腦的電活動(dòng)睡眠與覺醒英文版

1、腦的群電活動(dòng)(Ensemble Electric Activity)與睡眠覺醒節(jié)律,羅非 教授北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系電話: 82801010; Email: fluo@bjmu.edu.cnWebsite: http://nri.bjmu.edu.cn/ANnet,Before we start…,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)可以通過表面或深部

2、電極加以記錄,Brain is Electric……,腦內(nèi)的電信號(hào)有膜電位動(dòng)作電位突觸后電位And a lot more……,腦使用電信號(hào)的優(yōu)勢…,電信號(hào)的時(shí)間精度(temporal accuracy)遠(yuǎn)超化學(xué)信號(hào)有可能進(jìn)行多點(diǎn)(multi-site)的實(shí)時(shí)(real-time)記錄有可能進(jìn)行無創(chuàng)(non-invasive)檢測適合進(jìn)行高級(jí)分析,Before we start…,我們一生中1/3的時(shí)間將在睡眠中度過吃飯和

3、娛樂也會(huì)占據(jù)另外的1/3時(shí)間在剩余1/3的生命中童年和各種教育占據(jù)1/3老年時(shí)期占據(jù)另外1/3因此，只有大約1/9的生命，大約不足10年時(shí)間，可以用于有效的工作,Before we start…,睡眠的大部分時(shí)間都被淺睡或夢(mèng)境占據(jù)通常在整個(gè)夜晚，只有不足30分鐘是真正的深睡眠事實(shí)上，我們?cè)谒^清醒的日間也很少有真正清醒、沒有做白日夢(mèng)或注意力分散的時(shí)候,因此:,我們有必要了解下述兩類過程睡眠和覺醒夢(mèng)與非夢(mèng),What we

4、will learn,腦電圖腦的狀態(tài)：睡眠與覺醒,腦電圖(Electroencephalogram, EEG),EEG簡介EEG的記錄EEG的計(jì)算機(jī)輔助分析EEG在基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用事件相關(guān)電位,,EEG簡介,EEG的定義通過放置在頭皮表面的多個(gè)電極所記錄到的一組場電位,EEG的歷史,Richard Caton, 利物浦內(nèi)科醫(yī)生將電極直接放在暴露的動(dòng)物腦表面，發(fā)現(xiàn)存在電信號(hào)，發(fā)表于1875年 1887年, Caton

5、通過干擾落在動(dòng)物眼中的光線，檢測到腦電的負(fù)向波動(dòng),History of EEG,Dr. Hans Berger, 奧地利精神病學(xué)家首次記錄人體腦電十八世紀(jì)20年代早期，利用移動(dòng)感光紙和閃動(dòng)光點(diǎn)記錄腦電，發(fā)現(xiàn)每秒10次的常規(guī)波動(dòng)由于這是他第一個(gè)從人類EEG中分離出來的波，他將此波動(dòng)命名為?波1929年，Berger發(fā)表了該結(jié)果，這是有關(guān)人類腦電的第一篇論文,History of EEG,Dr. Hans Berger的謹(jǐn)慎精神B

6、erger在自己和其它許多人身上反復(fù)記錄通過同步記錄心電和頭部血壓變化，排除了由血循環(huán)造成波動(dòng)假相的可能性將電極放在皮膚以下記錄，排除了波動(dòng)來自皮膚的可能性,History of EEG,Dr. Hans Berger十八世紀(jì)30年代，首先命名了?波和?波第一個(gè)采用EEG作為腦電圖的縮寫名稱提出?波幅度小于?波指出?波與集中注意力和驚跳反應(yīng)有關(guān),History of EEG,Dr. Hans Berger1931年，發(fā)現(xiàn)?

