麦子峰 孙 瑞 张 群 梁 华 马 宁,2,3

(1 华南师范大学心理学院，广州 510631) (2 华南师范大学心理应用研究中心，广州 510631)(3 广东省心理健康与认知科学重点实验室，广州 510631)

1 前言

昼夜节律（circadian rhythm），指有机体在不同水平的生命活动以大约24小时为周期的规律性变化（Wehr, 2001）。之前的研究发现，人类个体的主观感受（困倦程度, 疲劳程度）（Mollicone,Van Dongen, Rogers, & Dinges, 2008），行为任务（注意、工作记忆、以及执行功能等）（Valdez,Ramírez, García, Talamantes, & Cortez, 2010; Ramírez et al., 2006; RamÍrez, GarcÍa, & Valdez, 2012; Burke,Scheer, Ronda, Czeisler, & Wright, 2015），以及生理指标（体温, 血压）（Wright, Hull, & Czeisler, 2002;Fabbian et al., 2013）均呈现出规律的变化。具体而言，个体的认知能力在7:00-10:00表现较差，在10:00-14:00逐渐提升，在14:00-16:00呈下降趋势，16:00-22:00又开始逐渐提高（Valdez, Ramírez,& García, 2012）。

1982年，由Borbély所提出的双过程模型（Borbély, 1982）为昼夜节律的变化规律做出了解释。该模型认为，个体睡眠或觉醒的状态是由自平衡过程（homeostatic process, S过程）和节律过程（circadian process, C过程）相互作用的结果。这两个过程在一天的24小时中的变化体现为睡眠压力的累积，睡眠压力越大，个体困倦程度越高，警觉性越低，相应的认知行为能力也会下降。其中，S过程的变化受觉醒时间的影响，随着个体觉醒时间的累积，带来的睡眠压力越大（Åkerstedt et al., 2004），当睡眠压力累积到一定程度时会诱发个体的睡眠状态，在睡眠状态时S过程的睡眠压力也会随之下降。与S过程不同，C过程的变化以约24小时为周期呈现出先上升再下降的变化趋势 （Roenneberg & Merrow, 2005），它所带来的睡眠压力会在下午达到峰值，而在清晨和傍晚则较低。该模型在睡眠和日间警觉性的研究中有着广泛的应用（Goel, Basner, Rao, & Dinges, 2013）。

已有的研究证明了个体的行为受到昼夜节律的调节，但由于不同生理和心理指标对外界影响因素的敏感性不同，内部调节机制也可能存在一定的差异，因此不同的指标对昼夜节律的敏感性也可能有所差别（Chellappa, Morris, & Scheer,2018）。比如，对于疲劳的测量，主要依靠个体对自身状态的综合评估，相比于客观的行为任务，主观评价的测量方法更容易受昼夜节律外的因素的干扰，如，生理状况，情绪感受，动机，社交，以及外部环境因素等（Goel, et al., 2013）。这使得在其他因素的干扰下，很难仅仅通过主观评估的方式，准确考察节律对个体的影响。同时，昼夜节律可能对不同的心理任务产生不同程度的影响。由于需要更多自上而下认知资源的投入，相比于基础认知任务（如, 警觉性注意），个体在执行功能的相关任务的表现（如, 推理任务，抑制控制）对睡眠缺失效应的敏感性较低 （Lim &Dinges, 2010）。而在双过程模型中，S过程的变化即代表着随觉醒时间累积的睡眠缺失效应的变化。因此，对于昼夜节律的研究，不仅需要主观评估和客观行为相结合，同时还需要考虑其对不同心理任务的影响。

此外，昼夜节律的相关研究大都以西方个体为对象，而针对我国人群的昼夜节律变化，研究人员尚未进行深入的探讨。由于中西方群体在饮食习惯和作息规律等方面均存在着较大的差异，基于西方人口的研究成果未必完全适用于对我国人群的昼夜节律的变化。如我国人群中有超过百分之八十的人有午睡习惯（廖建桥, 许群珍, 袁子云, 吴彤, 李中海, 2006），西方国家则相对较少；饮食习惯方面，中国人的饮食多以清淡的食物为主（如谷物, 蔬菜），而西方国家则以肉食为主（马瑾，2011）。不同的饮食习惯与作息规律，以及不同的外部环境因素（如光照、温度、地理纬度等）都有可能对个体的昼夜节律变化造成较大的影响（Waterhouse, 2010）。

