《Brain Sciences》：Functional Brain Connectivity During ASMR Trigger and White-Noise Listening in Older and Young Adults
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背景/目的：急性睡眠剥夺会损害安全关键职业中的认知表现，凸显了对有效对抗措施的需求。经颅直流电刺激（tDCS, transcranial direct current stimulation）已被探索作为减轻表现下降的替代性无创神经调控方法。相关研究团队还利用
背景/目的：急性睡眠剥夺会损害安全关键职业中的认知表现，凸显了对有效对抗措施的需求。经颅直流电刺激（tDCS, transcranial direct current stimulation）已被探索作为减轻表现下降的替代性无创神经调控方法。相关研究团队还利用了心率变异性（HRV, heart rate variability）等生物信号在长时间觉醒期间连续追踪表现下降的能力，但诸如tDCS等疲劳干预是否会改变睡眠剥夺期间用于此类追踪的自主神经指标仍不清楚。本研究考察了睡眠剥夺期间tDCS是否影响自主神经功能和认知表现。方法：19名参与者在26 h连续觉醒期间接受重复认知评估和心电图监测。在觉醒19 h后，参与者以双盲设计接受针对右侧背外侧前额叶皮层的30 min真刺激（n = 10）或伪刺激（n = 9）。采用线性混合效应模型对表现和HRV进行分析，并进行错误发现率校正，其中包括对多属性任务组-II（MATB）的5 min窗口化分析。结果：刺激对任何认知表现或HRV结果均无显著主效应。探索性分析揭示了MATB内系统监控反应时、资源管理表现和绝对高频HRV功率的刺激×窗口交互作用。真刺激组参与者在单个刺激后轮次报告较低的困倦感，但无相应的表现获益。结论：在这一探索性样本中，单次tDCS未产生可检测的组水平认知表现或HRV效应，且除一项任务内探索性交互作用外，未观察到刺激相关的自主神经指标系统性改变。效应量估计和任务内的探索性发现为开展具有足够统计效力的研究以考察tDCS反应的个体差异提供了基础。
**一、研究背景与问题提出**
在医疗、交通等需要长时间工作的行业以及夜班人群中，长时间觉醒及其导致的认知功能损害十分常见。受职业运行需求所限，往往难以通过调整工作日程来避免睡眠剥夺，因此需要能够依据操作者实时状态进行适应性给予的有效对抗措施。经颅直流电刺激（tDCS）作为一种新兴对抗手段，通过表面电极给予弱电流进行无创神经调控，具有与生理监测系统整合的独特优势；但其对睡眠剥夺者自主神经功能的影响尚不明确，本研究即旨在考察睡眠剥夺期间tDCS是否改变以心率变异性（HRV）为指标的认知表现与自主神经功能。
急性完全睡眠剥夺已被证实会损害警觉、记忆、学习与执行功能，表现为反应时间减慢、错误率升高、视运动表现受损及情绪紊乱，在高风险作业环境中可危及决策与公共安全。现有干预手段存在明显局限：咖啡因等药物干预个体差异大、长期使用效应迅速衰减且缺乏可指导剂量的客观生物标志物；短暂运动作为兴奋手段需要专门时间与空间，且无法在任务执行中给予；增强现实主要作为任务替代而非普适性干预。这凸显出依据生理状态而非固定时间表进行连续监测与适应性给予的干预需求。开发适应性对抗系统要求对长时间觉醒中的认知状态进行连续客观监测，传统行为评估为离散、任务依赖且缺乏预测性，HRV因可连续无创监测且与睡眠剥夺程度及认知表现能力相关而尤为有前景，但其在神经调控干预下是否仍保持既有关系尚不清楚。背外侧前额叶皮层（DLPFC）参与注意、工作记忆与执行功能，对睡眠剥夺尤为易感，是神经调控的合理靶点；同时DLPFC与自主神经调节皮层网络存在功能整合，刺激该区域可能独立于认知效应而改变自主神经功能。若tDCS系统性改变HRV模式，现有表现下降预测算法可能在刺激期间或之后失效；反之若自主信号能一致追踪疲劳进程与神经调控效应，则可用于触发与验证干预。已有关于tDCS作为疲劳对抗措施和自主神经监测睡眠剥夺的研究相互割裂，尚无研究同时考察长时间觉醒中tDCS对认知表现与自主神经功能的影响。本研究通过双盲设计，在26 h连续觉醒（足以产生可测认知损害并模拟真实作业条件）中，于长时间觉醒后针对右侧DLPFC给予真或伪tDCS，全程连续HRV监测并重复认知评估，假设真刺激相对伪刺激可减轻警觉下降，并产生反映自主平衡改变的可测HRV变化。
