Flanker任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制研究
——基于ET技術(shù)

吳梅婷 林嶺 李克雪 吳燕

1 寧波市體育訓(xùn)練工作大隊(duì)（寧波315500）

2 寧波大學(xué)體育學(xué)院（寧波315211）

3 杭州高級(jí)中學(xué)（杭州310021）

4 安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院（合肥 233030）

運(yùn)動(dòng)員在長(zhǎng)期大負(fù)荷、高壓力的訓(xùn)練競(jìng)賽過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種生理及心理疲勞現(xiàn)象，生理疲勞又分為中樞疲勞和外周疲勞。中樞性疲勞（也稱為腦疲勞）一般是指因?yàn)槟X力負(fù)荷大而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能下降或紊亂而呈現(xiàn)出的腦疲勞現(xiàn)象[1]。運(yùn)動(dòng)員中樞疲勞除了主要與訓(xùn)練負(fù)荷較大有關(guān)外，可能與運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練過(guò)程中的復(fù)雜且高強(qiáng)度的認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)。在訓(xùn)練或比賽過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員要面對(duì)記憶、注意、判斷、選擇等各種認(rèn)知任務(wù)，長(zhǎng)時(shí)間承受較大負(fù)荷的復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)會(huì)引起運(yùn)動(dòng)員中樞疲勞。有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)認(rèn)知操作任務(wù)可以有效誘發(fā)運(yùn)動(dòng)員中樞疲勞，并伴發(fā)有關(guān)腦電、事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）等神經(jīng)生理指標(biāo)的變化及認(rèn)知能力的下降[2-5]。Acworth 最早提出5-羥色胺可能是導(dǎo)致中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)[6]。基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，關(guān)于運(yùn)動(dòng)負(fù)荷引起的中樞疲勞機(jī)制基本已經(jīng)達(dá)成共識(shí)[2-5，7-8]。而過(guò)往的研究由于缺乏針對(duì)人體的、無(wú)創(chuàng)的、有效的神經(jīng)遞質(zhì)檢測(cè)手段，導(dǎo)致目前尚缺乏認(rèn)知性中樞疲勞神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制的人體實(shí)驗(yàn)研究證據(jù)。

目前各領(lǐng)域關(guān)于中樞疲勞現(xiàn)象及機(jī)制研究的主流技術(shù)是神經(jīng)生理技術(shù)，如ERP、功能性磁共振成像（functional magnetic resonance image，fMRI）、近紅外（near infrared spectrum instrument，NIRS）、眼動(dòng)儀等[9-11]。根據(jù)科學(xué)還原論，有關(guān)腦電生理指標(biāo)的現(xiàn)象變化肯定有其更深層次的組織學(xué)或神經(jīng)化學(xué)的機(jī)制，但由于技術(shù)原理的局限，有關(guān)主流技術(shù)均難以解釋這些腦電信號(hào)變化的內(nèi)在神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制。腦波超慢漲落技術(shù)（encephal of luctuogram technology，ET）的誕生為中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制研究提供了一個(gè)有效手段。ET技術(shù)是我國(guó)首創(chuàng)的一種無(wú)創(chuàng)性實(shí)時(shí)腦功能研究技術(shù)，該技術(shù)能在完全自然和無(wú)創(chuàng)的條件下，獲得腦內(nèi)多種神經(jīng)遞質(zhì)變化的信息，再通過(guò)對(duì)不同神經(jīng)遞質(zhì)所對(duì)應(yīng)的特征頻率譜線的變化分析來(lái)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員中樞疲勞狀況及其神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制[12-21]。ET 技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、體育等領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要應(yīng)用于檢測(cè)和診斷神經(jīng)遞質(zhì)相關(guān)疾病[22-26]，在體育領(lǐng)域主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員選材、競(jìng)技狀態(tài)評(píng)價(jià)、訓(xùn)練的中樞適應(yīng)及訓(xùn)練性中樞疲勞等[19，27]。但針對(duì)運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知性中樞疲勞相關(guān)研究尚未引起充分關(guān)注。

