解析睡眠产生系统的睡眠-觉醒基本机制

　　睡眠的定义

　　简单行为学定义：机体失去对周围环境知觉和反应的一种可逆行为，是复杂的生理和行为过程;

　　按状态分为：NREM&REM睡眠;

　　脑电图EEG表现：NREM睡眠期EEG表现同步化慢波，波形特征纺锤波、K-符合波和高振幅慢波，分期为(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)期，

　　REM睡眠期EEG表现活跃、激活，肌张力迟缓，伴有眼球快速运动;

　　中枢及周围神经系统REM期：脑桥-膝状体-枕叶POG波，伴随眼球运动、远端肌肉抽搐、中耳肌活动;脊髓运动神经元受到

　　抑制，肌肉松弛，心肺活动波动，伴随梦境。

　　睡眠开始

　　睡眠开始的定义从生理指标的状态识别

　　肌电图

　　眼电图

　　脑电图

　　睡眠开始伴随的行为

　　简单的行为任务(认知&驾驶);

　　视觉反应(闪光刺激被抑制);

　　听觉反应(刺激潜伏期延长或消失);

　　嗅觉反应(潜伏期延长或消失，但特殊气味在任何睡眠期都能嗅出);

　　对有意义刺激的反应

　　睡眠肌阵孪

　　睡眠开始前记忆

　　(对有意义的刺激通常会引出K-复合波或产生唤醒，阈值敏感度相对较低 )

　　(对有意义的声音刺激时大脑颞中回区域被激活;无意义刺激时大脑双侧眶额皮层区被激活)

　　睡眠-觉醒发生相关的神经系统

　　脑干睡眠产生系统的鉴定

　　背侧延髓网状结结构和孤束核神经元，可诱发觉醒状态下皮层慢波活动，产生睡眠;

　　可能是通过抑制上行网状激动系统神经元而产生睡眠，还可能同时直接影响前脑系统;

　　孤束核接受舌咽神经和迷走神经(颅神经第9支和第10支)的传入，来自胸和腹腔内脏的压力感受器和化学感受器;

　　孤束核和背侧延随网状结构的传出神经向上投射到脑桥吻侧和中脑，很多终止于臂旁核;

　　臂旁核向吻侧投射到丘脑、下丘脑、视前区、杏仁核和额眶皮层，这些区域属于内脏-边缘前脑;

　　孤束核不仅抑制网状激动，也是睡眠产生有关的前脑边缘系统。

　　前脑睡眠产生系统

　　下丘脑前部-、基底前脑和视前区，与低位脑干是诱发睡眠的重要区域;

　　丘脑在皮层纺锤波的产生是必须的，但对皮层慢波和睡眠行为的产生不是必需的;

　　眶额皮层与基底前脑、视前区、下丘脑前部的神经元共同构成了前脑的睡眠诱导系统。

　　单细胞记录睡眠—激活神经元

　　大脑中只有少数神经元在慢波睡眠时发放频率增加，且多集中在脑干;

　　孤束核也有一些神经元在慢波睡眠时比觉醒状态活跃，这些睡眠相关神经元与该区域觉醒时高频自发放电神经元共存;

　　相对于觉醒状态，下丘脑前部、视前区和杏仁核神经元在慢波睡眠时放电频率增加;

　　慢波睡眠时，放电活动首先表现为丘脑网状核起源的纺锤波，12-14Hz，与丘脑-皮层投射频率相符;

　　丘脑和皮层投射神经元的内在特性也表现为其它频率的慢波0.1-4Hz慢波。这种慢波活动也从皮层向纹状体、基底前脑、脑干、脊髓和丘脑投射，通过中枢神经系统加强其在慢波睡眠中起重要作用。

　　慢波睡眠中的化学物质(神经递质或神经调质 )

　　★5-羟色胺

　　5-HT可以通过作用于不同类型细胞的不同受体来减弱皮层活动并促进慢波睡眠产生;

　　5-HT 可抑制脑桥、中脑和基底前脑的胆碱能神经元;

　　5-HT在异相睡眠期间停止放电，进一步证实其不是维持睡眠的关键物质;生化研究在REM&NREM睡眠中5-HT释放量均

　　小于觉醒状态，证明5-HT神经元在睡眠维持中并不是非常重要的，也不是慢波睡眠所必需的。

　　★腺苷

　　腺苷作为神经调质是通过第二信使偶联的突触后受体抑制神经元放电，它也可以作用于其它受体阻止神经末梢释放神

　　经递质;

　　在丘脑皮层，腺苷超极化投射神经元可促进神经元在慢波睡眠中表现为慢波活动的爆发放电。因此腺苷在脑中像在外周

　　一样发挥其功能，当细胞持续活动时累积可防止细胞过度活动而受损;

　　脑中腺苷与丘脑-皮层回路的特异性爆发放电相关，构成慢波睡眠的基础;

　　腺苷在脑细胞外(1分子ATP)积累可能是诱发大脑疲劳和睡眠的因素。

　　【 ATP不能被储存，因为ATP在合成后必须于短时间内被消耗。三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)是一种核苷酸，作为细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能。ATP在核酸合成中也具有重要作用。腺苷是一种遍布人体细胞的内源性核苷，可直接进入心肌经磷酸化生成腺苷酸，参与心肌能量代谢，同时还参与扩张冠脉血管，增加血流量。腺苷对心血管系统和肌体的许多其它系统及组织均有生理作用。腺苷是用于合成三磷酸腺苷(ATP)、腺嘌呤、腺苷酸、阿糖腺苷的重要中间体。】

　　★γ-氨基丁酸

　　GABA是大脑中主要的抑制性神经递质，在睡眠中具有重要意义;

