噪声和音乐对脑电功率谱的影响

噪声和音乐对脑电功率谱的影响

袁全刘兴华李大琛刘玉盛王海荔

航天医学工程研究所（北京100094）

在航天环境中由于失重、噪声以及长期隔离会使航天员产生焦虑、烦躁、忿怒等一系列精神症状从而导致工作效率的降低。因而在航天中航天员自始自终都处于心理生理应激状态，这种应激状态主要表现为以情绪紧张、运动失调和植物性神经机能紊乱为特征的症候群。解决这一问题的关键是要求航天员的心理训练和支持小组采用各种有效的方法对其进行训练，以预防和缓解航天员在航天中的不良情绪及紧张状态。国内外有关心理放松训练的方法较多，但涉及到航天员的心理放松训练的研究报道较少，因而应根据每个航天的个性特点探索一套行之有效的方法，其中音乐放松训练就是一种有效的方法。本文通过分析12名飞行员在音乐声和噪声状态下的脑电功率谱的变化规律探讨了航天员心理放松训练方法。

方法

被试者为12名男性，右利手，年龄为30±0.58岁,经临床检查无中枢神经系统疾病,临床脑电图检查均为正常。实验按以下3种状态连续进行,每种状态持续6min,每种状态之间间隔3min：（1）背景噪声为30~32dB的安静状态；（2）声压级为70dB的噪声状态；（3）声压级为70dB的中国名乐。声源爱华录放机及带有功率放大器的有源音箱组成，噪声声级由经过精密声级(BK2231)校准的声级计（BK2236）监测，声级波动范围不大于2dB。脑电记录系统采用英国OXFORD Medilog MR95型16导数字式动态脑电记录系统记录，单极导联按国际法10-20系统取前额、中额、中央、顶、枕、前颞、中颞、后颞区（FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6）16个部位放置头皮电极，以耳电极（A1-A2）为无关电极，控制头皮阻抗小于5kΩ,脑电波的采样率为208Hz，记录和采集3种状态下的16导的脑电信号。

采用北京富立叶研究所研制的动态脑电后处理系统对记录数据进行分析。分析内容包括脑电信号的数字滤波；应用参数化模型（AR模型）方法计算16导脑电6个频段的功率谱密度，6个频段定义如下：δ (0.25~3.00)、θ (3.25~7.00)、α1 (7.25~10.00)、α2 (10.25~13.00)、β1 (13.25~20.00)、β2 (20.25~30.00)。组间数据比较由t 检验测定差别是否具有显著意义。

结果

与安静状态比较，在δ频段听音乐和听噪声时的脑电能量都有呈增高趋势；在θ频段听音乐时脑电能量增高，听噪声时脑电能量降低；在α1频段听音乐时脑电能量降低，听噪声时的能量变化与平静状态相比没有明显变化。在α2、β1、β2、3个频段则3种状态下的脑电能量没有明显变化。在安静状态下，α主峰在α１频段，在音乐状态下，α主峰没有移动仍在α１频段，但主峰能量降低，噪声状态下变化不明显。

三种状态的统计学检验结果（表１、２）

噪声状态和安静状态以及安静状态和音乐状态脑电能量变化的比较在统计学上显著性差异。噪声状态和音乐状态的脑电能量的变化比较在统计学上有显著性差异。从频域的变化来看，乐声状态脑电能量在α１频段呈明显减少趋势，在θ频段呈增加趋势，在其他频段则无明显改变。

从空间域的变化来看，θ频段：听完乐声后脑电的能量较听完噪声后的脑电能量在右额区、中

额区及左右前颞区明显增加。α１频段：听完乐声后脑电能量较听完噪声后的脑电能量在额区、中央区、前颞区明显减少。因此，变化主要集中在前额颞各中央区，而顶枕区的变化不明显。

