極低頻電刺激足三里穴位 對警覺度維持及提升的影響作用研究

馬佳馨，李敬強，秦 朗，袁洲旅，吳 玉，王 超

(中國民航大學 天津 300300)

目前，眾多公共服務行業如交通運輸、公共衛生、社會治安等崗位人員處在晝夜倒班等多種違背生物節律的工作環境中[1]。為維持社會公共服務系統正常運轉，他們的警覺度、反應特性至少應保持在正常水平狀態[2]。周鵬等[3-4]研究表明大腦的警覺度具有節律性，在睡眠限制后生物節律紊亂、大腦各區域連接性在紊亂階段顯著降低，短暫休息后能有所恢復但不足以恢復到基準水平。本研究欲尋找除睡眠以外的方法來提升和維持人的警覺度和反應水平。

劉景玉等[5]在對小鼠針灸研究中發現足三里穴能補益中氣，針灸足三里穴能夠延緩運動性疲勞發生；徐桂芝等[6]研究表明，由于磁場容易透過皮膚和骨骼而達到深層組織，磁刺激效果較理想，且磁刺激線圈與被試者身體無接觸，無需對皮膚進行預處理就可以直接施加刺激，對機體無痛無害，安全性較高?；谝陨涎芯靠芍糯碳な且环N較為理想的刺激神經方式，但前期關于磁刺激的研究僅驗證了磁刺激對身體的無害性，對于具體身體某部分磁刺激的作用效果仍有待進一步研究。

刺激足三里穴可以激活腦的大部分區域和增加去甲腎上腺素及多巴胺含量，通過對神經系統的調節作用達到在調節機體免疫力、增強抗病能力的基礎上提升警覺度的目的。本論文基于前期研究提出了電刺激足三里穴維持、提升大腦警覺度的科學假設。

結合現有的實際技術水平，本研究選擇了極低頻(20～100Hz)磁刺激人體足三里穴這一方式研究其對提升和維持人的警覺度的作用[7]。通過對磁刺激前后被試者自評量表和選擇反應時測試結果數據的統計處理和綜合分析，結果表明磁刺激的確有利于改善人體反應特性和提升警覺度；同時，本研究也為基于神經系統興奮的人體警覺度提升技術項目提供了前期理論基礎。

1 研究方法

我們招募了45名被試者(男性和女性數量大致均等)，將其設置為真假刺激等對照組，并進行低頻磁刺激實驗。該實驗利用N-back工作記憶任務進行大腦警覺度下降建模，通過真假刺激對比研究磁刺激對警覺度的調控作用，采用KSS自評量表獲得主觀疲勞程度。綜合得到量表評分、行為參數來研究電刺激調控警覺度的可行性。

經皮穴位電刺激(Transcutaneous electrical acupoint stimulation，TEAS)綜合運用了中醫針灸療法和物理電刺激療法，具有安全無創、簡捷方便、易于操作的特點。

我們在篩選符合要求的被試自愿簽署知情同意書參與本次實驗的基礎上采用KSS自評量表測定被試疲勞程度基線，警覺度評估量表得分越高表示警覺度越差，疲勞量表得分越低則表示越疲勞。然后讓被試通過電腦程序進行約20min的N-back實驗，使被試疲勞程度提升、警覺度下降，并再次通過自評量表記錄被試第二次自評KSS量表的疲勞程度。之后不間歇地讓被試通過電腦程序進行第一次選擇反應 時測試，數據結果體現了被試在疲勞狀態下的反應 能力。

采用常規家用理療儀進行30min的雙側足三里穴位電刺激。實驗組：電極貼片置于被試雙側足三里穴處，刺激參數為頻率100Hz的連續波，刺激強度分為1.8mA組和2.4mA組。對照組：電極貼片置于被試雙側足三里穴處，刺激參數為頻率100Hz的連續波，刺激強度為0mA。

在刺激過程中講解數獨規則后讓被試做數獨練習，以保持被試處于持續工作狀態。刺激結束后記錄被試第三次自評KSS量表的疲勞程度。被試進行第二次選擇反應時測試，數據體現了被試在刺激后的反應能力。在磁刺激后讓被試進行第二次選擇反應時測試，數據結果體現了被試在進行30min極低頻磁刺激足三里后的反應活性。通過對2次數據結果的處理和分析得出實驗結論，并分析性別等變量對實驗結果的影響，實驗過程中嚴格控制單一變量確保數據準確性。