本研究采用主观评估和客观行为测量相结合的方式，对个体在一天内的不同时间的变化进行测量，探讨双过程模型在我国个体的适用性以及中西方人群在昼夜节律方面的异同。同时通过对个体一天内不同时段的疲劳程度报告，以及警觉性注意和抑制控制表现的对比，本研究尝试揭示昼夜节律对我国人群在不同心理指标的潜在影响，从而有利于了解我国人群在一天内的心理与行为变化规律，有助于减少安全事故，规避风险，避免不必要的经济和社会损失（Mitler et al., 1988）。

2 方法

2.1 被试

20名来自华南师范大学的在校大学生（9男,11女），年龄19-25岁（平均年龄21±1.56），均为右利手，视力或矫正视力正常。被试均自愿参与实验，并签署知情同意书。在实验开始前的60天内，被试无倒班工作经历，无跨越不同时区的出行，无不规律的作息时间。夜间睡眠时间在6.5-8.5个小时、早晨唤醒时间在6-8点之间，每周至少有3天午睡，每次午睡时间均在30-45分钟内。被试均无睡眠障碍、心理和精神类障碍或疾病史，无吸烟酗酒嗜好，实验前一周内未服用任何药物。

2.2 实验材料

2.2.1 疲劳程度

采用疲劳指数量表进行评定，该量表通过个体的自我报告对其疲劳程度进行评定。采用9点计分的方式，将疲劳程度分为1-9个量度，分数值越高表示个体越疲劳。在本实验中，个体在每个时段均进行疲劳程度测量。

2.2.2 警觉性注意

采用精神运动警觉性任务（Psychomotor Vigilance Task, PVT; Dinges, et al., 1997） 测量个体的警觉性注意程度。PVT任务是一个简单的按键任务，它具有操作简单、无练习效应、对睡眠缺失和昼夜节律变化敏感度高等特点。在本实验中，使用Matlab软件编写实验程序。具体流程如下（图1）：在电脑屏幕中央呈现刺激，任务时间为10分钟，要求个体当目标刺激的属性发生改变时（如电脑屏幕中央的红色方框变成黄色方框）立即进行反应，目标刺激的间隔在2000-10000 ms中随机变化。提前按键、按错键均会被视为错误反应并自动记录。该任务的测试指标为个体在目标刺激上的反应时（排除反应时小于100 ms的数据）和反应迟缓试次的数量（即lapse试次数量, 反应时在500 ms以上的试次数）（Lim & Dinges, 2008）。

2.2.3 抑制控制

采用Go/No go任务测量个体的行为抑制能力。在Go/No go任务中，个体需要对出现频率较高的目标刺激（如“A”, 称为Go刺激）快速做出按键反应，而对出现频率较低的No go刺激（如“O”）进行抑制，即不作反应。用Matlab软件编写实验程序，在黑色背景中央呈现白色“A”或“O”刺激。

任务分为两个阶段。其中一个阶段的Go刺激为“A”，No go刺激为“O”；另一阶段中，Go和No go刺激对调，即Go刺激为“O”，No go刺激为“A”。每阶段任务包括45个试次，Go刺激与No go刺激出现的比例为2:1，两种刺激随机呈现，每次两个阶段的先后呈现顺序随机处理。每个试次的流程如下（图2）。该任务的测试指标为正确率和反应时以及根据信号检测论所计算出的辨别力指数（d'值）。