7、波在睡眠、全身麻醉、使用可卡因等情況下消失發(fā)現(xiàn)腦損傷造成顱內(nèi)高壓的患者?波幅度減低發(fā)現(xiàn)癲癇患者的高幅腦電波發(fā)現(xiàn)Alzheimer‘s病和多發(fā)性硬化患者存在EEG改變,History of EEG,Dr. Hans BergerCarl Zeiss基金會(huì)注意到Berger的一系列發(fā)現(xiàn)贈(zèng)送給他電子放大器和特質(zhì)的示波器，并為他配備了助手,History of EEG,Dr. Hans Berger發(fā)現(xiàn)癲癇病人在發(fā)作后腦波幾乎變平；

8、 ?波隨著意識(shí)的恢復(fù)而恢復(fù)腦波在出生兩月后采出現(xiàn)，與腦內(nèi)神經(jīng)元髓鞘化的過程一致,Dr. Hans Berger,EEG的本質(zhì),未知部分動(dòng)作電位、興奮性突觸后電位、抑制性突觸后電位等電位活動(dòng)的總和(Eccles, 張香桐, Jung 等)已知部分大群神經(jīng)元的同步放電,,EEG的本質(zhì),EEG的記錄,電極的放置國際標(biāo)準(zhǔn)10 – 20 系統(tǒng)(Jasper, 1958)Gibbs系統(tǒng)(Illinois system),EEG的記錄,參

9、考電極單極與雙極記錄遙控EEG記錄24小時(shí)跟蹤,EEG的參數(shù)：頻率,定義：單位時(shí)間(秒)內(nèi)波的個(gè)數(shù)單位: 赫茲(Herz, Hz)EEG頻率的分類?波: 7.5-13 Hz?波: 14-30 Hz?波: 3.5-7.5 Hz?波: 0.4-3 Hz,頻率與波幅,腦波的起源,兩種可能的振蕩控制中心指揮型湊嗚曲型,腦波的起源,簡單的細(xì)胞環(huán)路即可產(chǎn)生振蕩,腦波的起源,甚至單個(gè)細(xì)胞在外來刺激下也會(huì)產(chǎn)生振蕩,腦波的起源,目前

10、認(rèn)為，神經(jīng)細(xì)胞的內(nèi)在特性(intrinsic properties)及其相互間的突觸連接決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的振蕩特性,EEG的參數(shù)：波幅,EEG的參數(shù)：波形,正常波形,EEG的參數(shù)：波形,,正常變異,EEG的參數(shù)：波形,病理波形,EEG的參數(shù)：波形,人工假相: 技術(shù)問題或外部干擾所致，一般較為短暫可能因電極移動(dòng)、接觸不良、肌肉或頭部運(yùn)動(dòng)、出汗等造成,EEG解釋的困難,每個(gè)通道的皮層電位是腦內(nèi)大量神經(jīng)元活動(dòng)組合的反映源的貢獻(xiàn)隨著其與電極距

11、離的縮短而非線性地增大在向頭皮傳遞過程中受腦膜、頭骨和皮膚影響可能會(huì)衰減或扭曲,,計(jì)算機(jī)輔助下的EEG分析,在計(jì)算機(jī)協(xié)助下，可以生成腦電地形圖聲稱三維重構(gòu)影像進(jìn)行功率譜分析以及其它許多分析,繪制意識(shí)之圖,數(shù)字化的EEG,模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D converter)采樣間隔(sampling time interval): 0.005 - 0.01 s 實(shí)時(shí)(real time)記錄定量EEG: 可用于顯示、濾波、頻率及波幅分

12、析、以及彩色地形圖,EEG腦地形圖,,功率譜分析,,,EEG與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究,EEG與基礎(chǔ)研究,EEG與運(yùn)動(dòng)功能成人: no無肯定的關(guān)系兒童: 腦電高頻者 fast reaction time反應(yīng)時(shí)間較短EEG與情緒正性情緒時(shí)左側(cè)額葉EEG活動(dòng)增加負(fù)性情緒時(shí)右側(cè)額葉EEG活動(dòng)增加,EEG與基礎(chǔ)研究,EEG與IQ沒有肯定的關(guān)系EEG與感覺聽閾在?波較強(qiáng)時(shí)比其它時(shí)候更低(聽覺更敏銳)刺激復(fù)雜性增加時(shí)?波抑制增加,EEG與基礎(chǔ)

