이 연구는 예비 및 예비 남극 내륙 탐험팀 구성원들이 고고도 조건에서 불안 수준이 유의미하게 높았음을 보여주었으며, 전전두엽 신경가소적 보상(왼쪽 전전두엽 피질 활성화), 수면 단편화(Wake After Sleep Onset WASO)를 나타냈습니다. 이 발견들은 극한 환경을 위한 적응형 훈련 프로토콜 개발에 실증적 기반을 제공합니다.
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방법 논문
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이 연구는 예비 및 예비 남극 내륙 탐험팀 구성원들이 고고도 조건에서 불안 수준이 유의미하게 높았음을 보여주었으며, 전전두엽 신경가소적 보상(왼쪽 전전두엽 피질 활성화), 수면 단편화(Wake After Sleep Onset WASO)를 나타냈습니다. 이 발견들은 극한 환경을 위한 적응형 훈련 프로토콜 개발에 실증적 기반을 제공합니다.
이 연구는 남극 내륙 탐험팀의 30명의 예비 및 예비 멤버들이 고속 고산 훈련을 받는 동안 신경행동 변화를 체계적으로 조사하기 위한 다차원 평가 프로토콜을 확립하고 시행하였습니다. 이 프로토콜은 심리측정 척도(BFI-44, DASS-21, PSQI), 행동 패러다임(N-back 과제), 기능적 근적외선 분광법(fNIRS), 손목 진술을 통합하여 8일 주기 동안 다양한 고도(해발 0m(a.s.l) / 3,700m m/4,300m a.s.l)에서의 신경행동 적응을 평가합니다. 핵심 설계는 상승 전 기준선 테스트로 구성되어 있습니다; 목표 고도에서의 동기화된 인지-fNIRS 측정; 24시간 수면 모니터링(8시간 야간 활동 포함). 이 다중양식 프레임워크는 전전두엽 보상 활성화, 수면 단편 역학, 고도 유발 불안 변동의 정량적 특성화를 가능하게 합니다. 연구 결과, 중국의 규범 데이터와 비교했을 때, 참가자들은 유의미하게 높은 호응도(t=3.940, P<0.001)와 성실성도(t=9.736, P<0.001)를 보였으며, 신경증도 감소했다(t=-14.087, P<0.001). 급성 저산소증은 불안을 악화시켰으며(Z=-4.098, P<0.001), 소수 민족 구성원에서 더 심각하게 나타났습니다(H=6.405, P=0.011). 활동 기록은 고도 의존적 수면 단편화를 보여주었다(WASO: 4,300m a.s.l 대 기준선, P=0.028). N-백 과제는 보상적 전전두엽 활성화(L-aPFC 활성화 P=0.043)에 의해 매개되는 3,700m a.s.l.에서 작업 기억이 보존됨을 확인했습니다(정확도 P=0.027). 이 데이터는 고고도 환경에서의 극지 과학 탐사를 위한 근거 기반 선정 기준을 확립하고, 저산소 스트레스 하에서 신경가소적 회복력 역치를 구분합니다.
극지 탐험대원들은 극한 환경에서 공존하는 생리적·심리적 도전에 적응해야 합니다. 남극 내륙의 고지대 조건(해발 4000m >)은 저산소증 관련 인지 장애와 수면 장애를 유발할 수 있습니다. 돔 A(> 해발 4000m)만이 영구 고대 남극 연구 기지이지만, 돔 A와 돔 F 같은 내륙 지역으로의 횡단 시에는 3000-4000m 이상의 고도에 1-2주간 노출이 필요합니다. 더불어, 저산소증은 이 이동 중과 돔 A 자체에서 마주치는 주요 스트레스 요인으로, 이 훈련 프로토콜에서 시뮬레이션된 조건을 반영합니다. 따라서 저산소에 대한 신경행동 적응을 이해하는 것은 내륙 횡단 팀과 돔 A 운영자의 인력 선발 및 훈련 최적화에 필수적이며, 이는 물류적으로 중요하고 과학적으로 가치 있는 임무에서 안전과 성과를 보장하기 위함입니다. 이 방법의 전반적인 목표는 심리적, 인지적, 신경혈관, 수면 매개변수를 통합하여 빠른 고도 적응 과정에서 신경행동 적응을 체계적으로 정량화하는 다중 모드 평가 프로토콜을 구축하는 것입니다. 이 기법은 주로 심리적 또는 생리학적 매개변수를 고립적으로 검토하는 기존 연구의 중요한 한계에 대응하여 개발되었습니다 4,5,6,7. 이 다중 모달 기법이 기존 방법에 비해 가지는 장점이 있습니다:
생태학적 타당성: 동시 fNIRS-행동 결합은 실시간 신경인지 적응을 포착하며, 척도만 평가에 내재된 회고적 편향을 극복합니다7
포괄적 프로파일링: 액티그래피와 검증된 척도(PSQI)를 통합하여 주관적 수면 보고를 객관적으로 검증할 수 있습니다10,11
동적 추적: 고도별 반복 측정은 단일 점 평가로는 달성할 수 없는 시간적 적응 패턴을 드러낸다4
더 넓은 문헌 내에서 이 프로토콜은 남극 연구의 증가하는 운영 요구를 해결하며, 다음과 같은 최초의 표준화된 프레임워크를 제공합니다: 저산소 상태에서 인지 부하 시 fNIRS에 의한 전전두엽 보상 메커니즘을 정량화함 8,13; 성격 특성(BFI-44)과 고도 유발 불안 역학(DASS-21)14,15; 객관적 수면 단편화(액티그래피)와 신경행동 결과를 동기화합니다16,17.
