有氧运动对女性甲基苯丙胺成瘾者注意偏向影响的电生理特征

2022-03-21赵琦毛永周成林刘天择

中国运动医学杂志 2022年1期

赵琦毛永周成林刘天择

1 集美大学体育学院（福建厦门361021）

2 上海体育学院心理学院（上海200438）

3 海军军医大学第一附属医院（长海医院）（上海200433）

毒品成瘾是一种反复发作的慢性脑疾病，会严重损害成瘾者的认知功能。甲基苯丙胺（冰毒）是目前我国滥用人数最多的毒品，其成瘾者由于认知神经系统受损难以彻底戒断[1]。毒品产生的欣快感使甲基苯丙胺成瘾者认知控制相关脑区（主要包括大脑额叶和顶枕联合区）功能失调，当其暴露在毒品相关环境中时，无法控制自身的注意力，会自动关注毒品相关线索，通过条件反应产生觅药冲动[2]。诱因-敏感化理论表明，成瘾者会对毒品相关线索异常敏感，提高了对毒品线索的唤醒和注意，产生毒品渴求，导致强迫性的毒品寻求行为[3，4]。成瘾者相比于其他线索过度地关注毒品线索的行为被称为注意偏向[5-7]，降低成瘾者注意偏向可有效缓解毒品渴求从而减少觅药冲动性行为，故寻找降低甲基苯丙胺成瘾者毒品线索注意偏向的方法对于其康复至关重要。

已有研究发现，注意力会默认指向与奖赏相关的刺激[8]。而由于毒品滥用会产生多巴胺过量反应，使成瘾者的奖赏系统出现功能障碍，从而导致注意力过度集中于毒品相关线索[9，10]，成瘾者的注意控制功能失调[11]。注意力控制与抑制功能相关，反映了个体对注意力分配的调节能力[12，13]。因此，注意力控制的缺陷可能导致成瘾者对毒品线索的注意偏向，恢复甲基苯丙胺成瘾者的注意力控制和奖赏系统可有效降低其对毒品的注意偏向。

大量研究表明，有氧运动可以作为治疗毒品成瘾有效的辅助疗法，尤其可以对毒品成瘾者的执行功能进行改善[14.15]。急性有氧运动指单次进行的有氧运动，其可降低毒品成瘾者主观渴求并提升抑制控制能力[16，17]。神经生物学机制研究也发现，有氧运动可以通过增加多巴胺浓度和多巴胺结合来激活与毒品相同的奖赏途径，从而改善奖赏系统功能[18]。并且关于对甲基苯丙胺成瘾者治疗中的运动强度效益差异，已有研究者支持倒U型模型[19]，即中等强度有氧运动具有更大的积极效益。在有氧运动形式方面，何种运动形式效益更大尚不明确。已有研究中大量使用的功率自行车运动是有氧运动的典型代表，方便取材且容易控制运动强度，但针对特殊人群，是否存在效益更大的运动形式仍有待探索。

结合毒品成瘾者注意偏向过程的特点，点探测任务可有效测量成瘾者对毒品线索的注意控制过程[20]，同时事件相关电位（event-related potential，ERP）技术可以同步记录其大脑电生理特征。ERP技术已被广泛用于评估毒品成瘾者的认知机制[21]，其中N170、P2 和N2 成分与注意偏向过程密切相关。当成瘾者面对毒品相关线索这类负性刺激时，结合以往用药经验，会在对刺激的早期感知加工过程中分配过量的注意资源。N170成分与情感密切相关，在知觉和注意加工的早期阶段产生，且负性感知会诱发更大的N170波幅[22]。P2成分在大脑的顶枕区产生，是注意力的早期成分，与刺激的初步识别和评估相关[23]，可用于检测甲基苯丙胺成瘾者对毒品线索的早期感知。成瘾者在对毒品线索早期加工失调后，继而失去对注意力的控制，持续过度关注毒品线索。N2成分在额叶脑区产生，它揭示了注意控制过程[24，25]，在本研究中可作为注意控制能力的测试指标。以往研究使用点探测任务发现，毒品成瘾者的注意偏向过程存在电生理异常，P2和N2成分的波幅较高[26]，表明在注意偏向过程中对毒品相关线索投入了更多的注意资源。故点探测任务中的N170、P2 和N2 成分可以作为甲基苯丙胺成瘾者对毒品注意偏向过程改善的指标。