13、研究,EEG與感覺聽覺辨別任務(wù)難度增加時(shí)?波抑制增加EEG與注意當(dāng)任務(wù)不要求注意環(huán)境時(shí), (例如心算)比要求注意環(huán)境時(shí)頂葉?波增加,EEG的臨床應(yīng)用,癲癇由于神經(jīng)元混沌式活動(dòng)導(dǎo)致的驚厥睡眠障礙腦腫瘤,,誘發(fā)電位(Evoked Potential)與事件相關(guān)電位(Event-Related Potential),Definition,指對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)某一特定部位(包括從感受器到大腦皮層)給予相宜的刺激，或使大腦對(duì)刺激(正性或負(fù)性)

14、的信息進(jìn)行加工，在該系統(tǒng)和腦的相應(yīng)部位產(chǎn)生可以檢出的、與刺激有相對(duì)固定時(shí)間間隔(鎖時(shí)關(guān)系)和特定位相的生物電反應(yīng)。,EP/ERP的特性,空間特性: 只能在特定的空間范圍內(nèi)檢測到時(shí)間特性: 具有特定的波形和強(qiáng)度分布相位特性: 刺激和反應(yīng)之間存在鎖時(shí)(time-locked)關(guān)系,EP / ERP的起源,大部分源于大腦皮層, 因?yàn)槠由窠?jīng)元有特殊的層狀排列部分可能反映了腦干神經(jīng)元的活動(dòng)EP / ERP均反映了腦內(nèi)神經(jīng)元群體的活動(dòng),E

15、P/ERP的采集：平均策略,平均技術(shù)的原理由于刺激與EP之間存在鎖時(shí)關(guān)系而背景噪音與刺激之間的關(guān)系是隨機(jī)的多次疊加可以消除噪音影響，增大信噪比再除以疊加次數(shù)就可以使EP保持原大小而大大削弱噪音,EP / ERP的種類,外源性刺激相關(guān)的誘發(fā)電位 (EP)感覺 (visual or VEP, auditory or AEP, somatosensory or SEP)運(yùn)動(dòng)(電或磁刺激誘發(fā))內(nèi)源性事件相關(guān)誘發(fā)電位 (ERP)記

16、憶和思維相關(guān)電位: P300語言相關(guān)電位: N400準(zhǔn)備或預(yù)期相關(guān): CNV,短潛伏期體感誘發(fā)電位 (SLSEP),幾乎不受意識(shí)狀態(tài)影響外周及中樞通路都很清楚成分之間的關(guān)系及其傳導(dǎo)途徑也較清楚在臨床各科室有廣泛的應(yīng)用,短潛伏期體感誘發(fā)電位(SLSEP),腦干聽覺誘發(fā)電位 (BAEP),主要用于耳科學(xué)用于各種聽覺檢測中用于了解聽神經(jīng)及腦干通路活動(dòng)用于診斷影響這些通路的功能性或結(jié)構(gòu)性疾病,腦干聽覺誘發(fā)電位(BAEP),運(yùn)動(dòng)誘

17、發(fā)電位 (MEP),在運(yùn)動(dòng)區(qū)及其傳出通路上施加電或磁刺激在下游通路上記錄誘發(fā)電位可利用經(jīng)顱磁刺激(Transcranial Magnetic stimulation, TMS)應(yīng)用：客觀、定量地反映中樞運(yùn)動(dòng)功能,運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(MEP),ERP與EP的區(qū)別,ERP研究中要求被試的主動(dòng)參與用于ERP研究的刺激不能單調(diào)至少需要兩種模式、序列或種類的刺激ERP的外源性成分與刺激的物理性質(zhì)相關(guān), 而內(nèi)源性成分(如P300, N400等

18、)則與認(rèn)知活動(dòng)相關(guān),P300簡介,最經(jīng)典、最早發(fā)現(xiàn)且研究最廣泛的ERP波形在頂葉中線附近最明顯主要反映腦對(duì)外部信息的認(rèn)知過程,P300: 應(yīng)用,P300與反應(yīng)時(shí)：無必然聯(lián)系P300與智能：操作智能越低，P300的潛伏期越長，幅度越低P300與測謊：從植物神經(jīng)生理到神經(jīng)電生理變化P300與臨床：主要用于各種原因而致的認(rèn)知障礙的病人，可以為智能障礙及其程度提供神經(jīng)電生理的依據(jù)；神經(jīng)精神藥物的藥效學(xué)和藥理學(xué)指標(biāo),ERP的定量化與參數(shù)

