短期頭低位臥床期間靜息態(tài)腦功能影像研究.pdf

1、載人航天飛行任務(wù)已有近五十多年的歷史，數(shù)以百計(jì)的宇航員進(jìn)入太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)，寄托著幾十億人探索宇宙的熱情與希望。在執(zhí)行太空飛行任務(wù)起初，研究者就十分關(guān)注航天員進(jìn)行太空后會(huì)面臨哪些變化，從而尋找相應(yīng)的對(duì)抗措施。就太空飛行而言，宇航員會(huì)面臨重力變化、晝夜節(jié)律改變、輻射、噪音等多重負(fù)面因素的影響，對(duì)個(gè)體的生理和行為績(jī)效造成不利影響，不利于航天飛行任務(wù)的順利執(zhí)行。特別是重力變化，作為地面環(huán)境和太空環(huán)境的一個(gè)顯著差異因素，是醫(yī)學(xué)和心理學(xué)等諸多領(lǐng)域研究

2、者普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。了解個(gè)體在微重力狀態(tài)下認(rèn)知和行為變化及其內(nèi)在機(jī)制，對(duì)于航天飛行保障具有積極意義。
　　通過長(zhǎng)久以來(lái)的在軌飛行研究來(lái)看，從行為學(xué)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)個(gè)體在進(jìn)入太空微重力狀態(tài)下后在注意、執(zhí)行控制、空間信息加工以及運(yùn)動(dòng)控制等諸多層面發(fā)生行為受損。隨后研究者開始關(guān)注于解釋這些行為受損背后的內(nèi)在機(jī)制。研究者最初集中于從生理變化角度來(lái)探討微重力對(duì)個(gè)體行為受損的貢獻(xiàn)并得到了一些具有積極意義的成果。如前庭系統(tǒng)紊亂可能對(duì)空間信息加工受損有關(guān)，

3、而肌肉骨骼系統(tǒng)的變化則對(duì)運(yùn)動(dòng)控制有貢獻(xiàn)。體液變化特別是心血管系統(tǒng)變化則影響執(zhí)行控制能力。這些研究結(jié)果對(duì)于理解微重力下的績(jī)效受損具有十分積極的意義。然而需要指出的是，大腦作為人類行為控制的中樞，在微重力下腦功能如何變化卻鮮有研究提及，這主要是受囿于太空在軌環(huán)境的局限造成先進(jìn)的腦影像設(shè)備難以在軌展開。目前僅有少量研究記錄了在軌微重力狀態(tài)下的腦電變化，發(fā)現(xiàn)個(gè)體在微重力狀態(tài)下腦電的Alpha和mu頻率的腦電活動(dòng)異常，可能反映了腦功能活動(dòng)受到抑制

4、。但是對(duì)于由于腦電記錄技術(shù)存在空間分辨率低的局限，對(duì)于具體是哪些腦區(qū)的功能活動(dòng)受損依然并不清楚，需要借用其他影像學(xué)技術(shù)進(jìn)一步研究。
　　本研究結(jié)合太空飛行地面模擬模型之一的-6°頭低位臥床模型和靜息態(tài)功能性核磁共振技術(shù)來(lái)探討短期頭低位臥床狀態(tài)下個(gè)體靜息態(tài)腦功能的變換情況。在為期3天和7天的兩次頭低位臥床任務(wù)中，分別招募到16名（平均年齡26歲，年齡范圍24到31歲）和20名青年男性被試（平均年齡24歲，年齡范圍20到30歲之間）納

5、入研究，使用了低頻振幅算法、局部一致算法和功能連接算法了解頭低位臥床狀態(tài)下腦功能的局部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)變化、局部功能活動(dòng)一致性以及默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)變化情況。通過以上量化的腦功能指標(biāo)數(shù)據(jù)，本研究試圖探討頭低位臥床狀態(tài)下個(gè)體的靜息態(tài)腦功能是否會(huì)發(fā)生變化、變化的時(shí)間特征以及變化代表意義這三個(gè)問題，以期為航天員短期飛行任務(wù)期間的行為績(jī)效維持提供了一些參考依據(jù)。主要研究結(jié)果結(jié)論總結(jié)如下：
　　1.短期頭低位臥床模擬會(huì)影響靜息態(tài)腦功能的局部自發(fā)活動(dòng)水平。

