核心稳定性训练对感觉门控P50和认知电位P300的影响

1前言
1.1选题的目的及意义
人的大脑时时刻刻都在处理着来自视觉、听觉、嗅觉等各种感觉器官上传的各种信息，并有意识或无意识地对信息进行加工和选择。认知能力作为人脑对信息进行加工、储存和提取的一种能力，是人们能够顺利地完成一个任务所需要的关键心理因素，它包括知觉能力、记忆能力、注意力、思维和想象能力等。注意为心理活动对一定对象的指向和集中；注意是心理努力的集中和聚焦，是一种有选择性、专一性和可分解性的集中。注意是一个领域范围涵盖广阔而又涉及多重维度的心理现象，它是外界事物进入我们心灵的一扇门窗，以多样不同的方式影响着人们的生活质量、工作业绩、学习成绩。我们一切的认知活动过程中，如果缺乏了注意就会变得混乱不堪。注意力缺损是其他认知功能缺损的神经生理学基础，先于疾病的发生而存在。
感觉门控(Sensory Gating SG)是大脑的一种正常生理功能，是指通过大脑对不相关的感觉刺激的过滤而促成的最适宜的信息加工过程。感觉门控在操作活动中是多时相的，用诱发电位来测量，听觉事件相关电位中的P50是最常用的一种，称为感觉门控P50。听觉感觉门控电位作为反映脑抑制功能的一种电生理学指标，是目前常用的定量测定感觉门控功能的方法。听觉事件相关电位P50为刺激出现后的潜伏期在30-90ms时间窗口内的最大正相波。听觉感觉门控P50是指对出现在同一刺激之后的一个短暂的听觉刺激诱发反应的抑制，是对重复刺激反应时P50波幅减少程度的一种测量，这种事件相关电位出现在信息加工流的早期阶段，反映了大脑对听觉刺激信息的早期注意前驱阶段的加工过程；反映了大脑排除无关刺激传入的自动抑制的注意前驱（初期）抑制能力；反映了一种前注意的过滤机制，以防止机体被环境中丰富的感觉信息所超载，进而保护认知功能的完整性。
事件相关电位是对刺激发生反应时脑电生理活动的变化，P300是其中研究最广泛的成分。大量的研究成果显示P300是与注意、辨认等认知功能有关的事件相关电位的内源性成分，因此又被称作认知电位。P300被认为是环境变化时工作记忆更新（背景更新）的电生理学变量，是反应注意资源分配的指标之一。
感觉门控P50反映了注意前大脑对无关刺激的抑制能力，认知电位P300反映了认知加工过程中注意力资源的投入，两者从不同角度反映了人们的注意能力，因此成为了评价注意能力的两个重要的神经电生理学指标。
大量研究显示，运动对整个生命过程中的身体健康、安适状态和认知功能均有益处。规律的身体活动可以降低现代文明社会中某些流行病的发病率和死亡率，除了这些健康益处之外，日益清晰的是体适能也能增进认知功能。最近一项meta分析中确定了一个在儿童少年中运动和认知表现方面的正相相关关系。
不同运动对健身益智功能均表现出一定的健身效益的普遍性和特殊性。核心稳定性训练通过对身体核心肌群进行稳定、平衡、力量等训练，可促使强大的核心肌群得以建立。与传统的稳定性训练相比，在训练过程中添加了不稳定性的因素，使得训练方法和手段也发生了一系列的改变，弥补了传统的稳定性训练中的一些不足。健身球又称为瑞士球是一个非常经济有效的工具，它适合所有的人群进行身体锻炼，是目前核心稳定性训练中最普遍使用的辅助训练器械。瑞士球核心稳定性训练有多种不同的训练方法，瑞士球上跪姿抬臂训练是核心稳定性训练的方式之一，训练者用高跪姿的姿势跪在健身球上，双手向前平举协助平衡性的维持，在训练过程中双手和身体可以随时变换位置，最大程度地维持身体平衡，随着训练时间的推移，在球上保持平衡的能力会越来越强。该方法训练过程中，受试者要高度集中注意力，因此认为该方法可能对有效提高训练者的注意能力有特殊作用。本实验室前期研究证实，瑞士球上跪姿抬臂训练对认知电位P300有一定的影响。为了进一步评价该训练方式对注意能力的促进作用，本研究选用同一受试人群，同时观察了反应注意功能能力的感觉门控P50和认知电位P300两个指标，并与传统的稳定性训练方式进行了对照评价。
