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
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。
基因组学如何解析睡眠与觉醒的分子机制
基因组学如何解析睡眠与觉醒的分子机制睡眠是生命的重要组成部分。
睡眠和觉醒之间的平衡和交替对身体的健康非常重要。
正常的睡眠可以很好地修复身体和大脑，保持良好的身体和精神状态。
然而，长期的失眠和睡眠紊乱会导致注意力不集中、认知能力下降、情绪不稳定等问题，严重影响生活质量。
睡眠的分子机制非常复杂，但是随着基因组学研究的深入，越来越多的发现揭示了睡眠和觉醒的分子机制和相互作用。
一、概述睡眠和觉醒是一种复杂的过程，涉及大脑内部多个区域的相互作用及其分子调控。
基因组学是研究睡眠和觉醒调控机制的重要手段之一。
在最近几年的研究中，许多基因被证明参与睡眠和觉醒的病理过程。
基因组学可以通过不同的方法，如基因芯片表达、转录组学、表观遗传学和功能遗传学等来解析睡眠和觉醒的分子机制。
二、基因芯片表达睡眠和觉醒的分子机制研究通常采用小鼠模型。
基因芯片表达是一种常用的方法来研究多基因表达情况下的网络调控。
通常将在不同睡眠状态下的小鼠大脑从芯片上切下RNA处理后，可以分析微组织体内基因的表达水平。
研究表明，大脑皮层、脑干和下丘脑是睡眠维持和调控与觉醒相关灵活性的关键区域。
通过基因芯片表达的研究，发现了大量与睡眠和觉醒相关的基因。
例如，Per、Cry等时钟基因参与了昼夜节律调控，Adora2a、Adrb1、Adrb2等参与了睡眠和觉醒的神经调节，mdt-15参与调控能量代谢等等。
三、转录组学睡眠和觉醒的分类可以通过转录组学研究分析相应的基因表达谱特征。
在睡眠和觉醒之间，存在复杂的基因表达模式的变化。
研究发现，睡眠和觉醒之间有很多途径可以调节基因表达。
在睡眠和觉醒的过程中，一些特定的基因具有时间点性的表达变化，如Per2基因的表达受昼夜节律调控，从而实现对脑电波谱图的调节和调整。
基因正常的转录和表达是睡眠机制的重要组成部分。
一些先天性基因的变异会导致睡眠紊乱。
如，夜视睡病(PN)患者中PER2基因的单核苷酸多态性(SNP)变异是自体隐藏性的。
【学习课件】第12章睡眠与觉醒
枕叶皮层
丘脑外侧膝状 体
脑桥
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概括起来说，慢波睡眠是相对安静的睡眠，而 快波睡眠则是相对活跃的睡眠；快波睡眠时脑 的活动增强，代谢率增加，植物性神经系统的 自主功能增强，但由于肌紧张减弱或消失，使 其“运动”功能丧失，而慢波睡眠一般呈现出 相反的状态。
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第二节
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一、巴甫洛夫的睡眠理论
1. 要点： 睡眠的本质是起源于大脑皮层广泛扩散的内抑制；
这种抑制在皮层中和皮层下脑结构扩散中存在一 定的时相，构成了从觉醒到完全睡眠的过渡；
梦是由于内外环境因素的影响，在普遍抑制的背 景上大脑皮层细胞群局部兴奋活动的结果。
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2、评价：
阐明了睡眠发展过程中脑的宏观生理机
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睡眠期相
一个成年人整夜睡眠过程的示pp例t课件
睡眠与觉醒时相的交13 替
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2、各期睡眠的时间分配：
慢波睡眠 1期 5％
2期 49％
3期 8％
4期 14％
快波睡眠
24％
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两种睡眠状态的周期性交替:
一夜中慢波睡眠与REM睡眠周期性交替4-6次,每一 周期约90-120min。 两次REM睡眠间的时间间隔渐短,但每次的REM睡眠 持续时间渐增加。 青年人,REM睡眠占总睡眠的20-25% 睡眠较深时期(时期3、4)主要在睡眠的前半段,较 浅的睡眠时期和REM睡眠主要在睡眠时间的后半, 故清晨人易醒来.
