体脑疲劳交互影响机制探究新成果浅谈.doc

体脑疲劳交互影响机制探究新成果浅谈疲劳是由长时间的体力和脑力劳动所导致的一种身 心疲惫状态，亦是降低工作绩效、诱发工伤事故的重要因素 之一，下面是小编搜集的一篇相关论文范文，欢迎阅读参考引言疲劳是日常工作生活中的一种普遍现象，但是疲劳的 概念却很复杂疲劳涉及生理、心理等多方面的因素，是一 个多维的概念，虽然至今还没有统一的疲劳定义，但仍有一 些被大家所认可的描述及判定标准简单来说，可以认为疲 劳是由长时间的体力或脑力劳动所导致的作业绩效下降，主 观上伴有倦怠感觉的一种状态其中疲倦感是人的主观感 受，而作业能力下降是其客观体现Nakagawa等［1］认为疲劳是人体一种不可或缺的生物 警钟，它提醒人身体或大脑需要休息，从而避免由于过度工 作和压力对身心造成不可挽回的损伤疲劳是人体负反馈系 统的一种正常响应，从这个角度讲，疲劳对人体是有利的 但是疲劳也会给工作生活带来很多不利，表现在：首先，疲 劳会增加负性情绪，降低工作效率；其次，疲劳会分散注意 力，引发各种事故；疲劳还会导致焦虑症、抑郁症等慢性疾 病；长期处于疲劳状态还会危害生命安全而随着现代社会 的进步，人们工作压力的增大，疲劳现象越来越严重，疲劳 已成为一个广泛的社会学问题。

疲劳的评价方法有很多种，主要分为主观评定法和客 观评定法主观评定法多采用问卷调查形式，通常做成规范 化疲劳量表进行评定客观评定法，又分为心理学、行为学 指标评定法，生理学指标评定法及生化指标评定法心理学、 行为学指标评定法主要采用心理学测验和心理运动测验方 法用于疲劳检测的生理学指标主要有脑电信号、眼电信号、 心电信号、肌电信号等常用的生化指标有唾液、乳酸含量、 氧合血红蛋白含量等（其中有些生化参数检测涉及侵入性技 术，很多场合下不宜采用）疲劳可由长时间的大脑或肌肉活动引起从这个方面 考虑，Grand jean [2]将疲劳分为脑疲劳和体疲劳，并且认为 体疲劳主要关注外部肌肉系统功能的下降，而脑疲劳主要关 注脑部功能的下降和疲劳感觉目前，分别针对体疲劳和脑 疲劳单独进行的研究较多，而结合体脑疲劳的相关研究较 少但在很多实际生活与工作场合，体疲劳和脑疲劳是难以 分开的尤其在航空航天、道路交通、临床手术、人机交互 等大量复杂的工作环境中，操作者的身心疲劳是由体力疲劳 和脑力疲劳相互影响而共同导致的例如：在进行外科手术时需要体力和脑力同时付出， 极易导致临床医师身体和大脑共同疲劳，这也增加了医疗事 故的隐患［3］.显然，分别孤立地研究体疲劳或脑疲劳而不涉 及体脑疲劳的交互影响难以揭示疲劳的深刻科学本质，也不 利于找到缓解疲劳、提高工作效率与生活质量的有效科学方 法。

体脑疲劳的交互影响不仅与外周肌肉系统有关，而且可 能涉及中枢神经系统及相关的脑区基底神经节这也是当前 神经工程研究的前沿热点领域因此，研究体脑疲劳的交互 影响及神经机制不仅具有重要的科学意义，并且应用前景诱 人本文从体脑疲劳的交互影响、诱发方法和检测参数等 方面介绍了近几年的有关研究情况，并介绍了体脑疲劳交互 影响机制研究的初步进展，归纳总结了目前存在的研究难点 与未来可能的发展方向，以促进该领域研究的深入开展1、体脑疲劳的交互影响至今较多学者主要观察脑疲劳程度对体疲劳及其恢 复的影响，以便在评价和设定工作任务时更好地综合考虑所 需付出的脑力劳动、体力劳动及其负荷量等因素Mehta等［4-6］报告了额外的脑负荷对体力疲劳的影 响，通过被试在进行体疲劳诱发任务实验时，加入额外的脑 负荷任务，得到额外的脑负荷会减小肌肉收缩力、缩短肌力 持续时间、增加疲劳感觉及延缓心率恢复过程、延长疲劳肌 肉的恢复时间结果说明：额外的脑负荷会严重影响体疲劳及其恢 复该团队还报告了用不同等级的静态、动态体力负荷来诱 发体力疲劳的情况下，脑负荷对体疲劳的影响观察到中度 体力负荷水平和静态力负荷情况下，脑负荷对体疲劳的影响 较大，故建议在需要脑体结合劳动时应尽量减少静态力付 出、经常改变姿势或提供体力休息。

