黃美清，叢 林，宋春楊，程 珊，熊凱文，馬 進，胡文東

(1空軍軍醫(yī)大學(xué)航空航天醫(yī)學(xué)系航空航天醫(yī)學(xué)裝備教研室，陜西 西安 710032；2解放軍第95926部隊衛(wèi)生隊，吉林 長春 130103)

飛行員的訓(xùn)練包括為異常情況且可能發(fā)生的重大事故做準備，比如空氣動力學(xué)熄火、發(fā)動機故障和危險的天氣遭遇等[1]，這些訓(xùn)練可能降低但不能完全控制事故發(fā)生的可能性，因為人的心理因素也是重大飛行事故的重要影響因素[2]。當(dāng)飛行員突然面對威脅到自身安全或機身安全的刺激時，可能會引發(fā)死亡焦慮和強烈恐懼情緒，注意力集中在威脅刺激而不是解決問題[3]，導(dǎo)致意識延遲或者短暫失能的現(xiàn)象[4]，進而導(dǎo)致操縱延遲或者操作失誤，則可能增加飛行事故發(fā)生的概率。因此，如果對飛行員的恐懼情緒進行實時干預(yù)，降低恐懼情緒的強度，使其從短暫失能的狀態(tài)中恢復(fù)過來，就能增加飛行員對威脅刺激的應(yīng)對時間，進而可能減少由心理因素導(dǎo)致的事故發(fā)生的可能性。

先前的研究提出，注意靜止(凍結(jié))期間的防御反應(yīng)模式主要是副交感神經(jīng)支配的[5]，而迷走神經(jīng)是副交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要神經(jīng)底物，所以對迷走神經(jīng)的活動進行調(diào)節(jié)可以改變凍結(jié)的狀態(tài)。經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激(transcutaneous auricular vagus nerve stimulation，taVNS)通過對外耳迷走神經(jīng)耳支形成的皮膚感受野施加電流來影響迷走神經(jīng)的活動和張力[6]，taVNS可以調(diào)節(jié)心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)，改善健康人群的交感神經(jīng)或副交感神經(jīng)平衡[7]。SZESKA等[8]研究發(fā)現(xiàn)與假刺激耳垂相比，左耳taVNS已被證明有助于減少凍結(jié)防御反應(yīng)?？謶謱崟r干預(yù)是在恐懼情緒產(chǎn)生、發(fā)展和持續(xù)過程中的伴隨性干預(yù)[9]，通過阻斷或者減弱持續(xù)恐懼強度，減少恐懼情緒對有機體生理或者心理的消極影響，可應(yīng)用于突發(fā)險情下的恐懼情緒干預(yù)。因此可以提出假設(shè)，通過taVNS對恐懼情緒進行實時干預(yù)，可以調(diào)節(jié)恐懼情緒的強度，從而避免強烈恐懼情緒引起的短暫失能。本研究旨在探索taVNS對恐懼情緒的實時干預(yù)效果，進而為飛行員恐懼情緒提供可參考的實時干預(yù)方法。

1 對象與方法

1.1 對象

本實驗招募136名男性作為預(yù)選實驗對象，借鑒流行病學(xué)調(diào)查方法，在實驗前通過問卷星對招募的對象進行恐懼相關(guān)疾病篩查和高度敏感度調(diào)查，排除有恐懼相關(guān)疾病史的對象，并且排除對高度不敏感和曾有虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)高空體驗的對象。最終納入80名男性作為實驗被試，年齡(23.10±3.43)歲，體質(zhì)量(70.89±10.10)kg。所有被試對實驗?zāi)康暮土鞒掏耆?，均已簽署知情同意書?/p>

