樊雙義，李劍波

腦疲勞監(jiān)測(cè)與抗疲勞的相關(guān)措施研究

樊雙義，李劍波

腦疲勞；監(jiān)測(cè)；抗疲勞

機(jī)械化和信息化背景下，作戰(zhàn)部隊(duì)具備了強(qiáng)大機(jī)動(dòng)能力的物質(zhì)條件，戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)抗條件下，作戰(zhàn)部隊(duì)必須經(jīng)常處在連續(xù)幾十小時(shí)甚至數(shù)天的警戒狀態(tài)。這些狀況會(huì)導(dǎo)致疲勞，特別是腦疲勞。腦疲勞是指由于長(zhǎng)時(shí)間工作或?qū)W習(xí)過程導(dǎo)致作業(yè)功能衰退、腦力能力下降，其主要表現(xiàn)為工作或?qū)W習(xí)效率低下，反應(yīng)遲緩，記憶力下降，注意力不集中以及協(xié)調(diào)性變差等。腦疲勞表現(xiàn)多種多樣，軀體和內(nèi)臟感覺功能、運(yùn)動(dòng)功能和腦高級(jí)功能下降，造成認(rèn)知能力和行為能力不同程度的損害，進(jìn)而影響和決定戰(zhàn)役甚至戰(zhàn)爭(zhēng)的走向[1]。因此，開展戰(zhàn)時(shí)連續(xù)作業(yè)致腦疲勞的監(jiān)測(cè)與抗疲勞的相關(guān)措施研究，提高我軍作戰(zhàn)能力具有十分重要的意義。國(guó)（軍）內(nèi)外已在提升持續(xù)高強(qiáng)度信息化作業(yè)能力方面就疲勞監(jiān)測(cè)預(yù)警、物理干預(yù)、藥物干預(yù)、心理干預(yù)等方面開展了系列研究工作[2-3]。

1 腦疲勞監(jiān)測(cè)與預(yù)警

1.1 腦疲勞監(jiān)測(cè) 腦疲勞評(píng)估一般包括主觀評(píng)價(jià)法、行為學(xué)測(cè)試法、腦電分析法。（1）主觀評(píng)價(jià)法：主觀評(píng)估方法是根據(jù)作業(yè)者的自述感受來判斷疲勞的程度，主要通過現(xiàn)場(chǎng)問卷調(diào)查的方式完成評(píng)估。此法簡(jiǎn)單、易行，不足之處是評(píng)分且易受主觀因素的影響，如受試者故意隱瞞真實(shí)感受等。評(píng)估可信度無法保證[4]。（2）行為學(xué)測(cè)試法：行為學(xué)測(cè)試法主要通過測(cè)試序列特定腦力任務(wù)，根據(jù)反應(yīng)時(shí)間和正確率，對(duì)腦疲勞進(jìn)行評(píng)價(jià)。該法優(yōu)點(diǎn)是評(píng)估結(jié)果與評(píng)估的實(shí)際目標(biāo)更接近，但評(píng)估客觀性亦無法保障，因?yàn)榕c被試者的主觀意愿程度密切相關(guān)，同時(shí)必須事先對(duì)被試者進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，因而不能即時(shí)監(jiān)測(cè)腦疲勞。（3）腦電分析法：是目前研究較多的領(lǐng)域。在腦疲勞研究中，腦電分析一直是最廣泛的評(píng)定中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化的指標(biāo)之一，被視作監(jiān)測(cè)評(píng)估腦疲勞的“金標(biāo)準(zhǔn)”[5]。腦電分析目前研究的熱點(diǎn)主要是事件相關(guān)電位（ERPs），與普通誘發(fā)電位（EP）不同，ERPs的優(yōu)勢(shì)在于具有很高的時(shí)間分辨率，是研究認(rèn)知過程中大腦活動(dòng)不可多得的技術(shù)方法。事件相關(guān)電位P300的幅度和潛伏期大小一度被認(rèn)為與腦疲勞相關(guān)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腦疲勞程度增加時(shí)，事件相關(guān)電位潛伏期延長(zhǎng)，幅度降低。目前更多采用腦電功率譜分析法。腦疲勞腦電分析法面臨的主要問題是如何篩選真實(shí)反映腦疲勞狀態(tài)的腦電特征指標(biāo)。盡管既往一直將腦電活動(dòng)作為監(jiān)測(cè)腦疲勞的主要手段，但由于缺乏對(duì)疲勞本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，疲勞的腦電信號(hào)無從鑒別和提取，僅作一般波譜分析。腦疲勞腦電分析法面臨的另一主要問題是腦電采集系統(tǒng)的小巧化和無線化，以便對(duì)受試者作業(yè)和睡眠本身的影響要降到最小。最后需解決腦電系統(tǒng)的自適應(yīng)性。由于腦電有著很強(qiáng)的個(gè)體性，現(xiàn)在許多系統(tǒng)需要使用者進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，是其腦電分析法實(shí)用化中的主要障礙之一。

