夜班相關(guān)部分睡眠剝奪影像科醫(yī)生執(zhí)行功能磁共振成像腦活動(dòng)差異研究

黃海連，曾少華，陳建初

（廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第六醫(yī)院<清遠(yuǎn)市人民醫(yī)院> 影像科 廣東 清遠(yuǎn) 511500）

影像科是醫(yī)療行業(yè)中較為特殊的崗位，任務(wù)多、節(jié)奏快、負(fù)荷重，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，注意力高度集中，夜班時(shí)由于人手不足導(dǎo)致上述情況更為明顯，持續(xù)的工作狀態(tài)導(dǎo)致睡眠缺失。睡眠的過(guò)程是對(duì)個(gè)體大腦功能調(diào)整的過(guò)程，具有重要的意義和作用。本研究旨在探討夜班相關(guān)部分睡眠剝奪下影像科醫(yī)生執(zhí)行功能fMRI差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇清遠(yuǎn)市人民醫(yī)院影像科醫(yī)生10名，男6名，女4名，平均年齡31歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①25～40歲；②本科以上學(xué)歷，參與臨床一線值班；③夜班當(dāng)天連續(xù)睡眠時(shí)間＜4 h；④右利手；⑤無(wú)磁共振檢查相關(guān)禁忌證。本研究得到院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 磁共振數(shù)據(jù)采集

掃描儀器為GE 3.0T Signa HDxt 磁共振成像系統(tǒng)，采用8通道頭部線圈。成像參數(shù)如下：TR=3 000 ms；TE=40 ms；FOV=240×240 mm；slice thickness=5 mm；slice gap=5 mm；FA=90°；matrix=96×96；oblique slices=33。

1.3 試驗(yàn)流程

本試驗(yàn)采用自身前后對(duì)照設(shè)計(jì)。研究對(duì)象分別在清醒狀態(tài)和夜班后睡眠剝奪狀態(tài)下行fMRI掃描。在行正常清醒狀態(tài)掃描的前1 d要求研究對(duì)象正常作息，不能熬夜、吃刺激性食物等。夜班后次日早上7～8點(diǎn)進(jìn)行掃描。先行靜息態(tài)掃描，再行任務(wù)態(tài)掃描。任務(wù)為采用E-prime 2.0程序編寫的Go/NoGo任務(wù)（參考Menon等2001年的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）。所有刺激均由腦功能視聽覺(jué)刺激系統(tǒng)呈現(xiàn)，受試者通過(guò)手指敲擊鍵盤作出反應(yīng)，記錄任務(wù)中的反應(yīng)時(shí)間及正確率。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究fMRI數(shù)據(jù)采用SPM12進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。應(yīng)用GIFT軟化包對(duì)預(yù)處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立成分分析。將分離的成分分別與GITF工具包中的DMN模板進(jìn)行匹配，選擇與模板最匹配的獨(dú)立成分作為DMN對(duì)應(yīng)成分，得到功能連接度圖。使用SPM12軟件包對(duì)Go/NoGo任務(wù)建立數(shù)據(jù)模型，然后用提取出的成分與任務(wù)模型相關(guān)，取相關(guān)系數(shù)最高的成分，得到功能連接度圖。使用SPM將上述組成分行單樣本t檢驗(yàn)、配對(duì)樣本t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果使用GFR多重比較校正，限定簇大小為大于27個(gè)體素，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。觀察有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)解剖位置、MNI坐標(biāo)和團(tuán)塊大小。

使用SPSS22.0軟件，對(duì)在正常清醒狀態(tài)和夜班后睡眠剝奪狀態(tài)下的Go/NoGo任務(wù)反應(yīng)時(shí)及正確率進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 靜息態(tài)正常清醒狀態(tài)及夜班后DMN功能連接差異腦區(qū)

夜班后研究對(duì)象雙側(cè)楔前葉功能連接增強(qiáng)，見表1。靜息態(tài)下，與清醒狀態(tài)比較，夜班后DMN中雙側(cè)楔前葉功能連接增強(qiáng)，見圖1。

圖1 靜息態(tài)正常清醒狀態(tài)及夜班后DMN功能連接差異腦區(qū)

表1 DMN功能連接差異腦區(qū)

2.2 任務(wù)態(tài)正常清醒狀態(tài)及夜班后執(zhí)行功能連接度差異腦區(qū)

夜班后研究對(duì)象雙側(cè)楔前葉功能連接增強(qiáng)，見表2。任務(wù)態(tài)下，與清醒狀態(tài)比較，夜班后影像科醫(yī)生雙側(cè)楔前葉功能連接增強(qiáng)，見圖2。

表2 執(zhí)行功能連接差異腦區(qū)

圖2 任務(wù)態(tài)正常清醒狀態(tài)及夜班后執(zhí)行功能連接度差異腦區(qū)

2.3 正常清醒狀態(tài)和夜班后睡眠剝奪狀態(tài)下的Go/NoGo任務(wù)反應(yīng)時(shí)及正確率

夜班后任務(wù)正確率與清醒狀態(tài)下差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）,反應(yīng)時(shí)差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。見表3。

表3 Go/NoGo任務(wù)正確率（ACC）和反應(yīng)時(shí)間（RT）分析

3 討論

睡眠剝奪（sleep deprivation, SD）是指有機(jī)體由于環(huán)境或自身原因所導(dǎo)致的正常睡眠部分或全部喪失的過(guò)程和狀態(tài)。按照睡眠剝奪的時(shí)長(zhǎng)或正常睡眠的喪失程度，將其分為完全睡眠剝奪、部分睡眠剝奪、選擇性睡眠剝奪。部分睡眠剝奪相對(duì)于完全睡眠剝奪在日常生活及工作中更為常見，研究其對(duì)腦活動(dòng)的影響也許更具有實(shí)際意義。

