脑力疲劳评定方法现状

【关键词】  睡眠剥夺

　　【关键词】 脑力疲劳；评定方法；睡眠剥夺

　　0引言

　　随着科技的进步，军队武器系统的更新以及夜视技术的，战争对作战部队提出了一些新的要求，如必须具备24 h全天候的机动和作战能力. 要求在战时特殊环境下，指战员必须克服睡眠缺失、紧张焦虑以及其他因素所带来的心理和生理上的负面影响，在规定的时限内，随时以本人的最高技能标准投入战斗. 尽管目前的军事作业中由于广泛地采用机械化、智能化设备而使体力劳动的比例日趋减少，可是，脑力劳动的比例却在不断增加. 在这样的背景下，如何对抗脑力疲劳对人体生理心理功能所造成的负面影响，延长指战员的有效作战时间，已成为现代军事医学中重要的研究课题之一. 而此课题的起点就是如何构造脑力疲劳的医学模型和如何量化脑力疲劳.

　　1脑力疲劳医学模型的构建

　　脑力疲劳指的是一种缺乏动机与警觉的主观感觉，其主要表现为头脑昏沉，注意力不易集中，思考困难，健忘，欲望降低，工作绩效下降且易出差错等. 仔细分析此定义可以看出，它只是脑力疲劳的一种描述性定义，仅从心理层面和工作绩效上对其进行了描述，并没有揭示其本质. 实际上，为了准确把握和理解脑力疲劳的概念应在四个层面上加以考虑. 首先从工作绩效的表现，或操作层面讲，脑力疲劳会导致工作绩效的降低，操作水平的下降. 第二从心理层面上讲，个体具有明显的主观疲劳感，表现为缺乏动机，头脑昏沉，注意力不易集中，思考困难，健忘等. 第三从生理层面讲，个体的内稳态系统遭到破坏，产生多种不良生理表现，如脑电图(electroencephalograph，EEG)中α和θ波的增加，β波的减少. 第四个层面就是抛开脑力疲劳的各种外在的、心理的和生理的表现，直接去探究脑力疲劳的发生机制. 换言之，前三个层面讲的是现象，第四个层面讲的是机制.
 
　　在脑力疲劳的研究中，尽管前人已进行了多年的探索，但离彻底揭示脑力疲劳的发生机理还很遥远，目前的研究多局限于脑力疲劳前三个层面的研究. 脑力疲劳研究最大的难点之一就是脑力疲劳医学模型的建立. 之所以困难其原因有： ① 导致脑力疲劳发生的影响因素过多；② 以正常健康的人为对象的实验研究不能对人造成不可逆的生理和心理创伤，更不能危及被试的生命；③ 由于动物不能同人进行有效的交流，无法反映脑力疲劳的一个重要特征，主观疲劳感，因此，脑力疲劳的研究不能选择动物作为研究对象.

　　鉴于上述原因，脑力疲劳的研究受到了很大的限制. 若以正常人为对象的脑力疲劳研究过分地拘泥于各种影响因素，脑力疲劳将会变得无法研究. 在此情况下，人们也就想到了用睡眠剥夺（sleep deprivation， SD）来建立脑力疲劳的医学模型. 一方面SD对人体造成的负性影响与脑力疲劳有多种相似之处，都会导致操作水平降低，警觉性下降；另一方面对SD的可控制性明显提高，剥夺时间可长可短；第三，SD比较安全，能以正常人为研究对象，且不至于对人体生理、心理机能造成不可逆的创伤. 尽管从严格意义上讲，不能将脑力疲劳与SD所导致的人体生理、心理机能的负性状态划等号，可后者作为前者的一种特例还是可以为人们所接受的. 因此，SD也就成为了构建脑力疲劳医学模型的一种权宜的方法. 但须特别提醒的是，以这种方法进行脑力疲劳研究，存在的问题： ①  脑力疲劳的发生机制，毕竟睡眠的机制不能完全等同于脑力疲劳的机制；② 此类研究的生态效度问题. 这些研究大多是在实验室中进行的，其在现实中的可推广性实际上是有疑问的.

