脑波音乐干预疲劳的效果及脑机制研究

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疲劳是由长时间的体力或脑力劳动所导致的一种身心疲惫状态,在大部分工作任务与复杂工作环境下易导致工作效率低下甚至是意外事故。据2012年统计资料记载,我国全年死于过度劳作的人数高达60万人,其中很大部分包括了过度用脑引起的死亡,中国已成为超越日本的“过劳死”大国。由此可见,疲劳状态下继续作业会严重危害到人们的健康和生命安全,特别在驾驶等日常行为中。目前缓解疲劳最常用的方法是休息,但是考虑到进度等问题,部分工作(如驾驶、抢险等特定任务执行等)是不能立即停止下来的,药物虽然可以快速缓解疲劳,但长期服用会带来副作用,因此研究疲劳的快速有效调控方法迫在眉睫。近年来,音乐治疗作为一种无创的辅助治疗手段,被广泛应用于临床神经精神疾病和亚健康领域。本课题组提出的无标度脑波音乐,拥有脑电与音乐的科学共性,在临床上亦有初步应用效果,展示了其潜在的应用前景。但是关于脑波音乐缓解疲劳的效果及其脑机制尚不清楚。因此,本文采用脑电的分析手段,探索了脑波音乐干预疲劳的效果,具体工作如下:实验前,采集被试打游戏时期的脑电和睁眼静息时期的脑电,生成了游戏态脑波音乐和睁眼静息态脑波音乐作为干预材料,同时选取一首非脑波音乐和无声刺激作为对照。本课题招募了55位正常状态的被试,然后将被试随机分到游戏态脑波音乐组,睁眼静息态脑波音乐组,非脑波音乐组,控制对照组。利用自主设计的疲劳诱发范式对被试进行疲劳诱发,对被试进行有效的疲劳诱发后,被试分别聆听不同音乐开展疲劳干预,整个实验过程连续采集被试的脑电信号和行为数据,在数据预处理中剔除3例数据,最后用于计算的有52例数据。通过对音乐干预前后被试的脑电数据、行为量表等进行分析,用以探讨不同脑波音乐缓解疲劳的效果,并探讨其作用的神经机制。主要研究结果如下:疲劳自评量表的因子躯体疲劳和精神疲劳分数结果显示游戏态脑波音乐、睁眼静息态脑波音乐和非脑波音乐对于疲劳缓解都具有一定的效果,尤其是经游戏态脑波音乐干预后差异最显著。在脑机制方面,全脑平均后疲劳脑电指标R(即theta与beta频段功率谱密度的比值)在音乐干预前后的变化量同样显示三种音乐对疲劳状态有缓解效果,两首脑波音乐的效果具有显著性,其中游戏态脑波音乐效果最好,可以在听音乐五分钟后降低疲劳脑电指标R值33.78%。而对各个脑区分别计算疲劳脑电指标R的结果显示,相比于非脑波音乐和无声音刺激,两组脑波音乐组被试经干预后疲劳脑电指标R在全脑显著降低,游戏态脑波音乐组的疲劳脑电指标R主要在额叶、右顶叶、右颞叶降低,睁眼静息态脑波音乐组的疲劳脑电指标R主要在左中央沟降低。将躯体疲劳和精神疲劳的分数与疲劳脑电指标R进行相关分析后发现,在游戏态脑波音乐的干预下,躯体疲劳得分与右颞叶的疲劳脑电指标R值存在正相关,而在睁眼静息态脑波音乐的干预下,精神疲劳得分与左中央沟的疲劳脑电指标R值存在正相关。相干脑网络分析显示,聆听游戏态脑波音乐和睁眼静息态脑波音乐的被试在theta频段上额叶、中央沟、颞叶、顶叶、枕叶之间有连接减弱,而聆听非脑波音乐和无声刺激的被试在theta频段上全脑的脑网络连接增强,另外游戏态脑波音乐组的被试在听音乐后聚类系数,平均聚类系数,全局效率,局部效率,平均局部效率显著增强,路径长度显著缩短。上述结果表明,两种脑波音乐的干预效果与大脑theta节律活动相关;功率谱密度在右颞叶电极附近和左中央沟电极附近降低可能是脑波音乐干预疲劳的脑机制特征,在theta频段的相干脑网络连接减弱可能是音乐干预疲劳的另一脑机制特征;结合疲劳量表进一步分析还发现,对躯体疲劳因素的调控可能是游戏态脑波音乐有效干预疲劳的机制,而对精神疲劳因素的调控可能是睁眼静息态音乐有效干预疲劳的机制。该工作有助于深入理解脑波音乐缓解疲劳的脑机制,有望为疲劳的干预提供新的手段和思路。
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