太極拳對密閉狹小環境72 h睡眠剝奪受試者腦電活動的影響

仝飛舟 吳斌 黃偉芬 尤田 景曉路 胡勇 王焰磊

(中國航天員科研訓練中心，北京，100094)

在航天活動中，航天員通常會遇到密閉狹小環境和睡眠剝奪(Sleep Deprivation，SD)的情況，這種情況往往會引起腦認知功能和情緒的改變，甚至還會導致工作效率下降，進而影響到航天任務的順利完成[1]。針對這種特殊條件，采用運動練習的手段作為對抗措施進行研究，至今還未見報道。太極拳練習對中樞神經具有良好的調理作用，還可以改善睡眠質量，相比于散步活動和閉目靜坐，太極拳在穩定情緒方面有更好的效果，并可使練習者較快入靜[2-6]。相比于西方運動(如有氧、力量、靈活性練習)，太極拳更有益于改善認知控制能力[7]。并且，太極拳消耗能量少，對器材和場地的要求低，適合長期在密閉狹小環境中進行練習。本試驗的目的是研究太極拳練習對狹小環境睡眠剝奪條件下受試者腦電活動的影響，探討太極拳練習手段用于對抗措施的有效性。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取6名28～37歲健康中青年男性作為研究對象，均為右利手，視力正常，且心理健康(EPQ測試)；無心血管系統、內分泌紊亂、心理和精神、神經等疾病和病史。試驗前3 d開始進行規律的作息，不服用任何藥物，試驗期間要求不吸煙、不喝酒、不飲茶和咖啡。

1.2 試驗條件 研究對象在狹小環境、社會隔離、睡眠剝奪、高心理負荷環境中試驗72 h。狹小環境：人均活動空間<3 m2的地下隔絕室；社會隔離：試驗過程中切斷一切社會直接交流渠道，工作人員通過窗口遞送必需物品，沒有直接語言交流；睡眠剝奪：受試者從進入隔絕室開始到試驗結束72 h無睡眠，當被試者表現出困倦瞌睡時用鈴聲驚醒；高心理負荷：要求受試者在試驗期間連續不斷地工作。

1.3 試驗方法 受試者在試驗之前接受太極拳培訓，熟練掌握試驗中所練習太極拳的套路。所有受試者在試驗的前1天、第1天、第2天、第3天的17:00～18:00時間段分別進行10 min的太極拳練習，每次練習前后用BrainTech-NeuroFlight認知測評訓練分析系統記錄2 min安靜狀態下2導額葉腦電，耳部為參考電極，采樣率512 Hz，帶寬0.3～100 Hz。腦電頻段劃分為：δ頻段(0.5～3 Hz)、θ頻段(4～7 Hz)、α1頻段(8～10 Hz)、α2頻段(11～13 Hz)、β1頻段(14～17 Hz)、β2頻段(18～25 Hz)、γ1頻段(30～60 Hz)和γ2頻段(60～80 Hz)。詳細記錄各時段的腦電功率值(試驗前1天、試驗第1天、第2天、第3天)，比較太極拳練習前后腦電各頻段的均值。見圖1。

1.4 太極拳練習動作的設計 根據試驗的條件，選取太極拳中的經典動作，設計適合在密閉狹小環境中練習的套路“巡天太極拳”。其中旋轉乾坤主要引導大腦入靜；野馬分鬃、攬雀尾等舒緩優美的動作可以舒展身心；云手和開合手簡單的動作用于調勻氣息；背折靠等動作的發力用于提高受試者大腦的興奮性，減少困倦的程度，借助三才式等動作增強受試者的信心。

2 結果

試驗結果：1)密閉狹小環境72 h睡眠剝奪后，受試者前額葉δ波、θ波、α1波、α2波、β1波和β2波均值都升高，與睡眠剝奪前比較，差異均有統計學意義(均P<0.05或P<0.01)；2)干預后(太極拳練習之后)，睡眠剝奪受試者δ波、θ波、α1波、α2波、β1波和β2波均值降低，和干預前比較，差異均有統計學意義(均P<0.01或P<0.05)，有些波段甚至恢復到了最初的基線水平；γ1波和γ2波均值在太極拳練習后開始(第1天)減低，后2 d升高。見圖2。

3 討論

隨著我國空間站任務的開展，航天員的睡眠剝奪研究越來越為航空航天等領域所重視。睡眠剝奪是指各種原因引起的睡眠缺失狀態，一般指在24 h中的睡眠少于4 h。其不僅會導致航天員白天嗜睡、工作效率下降，隨著疲勞的增加甚至會對航天員大腦的認知功能產生不利影響，個體負性心境和負性情緒上升，明顯降低航天人控交會對接的操作績效[8-10]。

睡眠剝奪狀態下的腦電特征為低喚醒狀態的低頻高幅波偏高，高喚醒狀態下的高頻低幅波偏低[11]。生理學上已證實睡眠剝奪對額葉功能的影響，尤其是前額葉，目前在睡眠剝奪影響認知的研究中，有相當一部分側重于對額葉功能影響的探討[12-13]。洪軍和馬文龍[6]在50 h的睡眠剝奪試驗中發現，δ波和θ波功率升高，前額等區的變化比其他腦區顯著。一般認為腦電慢波(δ波,θ波)主要出現在睡眠和困倦狀態，與中樞神經疲勞顯著相關，α波是安靜狀態下的主要腦電波，與大腦活動呈現負相關。本試驗中具有狹小空間環境，睡眠剝奪和高工作負荷等條件的疊加，采集分析的前額葉腦電信號數據顯示：受試驗條件的影響，受試者前額葉δ波、θ波和α波活動顯著增強，提示大腦處于一種疲勞困頓的狀態。β波通常被認為是反映覺醒程度的一個指標，試驗中δ波和θ波出現波幅降低的第2天，β波卻顯著性升高，可能是機體試圖維持覺醒的結果。

研究睡眠剝奪對人體影響的重要目的之一是尋找切實有效的對抗措施。太極拳是以中醫學和傳統文化理論為基礎的一項運動，可以調節人體的身心狀態使之適應外界環境條件的變化，對中樞神經系統有積極的調節作用。太極拳相比于其他運動項目也有很多優勢，但是對于受試者在密閉狹小環境睡眠剝奪條件下的練習效果還未見有研究報道。我們依據運動理論研究和專家經驗的積累，選取太極拳中經典的動作和功法，針對狹小空間環境、睡眠剝奪和高強度工作條件，專門設計了一套太極拳，命名為“巡天”太極拳。分別在試驗前1天(測試數據作為基線)、試驗第1天、試驗第2天、試驗第3天的固定時間練習“巡天”太極拳10 min。研究數據顯示：試驗中明顯增強的δ波、θ波和α1波經過太極拳練習之后顯著性降低，基本都恢復到了最初的基線水平；α2波、β1波和β2波與太極拳練習前數據相比明顯下降。由此可見，在密閉狹小環境72 h睡眠剝奪條件下練習10 min太極拳，就會對受試者額區的腦電具有明顯的調節作用，這種調節作用持續的時間還有待進一步探討。

綜上所述，在密閉狹小環境72 h睡眠剝奪條件下進行太極拳練習，可以引起腦電尤其是低頻成分活動的降低，提示在這樣條件下練習太極拳能夠調節受試者的困倦程度和警覺性，使之趨向于一種放松、清醒的協調工作狀態。后續將會增加受試者的樣本量并設定對照組進行深入研究。