Marcora等［7］研究了脑疲劳对体疲劳的影响，通过被 试处于脑疲劳状态时，进行体力运动，观察到脑疲劳会导致 体力运动持续时间的下降及体疲劳感觉增加反之，关于体 疲劳对脑疲劳影响的研究较少Lorist等［8］观察了体疲劳对大脑认知功能的影响， 通过被试同时进行体力劳动和认知任务实验，观察到体疲劳 会严重影响大脑认知任务的表现Mashi-ko等［9］分析了不同位置的橄榄球运动员参加 比赛后体疲劳和脑疲劳的关系，通过量表评分和生化参数比 较，发现不同位置的运动员体疲劳对脑疲劳的影响关系不 同，因此有必要根据运动员的场地位置来制定其健康管理方 案总之，虽然目前尚缺乏全面系统深入的体疲劳与脑疲劳 交互影响的研究，但根据已有的研究可初步认为两者是相互 影响的［10］.2、体脑疲劳的诱发要通过实验方法研究体脑疲劳的交互影响，首先必须 设计出可准确诱发体疲劳和脑疲劳的体力劳动和脑力认知 任务实验方案；其次，需选取敏感可靠的疲劳评价指标，以 便建立相应的疲劳模型来研究不同体脑疲劳模型的交互影 响及其转换机制这也是疲劳研究的首个难点而且在疲劳 实验的研究中，常以健康人作为被试，不能因实验对被试造 成不可逆的心理和生理创伤。

相对而言，在体力疲劳实验研 究中，对体疲劳可能引发生理创伤的负荷极限较易掌握；而 在脑力疲劳和体脑交互疲劳实验研究中，则难以把握脑疲劳 所产生心理创伤的负荷极限因此，建立合理的脑疲劳模型显得格外重要常用的脑疲劳诱发方法有睡眠剥夺、模拟驾驶、连续 用脑作业等睡眠剥夺建立的脑疲劳特征比较明显，但睡眠 剥夺为特定的疲劳状态，且睡眠与疲劳机制并不完全相同， 故由睡眠剥夺建立的脑疲劳模型难以视为普适模型模拟驾 驶在驾驶疲劳的研究中应用比较广泛，所建立的脑疲劳模型 也只能适用于特定环境下的疲劳状态在研究由脑力认知任 务导致脑疲劳的建模方法中，最常用的是连续用脑作业，即 在一定量的脑力负荷下执行较长时间的脑力认知活动连续 用脑作业通常采用加法运算、N-back实验[11-13] ＞精神 运动警觉测试(psychomotorvigilance test,PVT)等 方式进行诱发，持续时间一般为l〜2h[14-15].连续作业由单 一任务诱发脑疲劳，影响因素单一，故易于建立较简单明确 的脑疲劳模型；但不同脑作业任务诱发的疲劳特征可能不 同，其对应的脑疲劳模型也有差异体力疲劳通过给身体一定量的负荷来诱发，分为全身 体力疲劳以及局部体力疲劳。

全身疲劳可以采用功率自行 车、长时间跑步等来诱发；局部体力疲劳一般通过局部肌肉 重复进行自主收缩来诱发，采用最大自主收缩力(maximal voluntary contraction,MVC)来监测其负荷极限［16］.在体 脑疲劳研究中，通常需要将体疲劳诱发方式与脑疲劳诱发方 式相结合以产生体脑疲劳模式，即体脑疲劳需通过施加定量 体力负荷和脑力负荷来诱发如：Mehta等［4-5］通过右臂在进行等长收缩时同时进行 加法运算来诱发体脑疲劳;Lorist等［8］通过右手进行自主 收缩力的同时进行听觉选择反应任务(choice reaction task, CRT)来研究体疲劳对大脑信息加工的影响:Marcora等 ［7］由长时间的 AXcontinuous performance test(AX-CPT) 任务诱发脑疲劳后，再进行功率自行车运动至体疲劳，研究 脑疲劳对体疲劳的影响由于影响体脑疲劳的因素较多、体 脑交互疲劳诱发方式各异，故应根据不同研究目标与建模要 求选择不同的体脑疲劳诱发方式3、参数选取如前所述，选取敏感可靠的疲劳评价指标是研究体脑 疲劳交互影响、建立体脑疲劳模型的必要条件之一。

