睡眠潛伏期中生物鐘作用時(shí)效的測(cè)量方法

李清華 謝水清 中南民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院腦認(rèn)知科學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (武漢 430074)

0 引言

失眠是指長(zhǎng)期存在的入睡困難，并且白天感覺(jué)精神和體力沒(méi)有得到恢復(fù)，感到身心疲憊[1]。失眠最常見(jiàn)的是睡眠抱怨，影響著大約30～40%的成年人[2～4]，且研究發(fā)現(xiàn)在1～2%的普通人群和12～15%睡眠疾病中心的病人中，失眠是導(dǎo)致抑郁癥的一個(gè)已知的、獨(dú)立的危險(xiǎn)因素[5]。

盡管失眠廣泛流行，且嚴(yán)重?fù)p害白天工作的效率，甚至可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，但是，失眠常常沒(méi)有得到有效地治療。即使在那些接受了治療的失眠者中，大多數(shù)是接受的藥物治療[6]，并認(rèn)為藥物治療失眠是最有效的[7]。然而，藥物的效應(yīng)是雙向的，它在解除失眠的同時(shí)，往往也削弱了白天正常工作學(xué)習(xí)的效率，且經(jīng)常服用不利于健康。因此，非藥物治療失眠是一個(gè)很好的選擇。

失眠大多數(shù)都是因不能抑制延綿不斷的思緒而無(wú)法入睡。延綿不斷的思緒，如不愉快的想法、對(duì)睡眠質(zhì)量的擔(dān)憂等等，被稱(chēng)為“失控的認(rèn)知活動(dòng)”[8～10]。抑制失控的認(rèn)知活動(dòng)，成為解除失眠的關(guān)鍵。

當(dāng)前，非藥物治療失眠中，被認(rèn)為比較有效的方法是認(rèn)知行為治療(Cognitive behavior therapy )。這種方法實(shí)際上是多種方法的綜合，包括刺激控制(stimuluscontrol)(只有當(dāng)困倦的時(shí)候才上床睡覺(jué))、 睡眠限制(sleep restriction)(估計(jì)平均每晚睡眠的時(shí)間，并限制躺在床上的時(shí)間，使其與估計(jì)的時(shí)間大致相等)、睡眠保健(sleep hygiene)(教失眠者怎么干預(yù)睡眠)、放松(relaxation)、認(rèn)知重建(cognitive restructuring)(改變關(guān)于睡眠的失去理性的信念)、似是而非的意圖(paradoxical intention)(明確告知失眠者上床睡覺(jué)時(shí)努力保持清醒)或者想象訓(xùn)練(imagery training)(例如，在大腦中想象一個(gè)普通物體的形狀、顏色、運(yùn)動(dòng)和質(zhì)感)[11～12]。這些方法本質(zhì)上都是減少失控認(rèn)知活動(dòng)的發(fā)生，或者通過(guò)自主進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)與失控認(rèn)知活動(dòng)相互作用，轉(zhuǎn)移失控認(rèn)知活動(dòng)占用的腦注意資源，中斷失控的認(rèn)知活動(dòng)來(lái)解除失眠[13]。雖然認(rèn)知行為治療失眠已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，然而實(shí)際治療效果并非理想，這種方法沒(méi)有為失眠者提供最有效的心理治療[12]，甚至對(duì)于不同的失眠者差異很大[14]。

通過(guò)分析認(rèn)知行為治療失眠的方法，存在三個(gè)問(wèn)題：一是通過(guò)自身進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)來(lái)抑制失控的認(rèn)知活動(dòng)，雖然為抑制失控認(rèn)知活動(dòng)提供了依據(jù)，但卻沒(méi)有為維持注意轉(zhuǎn)移、阻止失控狀態(tài)的反彈提供指導(dǎo)，也無(wú)法避免自身進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)轉(zhuǎn)化為新的失控認(rèn)知活動(dòng)。二是忽視了在抑制失控認(rèn)知活動(dòng)的同時(shí)，人體生物鐘的作用，且自身進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)本身就干擾了生物鐘的作用。失控認(rèn)知活動(dòng)實(shí)際上打斷了生物鐘的作用時(shí)間，導(dǎo)致人無(wú)法入睡。抑制失控認(rèn)知活動(dòng)的目的就在于滿足生物鐘的作用時(shí)間，使其不被有害認(rèn)知活動(dòng)干擾。眾所周知的一種現(xiàn)象是猝睡現(xiàn)象，這種現(xiàn)象表明，即使十分困倦，只要處于靜息的時(shí)間很短，腦也不會(huì)從覺(jué)醒狀態(tài)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；但是，靜息的時(shí)間一旦超過(guò)一定長(zhǎng)度，腦將瞬間進(jìn)入睡眠狀態(tài)，例如，在繁忙的十字路口等待綠燈放行時(shí)，長(zhǎng)途跋涉的汽車(chē)司機(jī)常常會(huì)睡著。三是這種方法無(wú)法給出使人入睡需要抑制失控認(rèn)知活動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度。