睡眠剝奪對(duì)多數(shù)認(rèn)知功能都產(chǎn)生了負(fù)性影響，既包括注意、警覺(jué)等低級(jí)基礎(chǔ)認(rèn)知功能，也包括對(duì)執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)等高級(jí)認(rèn)知加工功能。若個(gè)體的高級(jí)認(rèn)知功能受損，如執(zhí)行功能受損，便無(wú)法正確、有序完成任務(wù)，這對(duì)于要制定醫(yī)療決策的醫(yī)務(wù)人員來(lái)說(shuō)是一件非常重要的事情，因此對(duì)睡眠剝奪下醫(yī)務(wù)人員執(zhí)行功能變化的研究具有重要意義。

Chee等[1]發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪后執(zhí)行任務(wù)時(shí)，額頂葉和丘腦等腦區(qū)表現(xiàn)出增強(qiáng)的激活效應(yīng)，而額中回、扣帶回等腦區(qū)表現(xiàn)為降低的激活效應(yīng)，并推測(cè)減低的激活效應(yīng)是睡眠剝奪對(duì)人腦的損傷，而增強(qiáng)的腦區(qū)激活效應(yīng)則是自我代償機(jī)制。Demos等[2]在Go/NoGo任務(wù)中發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪的個(gè)體表現(xiàn)出降低反應(yīng)抑制和認(rèn)知控制，產(chǎn)生更多的抑制錯(cuò)誤和更低的反應(yīng)刺激學(xué)習(xí)效率。謝超等[3]提出睡眠剝奪僅僅減少了簡(jiǎn)單認(rèn)知任務(wù)的加工速度，并未損害簡(jiǎn)單任務(wù)正確率，但降低了高級(jí)認(rèn)知任務(wù)的反應(yīng)時(shí)和正確率，并且改變了大腦的激活和連接模式。既往研究提示我們睡眠剝奪對(duì)執(zhí)行功能的影響是多維度的。

默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（default mode network, DMN）是指在靜息狀態(tài)下大腦中線和外側(cè)區(qū)域皮質(zhì)功能活動(dòng)相對(duì)活躍的區(qū)域，被認(rèn)為是功能和結(jié)構(gòu)連接的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。普遍認(rèn)為內(nèi)前額葉皮層的背側(cè)和腹側(cè)、楔前葉、后扣帶皮層、側(cè)頂葉、顳葉皮層和內(nèi)側(cè)顳葉共同組成了DMN。研究發(fā)現(xiàn)DMN的異?；顒?dòng)可能與許多精神疾病、行為障礙有關(guān)。Lei等[4]發(fā)現(xiàn)DMN與突顯網(wǎng)絡(luò)的功能連接在睡眠剝奪后顯著升高，并且這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接強(qiáng)度與個(gè)體困倦程度和工作記憶任務(wù)的反應(yīng)時(shí)等個(gè)體行為存在相關(guān)性。楔前葉和后扣帶回在DMN中起重要作用。Jin等[5]研究發(fā)現(xiàn)，遺忘性輕度認(rèn)知障礙患者的后扣帶回與楔前葉有明顯的同步激活增強(qiáng)現(xiàn)象。夏春生[6]等發(fā)現(xiàn)輕度顱腦損傷后，患者出現(xiàn)記憶力下降、學(xué)習(xí)能力減弱、易遺忘等現(xiàn)象，行fMRI提示患者后扣帶回與中下部楔前葉功能連接顯著增強(qiáng)。他們認(rèn)為在記憶力下降的情況下，機(jī)體可能啟動(dòng)代償機(jī)制，中下楔前葉加強(qiáng)其對(duì)認(rèn)知信息的整合效應(yīng)，以提高陳述性記憶系統(tǒng)的工作效率，緩解機(jī)體記憶力下降的癥狀。

本研究中影像科醫(yī)師睡眠剝奪下rs-fMRI及與執(zhí)行功能相關(guān)的T-fMRI均提示雙側(cè)楔前葉功能連接增強(qiáng)，考慮是機(jī)體啟動(dòng)代償機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)信息加工整合效應(yīng)。此外，影像科醫(yī)師的工作主要為閱片，Manly等[7]發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪會(huì)導(dǎo)致個(gè)體的視空間注意力減弱。而楔前葉作為頂葉和枕葉的連接紐帶，其功能連接增強(qiáng)可能與促進(jìn)視覺(jué)加工有關(guān)。前額葉、前扣帶回、丘腦和小腦等腦區(qū)被認(rèn)為是執(zhí)行控制功能網(wǎng)絡(luò)的組成，本研究中與執(zhí)行功能相關(guān)的T-fMRI并未發(fā)現(xiàn)上述腦區(qū)功能連接度降低，考慮可能與睡眠剝奪時(shí)長(zhǎng)較短、剝奪時(shí)研究對(duì)象處于應(yīng)急狀態(tài)有關(guān)。其次，本研究對(duì)象在睡眠剝奪時(shí)間內(nèi)一直處于應(yīng)急狀態(tài)，血糖、皮質(zhì)醇等處于高水平狀態(tài)[8]，可能抵消部分睡眠剝奪的負(fù)性效應(yīng)。

綜上所述，值班相關(guān)部分睡眠剝奪下影像科醫(yī)師rs-fMRI及與執(zhí)行功能相關(guān)T-fMRI中均提示雙側(cè)楔前葉功能連接增強(qiáng)，這種改變可能是機(jī)體啟動(dòng)代償機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)信息加工整合，及促進(jìn)視覺(jué)加工有關(guān)。反應(yīng)時(shí)間的增加則提示與警覺(jué)的下降有關(guān)。