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，
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。
睡眠和觉醒的生理学.ppt
睡眠所涉及到的中枢神经系统结构 和神经介质（2）
神经介质： • 诱导睡眠： 5-HT、去甲肾上腺素 • 觉醒： 乙酰胆碱（中断睡眠）、多巴胺（抑
制REM睡眠） • 其它睡眠因子： • 诱导肽（DSIP）、白介素-1、肿瘤坏死因子 • 腺嘌呤核苷、前列腺素-D
------ 睡眠所涉及到的中枢神经系统结构和神 经介质
小结
做梦
• 快波睡眠与梦 • 慢波睡眠与梦 • 关于梦的理论
– 激活-综合理论 – 临床-解剖理论
发作性睡病
• 症状
– 睡眠发作 – 瘁倒 – 睡眠麻痹 – 入睡前幻觉
• 机制
– 遗传：带有HLA-DR2/DQwl基因，多为特发性 – 继发：间脑、下丘脑和脑干病变 – 乙酰胆碱突触的过度反应
睡眠的阶段性障碍
• 梦呓 • 睡行症 • 夜惊 • 梦魇
• 睡眠的时相 • 睡眠的机制 • 睡眠障碍
二、睡眠-觉醒周期及其阶段
• 睡眠-觉醒的阶段：
– 慢波睡眠(slow wave sleep,SWS) – 快波睡眠(FWS)
• 慢波睡眠(slow wave sleep,SWS)
– 脑电图呈同步化慢波；
– 视、嗅、听、触等感觉功能暂时减退；
– 骨骼肌反射活动和肌紧张减弱；
– 副交感神经功能活动占优势：如血压↓、心率↓、 尿量↓、体温↓、代谢↓、瞳孔缩小、呼吸变慢、 胃液分泌↑、发汗功能↑等。
神经与睡眠递质
结构 释放神经递质
作用
脑桥,延髓 乙酰胆碱，谷氨酸 增加皮层唤醒水平
蓝斑
去甲肾上腺素
在觉醒状态下增加信息储存
基底前脑 多数细胞 乙酰胆碱 其他细胞 GABA
第十二讲 脑的节律——睡眠和觉醒
动占优势。
快速动眼睡眠（REM）—做梦的阶段
年轻人中出现频率较 高的的梦境内容多与 日间的生活经历和体 验有关，且往往是日 间生活中不便表达的 或不愿想到的。
梦的释疑
梦只在快速动眼期出现，如果醒来时正好是在快速动眼期，
那么你就能知道自已做梦。反过来，如果醒来时正好是在 非快速动眼期，那么你并觉得自已没做梦。
左半脑
高度警觉
清醒
右睡左工作
左睡右工作
需要睡眠的两种最合理的观点为恢复理论（restoration)
和适应理论(adaptation)。
睡眠是种存保存能量的适应行为。睡眠时，身体所做的
工作仅仅是为了维持生命，所有的消耗都减到最低。对 于生活在狐狸领地的松鼠来说，在月光下漫步太危险了。 对松鼠来说，最好的策略莫过于在呆有洞穴里，睡眠则 是达到这一目的的好方法。
同步化
清醒和安静时的脑电图
闭上眼睛清醒安静时可以看到α 波活动，频率为8-13Hz,在
枕区最大。当睁眼时，则可看到α节律被抑制。
眨眼伪迹
α节律
β 节律
脑节律的功能
至今，大脑的皮质节律的功能在很大程度上还是一个谜。
一种观点认为，神经节律可以协调神经系统不同区域之间
的活动。在觉醒状态下，脑的感觉系统和运动系统经常发 生阵发性同步神经活动。如当你试图抓住一个篮球时，同 时对形状、颜色、运动、距离甚至篮球的含义反应的不同 神经元趋于同步化，将分散的信息统一起来。 另一种观点则认为，大多数的节律没有直接的意义。尽管 这些节律很有意思，但却只是多种兴奋性通路之间联系而 产生的副产品。 不管脑节律是否真的有什么功能，但为我们了解脑的功能 状态提供了一个便利的窗口。
第十二讲 睡眠和觉醒
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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。
脑电图(Electroencephalogram, EEG)简介