因此，我們認(rèn)為要控制從覺(jué)醒狀態(tài)(認(rèn)知-反應(yīng)水平高)向睡眠狀態(tài)(認(rèn)知-反應(yīng)水平低)轉(zhuǎn)化，必須用外部間歇式的刺激，來(lái)替代積極連續(xù)自主進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)，并適當(dāng)調(diào)整外部刺激的特性，抑制失控認(rèn)知活動(dòng)來(lái)滿足生物鐘作用的時(shí)間(即，在這段時(shí)間中，無(wú)認(rèn)知活動(dòng)發(fā)生)，我們把生物鐘作用的這種特性，簡(jiǎn)稱(chēng)為生物鐘作用時(shí)效；更重要的是測(cè)量出生物鐘作用時(shí)效，并用測(cè)量的結(jié)果調(diào)整外部刺激間隔，就能更好地促進(jìn)向睡眠方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量生物鐘作用時(shí)效，并驗(yàn)證以上的設(shè)想，所有實(shí)驗(yàn)被試者一樣，用以對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 被試者

我校16名研究生，其中男14例，女2例，年齡23～28歲。根據(jù)匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)(Pittsburgh sleep quality index,PSQI)測(cè)量，他們的PSQI值均小于7，屬于睡眠正常。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備為自主研發(fā)的便攜式睡眠監(jiān)控儀。該儀器由4個(gè)主要部分組成。這4個(gè)部分分別為產(chǎn)生聲音刺激的蜂鳴器、采集被試動(dòng)作反應(yīng)的加速度傳感器、負(fù)責(zé)計(jì)算分析的主控單位以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位。其中主控單位根據(jù)加速度傳感器獲取的被試反應(yīng)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，分析出被試狀態(tài)，然后給出相應(yīng)的聲音刺激。

1.3 實(shí)驗(yàn)程序

為測(cè)量出人在真實(shí)睡眠環(huán)境下的生物鐘作用時(shí)間，睡眠儀由被試者帶回自己的宿舍，并在晚上睡覺(jué)時(shí)戴上。實(shí)驗(yàn)時(shí)，儀器戴在食指上。儀器開(kāi)機(jī)之后，會(huì)通過(guò)蜂鳴器向人體提供兩種聲音刺激。一種為“短聲音”，聲音時(shí)間長(zhǎng)度為200ms,此聲音刺激不需要人體作出反應(yīng)，我們稱(chēng)之為非目標(biāo)刺激；另一種為“長(zhǎng)聲音”，聲音時(shí)間長(zhǎng)度為500ms，此聲音刺激要求人體作出反應(yīng)，我們稱(chēng)之為目標(biāo)刺激。兩種聲音刺激的時(shí)間長(zhǎng)度差別比較明顯，使人在睡覺(jué)時(shí)能容易地辨別目標(biāo)刺激和非目標(biāo)刺激，且將聲音強(qiáng)度調(diào)整到人在清醒狀態(tài)下，剛好能聽(tīng)到聲音。當(dāng)聽(tīng)到目標(biāo)刺激時(shí)，戴儀器的食指輕輕動(dòng)一下。

1.4 實(shí)驗(yàn)刺激物及呈現(xiàn)方式

1.4.1 實(shí)驗(yàn)1刺激物及呈現(xiàn)方式

睡眠儀只向被試者提供目標(biāo)刺激，且刺激間隔為隨機(jī)產(chǎn)生的6～25s之間。因?yàn)橹挥幸环N聲音刺激，不需要辨別不同的聲音刺激。為了減少聲音對(duì)人睡眠的干擾，將目標(biāo)刺激的聲音時(shí)間長(zhǎng)度調(diào)整為200ms。當(dāng)人體對(duì)連續(xù)6次刺激未做出反應(yīng)，則關(guān)機(jī)。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)2刺激物及呈現(xiàn)方式

睡眠儀提供的聲音刺激同實(shí)驗(yàn)1相比，只是將刺激間隔調(diào)整為隨機(jī)產(chǎn)生的16到35s之間。

1.4.3 實(shí)驗(yàn)3刺激物及呈現(xiàn)方式

睡眠儀向人體提供的聲音刺激同實(shí)驗(yàn)2相比，增加了非目標(biāo)刺激，且非目標(biāo)刺激聲音時(shí)間長(zhǎng)度為200ms，目標(biāo)刺激聲音的時(shí)間長(zhǎng)度為500ms。目標(biāo)刺激和非目標(biāo)刺激等概率出現(xiàn)。