综上所述，注意偏向是毒品成瘾者的显著特征，主要由注意控制的缺失和奖赏通路受损导致。研究表明，急性有氧运动可有效改善执行控制功能并一定程度重塑奖赏通路[18，27]，因此，本研究假设：有氧运动干预会对甲基苯丙胺成瘾者的注意偏向产生积极影响。针对女性甲基苯丙胺成瘾者的身体素质情况，选用中等强度的戒毒康复操和功率自行车运动进行运动干预，使用点探测任务测试运动干预后成瘾者注意偏向的变化，并通过分析ERP 成分N170、P2和N2，探索注意偏向变化背后的认知神经特征。

1 研究对象与方法

研究采用3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的混合实验设计，探究有氧运动对女性甲基苯丙胺成瘾者毒品线索注意偏向的影响及大脑电生理特点。

1.1 实验对象

本实验从浙江莫干山戒毒所招募女性甲基苯丙胺成瘾者64 名，年龄32.34 ± 2.71 岁，被试均为右利手，视力或矫正后视力正常，无精神疾病。使用G*power软件确定有效样本量[28]。设置参数统计功效（1−β）为0.8，效应量为0.21，α值设置为0.05，得到建议的有效样本量为60人。所有被试强制隔离于戒毒所，由医护人员和警官看护。在隔离最初的生理脱毒阶段，其身体活动量均处于低水平。戒毒所警官协助招募了被试，告知被试本研究的详细信息，包括运动干预的方式和需完成的测试内容等，并向他们保证如出现任何不适可随时终止实验。所有被试均自愿参与本实验，并签署知情同意书。本研究获得上海体育学院伦理委员会批准（批准号：102772019RT044）。

将被试随机分为康复操组、自行车组和对照组。被试的人口统计学信息见表1。三组被试间甲基苯丙胺使用和戒断情况无显著差异。

表1 被试的人口学统计特征

1.2 研究方法

1.2.1 干预方法

有氧运动干预在室内康复馆开展，干预时间为40分钟。康复操组干预方式主要为戒毒康复操运动；自行车组干预方式主要为功率自行车运动；对照组静坐休息40 分钟。康复操和自行车组首先热身5 分钟，而后进行有氧运动30 分钟，最后拉伸5 分钟。同时采用SUUNTO 心率带对心率进行监控，保证运动强度为中等强度，即心率保持在最大心率的65%～70%[最大心率=206.9−（0.67×年龄）[29]]。康复操组学员由教练带领跳操，教练及教练助理通过对动作强度的实时调整保证学员心率控制在中等强度有氧运动心率范围内。自行车组学员在教练指导下进行功率自行车运动，确认其保持正确姿势，且当学员心率超出指定范围时，教练会要求学员对动作速度进行调整。

热身阶段主要由小到中强度的有氧和肌肉耐力运动组成。通过热身帮助被试进入运动训练状态，降低其在康复锻炼中受伤的风险。热身动作主要包括：屈臂肩关节环绕、手臂环绕、髋关节环绕、支撑弓步转体、早安体前屈和开合跳。戒毒康复操针对女性戒毒人员编制，主要根据动作的灵活性、力量和速度等方面编排了一些基础的舞蹈动作，更加契合女性学员的运动需求。自行车组在使用功率自行车前，教练会调节好器械，将车座调节到与臀部同高。教练指导被试在蹬踏功率自行车时，背部应当向前倾斜，保持一个流线型姿势，上半身至少倾斜45 度。运动后拉伸，使被试肌肉放松，防止肌肉损伤。拉伸动作主要包括上背部、背阔肌、胸大肌、肩部、股四头肌、腿后侧肌群伸展。