이 방법은 고고도 극지 작업, 저산소 스트레스(> 3,700m a.s.l.) 하에서의 신경가소적 회복력 임계값 검증, 그리고 과제 수행 저하를 예측하기 위한 객관적 바이오마커(예: L-aPFC 활성화)가 필요한 연구자와 실무자에게 적합합니다. 구현 고려사항: 심폐 동반질환이 없는 25세에서 45세 성인에게 권장되며, 고도 단계별로 3일간의 적응 기간(3,700m 해발에서 4,300m까지), 기술적 제약 사항: fNIRS 광극 배치로 인해 동시에 착용 가능한 헤드기어 사용이 제한됨. 남극 연구소가 증가하고 과학 임무가 다양해지면서12, 이 프로토콜은 극한 환경에서 적응 훈련을 최적화하기 위한 근거 기반 해결책을 제공합니다.
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1. 연구 참가자
| n=30 | N | % |
| 민족 | ||
| 한족 | 28 | 93.3 |
| 소수민족(티베트인과 만주인) | 2 | 6.67 |
| 최고 학력 | ||
| 고등학교 이하 | 1 | 3.3 |
| 대학 또는 학사 학위 | 11 | 36.7 |
| 석사 학위 | 8 | 26.7 |
| 박사 학위 | 10 | 33.3 |
| 외동딸 | ||
| 네 | 16 | 53.3 |
| 아니 | 14 | 46.7 |
| 결혼 상태 | ||
| 미혼 | 15 | 50 |
| 결혼 | 15 | 50 |
| 참여한 과학 탐사 횟수 | ||
| 참여하지 않은 | 24 | 80 |
| 1회 | 2 | 6.7 |
| 2회 이상 | 4 | 13.3 |
| 나이: 32.72±7.73 |
표 1: 인구통계 데이터. (A) 이 표는 표본의 민족 구성, 교육 수준, 외동자녀 상태, 혼인 여부, 연구 참여 빈도를 제시하며, 마지막 행은 연령 데이터(평균 ± SD)를 나타냅니다. (B) N: 표본 수; %: 전체 표본 크기에 대한 백분율(n=30), 데이터는 평균 ± SD를 나타냅니다.