19、提取,波幅(Amplitude)潛伏期(Latency)波峰間期(Inter-Peak Latency)波幅比值和峰間期比值 (Ratio)波面積 (Area under Curve),ERP的臨床解釋,首先建立正常值數(shù)據(jù)庫理解各種參數(shù)的生理學(xué)和病理生理學(xué)意義潛伏期: 反映傳導(dǎo)功能幅度: 參與放電的神經(jīng)元成分缺失: 嚴(yán)重?fù)p傷的存在進(jìn)一步還需研究EP活動(dòng)的來源,ERP的多通道記錄,ERP長于說明事件在腦內(nèi)發(fā)生的時(shí)刻，卻無

20、法有效地說明他們發(fā)生的位置,Nose,Left,Right,Occipital,ERP的腦地形圖,P300在頭皮表面電場分布的2D地形圖利用內(nèi)插值法可以計(jì)算出頭皮上任何一點(diǎn)在任何時(shí)刻的電位,ERP的生物電模型,研究的真正目的是了解腦內(nèi), 而不是頭皮上發(fā)生了什么 腦內(nèi)每一個(gè)電活動(dòng)均可在頭皮表面投影成某種地形圖逆問題：源分析建模,逆問題的進(jìn)展,使用高密度(例如128導(dǎo)聯(lián)) ERP記錄已降低測量誤差使用磁力數(shù)字化裝置定位ERP記錄電極

21、在頭皮上的位置,,獲得被試頭部的磁共振影像,影像分割,根據(jù)MRI圖像灰度值將影像分割成不同的組織類型 (皮膚、骨骼、灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液),3D頭部建模,根據(jù)這些組織類型生成具有解剖精度的三維頭部模型根據(jù)組織類型給每個(gè)象素賦予電學(xué)特性數(shù)值,將ERP和MRI的數(shù)據(jù)空間融合,P300在頭皮上的生物電模型,P300在皮層表面的模型,偶極子源模型,采用真實(shí)的頭模型計(jì)算逆問題的解,Summary,EP/ERP可以反映視網(wǎng)膜、視覺通路、內(nèi)耳、聽神經(jīng)

22、、腦干、外周神經(jīng)、脊髓后索、感覺皮質(zhì)以及上下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的各種病變，事件相關(guān)誘發(fā)電位則用以判斷患者的注意力和反應(yīng)能力。誘發(fā)電位具有高度敏感性，對(duì)感覺障礙可進(jìn)行客觀評(píng)詁，對(duì)病變能進(jìn)行定量判斷。對(duì)心理精神領(lǐng)域可進(jìn)行一定的檢測，故當(dāng)前廣泛應(yīng)用于對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)病變的早期診斷，病情隨訪，療效判斷，予后估計(jì)，神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育情況的評(píng)估以及協(xié)助判斷昏迷性質(zhì)和腦死亡等。但圖形無特異性，必須結(jié)合臨床資料進(jìn)行判斷；不在有關(guān)神經(jīng)傳導(dǎo)徑路中的病變，不能發(fā)現(xiàn)異常。,,睡

23、眠與覺醒,睡眠－覺醒周期是一種晝夜節(jié)律人的睡眠可按EEG特征分期睡眠過程呈現(xiàn)慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠的周期性交替睡眠的生物學(xué)意義睡眠－覺醒節(jié)律的機(jī)制-中樞的主動(dòng)活動(dòng),,概述,睡眠與覺醒：兩種不同的功能狀態(tài)覺醒狀態(tài)：與環(huán)境有主動(dòng)感覺運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，產(chǎn)生復(fù)雜適應(yīng)行為睡眠狀態(tài)：聯(lián)系減弱或消失，伴有軀體和植物性功能變化睡眠與覺醒是以自然晝夜為周期的生理活動(dòng)研究方法:EEG,EOG.EMG人類對(duì)睡眠的認(rèn)識(shí)兩種睡眠時(shí)相,特別是快動(dòng)眼睡眠

