睡眠与觉醒的脑机制
第18章 睡眠与觉醒的脑机制
散性调制系统控制丘脑的节律活动； 下行调制系统的活动。
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
一、上行网状激活系统与觉醒 1.脑干网状结构调节觉醒和睡眠
NE神经元、Ach神经元、5-HT神 经元
与睡眠有关的脑区是皮层、海马、 丘脑、下丘脑及网状系统
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
二、入睡与非快速眼动睡眠 大多数弥散性调制系统的神经元
放电频率普遍降低。 丘脑和大脑皮层的交互性神经网
络活动
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
三、快速眼动睡眠 Ach能系统神经元的活动触发
REM睡眠； 深部脑干系统抑制REM睡眠期间
运动神经元。
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
四、促睡因子 倾向于缩短REM睡眠的时间； 促睡有助于抵御感染。
每夜睡眠由慢-快波睡眠交替4～6个周期， 每个周期历时80～90min，包括20～30min的 快波睡眠和60min的慢波睡眠，越到后半夜
，快波睡眠越长、慢波睡眠越短，而d波睡
眠逐渐消失。
睡眠相和周期
• 睡眠—觉醒周期是生理节律之一
S1（几分钟）
慢波睡眠 S2（5-15分钟）
睡眠
S3（几分钟）
S4（20-40分钟）
（一）清醒
典型a波
（二）S1（入睡期） a波变得不规则，出现q波，睡眠梭 形波
睡眠相和周期
（三）S2（浅睡期）
a波消失，q波背景上出现K复合波源自（四）S3（中睡期） 在q波背景上出现d波
睡眠相和周期
（五）S4（深睡期）
50%以上出现高幅d波
睡眠相和周期
睡眠和觉醒周期： 觉醒→S1→S2→S3→S4→S3→S2→ 第1次REM→S2→S3→S4→S3→S2→ 第2次REM→…… →觉醒
19-睡眠与觉醒的脑机制-文档资料
④唤醒阈低，且主诉做梦 ③出现眼球快速运动；
者少。
④唤醒阈高，且主诉做梦
者多。
第二节 睡眠时相和周期
睡眠过程中，脑反复循环于非REM睡眠相 和REM睡眠相两种状态。非REM睡眠时 间占睡眠总时间的75％左右，REM睡眠占 睡眠总时间的25％。
健康成年人的典型睡眠过程：
第三节 睡眠与觉醒的机制
在REM睡眠期为何四肢不能运动？
四、促睡因子
胞壁酰二肽 白介素-1
第四节 快速眼动睡眠和梦
梦多数发生在REM睡眠期间，对梦的解释 极大地依赖于对REM睡眠的研究。
睡眠剥夺实验
弗洛伊德关于梦的理论
“激活－合成”假说
名词解释： 精神分裂症
作业
快速眼动睡眠
简答：
试述Klüver-Bucy综合征的特点
睡眠的机制： 睡眠不是脑活动的简单抑制，而是一
个主动过程。目前认为脑干尾端存在能引 起睡眠和脑电波同步化的中枢，其上行通 路（上行抑制系统）作用于大脑皮层，与 脑干上行激动系统的作用相对抗，从而调 节睡眠与觉醒的相互转化。
调制系统工作的几条基本原则：
一、上行网状激活系统与觉醒
损毁动物脑干网状结构导致类似于非REM睡 眠的状态，提示这一部位的神经元活动是保 持觉醒所必需的
第一节 快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠
人正常的一天包括两种状态：觉醒和 睡眠
快速眼动睡眠（REM）
非快速眼动睡眠（NREM）
一、非快速眼动睡眠的特征
P409
非REM睡眠的特征可表述为“休闲的大脑， 可动的躯体”
二、快速眼动睡眠的特征
P409
REM睡眠的特征可表述为“活跃的大脑，瘫 痪的躯体”
19-睡眠与觉醒的脑机制-文档资料
睡眠与觉醒的动力学
睡眠与觉醒的动力学
1.昼夜节律调节：