1.2.2 实验流程

1.2.2.1 实验材料

从国际情绪图片库、中国情绪图片库及网络图库中选择50 张与毒品相关的图片和50 张中性情绪图片[30，31]。招募58 名甲基苯丙胺成瘾者（此58 名成瘾者未参与点探测任务测试部分，且毒品戒断时长与本研究实验对象无显著差异）对图片进行评分。要求他们利用9 点评分法对100 张图片的效价和唤醒度进行评分[30，31]。最终选择10对评分相匹配的毒品相关图像和中性图片纳入点探测实验程序。毒品相关图像的平均效价和唤醒度分别为4.59 和4.01，中性图片分别为5.03和3.67。

1.2.2.2 点探测任务测试

所有被试在运动干预前后均进行了点探测任务测试并同步记录脑电波数据，由主试向被试介绍实验任务流程，被试签署知情同意书后开始测试。实验程序通过E-Prime 软件在计算机上呈现。在正式实验开始之前，要求被试练习10 个试次，以确保他们理解实验任务。正式实验包括3个组块，每个组块结束后，被试可以进行短暂的休息，然后继续进行测试。每个组块包括80个试次，每个被试需完成240个试次，总共需要约15分钟完成测试。

点探测任务设计参照Zhao等[26]的研究，图1为单个试次的实验流程图。每个试次首先出现注视点持续1000 ms，随后在屏幕上出现一对毒品和中性图片刺激1000 ms，每对图片中，一个刺激出现在注视点左侧，另一个刺激出现在注视点右侧。在所有试次中，毒品相关线索图片出现位置随机分配。图片刺激出现后，随之出现探针界面，该探针由一对水平或垂直的点组成，并持续200 ms。如毒品相关图片与探针呈现在同侧，则认为是一致性条件；当毒品相关图片和探针出现在相反的位置被认为是不一致条件。要求被试尽快判断探针是垂直分布还是水平分布，如垂直分布则用左手食指按“F”键，如水平分布则用右手食指按“J”键。如果被试的反应时超过1000 ms，则屏幕上会出现一个反馈警告标志（“？”）；如果反应时在1000 ms 之内，则不会显示任何反馈。最后出现1350 ms空屏再进入下一个试次。

图1 点探测程序流程示意图

1.2.2.3 脑电数据采集

脑电波采集设备选用德国Brain Products 64 导脑电记录系统，采样频率为1000赫兹，采用Ag/Agcl电极，AFz点作为接地电极，FCz点作为参考电极。水平眼电（HEOG）和垂直眼电（VEOG）分别位于左侧眼眶左侧和右侧眼眶下侧1 cm 处。所有电极点与头皮间的电阻均保持在5 kΩ以下。

1.2.3 数据处理与分析

1.2.3.1 行为数据处理

每个被试的注意偏向分数根据点探测任务中记录的反应时进行计算。对反应时剔除3个标准差以外的数据。注意偏向分数=[（DlPr–DrPr）+（DrPl–Dl⁃Pl）]/2[32]。D代表毒品图片，P代表探测点，l代表屏幕左侧，r代表屏幕右侧。所有按键任务可分为一致条件任务与不一致条件任务：一致条件任务指毒品线索图片和探测点出现在同侧（DlPl，DrPr），不一致条件任务指毒品线索图片和探测点出现在异侧（DlPr，DrPl）。计算注意偏向分数进行后续分析。

