远洋运输业发展的好坏直接关系到国民经济和对外贸易的发展，然而80％的海损事故是由人为因素造成的^[1]。海员作为一个特殊的职业群体为国家远洋运输业做出了重大贡献，然而，他们的心理健康状况并没有受到广泛关注。长期海上作业致使海员生活在一个相对狭小的环境中，工作内容单一，作息时间不规律，轮船上还存在无法避免的噪声和颠簸，加之海上环境比较复杂，长期处于这样的环境中极易对海员的心理健康造成影响。部分海员出现心理负荷、精神疲劳、工作效率下降、强迫、抑郁等一系列的心理健康问题^[2]。

       处于亚健康状态者，不能达到健康的标准，表现为一定时间内的活力降低、功能和适应能力减退的症状。心理亚健康是众多亚健康状态中的一种^[3]，提前发现心理处于亚健康的海员并且对其进行心理疏导就显得尤为重要。然而现阶段还没有一套有效完善的评估系统，常用的问卷调查方法容易受到被采访者的主观意识影响，无法保证结果的可靠性。因此需要从客观的角度，采用更加准确的检测方法来评测海员的心理健康状况。

       功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）作为一种无侵入、无创伤、可精确定位的研究手段，现阶段已被广泛应用到脑科学和相关精神疾病的研究中，如阿尔兹海默症、视觉、听觉、运动障碍、脑部发育障碍、记忆、心理、神经性疾病和认知障碍等^[4,5]。Shi等^[6]根据被试的默认网络活动状况构造分类器，检测出心理出现亚健康的海员，同时对比被试检测前填好的SCL-90表格，SCL-90评估表格的结果显示出检测出的亚健康海员几乎都表现出轻微的心理障碍包括焦虑、抑郁和偏执等。

       低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuation, fALFF)^[7,8]是一种基于体素的局部静息态功能磁共振成像数据分析方法，能够反映局部神经元活动的强度特征。本文通过建立心理健康海员（health seafarers, HS)、亚健康海员（sub-health seafarers, subHS）和健康被试（health people, HP)3个组，采用统计检验的方法，研究HP、HS和subHS之间的fALFF差异。

1　材料与方法

1.1　数据获取

       实验中用到的88名海员静息态fMRI数据采集自上海市磁共振重点实验室西门子磁共振仪，海员被试年龄在35~ 58岁，这些海员来自于水手、轮机员、政委、大副等各岗位，且有10年以上的出海经历。从88名海员数据中检测出10名subHS，10名HS从剩余的78名海员中随机挑选得到。被试平躺在磁共振仪内，闭眼，保持放松清醒状态，不做固定性思维。数据获取采用单次激发敏感梯度平面回波成像技术，切片总数为37片，覆盖整个脑区，敏感加速因子为2.0，TR为2.0 s，扫描分辨率为80×80；片内分辨率为3 mm×3 mm，片厚度为3 mm；时间点为160。10名HP静息态数据从神经影像公共库中下载获得（http://www.nitrc.org/projects/fcon 1000/)，年龄在36~ 58岁，该数据为NIFTI格式。扫描参数如下：切片数33片，时间间隔TR=2 s，时间点为225，扫描分辨率为64×64，片内分辨率为3.13 mm×3.13 mm，片厚度为3.6 mm。

1.2　数据预处理

       全部数据预处理步骤通过DPARSF(data processing assistant for resting-state fMRI)^[8]软件包完成，包括：(1）时间层校正。(2)头动校正：把实验序列中每一个时间点获取的图像与该序列第一个图像按特定的算法对齐。(3)空间标准化：用回波平面成像（echo planar imaging, EPI）模板进行空间配准。(4)平滑处理：平滑核设置为FWHM=4 mm。(5）去线性漂移。(6）滤波：保留0.01~ 0.08 Hz内的血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent, BOLD）信号。