運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知性中樞疲勞的實(shí)驗(yàn)室研究通常將認(rèn)知操作任務(wù)作為誘發(fā)手段。其中，F(xiàn)lanker 任務(wù)是中樞疲勞研究常用的比較成熟的任務(wù)范式之一，國(guó)內(nèi)外通常采用持續(xù)1～2小時(shí)的Flanker任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞[4，8，28-29]，并結(jié)合行為學(xué)數(shù)據(jù)和心率變異指標(biāo)來(lái)輔助評(píng)價(jià)中樞疲勞[30-32]，探索持續(xù)一段時(shí)間的認(rèn)知任務(wù)誘發(fā)的中樞疲勞對(duì)認(rèn)知等功能的影響。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)45～60 min認(rèn)知任務(wù)可有效誘發(fā)中樞疲勞[4，29]。中樞疲勞的判斷指標(biāo)有心理、行為和生理生化三大類。其中，心理指標(biāo)包括主觀評(píng)定、情緒等；行為指標(biāo)包括反應(yīng)時(shí)、正確率等；生理指標(biāo)包括心率變異性（heart rate variability，HRV）、腦電波（electroencephalogram，EEG）等[7，33-34]。

要探索運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知性中樞疲勞的神經(jīng)生理機(jī)制，我們必須面對(duì)的主要問(wèn)題有：采用何種實(shí)驗(yàn)范式誘發(fā)運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知性中樞疲勞？這種實(shí)驗(yàn)誘發(fā)的認(rèn)知性中樞疲勞與中樞神經(jīng)遞質(zhì)變化有何關(guān)系并可通過(guò)ET 技術(shù)有效測(cè)評(píng)？

為回答前述有關(guān)問(wèn)題，綜合考慮前人研究、預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，本研究以大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員為被試，要求其執(zhí)行45 min Flanker 任務(wù)，通過(guò)行為學(xué)數(shù)據(jù)、心率變異綜合評(píng)價(jià)Flanker 任務(wù)是否能誘導(dǎo)出中樞疲勞，并基于ET 指標(biāo)探討由認(rèn)知加工任務(wù)誘導(dǎo)的中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制?；谏鲜鲇懻?，提出如下研究假設(shè)：①45 min Flanker 任務(wù)誘導(dǎo)的大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員中樞疲勞將伴發(fā)行為學(xué)指標(biāo)正確率（accuracy，ACC）降低、反應(yīng)時(shí)（reaction time，RT）延長(zhǎng)；HRV 的交感成分升高、迷走成分降低；②45 min Flanker任務(wù)可以減弱興奮性神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)度。假如研究結(jié)果驗(yàn)證了有關(guān)假設(shè)，則為認(rèn)知性任務(wù)誘導(dǎo)中樞疲勞提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并可能為有效評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的中樞疲勞提供一個(gè)客觀的測(cè)評(píng)手段。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

寧波大學(xué)大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員（均為二級(jí)）38 名，平均年齡20.72 ± 1.34 歲，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組19 名（男生13名，女生6名）、對(duì)照組19名（男生8名，女生11名）。要求：（1）被試身體健康，近期未服用藥物（包括中樞性藥物或感冒藥等）；（2）視力或矯正視力正常；（3）皆為右利手；（4）測(cè)試前24 小時(shí)內(nèi)禁止進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)；（5）測(cè)試前24 小時(shí)內(nèi)禁止飲酒；（6）測(cè)試前一晚保證正常睡眠；（7）被試從未進(jìn)行過(guò)類似認(rèn)知操作任務(wù)，避免學(xué)習(xí)和適應(yīng)效應(yīng)；（8）實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行ABQ、ET 測(cè)試，根據(jù)常模（北京同仁光電公司提供）剔除有疲勞的被試，確保無(wú)心理疲勞（ABQ[33]）及中樞疲勞（ET）的被試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究以Flanker 任務(wù)參與為自變量，ET 指標(biāo)、行為學(xué)數(shù)據(jù)、HRV為因變量。實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行45 min Flanker 任務(wù)，采集實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)后兩個(gè)時(shí)刻的腦電信號(hào)及HRV指標(biāo)；對(duì)照組則靜坐45 min，也采集實(shí)驗(yàn)前、后兩個(gè)時(shí)刻的腦電信號(hào)及HRV 指標(biāo)。全程記錄實(shí)驗(yàn)組操作Flanker任務(wù)過(guò)程中行為學(xué)數(shù)據(jù)。