1.2 文献综述
1.2.1 运动对事件相关电位P300的影响
1.2.1.1 事件相关电位P300
事件相关电位（Event-related potential, ERP）是人对给定刺激进行认知加工的时候,通过计算机平均叠加的方法从头颅表面记录到的大脑电位,它反映了认知过程中脑神经电生理改变。它是一种特殊的脑诱发电位，主要用于研究人类大脑的认知活动。事件相关电位的成分包括内源性成分和外源性成分，认知电位P300和感觉门控P50均属于ERP的内源性成分，内源性成分不受刺激物理特性的影响，与受试者的注意和精神状态有关。
P300是神经中枢在感受信息刺激过程中产生的生物电活动，它是出现在250-500ms的最大正相波[1,2]，被称为狭义上的ERP。它是认知能力的电生理学的标记，P300是与注意、辨认、决策、记忆等认知功能有关的ERP成分，已在心理学、医学、测谎等领域得到广泛应用[3]。
P300出现后人们都是把它作为一个单一的电位进行研究的，但随着研究的进一步深入，1975年，Squires首次提出P300包含P3a和P3b两个成分，二者的潜伏期、诱发方式、分布、神经起源都是不同的。大量实验研究表明，不管是听觉刺激、视觉刺激和体感刺激，只要个体处于清醒状态时，对两种以上刺激中的低频刺激做出反应（计数或按键），都可以诱发出P300。目前常用于诱发P300的刺激模式称为Oddball双声刺激范式，即采取两种或多种刺激间隔出现，彼此显现的概率差异较大。出现概率较小的称作靶刺激，出现概率较大的称为非靶刺激。通常情况下靶刺激的出现概率要低于20%。认知电位P300的记录是根据国际诱发电位电生理会议提出的标准，以头顶Cz点记录的P300为基本波形，测量P300的潜伏期及波幅，同时脑电位仪记录反应率和反应时。有关研究[4]显示Fz、Cz、Pz三点的P300潜伏期无显著性差异，但由于Fz点有时会受到眼动的影响，Pz点易受脑电α节律的干扰，所以以Cz点为测量点，Fz、Pz点作为参考点。
1.2.1.2 影响事件相关电位P300的因素
近年来，许多学者对影响P300的因素做了一系列的研究，包括生理因素和非生理因素。生理因素包括年龄、性别、颅骨厚度、女性生理周期等。非生理因素包括物理因素、左右利手、精神疲劳、吸烟等。
关于年龄的影响:铁艳梅等人曾对94名健康受试者的听觉P300进行测试，探讨过年龄对听觉P300的影响，结果发现随年龄的增加，潜伏期延长，波幅降低。黄慧等人在对100名正常人听觉P300的初步研究中，也发现了一致性的规律。相关的研究已报道过年龄对P300的潜伏期和波幅是有影响的，但Juckel G等人认为这并不能够全面的理解大脑的哪个区域是产生这些影响的原因，于是调查了32名男性受试者的听觉P300，结果发现较年轻的受试者的顶区的P300波幅是增加的，老年人的神经反应与年轻人相比在额区、颞顶区、皮下层的大脑区域呈现减少的趋势。年龄因素是影响P300的生理因素中最为显著的。
关于性别的影响:Brumback等人[5]研究了在青年早期，随着年龄的增长，性别对P300的影响，结果发现女性与男性相比有较短的P300潜伏期和较小的P300波幅，提示在测定青年人的认知功能时也要考虑性别的影响。Hirayasu Y等人选取了男性和女性各24名年龄在15-85岁的健康受试者测试其P300指标，结果发现年龄为30岁的以及较年长的男性和女性受试者相比，Pz点的P300潜伏期较长。中年期的男性要比女性经历更迅速的P300潜伏期的变化，而不是波幅的变化。
