睡眠與覺(jué)醒神經(jīng)生物學(xué)

關(guān)于睡眠與覺(jué)醒神經(jīng)生物學(xué)高等脊椎動(dòng)物中普遍存在的一種對(duì)環(huán)境沒(méi)有反應(yīng)的,有感知的可逆性行為狀態(tài)，一種生理和行為過(guò)程非常復(fù)雜的復(fù)合狀態(tài)。睡眠對(duì)我們的生命與攝食和呼吸一樣重要，人一生約有三分之一的時(shí)間處于睡眠,其中四分之一的睡眠時(shí)間處于活躍做夢(mèng)的狀態(tài)。長(zhǎng)期剝奪睡眠能毀滅性的破壞機(jī)體的正常功能。不同于昏迷:睡眠是生理性的,可循環(huán)的,可逆性的。睡眠定義第2頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天運(yùn)動(dòng)能動(dòng)性降低；對(duì)刺激的反應(yīng)減??；刻板的姿態(tài)（例：人類(lèi)的閉眼躺臥）；比較容易逆轉(zhuǎn)；睡眠在行為學(xué)上判定標(biāo)準(zhǔn)：第3頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天腦的電活動(dòng):皮層誘發(fā)電位（evokedcorticalpotential）：感覺(jué)傳入系統(tǒng)受刺激時(shí)，在皮層上某一局限區(qū)域引出的形式較為固定的電位變化．自發(fā)腦電活動(dòng)（spontaneouselectricactivityofthebrain）：在無(wú)明顯刺激情況下，大腦皮層經(jīng)常自發(fā)地產(chǎn)生的節(jié)律性電位變化．第4頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天皮層誘發(fā)電位基本波形：主反應(yīng)：先正后負(fù)的電位變化．后發(fā)放：一系列正相的周期性電位波動(dòng).+第5頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天腦電圖（electroencephalogram，EEG）概念：

在頭皮上記錄的持續(xù)的、節(jié)律的自發(fā)腦電活動(dòng)的圖形．第6頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天腦電波形成的機(jī)制皮層表面的電位變化：大量神經(jīng)元同步發(fā)生突觸后電位（EPSP、IPSP）而產(chǎn)生．動(dòng)作電位是腦內(nèi)唯一可以快速遠(yuǎn)距離傳遞的信號(hào),神經(jīng)元相互結(jié)合成電網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可按某種節(jié)律同步放電,群電活動(dòng)可以通過(guò)表面或深部電極加以記錄第7頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天腦電波劃分頻率波段定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間(秒)內(nèi)波的個(gè)數(shù)單位:赫茲(Herz,Hz)EEG頻率的分類(lèi)波:7-13Hz

波:14-30Hz

波:4-7Hz

波:0.5-3Hz第8頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天種類(lèi)頻率(Hz)波幅(uV)主導(dǎo)時(shí)期Beta14-302-20思維活動(dòng)Alpha8-1320-60清醒、放松Theta4-720-100兒童的支配頻率，在成人隨困倦和注意而增加Delta0.5-320-200深睡，嬰兒支配頻率頻率與波幅第9頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天EEG：慢波睡眠（slowwavesleep，SWS）或正相睡眠（orthodoxsleep）快波睡眠（fastwavesleep，F(xiàn)WS）或異相睡眠（paradoxicalsleep，PS）眼動(dòng)電圖：非快眼動(dòng)睡眠(Non-rapideyemovementsleep，Non-REM)睡眠一期（stage1）睡眠二期（stage2）睡眠三期（stage3）睡眠四期（stage4）快眼動(dòng)睡眠(Rapideyemovementsleep，REM)睡眠的兩個(gè)時(shí)相：第10頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天從non-REM睡眠的第一期開(kāi)始,逐步進(jìn)展(1期、2期、3期、4期)到第四期,該過(guò)程可被偶而出現(xiàn)的身體運(yùn)動(dòng)及部分覺(jué)醒打斷.70-80分鐘后,一般短暫地回到第三期或第二期),由此進(jìn)入第一個(gè)持續(xù)約5-10分鐘的REM睡眠期.人類(lèi)從non-REM睡眠開(kāi)始到第一個(gè)REM睡眠結(jié)束的周期約90-110分鐘睡眠周期循環(huán)：第11頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天隨著睡眠的進(jìn)程，non-REM睡眠的時(shí)程普遍縮短(特別是3期和4期）REM睡眠延長(zhǎng).一夜的REM睡眠有一半發(fā)生在最后三分之一的睡眠時(shí)間.REM睡眠期最長(zhǎng)可持續(xù)30--50分鐘.健康成年人睡眠總時(shí)間75%為non-REM睡眠