**二、主要关键技术方法**
19名健康志愿者（9男10女，29.4 ± 8.6岁）完成研究，真刺激10名、伪刺激9名；未进行先验效力分析，样本量参照本研究组既往同一26 h方案的约20名参与者，定位为探索性预试验；方案经Biomedical Research Alliance of New York伦理审查（BRANY Protocol#: 23-02-759）。主要技术方法包括：26 h连续觉醒期间每2 h完成一轮共13轮认知测试；采用可穿戴心电记录（1 kHz采样）并提取R-R间期进行时域与频域HRV分析（MATB划分为4个5 min窗口）；认知测试包括精神运动警觉任务（PVT）、Go/No-Go（GNG）、程序反应时（PRT）、代码数字替换（CDS）及多属性任务组-II（MATB）；第9轮后以DC-Stimulator Plus经右侧DLPFC实施2 mA、1800 s（含60 s渐升渐降）真刺激或60 s伪刺激，采用双盲编码；统计采用线性混合效应模型并结合错误发现率（FDR）校正。
**三、研究结果**
*3.1 表现*：睡眠日记显示实验前一周平均睡眠7.4 ± 1.5 h，实验前夜7.8 ± 1.4 h。不按刺激条件分层时，参与者平均在r1困倦最低（4 ± 0.6），末三轮（r11–r13）与至少r1–r8显著不同，反映困倦随时间进展性升高；按条件分析仅在刺激后r12出现显著组间差异，伪刺激组困倦高于真刺激组（平均差 = 1.42，95% CI [0.503, 2.33]，p = 0.007），其余轮次无显著差异。各任务反应时总体在前八轮线性增加、后期升幅更陡，符合睡眠剥夺累积；COMM反应时变化最小，其较高反应时反映任务要求的延迟；ACC在r7后于GNG、PRT、COMM和SYSMON出现相似下降。对PVT、GNG、PRT、CDS和COMM的组水平比较显示，经FDR校正后无任何表现指标存在显著刺激主效应（所有p ≥ 0.61），效应量最大者为PRT正确率（F(1,17) = 2.50，p = 0.61，d = ?0.57，95% CI [?1.36, 0.22]）与COMM正确率（F(1,16) = 2.40，p = 0.61，d = 0.49，95% CI [?0.20, 1.17]），所有反应时效应的|d| ≤ 0.35。MATB四个5 min窗口分析中，SYSMON反应时存在显著刺激×窗口交互（F(3,176) = 3.69，p = 0.039，η2p = 0.06）而无显著刺激主效应（p = 0.61，d = ?0.38）；事后比较将交互定位于第二窗口（5–10 min），真刺激组反应时百分比增幅大于伪刺激（估计差 = 25.1个百分点，t(55.0) = ?3.23，p = 0.002，d = ?1.01，95% CI [?1.66, ?0.35]），其余窗口无差异；RESMAN tankDev交互勉强通过校正（F(3,176) = 3.09，p = 0.043，η2p = 0.05），反映真刺激组第四窗口偏离目标水平更大（估计差 = 78.9个百分点，t(35.2) = ?2.09，p = 0.044，d = ?0.72，95% CI [?1.43, 0.00]），因边界显著且置信区间触及零而应视为探索性；SYSMON正确率交互未通过校正（p = 0.099）。
*3.2 心率变异性*：HRV分析纳入16名（真刺激9名、伪刺激7名）。PVT（单窗口）与MATB（四个5 min窗口）中，meanHR、RMSSD及五项频谱指标均无显著刺激主效应（所有p ≥ 0.89），效应量普遍较小（|d| ≤ 0.34），LF/HF在两任务中均无刺激条件效应。MATB期间，meanHR、RMSSD、LF、LFn、HFn及LF/HF的刺激×窗口交互均不显著（所有p ≥ 0.10，η2p ≤ 0.06），其中LF与LFn（均p = 0.11）及HFn（p = 0.10）最接近显著。绝对HF功率则出现显著刺激×窗口交互（F(3,154) = 4.78，p = 0.023，η2p = 0.09），提示两条件在MATB各窗口间轨迹不平行；经FDR校正后无单个窗口对比达显著，因而无法定位具体窗口；描述性上差异符号在任务过程中反转，真刺激组早期HF功率相对较高、后期较低，该发现按探索性报告。
