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眨眼反射

眨眼反射,顾名思义就是采用刺激,激活眨眼反射的动作。惊跳反射是人与动物在进化过程中的一种防御性反射,是机体对威胁反应的重要表征。对人类来说,最为连续和持久的惊跳反射模式是眨眼反射。

惊跳反射是人与动物在进化过程中的一种防御性反射,是机体对威胁反应的重要表征。 其主要功能是帮助机体免受外在刺激的伤害。 譬如:骨骼肌的收缩保护颈部背后的伤害,眨眼反射(面部轮匝肌的收缩)帮助保护眼睛,同时惊跳反射还可以通过增加交感神经系统的活动,使机体出于一种动员状态,为以后的动作做好准备。由于惊跳反射与大脑边缘系统,基底神经节以及纹状体区域的神经活动具有直接联系,因此惊跳反射不仅仅是反映了对机体的一种保护手段,还是衡量大脑对认知、注意、情绪、唤醒等加工过程的独特方式。 综观惊跳反射的研究历史,越来越多的研究者开始采用惊跳反射的研究范式来研究大脑的神经活动, 主要原因在于:

( 1 ) 惊跳反射是一个自主性的防御性反射, 它不受意志的控制, 并且对感知、唤醒、情绪调节等具有很高的敏感性,与一些口语报告的心理测量手段相比,具有无可比拟的优势,是许多心理生理学家和情绪心理学家的兴趣所在;

( 2 ) 惊跳反射是物种进化的产物,具有普遍性的特点,它不受年龄、时间和种族的限制,无论是婴儿还是老人,无论是动物还是人类,在任何时间都可以采用这种方式进行测量;

( 3 ) 惊跳反射的过程主要是激发、记录和量化 3 个步骤,因此研究费用低廉,研究设备相对简单。自 Exner 对眨眼反射( eyeblink reflex )进行测量研究至今, 研究者发现了许多有效可靠的惊跳反射反应指标,但 最 受 关 注 的 仍 是 眨 眼 反 射 。 听 觉 眨 眼 反 射 (acoustic eyeblink startle ASER) 技术就是通过表面电极或针电极,记 录 眨 眼 时 眼 轮 匝 肌 及 其 面 部 表 情 肌 的 肌 电 图 ( electromyography, EMG ), 由于这种方法操作简便, 设备相对低廉,而且能够有效而准确地反映惊跳反射的心理生理机制,成为心理生理学家的首选。近年来,国外一些研究者已把 ASER 技术应用到锻炼心理学的研究中, 用于探索运动刺激下的认知神经过程,这为阐明体育运动对心理健康作用的机制提供了有力的手段, 极大地推动了锻炼心理学理论和应用研究的发展。

ASER 技术为锻炼心理学研究增加新的数据和资料,但前提条件是研究人员需要认清这项技术的原理、 实验设计、数据分析特点以及如何利用这项技术开展锻炼心理学研究。 因此,本文就 ASER 技术的原理、实验设计以及数据分析进行介绍,并对国外 ASER 技术在锻炼心理学研究中的应用进行综述,以帮助国内锻炼心理学研究者了解并使用该技术开展研究,推动我国锻炼心理学的发展。

对人类来说,最为连续和持久的惊跳反射模式是眨眼反射, 眨眼的过程包含了一个快速的轮匝肌收缩的过程,该肌肉受到面部神经的调控,从而可以获得面部肌肉神经活动的数据,这样就使得研究者采用一种非侵入性的测量方式获取大脑神经活动成为可能。 动物研究指出:听觉刺激引起的惊跳反射神经突触发生于耳蜗的神经元到脑桥尾侧状的腹正中区神经元。该区域通过网状脊髓束在脊髓上有着很多神经分布,网状脊髓束行走于内侧纵束,并在脊髓分出两条通路,最终形成腹侧脐带。毁损耳蜗神经元、腹正中区神经元以及内侧纵束,大鼠的听觉惊跳反射就会消失,对这些区域的神经元进行电刺激则出现了惊跳反射样的行为反应,比如:大腿的抖动。与人类的听觉眨眼反射相关的“惊跳中心”来源于脑桥尾侧状的腹正中区神经元,该“惊跳中心”获取很多大脑结构的信息输入,不同的大脑反应激活区域都有“惊跳中心”神经投射并与脊髓的面部运动神经元相联系。因此轮匝肌(眨眼反射收缩肌)收缩时肌电(EMG) 的量和潜伏期等电生理变量可以通过特定的仪器测量获得。这就意味着我们能够采用眨眼反射作为检测手段,从而反映出惊跳反应的神经机制。

