睡眠與覺醒

1、睡眠與覺醒（2）,生理學(xué)及神經(jīng)生物學(xué)教研室 李博2011年10月,睡眠的分期與特征維持覺醒的中樞調(diào)控機制REM睡眠 (rapid eye movement sleep, REM sleep)慢波睡眠的產(chǎn)生機制REM睡眠的產(chǎn)生機制,睡眠的特征：,睡眠是一種持續(xù)性的、可逆的，并伴隨著反應(yīng)能力減弱和主動行為消失的行為狀態(tài)。,,S,從低等動物（如昆蟲）到高等動物（鳥類、哺乳類）普遍存在。,,覺醒時，腦電波呈去極快波，閉目安靜時枕葉

2、出現(xiàn)α波，抗重力肌保持一定的張力，維持一定的姿勢或進行運動，眼球可產(chǎn)生追蹤外界物體移動的快速運動。,,睡眠時，腦電波一般呈同步化慢波，嗅視聽觸等感覺減退，骨骼肌反射和肌緊張減弱，血壓下降，心率減慢，瞳孔縮小，尿量減少，體溫下降，代謝減慢。,維持覺醒的中樞調(diào)控機制,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上行激動系統(tǒng)（ascending reticular activating system）,腦干二級感覺傳入通路經(jīng)過腦干時發(fā)出側(cè)枝與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的神經(jīng)元發(fā)生突觸聯(lián)系

3、 具有上行喚醒作用 作用方式：感覺的非特異性投射系統(tǒng)，到達大腦皮層，該系統(tǒng)沒有專一的感覺傳導(dǎo)功能，因此不能引起各種特定的感覺。 巴比妥類阻斷上行激動系統(tǒng)，起催眠作用。,特異性感覺通路,,感覺傳入纖維到達丘腦后，經(jīng)丘腦特異感覺接替核投射至大腦皮層的特定區(qū)域，具有點對點的投射關(guān)系。丘腦非特異投射核投射至大腦皮層的廣泛區(qū)域，與皮層不具有點對點的投射關(guān)系，起維持和改變大腦皮層興奮狀態(tài)的作用。,大腦皮層和皮層下結(jié)構(gòu)通過下行纖維興奮

4、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),大腦皮層海馬杏仁核下丘腦,,,,,,,,,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),A: 切斷特異性傳導(dǎo)系統(tǒng)的貓：可以覺醒B：切斷非特異性傳導(dǎo)系統(tǒng)的貓：昏睡,覺醒狀態(tài)：,行為覺醒：對新異刺激有探究行為腦電覺醒：不一定有探究行為，腦電呈現(xiàn)去同 步化快波,,行為覺醒：對新異刺激有探究行為 機制：中腦多巴胺能神經(jīng)元放電（破壞后不再對新異刺激探究，但是腦電快波） 腦橋藍斑上部去甲腎上腺素能神經(jīng)元（破

5、壞后腦電快波減少，有感覺傳入時，動物仍能喚醒，但喚醒作用短暫）,,腦電覺醒：不一定有探究行為，腦電呈現(xiàn)去同步化快波 機制：腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膽堿能系統(tǒng) 阿托品阻斷（誘導(dǎo)同步化慢波，動物行為上不表現(xiàn)睡眠）,睡眠分類 慢波睡眠（slow wave sleep，SWS），分為四期 入睡期（Ⅰ期） 潛睡期 （Ⅱ期) 中度睡眠期（Ⅲ期） 深度睡眠期（Ⅳ期）

6、 異相睡眠（paradoxical sleep，PS）又稱為快波睡眠，快速眼球運動睡眠（rapid eye movement sleep，REM sleep）兩個過程互相交替，4-5次,睡眠各時相的腦電波,（EEG）,睡眠的時相,慢波睡眠（slow wave sleep, SWS）(4期) （同步化） I期（入睡期）： ?波明顯減少，出現(xiàn)θ波 II期（淺睡期）：在θ波背景上，出現(xiàn)睡眠梭形波 (σ波，變異的?波，1

7、3 – 15 Hz，20 – 40 ?V，0.5 – 1 s)，和κ-復(fù)合波。 III期（中度睡眠期）：高幅的δ 波，占20-50% IV期（深度睡眠期）：高幅的δ 波，超過50%,快眼動睡眠 （rapid eye movement sleep, REM sleep）去同步化）,EEG：不規(guī)則的β波,睡眠各時相的腦電波,（EEG）,,,去同步化快波,同步化慢波,慢波睡眠表現(xiàn) 感覺、運動、自主神經(jīng)活動減退意義 生長激

8、素分泌增多，促進生長和體力的恢復(fù)快波睡眠表現(xiàn) 活動進一步減退，伴陣發(fā)性表現(xiàn)意義 生長激素分泌減少，腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成加快，促進精力恢復(fù)，某些疾病可能夜間發(fā)作,慢波睡眠發(fā)生機制:三個有關(guān)的腦區(qū)腦干睡眠誘導(dǎo)區(qū):上行抑制系統(tǒng)（尾端網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)） 低頻刺激—睡眠 高頻刺激—覺醒間腦睡眠區(qū)（下丘腦后部，丘腦髓板內(nèi)核群鄰旁區(qū)和丘腦前核） 刺激結(jié)果同上前腦基底部睡眠區(qū)（視前區(qū)和Broca斜帶區(qū)） 低頻+高頻刺激---睡

