睡眠过渡过程中认知行为反应量的测量

摘 要：以认知能力和反应能力（反应快慢，反应准确性，反应快慢的变化趋势以及准确性的变化趋势）为描述脑态的参数，依据认知行为反应提供的刺激来中断过渡过程中脑失控的思维活动，从而建立一种方法，用来评估睡眠过渡过程，并且监测这一过程中脑的认知活动。

关键词：睡眠过渡过程;认知;失眠;行为反应量

中图分类号：R749 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）02-0049-02

睡眠是生物机体的本能行为， 睡眠不足会让人觉得疲劳，精神不集中，严重者甚至会引起精神性疾病，产生睡眠不足的原因有很多，其中很重要的一个因素就是失眠。失眠者大都因不能抑制延绵不断的思绪而无法入睡，因此，常常把这些延绵不断的思绪，诸如不愉快的想法、对睡眠质量的担忧等称为“有害认知活动”。虽然对失眠的病因和本质依然不很清楚，但迹象表明，通过心理控制，有可能抑制有害认知活动，使睡眠过渡过程（从有睡意到睡着这段过程）缩短，这给从整体水平上揭示失眠的脑机制、进而建立有效的行为学和心理学治疗原则和方法带来了新的希望。

1 睡眠过渡过程中脑的认知活动

从认知科学的角度来看，思维活动就是脑对现实世界进行心理表征以及按心理算法操作表征的过程。由于人脑比电脑复杂的多，因此更容易受内部和外部扰动的影响而运行异常，甚至发生死循环，如导致失眠、甚至精神失常的失控思维活动等，严重影响到人们的日常生活。为了解决这个问题，研究人员做了大量的工作，对睡眠、失眠及其治疗提出了一些理论或假说，其中有代表性的理论认为：在从有睡意到睡着的“睡眠过渡过程”中，脑中认知活动处于停止的状况是自然的入睡状况，是理想的状况;一旦理想状况不能满足，且脑中的有害认知活动不能自行停止，则导致心理性失眠;这种失眠有可能通过认知和行为学等非药物方法来治疗。

研究人员认为，有害认知活动需要占用脑的认知空间才能够维持，如果失眠者自主运行一个认知操作过程，那么它可能占据本来被有害认知活动占用的脑认知空间，从而抑制有害认知活动。以此为基础，研究人员尝试了各种可能的策略来进行心理控制。但是效果并不理想，因为这些策略对于个体的差异很大，使得它们存在争议。实际上，自主运行的认知操作虽然能抑制有害认知活动，但它是违背自然睡眠的认知活动，也时刻产生着唤醒脑的危险，这是镶嵌在上述理论体系中的一个两难问题。

此外，有害的认知活动相当不确定，其内容、其程度不但因人而异，而且因时而异。失眠者必须实时把握自主运行的认知操作过程的强度和持续时间，让其在有效抑制有害认知活动的同时，又防止转变成新的有害认知活动，而这实际上几乎是不可能的。因此，控制脑的睡眠过渡过程是一个极为复杂的问题，它的进展高度依赖于学科间的交叉融合以及新知识、新方法、新技术的应用，而关键的问题是如何找出现有理论的缺陷并在新的理论指导下创建行之有效的新方法。

通过我们先前所做脑的意识加工和有意识的行为反应实验，我们观察到在睡眠过渡过程中：

①一定微弱程度的外部刺激，不论是听觉刺激还是触觉刺激，都可以使脑中断原先的意识加工，转向对外界刺激的监测。

②当这种外部刺激的时间间隔随机且渐进地延长时，被试者做出行为反应的时间表现为波动性地变慢，行为反应往往在渐进延长的间隔中，等待姗姗来迟的目标时终止，脑渐渐堕入到睡眠态。

这提示外界刺激有可能在睡眠过渡过程起了作用，刺激的特性和参数可能是关键的问题。而脑状态是控制的对象，也是实施控制的依据。我们利用机-脑接口，根据认知行为反应表达的脑态，利用声音序列持续转移被试者的注意，该声音序列具有某种特性，可作为外界刺激来抑制那些失控制的思维活动。

因此，确定声音序列的特性至关重要。除此以外，由于不同的被试者或同一个被试者在不同的失眠之夜，认知和行为反应水平各不相同，在实施控制之前，机-脑接口将自动地依据当日的初始脑态，即睡眠前的认知和行为反应的水平，确定声音刺激的初始特性。