1.3　方法

       计算fMRI影像的低频振幅比。采用双样本t检验(P<0.05，未矫正）的方法比较两组样本之间差异的显著程度。利用自动解剖标签模板（automated anatomical labeling, AAL)^[10]，将大脑划分为90个感兴趣区域（region of interesting, ROI)，对不同的脑区标记出有显著差异的体素，统计体素个数，并对脑区按体素个数多少进行排序分析。

       fALFF具体的计算方法如下：(1)逐体素对全脑信号强度的时间序列行傅立叶变换，转为频域功率谱，功率谱的峰下面积可视为信号的能量；(2)然后对其再进行开方，即可代表该信号振荡的幅度，亦即BOLD信号变化的强度。

2　结果

       HS与HP的fALFF差异集中在额叶，subHS与HP的fALFF差异也主要集中在额叶，相较于HP-HS组，HP-subHS组在额叶的fALFF差异显著减弱（见图1、图2)，额叶在监视环境中的新奇刺激、引起对新事物的注意、适应新环境的能力等方面具有不可替代的作用，使机体能够很快地适应新环境，同时额叶几乎涉及所有的心理功能。因此，相较于普通被试，额叶脑功能活动的变化可能使海员对环境的适应能力以及心理认知活动发生变化。

       通过HP与HS的对比发现，HP-HS组体素点个数呈现显著差异的脑区主要集中在额上回、额中回（见表1，图2)。额上回涉及行为调节和记忆、语言、情绪等认知活动，额中回主要参与工作记忆、空间信息和情绪意识的处理与存储，通过HP与HS的对比发现，相较于普通被试，额叶脑功能活动的变化可能促使海员对于复杂环境的反应和适应能力高于普通被试。

       相较于HP-HS，HP- subHS在额叶呈现差异的体素点的个数均显著减少（见表2，图2），在大脑的默认网络中，额叶部分脑区在信息交互中起到关键作用，Shi等^[6]通过研究海员的默认网络活动状况发现：subHS相较于HS和HP，默认网络的差异主要集中在额叶，且默认网络的激活程度相对减弱。因此上述脑区的变化可能促使海员心理出现亚健康状况。

       通过HS与subHS对比，HS-subHS组出现差异的脑区除额叶外，在颞叶、楔前叶等脑区亦出现显著差异（见表3、图2），出现上述差异，可能由于海员所处的特殊的环境，不仅直接影响subHS的心理健康，同时对其听觉、视觉、空间信息、机体协调性等方面信息的处理也产生了一定的影响。

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图1  HP、HS和subHS 3组的fALFF双样本t检验差异
Fig. 1  The difference of fALFF among HP, HS and subHS under two-sample t-test

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图2  HP-HS、HP-subHS与subHS-HS中fALFF呈现显著差异的脑区
Fig. 2  The fALFF of brain areas which appear significant difference among HP-HS, HP-subHS and subHS-HS

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表1  HP-HS中fALFF呈现差异的脑区所包含体素点个数对比情况
Tab. 1  The comparison of the number of voxels in the brains whose fALFF appears significant difference between HP and HS

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表2  HP-subHS中fALFF呈现差异的脑区所包含体素点个数对比情况
Tab. 2  The comparison of the number of voxels in the brains whose fALFF appears significant difference between HP and subHS

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表3  subHS-HS中fALFF呈现差异的脑区所包含体素点个数对比情况
Tab. 3  The comparison of the number of voxels in the brains whose fALFF appears significant difference between subHS and HS