2. 심리 및 수면 평가 도구 준비
3. 인지 평가 및 fNIRS 획득

그림 1: Letter N-back 패러다임. 이 도식은 세 가지 난이도(1-back, 2-back, 3-back)에서 문자 n-back 과제 패러다임을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

그림 2: fNIRS 프로브의 채널 배열, 위치 및 구성. (A) 빨간 원은 광원을, 파란 사각형은 검출기를 나타내며, 번호가 매겨진 영역은 뇌 활동을 측정하는 가장 가까운 광원-검출기 쌍(채널)을 나타냅니다. (B) 표준 뇌 지도에서 옵토드의 공동 위치. 뇌 아틀라스에서 각 채널의 해부학적 위치는 표 1에 자세히 보고되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
| 채널 | 브로드만 지역 | 해부학적 부위 | 보장 비율 |
| 1장 | 21 | 중측두회(중측두회) | 97.44% |
| 2장 | 22 | 상측두회 | 43.21% |
| 3장 | 38 | 시간극 영역 | 51.84% |
| 4장 | 47 | 하전두회(Inferior Prefrontal Gyrus) | 100.00% |
| 챕터 5 | 47 | 하전두회(Inferior Prefrontal Gyrus) | 56.35% |
| 6장 | 10 | 전두극 영역 | 62.75% |
| 제7장 | 10 | 전두극 영역 | 51.96% |
| 챕터 8 | 10 | 전두극 영역 | 100.00% |
| 9장 | 11 | 안도전두엽 부위 | 59.66% |
| 10장 | 11 | 안도전두엽 부위 | 46.67% |
| 챕터 11 | 10 | 전두극 영역 | 98.66% |
| 챕터 12 | 38 | 시간극 영역 | 57.25% |
| 챕터 13 | 21 | 중측두회(중측두회) | 98.63% |
| CH14 | 22 | 상측두회 | 43.46% |
| 챕터 15 | 21 | 중측두회(중측두회) | 92.79% |
| 16장 | 21 | 중측두회(중측두회) | 75.85% |
| 챕터 17 | 22 | 상측두회 | 62.67% |
| 챕터 18 | 43 | 아중앙 지역 | 36.79% |
| 챕터 19 | 44 | 파스opercularis_ 브로카의 영역 일부입니다 | 57.05% |
| CH20 | 6 | 운동 전 및 보조 운동 피질 | 73.08% |
| 챕터 21 | 10 | 전두극 영역 | 49.10% |
| 챕터 22 | 46 | 배외측 전전두엽 피질 | 78.62% |
| 챕터 23 | 10 | 전두극 영역 | 93.20% |
| 챕터 24 | 9,46 | 배외측 전전두엽 피질 | 77.95% |
| 챕터 25 | 10 | 전두극 영역 | 87.63% |
| 챕터 26 | 10 | 전두극 영역 | 100.00% |
| 챕터 27 | 10 | 전두극 영역 | 100.00% |
| 챕터 28 | 10 | 전두극 영역 | 99.65% |
| 챕터 29 | 47 | 하전두회(Inferior Prefrontal Gyrus) | 58.95% |
| CH30 | 10 | 전두극 영역 | 92.46% |
| 챕터 31 | 45 | 삼각형은 브로카의 영역입니다 | 64.19% |
| 챕터 32 | 46 | 배외측 전전두엽 피질 | 86.52% |
| CH33 | 21 | 중측두회(중측두회) | 56.73% |
| CH34 | 22 | 상측두회 | 53.70% |
| CH35 | 42 | 초등 및 청각 협회 피질(Cortex) | 64.69% |
| 챕터 36 | 43 | 아중앙 지역 | 46.23% |
| CH37 | 9,46 | 배외측 전전두엽 피질 | 60.54% |
| CH38 | 9 | 배외측 전전두엽 피질 | 52.09% |
| 챕터 39 | 9,46 | 배외측 전전두엽 피질 | 92.77% |
| 챕터 40 | 10 | 전두극 영역 | 89.88% |
| 제41장 | 9,46 | 배외측 전전두엽 피질 | 91.08% |
| 챕터 42 | 9 | 배외측 전전두엽 피질 | 84.34% |
| 챕터 43 | 10 | 전두극 영역 | 92.46% |
| 챕터 44 | 9 | 배외측 전전두엽 피질 | 83.67% |
| 챕터 45 | 9,46 | 배외측 전전두엽 피질 | 90.37% |
| 챕터 46 | 45 | 삼각형은 브로카의 영역입니다 | 39.27% |
| CH47 | 9,46 | 배외측 전전두엽 피질 | 98.16% |
| 챕터 48 | 6 | 운동 전 및 보조 운동 피질 | 80.97% |
표 2: 3D 로케이터에 의한 보정 후 fNIRS 측정 채널의 뇌 영역 분포. (A) 브로드만 영역과 해당 해부학적 뇌 영역에 걸쳐 3D 위치 측정 시스템으로 보정된 48개의 fNIRS 채널의 공간적 분포 특성. 커버리지 비율은 목표 뇌 영역에서의 유효 신호 획득 비율을 나타냅니다. (B) 채널: fNIRS 광학 측정 채널 번호 (CH1-CH48); 브로드만 영역: 브로드만 영역 번호 (예: 22 = 청각 협회 피질); 해부학적 면적: Terminologia Anatomica에 따른 표준 용어(1998); 커버리지 비율: 목표 뇌 영역에 대한 옵토드 쌍의 유효 커버리지 비율.