24、的發(fā)現(xiàn),睡眠/覺醒周期與晝夜節(jié)律Ⅰ,約日節(jié)律/晝夜節(jié)律(circadian rhythm)與24小時(shí)自然晝夜交替大致同步人一生中的睡眠覺醒周期始于出生時(shí),隨年齡增長而變化:新生兒一晝夜多個(gè)周期(60~90 min)兒童兩個(gè)周期(午睡與夜間睡眠)成年人一個(gè)周期(與晝夜交替大致同步),睡眠/覺醒與晝夜節(jié)律Ⅱ,睡眠覺醒周期由身體內(nèi)部的生物鐘決定曾經(jīng)的推測-由晝夜節(jié)律決定的被動(dòng)反應(yīng)如今的認(rèn)識(shí)-與外界環(huán)境‘隔離’(隔絕晝夜,溫度

25、,真實(shí)的時(shí)間變化)的受試者:睡眠覺醒周期依然存在,但延長至25小時(shí)而非24小時(shí)與體溫變化的相應(yīng)關(guān)系出現(xiàn)分離,睡眠/覺醒與晝夜節(jié)律Ⅱ,睡眠覺醒周期由身體內(nèi)部的生物鐘決定－睡眠覺醒周期的節(jié)律是獨(dú)立于外界,并與其他生理節(jié)律無依從關(guān)系的內(nèi)部節(jié)律－腦內(nèi)內(nèi)在的節(jié)律-生物鐘,在正常情況下接受自然界的明暗變化信息,并將內(nèi)在節(jié)律與自然界晝夜節(jié)律同步起來,,睡眠的腦電圖特征與分期Ⅰ,睡眠深度喚醒閾：剛能中斷睡眠的臨界刺激強(qiáng)度EEG最特異睡眠的

26、EEG分期： 發(fā)現(xiàn)REM睡眠分期之前:Loomis按睡眠EEG特征將睡眠分A、B、C、D、E 5期：A期，覺醒期；B期，入睡期；C、D、E期分別為淺睡，中等度睡眠和深睡眠期,睡眠的腦電圖特征與分期II,睡眠的EEG分期：發(fā)現(xiàn)REM睡眠后:睡眠的EEG分為1、2、3、4階段，成為公認(rèn)的分期：階段1：?波明顯減少，出現(xiàn)低幅快波階段2：出現(xiàn)睡眠梭形波(變異的?波，13 – 15 Hz，20 – 40 ?V，0.5 – 1 s)，伴

27、有少量?波、?波階段3：在?波、?波為背景的基礎(chǔ)上，有睡眠梭形波階段4： 高幅慢波，?波超過50％，1.5~2Hz，75?V以上,睡眠各期的腦波,睡眠的腦電圖特征與分期III,整夜中睡眠EEG各階段的持續(xù)時(shí)間及其轉(zhuǎn)化規(guī)律睡眠開始后，EEG變化為階段1?2?3?4，即隨著睡眠加深，EEG頻率?、振幅?、?波?，約需30 – 45 min ，然后返回，4?3?2?1，此時(shí)的階段1是首次開始出現(xiàn)的快速眼動(dòng)睡眠(REM)，該時(shí)相持續(xù)10

28、– 20 min，再順序進(jìn)入階段4。一夜中循環(huán)4 – 5次。越近早晨，最大睡眠深度?，不能到階段4。入睡時(shí)的階段1及全部2，3，4均為慢波睡眠除入睡的階段1外，其余的階段1均為快速眼動(dòng)睡眠,,睡眠各期的循環(huán),慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠-I,慢波睡眠：腦電同步化首次出現(xiàn)的階段1及階段2、3、4均屬慢波睡眠或同步化睡眠腦電特征：在該睡眠時(shí)相，腦電以頻率逐漸減慢、幅度逐漸增高、 ?波所占比例逐漸增多為特征。階段3，4合稱為?睡眠功能特征

29、：循環(huán)、呼吸、交感神經(jīng)等系統(tǒng)活動(dòng)隨睡眠加深而降低，且相當(dāng)穩(wěn)定；肌張力明顯下降但保持一定肌緊張，平均20min調(diào)整睡眠姿勢一次,慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠-IIa,快速眼動(dòng)睡眠(REM)：去同步化腦電除入睡后第一次出現(xiàn)的階段1外，再出現(xiàn)的階段1均為REM腦電特征：腦電回到階段1，行為睡眠繼續(xù)，腦電則去同步化類似覺醒，稱為快波睡眠或去同步化睡眠；但海馬電圖顯示4 – 10 Hz的高度同步化?波，并與全身肌張力進(jìn)一步降低偶聯(lián),慢波睡眠和快速眼