2 實驗任務

2.1 實驗對象

實驗對象為某大學在校本科生，共計45人。具體數據如表1所示。

表1 被試人員信息統計表Tab.1 Chart of experimenters’ information

2.1.1 納入標準

①年齡在18～23周歲之間。

②聽力正常，身體健康，心理正常。無重大疾 病史。

③自愿接受實驗，并知曉實驗風險和實驗流程。

2.1.2 排除標準

①正在服用或3個月內服用過有益智功能的保健品或藥物者。

②正在參加或3個月內參加過任何記憶力提高班、學習輔導班者。

③有器質性疾病，如腦性癱瘓、精神分裂癥、視聽運動缺陷、情感障礙、社會適應不良和軀體疾病等患者。

2.2 實驗材料

2.2.1 電腦程序

①N-Back警覺度下降模型。

②選擇反應時測試。

2.2.2 自陳量表

采用卡羅林斯卡嗜睡量表(KSS)。

2.3 實驗儀器

實驗儀器為SDZ-II型電子針療儀，可調電流檔位分別是2、4、6、8、10mA，可調磁刺激頻率檔位分別是20、40、60、80、100Hz。

3 數據處理

根據實驗自變量控制確定被試的分組結果如表2所示。根據分組結果確定刺激和刺激強度對反應速度的影響是否顯著，運用SPSS22.0進行描述性統計和威爾科克森符號秩檢驗。

表2 被試者分組統計表Tab.2 Group statistical table of experimenters

4 結果分析

4.1 自評量表數據統計

如表3所示，通過自評得分可以看出，男女被試主觀感受N-Back警覺度下降建模后疲勞程度均增加，但在刺激后疲勞程度均有所緩解，且疲勞分數低于基線值。

表3 自評量表數據統計表Tab.3 Statistical table of self-rating scale data

4.2 刺激前后測得的反應時差異

如表4所示，當刺激強度為0mA時，前后測得的反應時差異為0.135＞0.05，差異不顯著；當刺激強度為6mA、8mA時，前后測得的反應時差異為0.000＜0.05，差異顯著。可知，在真刺激的情境下，被試的神經系統的興奮狀態有所改變。

表4 刺激前后反應時數據分析Tab.4 Data analysis of response time before and after stimulation

4.3 刺激前后測得的反應正確率差異

如表5所示，在所有分組的情況下，男女生前后測得的反應正確率差異均大于0.05，沒有顯著性差異且后測的正確率均值均高于前測。表明刺激后男女生反應正確率均有所提高。

表5 反應正確率數據分析Tab.5 Data analysis of response accuracy

4.4 男女生前后測反應時差異

去除0mA刺激強度，對6mA和8mA刺激強度進行性別差異分析，分析結果如表6所示。得到男生的反應時前后測差異為0.006＜0.05，有顯著性差異；而女生的反應時前后測差異為0.562＞0.05，差異不顯著。表明男生的神經系統對于一定強度電刺激的敏感度更高。

表6 性別差異反應時數據分析Tab.6 Data analysis of response time for gender differences

4.5 6mA刺激強度不同反應時間隔的差異

如表7所示，在6mA刺激強度下，500ms的反應時間隔差異為0.068＞0.05，無顯著差異；在6mA刺激強度下，1000、1500ms的反應時間隔差異均小于0.05，有顯著性差異。從前后測反應時的平均值來看，刺激后的反應時均較刺激前下降，表明6mA的電刺激可以提高神經系統的反應速度。

表7 6mA不同刺激強度反應時數據差異分析Tab.7 Analysis of data differences in response timeof different stimulation i ntensities at 6 mA

4.6 8mA刺激強度不同反應時間隔的差異

如表8所示，在8mA刺激強度下，500、1000和1500ms的反應時間隔差異均小于0.05，有顯著性差異。從前后測反應時的平均值來看，刺激后的反應時均較刺激前上升。

表8 8mA不同刺激強度反應時數據差異分析Tab.8 Analysis of data differences in response time of different stimulation i ntensities at 8mA

5 結 論

使用30min極低頻對被試進行刺激，通過分析刺激前后的反應時差異和KSS主觀疲勞程度量表得分可以得到：頻率為100Hz、強度為6mA時，35名被試平均反應速度變快且正確率提高，神經系統的興奮性有所提升，其中男性被試的前后測反應時差異顯著；但相同頻率、強度為8mA時反應速度減慢且相同頻率，強度為0mA時反應速度變快，初步推測是由于這2種強度下被試均僅有5名，數量較少，存在誤差。

通過對2次選擇反應時測試時間的反應時和正確率做出統計性描述和差異性檢驗后得出以下結論：頻率為100Hz電流刺激提高神經系統的傳導速度，使其在警覺度測試中反應時間縮短，其中男性被試的前后測反應時差異更顯著；實驗中假刺激前后測在反應時上無明顯差異；在KSS自評量表的統計中，刺激后的被試對覺醒程度的主觀感受明顯高于刺激前，且較基線水平有上升趨勢。