夜班相关部分睡眠剥夺影像科医生执行功能磁共振成像脑活动差异研究

黄海连，曾少华，陈建初

（广州医科大学附属第六医院<清远市人民医院> 影像科 广东 清远 511500）

影像科是医疗行业中较为特殊的岗位，任务多、节奏快、负荷重，连续工作时间长，注意力高度集中，夜班时由于人手不足导致上述情况更为明显，持续的工作状态导致睡眠缺失。睡眠的过程是对个体大脑功能调整的过程，具有重要的意义和作用。本研究旨在探讨夜班相关部分睡眠剥夺下影像科医生执行功能fMRI差异。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择清远市人民医院影像科医生10名，男6名，女4名，平均年龄31岁。纳入标准：①25～40岁；②本科以上学历，参与临床一线值班；③夜班当天连续睡眠时间＜4 h；④右利手；⑤无磁共振检查相关禁忌证。本研究得到院伦理委员会的批准。

1.2 磁共振数据采集

扫描仪器为GE 3.0T Signa HDxt 磁共振成像系统，采用8通道头部线圈。成像参数如下：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 试验流程

本试验采用自身前后对照设计。研究对象分别在清醒状态和夜班后睡眠剥夺状态下行fMRI扫描。在行正常清醒状态扫描的前1 d要求研究对象正常作息，不能熬夜、吃刺激性食物等。夜班后次日早上7～8点进行扫描。先行静息态扫描，再行任务态扫描。任务为采用E-prime 2.0程序编写的Go/NoGo任务（参考Menon等2001年的实验设计）。所有刺激均由脑功能视听觉刺激系统呈现，受试者通过手指敲击键盘作出反应，记录任务中的反应时间及正确率。

1.4 统计学方法

本研究fMRI数据采用SPM12进行数据预处理。应用GIFT软化包对预处理后数据进行独立成分分析。将分离的成分分别与GITF工具包中的DMN模板进行匹配，选择与模板最匹配的独立成分作为DMN对应成分，得到功能连接度图。使用SPM12软件包对Go/NoGo任务建立数据模型，然后用提取出的成分与任务模型相关，取相关系数最高的成分，得到功能连接度图。使用SPM将上述组成分行单样本t检验、配对样本t检验统计学分析。结果使用GFR多重比较校正，限定簇大小为大于27个体素，P＜0.05为差异有统计学意义。观察有统计学意义的脑区解剖位置、MNI坐标和团块大小。

使用SPSS22.0软件，对在正常清醒状态和夜班后睡眠剥夺状态下的Go/NoGo任务反应时及正确率进行配对样本t检验。

2 结果

2.1 静息态正常清醒状态及夜班后DMN功能连接差异脑区

夜班后研究对象双侧楔前叶功能连接增强，见表1。静息态下，与清醒状态比较，夜班后DMN中双侧楔前叶功能连接增强，见图1。

图1 静息态正常清醒状态及夜班后DMN功能连接差异脑区

表1 DMN功能连接差异脑区

2.2 任务态正常清醒状态及夜班后执行功能连接度差异脑区

夜班后研究对象双侧楔前叶功能连接增强，见表2。任务态下，与清醒状态比较，夜班后影像科医生双侧楔前叶功能连接增强，见图2。

表2 执行功能连接差异脑区

图2 任务态正常清醒状态及夜班后执行功能连接度差异脑区

2.3 正常清醒状态和夜班后睡眠剥夺状态下的Go/NoGo任务反应时及正确率

夜班后任务正确率与清醒状态下差异无统计学意义（P＞0.05）,反应时差异有显著统计学意义（P＜0.01）。见表3。

表3 Go/NoGo任务正确率（ACC）和反应时间（RT）分析

3 讨论

睡眠剥夺（sleep deprivation, SD）是指有机体由于环境或自身原因所导致的正常睡眠部分或全部丧失的过程和状态。按照睡眠剥夺的时长或正常睡眠的丧失程度，将其分为完全睡眠剥夺、部分睡眠剥夺、选择性睡眠剥夺。部分睡眠剥夺相对于完全睡眠剥夺在日常生活及工作中更为常见，研究其对脑活动的影响也许更具有实际意义。