1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

睡眠儀的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單位存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括提供聲音刺激的時(shí)刻、刺激類(lèi)型、人的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)正誤。如果反應(yīng)時(shí)間超過(guò)2s，則認(rèn)為沒(méi)有對(duì)刺激做出反應(yīng)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，首現(xiàn)將數(shù)據(jù)繪制成圖形。圖形以時(shí)間為橫坐標(biāo)，人的反應(yīng)時(shí)間為縱坐標(biāo)。其中對(duì)目標(biāo)刺激的反應(yīng)繪制成黑點(diǎn)，對(duì)非目標(biāo)刺激的反應(yīng)繪制成叉。為了更直觀地觀察人對(duì)刺激反應(yīng)的快慢，我們做了這樣的處理：反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)(反應(yīng)慢)，點(diǎn)就越靠近橫坐標(biāo)；反應(yīng)時(shí)間越短(反應(yīng)快)，點(diǎn)就越遠(yuǎn)離橫坐標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)1的數(shù)據(jù)圖形如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)1的數(shù)據(jù)圖形

實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)圖形與實(shí)驗(yàn)1相似。如圖2

圖2 實(shí)驗(yàn)2的數(shù)據(jù)圖形

實(shí)驗(yàn)3增加了非目標(biāo)刺激，其數(shù)據(jù)圖形如圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)3的數(shù)據(jù)圖形

2 結(jié)果

2.1 生物鐘作用時(shí)效統(tǒng)計(jì)

生物鐘作用時(shí)效的測(cè)量方法是通過(guò)睡眠儀存儲(chǔ)單位存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到被試者在睡著前最后一次對(duì)目標(biāo)刺激作出反應(yīng)的時(shí)刻，以及睡著(關(guān)機(jī)前，連續(xù)6次對(duì)目標(biāo)刺激失去反應(yīng)，其中第一次未反應(yīng)的時(shí)刻)的時(shí)刻，計(jì)算它們的時(shí)間差，這個(gè)差值就是我們需要測(cè)量的生物鐘作用時(shí)效。實(shí)驗(yàn)1中，測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效平均值為18.67±2.24s，最大值為22s，最小值為16s。實(shí)驗(yàn)2中，測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效平均值為25±6.54s，最大值為33s，最小值為16s。

實(shí)驗(yàn)1測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示：

被試者編號(hào)性別匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)生物鐘作用時(shí)效(男:M 女:F)(PSQI)(單位：分)(單位：秒)2 M 4 16 5 M 4 20 6 M 5 17 7 M 5 17 9 M 4 21 10 M 4 16 11 M 6 22 12 M 4 20 15 F 5 19均值(X±s) 4.56±0.73 18.67±2.24

實(shí)驗(yàn)2測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示：

被試者編號(hào)性別匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)生物鐘作用時(shí)(PSQI)(單位：分)(男:M 女:F)效(單位：秒)1 M 5 30 2 M 4 25 3 M 4 31 5 M 4 19 6 M 5 16 7 M 5 20 9 M 4 33 10 M 4 29 11 M 6 32 12 M 4 18 13 M 5 17 15 F 5 30均值(X±s) 4.58±0.67 25±6.54

2.2 睡眠潛伏期統(tǒng)計(jì)

睡眠潛伏期是指開(kāi)始睡覺(jué)到睡著所經(jīng)歷的時(shí)間。它的測(cè)量方法是根據(jù)睡眠儀存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的時(shí)刻和睡著的時(shí)刻，這兩個(gè)時(shí)間差就是我們要測(cè)量的睡眠潛伏期的值。實(shí)驗(yàn)1中,有9名被試者在30min以?xún)?nèi)睡著，另外7名，由于在超過(guò)30min以后還不能睡著，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。睡眠潛伏期的平均值為25.6±4.19min，最大值為30.2min，最小值為19.1min。實(shí)驗(yàn)2中，有12名被試者在30min以?xún)?nèi)睡著。睡眠潛伏期的平均值為19.73±4.66min，最大值為27.47min，最小值為11.42min。實(shí)驗(yàn)3，有14名被試者在30min以?xún)?nèi)睡著。睡眠潛伏期的平均值為18.24±6.24min，最大值28.47min，最小值10.2min。