-昼夜节律是由人体内在的生物钟控制的，位于下丘脑的视交叉上核（SCN）负责产生并维持大约24小时的生理周期，调控觉醒和睡眠的节奏。
2.神经递质系统：
-在觉醒状态下，神经递质如去甲肾上腺素、乙酰胆碱和多巴胺通常较为活跃，这些物质有助于保持警觉、注意力集中和认知功能。
-而在睡眠过程中，其他神经递质如γ-氨基丁酸（GABA）的作用增强，它具有抑制神经元活性的作用，从而促使身体放松并进入睡眠状态；同时，褪黑素的分泌也随着夜晚的到来而增加，帮助诱导和维持睡眠。
3.睡眠结构与神经动力学：
-睡眠可以分为不同的阶段，包括非快速眼动期（NREM）和快速眼动期（REM），这两个阶段在夜间周期性交替出现。
不同阶段的转换涉及到脑电图（EEG）模式、肌电图（EMG）和眼球运动等生理指标的显著变化。
-NREM睡眠包含浅睡、深睡（慢波睡眠，SWS）阶段，此时脑电波呈现慢波活动，被认为是大脑巩固记忆和修复的重要时期。
-REM睡眠期间脑电图显示类似于清醒状态的快波活动，但肌肉张力几乎完全丧失，此时梦的产生最为频繁。
4.突触可塑性与睡眠需求：
-研究还表明，突触可塑性的变化可能与睡眠需求有关。
在觉醒时，神经元活动和突触强度不断调整，这可能导致代谢产物积累和能量消耗，睡眠可能作为清除这些代谢副产品、稳定突触效能和整合新学习信息的一种方式。
睡眠和觉醒的机制
睡眠和觉醒的机制睡眠和觉醒是人体日常生活中的两个基本状态，也是人体生理调节的重要过程。
睡眠是一种特殊的生理状态，它不仅对人体的健康和生命质量具有重要影响，而且也是大脑记忆巩固、学习能力提高的重要手段。
本文将详细探讨睡眠和觉醒的机制。
睡眠是一种周期性的、可逆的生理过程，通常包括四个睡眠阶段：入睡期、非特定性睡眠、非快速动眼期（NREM）睡眠和快速动眼期（REM）睡眠。
非特定性睡眠包括NREM睡眠和REM睡眠，这两个阶段在睡眠过程中交替出现，每个周期大约为90-110分钟。
入睡期是指从清醒进入睡眠的过程，这个过程涉及到多个脑区和神经递质的调控。
有研究发现，杏仁核和下丘脑室上核等结构的激活可以促进入睡。
此外，脑内多巴胺、5-羟色胺、γ-龙氨酸等神经递质的变化也在入睡过程中起着重要的作用。
非特定性睡眠是指未出现明显的快速眼动（REM）的睡眠状态。
它又分为三个阶段：N1、N2和N3、N1阶段是从清醒进入睡眠的过渡阶段，大脑电活动开始发生改变，肌肉张力逐渐下降。
N2阶段是一种中间状态的睡眠，大脑电活动出现特征性的睡眠波，肌肉张力进一步下降。
N3阶段是深度睡眠，大脑电活动出现大幅度慢波，肌肉张力最低，此时人体对外界刺激的反应性最低。
睡眠的机制涉及到多个调节因素，包括内部因素和外部因素。
内部因素主要包括生物钟和睡眠-觉醒调节系统。
人体拥有生物钟，其位于下丘脑，可以调控睡眠-觉醒的节律。
生物钟主要通过由光线调节的松果体激素褪黑素的释放来影响睡眠-觉醒机制。
外部因素包括光线、温度、噪音、社交环境等，这些因素会通过感觉器官传递给大脑，进而影响睡眠质量和觉醒状态。
在觉醒状态下，大脑皮层的神经元处于高度兴奋状态。
这些神经元通过突触传递神经信号，使大脑皮层处于一个高度活跃的状态。
觉醒状态的维持受到多种神经递质的影响，包括多巴胺、松果体激素、乙酰胆碱等。
需要注意的是，睡眠和觉醒是一个复杂的过程，受到多个因素的交互作用。
不同的人可能具有不同的睡眠需求和觉醒状态，这取决于个体的生理、心理和环境因素。
睡眠与觉醒脑机制
睡眠与觉醒脑机制
目录
01. 睡眠与觉醒的生理机制 02. 睡眠与觉醒的神经机制 03. 睡眠与觉醒的基因机制
睡眠与分为非快速眼动睡眠和 快速眼动睡眠两个阶段
非快速眼动睡眠：分为浅睡眠和深睡 眠，其中深睡眠是恢复精力的主要阶 段
快速眼动睡眠：大脑活动与清醒时 相似，有助于记忆巩固和情绪调节
睡眠调节：主要由大脑中的睡眠中枢 和觉醒中枢控制，受多种因素影响， 如光照、温度、饮食等。
觉醒的生理过程
01
01
觉醒过程：从睡眠状态逐渐过 渡到清醒状态
