急性部分睡眠剥夺对双任务范式下持续注意力和抑制控制的影响

《Cortex》：Effects of partial sleep deprivation on sustained attention and inhibitory control in a dual-task paradigm

　　

研究人员探究了急性部分睡眠剥夺对上肢双任务表现的影响。通过被试内设计，研究评估了参与者在一晚部分睡眠剥夺（SD）与一晚正常睡眠（NS）后的抑制控制（Go/No-go任务；GNG）、持续注意力（心理运动警觉测试；PVT）和运动表现（手指敲击；FT）。在SD和NS之后，参与者均按照平衡顺序接受了三种单任务（ST）条件和两种双任务（DT）条件测试。研究人员在46名参与者中观察到，无论睡眠条件如何，DT与ST表现均存在显著差异，即双任务效应（DTEs），这体现在抑制控制和持续注意力两方面。值得注意的是，与NS相比，SD后仅在GNG中出现更负的DTEs，而在PVT中未出现。总体而言，本双任务范式有效诱发了认知干扰，揭示了跨认知任务的稳健DTEs且与睡眠条件无关，并仅在双任务状态下发现睡眠剥夺对抑制控制的特异性影响。揭示睡眠剥夺情境下塑造双任务表现的因素，为理解睡眠障碍状况及伴随偶发性睡眠剥夺的生活方式的影响提供了新的见解。

论文解读

研究背景与意义

睡眠是维持大脑正常功能的基础生理过程，睡眠不足会引发短暂的神经认知改变，表现为清醒状态下出现类似睡眠状态的θ波，即微睡眠，进而降低认知表现。受睡眠剥夺影响的认知功能涵盖注意加工、复杂执行功能、感觉知觉及情绪调节等多个维度。其中，持续注意力（通过心理运动警觉测试PVT测量）和抑制控制（通常通过Go/No-go任务GNG评估）是极易受损的核心能力。此外，睡眠剥夺还会损害肢体运动任务表现。然而，现有研究对睡眠剥夺如何影响冲动行为与冲动决策，尤其是涉及同时进行的日常双重活动时的认知运动表现，仍缺乏充分探索。尽管认知运动双重任务中普遍存在的认知运动干扰（CMI）已被广泛记录，但睡眠剥夺对其的具体影响尚未明确。鉴于部分睡眠剥夺模拟了现实生活中的常见场景（如倒班工作、驾驶疲劳），揭示其对双任务表现的潜在影响具有重要的生态效度及安全意义。本研究旨在填补这一空白，探讨急性部分睡眠剥夺对涉及持续注意力和抑制控制的双任务表现的影响。该研究发表于《Cortex》期刊。

关键技术方法

研究人员采用严格的被试内设计，共招募46名健康青年参与者（平均年龄24.04岁）。所有参与者完成了基线测试与任务熟悉阶段，随后接受正常睡眠（NS，约9小时睡眠机会）和部分睡眠剥夺（SD，凌晨1点至早上6点，共5小时）两种条件测试，两次测试间隔一周且顺序平衡。研究采用腕动仪（MotionWatch 8）监测睡眠质量以确保依从性。测试任务包括单任务（ST）下的手指敲击（FT，测量精细运动控制）、PVT和GNG，以及双任务（DT）组合（FT+PVT, FT+GNG）。通过计算双任务效应（DTE%）来量化认知运动干扰程度，公式为[(双任务成绩 - 单任务成绩)/单任务成绩] × 100%。数据分析采用贝叶斯统计方法，设定贝叶斯因子（BF）> 6作为支持备择假设的阈值，并结合重复测量方差分析和K-means聚类分析进行探索性检验。

研究结果

认知运动上肢双任务效应（DTEs）与睡眠条件无关（H1）

研究人员发现，无论睡眠条件如何，PVT和GNG任务在双任务条件下的表现均与单任务存在显著差异。贝叶斯单样本t检验显示，所有变量的绝对DTE值均显著大于零（BF₁₀> 6），证实了双任务范式成功诱发了稳健的认知干扰效应，表明双任务执行系统性地改变了任务表现。

睡眠条件对持续注意力DTEs的影响（H2）

针对持续注意力，研究发现虽然SD和NS条件下均出现了显著的双任务成本（负向DTE），但两种睡眠条件间的DTE差异未达到显著水平。贝叶斯配对样本t检验显示，PVT的逆反应时（1/RT）和表现准确率（P）的BF₁₀分别为0.205和0.098，而支持零假设的BF₀₁则分别为4.887和10.174。这表明急性睡眠剥夺并未加剧持续注意力在双任务状态下的表现衰退。

睡眠条件对抑制控制DTEs的影响（H3）

对于抑制控制，研究观察到SD条件下Go反应时（GoRT）和Go刺激准确率（GoA）的DTE比NS更为负面，但贝叶斯证据仅为传闻级别（GoRT的BF₁₀= 4.141，GoA的BF₁₀= 2.126）。相反，No-Go刺激准确率（No-GoA）在NS条件下表现出更大的双任务成本，且支持零假设的证据强烈（BF₀₁= 36.467）。这表明睡眠剥夺并未一致地加剧抑制控制的双任务损伤，但在处理速度上可能存在特定脆弱性。

探索性分析

进一步的重复测量方差分析揭示了任务模态与睡眠条件的显著交互作用：仅在双任务条件下，SD导致了显著更慢的GoRT，而单任务表现未受影响。K-means聚类分析识别出三种双任务反应剖面（快速、慢速、中等）。相关性分析显示，晚睡型（Eveningness）个体在SD后的PVT和GNG表现下降更为明显，且其实际睡眠时间在SD条件下略短于早睡型个体，表明时型（Chronotype）调节了睡眠剥夺对双任务表现的易感性。

讨论与结论总结

本研究证实，双任务范式能有效诱发跨认知任务的认知运动干扰，且该效应独立于睡眠状态。关键结论是，急性部分睡眠剥夺并未普遍恶化双任务表现，而是表现出任务特异性和个体差异性：它选择性地加剧了抑制控制在双任务环境下的处理速度减慢，但对持续注意力的双任务成本无显著影响。此外，研究强调了时型作为重要调节变量，晚睡型个体在睡眠不足时面临更高的认知运动表现衰退风险。这些发现深化了对睡眠剥夺下双重任务表现机制的理解，对于制定针对性的疲劳管理策略、优化工作安排及保障个人与社会安全具有重要启示。论文结论指出，揭示睡眠剥夺情境下双任务表现的影响因素，为理解睡眠障碍及偶然睡眠剥夺生活方式的意义提供了新视角。