Flanker任務(wù)編程：

通過(guò)E-Prime2.0 軟件進(jìn)行Flanker 任務(wù)的編程，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)1小時(shí)Flanker任務(wù)操作過(guò)程中的正確率和反應(yīng)時(shí)進(jìn)行全程記錄。該任務(wù)包括了側(cè)翼刺激與目標(biāo)刺激一致情況2種（HHH和SSS），側(cè)翼刺激與目標(biāo)刺激不一致情況2種（SHS和HSH），不同的刺激類型隨機(jī)呈現(xiàn)，出現(xiàn)概率相同，各為25%。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)于寧波大學(xué)體育學(xué)院心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。時(shí)間固定、人員統(tǒng)一。實(shí)驗(yàn)前告知被試實(shí)驗(yàn)流程，隱去任務(wù)操作所需要時(shí)間，要求被試填寫(xiě)知情同意書(shū)和基本情況調(diào)查表。準(zhǔn)備就緒后，引導(dǎo)被試坐于測(cè)試位上，調(diào)整座椅高度，使被試距屏幕80 cm，視角是0.3度（垂直方向）×0.7 度（水平方向）。主試再次詳細(xì)介紹Flanker任務(wù)的流程及ET 測(cè)試的注意事項(xiàng)并讓被試進(jìn)行15 次Flanker任務(wù)練習(xí)，待被試熟悉操作過(guò)程與實(shí)驗(yàn)要求后，正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

Flanker 任務(wù)要求被試快速而準(zhǔn)確的進(jìn)行按鍵反應(yīng)。首先呈現(xiàn)指導(dǎo)語(yǔ)，待被試明確任務(wù)后按“Enter”鍵呈現(xiàn)150 ms“+”注視點(diǎn)，提示被試將注意力集中于屏幕中心，緊接著呈現(xiàn)刺激任務(wù)材料，呈現(xiàn)時(shí)間為800 ms；刺激間隔呈現(xiàn)黑屏，呈現(xiàn)時(shí)間為400～600 ms，見(jiàn)圖1。所有刺激呈現(xiàn)為黑底白字，刺激呈現(xiàn)在屏幕中心，刺激材料為三個(gè)水平排列大寫(xiě)字母，中間的字母為目標(biāo)刺激，其余兩個(gè)字母為側(cè)翼干擾刺激，當(dāng)中間字母是“H”時(shí)，要求被試快速按左鍵進(jìn)行反應(yīng)；當(dāng)中間字母是“S”時(shí)，要求被試快速按右鍵進(jìn)行反應(yīng)。其中一半試項(xiàng)中側(cè)翼刺激和目標(biāo)刺激一致（如HHH 或者SSS），另一半試項(xiàng)側(cè)翼刺激和目標(biāo)刺激不一致（如SHS 或者HSH），不同的刺激類型隨機(jī)呈現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)任務(wù)由1 個(gè)15 min 的block 組成，包含830 個(gè)trials，共3 個(gè)block 時(shí)段。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求被試集中注意力，盡量減少眨眼，保持身體姿勢(shì)穩(wěn)定，試驗(yàn)流程由被試獨(dú)立完成，主試在旁全程觀察并記錄行為變化。實(shí)驗(yàn)后被試口頭報(bào)告實(shí)驗(yàn)過(guò)程中疲勞感的變化。

1.2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

1.2.3.1 ET指標(biāo)

圖1 Flanker任務(wù)流程

設(shè)備采用TRBX/12 型運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練狀態(tài)監(jiān)控儀（北京同仁光電技術(shù)公司研制）。按國(guó)際10-20 系統(tǒng)安置電極，選用F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T5、T6十二導(dǎo)聯(lián)進(jìn)行單極引導(dǎo)，雙耳連線為參考電極，前額正中接地保護(hù)。采樣頻率1～255 mHz，時(shí)間常數(shù)0.1 秒。信號(hào)采集時(shí)間為1024秒。

