我们描述了在静息和应激条件下对18个月大儿童的自主神经系统进行连续监测的方法。结果显示，该方案能够在自主神经系统的两个分支中产生有意义的生理反应，并引发个体间反应模式的显著差异。
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本文内容
摘要
摘要
自主神经系统（ANS）包含两个分支，即副交感神经和交感神经系统，调控内脏器官的功能（例如心率、呼吸、消化），并对日常及不利经历作出反应1。研究发现，儿童的ANS指标与其行为问题、情绪调节及健康状况相关2-7。因此，理解影响幼儿期ANS发育的因素具有重要意义。ANS的两个分支均会影响年幼儿童对刺激的心血管反应，并可通过外部监测设备以无创方式测量，所采用的生理变化指标具有良好的效度和信度8-11。然而，目前针对极年幼儿童同时测量副交感与交感神经系统的研究仍较少，这限制了对两个系统整合功能的理解。此外，现有针对年幼儿童的研究大多报告婴儿在静息状态下的ANS指标，或其对常见的母婴互动范式的反应，而对其他具有挑战性情境下的ANS反应了解较少。本文介绍了一项针对18个月龄儿童心脏自主神经调控的无创、快速评估的研究设计与标准化操作流程。我们描述了在家庭或实验室环境中，于静息与挑战条件下持续监测ANS副交感与交感分支的方法，并基于140名种族背景多样的幼儿样本，使用经过验证的设备与评分软件提供描述性结果。结果显示，该方案可在静息及发展性挑战条件下引发广泛的 生理反应，表现为心率以及副交感和交感神经活动指标的变化。个体在静息水平、对挑战的反应及挑战反应性方面表现出 差异，进一步证明该方案适用于探究幼儿ANS的个体差异。
引言
儿童自主神经系统（ANS）反应性的个体差异在身心健康问题的发生和发展中起着重要作用12-16。越来越多的证据表明，静息状态下及应激反应中ANS指标的个体差异，能够预测儿童内化和外化心理病理学表现4,9,17-19以及身体健康状况7,20。除了ANS功能的这些直接或主效应外，越来越多的研究发现，儿童的反应性可与环境风险因素（如不良事件或婚姻冲突）产生交互作用，从而调节这些因素对儿童健康与福祉的影响（参见文献 21 的综述）。尽管现有证据日益表明儿童自主神经反应性在一生健康中具有作用，且相关机制也受到越来越多关注，但仍需进一步研究以探讨三岁以下儿童ANS功能的发展过程。
自主神经系统（ANS）包含两个分支，即副交感神经和交感神经系统。它主要通过无意识机制调节内脏器官的功能（例如， 心率、呼吸、消化和性兴奋），以应对日常及不利经历1。副交感神经系统（PNS）是“休息与恢复”系统，在睡眠或放松时维持较低的静息心率和恢复性状态。交感神经系统（SNS）是“战斗或逃跑”系统，通过加快心率来应对紧急或威胁性情况23。呼吸性窦性心律不齐（RSA）是副交感神经系统对心脏功能影响的可靠指标，而射血前期（PEP）是交感神经系统对心脏功能影响的可靠指标。通过成人样本中的药理阻断实验已证实，RSA 和 PEP 均为有效的测量指标
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方案
本研究获得了加利福尼亚大学旧金山分校人类研究委员会的批准。
1. 实验前准备（详见材料清单中的设备完整列表）
- 通过打开计算机并将自主神经系统（ANS）数据采集单元连接至电源来设置设备。
注意：请勿开启采集单元。 - 在开始任何数据采集之前，设置 ANS 数据采集软件。选择与图1相匹配的设置。
图1. BioLab 软件配置设置。 本图显示了在步骤1.2中所述的 ANS 数据采集过程中应使用的配置设置截图。
- 在使用前，将点电极保存在密封包装中，因为电极暴露于空气中会随时间推移而降低质量。使用坚硬表面将点电极卡接到7根扣式导联线上。确保导联线无缠绕，并牢固连接至电极。
- 打开平板电脑，启动音频和视频应用程序（参见下方第4步）。将平板电脑的音量设置为最大音量的80%，扬声器音量设置为最大。
- 将三脚架和摄像机放置在不妨碍实验的位置。
- 在开始实验方案前，预先准....
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结果
SEED 研究纳入了 162 对母婴配对（37% 非裔美国人；30% 拉丁裔；16% 白人；17% 其他或多种族）。在18个月的随访中，我们完成了对140名儿童（占入组样本的87%）的面对面评估；6名参与者已搬离，其余未完成随访的参与者则无法联系或无法安排访问。在可参与本次随访的母亲中，自主神经系统（ANS）数据采集部分的拒绝率为3/140（2%）。另有3次随访在21个月之后进行（超过目标年龄3个月以上），因此共有135名儿童在目标时间段内采集了ANS数据。由于信号质量差，其中2名儿童的ANS数据无法评分。因此，最终获得有效ANS数据的儿童为133名。本研究中提供ANS数据的儿童平均年龄为18.89个月（范围17.59–21.60；标准差 = 0.80），其中53%为女性。经年龄和性别调整后的体重/身长百分位数平均值为68.40（标准差 = 27.47）。
在133名具有可评分ANS数据的目标年龄段儿童中，100%的儿童能够耐受电极的安放，并开始接受发育挑战任务。其中3名儿童在任务中途退出，5名儿童在完成婴儿哭声任务后退出。由于设备问题，2名儿童未观看视频。所有.......
