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1、长期在封闭环境中生活工作对脑功能的影响北京富立叶信息科学技术探讨所王宪举刘济英高治国魏海涛【摘要】目的在航空、航天飞行过程中，在海上、海下舰艇作业中，须要工作人员生活和工作在个特定的封闭的环境中。这种特定环境对人体的生理、心理将产生肯定的影响，这是世界航空、航海医学界关注的课题。本试验由3名志愿者在一个特定的封闭环境中，工作、生活了两个月，视察他们在试验前、后的生理、心理、脑功能改变状况。本探讨的目的是通过对比分析脑电信息的特征，视察长期特殊环境对大脑功能导致的改变。方法志愿者为3名男性，年龄在2735岁之间，身体健康，无任何器质性疾病，无精神异样。被试者在一个特定的封闭环境中生活、工作两个月
2、，在这期间按试验要求完成规定的工作任务。在进入特定封闭环境前作脑电检查，试验完成后作脑电检查，以后每10天作脑电检查一次，跟踪视察个月。脑电的电极安放遵照国际1020系统的标准，记录16导脑电。应用脑功能分析仪“神经生理信息工作站”，进行脑电的记录和分析处理。首先进行数字滤波解除干扰：然后建立数学模型：最终计算出脑电的特异性指标：大脑的记忆特征指数、联想特征指数、功率峰值特征。结果（1）试验前、后脑电功率谱六频段的改变：三名被试者均显示试验后6、。频段的功率值比试验前增加，频段的功率值削减，以前头部为著；B频段的功率改变不明显。（2）试验前、后脑电功率谱主峰的改变：试验后脑电功率密度的主峰比试
3、验前向左移，表示脑电活动的频率变慢。（3）试验前、后大脑的记忆特征指数的改变：试验后比试验前记忆特征指数下降，被试者2和被试者3表现明显。被试者1的前头部明显。（4）试验前、后大脑的联想特征指数的改变：三名被试者都表现出试验后比试验前的大脑信息联想特征指数下降。结论长期特殊密封环境对作业人员的脑功能有明显的影响。【关键词】脑电，脑功能，脑功率谱，大脑的记忆特征，大脑的联想特征。在航空、航天飞行过程中，在海上、海下舰艇作业中，须要工作人员生活和工作在一个特定的封闭的环境中。这种特定环境对人体的生理、心理将产生肯定的影响，这是世界航空、航海医学界关注的课题。本试验由3名志愿者在一个特定的封闭环境中
4、，工作、生活了两个月，视察他们在试验前、后的生理、心理、脑功能改变状况。本探讨的目的是通过对比分析脑电信息的特征，视察长期特殊环境对大脑功能导致的改变。对象和方法被试者为三名男性，年龄在2735岁之间，身体健康，无任何器质性疾病，无精神异样。被试者处在一个特定的封闭环境中生活、工作两个月，在这期间按试验要求完成规定的工作任务。在进入特定封闭舱环境前作脑电检查，试验完成走出特定封闭舱后马上作脑电检查，以后每10天作脑电检查一次，跟踪视察一个月。脑电的电极安放遵照国际10-20系统的标准放置，参考电极放置于双耳垂，地线放置前额正中接近发迹，记录16导脑电。采纳北京富立叶信息科学技术探讨所研制生产的
5、脑功能分析仪“神经生理信息工作站”，进行脑电的记录和分析处理。首先，对脑电信号进行数字滤波，解除干扰信号；然后，建立脑电的数学模型；应用多种最新的方法对脑电信号进行分析处理，得出脑电的特异性指标，表达出试验前、后的改变状况。一、试验对象检查对象：三名志愿者，男性，年龄在2735岁之间。经过临床常规检查，身体健康，无任何器质性疾病，无精神异样。无其它用药史。二、试验方法1 .试验设计：（1）检查内容：记录被检查者的脑电图（EEG）e（2）检查条件：a）被检查者闭眼宁静；b）被检查者接受闪光刺激；c）被检查者自主做深呼吸；d）被检查者闭眼宁静复原。2 .记录设备：应用由北京富立叶信息科学技术探讨所
