24h完全睡眠剝奪對醫學生執行功能的影響分析

摘要 目的：研究睡眠不足對醫學生執行功能的影響。方法：納入42例試驗對象，建立24 h急性睡眠剝奪環境，采用Stroop范式、n-back范式以及數字廣度量表評價試驗對象睡眠剝奪前后的執行功能表現。結果：24 h急性睡眠剝奪會對試驗對象的執行功能產生不良影響（Plt;0.05）；與睡眠剝奪前比較，試驗對象的Stroop任務反應時間短，正確率沒有顯著影響；n-back任務的正確率和數字廣度實驗量表的評分成績下降。結論：24 h急性睡眠剝奪會使試驗對象的抑制控制功能的處理速度增加，工作記憶功能表現下降。

關鍵詞 睡眠剝奪；執行功能；抑制控制功能；工作記憶

Abstract Objective：To study the effect of sleep deprivation on executive function in medical students.Methods：A total of 42 subjects were recruited in the study，and a 24 h acute sleep deprivation environment was established for them.During the experiment，Stroop paradigm，n-back paradigm and digital span test scale were used to evaluate the executive function of the subjects before and after sleep deprivation.Results：24 h sleep deprivation had adverse effects on the executive function of the subjects（Plt;0.05）; Compared with that before sleep deprivation，the reaction time of Stroop task was shortened，and the accuracy was not significantly affected; The accuracy of n-back task and the score of digit span test scale decreased.Conclusion：24 h total sleep deprivation could increase the processing speed of inhibition control function and decrease the working memory function.

Keywords Sleep deprivation; Executive function; Inhibitory control; Working memory

中圖分類號：R338.63；R338.64文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.2095-7130.2023.04.067

醫學生是一個易受睡眠問題影響的群體，該群體睡眠障礙的患病率高于同年齡階段的非醫學生群體［1］。醫學生睡眠問題高發的原因有很多，包括上課和學習的時間較久、夜班工作、情緒壓力、生活方式以及使用虛擬社交媒體的時間過多等［1-2］。睡眠剝奪（Sleep Deprivation，SD）是一種由于環境或者自身原因引起的睡眠缺失狀態，長期慢性SD會對身心健康產生多種不良影響，包括醫療職業倦怠、心血管疾病和精神心理疾病等，而急性SD可能引發各種不良事件，加重社會經濟負擔，因此睡眠健康問題備受關注［3-6］。目前，有許多研究證明睡眠不足可能對各維度的認知功能產生不利影響，但是對于復雜認知功能，如執行功能是否會受到睡眠剝奪的負面影響，相關的研究結果仍存在差異［7-9］。國內現有研究尚未明確探討醫學生群體的執行功能，執行功能在人的各種工作任務中都起著重要作用，醫學生作為睡眠問題高發群體，執行功能下降對其日常學習和臨床助理工作都會造成不良影響，甚至有可能引起醫療不良事件。因此，深入探索睡眠不足對醫學生執行功能的具體影響具有一定的研究價值和現實意義。本研究從深圳地區招募42名健康醫學生，使用n-back、Stroop范式和數字廣度量表作為工具對24 h睡眠剝奪前后的志愿者進行評估測試，側重探討完全睡眠剝奪對醫學生群體的工作記憶和抑制控制功能的影響。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究于2022年10月至2022年11月招募深圳地區健康醫學生為試驗對象，受試者均須自愿簽署知情同意書。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，并根據《赫爾辛基宣言》進行。

1.2 納入標準 1）右利手，年齡19～35歲者；2）無認知功能障礙或精神心理障礙（包括焦慮、抑郁、神經衰弱、乙醇及藥物依賴等）者；.3）匹茲堡睡眠質量指數量表得分＜5者；4）既往無影響認知功能的器質性疾病病史（包括顱內腫瘤、癲癇等病史）者。

1.3 排除標準 1）患心腦血管、肝、腎和神經系統等嚴重原發性疾病，難以完成測試者；2）全身真菌、細菌或病毒感染者；3）近3個月內參加過同類試驗者；4）近6個月內服用過促眠助眠類保健品或藥物（包括艾司唑侖、褪黑素等）者。