1.2 方法

1.2.1 實驗設(shè)備和量表 實驗中恐懼情緒誘發(fā)平臺為本人所在科室自主研發(fā)(一種浮板式VR跨橋設(shè)備ZL202120164793.6，基于VR的恐懼情境下人員生理心理監(jiān)測系統(tǒng)2021SR0348821)，通過VR創(chuàng)建高空視景誘發(fā)恐懼情緒。在虛擬環(huán)境中設(shè)置實物浮板使用HTC Tracker實現(xiàn)虛擬浮板和真實浮板的一致性，為被試帶來更加沉浸逼真的體驗，還通過晃動的浮板增加被試體感，進而達到較好的恐懼體驗感；實驗中的九燈任務(wù)為簡單的認知任務(wù)，被試佩戴VR頭盔在恐懼平臺上行走時，視景前方呈現(xiàn)九個燈，由紅黃綠三個顏色組成，每5 s隨機亮起一盞燈，燈的持續(xù)時間為2 s，被試通過手柄進行相應(yīng)顏色按鍵操作，過程記錄正確率和平均按鍵反應(yīng)時；實驗中使用的經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激儀是由瑞神安醫(yī)療器械研發(fā)的耳甲迷走神經(jīng)刺激器(tVNS501)，刺激幅度為0～60，幅度1代表1 mA，刺激強度根據(jù)分組進行調(diào)節(jié)；實驗中使用的是由張衛(wèi)東等[10]修訂的正性負性情緒量表(Positive and Negative Affect Schedule，PANAS)中文版，以量表中畏懼、戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、害怕3個條目評分求和作為被試對恐懼情緒的主觀體驗程度。

1.2.2 實驗設(shè)計 本實驗為被試間設(shè)計，自變量為經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)的刺激強度；因變量為主觀量表得分(PANAS量表中恐懼維度得分)，生理數(shù)據(jù)(心電心率、呼吸率、體溫)和被試績效(恐懼平臺上行走距離、九燈任務(wù)的正確率、九燈任務(wù)的平均按鍵反應(yīng)時)，旨在驗證不同刺激強度的taVNS對恐懼情緒實時干預(yù)的可行性和有效性。

1.2.3 實驗過程 將被試隨機分為4組，每組20名被試，刺激強度分別為設(shè)備刺激幅度的0%(偽刺激)、10%(6 mA)、20%(12 mA)、30%(18 mA)，刺激時長5 min，頻率30 Hz，脈寬200 μs。

實驗開始前被試填寫前測問卷，隨后佩戴Puray多參數(shù)監(jiān)護儀和耳甲迷走神經(jīng)刺激器。被試需要佩戴VR頭盔和腳部追蹤器在恐懼誘發(fā)平臺上來回行走5 min，視景為260 m高空中的浮板，行走過程中完成九燈任務(wù)，期間根據(jù)不同組別伴隨不同強度taVNS，記錄生理數(shù)據(jù)和績效。被試行走過程中旁側(cè)有工作人員保護，防止其從浮板掉落。期間工作人員不接觸被試，不影響其行走。結(jié)束后被試填寫后測問卷。

1.2.4 統(tǒng)計學(xué)分析 首先使用Matlab 2014對生理數(shù)據(jù)進行篩選，得出每個被試各項生理指標的均值，然后應(yīng)用SPSS 24.0軟件進行統(tǒng)計分析。通過正態(tài)檢驗，符合正態(tài)分布的指標采用方差分析對各項數(shù)據(jù)進行分析，進一步做多重比較檢驗分析各干預(yù)組之間差異，不符合正態(tài)分布的指標采用非參數(shù)檢驗對數(shù)據(jù)進行分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 taVNS不同刺激強度組初始狀態(tài)評估

對前測量表數(shù)據(jù)進行分析，正態(tài)檢驗得出，其不符合正態(tài)分布(P<0.05)，遂進行非參數(shù)檢驗。非參數(shù)檢驗結(jié)果表明，不同刺激強度組初始量表恐懼維度得分差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，圖1)。

圖1 經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激不同刺激強度組前測分數(shù)分布

2.2 taVNS不同刺激強度組績效指標差異分析

對績效指標數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗得出行走距離和平均按鍵反應(yīng)時符合正態(tài)分布(P>0.05)，正確率不符合正態(tài)分布(P<0.05)。方差分析結(jié)果顯示，不同組的行走距離差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，具體表現(xiàn)為20%刺激組和30%刺激組的行走距離顯著高于偽刺激組的行走距離(P<0.01)，30%刺激組的行走距離顯著高于10%刺激組(P<0.05)；不同組的平均按鍵反應(yīng)時差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，多重比較檢驗得出30%刺激組的平均按鍵反應(yīng)時顯著低于偽刺激組平均按鍵反應(yīng)時(P<0.05)。非參數(shù)檢驗結(jié)果表明，不同組的正確率差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，兩兩比較結(jié)果表示，10%刺激組和30%刺激組的正確率顯著高于偽刺激組(P<0.05，圖2)。