30、動(dòng)睡眠-IIb,快速眼動(dòng)睡眠(REM)：去同步化腦電功能特征：此期頸后肌、四肢抗重力肌幾乎消失，交感活動(dòng)廣泛抑制，心率、心輸出量?，血壓?，下丘腦體溫調(diào)節(jié)功能??或喪失，內(nèi)穩(wěn)態(tài)低下是此階段的顯著特征；似乎睡眠進(jìn)一步加深，但與腦電變化不一致，故也稱異相睡眠,慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠-IIIa,快速眼動(dòng)睡眠：去同步化腦電其它特征：控制眼運(yùn)動(dòng)、聽小骨位移和呼吸的肌肉保持張力。眼球快速 掃視，疊加在緩慢眼動(dòng)的背景上；并呈現(xiàn)位相性中耳肌活動(dòng)、呼

31、吸急促而不規(guī)則、血壓?、心率?、四肢肌肉抽動(dòng)等。,慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠-IIIb,REM期間喚醒，74%-95%正在做夢(mèng)；SWS期間喚醒，0%-51%做夢(mèng)。上述現(xiàn)象可能與夢(mèng)境有關(guān)覺醒狀態(tài)只能進(jìn)入SWS；SWS或REM均可直接覺醒，但REM自動(dòng)覺醒可能性更大(似乎是最淺的睡眠)；但REM期環(huán)境刺激喚醒閾顯著提高(此角度又是最深的睡眠)。哪一種睡眠更深?－在REM睡眠,睡眠深度不能只用一種參數(shù)說明,慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠-IV,快速眼動(dòng)

32、睡眠期位相性運(yùn)動(dòng)由腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)觸發(fā) 從腦干可記錄到位相性電發(fā)放，腦橋背部?面神經(jīng)核、前庭神經(jīng)核、三叉神經(jīng)核?動(dòng)眼神經(jīng)核、外側(cè)膝狀體?視、聽皮層，稱為橋－膝－枕峰(PGO)。REM睡眠期間眼動(dòng)首次誘發(fā)與PGO峰對(duì)應(yīng),慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠-IV,兩種睡眠狀態(tài)的周期性交替: 一夜中慢波睡眠與REM睡眠周期性交替4-6次,每一周期約90-120min 兩次REM睡眠間的時(shí)間間隔漸短,但每次的REM睡眠持續(xù)時(shí)間漸增加

33、 青年人,REM睡眠占總睡眠的20-25% 慢波睡眠的較深時(shí)期(階段3、4)主要在睡眠的前半段,較淺的睡眠時(shí)期和REM睡眠主要在睡眠時(shí)間的后半,故清晨人易醒來.,,睡眠的生物學(xué)意義-Ia,不同種屬和不同發(fā)育階段動(dòng)物睡眠需求不同SWS存在于所有哺乳類、鳥類和部分爬行動(dòng)物，兩棲類和魚類無；REM首先出現(xiàn)在鳥類，僅見于孵化后很短時(shí)間，占總睡眠時(shí)間1%；成年哺乳動(dòng)物則占20~30%,睡眠的生物學(xué)意義-Ib,不同種屬和不同發(fā)育階段動(dòng)物

34、睡眠需求不同睡眠時(shí)間：嬰兒期16h以上，青春期8h，老年期更短；SWS-REM周期：新生兒45min，成年人90min；睡眠E期隨年齡增長指數(shù)遞減，60歲后幾乎消失；REM睡眠嬰兒占50%，2歲占30~35%，10歲后25%,睡眠的生物學(xué)意義-Ic,不同種屬和不同發(fā)育階段動(dòng)物睡眠需求不同生理功能變化：SWS期血壓?、心率?、呼吸頻率?、腦血流?、腦代謝?、機(jī)體總耗能?、垂體促激素分泌?、生長素分泌?；REM期血壓、心率、呼吸非規(guī)律性