| 해부학적 부위 | 채널 |
| L-aPFC | 11,25,27,28,30,43 |
| R-aPFC | 6,7,8,21,23,26,40 |
| L-DLPFC | 32,44,45,47 |
| R-DLPFC | 22,24,37,38,39,41,42 |
표 3: 관심 지역 (A) fNIRS 측정 시스템에서 특정 기능적 뇌 영역, 예를 들어 좌우 반구의 전전전두엽 피질(aPFC)과 배외측 전전두엽 피질(DLPFC)을 포함한 채널 구성 분포를 표시합니다. (b) 약어: L = 좌반구; R = 오른쪽 반구; aPFC = 전전두엽 피질; DLPFC = 배외측 전전두엽 피질.
4. 데이터 수집

그림 3: 심리 평가 흐름도. (A) 이 흐름도는 점진적 고도 노출에 따른 3단계 심리측정 평가 프로토콜을 보여줍니다: 저고도(0-2m): 상하이(1-2일차)에서의 기준선 측정, 중간 고도(3650m, 해발 3650m): 라사의 적응 단계 측정(3-5일차), 고고도(해발 4300m): 양바징에서의 고노출 측정(6-8일차). (B) 각 단계에서 구현된 동일한 평가 모듈: 인지 과제: N-back 문자(3가지 난이도); 심리 척도: 우울-불안 스트레스 척도(DASS-21), 피츠버그 수면 질 지수(PSQI); 수면 모니터링: 주관적(수면 일기), 객관적(행위 기록). 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
5. 데이터 분석 및 통계
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성격 특성
사전 선정된 극지 내륙 탐험대원들의 성격 특성은 빅 파이브 인벤토리(BFI)를 사용하여 평가되었습니다. 중국 학부 기준과비교했을 때, 지원자들은 (표 4) 친화도(t=3.940, P<0.001)와 성실성도(t=9.736, P<0.001)에서 유의하게 높은 점수를 보였다. 신경증 점수는 현저히 낮았다(t=−14.078, P<0.001)18. 외향성 또는 경험에 대한 개방성 차원에서는 통계적으로 유의한 차이가 관찰되지 않았습니다(P>0.05).
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사전 선발된 극지 내륙 탐험대원들의 성격 특성은 중국의 일반적인 규범과 상당히 다르다
Big Five Inventory-44(BFI-44)에서 측정한 결과, 지원자들은 학부 기준에 비해 더 높은 친화도와 성실함, 그리고 감소한 신경증을 보였습니다(표 3). 이 삼합체가 고조한 사회적 협력성, 과제 지향적 엄격함, 정서적 안정성은 남극 탐험의 심리사회적 요구와 일치합니다.
중국 본토에서 흔히 볼 수 있는 역동적이고 선택적인 사회적 네트워크와 달리, 극지 역은 제한된 대인 생태계를 강요합니다: 연령, 교육, 문화적 배경 등 다양한 인구통계학적 소규모 팀들이 고정된 역할, 변하지 않는 일정, 제한된 사적 공간 내에서 상호작용해야 합니다. 이러한 환경은 사회적 역할 전환이나 갈등 회피의 일상적인 기회를 없애 심리적 부...
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저자들은 상충하는 이해관계가 없다고 선언한다.
저자들은 이 연구 전반에 걸쳐 중요한 물류 지원과 참여자 접근을 제공해 준 중국 북극 극극 행정청(중국 극지 연구센터)에 진심으로 감사를 표합니다. 고고도 훈련 프로토콜과 탐험대 참여 조정에 특별히 감사드립니다. 이 데이터 세트는 국립 북극 및 남극 데이터 센터(https://datacenter.chinare.org.cn)에서 제공했습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 액티그래프 | 액티그래프 | wGT3X-BT | 아메리카 |
| 액티라이프 | 액티그래프 | 6.15.0 | 아메리카 |
| E-프라임 | 심리학 소프트웨어 도구 | 2.0 | 아메리카 |
| IBM SPSS 통계 | IBM | 29 | 아메리카 |
| 마이크로소프트 오피스 | 그리고 nbsp; 마이크로소프트 코퍼레이션 | 2021 | 아메리카 |
| 니르스캔 | 후이창 의료 장비 | 500C | 단양, 중국 |
| 니르스파크 | 후이창 의료 장비 | 1.8.8 | 단양, 중국 |
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