1.4 研究方法 被納入實驗的受試者要求在睡眠剝奪開始前1周每天填寫睡眠日志，保持正常的就寢時間和覺醒時間，避免食用酒、咖啡、濃茶、巧克力等中樞興奮或抑制類食物直至實驗結束。睡眠剝奪前1 d 8：00對受試者進行神經心理學評估并完成試驗任務范式。試驗首日8：00，受試者進入實驗室，睡眠剝奪開始，至第2天早8：00結束，共24 h。

睡眠剝奪期間受試者接受多位實驗助理的輪流監控，保持清醒狀態，避免打盹休息，可自由進食（禁食興奮性食物），可以從事聽音樂、閱讀、看電影等較為輕松的認知活動，但不能進行劇烈的軀體運動以及玩激烈的對抗性電子游戲等。次日08：00受試者再次進行神經心理學評估并完成試驗任務范式。

1.5 研究工具 Stroop范式與1-back記憶任務均采用E-prime 3.0軟件編制實驗程序，數字廣度測驗由專業的評估人員使用量表評估。在每個任務正式開始前，研究人員向受試者解釋清楚實驗要求，并與其進行練習直到受試者理解測試任務如何進行。1）Stroop。Stroop效應是指字義對字體顏色的干擾效應，可應用于對抑制控制功能的評估。本實驗采用經典四色色詞Stroop范式，實驗程序中刺激物均呈現在白色背景的顯示器屏幕中央，被試距離屏幕1 m左右。本任務隨機出現4個色詞一致刺激組塊和4個色詞非一致刺激組塊（紅黃綠藍4色），均以偽隨機的方式呈現，每個色字時間呈現為2 s，空白反應時間為2 s，共72個時相。被試的任務是在色詞呈現的2 s內，對色詞的顏色進行判斷并按鍵，紅色字按“d”鍵（左手中指），綠色字按“f”鍵（左手食指），藍色字按“j”鍵（右手食指），黃色字按“k”鍵（右手中指）。要求被試忽略所呈現詞語的詞意，僅對其呈現的顏色做出判斷，并盡快按下相應的按鈕。2）n-back。n-back任務是研究工作記憶最常用的認知范式之一，該任務要求被試辨別當前刺激是否與n步前的刺激匹配并作出反應。本實驗采用經典1-back工作記憶任務，實驗程序中刺激物均呈現在黑色背景的顯示器屏幕中央，被試距離屏幕1 m左右。采用的刺激為屏幕中隨機出現10個數字0～9，每個時相中數字呈現時間為1 s，空白反應時間為2 s，共有120個時相。要求受試者將每個當前看到的數字和前一個數字進行對比，判斷是否相同，如果“是”，按‘f’鍵（左手食指），反之按‘j’鍵（右手食指）。3）數字廣度測驗。數字廣度測驗（Digital Span Test，DST）常用于評價受試者的注意力、聽覺語言和工作記憶表現。評估人員以每秒一個數的速度念出一組隨機數字后，讓受試者將其用正序或倒序重復，直到連續2串數字不能正確復述為止，記錄復述正確的最高數字位數為得分。

1.6 統計學方法 采用SPSS 26.0統計軟件對所有數據進行處理，分類變量使用頻數及構成比表示；數值變量符合正態分布或檢驗圖總體符合正態分布，以均數±標準差（±s）表示，采用配對t檢驗，分析各指標在睡眠剝奪前后的變化；數值變量不符合正態分布的采用非參數相關檢驗分析指標在睡眠剝奪前后的變化，以Plt;0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本情況 本試驗最終共納入42例試驗對象，男17例（40.48％），女25例（59.52％）。年齡20～30歲，平均年齡（22.40±0.28）歲，均為醫學類專業，教育水平均為本科。

2.2 抑制控制 結果如表1顯示，睡眠剝奪對Stroop表現正確率的影響差異無統計學意義（t＝-1.444，P=0.160），睡眠剝奪前后正確率分別為（83.55±1.97）％及（87.12±2.10）％；睡眠剝奪對Stroop反應時有顯著影響（t＝5.392，Plt;0.01），前后反應時差異有統計學意義，睡眠剝奪后相較剝奪前反應時縮短，睡眠剝奪前（601.81±2.37）ms，睡眠剝奪后（584.97±2.23）ms。

2.3 工作記憶 1-back任務結果如表2顯示，睡眠剝奪對工作記憶任務正確率有顯著影響，差異有統計學意義（t＝2.342，Plt;0.05），睡眠剝奪后正確率相較剝奪前下降，剝奪前后分別為（92.65±1.19）％及（90.60±1.55）％；睡眠剝奪對工作記憶任務反應時的影響沒有統計學意義（t＝-0.207，P=0.836），睡眠剝奪前（484.31±2.93）ms，睡眠剝奪后（485.08±3.01）ms。