1.2 腦疲勞預(yù)警 在腦疲勞預(yù)警信息化作業(yè)能力方面，美軍開發(fā)眼睛移動(dòng)測(cè)量、腕部活動(dòng)監(jiān)測(cè)、腦電圖掃描、面部特征識(shí)別（包括眼、鼻、口周圍的綜合信息）等技術(shù)裝備，用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警人的作業(yè)能力變化，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)疲勞征兆[6-7]。2000年至今，美軍通過實(shí)施一項(xiàng)擴(kuò)展認(rèn)知（AugCog）計(jì)劃，即采用Augcog技術(shù)，使用人載心電圖（ECG）和腦電圖（EEG）傳感器監(jiān)測(cè)人體在大腦的認(rèn)知活動(dòng)和身體內(nèi)血液流動(dòng)情況，并通過無線電將這些信息實(shí)時(shí)傳送給決策指揮機(jī)構(gòu)，以便其掌握全面的戰(zhàn)場(chǎng)信息并作出相應(yīng)決策[8]。美軍對(duì)不同作業(yè)人員的作業(yè)能力、能量消耗特點(diǎn)建立個(gè)人檔案，開發(fā)多種疲勞管理系統(tǒng)[9]：如疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，睡眠、活動(dòng)和疲勞作業(yè)效率等，供研究者和決策者量化各種工作-休息時(shí)間表對(duì)個(gè)人表現(xiàn)的影響。輸入工作和睡眠數(shù)據(jù)，可預(yù)先估計(jì)受試者的認(rèn)知能力、什么時(shí)候達(dá)到最優(yōu)表現(xiàn)、什么時(shí)候睡眠最利于恢復(fù)。在打造未來戰(zhàn)士的單兵裝備計(jì)劃中，英國(guó)FIST計(jì)劃，法國(guó)Fél in項(xiàng)目，澳大利亞Land 125計(jì)劃及德國(guó)IdZ計(jì)劃都涉及疲勞監(jiān)測(cè)預(yù)警方案[10]。

目前，腦疲勞預(yù)警裝置主要是依靠血壓、脈搏等基本生理指標(biāo)來提示作訓(xùn)人員，由于引起血壓、脈搏變化的因素比較復(fù)雜，其檢測(cè)出的數(shù)據(jù)特異性不高。而一些民用儀器，雖然采用了眼部活動(dòng)、語音識(shí)別等特異性較高的指標(biāo)，但是裝置并不符合軍事作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)和要求[11-13]。近年來，我軍對(duì)軍事作業(yè)所致疲勞的防護(hù)措施開展了部分相關(guān)研究。如第四軍醫(yī)大學(xué)主要采用量表和各類任務(wù)檢測(cè)睡眠剝奪（即持續(xù)覺醒）對(duì)人視反應(yīng)能力、雙手協(xié)調(diào)能力、作業(yè)效率等工作能力的影響，研發(fā)出單兵生命狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率、呼吸、體溫和血氧飽和度4個(gè)生理指標(biāo)[14]。第二軍醫(yī)大學(xué)通過檢測(cè)唾液皮質(zhì)醇，實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估人員的心理應(yīng)激水平及疲勞狀況[15]?？哲姾娇蔗t(yī)學(xué)研究所已較系統(tǒng)開展了睡眠剝奪對(duì)飛行員腦功能、認(rèn)知等作業(yè)能力的研究[16]。