35、間斷?，腦和自主神經(jīng)系統(tǒng)激活，陰莖勃起或陰蒂充血，體溫調(diào)節(jié)機(jī)能喪失,睡眠的生物學(xué)意義-IIa,剝奪睡眠后的睡眠反彈剝奪睡眠導(dǎo)致清醒后出現(xiàn)補(bǔ)償性睡眠反彈選擇性剝奪REM睡眠導(dǎo)致REM睡眠反彈(幾乎所有鳥類和哺乳類),睡眠的生物學(xué)意義-IIb,REM睡眠與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育成熟人類睡眠時(shí)間隨年齡變化個(gè)體發(fā)生過程中，人睡眠的成熟表現(xiàn)在REM睡眠和慢波睡眠階段4 REM睡眠：出生前在子宮內(nèi)已有，出生時(shí)8小時(shí)，青春期只有1.5-1.7小時(shí)

36、 慢波睡眠階段4：從胚胎發(fā)育到中年呈指數(shù)下降，60歲后可消失。REM睡眠時(shí)的氧耗量比覺醒狀態(tài)下強(qiáng)體力或腦力活動(dòng)時(shí)更多，提示REM睡眠可促進(jìn)腦發(fā)育成熟。,睡眠的生物學(xué)意義-Ⅲa,夢(mèng)與生理睡眠夢(mèng)與REM睡眠有關(guān)的事實(shí)的確立,改變了過去的關(guān)于夢(mèng)的觀點(diǎn): 過去: 夢(mèng)少,且從受試者對(duì)夢(mèng)的回憶來判斷是否有夢(mèng) 現(xiàn)代生理學(xué)研究表明, 每個(gè)人夜間睡眠中(每次的REM睡眠)都可能有夢(mèng).但隨著REM睡眠轉(zhuǎn)入慢波睡眠后的時(shí)間越長,回憶出夢(mèng)的可

37、能性越少.,睡眠的生物學(xué)意義-Ⅲ,REM強(qiáng)度例如眼運(yùn)動(dòng)等與夢(mèng)的內(nèi)容有關(guān)，多變化的夢(mèng)較平靜的夢(mèng)與REM的頻度有關(guān)。REM睡眠時(shí)夢(mèng)是清晰的。慢波睡眠時(shí)也有夢(mèng)，但夢(mèng)不易回憶，夢(mèng)中的形象也是模糊的，情緒也少,,睡眠/覺醒與中樞主動(dòng)活動(dòng)-I,早期認(rèn)為睡眠是被動(dòng)的去傳入機(jī)制孤立腦動(dòng)物EEG持續(xù)高幅慢波，孤立頭動(dòng)物覺醒－睡眠周期正常；進(jìn)一步切斷感覺神經(jīng)則進(jìn)入睡眠認(rèn)為前腦的感覺傳入對(duì)維持睡眠－覺醒周期必要損毀外側(cè)被蓋區(qū)特異性感覺上行通路不影響睡

38、眠周期；損毀腦干中軸部位網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上行投射則導(dǎo)致持續(xù)深度睡眠認(rèn)為腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)活動(dòng)維持覺醒，該活動(dòng)減弱則睡眠,睡眠/覺醒與中樞主動(dòng)活動(dòng)-II,現(xiàn)代睡眠理論：睡眠是睡眠中樞引起的主動(dòng)活動(dòng)結(jié)果腦干存在特定睡眠誘導(dǎo)區(qū)低頻刺激貓丘腦導(dǎo)致深度睡眠，刺激下丘腦后部引起覺醒在三叉神經(jīng)根前方切斷中腦，不論是否保留腦神經(jīng)，都可產(chǎn)生失眠麻醉腦干頭端可使清醒貓入睡，麻醉其尾側(cè)可時(shí)睡眠貓清醒，提示腦干尾側(cè)可誘發(fā)睡眠腦干睡眠誘導(dǎo)區(qū)位于腦橋中央睡眠與延髓尾