6、經(jīng)過為期3天的頭低位臥床處理后，個(gè)體丘腦區(qū)域的局部自發(fā)活動(dòng)水平下降（p＜0.05,Alpasim校正），具體反映為丘腦的背內(nèi)側(cè)神經(jīng)核團(tuán)和腹外側(cè)神經(jīng)核團(tuán)區(qū)域觀察到了低頻振幅活動(dòng)的減弱。研究中觀察到的丘腦區(qū)域活動(dòng)變化可能會(huì)對(duì)微重力狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)控制以及執(zhí)行功能的受損提供部分合理的解釋，更主要的是從局部腦功能活動(dòng)指標(biāo)上表明了頭低位臥床狀態(tài)下會(huì)發(fā)生靜息態(tài)腦功能變化。
　　2.短期頭低位臥床模擬會(huì)影響靜息態(tài)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的功能連接。在7天的頭低位臥

7、床處理后，額上回、額中回、內(nèi)側(cè)前額葉皮層、頂下小葉、顳中回、海馬、丘腦、中扣帶回之間的功能連接在模擬微重力處理后產(chǎn)生異常（p＜0.05,Alpasim校正）。此外，模式識(shí)別計(jì)算表明模擬微重力狀態(tài)和正常重力狀態(tài)下的腦功能狀況可以被有效區(qū)分開，腦連接組學(xué)可以作為區(qū)分和監(jiān)測(cè)微重力狀態(tài)下腦功能變化的有效生物標(biāo)記物。這從功能連接這個(gè)更廣的尺度層面再次證明了頭低位臥床狀態(tài)下會(huì)發(fā)生靜息態(tài)腦功能變化。
　　3.短期頭低位臥床期間靜息態(tài)腦功能變化的

8、時(shí)間特征表現(xiàn)為先驟然改變后逐漸趨于穩(wěn)定的自適應(yīng)變化。在7天的頭低位臥床模擬期間，臥床期后扣帶回、中央旁小葉、前扣帶回以及小腦后葉區(qū)域的低頻振幅顯著低于臥床前的基線狀態(tài)（p＜0.05,Alpasim校正），并且大多呈現(xiàn)在臥床期先驟然改變?nèi)缓笾饾u趨于穩(wěn)定的自適應(yīng)變化特征。
　　4.短期頭低位臥床期間靜息態(tài)腦功能變化可以解釋部分認(rèn)知行為績(jī)效受損。本研究以心理轉(zhuǎn)換這種認(rèn)知過程為例，發(fā)現(xiàn)頭低位臥床期間頂下小葉區(qū)域腦功能活動(dòng)局部一致性的下降與

9、心理轉(zhuǎn)換速率有關(guān)（r=-0.59，p＜0.05），表明頭低位臥床狀態(tài)下觀察到的腦功能變化與認(rèn)知行為表現(xiàn)的變化之間具有關(guān)聯(lián)，為理解頭低位臥床期間的靜息態(tài)腦功能變化的意義提供了部分證據(jù)。
　　綜合而言，本研究發(fā)現(xiàn)短期模擬微重力狀態(tài)下個(gè)體負(fù)責(zé)注意、執(zhí)行功能、空間信息加工、運(yùn)動(dòng)控制的多個(gè)腦區(qū)會(huì)發(fā)生靜息態(tài)功能活動(dòng)異常，并且腦區(qū)功能活動(dòng)變化呈現(xiàn)出先驟然改變?nèi)缓笾饾u趨于穩(wěn)定的自適應(yīng)時(shí)間變化特征。以心理轉(zhuǎn)換功能為例肯定了短期模擬微重力狀態(tài)變化下的