6、自主研发、生产的“F1.Y-2型神经生理信息工作站”。该仪器已经用于我国首批、二批航天员的选拔及训练。3 .记录指标：依据国际标准10-20系统，连续记录16导脑电图。4 .数据选择：第1次检测选在进入密封环境之前，“闭眼宁静”，作为基准比照。第2次检测选在离开密封环境即刻，“闭眼宁静”，视察其与基准比照的改变。5 .分析指标：大脑的记忆功能指数、联想功能指数、功率谱主峰值、六频段值。依据现代系统论的定义和分型，人的大脑属于多功能系统、动态系统、困难系统。依据大脑的功能特征建立如下的基本网络系统：（1）16电极的总体定义为总系统，即困难系统；（2）16电极的每一个电极定义为子系统；（3）每个子
7、系统本身有独立的功能，对信息有记忆功能、处理功能，称为“记忆功能”；（4）各个子系统之间有联系、有协调，对信息有传输功能、响应功能，称为“联想功能”。依据上述基本概念，引入下述的定义：定义1：子系统的记忆功能指数三1.0-子系统的信息衰减率三1.0-三Mem定义2：子系统间的联想功能指数三1.0-子系统间的信息衰减率三1.OB三Asca获得系统的信息衰减率的方法是，首先为系统建立信息衰减模型，由模型计算出系统对信息的衰减率(0.0a1.0),由定义1得出记忆特征MCm(0.0Mem1.0)。同样，获得不同系统之间的信息衰减率的方法是，在系统之间建立信息衰减模型，计算出系统之间信息的衰减率B(0
8、.01.0),由定义2得出联想特征ASCa(0.0sca1.0)。依据实际试验的数据分析状况，将(MCm，Asca)的分界点定于(0.10,0.15),即当0.00(Mem,Asca)0.10定于为“差”；当0.10(Mem,Asca)0.15定于为“中”；当0.15(Mem,Asca)1.00定于为“好，上述模型定义为“大脑的记忆与联想”模型。依据试验设计的内容和选取的分析指标，对被试对象所可能出现的实际状况首先做分型，分型的状况列在表1中。表1分型系统表TablClassificatorysystem第一次检测No.1Test其次次检测No.2Test%A0.100.10M,A0.15M,
9、A0.100.10M,A0.15(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)分型说明：类型(1)：第一次检测两项指标小于0.10；其次次检测两项指标也小于0.10。类型(2)：第一次检测两项指标小于0.10；其次次检测两项指标大于0.10,小于0.15。类型(3)：第一次检测两项指标小于0.10；其次次检测两项指标大于0.15。类型(4)：第一次检测两项指标大于O.10,小于O.15；其次次检测两项指标小于0.10。类型(5)：第一次检测两项指标大于。.型，小于0.15；其次次检测两项指标大于O.型，小于0.15。类型(6)：第一次检测两项指标大于0.10,小于0.15；其次次检测两
10、项指标大于0.15。类型(7)：第一次检测两项指标大于0.15；其次次检测两项指标小于0.10。类型(8)：第一次检测两项指标大于0.15；其次次检测两项指标大于0.10,小于0.15。类型(9)：第一次检测两项指标大于0.15；其次次检测两项指标大于0.15。依据9个类型，被检测对象的实际计算结果列在表2中。表2检测结果Tab2TestResults分型Classification(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)第1次测试第2次测试100人1512911361736依据实测分型状况归为3个类(组)：(I)组：包括类型(9)、(8)、(6),该组被检测者在第一次检测和其次
11、次检测时，记忆指数和联想指数得分较高，共56人，占总人数的56%。(II)组：包括类型(7)、(5)、(4)、(3)、(2)该组被检测者在第一次检测和其次次检测时,记忆指数和联想指数得分中等，共29人，占总人数的29%。(III)组：包括类型(I)o该组被检测者在第一次检测和其次次检测时，记忆指数和联想指数得分较低，共15人，占总人数的15%。具体结果见表3.表3分组表Tab3Group(TII)(TI)(I)(1)(2)(3)(4)(5)(7)(6)(8)(9)总数Total100152956%100%15%29%56%依据定义，应用方法1(I)组被判定为脑功能特征“优秀”；(II)组被判定