ET測(cè)試時(shí)要求被試保持清醒、坐位、閉目、安靜狀態(tài)。測(cè)試前被試先靜坐10 min 左右保持基線穩(wěn)定。采樣后待信號(hào)平穩(wěn)即進(jìn)入實(shí)際測(cè)試。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為：實(shí)驗(yàn)前采集18 min 的腦電信號(hào)，45 min flanker 任務(wù)后再采集18 min的腦電信號(hào)。

S譜系，包括S1系、S2系、S4系、S5系、S6系、S7系、S11系、S13系。不同的譜系代表不同的神經(jīng)遞質(zhì)。其中，S1 代表γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA），S2代表谷氨酸（glutamic acid，Glu），S4系代表5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），S5 系代表乙酰膽堿（acetylcholine，ACh），S6 系代表強(qiáng)興奮遞質(zhì)（excitatory transmitter，EXC），S7 系代表去甲腎上腺素（norepinephrine，NE），S11 系代表多巴胺（dopamine，DA），S13 系代表深抑制遞質(zhì)（inhibitory transmitter，INH）。比較實(shí)驗(yàn)前后的變化。

1.2.3.2 HRV指標(biāo)

Biofeedback 2000X-pert 生物反饋系統(tǒng)（Version 4.1），奧地利Schuhfried 公司生產(chǎn)，運(yùn)用設(shè)備EXG module 外設(shè)藍(lán)牙硬件檢測(cè)心率變異性。電極分別置于被試兩側(cè)鎖骨頭及大椎位置。HRV參數(shù)，時(shí)域法：平均正常RR 間期的標(biāo)準(zhǔn)差（standard diviation of NN intervals，SDNN）、相鄰RR 間期差的均方根（root-meansquare of difference-value of adjacent RR interval，RMSSD）；頻域法：低頻成分（low-frequency power，LF）0.04～0.15 Hz、高頻成分（high-frequency power，HF）0.15～0.40 Hz、低頻/高頻（low-frequency power/high-frequency power，LF/HF）。

HRV 指標(biāo)，根據(jù)頻域分析方法，計(jì)算頻域值：LF（單位：ms）、HF（單位：ms）、LF/HF；時(shí)域指標(biāo)：SDNN、RMSSD。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為：實(shí)驗(yàn)前采集18 min HRV指標(biāo)，45 min flanker 任務(wù)后再采集18 min HRV 指標(biāo)。其中，實(shí)驗(yàn)前采集的18 min 安靜狀態(tài)下的HRV數(shù)據(jù)作為基線。比較實(shí)驗(yàn)前后的變化。

1.2.3.3 行為學(xué)數(shù)據(jù)

行為學(xué)指標(biāo)包括正確率和反應(yīng)時(shí)。執(zhí)行45 min Flanker 任務(wù)操作過(guò)程中全程記錄行為學(xué)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集每15 min為一個(gè)時(shí)段，共采集3個(gè)時(shí)段，取各時(shí)段平均值分析。比較3個(gè)時(shí)間段的變化。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS18.0 軟件進(jìn)行方差分析，其中正確率和反應(yīng)時(shí)進(jìn)行單因素方差分析；HRV和ET指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析；行為學(xué)指標(biāo)、HRV 指標(biāo)與ET 指標(biāo)進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析。對(duì)不滿足球形檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量采用Greenhouse-Geisser 法矯正自由度和P值，事后比較（Post Hoc Test）采用LSD 法，將P＜0.05 定為具有顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 Flanker任務(wù)的行為學(xué)數(shù)據(jù)分析

如圖2A 所示，不同時(shí)段的正確率存在顯著性差異[F（2，18）=39.810，P＜0.001;η2=0.689]，第1 時(shí)段到第3 時(shí)段正確率總體呈下降趨勢(shì)，事后檢驗(yàn)顯示，3個(gè)時(shí)段的正確率均存在顯著性差異（P＜0.01）。如圖2B所示，不同時(shí)段的反應(yīng)時(shí)存在顯著差異[F（2，18）=8.383，P=0.001;η2=0.318]，事后檢驗(yàn)顯示，第1時(shí)段顯著高于第2 時(shí)段（P＜0.05），第1 時(shí)段與第3 時(shí)段存在非常顯著性差異（P＜0.01）。