　　2脑力疲劳的评定方法

　　脑力疲劳的成因是多种多样的，表现形式也不尽相同，但总的来说都表现出头脑昏沉，注意力不易集中，思考困难，欲望下降，工作绩效降低等症状. 因此，对脑力疲劳现象所进行的观察研究，其评定方法必须是多维的. 评定方法区分为两大类： 主观评定法和客观评定法.
 
　　2.1主观评定法脑力疲劳是一种主观感觉，因此对脑力疲劳主观成分的评定非常重要. 对脑力疲劳的主观评定主要是通过问卷调查的形式来进行的. 这种方式能够提供关于脑力疲劳的多种信息，如脑力疲劳出现的时间、造成疲劳的原因和主观上的不舒适感觉等. 实际上有很多关于脑力疲劳的研究就是通过问卷调查的方式来进行的，如飞行疲劳的评定.

　　主观评定法不仅可以应用于疲劳的评定，还可以用于情绪情感，脑力负荷等多种心理表现的评定. 根据评定是由被试本人做出，还是由他人做出，主观评定法又可分为主观自评和主观他评. 平常应用最多的仍然是主观自评的方法.
 
　　主观他评多采用人面部的视频图像来进行评估［1］. 实验者根据被试的特点，例如面部表情、缓慢的眼睑闭合、和举止（如擦拭、打哈欠和点头）估计出被试的困倦水平. 在国外曾有人使用驾驶员面部的视频摄像，并配合即时的生理测量来进行研究［2］. 由于种种原因的限制，在实验中加入“面部表情评定”的研究鲜见. 但是，随着机图形图像技术和模式识别技术的发展，此方法会取得实质性的突破，走向应用.

　　尽管主观评定法具有评分主观、评分标准不易统一、受记忆及其它个人能力的影响，甚至还存在有被试故意隐瞒真实感受、猜测题目含义、迎合主试期望等多种缺点. 但由于这种评定方法操作简单、直接、费用低廉、加之对任务完成无干扰、易被接受等优点，它仍是一种被广为采用的评定脑力疲劳的方法. 并且很多研究表明，主观评定法是有一定价值的. 对于主观评定法，尤其是在脑力疲劳的研究中，关键的问题还不在于被试是否如实回答问题，如被试是否故意隐瞒自己的真实感受，是否会难耐疲劳引起的不良情绪而胡乱涂鸦等. 真正的问题在于，当人处于脑力疲劳状态时，被试是否仍然具有完整的自我状态监控能力，用心的术语来讲就是被试的元认知能力是否受到损害. 若这种能力受到损害，则主观自评的方法就会变得完全毫无意义，没有任何参考价值. 因为，此时被试已不能对自身状态正确感知. 有研究曾对8名被试的元认知能力变化在63 h完全SD条件下进行了全程监测，结果表明，个体自我监控的元认知能力是一种相对独立的能力，不超过63 h的SD时间内，基本上是没有受到损害的，但更长的时间则不得而知［3］. 因此，在实际的脑力疲劳评定工作中仅用主观评定法是不够的，还需有客观的评定方法予以支持.

　　2.2客观评定法所谓客观评定法是指借助于仪器、设备等辅助工具记录人体行为、生理、生化方面的某些指标的变化并进行评定的方法. 这些指标是客观的，不以观察者的个人喜好、经验而发生变化，因而这种方法被称之为客观评定法. 根据对脑力疲劳客观评定的层面不同，可将客观评定法区分为： ① 心理学、行为学指标评定法；② 生理学指标评定法；③ 生化指标评定法.

