【摘 要】
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认知能力决定人体对外界信息的接收与加工能力,直接影响人们日常工作和学习效率。由于控制认知能力的大脑皮层对人体周围氧环境极其敏感,在高海拔地区低氧环境中,外来进藏人群的认知能力受到极大影响。而目前,高原室内氧环境设计标准主要建立在满足生理安全的基础上,较少考虑室内人员的认知能力,而关于进藏人群认知能力对室内氧环境的需求更是鲜见研究。此外,虽然高原环境中旅居者认知能力下降相关研究已取得一定进展,但有利
【基金项目】
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国家自然科学基金区域创新发展联合基金“高原藏区零能耗宜居建筑设计理论与关键技术研究”(U20A20311); 国家自然科学基金青年科学基金项目“高海拔低温低氧环境对进藏人群适应性热舒适的影响机制研究”(52008329); 陕西省自然科学基础研究计划“高原睡眠人体低氧适应机理及氧环境设计参数研究”(2019JQ-392);
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认知能力决定人体对外界信息的接收与加工能力,直接影响人们日常工作和学习效率。由于控制认知能力的大脑皮层对人体周围氧环境极其敏感,在高海拔地区低氧环境中,外来进藏人群的认知能力受到极大影响。而目前,高原室内氧环境设计标准主要建立在满足生理安全的基础上,较少考虑室内人员的认知能力,而关于进藏人群认知能力对室内氧环境的需求更是鲜见研究。此外,虽然高原环境中旅居者认知能力下降相关研究已取得一定进展,但有利于保障人体认知能力的室内适宜氧环境标准尚为缺乏。由于建藏援藏、商旅科考等原因,进藏人群通常在高海拔地区生活数日、数月乃至数年,而对于提供其生活、工作或学习的住宅、办公建筑等场所,应营造同时考虑进藏人群生理安全和认知能力综合需求的氧环境。本文以满足进藏人群基本生理安全与认知能力的综合需求为目标,通过机理分析、实验测试等方法,探究适宜的高海拔地区室内氧环境设计参数。首先,基于神经学理论和认知能力评价方法,建立了高海拔低氧地区进藏人群认知能力测评方法;其次,在青藏高原地区根据进藏时间和原驻海拔筛选72名受试者,设置3种氧浓度工况开展了认知能力与生理响应实验测试,其中,认知能力测评系统评估感觉、思维、记忆和反应四种认知能力;进而,从时间和空间双重维度,即不同进藏时间和海拔迁移高差两个方面剖析了进藏人群认知能力与低氧适应的变化规律,掌握了高海拔地区不同氧环境对进藏人群生理指标和认知能力的影响,并结合室内富氧调节下进藏人群认知能力的变化规律,得到了基于认知能力的进藏人群习服等级评价,提出了适宜的氧环境设计参数。具体研究结果如下:(1)对于迁入高原的进藏人群,随环境氧浓度的增加,四类认知能力在同等氧环境下的变化有高有低。其中,当环境氧浓度由21.03%增加至24.95%时,记忆能力的增加的幅度最大,增加了37.2%;其次反应能力与思辨能力,分别增加了35.7%和32.5%;增加幅度最小的是感知能力,增加了24.8%。(2)对于进藏人群而言,环境氧浓度并非越高越好,通过研究进藏人群的生理参数、认知能力与环境氧浓度的定量关系,发现随着氧浓度的提高,迁入人群的认知能力存在临界峰值,超过这一峰值迁入人群的认知能力会开始下降。迁入人群的生理参数与其认知能力存在相关性,心率的相关性最高,心率变异性次之,血氧饱和度相关性最低。在这3个生理参数中,心率和心率变异性与记忆能力、感知能力、思辨能力、反应能力呈显著的相关性,其中心率与感知能力、思辨能力、记忆能力和反应能力的相关系数分别为0.749、03558、0.714和0.802,心率变异性与感知能力、思辨能力、记忆能力和反应能力的相关系数分别为-0.692、-0.527、-0.623和-0.511。(3)对于进藏人群而言,随着每日1h的持续供氧,其认知能力的变化并不均衡。持续3d供应24.95%的弥散供氧时,感知、思辨、记忆、反应四种认知能力分别增加了6.5%、13.3%、15.8%和9.9%;持续3d供应22.96%的弥散供氧时,感知、思辨、记忆、反应四种认知能力分别增加了13.7%、16.2%、34.4%和29.4%。在3天的持续供氧中,高富氧工况下人群的认知能力要高于低富氧工况下人群的认知能力。血氧饱和度和心率在3天的富氧中都呈现了波动性变化,这说明弥散供氧对高原缺氧带来的不良反应有一定改善作用,且对延迟机体进行的代偿变化及习服过程有促进作用,有利于进藏人群逐步适应高原缺氧环境。(4)进藏人群的认知能力受到入藏时长和海拔来源的时间-空间尺度变化双重影响。对于入藏时间小于一个月且原驻海拔小于500m的人群而言,适宜人体认知能力的环境氧浓度为26.22%;对于入藏时间一年左右且原驻海拔小于500m的人群而言,适宜人体认知能力的环境氧浓度为23.40%;对于入藏时间小于一个月且原驻海拔500m-3000m的人群而言,适宜人体认知能力的环境氧浓度为25.58%;对于入藏一年左右且原驻海拔500m-3000m的人群而言,适宜人体认知能力的环境氧浓度为21.42%。本研究以保障高海拔地区人体生理安全和提升其认知能力为目标,建立了适宜于高海拔低氧地区进藏人群认知能力测评方法,通过实验研究得到了基于进藏人群低氧适应的环境氧浓度设计参数,进一步完善了高原室内环境设计标准,为改善高海拔地区室内氧环境、提升人居环境宜居水平提供了科学指导。
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