眨眼反射的测量结果是通过贴在眼睛下方轮匝肌上的电极获取轮匝肌的肌电(EMG) 信号而获得, 轮匝肌EMG 信号通过特定的仪器转化成客观的数据。 因此测量眨眼反射关键的一步必须保证安置于轮匝肌的电极与该肌肉能够很好的粘结, 即减少轮匝肌和电极之间的电阻。通常的做法是先采用酒精擦布清洗面部需要安置电极的部位,再用特定的黏胶去除该部位的死皮,再用酒精擦布将该黏胶拭去,将预先注入导电胶的电极黏贴上去,结束后再采用电阻检测仪检测其电阻大小,只有当电阻检测仪显示电极和面部肌肉之间的电阻小于等于 10 Ω 时,黏贴工作才算结束。由于眼部轮匝肌属于纹状括约肌并包围于眼眶,尽管电极可以黏贴于眼睑上方,但是黏贴于眼睑上方的电极时常会脱落,从而影响实验的准确性,因此,大部分情况下,电极通常黏贴于眼睑下方的轮匝肌位置,同时被试要求静坐或者静卧,尽量减少身体的移动。

听觉眨眼反射,顾名思义就是采用听觉的刺激方式激活眨眼反射的动作。听觉刺激的产生一般由噪音发生器或者电脑软件的声卡产生并与耳机相连接。 听觉刺激的波宽、持续时间、强度都有可能对眨眼反射产生影响,一般情况下,增加听觉刺激的强度,会增加眨眼反射的量,减少潜伏期。 但采用较低强度的刺激往往不能激起眨眼反射,采用较高强度的的刺激往往会对被试的安全产生影响,因此选择一个恰当的听觉刺激将直接影响到实验结果的准确性。 目前大部分研究通常采用的听觉刺激强度为 90~110 dB ,持续时间超过 50 ms 的白噪音,采用该刺激强度的白噪音作为诱发刺激一般比较安全,不至于损伤听觉系统。

眨眼反射 EMG 的波形通过扩大、矫正、缓和以及融合转化成肌肉的收缩时潜伏期, 收缩的量等具体化指标,这些信号通过数字模拟首先将原始信号扩大,然后滤掉原始信号频率波段上下的噪音, 并将信号的波形进行矫正,即将数据的分数转换成绝对值,最后再经过平滑,将数值进行整合。 对于大部分采用眨眼反射作为手段的时候,通常采用的是轮匝肌收缩的量作为指标。 需要注意的是,在计分的过程中,听觉刺激的眨眼反射必须要与自主性眨眼反射 区 分 开 。 一 个 正 常 的 听 觉 眨 眼 反 射 的 潜 伏 期 一 般 在21~120 ms 之间,这样的一个数值是基于常模研究的结果,其范围相对较大。 Blumenthal 认为潜伏期在 21~80 ms 更加符合成年人的听觉眨眼反射的潜伏期范围。 统计处理前每次测试的 EMG 信号进行平均化处理,但是 EMG 信号在进行平均化处理之前必须先进行矫正,因为在刺激开始的任何一个时间段,肌电图的电极都有可能记录到或正或负的脉冲信号,如果不矫正,平均后的结果正负相互抵消,波形就是一条直线。 通过对信号进行平均有几个重要的优点:( 1 )对每次反应的成分能够有效鉴别,例如:前摄抑制可能会减少振幅的量,但对脉冲的前沿电流却无影响;( 2 )信号平均使得数据的获得不受到实验环境因素的影 响 ;( 3 )惊跳反应的事件相关电位( ERP )以及与事件相关的去同步化数据能够同时获得,从而更有利于数据的比较。

对眨眼反射的 EMG 的信号进行数字量化的过程中,实际上会对眨眼反射的量有着一定的影响。例如:信号模拟过程中“平滑”的时间过长往往会减少眨眼反射的量,而若要获得精准的反应速度又依赖于原始的 EMG 波形,此外,EMG 融合的时间还会延长眨眼反射速度,因此在采集眨眼反射潜伏期的时候,必须得十分的小心。数据的得分可以采用人工和计算机共同来完成。 计算机依据设计好的程序能够分辨出反应的参数, 但是每一次反应必须通过肉眼的观察以获取所需要的眨眼反射信息,在具体的实验过程中,计分者最好对实验目的和程序未知, 并且需要报告出参数获取的程序和方法, 理想状况是最好有两名以上的计分者共同完成,实验结束后再比较计分结果的可靠性。由于测量效率、成本以及测量的连续性等原因,一些研究者倾向于采用完全计算机自动化处理的方式来进行, 但是在记录眨眼反射时,最好需要研究者通过人工来检验眨眼反射的结果,从而可以对反应的结果进行有效取舍。 同时每一次实验过程中,基线的眨眼反射必须成功建立,即研究者必须首先决定是否每一次眨眼反射反应能够在示波器上显现, 因为很多的“噪音”、身体的移动等外在因素都有可能影响到眨眼反射的建立,如果在示波器上不能够展现出眨眼过程,那么本次测试就有可能放弃或者重新预约。