2 抗疲勞相關(guān)措施

在提升持續(xù)高強(qiáng)度信息化作業(yè)能力措施方面，各國(guó)軍隊(duì)提出采用物理、藥物和營(yíng)養(yǎng)等綜合措施，提升持續(xù)高強(qiáng)度信息化作業(yè)能力[17-20]。（1）英國(guó)國(guó)防部研究人員研制了一種特殊眼鏡。這種眼鏡的工作原理是用一副特制的眼鏡框裝上光纖，光纖釋放出白色強(qiáng)光，令人常感到猶如剛睡醒一樣。南非“非洲勇士”系統(tǒng)也配備了類似的睡眠調(diào)節(jié)裝置，影響人體的生物鐘，使人持續(xù)作戰(zhàn)達(dá)36 h而無須睡眠。（2）研發(fā)刺激和興奮中樞神經(jīng)藥物一直是外軍提升持續(xù)高強(qiáng)度作業(yè)能力的主要策略。傳統(tǒng)的中樞興奮劑包括可可堿，咖啡因，安非他明，右苯丙胺。美國(guó)、法國(guó)和英國(guó)國(guó)防部等力推另一種興奮劑藥物莫達(dá)非尼，可使作戰(zhàn)人員在連續(xù)48 h不眠的情況下，保持較好的覺醒水平和作業(yè)能力[21-22]。美軍研究發(fā)現(xiàn)三唑侖和唑吡坦有延長(zhǎng)睡眠時(shí)間增強(qiáng)睡眠連續(xù)性作用，氟馬西尼能催醒上述兩種安眠藥，并發(fā)現(xiàn)褪黑激素能有效預(yù)防睡眠障礙和保持作業(yè)效率[23]。另外，新型控制和促進(jìn)覺醒的藥物正在研發(fā)中[24-25]。（3）加強(qiáng)持續(xù)作業(yè)營(yíng)養(yǎng)支撐是軍事作業(yè)醫(yī)學(xué)新的趨勢(shì)。此方面核心研究是依據(jù)生物能量學(xué)原理，掌握持續(xù)作業(yè)條件下大腦和全身營(yíng)養(yǎng)代謝的特點(diǎn)，進(jìn)而制定優(yōu)化能針對(duì)每位作戰(zhàn)人員的最佳膳食口糧。美軍甚至正實(shí)施一項(xiàng)生理監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)計(jì)劃，該計(jì)劃通過研究作戰(zhàn)人員軍服的熱傳導(dǎo)，動(dòng)態(tài)了解個(gè)體實(shí)時(shí)營(yíng)養(yǎng)信息，盡可能保證作業(yè)效能和腦功能不受營(yíng)養(yǎng)因素的影響。（4）針對(duì)持續(xù)高強(qiáng)度信息化作業(yè)中出現(xiàn)的心理問題，美軍提出研究開發(fā)生物醫(yī)學(xué)措施，如對(duì)抗應(yīng)激精神訓(xùn)練、緩解認(rèn)知負(fù)荷過重和過度警戒的對(duì)策。美軍正在嘗試將“思想醫(yī)師”派到前沿陣線。“思想醫(yī)師”包括心理學(xué)家和軍隊(duì)牧師[26-27]。他們認(rèn)為，許多戰(zhàn)斗疲勞綜合征的病例可以在前線得到很快地處理，并能夠重返戰(zhàn)斗崗位，不需要被送往后方醫(yī)院進(jìn)行全面治療。通過立即給作戰(zhàn)人員心理治療，可以降低日后發(fā)生壓力失調(diào)綜合征的發(fā)病概率。