25%為REM睡眠睡眠周期循環(huán)：循環(huán)特點(diǎn)：第12頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天非快速眼動(dòng)睡眠表現(xiàn)表現(xiàn)一：在此期間可發(fā)生夢(mèng)游和夢(mèng)話(huà)，生理激發(fā)減少，此期間分泌生長(zhǎng)激素,這即是青春期睡眠很多的原故，75-80%的睡眠時(shí)間是non-REMsleep表現(xiàn)二：神經(jīng)活動(dòng)降低，代謝率及大腦溫度降至最低，交感活動(dòng)減少,心率、血壓下降，付交感活動(dòng)增強(qiáng),并占主導(dǎo)地位（如瞳孔收縮,肌張力及反射完整）——休閑的腦,可動(dòng)的軀體表現(xiàn)三：腦電波節(jié)率慢,振幅大,提示皮層神經(jīng)元振蕩的同步性較高,大部分感覺(jué)輸入不到達(dá)皮層，被喚醒后,通?；貞洸黄鹩羞^(guò)任何思維活動(dòng),或僅回憶起非常模糊的思維，詳細(xì)的,有情節(jié)的夢(mèng)很少出現(xiàn)第13頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天快眼動(dòng)睡眠（REMSleep）：表現(xiàn)一：人類(lèi)REM睡眠90分鐘一個(gè)周期,每個(gè)REM周期比上個(gè)周期要長(zhǎng)一些.快速眼球運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)生動(dòng)的夢(mèng)或惡夢(mèng)，身體是“麻痹的.”——活躍的腦,癱瘓的軀體表現(xiàn)二：腦的氧耗高于清醒狀態(tài)，骨骼肌張力近乎完全喪失，軀體的大部分實(shí)際上不能動(dòng)彈表現(xiàn)三：呼吸肌繼續(xù)工作,但很微弱.眼肌和內(nèi)耳肌則非?；钴S,眼瞼閉合,眼球時(shí)而來(lái)回運(yùn)動(dòng),予示著生動(dòng)的夢(mèng),在眼動(dòng)和眼動(dòng)后被喚醒的人90﹪-95﹪報(bào)告做了夢(mèng)表現(xiàn)四：自主神經(jīng)系統(tǒng)的交感活性占主導(dǎo)地位。心率和呼吸加速,但不規(guī)則,內(nèi)穩(wěn)態(tài)功能減弱,呼吸與血中CO2濃度的關(guān)聯(lián)減弱.體溫控制系統(tǒng)基本放棄,深部體溫開(kāi)始下降第14頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天非快眼動(dòng)睡眠和快眼動(dòng)睡眠生理表現(xiàn)比較非快眼動(dòng)睡眠快眼動(dòng)睡眠心率規(guī)則，血壓平穩(wěn)心率不平穩(wěn)呼吸頻率慢而有規(guī)律呼吸頻率不平穩(wěn)呼吸道阻力增加-血液中CO2分壓增加-體溫和腦溫降低主動(dòng)體溫調(diào)節(jié)功能消失，腦溫升高腦組織血流量、氧耗量、葡萄糖耗量降低腦組織血流量、氧耗量、葡萄糖耗量增加-肢體遠(yuǎn)端的肌肉和面部肌肉短暫抽動(dòng)，肌張力消失性激素分泌高峰，生長(zhǎng)激素分泌增加-第15頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天睡眠和覺(jué)醒狀態(tài)的神經(jīng)機(jī)制覺(jué)醒與睡眠的形成是兩個(gè)系統(tǒng)作用:覺(jué)醒——非特異上行激活系統(tǒng)睡眠——下丘腦視前區(qū)腹外側(cè)部（VLPO）（NREM)；橋腦頭端被蓋外側(cè)區(qū)(REM)兩個(gè)系統(tǒng)互相作用，互相制約；覺(jué)醒與睡眠都是主動(dòng)過(guò)程；第16頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天上行激活系統(tǒng)：特異性投射系統(tǒng)：特定的感覺(jué)（例如軀體感覺(jué)）通過(guò)三級(jí)神經(jīng)元到達(dá)皮層，產(chǎn)生某種特定的感覺(jué)，特異性傳入系統(tǒng)的功能是引起特定的感覺(jué)，并激發(fā)大腦皮層傳出沖動(dòng)。