實(shí)驗(yàn)1測(cè)得的睡眠潛伏期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示。

被試者編號(hào)性別匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)生物鐘作用時(shí)(PSQI)(單位：分)( 男:M 女:F)效(單位：秒)2 M 4 30.18 5 M 4 30.2 6 M 5 23.47 7 M 5 20.8 9 M 4 22.58 10 M 4 28.5 11 M 6 19.1 12 M 4 26.83 15 F 5 28.72均值(X±s) 4.56±0.73 25.6±4.19

實(shí)驗(yàn)2測(cè)得的睡眠潛伏期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示。

被試者編號(hào)性別匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)生物鐘作用時(shí)效(單位：秒)1 M 5 22.2(男:M 女:F)(PSQI)(單位：分)M 2 4 15.55 3 M 4 27.47 5 M 4 11.42 6 M 5 18.28 7 M 5 24.15 9 M 4 17.72 10 M 4 19.78 11 M 6 16.43 12 M 4 16.05 13 M 5 24.95 15 F 5 22.73均值(X±s) 4.58±0.67 19.73±4.66

實(shí)驗(yàn)3測(cè)得的睡眠潛伏期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表所示。

3 討論

3.1 生物鐘作用時(shí)效測(cè)量的誤差分析

被試者編號(hào)性別匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)生物鐘作用時(shí)效 (單位：秒)1 M 5 16.58 2 M 4 27.13( 男:M 女:F)(PSQI)(單位：分)3 M 4 10.2 4 M 6 14.55 5 M 4 10.8 6 M 5 28.47 7 M 5 20.37 M 9 4 11.08 10 M 4 15.3 11 M 6 13.42 12 M 4 17.5 13 M 5 20.75 14 M 6 26.9 15 F 5 22.35均值(X±s) 4.79±0.8 18.24±6.24

實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效有較大的差別，其原因是它們的刺激間隔不同。假設(shè)在上次目標(biāo)刺激發(fā)生后16s，被試者剛好睡著，而本次目標(biāo)刺激卻在16s之后才出現(xiàn)，那么測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效就會(huì)大于16s，因此就會(huì)產(chǎn)生誤差。目標(biāo)刺激間隔越大，誤差就越大。實(shí)驗(yàn)1測(cè)得的生物鐘作用時(shí)效是最精確的，卻對(duì)睡眠的干擾是最大的。實(shí)驗(yàn)3加入了非目標(biāo)刺激，因?yàn)閮纱文繕?biāo)刺激中間可能存在若干個(gè)非目標(biāo)刺激，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量生物鐘作用時(shí)效。

3.2 縮短入睡潛伏期比較

實(shí)驗(yàn)1只有目標(biāo)刺激，由此被試者無(wú)需對(duì)目標(biāo)和非目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，這會(huì)減少腦的認(rèn)知信息處理，即將人腦的意識(shí)活動(dòng)降低，突出了生物鐘的作用。但是，另一方面，由于機(jī)控的腦的認(rèn)知信息處理的減少，不能有效地轉(zhuǎn)移注意力，且刺激間隔比較短，不能滿足生物鐘作用時(shí)間的要求。實(shí)驗(yàn)僅有一半人能睡著，對(duì)睡眠干擾較大，不能有效地縮短入睡潛伏期。

實(shí)驗(yàn)2仍然只有目標(biāo)刺激，根據(jù)實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果，將刺激間隔范圍調(diào)整到16到35s。與實(shí)驗(yàn)1相比，刺激間隔變長(zhǎng)了，滿足了生物鐘作用時(shí)間的要求。但是，只有目標(biāo)刺激，被試者不用對(duì)目標(biāo)和非目標(biāo)刺激進(jìn)行辨別，無(wú)法有效地中斷原來(lái)的失控認(rèn)知活動(dòng)，生物鐘也就不能完全起作用。因此，對(duì)于存在失控認(rèn)知活動(dòng)的被試者，仍然不能滿足生物鐘作用時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)3不僅有目標(biāo)刺激，還增加了非目標(biāo)刺激，這就要求被試者對(duì)刺激進(jìn)行辨別，可有效中斷原來(lái)的失控認(rèn)知活動(dòng)；刺激間隔16到35s，能滿足生物鐘作用的時(shí)間，有很好的實(shí)驗(yàn)效果，能有效縮短入睡潛伏期。

本文僅對(duì)一般人群睡眠的生物鐘作用時(shí)間進(jìn)行了測(cè)量，尚未對(duì)失眠者進(jìn)行類(lèi)似的測(cè)量，以后的研究應(yīng)測(cè)量更多的失眠者。此外，睡眠儀器還不夠智能，未來(lái)的睡眠儀應(yīng)具有分析判斷人睡眠時(shí)大腦的不同狀態(tài)，并根據(jù)不同的狀態(tài)，智能地調(diào)整刺激。

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