在对眨眼反应的振幅和概率进行计算时,一般有两种选择,一种是分别计算出振幅和概率的平均数,还有一种就是将振幅和概率相结合转化成反应的量。振幅和量在反映一个单一的眨眼反射的时候可以相互转化,但是在一次实验中包含了若干次的眨眼反射,因此这两者之间是有区别的。反应的概率是指检测到眨眼反射的实际数量除以听觉刺激的数量,而平均反应量就是每次眨眼反射的振幅的平均数。 随着反应概率的增加,平均反应的量更加接近于平均反应的振幅。将眨眼反射的数据输入到计算机之前,最为重要的一个步骤往往被忽略,即由于眨眼反射的量,不同的人存在着个体差异性,并且这样的情况和实验的目的无关,因此采用绝对的眨眼反射量有可能会影响到研究结果,因此研究者需要首先将数据进行统计学处理,通常是将眨眼反射的量转化为 Z 分或者 T 分,在这样的情况下,由于实验条件而导致的眨眼反射的量与参考值之间的关系就能够自由变化,因为它们不在统计分布的方差范围之列。

目的:研究眨眼反射(BR)对发病3日内早期周围性面神经麻痹的评估价值。

方法:对60名健康人及32例发病3d内的周围性面神经麻痹患者行BR检查并随访6个月观察预后。结果获得BR正常值。病例组3d内BR结果均异常,表现为潜伏期延迟、不规则波及无反应。BR表现与临床面瘫程度有显著性相关。3d内BR反应存在者均恢复良好,而BR反应消失者有部分恢复不良。结论BR是观察面神经损伤的敏感指标,能在周围性面神经麻痹发病3d内反映面瘫程度并对预后有一定评估价值。

眨眼反射从1969年Bender等研究以来,已成为基础和应用生理学研究的重要课题。它是多突触还是少突触反射,基础神经生理学的许多研究已作探测,并对其脑干突触联系的许多部分还作了研究。应用神经生理学的许多研究促进了眨眼反射通过大脑半球的探究,方法:病人肌肉放松、闭眼,不要睡着。如用表面电极记录,主极放在下眼轮匝肌外侧,辅极放在颧骨上或鼻外侧,如用同轴针电极记录,则将电极插入下眼轮匝肌外侧,两侧肌肉同时记录。地电极置颊下。刺激电极放在一侧眶上孔上,刺激脉冲频率0.5至2赫、时限0.1至0.2毫秒、电压100至300伏,每个病人分别刺激左右侧,但刺激脉冲强度应相同。刺激一侧即可记录到同侧第一反射激发电位,同侧和对侧第二反射激发电位。检查要测量第一反射激发电位的潜伏时(简称R1),双侧第二反射激发电位的潜伏时(简称R2)和前三个激发电位的振幅(简称R1振幅、R2振幅)。

正常值:作者测定无神经疾患者30例,平均年龄38岁,R1=10.6±0.8毫秒,R2=29.7±4.0毫秒。作者还测定20例偏瘫病人的健侧,R1=10.2±o.9毫秒,RZ=30.1±3.9毫秒。R,和RZ振幅为450至550微伏,且两侧相等。作者指出:标准差都小于平均值的20%以下,同一人两侧的R1差异应小于或等于1.2毫秒,两侧的R2差异应小于或等于5.0毫秒。

脑干损害:局限或病灶性延髓外侧损害,R1正常,R2一侧延长。局限或病灶性桥脑损害,R1一侧延长,R2可一侧延长但多为正常。广泛性桥脑和延髓损害,R1和RZ均一侧延长或缺失。桥脑上部或中脑损害,R1和R2均为正常。大脑半球损害:昏迷病人双侧R2振幅降低,血管或肿瘤病变,刺激患侧时R2延长、R2振幅减低、R2两侧的持续时间减少;单侧脑血管病变伴有中枢性面瘫者,R1和R2正常,而其RI和R2振幅有改变,偏瘫侧减低、健侧增高,脑血管损害一周内的急性病人,R1延长、R2两侧缺失,认为这些暂时异常则表示脑干的兴奋性有局限或病灶性降低。

讨论:有些作者把R1作为一种少突触的皮肤桥脑反射,因睡眠时眨眼和屈肌反射消失而H反射振幅似有增高。但Pompeiano。则认为多突触和单突触反射的抑制与睡眠深度有关,不能把它作为R1是少突触皮肤反射的一个指征。R3是多突触反射,其广泛分布在延髓外侧和桥脑内。作者对50例大脑中动脉闭塞病人作研究,全部病人潜伏时正常,但偏瘫侧的R1和R2振幅分别只有健侧的30%和49%。这些发现支持了Dehen的研究结果和假说:R1和R2不是感受伤害的皮肤反射,而是触觉反射。

结论:眨眼反射纳入于一种触觉反射的研究,只刚开始。为了阐明这个问题还需做很多的临床和动物研究。从临床观点看,眨眼反射可帮助鉴别真性与假性延髓损害,并对失语症和构音障碍患者能帮助把大脑半球损害与脑干损害区别开来。


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