2.3 taVNS不同刺激強度組生理指標差異分析

對生理指標數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗得出生理指標數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布(P<0.05)。非參數(shù)檢驗結(jié)果顯示，不同組的心電心率沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；不同組的呼吸率沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，兩兩比較得出30%刺激組的呼吸率顯著高于10%刺激組的呼吸率(P<0.01)；不同組的體溫沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，圖3)。

A：不同刺激強度組心電心率的差異；B：不同刺激強度組呼吸率的差異；C：不同刺激強度組體溫的差異。bP<0.01。

2.4 taVNS不同刺激強度組量表恐懼維度得分(后測分數(shù))差異分析

對量表數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗得出量表數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布(P<0.05)。非參數(shù)檢驗結(jié)果表示，不同組量表恐懼維度得分(后測分數(shù))的差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，兩兩比較結(jié)果表示，30%刺激組的量表恐懼維度得分顯著低于偽刺激組(P<0.05，圖4)。

圖4 經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激不同刺激強度組量表恐懼維度得分(后測分數(shù))的差異(aP<0.05)

3 討論

恐懼情緒通過提高警惕性和準備性以及在危及生命的遭遇中協(xié)調(diào)生存反應(yīng)來保護有機體，但缺乏對恐懼情緒的有效抑制會導(dǎo)致情緒的過分表達和相應(yīng)的心理障礙的發(fā)生，進而導(dǎo)致一系列的身體和心理機能的降低[11-13]。對于特殊行業(yè)從事者(如飛行員)，在特殊情況下可能會面臨恐懼情緒的過分表達，進而導(dǎo)致意識延遲或者失能狀態(tài)。因此，有必要通過外界的干預(yù)使飛行員從意識延遲或者失能狀態(tài)中覺醒，減少意識延遲或失能狀態(tài)的持續(xù)時間，進而增加飛行員應(yīng)對特殊情況的思考和操作時間。

本研究通過基于VR的恐懼誘發(fā)平臺誘發(fā)恐懼情緒，以往研究已經(jīng)證明VR構(gòu)建高空場景可以誘發(fā)較高強度的恐懼情緒[14]。本研究通過對被試前測量表恐懼維度得分進行差異分析，得出實驗開始前量表恐懼維度得分差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，且分數(shù)較低，即實驗開始前各組被試狀態(tài)相似，實驗后的后測分數(shù)的差異可以體現(xiàn)不同刺激強度的干預(yù)效果差異。