圖2 不同時(shí)段被試正確率（A）和反應(yīng)時(shí)（B）變化

2.2 HRV指標(biāo)分析

不同時(shí)段HRV指標(biāo)的描述性結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組別（有認(rèn)知操作任務(wù)、無(wú)認(rèn)知操作任務(wù)）和測(cè)試時(shí)間（0 min、45 min）的重復(fù)測(cè)量方差分析可以發(fā)現(xiàn)，SDNN 在疲勞前后存在時(shí)間的主效應(yīng)[F（1，36）=9.035，P＜0.01;η2=0.201]，也存在疲勞與組別的交互作用[F（1，36）=6.463，P＜0.05;η2=0.152]；簡(jiǎn)單效應(yīng)分析結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組無(wú)顯著性差異；實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)組顯著高于對(duì)照組；對(duì)照組中，不同測(cè)試時(shí)間無(wú)顯著性差異；實(shí)驗(yàn)組中，實(shí)驗(yàn)后顯著高于實(shí)驗(yàn)前。RMSSD 在疲勞前后存在時(shí)間主效應(yīng)[F（1，36）=7.762，P＜0.01;η2=0.177]，也存在時(shí)間與組別的交互作用[F（1，36）=7.136，P＜0.05;η2=0.165]；簡(jiǎn)單效應(yīng)分析結(jié)果顯示，對(duì)照組的不同測(cè)試時(shí)間無(wú)顯著性差異；實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)后顯著高于實(shí)驗(yàn)前。HF 在疲勞前后存在時(shí)間主效應(yīng)[F（1，36）=5.200，P＜0.05;η2=0.126]，也存在疲勞與組別的交互作用[F（1，36）=6.064，P＜0.05;η2=0.144]；簡(jiǎn)單效應(yīng)分析結(jié)果顯示，對(duì)照組中，不同測(cè)試時(shí)間無(wú)顯著性差異；實(shí)驗(yàn)組中，實(shí)驗(yàn)前顯著高于實(shí)驗(yàn)后。結(jié)果提示實(shí)驗(yàn)干預(yù)任務(wù)導(dǎo)致SDNN、RMSSD、HF指標(biāo)產(chǎn)生有意義的干預(yù)效應(yīng)。

表1 不同時(shí)段HRV指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）

表1 不同時(shí)段HRV指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）

*P＜0.05，組內(nèi)不同時(shí)刻比較；#P＜0.05，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較

HRV指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)頻域指標(biāo)SDNN RMSSD LF HF LF/ HF組別（n=19）實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)前70.94 ± 30.80 71.85 ± 27.55 70.99 ± 45.85 72.95 ± 45.00 39.49 ± 6.62 40.10 ± 6.19 60.51 ± 6.62 59.90 ± 6.19 0.67 ± 0.20 0.69 ± 0.19實(shí)驗(yàn)后94.37 ± 33.99* #73.81 ± 24.56 93.74 ± 42.33*73.43 ± 45.40 42.63 ± 5.83 41.19 ± 6.37 57.37 ± 5.82*60.02 ± 6.22 0.76 ± 0.17 0.70 ± 0.19

2.3 ET指標(biāo)分析

2.3.1 抑制性遞質(zhì)的分析

不同時(shí)刻抑制性遞質(zhì)的描述性結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組別（有認(rèn)知操作任務(wù)、無(wú)認(rèn)知操作任務(wù)）和測(cè)試時(shí)間（0 min、45 min）的重復(fù)測(cè)量方差分析可見(jiàn)，γ-GABA和INH的測(cè)試時(shí)間和組別無(wú)顯著主效應(yīng)[F（1，36）=3.042，P＞0.05;η2=0.090；F（1，36）=0.266，P＞0.05 ;η2=0.007]；測(cè)試時(shí)間與組別無(wú)顯著交互作用[F（1，36）=0.058，P＞0.05;η2=0.002]。5-HT 的測(cè)試時(shí)間影響顯著[F（1，36）=7.756，P＜0.01;η2=0.184]；組別主效應(yīng)不顯著；測(cè)試時(shí)間與組別的交互作用顯著[F（1，36）=7.528，P＜0.01;η2=0.189]。簡(jiǎn)單效應(yīng)分析結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組無(wú)顯著性差異；實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)組顯著高于對(duì)照組。對(duì)照組中，不同測(cè)試時(shí)間無(wú)顯著性差異；實(shí)驗(yàn)組中，實(shí)驗(yàn)后顯著高于實(shí)驗(yàn)前。結(jié)果提示實(shí)驗(yàn)干預(yù)任務(wù)導(dǎo)致5-HT指標(biāo)產(chǎn)生有意義的干預(yù)效應(yīng)。