2.3 实验程序

实验采用被试内设计。被试需要在实验开始前两周进行睡眠日记的记录，以确认被试是否具有稳定且规律的作息时间。在实验前一天，被试需要到达实验室，熟悉PVT精神运动警觉性任务，并进行5次以上的Go/No go任务练习以消除学习效应。正式实验当天，被试需要在上午8:00前吃完早餐并到达实验室，并一直在实验室停留至晚上22点左右。9:00开始正式实验，每间隔两个小时（即9:00、11:00、13:00、15:00、17:00、19:00、21:00）进行一次测量。每次测量要求个体完成PVT和Go/No go任务，并在PVT任务前完成疲劳指数量表的评分。在实验过程中主试一直在实验室留守，主试均经过系统培训，以避免任务指导语说明不清，同时也避免主试与被试间不必要的社交因素对被试的动机、情绪所造成的影响。实验期间，实验室保持恒光恒温（50lux, 26摄氏度）, 被试不能进行任何形式的睡眠或者离开实验室，同时控制被试的食物摄入，被试仅在12:00和18:00时在实验室就餐（具体流程见图3）。食物均来自华南师范大学食堂，且均为国内常见的餐食，如鸡腿，叉烧，豆腐，蔬菜等，搭配一般为一菜一肉或两菜一肉，具体食物则根据被试的喜好进行选择，但尽量避免十分油腻或辛辣的食物。

2.4 统计方法

采用SPSS 20.0软件进行数据录入和分析。采用单因素方差分析（ANOVA）的方法对个体不同时间点的疲劳指数、PVT任务中的反应时和反应迟缓数量（lapse）、Go/No go任务中的反应时，正确率，以及辨别力指数进行分析。

3 结果

3.1 主观疲劳的昼夜节律差异

通过对不同时间点（即9:00、11:00、13:00、15:00、17:00、19:00、21:00）的疲劳程度评分进行单因素方差分析，结果表明个体在不同时间点的疲劳程度具有显著性差异，F（6,133）=3.356, p=0.004，结果见图4。

事后比较的结果发现（表1、表2），个体在9:00时和11:00时的疲劳程度显著低于13:00、15:00、19:00和21:00；17:00时的疲劳程度与其他时间点无显著性差异。总体而言，个体在9:00-11:00时主观精神状态最佳，而在13:00-15:00时处于最疲劳的状态。

表 1 疲劳指数量表评分事后检验描述统计

表 2 疲劳指数事后检验结果

3.2 警觉性注意的昼夜节律差异

将不同时间点（即9:00、11:00、13:00、15:00、17:00、19:00、21:00）PVT任务反应时（大于100 ms）和反应迟缓数量（lapse）作为警觉性注意的指标分别进行单因素方差分析，结果显示：不同时间点的PVT任务反应时具有显著性差异，F（6,133）=5.240，p＜0.001（见图 5），但反应迟缓数量（lapse）不存在显著性差异，F（6,133）=1.021，p=0.790。

进一步对不同时间点的PVT任务反应时进行事后比较，结果发现（表3、表4），个体在9:00和11:00的PVT任务反应时均显著低于13:00、15:00和19:00时的PVT任务反应时；而13:00和15:00时PVT的任务反应时均显著高于17:00和21:00；19:00时的PVT任务反应时也显著高于21:00时的PVT任务反应时。总体而言，在PVT任务中，个体在9-11:00时表现最好，15时表现最差。

表 3 精神运动警觉性任务反应时事后检验的描述性统计

表 4 精神运动警觉性任务反应时事后检验的结果

3.3 抑制控制的昼夜节律差异

将不同时间点（即9:00、11:00、13:00、15:00、17:00、19:00、21:00）Go/No go 任务的反应时和正确率分别进行单因素方差分析，结果显示，个体在不同时间点上的反应时具有显著性差异，F（6, 133）=5.019，p＜0.001（结果见图 6），但是正确率不存在显著性差异，F（6, 133）=0.474，p=0.827。

对不同时间点的Go/No go任务反应时进一步进行事后比较，结果显示（表5、表6），个体在9:00、11:00和13:00时的反应时均显著低于15:00和19:00；在15:00时的反应时显著高于17:00和21:00；在17:00时的反应时显著高于19:00，而在19:00时Go/No go任务反应时显著高于21:00。总体而言，在Go/No go任务中，个体在9-13:00时反应最快，在15：00时反应最慢。