非特異性投射系統(tǒng)：特異性投射系統(tǒng)第二級(jí)神經(jīng)元的纖維在通過(guò)腦干時(shí)，發(fā)出側(cè)支與腦干中的神經(jīng)元發(fā)生聯(lián)系失去了專(zhuān)一的感覺(jué)性質(zhì)及定位特征。功能是維持和改變大腦皮層的興奮狀態(tài)，但不能產(chǎn)生特定的感覺(jué)。第17頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第18頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天特異性投射系統(tǒng)非特異性投射系統(tǒng)中繼核感覺(jué)接替核（主）聯(lián)絡(luò)核（次）中縫核群（髓板內(nèi)核群）傳導(dǎo)路徑固有特異無(wú)特異換元次數(shù)3-5次5次以上投射特點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)彌散廣泛（大腦皮層各層）突觸類(lèi)型軸體型軸樹(shù)型功能產(chǎn)生特異性感覺(jué)提高大腦皮層興奮性第19頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第20頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天上行激活系統(tǒng)被蓋背外側(cè)核和腳橋被蓋核氨基能的核團(tuán)結(jié)節(jié)乳頭核腹外側(cè)視前核中縫核藍(lán)斑核谷氨酸組成的彌散的多突觸通路覺(jué)醒有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)：上行激活系統(tǒng)藍(lán)斑核膽堿能組成的彌散的多突觸通路腳橋被蓋核中縫核結(jié)節(jié)乳頭體核腹外側(cè)視前區(qū)丘腦第21頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天與覺(jué)醒有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿多巴胺去甲腎上腺素五羥色胺組胺增食肽非特異上行激活系統(tǒng)廣泛投射大腦皮層覺(jué)醒第22頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天下丘腦外側(cè)區(qū)①外側(cè)視前核；②視上核；③外側(cè)核；④結(jié)節(jié)乳頭核；⑤結(jié)節(jié)核。下丘腦內(nèi)側(cè)區(qū)①內(nèi)側(cè)視前核；②下丘腦前核；③交叉上核；④室旁核；⑤背內(nèi)側(cè)核；⑤腹內(nèi)側(cè)核；⑦弓狀核或稱(chēng)漏斗核；⑧下丘腦后核；⑨乳頭體包含大的內(nèi)側(cè)乳頭體核，中間乳頭體核與外側(cè)乳頭體核前部：視前區(qū)（VLPO）視上區(qū)中部：結(jié)節(jié)區(qū)后部：乳頭體區(qū)下丘腦是間腦的組成部分，是調(diào)節(jié)內(nèi)臟及內(nèi)分泌活動(dòng)的中樞。下丘腦自前向后可分三部或4區(qū)第23頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天腹外側(cè)視前區(qū)（VLPO）細(xì)胞廣泛地向組成上行激活通路的丘腦和腦干細(xì)胞發(fā)送信息。VLPO神經(jīng)元含有神經(jīng)遞質(zhì)促生長(zhǎng)激素神經(jīng)肽（Gal）和GABA，它們?cè)谌梭w入睡時(shí)會(huì)首先被激活。VLPO(GABA,Gal)第24頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天去甲腎上腺素和5-HT等都能抑制VLPO神經(jīng)元的活性VLPO神經(jīng)元在人體入睡后抑制覺(jué)醒神經(jīng),同時(shí)反過(guò)來(lái)也會(huì)受到這些細(xì)胞的抑制