9、眠,REM睡眠,1953年，Aserinski發(fā)現(xiàn)了REM睡眠;1957年，Dement發(fā)現(xiàn)REM睡眠期間做夢的幾率遠高于其它各期;Jovet發(fā)現(xiàn)REM睡眠期間的肌張力消失現(xiàn)象。,Aserinski &. Kleitman被認為是現(xiàn)代睡眠研究的奠基人。最長不睡覺 Randy Gardner,在REM睡眠階段……,腦電圖：不規(guī)則β波 眼動電圖：放電增加 肌電圖：放電減弱 各種感覺進一步減退，喚醒閾提高，肌肉進一步

10、松弛，可有間斷的陣發(fā)性表現(xiàn)（眼球運動，軀體扭動，血壓升高，心率加快，呼吸加快） 做夢： 其它生理變化：腦耗氧量 ，腦血流量 ，腦蛋白合成量 ，生長激素 。,,,,,睡眠的周期變化：,首先進入慢波睡眠 慢波睡眠與REM睡眠交替，4-5周期 睡眠后期，REM睡眠的持續(xù)時間延長 越近早晨，最大睡眠深度?，不能到階段4。,睡眠研究： 行為學(xué)觀察 EEG觀察 睡眠剝奪 （eg. 小站臺法，共軛轉(zhuǎn)盤法）

11、選擇性神經(jīng)纖維毀損 (eg. 中腦頭端切斷) 分子生物學(xué)分析 （clock gene）,海豚的左右腦交替睡眠,丘腦和皮層電節(jié)律的調(diào)節(jié)從自動節(jié)律到單次節(jié)律，提示從慢波睡眠向覺醒的轉(zhuǎn)換的可能機制,睡眠-覺醒的轉(zhuǎn)換 （sleep-wakefulness switch）,REM睡眠的發(fā)生機制,異相睡眠啟動神經(jīng)元（paradoxical sleep on, PS-on） 位置： 腦橋被蓋外側(cè)區(qū)，膽堿能神經(jīng)元異相睡眠關(guān)閉神經(jīng)元（par

12、adoxical sleep off, PS-off）位置： 腦橋被蓋 藍斑 （去甲腎上腺素能） 中腦中縫核（5-羥色胺能）,,PGO鋒電位（ponto-geniculo-occipital spike）: 當(dāng)腦橋被蓋外側(cè)區(qū)膽堿能神經(jīng)元興奮時，引起腦電發(fā)生去同步化快波，并能激發(fā)腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、外側(cè)膝狀體和視皮層的腦電波出現(xiàn)一種棘狀波，稱為PGO鋒電位。PGO峰電位與快速眼球運動幾乎同

13、時出現(xiàn)，在覺醒時和慢波睡眠中相對處于靜止?fàn)顟B(tài)，而在異相睡眠中顯著增強，因此被認為是異相睡眠的啟動因素。PS-on神經(jīng)元還可通過一定的神經(jīng)通路顯著減弱肌電而增強眼電,異相睡眠啟動神經(jīng)元（PS-on）,,,異相睡眠關(guān)閉神經(jīng)元（PS-off）,為去甲腎上腺素能和5-羥色胺能神經(jīng)元，覺醒前這些神經(jīng)元的放電頻率增加，且在覺醒時有規(guī)律的放電，被認為能提高覺醒狀態(tài)。 在慢波睡眠時放電明顯減少，在異相睡眠時靜止，可能通過引起覺醒而對異相睡眠起

14、終止作用。,PS-on細胞（red）：腦橋的膽堿能細胞PS-off細胞（blue）：藍斑及中縫核中的去甲腎上腺素能及5-羥色胺能細胞,睡眠時的腦功能活動,,睡眠的相關(guān)物質(zhì)促進睡眠：腺苷，前列腺素抑制睡眠：5-羥色胺，去甲腎上腺素其他：乙酰膽堿，促眠肽,睡眠-覺醒周期與其它生理周期：近日周期幾乎所有的陸地動物都根據(jù)其生理性晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)行為。機體的多數(shù)生理和生化過程隨著日規(guī)律的變化而起伏，體溫，血流，尿量，激素水平，毛發(fā)生長，和

15、新陳代謝率。,睡眠-覺醒的調(diào)節(jié)：光線人為把光照和黑暗循環(huán)從動物所處的環(huán)境中去掉后，生理性晝夜節(jié)律仍保持以前相近的節(jié)律，這是因為控制生理性晝夜節(jié)律的生物鐘是腦內(nèi)生物性的。但是也需要調(diào)整，以便與日出日落保持一致。時差,下丘腦-視上核區(qū)（suprachiasmatic nuclei, SCN）一對具有生物鐘作用的微小神經(jīng)元群，電刺激可引起生理性晝夜節(jié)律的改變，切除則可以消除軀體活動，睡眠和覺醒飲水的生理性晝夜節(jié)律,SCN與晝夜節(jié)律,