1.2.3.2 脑电数据处理

本研究使用BrainVision Analyzer 2.1 工具箱对脑电图（electroencephalograhpy，EEG）数据进行分析。EEG 数据预处理步骤如下：首先，手动去除伪迹（例如较大的信号漂移），并选用全脑平均电位为新参考电位进行重参考。而后以低通100 Hz、高通0.1 Hz、斜度24 dB/oct 为标准进行带通滤波，并去除50 Hz 市电。最后使用独立成分分析（independent component analy⁃sis，ICA）方法去除眼电。通过刺激锁时−200～800 ms截取ERP 时间窗（240 个试次），根据刺激前的200 ms进行基线矫正，并去除±100 μV 的EEG 伪迹。有研究[26，33]显示，N170 成分波幅的时间窗确定为刺激图片出现后的150～200 ms，分析电极点为P7 和P8。P2 成分的时间窗为刺激图片出现后的200～300 ms，分析电极点选择O1、O2、Oz、PO3、PO4、PO7 和PO8。N2 成分波幅的时间窗确定为刺激图片出现后的250～350 ms，分析电极点为FC1、FC2、FC3、FC4、FCz、C1、C2、C3、C4和Cz。

1.2.3.3 统计学分析

对注意偏向分数使用3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的重复测量方差分析。对N170、P2 和N2 的平均波幅分别使用3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试条件：一致和不一致）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的重复测量方差分析。所有统计分析均使用SPSS 22.0 进行，统计显著性设置为P<0.05。使用Greenhouse-Geisser 方法矫正。通过Bonferroni 方法进行事后检验，并对交互作用进行简单效应分析。同时用η2来表示统计效应量的大小。数据采用平均值±标准差的形式呈现。

2 结果

2.1 有氧运动改善成瘾者对毒品线索注意偏向的行为特点

对注意偏向分数使用3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的重复测量方差分析发现，测试时间的主效应显著，F（1，61）= 29.00，P<0.001，η2=0.322。运动干预后的注意偏向分数显著低于运动干预前（P<0.001）。组别和测试时间之间存在显著的交互作用，F（2，61）=3.24，P=0.046，η2=0.096。经简单效应分析发现：有氧运动后康复操组（P<0.001）和自行车组（P<0.003）的注意偏向分数显著低于运动前。相比之下，对照组在运动前后的注意偏向分数无显著差异（P=0.338）（表2）。

表2 运动干预前后被试注意偏向分数

结果显示，康复操组和自行车组在运动干预前注意偏向分数为正值，在运动干预后注意偏向分数转变为负值。该结果表明，在运动干预前，甲基苯丙胺成瘾者的注意会持续关注在毒品相关线索上，但经有氧运动干预后，可通过注意抑制能力将注意从毒品相关线索中脱离出来。

2.2 有氧运动改善成瘾者对毒品线索注意偏向的大脑电生理特征

2.2.1 注意偏向过程中的早期视觉成分N170

对N170 成分的波幅进行3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试条件：一致和不一致）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的重复测量方差分析发现，测试时间的主效应显著，F（1，61）= 41.38，P<0.001，η2=0.404。测试条件的主效应显著，F（1，61）=28.82，P<0.001，η2=0.321。组别×测试条件×测试时间之间存在显著的交互作用，F（2，61）= 5.20，P=0.008，η2=0.146。经简单效应分析发现，在运动干预前，三组被试一致条件下的N170 波幅均显著大于不一致条件。经运动干预后，康复操组N170波幅在一致和不一致条件下无显著差异（P=0.240），自行车组（P=0.003）和对照组（P=0.006）一致条件下的N170波幅依旧显著高于不一致条件（图2，表3）。研究结果提示：戒毒康复操干预可使成瘾者在注意早期过程中，更准确地对毒品相关刺激进行识别和分类。