DST評分結果如表3顯示，睡眠剝奪對正序得分的影響沒有統計學意義（F=-0.707，P=0.480）；對倒序得分有顯著影響，差異有統計學意義（F=-2.817，Plt;0.01）；對總分有顯著影響，差異有統計學意義（F=-4.795，Plt;0.01）。睡眠剝奪后倒序得分和總分相較剝奪前下降，剝奪前后正序得分分別為（12.70±0.12）和（12.77±0.09），倒序得分分別為（10.97±0.26）和（10.20±0.29），總分分別為（25.47±0.19）和（21.17±0.49）。

3 討論

本實驗結果顯示，24 h的急性完全睡眠剝奪對醫學生的抑制控制和工作記憶均有顯著影響，主要表現在抑制控制的處理速度和工作記憶的準確率上。

研究應用四色Stroop任務測試受試者睡眠剝奪前后抑制控制功能的變化情況。與睡眠剝奪前比較，受試者的色詞判斷準確率稍有提升，但這種變化無統計學意義（Pgt;0.05）；受試者的反應速度相比剝奪前顯著提升。抑制功能的相關研究中，Skurvydas等人的2項研究分別測試了健康成年男性在24 h和48 h完全睡眠剝奪下執行功能的表現變化，結果顯示，睡眠剝奪后抑制控制能力均顯著下降［10-11］。而部分研究顯示了不一樣的結果，2項試驗對成年大學生進行24 h睡眠剝奪，結果顯示，睡眠剝奪后志愿者的抑制控制任務成績均沒有顯著下降，這與本試驗結果是一致的［12-13］。研究結果的差異可能是由于使用的試驗范式不同，Skurvydas等人的試驗使用了2項任務進行評估，其中Go/No-Go任務考驗被試抵抗非目標刺激的抑制功能，而本試驗與上文2項陰性結果研究均僅采用Stroop范式，主要測試認知靈活性與對沖突信息的干擾抑制功能，這背后的機制需要進一步地研究［14］。也有研究表明，隨著測量時間的延長，Go/No-Go任務指標的正確率下降更明顯，因此睡眠剝奪的時長也可能是差異原因之一［15］。本實驗剝奪后反應時縮短可能是因為受試者疲倦程度上升，急于完成試驗任務休息，既往研究顯示睡眠剝奪會使受試者易怒、緊張-焦慮情緒得分顯著上升，而緊張、焦慮和憤怒情緒也可能影響受試者的完成速度［16］。

睡眠剝奪對工作記憶表現出顯著的負性影響，這與現有研究結果一致。LIWEI ZHANG等的一項使用n-back任務的研究結果顯示，36 h的睡眠剝奪導致被試的反應時和正確率下降［17］。本試驗采取1-back任務和DST量表測試睡眠剝奪前后工作記憶成績，受試者睡眠剝奪后的1-back任務正確率顯著下降，反應時沒有顯著變化；DST的正序得分沒有顯著變化，逆序得分顯著下降。但也存在不同結果，Gerhardsson等人的2項研究結果顯示，24 h的睡眠剝奪后老年人情緒n-back任務的準確性和反應時長沒有顯著下降，研究者認為是由于積極效應原理，健康老年人在處理消極情緒與睡眠剝奪的負面影響時比年輕人有更大的彈性［9，18］。也有研究者認為工作記憶負荷程度不同可能是試驗結論不一致的原因，但Hennecke等人在睡眠剝奪試驗中采用3種不同水平的工作記憶負荷，得出不同水平的執行負荷對執行任務表現沒有顯著影響［19］。因此關于睡眠剝奪對工作記憶的影響仍需要補充研究，全方位明確其在不同認知領域與不同人群中的表現。

綜上所述，24 h急性睡眠剝奪會影響實習醫學生的執行功能，受試者的抑制控制功能沒有顯著變化，工作記憶功能顯著下降。執行功能的下降可能增加醫學生臨床助理工作失誤的風險，對其學習與生活也會產生不良影響，提示有必要對特定群體進行有效的干預指導，使其執行功能保持在正常水平。

利益沖突聲明：無。

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