体心理旋转能力的影响是一种神经自适应机制,在模拟失重前三天心理旋转能力呈下降-升高的“U”形变化,后几天呈随机波动状态,整体有下降趋势。对该变化有两种解释:第一,在模拟失重期间个体心理旋转能力经历三个阶段:预警阶段(下降),抵抗阶段(升高)和疲劳阶段(下降),之后依照个体适应能力随机波动;第二,模拟失重状态对心理旋转能力的影响呈周期性,第一个周期为3天,心理旋转能力表现为下降-升高-下降的变化,第二个周期为3天或更长时间,心理旋转能力上下波动。
【关键词】：模拟失重 心理旋转 事件相关电位 事件相关的去同步化 溯源分析
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：B842.1
【目录】：

• 缩略语表5-6
• 中文摘要6-10
• 英文摘要10-15
• 前言15-17
• 文献回顾17-38
• 实验设计38-41
• 1 研究基础和问题提出38-39
• 2 研究目的和意义39
• 3 研究假设39-40
• 4 技术路线40
• 5 课题创新点40-41
• 实验一 模拟失重状态客体心理旋转的认知加工41-85
• 1 材料42-48
• 1.1 研究对象42-46
• 1.2 实验材料46
• 1.3 实验范式46-47
• 1.4 实验准备47-48
• 2 方法48-51
• 2.1 实验程序48-49
• 2.2 数据采集49
• 2.3 建档资料与伦理审查49
• 2.4 统计分析49-51
• 3 结果51-79
• 3.1 行为学结果51-52
• 3.2 ERP结果52-64
• 3.3 事件相关的去同步化（ERD）64-73
• 3.4 溯源分析73-79
• 4. 讨论79-85
• 4.1 实验任务诱发的心理进程79
• 4.2 模拟失重状态客体心理旋转的神经加工速度机制79-80
• 4.3 模拟失重状态客体心理旋转的神经加工深度机制80-81
• 4.4 模拟失重状态客体心理旋转的神经加工强度机制81-82
• 4.5 模拟失重状态客体心理旋转的神经加工范围机制82-85
• 实验二 模拟失重状态下主体心理旋转的认知加工85-122
• 1 材料86-87
• 1.1 研究对象86
• 1.2 实验材料86
• 1.3 实验范式86-87
• 1.4 实验准备87
• 2 方法87-88
• 3 结果88-115
• 3.1 行为学结果88-90
• 3.2 ERP波形分析90-101
• 3.3 事件相关的去同步化（ERD）101-110
• 3.4 溯源分析110-115
• 4 讨论115-122
• 4.1 实验任务诱发的心理进程115-116
• 4.2 模拟失重状态主体心理旋转的神经加工速度机制116
• 4.3 模拟失重状态主体心理旋转的神经加工深度机制116-117
• 4.4 模拟失重状态主体心理旋转的神经加工强度机制117-119
• 4.5 模拟失重状态主体心理旋转的神经加工范围机制119-120
• 4.6 模拟失重状态客体心理旋转与主体心理旋转的神经加工机制的特点120-122
• 小结122-124
• 参考文献124-134
• 附录134-139
• 个人简历和研究成果139-140
• 致谢140

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴大蔚,沈羡云;失重或模拟失重时脑循环的改变[J];航天医学与医学工程;2000年05期

2 秦海波;王峻;白延强;吴斌;刘学勇;景晓路;刘芳;;60d-6°头低位卧床对个体情绪的影响[J];航天医学与医学工程;2010年03期

  本文关键词：模拟失重状态心理旋转认知加工脑机制，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：319151