表2 不同時(shí)刻抑制性遞質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）

表2 不同時(shí)刻抑制性遞質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）

*P＜0.05，**P＜0.01，組內(nèi)不同時(shí)刻比較；#P＜0.05，##P＜0.01，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較

抑制性遞質(zhì)γ-GABA 5-HT INH組別（n=19）實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)前8.32 ± 4.23 8.68 ± 2.24 16.84 ± 5.57 20.32 ± 7.68 6.16 ± 4.40 7.00 ± 3.67實(shí)驗(yàn)后6.58 ± 3.92 7.37 ± 5.08 23.89 ± 4.90**20.26 ± 3.11##4.84 ± 4.27 7.53 ± 5.54

2.3.2 興奮性遞質(zhì)的分析

不同時(shí)刻興奮性遞質(zhì)的描述性結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組別（有認(rèn)知操作任務(wù)、無(wú)認(rèn)知操作任務(wù)）和測(cè)試時(shí)間（0 min、45 min）的重復(fù)測(cè)量方差分析可以發(fā)現(xiàn)，Glu、ACh、NE、DA的測(cè)試時(shí)間和組別的主效應(yīng)均不顯著，測(cè)試時(shí)間與組別無(wú)顯著交互作用。EXC 測(cè)試時(shí)間影響顯著[F（1，36）=5.968，P＜0.05;η2=0.132]；組別的主效應(yīng)不顯著，測(cè)試時(shí)間與組別無(wú)顯著交互作用，提示實(shí)驗(yàn)干預(yù)任務(wù)對(duì)EXC未產(chǎn)生有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的干預(yù)效應(yīng)。

表3 不同時(shí)刻興奮性遞質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）

表3 不同時(shí)刻興奮性遞質(zhì)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（±s）

*P＜0.05，組內(nèi)不同時(shí)刻比較

興奮性遞質(zhì)Glu ACh EXC NE DA組別（n=19）實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組實(shí)驗(yàn)前4.32 ± 3.97 5.11 ± 4.47 14.89 ± 4.64 16.42 ± 7.00 17.47 ± 5.24 15.47 ± 5.73 13.11 ± 5.53 11.32 ± 7.65 7.74 ± 5.92 7.42 ± 4.69實(shí)驗(yàn)后4.84 ± 4.26 5.26 ± 4.08 15.58 ± 5.24 15.05 ± 6.29 13.89 ± 4.43*12.89 ± 6.39*11.21 ± 5.18 10.21 ± 6.07 7.21 ± 4.80 6.32 ± 4.47

2.4 S4指標(biāo)與其他指標(biāo)的相關(guān)分析

對(duì)45 min Flanker 任務(wù)后S4 指標(biāo)與行為學(xué)指標(biāo)、心率變異性指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，具體結(jié)果見(jiàn)表4。S4 指標(biāo)與RT 呈中度正相關(guān)，且差異顯著（r=0.569，P＜0.05），S4指標(biāo)與HRV中的RMSSD和HF呈中度正相關(guān)，且差異顯著（r=0.496，P＜0.05;r=0.550，P＜0.05）。

表4 S4指標(biāo)與行為學(xué)數(shù)據(jù)、心率變異性相關(guān)性分析

3 討論

3.1 45 min Flanker 任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞的行為學(xué)及HRV變化

Flanker 任務(wù)是國(guó)際上常用的中樞疲勞誘導(dǎo)范式，該范式通常采用持續(xù)1～2小時(shí)的Flanker任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞[4，8，28-29]。李四化[29]、朱昭紅[4]等都采用連續(xù)60 min Flanker 任務(wù)操作來(lái)誘導(dǎo)疲勞。本研究預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于被試的特殊性（運(yùn)動(dòng)員），被試很難堅(jiān)持1 小時(shí)以上的Flanker任務(wù)，同時(shí)觀察到45 min后被試普遍出現(xiàn)坐立不安、注意不集中、精神煩躁或恍惚等現(xiàn)象，事后交流得知被試在任務(wù)操作后期出現(xiàn)情緒煩躁甚至憤怒，對(duì)繼續(xù)任務(wù)的厭惡感增加。綜合考慮前人研究、預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用持續(xù)45 min執(zhí)行Flanker任務(wù)操作來(lái)誘發(fā)疲勞。