除反应时和正确率外，本实验选用了d'值作为重要指标，即将在Go试次上的正确率（击中率）以及No go试次上的错误率（虚报率）转化为标准分数后相减，所得到的差值即为d’值。d’值也称感觉辨别力指标，它表示个体从噪音（No go试次）中区分信号（Go试次）的能力，分值越高表明个体对不同类别刺激的辨别力越好。对不同时间点上的d'值进行单因素方差分析结果发现个体在不同时间点上的表现具有显著差异，F（6, 133）=2.238，p=0.043，结果见图7。

表 5 Go/No go 任务反应时事后检验描述统计

表 6 Go/No go 任务反应时事后检验结果

对Go/No go任务的d' 值进行事后比较，结果发现（表7、表8），个体在9:00时的d’值会显著低于11:00、13:00、19:00和21:00；在11:00时的d’值显著高于15:00；其中，在17:00时上的d'值与其他任一时间点均无显著差异。总而言之，在Go/No go任务中，个体9:00，15:00时辨别力最差，11:00辨别力最好。

表 7 Go/No go 任务 d'值事后检验描述统计

表 8 Go/No go 任务 d'值事后检验结果

4 讨论

本研究探讨个体在主观疲劳程度，警觉性注意和抑制控制任务的昼夜节律变化，结果初步揭示了昼夜节律对中国个体的不同心理指标影响的差异和规律。以我国健康大学生群体作为被试的结果大体支持了双过程模型的假设，在上午11:00-15:00时，S过程和C过程带来的睡眠压力均呈上升的趋势，导致个体的主观疲劳程度以及认知行为表现在这个时间过程中逐渐变差，在15点时C过程的睡眠压力上升到最大值，同时这也是S过程与C过程共同累积的睡眠压力的峰值，个体的主客观表现也因此跌到谷底，而在随后的15:00-17:00时间段中，个体的主观感受与行为表现因C过程的睡眠压力在下午时间段的回落而得到改善。

4.1 中西方昼夜节律变化的差异

但值得注意的是，本研究发现了中西方个体在昼夜节律变化上所存在的差异。在9:00时中国个体的主观感受与认知能力均处于较好的状态，而在西方研究中，7:00-10:00时个体由于睡眠惰性 （sleep inertia） 的影响仍未处于完全清醒的状态（Wright, Lowry, & Lebourgeois, 2012），主观感受，警觉性等认知能力也因此会处于最差的水平。这一结果的差异，可能是由于中西方作息规律以及文化背景的不同，中国群体中的个体受睡眠惰性的影响较小或睡眠惰性的持续时间较短所导致。

此外，相比于17点与21点，在19点时我国个体的主观感受、警觉性注意和抑制控制能力均变差，在21点时重新有所好转。19点时表现的下降可能是因为饭后嗜睡（postprandial somnolence）的影响。饭后嗜睡，指生物体在进食后容易进入嗜睡的状态（Orr, Shadid, Harnish, & Elsenbruch,1997），从而可能导致个体疲劳感的增加以及行为能力的下降。而在西方研究中，晚上是个体行为表现最好的阶段且不会出现在某个时间点变差的情况。这样的差异可能是中西方饮食习惯上的不同所导致，中国人的饮食习惯相对比较清淡主食以谷类及其制品（如面食）为主，副食以蔬菜为主，辅以肉类，蛋白质、脂肪、糖的含量较低，西方饮食则以肉类为主同时蔬菜占较低，以高蛋白、高脂肪、高糖分为典型特征（马瑾, 2011），而相关研究显示，富含更多水果、蔬菜、谷类，以及低脂肪的膳食会含有更多能促进睡眠和疲劳的成分（如色氨酸, 维他命B, 矿物质等）（Peuhkuri,Sihvola, & Korpela, 2012），从而使我国人群在晚饭后会出现短暂的疲劳感增加和认知能力下降。

