论文部分内容阅读
研究背景:现代战争环境显示出了前所未有的复杂性与多变性,这对军人的认知能力提出了巨大的挑战。信息化作战模式下的长时监视和侦查等军事任务中产生的庞大数字、图像、语言等信息载量已经远远超过了作战人员的认知承受能力。伴随着高精尖武器装备的频繁更迭,复杂的设备操作也对官兵的快速反应、多任务处理等能力的要求越来越高。因此,如何使官兵能够在整个作战过程中保持高度意识集中,从而灵活、精确地获取和理解关键信息以及快速、持续地作出应对反应,显得极为关键。注意作为一种基本、核心的认知能力,被视作人类认知活动的领航员,保证人们对事物清晰的认识、准确的反应和可控有序的行为。目前许多领域对军人的注意水平提出了更高的要求,如空中交管、长时飞行、夜间作战、高警觉下的快速反应等。注意提升的传统方法主要分为基于任务的注意力训练与注意状态练习,两种方法不仅对受训者动机要求较高,还需要其付出额外的时间成本。目前以经颅直流电刺激（Transcranial Direct Current Stimulation,t DCS）为代表的新兴注意提升方法以新理论、新技术为特征,克服经典注意提升方法中的局限性,能够更加有效地改善个体注意水平。本研究采用长期、多次高精度经颅直流电刺激（High-definition Transcranial Direct Current Stimulation,HD-t DCS）对军校学员的左侧背外侧前额叶（Dorsolateral Prefrontal Cortex,DLPFC）进行规律干预,通过注意测试及功能性近红外光谱技术（Functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS）对不同时间点的注意功能及神经影像学改变进行监测,然后将数据进行组间、组内的统计分析与比较,探讨注意的行为学变化规律及大脑神经机制改变情况,从而加深我们对电刺激如何影响大脑神经元活动的理解,为部队制定科学合理、方便可行的注意功能提升方案提供实验基础。对象与方法:本研究包括四个部分。以军校健康大学生为研究对象,并随机分为刺激组和对照组,刺激组采用阳性HD-t DCS,对照组采用假刺激;前三部分研究对象一致,共39名被试,进行为期约4周的周内隔天干预方案,共计12次干预。第四部分研究重新招募43名被试,进行为期约3周的隔天干预方案,共9次干预。第一部分,在整个实验开始前及每个干预周的最后一天进行注意网络相关的认知测试。采用2（分组:刺激组、对照组）×5（时间:基线、第1周、第2周、第3周、第4周）两因素重复测量方差分析分别对注意网络中三个子网络,CW-Stroop三个条件及Stroop效应进行统计学处理,分析不同分组在不同时间节点注意网络的变化,探索重复HD-t DCS下注意网络的变化规律。第二部分,在整个实验开始前及每个干预周的最后一天进行注意特征相关的认知测试。采用2（分组:刺激组、对照组）×5（时间:基线、第1周、第2周、第3周、第4周）两因素重复测量方差分析分别对注意稳定性、注意广度、注意分配、注意转移相关任务成绩进行统计学处理。分析不同分组在不同时间节点注意特征的变化,探讨重复HD-t DCS对注意稳定性、注意分配、注意转移、注意广度的干预效果。第三部分,本部分研究以fNIRS作为监测工具,对被试左右DLPFC及邻近脑区的静息态功能连接进行评估并进行功能连接分析。采用单因素（时间:实验前、实验中、实验后）重复测量方差分析分别对两组的fNIRS数据进行统计学处理,比较组间与时间点间的差异。探索重复HD-t DCS对静息态下注意神经机制的影响。第四部分,本部分研究以fNIRS为功能脑区的血流信号监测工具,记录干预后左侧DLPFC血流动力学特点,采用了2（分组:刺激组、对照组）×2（时间:基线、后测）两因素重复测量方差分析分别对CW-Stroop测试成绩及fNIRS数据进行统计学处理,探索重复HD-t DCS对任务态脑区的激活效应的变化。结果:第一部分:（1）与对照组相比,刺激组的注意执行控制子网络与心理运动能力显著提升,但是定向、警觉子网络并无显著性改变;（2）相比基线水平,刺激组的执行控制子网络功能与心理运动能力从第1周开始就发生显著提升,一直保持到了第4周;（3）相比基线水平,对照组的执行控制子网络功能和心理运动能力在干预后期逐步恢复到初始水平,并且从第3周开始（即9次干预后）,刺激组与对照组出现显著差异。第二部分:（1）在注意稳定方面,对照组和刺激组无显著差异;（2）在注意分配方面,对照组和刺激组的成绩相比基线均发生了显著提升,然而该变化仅仅受时间因素影响;（3）在注意转移方面,刺激组第1～4周的反应时（Reaction Time,RT）成绩相比基线显著提升,而对照组无显著变化,在第3周以后,两组出现显著组间差异;（4）在注意广度方面,刺激组第1～4周成绩相比于基线显著提升,但是对照组并无显著改变,在第3周后,对照组的成绩开始变差,而刺激组成绩依然保持之前的优势,并且刺激组在第2、4周的成绩均显著高于对照组。第三部分:（1）在刺激组中,实验中、实验后的功能连接强度与实验前相比明显减弱;在对照组中,实验前、实验中、实验后的功能连接强度变化较小;（2）对于校正前相关系数显著变化的通道连接占比,刺激组（29.71%）远高于对照组（7.03%）;使用Bonferroni法对P值进行校正后发现仅刺激组的左、右侧额叶及额叶间的功能连接显著减弱,对照组均无显著变化。第四部分:（1）对照组和刺激组错误率的Stroop效应的时间主效应显著,对照组的中性、一致条件下的错误率均显著增高,刺激组三个条件下错误率的变化并无显著差异;（2）刺激组在接受重复HD-t DCS干预后双侧DLPFC Hb O浓度的Stroop效应均降低,对照组无变化;（3）Hb O浓度Stroop效应的降低仅在右侧DLPFC有显著差异。结论:本研究主要包括行为学和影像学两方面的结果。行为学方面,长期、多次的HD-t DCS干预有效提升了注意的执行控制子网络功能、心理运动能力、注意转移、注意广度,约9次阳性HD-t DCS干预后发生累积效应;影像学方面,长期、多次的HD-t DCS干预有效降低了大脑半球间、双侧DLPFC及邻近脑区的功能连接强度,说明重复HD-t DCS提升了大脑皮层的连通效率;双侧DLPFC的任务态激活均发生了下降,右侧DLPFC的变化更加显著,该研究结果不仅说明了大脑皮层区域间协同工作模式,而且与功能连接结果一致并且相互补充,证明了重复HD-t DCS可以提升大脑工作效率。本研究从行为学和影像学两个角度出发,较为全面地探讨了重复HD-t DCS对军校学员注意功能的提升作用,发现了注意功能的变化规律以及相关的神经机制,为HD-t DCS在部队的实际推广应用提供了实验基础。