taVNS可調(diào)節(jié)大腦活動和心臟功能，具體來說，taVNS可以誘導(dǎo)副交感神經(jīng)激活，并可能導(dǎo)致心率的降低[15]。恐懼情緒伴隨著交感神經(jīng)激活和副交感神經(jīng)抑制[16]，所以taVNS可能通過降低恐懼情緒伴隨的交感神經(jīng)活動性，誘導(dǎo)副交感神經(jīng)激活，進而控制恐懼情緒的生理癥狀，從而可能降低恐懼情緒的強度。本研究采用不同強度taVNS對恐懼情緒進行實時干預(yù)，驗證taVNS實時干預(yù)的可行性和有效性。首先，績效指標差異分析結(jié)果表示，不同組的正確率差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，正確率體現(xiàn)被試的認知和解決問題的能力，其差異不顯著的可能原因是本研究設(shè)置的認知任務(wù)較為簡單，只需要被試根據(jù)亮燈顏色做出按鍵反應(yīng)，加上各組被試在實驗前均進行2 min的練習(xí)，導(dǎo)致被試個體間差異不大。但兩兩比較結(jié)果表示10%刺激組和30%刺激組正確率顯著高于偽刺激組，說明10%刺激強度和30%刺激強度的taVNS可能影響被試的認知績效水平；不同組的平均按鍵反應(yīng)時差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，多重比較分析得出30%刺激組的平均按鍵反應(yīng)時顯著低于偽刺激組平均按鍵反應(yīng)時，說明比起偽刺激組被試，30%刺激組可以更快地對認知任務(wù)做出反應(yīng)，結(jié)合正確率的結(jié)果可以判斷30%刺激組的認知能力和意識水平優(yōu)于偽刺激組，即30%刺激強度的taVNS可能減弱恐懼情緒對認知能力和意識水平的消極影響；不同組的行走距離差異有統(tǒng)計學(xué)意義，具體表現(xiàn)為20%刺激組和30%刺激組的5 min內(nèi)行走距離顯著高于偽刺激組5 min內(nèi)的行走距離，30%刺激組的5 min內(nèi)行走距離顯著高于10%刺激組。實驗前主試對被試的要求為在保證九燈任務(wù)正確率和反應(yīng)時的前提下，盡可能快地行走。該結(jié)果說明，面對恐懼場景，偽刺激組單位時間內(nèi)行走距離(速度)顯著低于20%刺激組和30%刺激組單位時間內(nèi)行走距離(速度)，即20%刺激組和30%刺激組的剩余能力顯著高于偽刺激組剩余能力。因此，在taVNS不同刺激強度當(dāng)中，30%刺激強度可能減弱恐懼情緒對認知能力和意識水平的消極影響。其次，生理數(shù)據(jù)差異分析結(jié)果表明，不同組的心電心率沒有統(tǒng)計學(xué)意義，但從圖2A可以看出10%刺激組、20%刺激組和30%刺激組心電心率稍低于偽刺激組心電心率，說明taVNS存在降低恐懼狀態(tài)下心率的趨勢。本研究心率變化不顯著的可能原因是刺激參數(shù)較小，BADRAN等[17]測試發(fā)現(xiàn)只有刺激脈寬為500 μs刺激頻率在10 Hz和20 Hz顯著降低心率，本研究的刺激脈寬為200 μs，刺激頻率為30 Hz。不同組的呼吸率沒有統(tǒng)計學(xué)意義，多重比較檢驗得出30%刺激組的呼吸率顯著高于10%刺激組的呼吸率，此結(jié)果表明相比10%刺激組，30%刺激組的生理喚醒水平可能更高。不同組的體溫沒有統(tǒng)計學(xué)意義，可能原因是體溫相對其他生理指標來說更穩(wěn)定，且本研究需要在恐懼誘發(fā)平臺上行走5 min，時間相對較長，各組體溫趨于穩(wěn)定，故不同刺激強度下被試體溫之間的差異不顯著。總的來說，taVNS不同刺激組下整體生理差異較小，但也表現(xiàn)出一定趨勢。最后，量表恐懼維度差異分析結(jié)果表明，偽刺激組的后測分數(shù)顯著高于30%刺激組的后測分數(shù)，說明對比偽刺激組，30%刺激組被試的恐懼情緒主觀體驗較弱。因此，在被試主觀體驗方面，30%刺激組可能降低其恐懼情緒的強度。

綜合績效評估、生理變化和主觀量表評分的情況，可以得出taVNS對恐懼情緒存在實時干預(yù)效果，在taVNS的各刺激強度中，30%刺激強度最有可能成為恐懼情緒實時干預(yù)的有效參數(shù)，特別其在認知績效方面體現(xiàn)一定優(yōu)勢，可能減弱恐懼情緒對認知能力和意識水平的消極影響，主觀量表評分說明30%刺激強度的經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)可以減弱恐懼情緒的主觀體驗，但其對生理方面的影響較弱，后續(xù)研究需要進一步探究其最優(yōu)參數(shù)。本研究不足之處有兩點：首先，選取的認知任務(wù)相對簡單，導(dǎo)致干預(yù)效果的區(qū)分度較小，后續(xù)研究可以采用抑制控制相關(guān)任務(wù)或者決策相關(guān)任務(wù)對恐懼情緒下的認知能力進行評價；其次，對于恐懼情緒而言，其相對敏感的生理指標為心率和皮電[18]，后續(xù)研究可添加敏感指標皮電，并進一步分析其心率變異性[19-20]，嘗試進一步說明taVNS對恐懼情緒實時干預(yù)的效果，并探討其內(nèi)在的生理機制。