睡眠缺失對大腦警覺度的影響規律及其對抗措施研究

《睡眠缺失對大腦警覺度的影響規律及其對抗措施研究》是依託天津大學，由周鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：睡眠缺失對大腦警覺度的影響規律及其對抗措施研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周鵬
• 依託單位：天津大學

項目摘要

近年來，我國載人航天事業捷報頻傳，取得了令國際矚目的成就。隨著太空站建站任務的日益臨近，長期在軌航天員的睡眠問題成為亟待解決的難題之一。由於太空特殊的晝夜規律變化，會引起長期在軌航天員生理節律失調，加之太空失重環境、超負荷工作強度、以及時間感缺失等問題，導致航天員睡眠缺失和嚴重的失眠現象，進而引發腦力疲勞，並且對航天員警戒水平產生負面影響，降低作業績效。本項目結合載人航天的重大需求，在課題組多年的研究基礎上，擬開展：①基於多模態生理參數的大腦警覺度檢測方法研究，實現對大腦警覺狀態的自動分級；②通過睡眠剝奪試驗，探索睡眠缺失對大腦警覺度的影響規律，並建立預測模型，為最佳化完善航天員太空睡眠制度提供依據；③基於磁誘導大腦諧振效應，研究極低頻脈衝磁場快速提高大腦警覺度的方法，以提高航天員在緊急狀態下的任務執行能力。本研究為下一步空間站運行期的在軌研究奠定基礎，具有重要的理論意義和實用價值。

結題摘要

本項目針對航天員睡眠缺失所導致的警覺度下降，工作績效降低的航天工效學問題，開展了前期基礎實驗研究，探索了睡眠缺失對大腦警覺度的影響規律及其對抗措施。在自然基金一年期面上項目資助下，本課題按原定計畫開展了以下研究工作：①基於睡眠剝奪模型的EEG大腦警覺度檢測方法研究。設計了36小時睡眠剝奪實驗，並針對大腦警覺度的三層不同內涵（即注意力的集中程度、對緊急事件的反應能力，以及大腦的覺醒程度），分別最佳化設計了警覺度檢測腦電實驗範式；分析了自發腦電的時域、頻域、非線性特徵，誘發腦電中CNV、P300、MMN特徵及行為學特徵，全面研究了基於EEG 的警覺度檢測客觀指標；並採用BP神經網路和SVM進行分類，取得了較好的分類效果。 ②基於腦力負荷模型的多參數警覺度檢測方法研究。設計了基於三位數加減法的腦力負荷警覺度檢測實驗，結合主觀量表評價和PVT實驗，全面分析了腦力負荷模型下，不同警覺度狀態的心律變異性和EEG的時-頻-空-非線性特徵，採用Fisher判別最佳化和SVM進行模式分類，證明了多生理參數融合的警覺度檢測方法的優越性。③睡眠缺失對大腦警覺度影響規律。通過36小時睡眠剝奪實驗表明：睡眠缺失12h-24h時，腦力資源不足，導致警覺度狀態急劇下降，且枕部變化更為明顯；睡眠剝奪24h-36h時，腦力資源影響與生物鐘效應相互抵消，受試者警覺度狀態保持基本穩定，處於第二平台期；隨著睡眠剝奪時間的增加，個體間差異性逐漸增大。④基於磁誘導的警覺度調節技術研究。設計並實施了磁誘導調節警覺度試驗，初步證明了基於磁誘導大腦諧振效應的快速提高警覺度方法的可行性。目前課題已發表期刊論文2篇，發表會議論文3篇，錄用期刊論文1篇,其中EI檢索2篇，SCI檢索1篇。還有多篇論文和專利正在審稿和申請中,以後會持續向基金委匯報項目研究後期正式發表或公布的成果。有4名博士生和5名碩士生參與了課題相關研究工作，已直接培養碩士畢業生3人。在本課題研究工作基礎上，新獲1項國家自然科學基金面上項目。本課題總體較好的完成了項目預定目標,取得了階段性成果,為下一步警覺度監測與調節技術實用化奠定了基礎。