12、为脑功能特征“中等”:(Ill)组被判定为脑功能特征“稍差”。讨论-、记忆联想模型与脑电地形图分类结果的比较近年来，国内脑电图的分析大都采纳脑电等电位分析方法，通称“脑电地形图”方法。下文称其为“方法1”，本文提出的“记忆与联想模型”称为“方法2”。木项探讨将这两种方法进行了对比分析。1 .方法1的检测结果：应用方法1对被检查对象进行了“好”、“中”、“差”分组，其结果列在表4中：表4方法1分组Tab4GroupsofMethod1差Bad中Middle好Good10064054%6%40%54%2 .方法2与方法1的初步对比：将方法2的(I)组对应方法1的“好”；方法2的(II)组对应方法1
13、的“中”；方法2的(IID组对应方法1的“差二结果列在表5中。表5方法1与方法2的对比Tab5ComparisonofMethod1andMethod2差(Ill)Bad(III)中(II)Middle(II)好Good(I)61540-2954-56-9+11-2从表5可以看到，两种方法产生的误差概率为22%：(-9+11+-2)100=0.22。3 .两种方法的的精确比较：除了对方法1和方法2做对比分析外，还从临床上进行了多方面的分析。多方面具体分类得出方法1的正确分类概率62%,错误分类概率38%,其结果列表6中。方法2的正确分类概率84%,错误分类概率16%,其结果列表7中。表6方法1
14、的分组Tab6GroupsofMethod1正确Correct错误Error误检PositiveError漏检NegativeError100621622%62%16%22%表7方法2的分组Tab6GroupsofMethod2正确Correct错误Error误检PositiveError漏检NegativeError10084610%84%6%10%通过表6和表7的对比，可以看到方法2比方法1的正确分类概率提高了22%,即错误分类概率下降了22%o二、记忆联想模型与脑电地形图模型的原理比较1 .脑电地形图的原理：该方法把脑电图的记录作为“一个整体”，计算该整体的功率谱，然后划分成六个频段(6
15、,1,a2,1,2),分别计算等电位图。该方法的特点是把脑电图作为“一个对象”，并且是一个“静态模型”。因此，该方法提取的信息是宏观的、静态的。2 .记忆联想模型的原理：该方法不仅把脑电图的记录作为“一个整体”，而且是由多个“子系统”构成的有机整体。该方法既分析整体的特征，同时更关注子系统的功能，特殊是用“动态”的观点视察每一个子系统的动态特征。尤其是引入不同子系统之间的“传输与响应一联想”的定义，使脑电图变成一个有序、动态、相互亲密关联的“动态网络系统”。因此，该模型更加接近人的大脑的实际工作状态。这也就是它更为精确的进行分类或诊断的理论基础。三、建议由于记忆联想模型的理论优点及其实际应用结
16、果的改进，考虑可以在下述几个方面做进一步的推广应用：1 .招收飞行学员的脑功能检查。在招飞的初期，可以提高正确入选率，降低错选、漏选概率。为飞行员的培育把好第一关。2 .飞行学员的脑功能检查。在入选后进入学院学习、训练期间，可以通过定期做脑功能检查，跟踪、评价训练效果，提高培育的胜利概率。3 .飞行员的脑功能检查。在成为正式飞行员后，为视察其工作负荷、工作疲惫度以及整体健康状况，定期做脑功能检测更应当成为一项必需的检测内容。应用该项新技术对提高飞行员的脑功能检测水平是特别有意义、有价值的。参考文献1CoxJR.etal.DigitalAnalysisofEEG.ProceedingofIEEE
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