　　2.2.1心理学、行为学指标评定法用于评定脑力疲劳的心理学、行为学指标评定法主要是指采用心理运动测验和心理测验方法对脑力疲劳所进行的评定. 心理运动测验可以测量人的知觉、认知解释和运动反应. 这些测验包括模拟驾驶、打字和反应时测验等. 在此有这样一个基本假设，即假设作业绩效的降低是疲劳的标志. 此外，心理测验也用于测量疲劳，这些测验包括注意测验（如划消测验），估计测验（如对时间间隔的估计），加法运算等. 心理运动测验和心理测验的一个不利之处在于这类测验会提升被试的大脑活动水平，这样以来就很有可能暂时掩盖了任何可能的疲劳迹象［4］.

　　国内自20世纪90年代以来，国外相关也进行了一系列的脑力疲劳评定及其对抗措施的研究，这些工作主要是由第四军医大学航空航天医学系的科研人员完成的，所采用的脑力疲劳评定方法绝大部分是心、行为学指标评定法［5-6］. 由于缺乏明确的理论指导，国内研究者所选择的测验任务大多相当随意，只是根据国外的相关文献报道，筛选出对脑力疲劳变化反应敏感的测验作为自己实验中的测验任务，至于这些测验任务彼此间的内在联系则不得而知. 上述情况不仅在国内，即使在国外的研究中也相当普遍［7-8］，因此，绝大部分研究结果彼此间是不具有可比性的.
 
　　关于脑力疲劳，很多研究者将其理解为一种介于清醒与睡眠之间的过渡状态，它的一端指向睡眠，另一端指向放松和休息. 而在这一连续体中贯穿始终的就是唤醒状态或注意能力的变化，换而言之，即脑力疲劳状态下认知任务工作绩效和工作水平的下降是由于注意缺陷所造成的［9］.
 
　　2.2.2生理学指标评定法关于脑力疲劳，还有一个隐含的假设，即认为脑力疲劳是中枢性质的，影响全身的. 因此脑力疲劳的生理学指标主要是一些电生理指标，如脑电图、眼电图、心电图、事件相关电位等. 其中研究最多，影响最大的目前仍是脑电图. 在许多早期的研究中，从脑电图中可获得信息是相当有限的，这主要是因为用于取样的头皮位点太少. 随着技术的进步，现在的脑电图仪器已能够记录到更多的头皮位点. 国际10~20系统能覆盖整个头皮. 这样以来，就大大增加了脑电图在生理学研究和临床诊断上的价值. 在疲劳的研究中，EEG现在已是最广泛采用的用于评定中枢神经系统变化的指标之一. 尽管这方面的研究很多，但结果却多种多样，许多问题上并没有形成共识［10］.
 
　　另一种对疲劳和困倦有前景的测量是眼动，即用眼电图进行评估. 由于眼睛和大脑之间有着丰富的感觉运动联系，因此，眼动能够提供有关困倦的，有价值的警告标识，是一个很有潜力的脑力疲劳评定指标.
 
　　对于脑力疲劳的测量，除了上述的电生理指标外，还有心电图和事件相关点位（eventrelated potentials， ERP）. 眼电图一直被用于工作负荷的测量，尤其是驾驶条件下的工作负荷. ERP，又称诱发电位（evoked potentials, EP），也是一种有前景的指标［11］. 尽管这两项评估方法很有潜力，但就目前而言，也仅是刚刚开始，亟需更加深入细致地进行研究.

　　2.2.3生化指标评定法在脑力疲劳的评定中，前人还做过一些关于睡眠激素或多肽的研究，但在对这方面的文献进行时发现，关于睡眠所需要的化学指标方面，就目前而言，尚无一致的结论，实验结果也各不相同. 最近的一个关于睡眠的综述中还写道烯醇酮，褪黑激素，腺（嘌呤）核苷这些物质同睡眠有关，同时也说明这些与睡眠有关的神经化学变化是复杂的和难于分析的［12］. 此外，由于对生化参数的测量涉及到侵入性技术，因此，我们认为就目前而言，生化指标用于评定脑力疲劳在很多场合下是不合适的. 但随着技术的进步，情况可能会发生一些改变，因为现在已经有人发明出了能够分析血液成分的敏感性微光谱仪，使用时只需在耳垂上放置一个感受器即可，这一技术的出现很可能会使疲劳评定生化方法在不久的将来变得切实可行.