第25頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天睡眠調(diào)節(jié)睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié):穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)在人體覺(jué)醒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)不斷積累信號(hào)，從而提醒我們?cè)撍X(jué)了；而在睡眠過(guò)程中則不斷減少這些信號(hào)。晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)：通過(guò)睡眠與覺(jué)醒閾值的波動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)睡眠與覺(jué)醒在晝夜之間的分布。變構(gòu)調(diào)節(jié)模式：睡眠模式和睡眠的晝夜節(jié)律都會(huì)隨著外部條件（比如食物和環(huán)境溫度等）的改變而改變的。同樣，如果外部條件要求動(dòng)物做出緊急反應(yīng)，那么睡眠的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和晝夜節(jié)律性調(diào)節(jié)機(jī)制都可以被暫時(shí)壓制。第26頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天我們現(xiàn)在對(duì)這種睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的具體作用機(jī)制還不清楚，比如VLPO神經(jīng)元系統(tǒng)，它們?cè)谌梭w缺覺(jué)時(shí)的活性并不會(huì)升高，即沒(méi)有積累“催促”人體入睡的信號(hào)，直至我們?nèi)胨癁橹埂Ｎ覀內(nèi)胨筮@些細(xì)胞的活性馬上升高，速度比正常情況下大2倍，說(shuō)明這些細(xì)胞實(shí)際上還是受到了睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響。睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)第27頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天腺苷（Adenosine）被認(rèn)為是“催促”人體入睡的信號(hào)分子。在我們長(zhǎng)期不睡覺(jué)的時(shí)候，大腦里能量供應(yīng)系統(tǒng)的活性就會(huì)下降，人體儲(chǔ)備的糖原也會(huì)耗盡，ATP含量隨之降低。ATP會(huì)降解成ADP和AMP，最終變成腺苷，于是大腦中細(xì)胞外腺苷的水平就會(huì)升高。在試驗(yàn)大鼠腦內(nèi)臨近VLPO細(xì)胞的部位注入腺苷或腺苷A2a受體激動(dòng)劑都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物入睡。睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)促睡眠物質(zhì)積累:第28頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天前列腺素D2（PGD2）:是目前已知的重要內(nèi)源性促眠物資由前列腺素H2在前列腺素D合成酶的作用下形成，抑制前列腺素D合成酶可以導(dǎo)致睡眠減少PGD2在腦脊液中的濃度呈日節(jié)律變化，與睡眠-覺(jué)醒周期一致，并可以隨剝奪睡眠的時(shí)間延長(zhǎng)而增高PGD2可以通過(guò)影響腺苷的釋放而促進(jìn)睡眠睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)促睡眠物質(zhì)積累:第29頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天生長(zhǎng)激素：增加NREM細(xì)胞因子：IL-1，干擾素，腫瘤壞死因子，增加NREM促眠因子：促眠毒素（hypnotoxin):從剝奪睡眠150-293h的狗腦積液中提取的一種內(nèi)源性促眠因子S因子（sfactor)：從剝奪睡眠的山羊腦積液中提取的一種內(nèi)源性促眠因子，注入大鼠，大鼠入眠δ促眠肽（δsleepinducingpeptide):從刺激家兔丘腦髓板內(nèi)核群而致眠的家兔靜脈血中提取，可促進(jìn)NREM睡眠并使腦電圖出現(xiàn)δ波睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)促睡眠物質(zhì)積累:第30頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天睡眠遵循晝夜節(jié)律人類(lèi)睡眠-覺(jué)醒周期在完全隔絕光`聲等外界環(huán)境因子的情況下依然存在,只是趨于延長(zhǎng)(約25小時(shí)),而且其行為狀態(tài)可與其它生理節(jié)律的周期發(fā)生分離(例:睡眠-覺(jué)醒周期不斷延長(zhǎng),而直腸溫度仍維持固定的時(shí)間節(jié)律)這種自由運(yùn)轉(zhuǎn)周期(freerunningperiod)的存在,表明睡眠-覺(jué)醒節(jié)律是獨(dú)立于自然界的晝夜交替而自我維持的,和其它生理節(jié)律之間也是相互獨(dú)立的,這些節(jié)律各自受機(jī)體內(nèi)部不同振蕩機(jī)制的調(diào)控.這些內(nèi)源性的振蕩機(jī)制被形象地稱(chēng)為生物鐘(biologicalclock)正常環(huán)境下,睡眠-覺(jué)醒節(jié)律受所謂時(shí)間節(jié)拍(Zeitgebers)等外部時(shí)間信號(hào)的校正,如受太陽(yáng)光照的明-暗周期調(diào)節(jié),使該節(jié)律適應(yīng)環(huán)境，和晝夜節(jié)律同步,周期變?yōu)?4小時(shí)整.第31頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天視交叉上核神經(jīng)核團(tuán)（SCN）是我們大腦中的主控時(shí)鐘（masterclock）。SCN細(xì)胞具有24小時(shí)周期性的活化特征，將這些細(xì)胞從大腦中分離出來(lái)，該調(diào)控機(jī)制同樣有效。動(dòng)物缺乏SCN細(xì)胞，又缺乏外界的時(shí)間信息，它們就會(huì)