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讨论
本研究发现，在18个月大的儿童样本中，采用标准化的静息和挑战任务（旨在诱发多种领域反应，包括惊吓、感觉、社交和静息状态）可引发一系列自主神经系统（ANS）反应。在这些静息和挑战条件下观察到的ANS平均反应水平，与其他研究者使用类似任务测量幼儿ANS反应性时所报告的ANS数值相似8,11,27,29。我们样本中ANS指标的平均水平介于年幼婴儿和较大儿童之间，这与已有证据一致，即在儿童期，心率随年龄增长而下降，而呼吸性窦性心律不齐（RSA）和预射血期（PEP）则随年龄增长而上升10。此外，我们还发现，在三个生理指标中，存在广泛的反应性得分（即从静息状态到挑战条件下的生理反应差异），RSA和PEP在多个挑战条件与静息状态得分之间均表现出若干具有统计学意义且具实际意义的差异。总体而言，这些结果表明，该实验方案成功捕捉到了在平静活动与发育挑战性任务之间转换过程中ANS的变化，并在中国台湾地区这一研究尚不充分的年龄段中，成功诱发了ANS交感神经和副交感神经分支均可测量的应激反应。除了在样本平均水平上观察到ANS变化的证据外，个体在静息ANS水平、任务期间ANS反应以及挑战反应性得分方面也表现出显著的变异性.......
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披露
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
致谢
这 本研究由美国国立卫生研究院（NIH）1 U01 HL097973、美国国家心肺血液研究所（NHLBI）5 R01 HL116511-02、加州大学旧金山分校临床与转化科学研究所（UCSF-CTSI）资助编号UL1 TR000004、罗伯特·伍德·约翰逊健康与社会学者项目（Robert Wood Johnson Health and Society Scholars Program）以及丽莎和约翰·普里茨克家族基金会（Lisa and John Pritzker Family Foundation）资助。作者还感谢Michelle Stephens在ANS数据评分方面的协助，以及Vanessa Tearnan、Marialma Gonzales-Cruz、Yurivia Cervantes、Amy Engler、Stephanie Grover和Karen Jones-Mason在ANS数据收集过程中的帮助，同时感谢Michael Coccia在数据处理方面的支持。我们衷心感谢参与本研究的各个家庭，也感谢协助我们测试和完善本实验方案的志愿者，包括第一作者的两名子女。我们还要感谢我们的导师，是他们教会了我们如何测量自主神经系统（ANS）活动，以及为何在年幼儿童中测量ANS反应性具有重要意义：W. Thomas Boyce、Gary Bernston和Dave Lozano。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 自主神经系统（ANS）设备 | |||
| 笔记本电脑及电源线 | Dell | 60-0107-3.0 | Mindware BioLab 软件需要配备两个 USB 接口的 PC |
| 自主神经系统（ANS）数据采集软件 | Mindware | 联系公司 | BioLab 采集程序 |
| 自主神经系统（ANS）数据采集单元及连接线 | Mindware | 50-3711-08 | BioNex 8 槽机箱 |
| 快接导联线 | Mindware | 93-0498-00 | 白色 2 根、红色 2 根、棕色 2 根、黑色 1 根 |
| 贴片电极 | Kendall | 31112496 | 130 型号；每次评估使用 7 个，另备若干，始终密封于自封袋中 |
| 自主神经系统（ANS）数据评分/编辑软件 | Mindware | 联系公司 | HRV Analysis，版本 3.1.0F 和 IMP Analysis，版本 3.1.0I |
| 实验方案设备 | |||
| 平板电脑 | Apple | iPad；用于播放音频和视频片段 | |
| 便携式扬声器 | Polariod | PBT510 | |
| Jack in the Box | Schylling | SMJB | 袜子猴子主题 |
| 柠檬汁 | ReaLemon | 98077 | 0.14 盎司，常温保存小包装 |
| 巴斯德移液管 | Grainger | 6FAV9 | 1 ml 规格，一次性使用 |
| 分装杯 | Dart Solo Con | 250PC | 2.5 盎司，一次性塑料杯 |
| 婴儿啼哭音频文件 | Alkon 实验室 | 在新生儿重症监护室录制的 30 秒片段 | |
| 基线摇篮曲音频文件 | Rockabye Baby Music | 《Rockabye Baby Lullaby Renditions of the Beatles》CD 中的《Across the Universe》片段，时长 60 秒"""" | |
| 最终摇篮曲音频文件 | Rockabye Baby Music | 《Rockabye Baby Lullaby Renditions of the Beatles》CD 中的《Here Comes the Sun》片段，时长 60 秒"""" | |
| 中性视频文件 | 2 分钟 Baby Einstein 视频 | ||
| 可伸缩卷尺 | Rollfix | TM04 | |
| 其他材料 | |||
| 电源浪涌保护器 | 用于连接所有电子设备 | ||
| 浪涌保护器用两脚转接插头 | |||
| 摄像机 | Sony | Handycam HDR-CX440 | |
| 视频编码器、电源线及输入线 | Mindware | 50-8614-01 | 可选；用于同步视频与自主神经系统（ANS）数据文件 |
| 婴儿湿巾和纱布 | 用于清洁和擦干油性皮肤 | ||
| 玩具 | 在评估过程中用于分散儿童注意力 | ||
| 视觉辅助材料 | 展示电极贴附在儿童身上的图片，以及向参与者说明实验流程的图示 | ||
| 研究助理用实验流程脚本 | |||
| 平板电脑和扬声器的充电线 | |||
| 玩偶和贴纸 | 必要时用于演示 |
参考文献
- Berntson, G., Quigley, K., Lozano, D. Chapter 8, Cardiovascular Psychophysiology. Handbook of Psychophysiology. Cacioppo, J. T., Tassinary, L. G., Bernston, G. G. , Cambridge University Press. (2007).
- Boyce, W. T., et al. Early father involvement moderates biobehavioral su....
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重印与许可
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