　　3展望

　　关于脑力疲劳的主观评定方法具有操作简单、直接、费用低廉、对任务完成无干扰等优点. 但主观评定法无论从理论上，还是从实际操作上，都存在一定的缺陷. 从理论上讲，当人处于脑力疲劳状态时，人对自身状态的自我监控能力是否仍然能够保持完整，是值得进一步探讨的. 在实际操作过程中，可能会出现被试故意隐瞒自己真实感受，随意涂鸦，迎合主试意图等现象. 因此，尽管有文献认为主观评定具有一定的参考价值，但在实际的研究中主观评定法仍然不宜单独使用，还必须有其它客观指标的予以支持.
 
　　脑力疲劳评定的客观评定法中目前使用最广、研究最多的是心理学、行为学指标评定法. 一方面是因为心理学、行为学指标评定方法费用低廉，方法多样，易于操作，且效果良好；另一方面还因为其它方法的发展还很不成熟. 例如生理学指标评定法的EEG，尽管可以反映大脑的唤醒水平，但在实际操作方面，脑电图的测量不仅需要昂贵的设备，而且测量的操作也相当复杂，并且数据的分析仅能根据脑电的频率将其区分为α, β, δ, θ等少数几个波形，至于这些波形的更深层含义的解析并没有取得突破性进展. 脑电图如果应用于现场研究，则必须开发出便携式装备，因此脑电图的研究几乎全部局限于实验室研究，这就使得它的研究受到了很大的限制.

　　对于生化指标，正如前面所讲不仅数据收集困难，而且难于分析，再加上收集这些指标会涉及到侵入性技术，因此，作为评定脑力疲劳的工具在很多场合下也是不合适的.

　　【参考文献】

　　［1］ Belyavin A, Wright NA. Changes in electrical activity of the brain with vigilance ［J］. Electroencephalogr Clin Neurophysiol, 1987,66(2):137-144.

　　［2］ Lal SKL, Craig A. Driver fatigue: Psychophysiological effects ［M］. Australia: The Fourth International Conference on Fatigue and Transportation, 2000.

　　［3］ 曹雪亮. 脑力疲劳的注意特征及主观评定方法的实验研究［D］. 第四军医大学硕士博士研究生毕业, 2003,118-127.

　　［4］ Grandjean E. Fatigue in industry ［J］. Br J Ind Med, 1979,36:175-186.

　　［5］ 侯艳红, 苗丹民, 张林，等. 睡眠剥夺后小睡对睡眠脑电图结构的影响［J］. 第四军医大学学报，2004,25 （22）:2075.

　　［6］ 宋国萍,苗丹民,皇甫恩. 睡眠剥夺对工作记忆的影响［J］. 第四军医大学学报，2004,25 （18）:1707-1709.

　　［7］ Lal SKL, Craig A. Driver fatigue: Electroencephalography and psychological assessment ［J］. Psychophysiology, 2002,39(3):313-321.

　　［8］ Maruff P, Falleti MG, Collie A, et al. Fatiguerelated impairment in the speed, accuracy and variability of psychomotor performance: Comparison with blood alcohol levels［J］. J Sleep Res, 2005,14(1):21-27.

　　［9］ Katerina C, Yves D, Fabrice E, et al. Effect of cognitive behavioural therapy for insomnia on sleep architecture and sleep EEG power spectra in psychophysiological insomnia ［J］. J Sleep Res, 2004,13(4):385-393.

　　［10］ Robert H, Richard B, Roseanne A, et al. Changes in direct current potentials during sleep deprivation ［J］. J Sleep Res, 1996,5(3): 143-149.

　　［11］ Monicque ML, Merel K, Sander N, et al. Mental fatigue and task control: Planning and preparation［J］. Psychophysiology, 2000,37(5):614-625.

　　［12］ Judith R, Michiel BR, Jan S. The effects of caffeine on visual selective attention to color: An ERP study ［J］. Psychophysiology, 2000,37(4):427-429.