前人研究發(fā)現(xiàn)中樞疲勞會(huì)伴發(fā)行為學(xué)和HRV 變化[3，32，35-36]，本研究通過(guò)多指標(biāo)綜合判斷檢驗(yàn)45 min Flanker 能否有效誘發(fā)中樞疲勞。從圖2 可知，隨著Flanker 任務(wù)操作時(shí)間的延長(zhǎng)，正確率持續(xù)顯著下降[37-39]。表1結(jié)果表明，時(shí)域指標(biāo)SDNN和RMSSD隨操作時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)，提示疲勞后被試HRV的總體值和快變化成分升高，心率加快[40]。表2結(jié)果表明，高頻段功率值HF顯著下降。HF下降說(shuō)明迷走神經(jīng)的張力降低，從而導(dǎo)致心率加快，與時(shí)域指標(biāo)結(jié)果一致。

前人研究的反應(yīng)時(shí)指標(biāo)呈蓮花趨勢(shì)[3，38]，本研究反應(yīng)時(shí)指標(biāo)持續(xù)顯著縮短。反應(yīng)時(shí)在第1 時(shí)段最慢，可能是由于操作不熟練、緊張?jiān)斐傻?，?時(shí)段隨著緊張感降低以及操作熟練化，反應(yīng)變快，第3時(shí)段反應(yīng)時(shí)縮短，原因可能是被試是運(yùn)動(dòng)員，他們的學(xué)習(xí)耐心差，結(jié)合事后訪談，被試在操作后期出現(xiàn)了煩躁、憤怒的情緒，可能是這種情緒使被試的自我期望和努力程度降低，并在希望盡快擺脫任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，調(diào)整操作表現(xiàn)犧牲正確率、縮短反應(yīng)時(shí)間，來(lái)盡快結(jié)束任務(wù)，緩解疲勞的不適感。被試的特殊性（運(yùn)動(dòng)員）和事后訪談（策略選擇），共同解釋了本研究反應(yīng)時(shí)結(jié)果與前人研究不完全一致的原因。

本研究通過(guò)行為學(xué)數(shù)據(jù)、被試主觀感受和HRV 指標(biāo)表明：45 min的Flanker任務(wù)成功誘發(fā)了中樞疲勞。

3.2 45 min Flanker任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)變化

根據(jù)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)分為抑制性遞質(zhì)和興奮性遞質(zhì)。5-HT 是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，在腦內(nèi)主要分布在下丘腦、丘腦內(nèi)側(cè)核、中腦、腦干等處[41，42]。本研究結(jié)果顯示，45 min Flanker任務(wù)后，5-HT 顯著升高（P＜0.01）。5-HT 升高與反應(yīng)時(shí)、RMSSD 以及HF 均呈中度正相關(guān)（P＜0.05），說(shuō)明45 min Flanker 任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞與5-HT 含量升高有關(guān)。推測(cè)其可能機(jī)制為長(zhǎng)時(shí)間認(rèn)知操作時(shí)（45 min Flanker任務(wù)），大腦過(guò)多消耗能量，腦內(nèi)ATP濃度下降，糖原作為大腦主要供能物質(zhì)含量顯著減少，進(jìn)而導(dǎo)致腦內(nèi)氧化酶活性如5-HT代謝的主要酶單胺氧化酶受到抑制[43]，5-HT 分解過(guò)程減弱進(jìn)而導(dǎo)致腦內(nèi)5-HT 濃度升高，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生了保護(hù)性抑制作用。