**四、讨论与结论**
讨论指出，与假设相反，在约19 h连续觉醒后针对右侧DLPFC的单次30 min真刺激未产生可检测的组水平认知表现或任务平均自主神经功能效应，此无效结果应结合具体刺激方案与结局指标解释，而非视为tDCS在睡眠剥夺下无效应的证据。多数结局效应量较小，少数中等估计（如PRT与COMM正确率）过于不精确而无法与零区分；本样本仅有80%效力检出大组间效应（表现d ≈ 1.4、HRV d ≈ 1.5），无法区分“无效应”与既往研究中较小效应。探索性模式包括刺激条件改变SYSMON反应时、RESMAN表现与绝对HF功率在MATB连续窗口中的变化方式，以及真刺激组在最后分析轮次报告较低困倦但无相应表现获益。反应时（含PVT）无组间差异与既往睡眠剥夺中真伪tDCS表现相当的报告一致，但与报告前额叶刺激改善警觉及双额极tDCS减轻生理困倦、防止警觉下降的研究形成对比，异质性可能源于电极布置与回路位置、设计、睡眠缺失程度与昼夜时相、结局选择及统计效力。本研究中最大的（虽不显著）效应量见于正确率而非反应时，这与睡眠剥夺对执行任务正确率损害大于反应速度的荟萃证据及tDCS作用于决策标准而非运动速度的计算研究相符，提示未来试验应纳入正确率与执行类结局。MATB中真刺激组SYSMON反应时与RESMAN偏差增幅更大，但均局限于单一窗口、未在各轮间一致重现，且可能部分反映刺激前基线差异。r12困倦降低未伴随客观表现改善、且真刺激组在两个MATB子任务窗口内表现更差，鉴于睡眠缺失下主观困倦是表现能力的不可靠指标，此类干预可能扩大主观与客观差距并助长操作者过度自信，说明自报警觉性不是tDCS效力的可靠指标，需客观连续监测标记指导与验证刺激；因真刺激皮肤感觉持续时间长于伪刺激，不能排除期望效应，且盲法完整性未经验证评估。HRV方面，尽管DLPFC参与自主功能自上而下调节且静息人群荟萃分析支持tDCS相关心率与HRV的适度改变，但睡眠剥夺本身的自主改变可能超过单次刺激的较小影响；唯一显著交互（绝对HF功率）无法定位且方向反转，视为探索性。本研究未直接检验HRV与表现的关系，故不能确认刺激期间HRV仍追踪表现，这是HRV用于指导或验证刺激前必须由更大研究回答的问题。此外tDCS反应个体差异显著，昼夜与睡眠相关基因变异、基线警觉特质差异及既往睡眠债等可能造成异质性，本样本过小无法考察。局限性包括样本量小与统计效力有限、多结局增加偶然发现可能、仅单次30 min刺激而持续睡眠压力下或需重复给药、刺激约在01:00给予且刺激后测试跨越清晨昼夜表现低谷而延长觉醒与皮层兴奋性上调和神经可塑性饱和及昼夜时相相关，以r9为基线计算百分比变化对基线变异与均值回归敏感（r9时真刺激组SYSMON反应时更快、RESMAN偏差更低、PRT正确率更低，其中SYSMON与PRT差异在充分休息状态亦存在），HRV分析受任务时长限制仅纳入PVT与MATB，未来应以验证工具评估时型与习惯睡眠质量并正式评估盲法完整性。结论部分译为：本探索性研究评估了19 h觉醒后针对右侧DLPFC单次30 min阳极tDCS的效应，在随后6 h持续睡眠剥夺中未检测到认知表现或任务平均HRV的组水平差异。探索性分析提示特定表现指标可能对刺激敏感，真刺激参与者同时报告较低困倦但无相应表现差异。除一项关于HF功率的任务内探索性交互外，刺激未产生可检测的组水平HRV改变。尽管研究不足以排除中等效应且未检验刺激后HRV是否继续追踪表现，但这是评估生物信号监测与刺激干预联合应用的最初步尝试，个体间高变异性可能促成无效结果。未来工作需要更大样本并在可行时采用被试内设计，更密切关注刺激时机与个体昼夜时相的关系，并结合个体反应性的候选预测因子（如基因型、睡眠债、基线警觉），这些努力将加深对睡眠剥夺状态下tDCS生理与认知反应的理解，是判定刺激能否及对谁可与连续监测整合以支持高风险职业适应性疲劳对抗措施的必要基础。