02
02
觉醒信号：大脑接收到觉醒信 号，如光线、声音等
03
03
觉醒反应：大脑开始活跃，神 经活动增强，肌肉紧张度增加
04
04
觉醒后反应：身体逐渐适应清 醒状态，开始正常活动
睡眠与觉醒的神经递质
01
神经递质：如 乙酰胆碱、去 甲肾上腺素、
多巴胺等
02
作用：调节睡 眠与觉醒状态
03
睡眠阶段：不 同阶段有不同 的神经递质参
与
04
觉醒阶段：神 经递质参与觉 醒和警觉状态
睡眠与觉醒的神经调控
神经递质：如褪黑素、 5-羟色胺等，调节睡 眠与觉醒
睡眠周期：如快速眼 动睡眠和非快速眼动 睡眠，交替进行
睡眠与觉醒的神经机 制
睡眠与觉醒的神经网络
01
神经递质：如GABA、谷氨酸等，在睡
眠与觉醒过程中发挥重要作用
02
神经环路：如REM睡眠、非REM睡眠
等，不同睡眠阶段有不同的神经环路
03
神经细胞：如神经元、神经胶质细胞等，
在睡眠与觉醒过程中发挥重要作用
04
神经调节：如昼夜节律、睡眠压力等，
睡眠与觉醒的脑机制
睡眠为何如此重要？
目前，没有一种关于睡眠功能的理论被公认，但 最合理的理论有两个：恢复理论和适应理论。
恢复理论----睡眠是为了休息和恢复，准备再度 醒来。雷切斯查芬等人对人和动物做过减少睡眠 的系列研究，但未发现支持这一理论的结果。
适应理论----为了逃避麻烦，在我们最脆弱的时 候躲避天敌，躲避环境中的有害情况，或者节约 体能。
非快速眼动睡眠( non-rapid eye movement sleep, 非 REM睡眠）
“休闲的大脑，可动的躯体”
✓ 肌张力下降，运动减至最 小
✓ 脑电波节律慢、振幅大 ✓ 生理特征—体温↓、能耗
↓；副交感神经系统活动 ↑，心率↓、呼吸↓、泌 尿↓、消化活动↑ ✓ 大部分感觉输入不到达皮 层 ✓ 很少出现梦境 ✓ 生和可逆的 静息状态，表现为机体对外界刺激的反应性降低 和意识的暂时中断。
人的一生，睡眠时间有多少呢？
人的一生大约有三分之一的时间在睡眠中度过，其中四分 之一的睡眠时间处于活跃做梦的状态。
如果长期剥夺睡眠会如何？
情绪变化是最早出现的副作用，如烦躁、 欣快和抑郁快速交替出现，对环境缺乏兴 趣等；被剥夺睡眠者手脚有刺痛感，对疼 痛更加敏感，还会发生眼睛烧灼感、眼睛 刺痛、复视和幻觉（睡眠剥夺3天后）等各 种视觉障碍；被剥夺睡眠者的思维紊乱， 表现为回答问题时词不达意，无法表达完 整的意思，对最近发生 的事情健旺，最终 可导致精神失常。
这些神经元就像开关与调谐器， 调控着大脑皮层的兴奋性，调 控着感觉信息流向大脑皮层的 传输。
大脑皮层
↑
神 经 元 群
↑
感觉信息
虽然现有的研究对这些调制系统的工作原理还不 完全了解，但可归纳出几条基本原则：
从20世纪60年代开始，更多的研究聚焦于神经递质在睡眠 和觉醒过程中的作用，进一步促进了人类对睡眠和觉醒机 制的理解。目前认为睡眠和觉醒是在神经和神经介质共同 作用而完成，其本身受昼夜节律、人体生物钟和周围环境 的影响和调节。
觉醒和睡眠的基本机制
觉醒和睡眠的基本机制觉醒和睡眠是人类生活中的两种基本状态。
觉醒状态是人们清醒、有意识地认识和感知外界环境的状态，而睡眠状态则是进入一种无意识、休息和恢复体力的状态。
觉醒和睡眠的基本机制是由复杂的神经生理和神经化学过程调控的。
觉醒的基本机制可以分为两个方面：意识觉醒和注意觉醒。
意识觉醒是指一个人从睡眠状态中迅速转入清醒有意识的状态。
这是由于脑干网状结构核的兴奋和大脑皮层的激活所发生的。
脑干网状结构核通过广泛投射至大脑皮层的多巴胺、去甲肾上腺素和神经肽等神经递质的释放，来促进大脑皮层细胞的兴奋活动。
注意觉醒是指一个人能够有选择性地集中注意力，在各种感官输入中筛选和选择相关信息。
这是由于大脑皮层中大量神经元的活动所调控的，这些神经元之间形成了复杂网络连接，以及通过神经递质的释放来调节信息传递和信息处理速度。
睡眠的基本机制主要包括两个过程：睡眠调节和睡眠周期。