4.2 昼夜节律对个体主客观行为影响的差异

首先，我国个体的客观警觉性注意与主观疲劳感受在晚间时段存在着差异。在上午到傍晚的时间段（9:00-19:00），个体客观警觉性与主观感受的变化趋势相对稳定一致（见图4、5）。但在21点时，个体的警觉性注意表现有所提升，而个体的主观疲劳程度仍处于较高水平，并未出现降低，表现出主观评估和客观行为测量的明显差异。相比于警觉性注意任务的表现，个体的主观疲劳评估可能更容易受到其他因素（如, 生理因素,情绪状态, 动机等）的干扰，表明在晚间，个体对昼夜节律变化的主观敏感性降低 （Horne & Burley,2010）。

第二，我国个体在不同认知任务上的表现受昼夜节律的影响也存在一定差异。上午9点，个体在Go/No go任务中的辨别力处于较低水平，而个体的主观感受与行为反应时处于较优的状态，说明可能个体抑制控制能力在上午受睡眠惰性的影响时间较长。在11点时个体辨别力会恢复至最优水平，而在11:00-15:00时会与客观警觉性的变化一样逐渐下降，但不同的是，个体辨别力和抑制控制的反应时在13点与11点间的差异并不显著，仍处于较好的水平，但个体的警觉性注意水平在13点时已经有显著的下降。15点过后个体辨别力会逐渐回升，且在19点时个体辨别力不会出现再次变差的情况。这些结果说明，相比于客观警觉性注意与主观疲劳的评估，个体的抑制控制表现受昼夜节律影响的敏感性较低，这可能是因为相关的执行功能需要个体投入更多的认知资源，从而弥补了昼夜节律所带来的睡眠压力的影响，这与睡眠缺失研究的结果相一致。个体在急性睡眠剥夺前后的执行功能的行为表现并不会有显著差异，但处于剥夺状态时任务相关的脑区会有更强的激活，从而弥补了睡眠缺失效应对个体认知行为的影响（Drummond, Meloy, Yanagi, Orff, &Brown, 2005）。但这一观点是否适用于解释执行功能与其他指标在昼夜节律上的差异，还需要后续研究采取如fMRI、ERP等认知神经科学的技术进行进一步的验证。

4.3 研究局限和未来方向

首先，本研究的被试主要集中于年轻的在校大学生，并且主要来源于华南地区，研究的结果未必适用于其他年龄段和我国其他地区的人群。未来的研究需要扩展到其他地区和其他年龄段，深入探究昼夜节律对我国人群的影响。研究成果不仅有利于了解我国人群在一天内的节律变化，而且可以有效地减少安全事故，规避风险，减少不必要的经济和社会损失（Mitler et al., 1988）。

第二，本研究探索性地考察了昼夜节律从上午到晚间，对个体主观感受、警觉性注意和抑制控制的影响。由于实验条件的局限，尚未对个体睡眠期间（22:00-次日早上8：00）的相关指标进行测量和考察。未来的研究可以考虑将心理和生理指标的测量相结合，结合血液或唾液褪黑素的测量，更为全面地反映个体在一天24小时的生理和心理变化。此外，研究还可以从基因、能量代谢等角度入手，验证人种、作息习惯、饮食结构是否对中西方人群的节律差异有显著性的影响。

5 结论

本研究在恒光恒温的实验室环境下，通过主观疲劳感评定，以及客观的警觉性注意和抑制控制的行为测量，从多个方面探讨了我国华南地区青年群体的昼夜节律变化，以及昼夜节律对个体行为的影响。研究发现我国人群的昼夜节律变化大致上符合西方双过程模型的假设，但在9点和19点上，中西方群体的行为表现存在一定差异。未来的研究可以考虑在本研究的基础上，进一步探讨昼夜节律对我国不同年龄阶段和地区人群的影响，以及通过生理、心理、脑机制和基因等的多模态数据深入探究人种差异、饮食结构和生活习惯等因素对我国与西方人群的昼夜节律差异的影响。