睡眠剥夺对多数认知功能都产生了负性影响，既包括注意、警觉等低级基础认知功能，也包括对执行控制网络等高级认知加工功能。若个体的高级认知功能受损，如执行功能受损，便无法正确、有序完成任务，这对于要制定医疗决策的医务人员来说是一件非常重要的事情，因此对睡眠剥夺下医务人员执行功能变化的研究具有重要意义。

Chee等[1]发现睡眠剥夺后执行任务时，额顶叶和丘脑等脑区表现出增强的激活效应，而额中回、扣带回等脑区表现为降低的激活效应，并推测减低的激活效应是睡眠剥夺对人脑的损伤，而增强的脑区激活效应则是自我代偿机制。Demos等[2]在Go/NoGo任务中发现睡眠剥夺的个体表现出降低反应抑制和认知控制，产生更多的抑制错误和更低的反应刺激学习效率。谢超等[3]提出睡眠剥夺仅仅减少了简单认知任务的加工速度，并未损害简单任务正确率，但降低了高级认知任务的反应时和正确率，并且改变了大脑的激活和连接模式。既往研究提示我们睡眠剥夺对执行功能的影响是多维度的。

默认网络（default mode network, DMN）是指在静息状态下大脑中线和外侧区域皮质功能活动相对活跃的区域，被认为是功能和结构连接的关键节点。普遍认为内前额叶皮层的背侧和腹侧、楔前叶、后扣带皮层、侧顶叶、颞叶皮层和内侧颞叶共同组成了DMN。研究发现DMN的异常活动可能与许多精神疾病、行为障碍有关。Lei等[4]发现DMN与突显网络的功能连接在睡眠剥夺后显著升高，并且这两个网络的连接强度与个体困倦程度和工作记忆任务的反应时等个体行为存在相关性。楔前叶和后扣带回在DMN中起重要作用。Jin等[5]研究发现，遗忘性轻度认知障碍患者的后扣带回与楔前叶有明显的同步激活增强现象。夏春生[6]等发现轻度颅脑损伤后，患者出现记忆力下降、学习能力减弱、易遗忘等现象，行fMRI提示患者后扣带回与中下部楔前叶功能连接显著增强。他们认为在记忆力下降的情况下，机体可能启动代偿机制，中下楔前叶加强其对认知信息的整合效应，以提高陈述性记忆系统的工作效率，缓解机体记忆力下降的症状。

本研究中影像科医师睡眠剥夺下rs-fMRI及与执行功能相关的T-fMRI均提示双侧楔前叶功能连接增强，考虑是机体启动代偿机制，加强对信息加工整合效应。此外，影像科医师的工作主要为阅片，Manly等[7]发现睡眠剥夺会导致个体的视空间注意力减弱。而楔前叶作为顶叶和枕叶的连接纽带，其功能连接增强可能与促进视觉加工有关。前额叶、前扣带回、丘脑和小脑等脑区被认为是执行控制功能网络的组成，本研究中与执行功能相关的T-fMRI并未发现上述脑区功能连接度降低，考虑可能与睡眠剥夺时长较短、剥夺时研究对象处于应急状态有关。其次，本研究对象在睡眠剥夺时间内一直处于应急状态，血糖、皮质醇等处于高水平状态[8]，可能抵消部分睡眠剥夺的负性效应。

综上所述，值班相关部分睡眠剥夺下影像科医师rs-fMRI及与执行功能相关T-fMRI中均提示双侧楔前叶功能连接增强，这种改变可能是机体启动代偿机制，加强对信息加工整合，及促进视觉加工有关。反应时间的增加则提示与警觉的下降有关。