39、側(cè)之間，包括中縫核、孤束核、藍(lán)斑及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)背內(nèi)側(cè)；中縫核頭部損毀影響SWS，尾部損毀主要抑制REM,睡眠/覺醒與中樞主動(dòng)活動(dòng)-III,現(xiàn)代睡眠理論：睡眠是睡眠中樞引起的主動(dòng)活動(dòng)結(jié)果中縫核群：5-HT能神經(jīng)元密集區(qū)。其頭部和尾部在功能上有區(qū)別，主要由于結(jié)構(gòu)聯(lián)系不同：頭部纖維投射到間腦和大腦皮層，尾部與腦橋背內(nèi)側(cè)背蓋有纖維聯(lián)系。分別損毀頭部與尾部的實(shí)驗(yàn)表明： 中縫頭部形成慢波睡眠，其尾部則觸發(fā)REM。孤束核：激活此區(qū)可引起睡眠，但損

40、傷該區(qū)并不引起失眠，提示其間接作用，分析表明，引發(fā)睡眠可能與調(diào)制網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的喚醒物質(zhì)有關(guān)。一般認(rèn)為，中縫核頭部、孤束核極其鄰近的網(wǎng)狀神經(jīng)元是產(chǎn)生慢波睡眠的特定腦區(qū)。它們共同組成上行抑制系統(tǒng)，一方面調(diào)制網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的喚醒物質(zhì)引發(fā)睡眠，另一方面還可對(duì)驅(qū)動(dòng)他的網(wǎng)狀激活系統(tǒng)有負(fù)反饋?zhàn)饔?，從而誘發(fā)睡眠。,睡眠時(shí)的腦功能活動(dòng),睡眠/覺醒與中樞主動(dòng)活動(dòng)-IV,現(xiàn)代睡眠理論：睡眠是睡眠中樞引起的主動(dòng)活動(dòng)結(jié)果 與快波睡眠有關(guān)的腦區(qū)：藍(lán)斑位于腦橋背內(nèi)側(cè)背蓋

41、(與中縫尾部神經(jīng)元有密切聯(lián)系)損毀藍(lán)斑頭部的上行投射延長EEG同步化，不影響REM，故維持覺醒；破壞其中、后部及鄰近網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，REM大幅度減少或消失，不影響SWS，故執(zhí)行REM中縫背核的5-HT神經(jīng)元覺醒時(shí)最大發(fā)放，REM時(shí)放電??，提示其興奮可抑制REM及其相關(guān)改變,睡眠/覺醒與中樞主動(dòng)活動(dòng)-V,中樞神經(jīng)遞質(zhì)與睡眠/覺醒：5-HT、NE和Ach抑制5-HT可造成完全失眠，但一周后SWS和REM可恢復(fù)70%，提示有代償機(jī)制存在N

42、E上行背束可抑制中縫核5-HT神經(jīng)元，影響SWS；損毀NE導(dǎo)致SWS增加；損毀藍(lán)斑尾部，REM完全被抑制阻止ACh合成可延長SWS，注射ACh到藍(lán)斑附近可觸發(fā)REM；網(wǎng)狀大細(xì)胞核膽堿能神經(jīng)元在REM期位相性快速放電；藍(lán)斑NA神經(jīng)元REM期放電減少總之，中縫核頭部5-HT神經(jīng)元產(chǎn)生和維持SWS；藍(lán)斑尾部NA神經(jīng)元及低位腦干被蓋ACh神經(jīng)元在中縫核尾部5-HT觸發(fā)下產(chǎn)生REM。交互作用導(dǎo)致周期性改變。,睡眠時(shí)的腦功能活動(dòng),REM-on細(xì)

43、胞：腦橋的膽堿能細(xì)胞REM-off細(xì)胞：藍(lán)斑及中縫核中的去甲腎上腺素能及5-羥色胺能細(xì)胞,睡眠/覺醒與中樞主動(dòng)活動(dòng)-VI,視交叉上核：晝夜節(jié)律的可能生物鐘明暗變化可將近日節(jié)律變成日節(jié)律損毀下丘腦可消除日節(jié)律切斷視束或視交叉尾側(cè)，光照仍可繼續(xù)導(dǎo)致 睡眠/覺醒周期提示存在視網(wǎng)膜－下丘腦直接通路基本生物鐘位于下丘腦視交叉上核接受視網(wǎng)膜直接輸入和中縫核纖維投射損毀可取消內(nèi)源性行為和激素分泌的晝夜節(jié)律,隨處可見的近日節(jié)律,光對(duì)