睡眠调节是通过两种互补的机制来调节睡眠的产生和维持：睡眠欲望和生物钟。
睡眠欲望是人体对休息和恢复的需求。
它由脑干的多巴胺、腺苷和腺苷酸等神经递质的释放所调节。
脑干神经元的活动水平增加导致多巴胺的释放增加，进而抑制大脑皮层的活动，使人体产生入睡的欲望。
而生物钟则是人体内部的时间节律系统，通过释放调控因子来调节觉醒和睡眠周期。
睡眠周期是指一夜睡眠中多个不同阶段的循环。
睡眠可以分为两个主要阶段：快速眼动睡眠（REM睡眠）和非快速眼动睡眠（NREM睡眠）。
在NREM睡眠阶段，人体进入较深的睡眠状态，大脑皮层神经元的活动趋于抑制；而在REM睡眠中，大脑皮层活动增强且与记录到的梦境出现相关联。
觉醒和睡眠的机制受到多种因素的影响，包括环境因素和内部因素。
环境因素如光照、噪音、温度等可以影响睡眠和觉醒的质量和时长。
光照对生物钟调节有重要作用，充足的阳光可以促进觉醒，而昏暗的光线则有助于入睡。
内部因素如年龄、健康状况、药物使用等也可以影响觉醒和睡眠。
婴儿和年长者的睡眠需要比成年人更多，而健康问题如失眠、睡眠呼吸暂停等会干扰睡眠。
睡眠与觉醒神经生物学
睡眠稳态调节
我们现在对这种睡眠稳态调节的具体 作用机制还不清楚，比如VLPO神经元 系统，它们在人体缺觉时的活性并不 会升高，即没有积累“催促”人体入 睡的信号，直至我们入睡为止。
眼动电图：
1. 非快眼动睡眠(Non-rapid eye movement sleep， Non-REM)
睡眠一期（stage 1） 睡眠二期（stage 2） 睡眠三期（stage 3） 睡眠四期（stage 4）
2. 快眼动睡眠(Rapid eye movement sleep，REM)
不同于昏迷:睡眠是生理性的,可循环的, 可逆性的。
睡眠在行为学上判定标准：
1. 运动能动性降低； 2. 对刺激的反应减小； 3. 刻板的姿态（例：人类的闭眼躺卧）； 4. 比较容易逆转；
脑的电活动:
皮层诱发电位（evoked cortical potential）：
感觉传入系统受刺激时，在皮层上某一局限区 域引出的形式较为固定的电位变化．
昼昼夜夜节节律律调调节节
▪ 视交叉上核神经核团（SCN）是我们大脑中的主控时钟 （master clock）。SCN细胞具有24小时周期性的活化特征， 将这些细胞从大脑中分离出来，该调控机制同样有效。
▪ 动物缺乏SCN细胞，又缺乏外界的时间信息，它们就会失去 对包括睡眠在内的各种日常行为、活动以及生理过程的昼夜 调控能力。
表现四：自主神经系统的交感活性占主导地位。心率和呼吸 加速,但不规则,内稳态功能减弱,呼吸与血中CO2浓度的关联 减弱. 体温控制系统基本放弃,深部体温开始下降
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非REM
REM
兴奋部位 相关递质
脑干中缝核 5-HT
脑干中缝核尾端-蓝斑中、后部 5-HT、NE、ACh
睡眠特点 ①脑电波为高振幅快波； ①脑电波为低振幅快波；
②感觉、呼吸、Bp、心率、②感觉和肌紧张，阵发性
代谢率↓，肌紧张减退； 呼吸不规则和肢体抽动，
③不出现眼球快速运动； 骨骼肌张力丧失；
④唤醒阈低，且主诉做梦 ③出现眼球快速运动；
睡眠和觉醒的脑机制
第一节. 快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠
第二节. 睡眠时相和周期
第三节. 睡眠与觉醒的机制
第四节. 快速眼动睡眠和梦
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1
人的一生大约有三分之一的时间在睡眠中 度过，其中四分之一的睡眠时间处于活跃 做梦状态。
睡眠功能的理论：
恢复理论
适应理论
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2