國(guó)內(nèi)的主要研究：（1）物理療法：監(jiān)測(cè)聲、光、電、磁和氣味刺激的有效部位和有效參數(shù)，間斷低流量吸氧。（2）傳統(tǒng)中醫(yī)療法：按摩術(shù)、拍打術(shù)、吐納術(shù)、觀想術(shù)，提神醒腦類中藥；用冰片、麝香中藥制劑抗疲勞，但是研究單一，綜合預(yù)防、對(duì)抗疲勞方面研究不夠。（3）促覺醒藥物：盡管目前開展了大量關(guān)于咖啡因、莫達(dá)非尼及傳統(tǒng)中藥材抗疲勞作用的研究，一些藥物也取得了肯定的效果，但是對(duì)信息化作業(yè)部隊(duì)在不同作業(yè)強(qiáng)度下如何合理搭配藥物、服藥時(shí)間、劑量，以使長(zhǎng)時(shí)間維持高作業(yè)效能的同時(shí)盡可能減低副作用，目前尚未制定標(biāo)準(zhǔn)。（4）營(yíng)養(yǎng)學(xué)：近年來對(duì)于補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)提高士兵作業(yè)能力方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，但是適合我軍平、戰(zhàn)時(shí)執(zhí)行不同任務(wù)部隊(duì)的科學(xué)的營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)給量標(biāo)準(zhǔn)，即在不同的環(huán)境、創(chuàng)傷、生理、心理?xiàng)l件下人體的各種營(yíng)養(yǎng)素需要量，尚未見報(bào)道。（5）心理學(xué)：缺乏一套行之有效的戰(zhàn)場(chǎng)心理?yè)p傷防治體系，有待進(jìn)一步完善心理?yè)p傷救治方案系統(tǒng)化、規(guī)范化。

[1] Lorist MM，Bezdan E，ten Caat M，et al.The inf luence of mental fatigue and motivation on neural network dynamics；an EEG coherence study [J].Brain Res，2009，1270：95-106.

[2] Lef f DR，Orihuela-Espina F，Athanasiou T，et al. "Circadian cor tical compensation"：a longitudinal study of brain function during technical and cognitive skil ls in acutely sleep-deprived surgical residents[J].Ann Surg，2010，252（6）：1082-1090.

[3] Lim J，Wu WC，Wang J，et al.Imaging brain fatigue f rom sustained mental workload：an ASL per fusion study of the time-on-task ef fect[J].Neuroimage，2010，49（4）：3426-3435.

[4] 陳勇勝，焦志剛，王致潔，等.不同認(rèn)知任務(wù)誘發(fā)高性能戰(zhàn)斗機(jī)飛行員腦疲勞時(shí)腦平均血流速度變化特征[J].中華航空航天醫(yī)學(xué)雜志，2007，18（4）：246-250.

[5] 劉建平，張 崇，鄭崇勛，等.基于多導(dǎo)腦電復(fù)雜性測(cè)度的腦疲勞分析[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42（12）：1555-1559.

[6] Lin CT，Chiu TT，Huang TY，et al.Assessing ef fectiveness of various auditory warning signals in maintaining drivers'at tention in vir tual reality-based driving environments[J].Percept Mot Skil ls，2009，108（3）：825-835.

[7] Scott JJ，Gray R.A comparison of tactile，visual，and auditory warnings for rear-end col l ision prevention in simulated driving.Hum Factors，2008，50（2）：264-275.

[8] Lamberts RP，Swart J，Capostagno B，et al.Heart rate recovery as a guide to monitor fatigue and predict changes in per formance parameters[J]. Scand J Med Sci Sports，2010，20（3）：449-457.

[9] Kar len W，Cardin S，Thalmann D，et al.Enhancing pilot per formance with a SymBodic system[J]. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2010，2010：6599-6602.

[10]Gore RK，Webb TS，Hermes ED.Fatigue and stimulant use in mil itary f ighter aircrew during combat operations[J].Aviat Space Environ Med，2010，81（8）：719-727.