图2 运动干预前后点探测任务N170成分波幅

表3 运动干预前后点探测任务N170成分波幅（μV）

2.2.2 注意偏向过程中的早期视觉成分P2

对P2 成分的波幅进行3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试条件：一致和不一致）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的重复测量方差分析发现，测试时间的主效应显著，F（1，61）=339.46，P<0.001，η2=0.469。测试条件的主效应显著，F（1，61）= 13.11，P=0.001，η2=0.177。测试条件×测试时间之间的交互作用显著，F（1，61）=12.96，P=0.001，η2=0.175。组别×测试条件×测试时间之间存在显著的交互作用，F（2，61）=3.29，P=0.044，η2=0.097。经简单效应分析发现，在运动干预前，三组被试一致条件下的P2波幅均显著大于不一致条件。经运动干预后，对照组一致条件下的P2波幅依旧显著高于不一致条件（P=0.002），但康复操组（P=0.424）和自行车组（P=0.165）P2 波幅在一致和不一致条件下无显著差异（图3，表4）。P2 波幅变化表明：有氧运动干预使甲基苯丙胺成瘾者在早期毒品线索识别过程中，忽略先前自身毒品相关经验的影响，为后续注意控制提供了有利的准备条件。

图3 运动干预前后点探测任务P2成分波幅

表4 运动干预前后点探测任务P2成分波幅（μV）

2.4 注意偏向过程中的注意控制成分N2

对N2 成分的波幅进行3（组别：康复操组、自行车组和对照组）×2（测试条件：一致和不一致）×2（测试时间：运动干预前和运动干预后）的重复测量方差分析发现，测试时间的主效应显著，F（1，61）=65.40，P<0.001，η2=0.517。测试条件的主效应显著，F（1，61）=16.10，P<0.001，η2=0.209。组别×测试条件×测试时间之间存在显著的交互作用，F（2，61）=4.64，P=0.013，η2=0.132。经简单效应分析发现，在运动干预前，三组被试一致条件下的N2波幅均显著大于不一致条件。经运动干预后，对照组一致条件下的N2 波幅依旧显著高于不一致条件（P<0.001），但康复操组（P=0.494）和自行车组（P=0.118）N2 波幅在一致和不一致条件下无显著差异（图4、图5、表5）。这一结果提示：经有氧运动干预后，康复操组和自行车组在注意偏向过程中对毒品相关线索注意控制能力得到提升。

表5 运动干预前后点探测任务N2成分波幅（μV）

图4 运动干预前后点探测任务N2成分波幅

图5 运动干预前后点探测任务N2成分相关的脑地形图

3 讨论

本研究利用点探测任务和事件相关电位技术，探索有氧运动对甲基苯丙胺成瘾者毒品注意偏向的影响，并分析其电生理特点。研究结果发现，经有氧运动干预后，甲基苯丙胺成瘾者注意偏向分数降低，表明甲基苯丙胺成瘾者可对注意资源进行调控，将对毒品相关线索过度的注意维持转换为注意抑制，将注意从毒品相关线索中脱离出来。康复操组N170、P2 和N2 成分的波幅下降，一致和不一致条件下的波幅显著性差异消失；自行车组P2和N2成分波幅在一致和不一致条件下不存在显著性差异，而对照组变化不显著。电生理结果表明，有氧运动可使成瘾者在视觉早期过程中对毒品相关线索识别更准确，并且注意控制能力得到提升，减少其对毒品线索的注意偏向行为。

3.1 有氧运动改善甲基苯丙胺成瘾者对毒品线索注意偏向的行为特点

在点探测实验任务中，我们将刺激时长设置为1000 ms，对注意的过度维持和脱离情况进行研究。通过对注意偏向分数的计算，了解成瘾者对毒品相关线索注意偏向的变化过程。与前人研究相一致[34]，本研究结果发现，康复操组和自行车组均在运动干预前注意偏向分数为正值，运动干预后注意偏向分数转变为负值。当注意偏向分数为正值时表示存在注意维持，为负值时表示注意维持受到抑制[32，35]。故本研究结果表明，在运动干预前，甲基苯丙胺成瘾者的注意会持续关注在毒品相关线索上，但经运动干预后，成瘾者可通过注意抑制能力将注意从毒品相关线索中脱离出来。研究显示，有氧运动可以对注意过程产生积极影响，尤其是选择性注意[36]。本研究中，经有氧运动后，成瘾者可对注意资源分配选择的过程进行调控，将对毒品相关线索的过度注意维持变为注意抑制，将注意从毒品相关线索中脱离出来。但具体的认知神经机制仍需进一步探讨。