第一节 快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠
简答：
试述Klüver-Bucy综合征的特点
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人正常的一天包括两种状态：觉醒和 睡眠
快速眼动睡眠（REM）
非快速眼动睡眠（NREM）
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一、非快速眼动睡眠的特征
P409
非REM睡眠的特征可表述为“休闲的大脑， 可动的躯体”
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5
二、快速眼动睡眠的特征
P409
REM睡眠的特征可表述为“活跃的大脑，瘫 痪的躯体”
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6
睡眠的两种时相
反之：
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13
二、入睡与非快速眼动睡眠
入睡过程包括一系列进行性的脑活动改变， 然后进入非REM睡眠状态。
大多数弥散调制性系统的神经元（例如，蓝 斑、中缝核群以及基底前脑的神经元）放电 频率普遍降低。
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三、快速眼动睡眠
REM睡眠的神经控制来自脑干深部，特别是 位于脑桥的弥散性调制系统。
蓝斑的NE能系统和中缝核群的5-HT能系统的 神经元放电频率随着REM睡眠几乎降为零； 而脑桥Ach能系统的神经元放电频率则急剧上 升。
者少。
④唤醒阈高，且主诉做梦
者多。
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7
第二节 睡眠时相和周期
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8
睡眠过程中，脑反复循环于非REM睡眠相 和REM睡眠相两种状态。非REM睡眠时间 占睡眠总时间的75％左右，REM睡眠占睡 眠总时间的25％。
健康成年人的典型睡眠过程：
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10
第三节 睡眠与觉醒的机制
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睡眠的机制： 睡眠不是脑活动的简单抑制，而是一
在REM睡眠期为何四肢不能运动？
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16
四、促睡因子
胞壁酰二肽 白介素-1
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17
第四节 快速眼动睡眠和梦
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梦多数发生在REM睡眠期间，对梦的解释 极大地依赖于对REM睡眠的研究。
睡眠剥夺实验
弗洛伊德关于梦的理论
“激活－合成”假说症
作业
快速眼动睡眠
个主动过程。目前认为脑干尾端存在能引 起睡眠和脑电波同步化的中枢，其上行通 路（上行抑制系统）作用于大脑皮层，与 脑干上行激动系统的作用相对抗，从而调 节睡眠与觉醒的相互转化。
调制系统工作的几条基本原则：
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一、上行网状激活系统与觉醒
损毁动物脑干网状结构导致类似于非REM睡 眠的状态，提示这一部位的神经元活动是保 持觉醒所必需的