2 测量方法

由于行为反应量，如反应的快慢、反应的准确性与脑对外界信息认知加工和行为反应的实时状态密切相关，而反应快慢的变化、反应准确性变化与脑认知活动的变化及脑认知行为反应水平的变化密切相关。因此，本项目拟以认知能力和反应能力（反应快慢，反应准确性，反应快慢的变化趋势以及准确性的变化趋势）为描述脑态的参数，依据认知行为反应提供的刺激来中断过渡过程中脑失控的思维活动。为了实现这个功能，我们设计了一种通过计算机监测、控制来干预大脑思维活动的系统―机-脑接口。

为了有效转移失控的思维活动，并阻止已中断的失控的思维活动复苏，以2种不同的声音按确定的方式构成不同的声刺激单元。在这两种声音中，一种较为清脆，称为目标声，每当目标声出现时要求被试者对它做出反应，以此使失控的思维活动被转移。另一种较为低沉，被称为非目标声，它的作用是使失控思维活动持续缺乏注意而被抑制，直至最终失活。对于非目标声，被试者不需要对其作出反应。

声音确定后，需要确定声音的响度，因为声音过强会刺激到入睡者，成为干扰入睡的源。而声音刺激过弱的话，不能很好地转移被试者的注意，达不到抑制失控思维活动的目的。在本实验中，以个体的听觉阈值响度为声刺激单元中两种刺激声音的响度。它们由机-脑接口系统自动调节。在响度被确定之后，还必须确定被试者即日的认知行为反应水平。再让被试者对包含在以上述随机给出的不同声刺激单元序列中的声刺激进行鉴别反应，相邻声刺激的间隔在3～6 s范围内随机变化，实验共20次。将这20次认知行为反应水平的平均值，称为个体、即日的认知行为反应水平。

测量时需要所用仪器能够控制刺激物强度、频度并且能自动记录反应时间，还需要能记录被试者手指微小动作的传感装置。为了达到目的，使用的是自主开发的机-脑接口，它包含有小型传感装置和行为反应记录系统。另外还需要计算机一台，用来提供刺激物，并记录反应时间，所使用的实验刺激物特性如上确定。

3 实验数据及其分析

测量得到的数据存放到存储系统中，每次测量都会产生一些信息和数据，这些信息和数据都包含在一个文件中，并且在这个文件中按时间顺序排列。文件共分为4个部分：

①应答信号数据。

它包括序号、时间、声音类型及反应时间。其中序号指的是声音刺激是第几次;时间指的是哪个时刻给出刺激，格式为HH：MM：SS;声音类型指的是给出的是非目标声音还是目标声音;反应时间指的是被试者接收到目标声音，多长时间可以做出反应，单位是毫秒，取整数。

②统计结果数据。

它包括当日当次实验的声音响度是多少;实验过程中目标声音出现多少次，非目标声音出现多少次;非目标声音和目标声音出现时实验者反应次数各为多少以及其它相关数据。

③文件信息。

④被试者信息。

根据上述信息，以声音出现的序号作为横坐标，被试者接收到目标声，作出反应的反应时间为纵坐标，绘出睡眠反应特性图，如图1所示。其中圆点表示应该反应的点，叉叉表示不用反应的点，圆点在最下方表示该反应而没有反应，我们可以认为该被试已经进入睡眠状态。

由图可见，C点之后被试者不再对目标声音刺激做出反应，即丧失了行为反应能力，这表明C点以后被试者已经入睡。图中的A点是各次实验认知行为反应水平测量的结束后的第一点，而图中的B点为被试者每次实验中最后一次做出反应的点。因此入睡潜伏期即为A点和B点的时间间隔，图中A点的时间为21：50：42，B点的时间为22：00：03，C点的时间为22：00：14，则该实验者的入睡潜伏期为9 min21 s。

4 结 语

由图1及数据分析结果来看，入睡潜伏期的测量误差达到可以忽略的程度（图中为9 s）。因此，用这种方法对睡眠过渡过程中脑认知活动进行测量是一种比较好的方法。

参考文献：

[1] U.S.Department of Health and Human Ervices，National Institutes of

Health，Trans-NIH Sleep Research Coordinat-I NG Committee，et al[M].2003 national sleep disorders research plan，second edited，2003.

[2] Cote K A.Probing awareness during sleep with the auditory odd-ball paradigm[J].International Journal of Psychophysiology，2002，46：227-241.