3.2 有氧运动改善甲基苯丙胺成瘾者对毒品线索注意偏向的大脑电生理特征

N170 成分是视觉识别中的典型成分。在注意偏向过程的早期阶段，N170成分可以反映出个体对刺激的分类过程[37]。N170 受情感因素影响显著，当面对负性或威胁性刺激时，N170成分的波幅相较于中性刺激会更大[38]。经戒毒康复操运动干预后，毒品线索诱发的N170波幅降低，表明其对毒品线索的早期识别和分类更加准确，对毒品线索的情绪分配减少。相较于功率自行车运动，康复操运动的动作更加丰富优美，更适宜对女性甲基苯丙胺成瘾者的情绪控制进行调节。

P2 成分同样是注意的早期成分，与刺激的初步识别和评估相关[39]，反映了注意力对负性刺激的偏向[26]，并可一定程度上对先前的记忆经验进行反馈[40，41]。在点探测任务结果中，前测时一致条件下的P2波幅显著高于不一致条件，表明甲基苯丙胺成瘾者对毒品线索相关刺激初步加工时投入的注意资源更多。有氧运动干预后一致与不一致条件下的P2波幅差异消失，表明注意偏向早期过程得到修正，其可将对毒品相关线索与中性相关线索初步识别加工的差异消除，使成瘾者减弱先前服用毒品记忆的影响，并可以更准确地对毒品相关刺激进行识别和分类，为后续认知调控提供了有利的准备条件。

本研究结果中大脑前额的N2 成分波幅的变化与注意力的控制和错误处理相关[21]。研究发现，在早期冲突监测过程中，较大的N2波幅表示较多的注意力被分配到毒品相关的刺激上[26，42]，那么有氧运动干预后N2 波幅的降低就表明成瘾者对毒品相关线索的注意减少。N2 成分同样可以代表注意转化和冲突处理的过程[25，43]，有氧运动会转移与毒品相关的注意力并减少毒品线索引起的注意偏向与认知控制的冲突，使甲基苯丙胺成瘾者能够更好地对注意力进行调控。

3.3 研究的局限性

本研究存在一些局限性。首先，本研究的实验对象只有女性甲基苯丙胺成瘾者，未将男性成瘾者纳入到实验当中。尽管已有研究表明点探测任务不存在明显的性别差异[44]，但后续研究依然需要对比有氧运动对不同性别成瘾者注意偏向功能的效益差异。其次，康复操和自行车组仅在ERP 成分N170 上发现了显著差异，可能由于本研究只进行了一次有氧运动干预，后续可进行长期运动干预并对干预效果进行追踪研究。并且，行为指标和ERP 结果在本研究中未发现显著相关性，可在以后的研究中加大被试量，继续探索。

总的来说，注意偏向分数和ERP 两部分的结果从行为特点和电生理特征两个角度验证了本研究的假设。根据诱因-敏感化理论，甲基苯丙胺成瘾者会对毒品线索投入更多的注意资源。并且生理学依据已表明，有氧运动可对奖赏系统多巴胺进行修复以及对执行功能有明显改善[18]，这可为本研究结果提供理论支持。注意偏向分数及ERP 成分N170、P2 和N2 波幅的显著变化，提示有氧运动可以通过提升成瘾者对毒品线索的识别和注意控制能力，从而使成瘾者更准确地处理毒品相关信息并抑制不正确的反应，降低对毒品线索的注意偏向。