与心理疲劳相关的脑电图微状态动态变化及微状态条件下的相位-幅度耦合现象

《Annals of Biomedical Engineering》：Mental-Fatigue-Related Changes in EEG Microstate Dynamics and Microstate-Conditioned Phase-Amplitude Coupling

　　

摘要

目的

飞行员的心理疲劳是影响飞行安全的一个关键风险因素。本研究旨在描述在模拟飞行任务中，不同心理疲劳程度下的脑电图（EEG）微状态时间动态及微状态条件下的相位-幅度耦合特征，并探讨这些指标在相同参与者内的关联关系。

方法

在模拟飞行任务期间采集EEG信号，以分析不同心理疲劳程度下的神经活动模式。研究重点关注EEG微状态的时间参数，以及额叶和顶叶区域中的θ-低-β、θ-高-β、α-低-β和α-高-β相位-幅度耦合（PAC）。采用线性混合效应模型来分析微状态参数和PAC指标随心理疲劳程度的变化情况。重复测量相关性分析在低心理疲劳和高心理疲劳状态下，微状态C的时间参数与PAC之间的关联。

结果

与低心理疲劳状态相比，高心理疲劳状态会导致微状态C的持续时间缩短、出现频率降低以及时间覆盖范围减小。在微状态C内部，高心理疲劳状态与左侧顶叶和右侧额叶区域的θ-低-β PAC升高、左侧额叶、左侧顶叶和右侧额叶区域的θ-高-β PAC升高、双侧额叶区域的α-低-β PAC升高以及右侧额叶区域的α-高-β PAC升高相关。重复测量相关性分析进一步揭示了在两种疲劳状态下，微状态C的时间参数与微状态C条件下的PAC之间存在多个显著的负相关关系。在高心理疲劳状态下，更多相关关系通过了FDR校正，且相应的系数数值更为负值；然而，不同条件下的相关系数差异未经过正式检验。

结论

这些发现描述了心理疲劳对微状态时间动态及微状态条件下的PAC变化的影响，同时揭示了这些指标在同一参与者内的关联关系，为理解与心理疲劳相关的神经活动模式提供了新的见解。