一般从 疲劳量表、行为学参数(正确率，反应时)、生理生化指标方 面选择合适的参数来综合进行评价其中，疲劳量表用来评 定操作任务时的主观感受，行为学参数用来测量作业绩效的 变化，生理学指标用来表征神经生理状态的变化[17].不同疲劳量表侧重反映疲劳的不同方面，所以在一个 研究中可能会选择几个量表来进行综合评价在体脑疲劳相 互影响研究中，通常选用SOFI （Swedish Occupational Fatigue Inventory）主观量表来反映体疲劳的严重程度此 量表包括5个维度（体能不足、体力付出、身体不适、缺乏 动机、困倦），评分从0分（无疲劳）到6分（非常严重疲劳） 用Borg CR10量表来评价执行任务时自我感觉用力程度，分 值从0分（不费力）到10分（非常吃力）NASA-TLX是常用的评价任务负荷及疲劳程度的多维 量表，包括脑力需求、体力需求、时间需求、业绩水平、努 力程度和受挫程度等6个方面，可从多个角度反映操作者的 主观感受Likert量表（scale）可以用来综合评价疲劳，该 量表含5分（0分为不疲劳，4分为极度疲劳）研究脑疲劳对体疲劳的影响，多选择肌电幅值、频率、 心率、乳酸含量等对体疲劳敏感的参数。

研究体脑疲劳的相 互影响，还要选择行为学参数、脑血氧含量、心电、脑电等 对脑疲劳敏感的信号特征其中，行为学参数可以直观地反 映出大脑认知状态的改变随着疲劳程度的增加，反应时间 上升，反应正确率下降心电信号是常用的疲劳监测指标心率是反映有氧运 动强度的重要指标，一般在疲劳诱发过程中会检测心率的变 化交感神经系统和副交感神经系统的活性控制着自主神经 系统的活动，心率变异性(heart rate variability,HRV)是 表征交感和副交感神经系统相互影响的重要指标HRV的功率谱密度包括两部分：低频(LF)段 (0.04~0. 15Hz)和高频(HF)段(0. 15~0. 40Hz)低频段由交感 神经系统控制，通常在紧张状态下激活；高频段由副交感神 经系统控制，通常在平静状态下激活脑疲劳后，LF能量升 高，HF能量降低［181.由于脑电信号具有时间分辨率高、功能特异性强等优 势，因此脑电信号已经成为了疲劳监测的一个重要指标较 常使用的脑电信号特征有时域、频域、时-频域和非线性特 征参数脑电信号各频段参数都有特定的生理意义，其各个 频段能量会随脑疲劳程度发生变化，故可用不同频段的脑电 功率谱及其比值，例如&theta；或&beta；频段能量、 &beta； /&alpha；、(&alpha； +&theta；) /&beta；等能量比值作 为疲劳脑电特征。

研究得到较为一致的结论是，脑疲劳后 &theta；频段能量升高，&beta；频段能量降低［13］.此外，由于脑电信号具有非线性和混沌性，利用脑电 信号的炳、相关维数、分形维数等非线性特征参数来分析脑 疲劳的研究也较多例如，脑疲劳后脑电信号的爛值减小， 表明疲劳后大脑活动的复杂性降低[19].而利用脑电信号研 究体疲劳则相对较少但是有研究表明：体疲劳后脑电信号的李雅普诺夫指 数（L1）显着降低在体脑疲劳交互影响的研究中，虽然可选 的生理参数较多，但心电和脑电信号随两种疲劳状态敏感变 化并且具有较明确生理意义，故这两种电生理信号特征均有 望成为研究体脑疲劳相互影响并探讨其机制的合适参数表1归纳总结了近十年关于体脑疲劳交互影响研究的 代表性成果，分别列举了作者/文献序号、年份、诱发方式、 选择参数和主要研究结论如表1所示，虽然早年（2002年） 已发现体疲劳会严重影响脑认知，但未引起关注；至近年 （2012年）才有较多体脑疲劳交互影响研究出现，诱发方式也 多为MVC（体疲劳）与加法运算（脑疲劳）交叉结合；比较突出 的是疲劳评价参数的选择明显增多，但研究结果仍较初步 虽然已有研究证实体脑疲劳会相互影响，但其作用机制仍不 清楚，亟待深入开展研究。

4、体脑疲劳相互影响机制从中枢神经系统与外周骨骼肌肉相互作用关系来考 虑，体疲劳应直接产生。