脑电图是通过精密的电子仪器，从头皮上将脑部的自发性生 物电位加以放大记录而获得的图形，是通过电极记录下来的 脑细胞群的自发性、节律性电活动。常规脑电图、动态脑电 图监测、视频脑电图监测。
健康成年人睡眠时间=75％非REM睡眠时间+25％REM睡眠
1期：几分钟，睡眠最浅，α节律不规则，并逐渐消失，眼球缓 慢转动
非
2期：5-15分钟，睡眠较深，偶发睡眠梭形波及大幅度的K复合
睡
波，眼球几乎停止转动
眠 相
3期：出现大幅度的、慢速的δ节律，眼和躯体停止运动
4期：睡眠最深，出现大幅度的小于或等于2Hz的δ节律，20-40 分钟
第一节 睡眠概论
睡眠的定义 ：
1、机体对环境的反应性降低、与环境相互作用减弱 的状态，很容易逆转。
2、睡眠是一种在哺乳动物、鸟类和鱼类等生物中普 遍存在的自然休息状态，甚至在无脊椎动物，如 果蝇中也有这种现象。
3、由于脑的功能活动而引起的动物生理性活动低下， 给予适当刺激可使之达到完全清醒的状态 。
人类对睡眠的研究历程
人类对睡眠的认识是随着脑电技术的发展而逐渐 深入。
1875年Caton第一次从家兔和犬脑表面记录到了脑 电活动波
1929年Berger从其儿子的头皮上首次记录到了人 类的脑电波，并观察到睡眠和觉醒状态下，脑电 图有显著不同。
1953年美国芝加哥大学生理教研室的Kleitman教 授和他的研究生Aserinsky第一次通过脑电、眼电 和肌电的记录发现了快速眼动睡眠(rapid eye movement sleep)。
REM
睡眠过程中两种时相互相交替 两种睡眠时相均可直接转为觉醒状态
典型a波
睡
a波变得不规则，出现q 波，睡眠梭形波
眠 各
a波消失，q波背景 上出现K复合波
期
的
在q波背景上出现d波
脑
波
50%以上出现高 幅d波
第三节 睡眠与觉醒的机制
睡眠与觉醒是中枢特定结构主 动活动的结果
大脑皮层的活动状态实际上是 由脑深部的少数神经元群控制 的。
从20世纪30年代开始，包括神经生理学、神经解剖学和神 经生化学的多学科就开始对睡眠和觉醒基本机制进行研究， 使人类对睡眠和觉醒有了一定的认识。在早期的研究中， 损伤和刺激是最常用来鉴定神经系统中产生和维持觉醒和 睡眠区域的基本方法，神经解剖学运用这些方法对动物睡 眠和觉醒机制进行了大量的研究，这些研究对于了解人类 睡眠和觉醒机制以及与人类脑损伤相关的睡眠紊乱和昏迷 提供了神经解剖基础。神经生理学通过记录脑内神经细胞 的电活动，确认可能产生睡眠或觉醒的细胞，明确了一些 睡眠-觉醒产生的细胞机制。
睡眠与觉醒的 脑机制
夜深了 你会。。。
与狼共舞？
与蝠遨游？
或者你会。。。
请小声。。。 嘘。。。
睡觉
你可能会这样入睡
你也可能会这样睡着
当然，你也可能这样。。。。
甚至。。。这样你也会睡着。。。
这样的话。。。
那你是否思考过：
睡眠是什么呢？ 为什么我们需要睡眠？ 睡眠又有什么作用？ 睡眠是怎样的一个机制呢？ 如果缺乏睡眠，又会怎样？ 觉醒又是一个什么样的状态，它的机制又是什么呢？
快速眼动睡眠( rapid eye movement sleep, REM睡眠）
“活跃的大脑，瘫痪的身体” 脑的氧耗较清醒状态
高，肌张力几乎丧失， 身体动弹不得
脑电波节律快，眼肌 和内耳肌活跃
心率和呼吸加速，但 变得不规则
躯体深部体温开始下 降
快速眼动，伴随做梦
睡眠周期
睡眠过程，脑反复循环于非REM睡眠相和REM睡眠相两种状态， 两者周期性地交替进行，大约90分钟为一个周期。
脑电波类型
δ（delta） 波 ：小于4Hz
θ （theta） 波： 4～8Hz
α（alpha）波 ： 8～13Hz
β（beta）波： 大于14Hz
第二节 睡眠时相和周期
睡眠时相
非快速眼动睡眠( non-rapid eye movement sleep, 非 REM睡眠）
快速眼动睡眠( rapid eye movement sleep, REM睡眠）