不同的行為模式（如運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知任務(wù)）引發(fā)的神經(jīng)遞質(zhì)變化可能有所不同，比如運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞將導(dǎo)致5-HT、γ-GABA等抑制性神經(jīng)遞質(zhì)含量升高[44]，DA濃度降低變化，但認(rèn)知性疲勞則可能不同于運(yùn)動(dòng)性中樞疲勞，S4可能才是評(píng)價(jià)認(rèn)知性中樞疲勞的敏感指標(biāo)。45 min Flanker任務(wù)導(dǎo)致S4活動(dòng)強(qiáng)度升高，且S4的升高與表征中樞疲勞的行為學(xué)、心率變異性指標(biāo)呈有意義的相關(guān)關(guān)系，提示S4是評(píng)價(jià)認(rèn)知性中樞疲勞的敏感指標(biāo)。

4 研究的貢獻(xiàn)和局限性

既往研究通過(guò)Flanker 任務(wù)誘發(fā)中樞疲勞，任務(wù)時(shí)間均不短于1 小時(shí)，如李四化[29]、朱昭紅[4]等等，但是長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)操作增加實(shí)驗(yàn)時(shí)間成本，同時(shí)可能引起被試倦怠、厭煩等情緒反應(yīng)，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本研究被試為運(yùn)動(dòng)員，在預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大部分運(yùn)動(dòng)員很難堅(jiān)持1 小時(shí)及以上，只能堅(jiān)持45 min。針對(duì)運(yùn)動(dòng)員特殊群體的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們確定45 min 的任務(wù)時(shí)長(zhǎng)，并成功誘發(fā)了中樞疲勞。本研究結(jié)果驗(yàn)證了45 min Flanker任務(wù)可以有效誘發(fā)運(yùn)動(dòng)員群體的認(rèn)知性中樞疲勞，縮短了時(shí)間成本，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性。

盡管中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制已經(jīng)基本達(dá)成共識(shí)[3-8]，但此類研究主要是基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，以人為被試的研究，則大都運(yùn)用ERP、fMRI、NIRS 等神經(jīng)生理技術(shù)，但均難涉及神經(jīng)遞質(zhì)，特別是運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知性中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制尚未見(jiàn)人體實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)認(rèn)知操作任務(wù)可誘發(fā)運(yùn)動(dòng)員的中樞疲勞，且這種疲勞與5-HT升高有關(guān)，為中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制提供了人體實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

根據(jù)科學(xué)的還原論，無(wú)論運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練負(fù)荷或運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知任務(wù)導(dǎo)致的中樞疲勞都可能與神經(jīng)遞質(zhì)變化有關(guān)。本研究結(jié)果提示通過(guò)ET 技術(shù)可以對(duì)中樞疲勞的神經(jīng)遞質(zhì)變化進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，為運(yùn)動(dòng)員平時(shí)訓(xùn)練負(fù)荷及高強(qiáng)度認(rèn)知加工任務(wù)誘發(fā)的中樞疲勞的監(jiān)測(cè)提供一個(gè)客觀測(cè)評(píng)技術(shù)手段。

本研究還存在以下幾點(diǎn)局限。第一，超過(guò)45 min的認(rèn)知操作任務(wù)是否會(huì)導(dǎo)致中樞疲勞的進(jìn)一步加深，并導(dǎo)致不同神經(jīng)遞質(zhì)的有意義變化還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索；第二，中樞疲勞引起神經(jīng)遞質(zhì)變化與高級(jí)認(rèn)知功能的時(shí)間、空間變化關(guān)系還有待結(jié)合ERP 等神經(jīng)生理技術(shù)進(jìn)行更深入的研究；第三，本研究只能代表大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員特定群體，不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、不同運(yùn)動(dòng)水平的運(yùn)動(dòng)員中樞疲勞實(shí)驗(yàn)研究范式及機(jī)制是否有差異還不得而知；第四，不同中樞疲勞誘導(dǎo)范式、不同范式難度對(duì)結(jié)果的影響程度尚待進(jìn)一步檢驗(yàn)，如不同難度的連線測(cè)驗(yàn)TMT任務(wù)、語(yǔ)詞記憶任務(wù)、計(jì)算任務(wù)等及不同時(shí)長(zhǎng)對(duì)ET指標(biāo)變化的影響。

5 結(jié)論

（1）45 min Flanker 任務(wù)可以誘發(fā)中樞疲勞；（2）45 min Flanker任務(wù)引發(fā)的中樞疲勞與S4升高有關(guān)。