趕不完的論文，加不完的班，拒絕躺平的你是否還在用咖啡配枸杞來對抗疲勞？
日前，美國 Wright-Patterson 空軍基地生物醫藥研究人員利用頸部經皮迷走神經刺激 (ctVNS) 的原理，讓參與實驗的受試者保持了 34 小時高度清醒，並在此期間執行了多項模擬任務。具體而言，受試者只需將遊戲手柄一樣的裝置在脖子兩側各按摩幾分鐘，便可大幅改善在疲勞狀態下的認知能力和情緒狀態。
該研究以「 Cervical transcutaneous vagal nerve stimulation (ctVNS) improves human cognitive performance under sleep deprivation stress 」為題發表於 Communications biology 期刊上。
（來源：Communications Biology）
對於醫護人員、長途卡車司機、士兵和宇航員等需要不停輪班的工作來說，睡眠不足會增加風險，甚至造成致命錯誤。此前的研究表明，疲勞會使人反應速度變慢， 準確性降低，同時還會影響人的情緒。
該論文的主要作者、國防科技公司 Infscitex 的心理學家 Lindsey McInteal 表示：「疲勞在軍隊中是一個長期存在的問題。有時候因為環境因素睡不好覺，或者從白班到夜班來回倒班影響生理週期也會讓人難以入睡，導致疲勞。」 在日常生活中，人們一般通過攝取咖啡因或功能飲料來對抗疲勞，但這種方法有很多副作用。
Lindsey McInteal 認為，咖啡因和功能飲料的功效通常只持續幾個小時，而且會讓人感到焦慮。那麼，怎樣才能在不喝咖啡和功能飲料的情況下保持長時間 「打雞血」 狀態，高效執行多重任務呢？
帶著這個疑問，NASA 帶領美國空軍展開了一項實驗，嘗試利用頸部迷走神經刺激（ctVNS）原理來抵抗疲勞產生的負面影響。
在實驗期間，研究人員進行了 9 次測試，以考察受試者保持警覺和同時處理多項任務的能力。
結果發現，接受了 ctVNS 的受試者在保持注意力和執行多項任務方面更勝一籌，同時他們的主觀感受也更優。在接受刺激後的 12 小時，ctVNS 的抗疲勞功效達到頂峰，受試者的超強警覺性可持續長達 19 小時。實驗結束後的追蹤調查也表明，該裝置對受試者的睡眠質量或睡眠時間沒有明顯影響。
這是科研人員首次在健康人中利用 ctVNS 原理來增強人們的認知表現。更重要的是，實驗中所使用的裝置是已經獲得 FDA 批准的偏頭痛治療儀，因此可以在市場上購得。
Lindsey McInteal 表示： 「它便攜易操作，效果比咖啡因要持久得多。參與人員不僅體驗到了抗疲勞方面的功能改善，而且總體感覺更好。」
值得說明的是，目前還沒有證據表明這種技術可能會導致上癮行為。不過出於謹慎，研究團隊認為應該有一個每天進行 ctVNS 時長的指導方針。
對人類來說，保持清醒並提高警覺性的一種方式是刺激大腦中一個叫做藍斑核 (locus coeruleus, LC) 的區域。這個神經核團位於腦幹中，支配著整個中樞神經系統。而且它產生的去甲腎上腺素對腦的大多部位具有興奮性作用，從而加強覺醒狀態，並預備腦的神經元對未來刺激的響應。
在早期的實驗中，經顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）已經被證明可以激發藍斑核，從而改善癲癇、老年痴呆和抑鬱症的相關症狀。
但是經顱直流電刺激需要在醫院專業條件下進行，對地點有著很大的限制。更重要的是，經顱直流電刺激必須先通過頭頂面板、肌肉、頭骨 (絕緣體) 和腦脊液才能到達大腦。然後，電流還要通過大腦皮質和皮質下組織傳輸很長一段距離才能達到腦幹內的藍斑核部位。換言之，目前的經顱直流電刺激技術還不能做到隨時隨地快速為人類充電。因此，Infscitex 的研究團隊便想到了是否可以利用頸部迷走神經來刺激藍斑核，達到抗疲勞的效果。
在這次實驗之前，ctVNS 是否會啟用藍斑核 --- 去甲腎上腺素通路（LC-NE）還是一個未知數。事實上，ctVNS 作為 FDA 批准的治療癲癇和抑鬱症手段已有二十多年的歷史了。作為周圍神經系統的一部分，迷走神經系統在頸部和耳部有著密集的分佈，並和藍斑核有著傳入神經連線（afferent connections）。
最近的一些研究表明，迷走神經刺激或可改善動物和人類的記憶和認知能力，增加人類的神經元可塑性，並增強人類的注意力和決策能力。
為了驗證頸部 ctVNS 的功效，研究團隊在 Wright-Patterson 空軍基地召集了 40 名現役的空軍人員。其中 33 名為男性，7 名為女性。他們經過了嚴格的健康篩查，被隨機分為了兩組（刺激組和對照組）。
實驗開始的當天，受試者被要求在早七點前起床，並在下午三點半之前到實驗室報到。在實驗期間，他們不能打盹，也不能攝入任何咖啡因或改變中樞神經系統的藥物。在下午四點準備就緒以後，受試者分別完成了注意力以及情緒的各種基線測試，包括 Mackworth 時鐘試驗、N-back、PVT、AF-MATB 和情緒問卷等。
到五點半時，受試者有一個半小時的休息時間做任何自己喜歡做的事，他們可以看電影，吃飯，打牌。晚上七點整，二十名受試者手持名為 gammaCore 的裝置對自己進行了 ctVNS。值得注意的是，gammaCore 已經獲得 FDA 批准用來治療難治性偏頭痛，它可以通過面板將頻率為 25Hz 的電流直接傳遞到迷走神經。
在實驗中，受試者先將 gammaCore 放置左側頸按摩兩分鐘，這時裝置會自動停止兩分鐘，然後受試者再把在 gammaCore 放到右側頸部進行同樣的按摩。
對照組受試者使用的是和 gammaCore 外形一模一樣的裝置，甚至震動聲也完全相同，但這些裝置卻沒有任何實際電流和功效。在半小時後，刺激組和對照組分別進行了第二次 ctVNS，因此整體有效刺激的總時長為 12 分鐘。
在接下來的時間，受試者被要求每三小時完成一次考驗注意力、反應速度和心情的任務，直到第二天的下午五點半。之後他們被家人或者朋友安全地接回家中。
整個實驗過程中，受試者進行了 9 次由 NASA 和空軍開發的多工處理表現測試 (Air Force–Multi-Attribute Task Battery，AF-MATB)。這個測試要求操作員對監視器上四個獨立的任務進行同時追蹤和響應，每個任務都在單獨象限中。
這四個任務包括視覺系統警報監測任務、視覺運動跟蹤任務、聽覺通訊監測任務和視覺資源管理任務。根據顯示器上任務數和受試者成功完成的任務數量之間的差異，研究人員計算出志願者以處理的資訊量。
研究團隊稱，接受 ctVNS 刺激的受試者的資訊處理量明顯高於對照組。事實上，ctVNS 組的資訊處理能力只比他們進入實驗室當天下午四點的基線下降了 5%，而對照組組的資訊處理能力下降了 15%。
因此，研究團隊表示他們有理由認為 ctVNS 的方法確實激活了 LC-NE 通路。當然，未來的科學研究還可以從神經生理學的角度尋找能夠證明這種作用的證據。
https://www.nature.com/articles/s42003-021-02145-7
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/devices/vagus-nerve