关于颅骨厚度的影响:Frodl T等人[6]选取30名健康的受试者进行听觉P300的测试，探讨头皮与颅骨厚度对P300的影响，结果发现P3b的波幅与颞顶区颅骨厚度有显著性的关系，但是头皮厚度对P300没有影响。P3a的波幅与前颅骨的厚度也没有关系。
关于女性生理周期对P300的影响:Fleck KM等人研究了20名成年女性的听觉P300，结果发现生理周期并不对P300产生影响。Tasman A等人通过对健康女性生理周期中的视觉P300进行测试，结果发现在排卵期中，P300的潜伏期延长。
关于物理因素的影响：国内外研究文献显示刺激的物理因素对P300波幅影响最大，而P300的潜伏期不易受其影响且能保持相对稳定状态，说明P300并不是刺激的物理因素的产物。
关于左右利手的影响：Alexander JE等人曾选取了20名左利手和20名右利手的年轻成年男性，分别测试其听觉P300指标，结果发现，左利手与右利手的受试者相比，前电极点的P300潜伏期要短，波幅要长。
关于精神疲劳的影响：为了验证P300能否成为评价精神疲劳的一种可信的测量方法，Noritaka Okamura[7]选取了12名健康大学生（8男，4女），强迫他们做两小时的持续增加任务以引起他们的精神疲劳，在执行任务之前和之后分别测其P300指标，结果发现，与执行任务前相比，所有受试者的P300潜伏期都延长了，但没有发现显著性的变化，这可能是由于大脑功能的下降引起的，而P300潜伏期没有显著性的改变。
关于吸烟的影响：Figen Guney等人[8]选取了32名吸烟年限大于2年的右利手吸烟者和32名右利手不吸烟者，两组受试者年龄相匹配，分别测试其P300指标，结果发现，与不吸烟者相比，吸烟者Fz点的P300波幅降低了，表明慢性的吸烟可能会导致前额的认知功能障碍。
1.2.1.3 运动对事件相关电位P300的影响
许多学者探讨研究了运动对认知电位P300的影响。John Polish等人曾选取了两个组的受试者，让一个组的受试者从事相对低数量的体育运动（每周小于五小时），另一组的受试者从事相对高数量的有氧运动（每周大于五小时），采用听觉和视觉Oddball刺激模式记录受试者的P300电位，研究了长期的体育运动对P300的影响。结果发现P300波幅受到了运动频率的影响，运动量的增加与P300波幅增加有关，没有发现运动对P300潜伏期的影响，这表明长期从事剧烈强度的体育运动对P300波幅是有影响的。一些报道已经表明在适度有氧运动期间的视觉和听觉P300反应时是缩短的，这已经被认为是反映认知信息处理过程的一个运动引起的唤醒作用。Yagi Y等人选取了24名健康的大学生，测试其在休息时间段、有氧运动期间和恢复阶段的视觉和听觉P300指标，结果发现运动期间的视觉和听觉P300反应时都缩短了，这与前人的研究结果是一致的。视觉和听觉P300潜伏期在运动期间缩短了，P300波幅降低了，而且反应率在运动期间降低了。总的来说，这些研究结果表明在适当的有氧运动期间认知信息处理速度是加强的。Nakamura Y等人选取了7名受过良好训练的慢跑运动员，使用听觉Oddball范式在慢跑前测量受试者的P300电位，在慢跑后30分钟也测量其P300电位。结果发现，与慢跑前的P300波幅相比，慢跑后该指标呈显著性的增大。这表明慢跑对涉及在P300中的认知过程是有利的。
6结论与建议
6.1结论
感觉门控P50的波幅比值和计算值具有一定的可训练性，且训练效果呈现可逆性。瑞士球核心稳定性训练对感觉门控P50的训练效果优于传统的稳定性训练效果，表现在训练改变明显且效果维持时间较长。
瑞士球核心稳定性训练和传统的单脚平衡稳定性训练均可显著缩短Cz点P300的反应时和潜伏期，且训练效果呈现可逆性。瑞士球核心稳定性训练效果呈现早于传统的稳定性训练。
6.2 建议
建议今后就不同运动对P300和P50影响的普遍性和特殊性做近一步的研究，并进一步探讨其影响的生物学机制。