　　在脑干网状机构中，相对较小的GABA能神经元与较大的氨基酸神经元混合分布，通过局部投射抑制上行网状激动系统的谷氨酸能神经元;

　　含有GABA的丘脑网状神经元可产生丘脑-皮层纺锤波，同时通过抑制性突触后电位，抑制丘脑皮层的接替神经元。它抑制了大脑皮层传入门路-丘脑，这是慢波睡眠和意识丧失的基础;

　　GABA神经元分布在下丘脑前部-视前区和基底前脑及下行投射到下丘脑后部的脑区，抑制觉醒系统神经元;

　　GABAA与氯离子通道直接连接，作用迅速;GABAB通过第二信使系统发挥作用，调节不同的钾离子和钙离子通道，作用迟缓、持久;

　　二者都参与了与慢波和纺锤波相关的超级化。参与了慢波睡眠基本的诱导和维持，首先通过抑制觉醒系统，其次通过诱发、调节和稳定以丘脑-皮层爆发性放电为基础的纺锤波和慢波活动。

　　★脑脊液中的因子、多肽与慢波睡眠

　　内源性阿片肽中的脑啡肽、内啡肽、强啡肽，与感觉调节及痛觉缺失有关，可能在睡眠的启动和维持中发挥作用;

　　生长抑素对中枢神经元主要产生抑制作用;

　　皮质抑素在结构和生理上与生长抑素相似;

　　生长激素释放因子;

　　前列腺D2(主要是神经胶质细胞合成)具有与睡眠-觉醒周期一致的昼夜节律性。

　　★血源性因子与慢波睡眠

　　5-HT是血小板产生并存在于血液中，在脑血屏障外的大脑特定区域促进睡眠产生;

　　觉醒期间胰岛素的蓄积导致睡眠的产生，亦在血脑屏障外的室周器官和附近的和核团，特别是基底下脑、孤束核和付迷走神经区;

　　胆囊收缩素是一种摄食后分泌的肠道激素，抑制进一步的食物摄取。这种厌食激素也可促进休息并诱导慢波睡眠;

　　肠道激素铃蟾肽也在摄食后释放，形成饱腹感，通过间接作用迷走神经出入到孤束核或直接作用于虚脑屏障外的室周器官，诱导饭后休息和睡眠;

　　胞壁酰肽类物质由肠道细菌合成，具有诱导睡眠的功能。同其他细菌和病毒一样，它可以促进白介素等细胞因子的合成和释放，可以诱导慢波睡眠;

　　在机体受到外界刺激时，从肠道或免疫系统释放的激素或肽类物质可导致睡眠的产生;

　　因此像觉醒调节一样，血源性物质对中枢睡眠系统的影响，部分通过室周器官到达大脑发挥作用，这些因子也可能是某种垂体激素，如生长激素、催乳素，他们在慢波睡眠时释放，因此也可能对睡眠产生影响。

　　睡眠期内的脑电活动和感觉处理

　　基本概念

　　★高振幅与同步化的脑电节律-----区分SWS、NREM、REM睡眠期和觉醒

　　★觉醒与REM睡眠期----活化(“去同步化”)

　　意味高振幅和同步脑电波的中断，高频低振幅取代低频振荡波

　　丘脑皮质系统的同步化振荡和活化模式的细胞基础

　　★NREM时丘脑皮质网络的低频振荡

　　纺锤振荡;δ振荡(1-4Hz);慢震荡(‹1Hz);

　　★脑干--丘脑回路参与觉醒和REM期脑电活动和快振荡(20-50Hz)

　　感觉信息的处理过程

　　★兴奋性增强

　　★觉醒和REM睡眠时弥散的大脑活化

　　★ 选择性注意：一般觉醒效应可分为选择性注意和运动起始两个部分;

　　P100可能提示输入信号的确认，P300反映非特异性决策后关闭;

　　★警觉与REM睡眠中深层相位事件通路

　　有两种神经通路可能参与觉醒期由外部感觉刺激诱导产生的相位过程,和 REM睡眠期由脑存储信息激发的相位事件;

　　(一条通路由黑质网状部SNr(黑质网状部)的GABG能神经元及其在上丘脑投射、脑干网状结构上部臂旁区和丘脑核组成，最终通过丘脑投射至脑桥动眼神经核;此外，黑质网状部与致密部和中脑-脑桥结合处胆碱能臂旁核(或脑桥核神经元)也由神经投射将其连接起来。)

　　一个警觉刺激必须可以使用两个完全不同的系统。第一个系统：SNr-丘脑-脑桥通路，负责凝视的相位变换参与定位行动;第二个系统由脑干臂旁区和SNr的丘脑投射靶区组成; 脑桥-膝状体-枕区( ponto – geniculo - occipital PGO )波，PGO波广泛分布于丘脑核和视觉皮质以外的相应皮层区;下丘脑和前脑结构(此区域被认为存储了一些感情信息)可能对驱动脑干神经元产生PGO是最有效的。

　　★修饰抑制(保障了对输入信号的选择及对输出信号的调节，维持适应的状态所必需的. Ach GABA EEG同步振荡活动基础)

　　健康成人睡眠结构整夜睡眠进程

　　1、由清醒进入NREM睡眠;

　　2、NREM-REM睡眠周期持续时间一般为90分钟;

　　3、夜间睡眠前三分之一以SWS为主，与睡眠启动有关;

　　4、夜间后三分之一以REM为主，和体温昼夜节律有关;

　　5、NREM睡眠通常占75%-80%;

　　6、REM睡眠占总睡眠的20%-25%，每晚4-6次间隔出现;

　　REM睡眠(rapid eye movement , REM )

　　清晰生动的“梦”

　　EEG幅度减低与觉醒时相似，新皮层呈现低电压，而海马呈现规则的高电压θ波。

　　肌张力迟缓;