讨论

精神因素对脑电活动有很大影响，早在３０年代，Berger就已观察到在注意力集中或精神紧张时，

脑电中的α节律，而在精神放松时θ节律明显增强，但精神放松到一定阶段而出现倦意时，α节律则逐渐解体，同时θ活动增强。因此，在４０年代α指数就作为情绪稳定性的指标来反映人的情绪表现，情绪稳定的人α指数较高，而情绪冲动或处于焦虑状态的人的α抑制较多。近年国外研究资料表明，脑电θ波的变化与人的心理活动和情感变化密切相关。在听了音乐后愉悦和放松状态下或者思维高度活跃状态下，θ频段的能量明显增高，α频段的能量明显降低，且α峰频前移。在本实验中由于噪声水平低，作用时间短，虽然没有引起焦虑和烦躁，但被试者主诉不爱听，有厌烦感，而在听音乐时都有表示心情愉悦，噪声状态和乐声状态出现的结果正好反应了人的这种情绪的变化。乐声状态中的人精神放松，与噪声和安静状态下相比，α１频段的能量降低，而θ频段的能量增高，但由于我们进行实验时间较短，所以没有出现α峰值的移动。另外我们发现这几个频段的能量变化主要集中在大脑的前额颞区和中央区，这正与大脑的解剖位置相对应。大脑的额叶前部即额极是人类高级精神活动的中枢，它产生的神经电冲动反应在脑电图上即为前额颞区和中央区，国外研究也表明在听音乐时脑电的变化主要集中在额区。另外，额区与植物神经功能调节有着重要的关系。这就解释了人在情绪波动时，除了脑电图特定区域的变化外还有呼吸、血压、心率等植物神经方面的变化。既然噪声是一种令人烦躁的声音，那么为什么实验中噪声状态中的脑电功率谱的变化与安静状态相比没有显著性差异呢？考虑有以下几个原因，我们所给的噪音是一个中强度噪音，且持续时间较短，因此这种刺激从时间和强度上都还没有达到令人烦躁的状态。另外，人对声音的感受表现在脑电图上有很大的差异，在一个群体中往往个体的差异会被群体所掩盖，因此我们对这１２名中每一位被试者乐声和噪声状态前后的脑电变化进行了统计分析，结果我们发现，在噪声状态中有３名被试者的脑电的变化与平静状态相比有显著性差异，其中９号被试者的脑电变化最为典型，表现为β1频段能量明显增高（表３）。同样，在乐声状态中也有３名被试者的脑电变化可以反映人的情绪的变化，那么这几个对噪音或乐音很敏感的个体就需要我们特别关注了。国外有资料表明用音乐对人进行放松训练时，不同性格类型的人在脑电方面变化不一样。其中具有Ａ型性格的人的变化最为明显。由于我们在实验前未对被试者作人格类型分析，所以我们不能对这几名受试前后脑电变化比较大的被试者进行推测。另外由于我们处于探索阶段，选择的实验例数较少，所以在音乐和噪声状态下脑电的变化需要结合心理方面的一些量表进行进一步的研究。至少我们可以得出以下结论，音乐放松训练是心理放松训练中一项切实可行的方法；我们在对航天员进行心理放松训练时一定要结合每个人的个性特别法庭点有针对性训练，要因人而宜。

表１3种状态对θ频段标准功率谱平均值的影响（x±s,n=12）

region quiet state mean (%) noise state mean (%) music state mean (%)

FP1 19.2±7.31 18.4±7.4 20.4±8.0

FP2 20.0±8.0 18.3±6.8 20.7±8.1*

F3 18.3±8.0 17.8±7.9 19.4±9.0*

F4 21.3±8.8 18.1±8.0 19.7±8.2*

C3 15.5±6.9 15.3±7.7 16.9±8.8

C4 16.7±7.2 16.7±8.1 17.9±9.7

P3 11.3±5.0 10.6±5.2 12.0±5.1

P4 12.5±5.8 12.3±5.4 13.5±6.7

O1 10.7±6.7 9.4±5.1 11.6±7.7

O2 11.8±9.2 11.9±9.2 13.9±10.8

F7 18.2±7.7 17.5±7.7 19.6±8.7*

F8 18.4±7.0 15.7±5.0# 18.1±5.9*

T3 16.4±5.8 16.5±6.1 18.3±7.1

T4 19.5±7.0 18.0±7.1 20.1±9.0

T5 13.0±6.7 13.2±5.8 15.1±6.4

T6 14.2±5.9 15.6±5.1 16.7±7.7

Note ：*P<0.05,as compared with noise state ；# P<0.05 ,as compared with quiet state