3　讨论

       通过对比发现，海员与普通被试的差异主要集中在额叶。额叶位于中央沟以前，两侧以外侧沟为界。研究表明：额叶几乎涉及所有的心理功能，且功能广泛复杂，包括记忆、语言、智力和人格等。而通过fALFF研究发现，海员与普通被试的主要差异集中在额叶。此外，通过HP-HS组与HP-subHS组的fALFF对比表明，HP-HS组与HP- subHS组的fALFF出现显著差异的脑区无明显变化，海员与普通被试的差异集中在右侧背外侧额上回、右侧额中回、左侧内侧额上回、左侧额中回、右侧内侧额上回。额叶在监视环境中的新奇刺激、引起对新事物的注意、适应新环境的能力等方面具有不可替代的作用，使机体能够很快地适应新环境。subHS相较于HS，心理并未发生本质性的变化，HP-HS组与HP-subHS组的fALFF差异几乎出现在相同的脑区（额叶），上述差异可能源于海员的职业特点，由于海员半军事化管理的职业特点，加之海上特殊的生活环境，塑造了海员所特有的脑功能特征，使海员应对紧急情况的反应能力、执行控制的能力、身体协调能力等都显著高于普通人。这些脑功能的变化可以使海员更好地适应海上生活，以满足职业的内在需求，使海员的脑功能活动具有可塑性。

       HP-subHS组相应脑区的差异程度相较于HP-HS组相对减弱。Shi等^[11]通过研究海员的默认网络活动状况发现：subHS相较于HS和HP，默认网络的差异主要集中在额叶，且默认网络的激活程度相对减弱，在大脑的默认网络中，额叶部分脑区在信息交互中起到关键作用，这些变化与本文的研究是一致的。额上回一直以来被认为是一个细胞构筑复杂的区域，其参与很多认知和运动控制活动。背外侧额上回执行控制功能是注意功能的一部分，涉及行为调节和记忆、语言、情绪等认知活动，主要参与工作记忆中的执行任务。背外侧额上回功能减弱，会导致人出现抑郁、偏执等心理亚健康表现，背外侧额上回亚区主要与默认网络和认知执行网络存在正相关^[12,13,14]。额上回的内侧部分^[15,16]则常在认知相关任务中被激活，它也是默认网络的组成部分。静息态fMRI研究进一步表明，额上回内侧亚区主要与躯体运动与认知控制网络和默认网络存在正相关。额中回主要参与工作记忆和空间信息的处理与存储^[17]。额叶功能活动的减弱，可能降低subHS应对海上复杂环境的能力，同时使subHS出现焦虑寂寞、自我感觉差、情绪不稳等心理亚健康状况，从而导致海员出现观察、操作行为中的疏忽大意与失误、放松警惕性、应付复杂情况的能力下降等。

       通过subHS-HS组的对比研究发现，subHS与HS的差异主要集中在额叶，包括左侧额中回、右侧额中回，其次在左侧顶骨下方除了缘上回和角回的脑回、左侧颞中回、左侧楔前叶、左侧扣带回中部及其侧面环绕的脑回亦呈现显著差异。扣带回是边缘系统的重要组成部分，位于大脑皮层的内侧，扣带回的局部解剖及其纤维联系比较复杂，有关这方面的详细论述十分有限。Haznedar^[18]通过研究葡萄糖的代谢率，发现左侧扣带回差异与精神分裂症有关。颞叶位于外侧裂下方，其参与处理视觉记忆、听觉信息、语言理解和情感联系等^[19]。顶叶的楔前叶是小叶向前的枕叶（楔片），它隐藏在内侧两个脑半球之间的纵向裂缝。其参与记忆任务^[20]、视觉空间信息的处理^[21,22]、空间直觉功能、自我意识^[23]等，属于默认网络的一部分^[24]。subHS-HS组呈现上述差异，可能由于海员所处的特殊的环境，不仅直接影响subHS的心理健康，同时对其听觉、视觉、空间信息、机体协调性等方面信息的处理也产生了一定的影响。

       以上发现能够帮助人们客观的了解脑功能变化对海员心理的影响，为保障海员的身心健康以及海上作业的安全进行做出贡献，未来还应深入研究这些变化背后的潜在机制，从而建立更加完善的海员心理健康评估与亚健康海员心理疏导体系。

       鉴于从众多海员中检测出的subHS的数量有限，本文将在今后被试量更多的情况下做更深一步的研究。