北航生物与医学工程学院丁立教授团队：夜间小睡后的睡眠惯性：生理与认知影响及行为干预效果
1.研究背景
睡眠惯性(Sleep Inertia, SI)是指个体从睡眠状态被唤醒后的短时间内，出现警觉性下降、认知功能受损、动作迟缓以及主观困倦增加等一系列现象。这种状态常在深夜觉醒、轮班制工作、小睡后临时执行任务等情境中出现，其持续时间可从数分钟到一小时不等，对从事高风险或高责任岗位的人员(如医疗人员、司机、飞行员、消防员等)具有明显的安全隐患。既往研究已显示，SI会导致脑电皮层激活度降低，特别是α波与β波功率明显下降；同时，引起心率、血压和体温等自主神经指标的波动；在认知层面，会造成反应变慢、工作记忆下降、注意维持能力不足等。虽然已有研究尝试使用咖啡因、光照、音乐、运动等方式缓解SI，但这些方法要么存在延迟生效的问题，要么不便于实际操作。尤其是针对夜间小睡后的短时间觉醒，其生理－认知特征与即时可行的行为性干预仍缺乏系统研究。此外，性别差异在过往研究中较少被关注。本研究旨在模拟真实夜间工作环境，通过评估夜间短时小睡醒后20分钟内的主观、脑电、生理与认知变化，系统刻画睡眠惯性特征，并比较两种现实可行的即时干预措施——言语交流与观看视频的效果，同时探索其是否存在性别差异。
2. 研究方法
2.1 被试
研究共招募12名健康研究生志愿者，包括6名男性(24–27岁)与6名女性(23–26岁)。被试的入睡时间大多在23:00–00:30之间，符合夜间小睡模拟实验的需要。
2.2 实验流程
本实验旨在模拟夜班人员于深夜短暂小睡后被突然唤醒并需立即执行任务的情境。为降低环境新奇性与紧张感，被试在正式实验前完成一次流程熟悉。实验当日，每名被试于23:30进入实验室并适应环境，随后于00:50完成基线测量，包括主观困倦(KSS)、脑电(EEG)、脉率(PR)、血压(BP)及认知任务(1-back与逻辑推理)。在01:00熄灯入睡1小时后，被试于02:00通过统一的渐强铃声被唤醒，以模拟夜班中的紧急觉醒过程。醒后先进行1分钟静坐，随后在0–10分钟内完成醒后首次生理测量。之后被试根据条件进入三种干预情境之一：控制条件为静坐不作任何刺激；言语交流条件由实验员围绕日常话题进行约10分钟对话；视频观看条件播放10分钟高画质美食视频以提供多模态感官刺激。干预结束后，在10–20分钟内再次完成主观困倦评估、认知任务与生理指标测量。
图1 实验流程
脑电信号使用ANT Neuro eegoTM mylab 32通道系统进行采集，采样率为500 Hz，阻抗控制在10 kΩ以下。由于额叶区域与注意、执行功能及觉醒调控高度相关，且被试在仰卧姿势下长时间睡眠易造成枕部电极桥接伪迹，因此本研究重点采集额区α、β波的相对功率变化。这些脑电特征用于反映醒后皮层激活程度，作为评估睡眠惯性的核心指标之一。
图2 实验所用设备
3. 实验结果
结果显示，睡眠惯性在醒后前10分钟表现最为显著。在主观指标方面，被试的KSS困倦评分在醒后显著高于睡前水平，表明主观困倦明显增加。在无干预的控制条件下，额叶α与β波的相对功率较基线下降72.1%，提示皮层激活度在觉醒早期大幅减弱。生理指标方面，脉率在醒后较睡前上升8.1%，收缩压上升2.5%，随后两项指标在随后的20分钟内逐渐下降并接近或略低于基线水平。认知任务结果显示，1-back工作记忆任务的正确率在睡眠惯性阶段低于睡前，而逻辑推理任务(LRT)的作答数量及正确率虽未出现显著下降，但整体表现略低于基线。
图3 SI影响期间的总体主观困倦与生理特征
两项行为干预均对睡眠惯性产生缓解作用，但效果侧重不同。言语交流在脑电恢复方面效果最为突出，使α+β 波相对功率较控制条件提高约50%。相比之下，视频观看对工作记忆的改善更为显著，1-back正确率提升43.24%。在主观困倦方面，两种干预均能降低KSS分数，其中视频观看的下降幅度最大。性别差异分析显示，女性在醒后主观困倦增加明显，且在视频干预条件下EEG相对功率的恢复幅度低于男性。男性在言语交流条件中表现出更高的EEG恢复水平，并在LRT作答数量上表现出更快的恢复趋势。整体结果表明，睡眠惯性在生理与认知层面的影响具有性别差异，且不同干预方式在男女被试之间呈现差异化效应。
图4 SI影响期间的认知表现性别差异
4. 结论
本研究通过模拟夜间短时小睡后的觉醒情境，系统揭示了睡眠惯性在主观、脑电、生理及认知层面的典型特征，确认醒后前10分钟为睡眠惯性最强烈的时期。在此期间，被试表现为强烈的主观困倦、额叶皮层激活下降、自主神经指标波动以及认知表现减弱。两种现实可行的即时行为干预均能有效改善部分SI效果，其中言语交流更能促进大脑激活，而多模态的视频刺激更适合恢复工作记忆功能。研究同时提示存在明显的性别差异，未来可基于此开发更具针对性的唤醒策略。本研究的发现对夜班医疗、交通运输、飞行值勤等需要快速从睡眠转入高风险工作的行业具有重要实务意义，也为探索更优化、更个体化的睡眠惯性干预策略提供了科学基础。
5.文献名称及DOI号
Zhang, Q., Ding, L., Wen, Y., Chen, W., Zhang, F., Yao, F., ... & Nie, J. (2025). Awakening from a nighttime nap: physiological and cognitive effects of sleep inertia and behavioral countermeasures. Ergonomics, 1-16.
DOI: https://doi.org/10.1080/00140139.2025.2588169