[11]周 覓，鄒超世，謝國(guó)明.Naf ion-二茂鐵修飾的腦疲勞檢測(cè)生物傳感器的研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008，27（8）：25-29.

[12]梅 丹，李宏汀，李文書.基于生理信號(hào)的汽車駕駛疲勞檢測(cè)研究[J].人類工效學(xué)，2012，18（1）：67-69.

[13]李 偉，申廣浩，周 偉.基于各物理因素對(duì)睡眠剝奪者腦電的影響[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜，2009，26（3）：1239-1245.

[14]陳良恩，景百勝，安瑞卿，等.新老傘兵跳傘訓(xùn)練心率變異性研究[J].西北國(guó)防醫(yī)學(xué)雜志，2011，32（3）：167-169.

[15]陳良恩，安瑞卿，張曉麗，等.新兵跳傘心理應(yīng)激對(duì)唾液皮質(zhì)醇水平的影響[J].華南國(guó)防醫(yī)學(xué)雜志，2011，25（3）：243-245.

[16]付兆君，馬瑞山.睡眠剝奪對(duì)飛行工作能力的影響[J].航空醫(yī)學(xué)，2005，4（33）：87-91.

[17]Lorist MM，Bezdan E，ten Caat M，et al.The inf luence of mental fatigue and motivation on neural network dynamics；an EEG coherence study[J]. Brain Res，2009，1270：95-106.

[18]Tran Y，Craig A，Wijesuriya N，et al.Improving classi f ication rates for use in fatigue countermeasure devices using brain activity[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2010，2010：4460-4463.

[19]Mohebbi R，Gray R，Tan HZ.Driver reaction time to tacti le and auditory rear-end col l ision warnings while talking on a cel l phone[J].Hum Factors，2009，51（1）：102-110.

[20]Jones CB，Dor rian J，Jay SM，et al.Sel f-awareness of impairment and the decision to drive af ter an extended period of wakefulness[J].Chronobiol Int，2006，23（6）：1253-1263.

[21]Ki l lgore WD，Kahn-Greene ET，Grugle NL，et al. Sustaining executive functions during sleep deprivation：A comparison of caf feine，dextroamphetamine，and modaf ini l[J].Sleep，2009，32（2）：205-216.

[22]Meeusen R，Roelands B.Cent ral fatigue and neurotransmit ters，can the rmoregulation be manipulated?[J].Scand J Med Sci Spor ts，2010，20 Suppl 3：19-28.

[23]Hasan S，Pradervand S，Ahnaou A，et al.How to Keep the Brain Awake?The Complex Molecular Pharmacogenetics of Wake Promotion[J].2009，34（7）：1625-1640.

[24]Lieberman HR，Niro P，Tharion WJ，et al.Cognition during sustained operations：comparison of a laboratory simulation to field studies[J].Aviat Space Environ Med，2006，77（9）：929-935.

[25]Balkin TJ，Hor rey WJ，Graeber RC，et al.The challenges and oppor tunities of technological approaches to fatigue management.Accid Anal Prev，2011，43（2）：565-572.

[26]Neylan TC，Metzler TJ，Henn-Haase C，et al.Prior night sleep duration is associated with psychomotor vigi lance in a heal thy sample of pol ice academy recruits[J].Chronobiol Int，2010，27（7）：1493-1508.

[27]Sheaf f AK，Bennet t A，Hanson ED，et al.Physiological determinants of the candidate physical abi l ity test in f iref ighters[J].J St rength Cond Res，2010，24（11）：3110-3112.

（收稿：2014-05-05 修回：2014-06-09 編校：齊 彤）

R 87

A

2095-3496（2014）03-0194-03

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題資助項(xiàng)目（2012BAI38B01），國(guó)家自然基金青年基金資助項(xiàng)目（81100897），軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院附屬醫(yī)院創(chuàng)新科研基金資助項(xiàng)目（cx2012-18)

100071 北京，解放軍第307醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科（樊雙義）；總參四部管理保障辦公室（李劍波）

樊雙義，E-mai l：fanshy309@sina.com