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觉醒与两种睡眠状态的关系
觉醒状态只能进入SWS；SWS或REM均 可直接觉醒。但REM自动觉醒可能性更
睡眠与觉醒的脑机制
“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
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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。
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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
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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 。
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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
失眠的神经生理学机制和认知治疗
失眠的神经生理学机制和认知治疗一、引言失眠作为一种常见的睡眠障碍，给人们的生活和工作带来了很大的困扰。
虽然我们在日常生活中可能经常听到关于失眠的抱怨，但这个问题却并非轻易可以解决。
对于失眠患者来说，神经生理学机制和认知治疗是两个关键的概念。
二、神经生理学机制1. 失眠与脑机制之间的联系神经科学研究发现，失眠与大脑内部调节睡眠-觉醒状态的神经回路有紧密联系。
典型的例子是苏醒系统和入睡系统之间的平衡问题。
苏醒系统主要包括下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴和LC/NE系统等，其功能是维持觉醒状态；而入睡系统主要包括松果体-褪黑素通路和BF/CRF等，目标是促进入睡。
研究表明，在失眠患者中觉醒系统较为活跃，导致难以入睡和保持睡眠状态。
同时，这些患者通常存在松果体褪黑素分泌的异常，这可能是导致失眠的重要神经生理学机制。
2. 神经化学物质与失眠神经传递物质在调节睡眠过程中起着重要作用。
例如，γ-氨基丁酸（GABA）是一种神经抑制性递质，对于入睡和维持睡眠有促进作用。
而谷氨酸在激发脑部活动中发挥重要作用。
不平衡的GABA和谷氨酸水平可能增加失眠的风险。
此外，多巴胺和去甲肾上腺素等神经递质也参与了情绪调节、注意力控制等方面，这些因素与失眠的发生密切相关。
这些研究成果揭示了失眠与神经生理学之间复杂而微妙的联系。
三、认知治疗1. 认知行为疗法的基本原理认知行为疗法（CBT）被广泛应用于失眠患者的治疗中。
它通过帮助患者改变消极、不良或错误的思维方式来改善其情绪和睡眠问题。
CBT的基本原理包括关注睡眠环境、建立规律的睡前习惯、控制电子产品使用等方面。
2. 认知疗法在失眠治疗中的应用认知疗法主要通过以下几个方面来改善失眠患者的睡眠问题：（1）睡眠教育：提供有关良好睡眠习惯和适当的觉醒时间等方面的知识，以帮助患者了解有关入睡和保持良好睡眠质量的基本原则。
（2）催眠术：通过放松技巧和正念练习等方法，改善患者入睡困难和夜间醒来问题。
逐渐提高自身入睡效果，培养健康的睡眠信心。
睡眠与觉醒的机制
睡眠与觉醒的机制赵天明190701046睡眠和觉醒是人一生中反复交替的二种生理状态，睡眠占据了人类生命中大约三分之一的时间，是人类生存的必要条件。
它受制于接近地球自转周期的“昼夜节律（circadianrhythm）”的影响，同时也受人类自身“生物钟（biologicalclock）”的调控。
自古以来人类就对睡眠的本质有过数不清的猜测和遐想，但直到目前睡眠和觉醒觉醒的机制（mechanismsofsleep-wakestates）仍然是困惑人类的一个基本课题。
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异相睡眠(paradoxicalsleep)即快速眼动睡眠(rapideyemovementsleep)，使人类对睡眠的认识由原来的单一过程改变为包含两个截然不同时相的双相过程，即慢波睡眠和异相睡眠，并且随后的研究发现引起异相睡眠神经机制与慢波睡眠也不同。
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，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。
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异相睡眠的特点
肌肉呈完全松弛状态，甚至肌肉电活动完全消失 睡眠深度比慢波四期更深，体温仍较低，对外部 刺激的感觉功能进一步降低，难以将睡眠者从此 期立即唤醒
脑电活动为极不规律的低幅快波，类似清醒期和 慢波睡眠一期的脑电变化。脑的温度、脑血流量、 脑耗氧量迅速增加 呼吸心率也时而突然加快，甚至一些支气管哮喘 病在此期睡眠中可突然发作哮喘；心脏病人也可 能发作心绞痛
无
从异相睡眠中唤醒后，80％以上的人声称正在做 梦，尚可陈述梦境的故事情节，形象生动以视觉 变幻为主
眼球快 速运动
出现眼球快速运动，约每分钟60次左右。眼电现 象显著加强，在桥脑、外侧膝状体和枕叶皮层中 可记录到周期性的高幅放电现象，称之为PGO波
（二）成人的睡眠－觉醒周期：
（二）成人的睡眠－觉醒周期：
已经睡熟，但尚 易叫醒
4期 50％以上为高幅 (深睡期) δ波
不但睡熟还难以 叫醒
梦魇或恶梦惊醒者多发生在慢 波睡眠第4期。梦醒后只能陈 述恐惧感，被追捕或掉入深渊 等危险境界，不能陈述梦境的 全部故事情节。
指标
肌张力 心率 呼吸 体温 脑温
慢波睡眠的特点
颈部肌肉和四肢肌肉张力逐渐降低， 心率和呼吸逐渐变慢，体温、脑温降 低，闭眼、缩瞳，脑血流量较清醒安 静时为多
猝倒：
发作时全身肌肉张力突 然消失，病人摔倒好像是 从清醒状态突然进入异相 睡眠阶段，持续几秒钟至 几分钟。 猝倒不同于发作性睡 病，一般不会自发地发作。 情绪波动是最常见的诱发 因素，生气、大笑或紧张 地完成某一动作如试图抓 住从身边飞过的物体等均 可引起猝倒。
异相睡眠中的常见障碍
入眠前幻觉：
内分泌 活动
脑下垂体分泌的生长激素和促肾上腺 皮质激素以及肾上腺分泌的肾上腺皮 质激素在慢波睡眠中比在白天清醒时 增多。
生长激素分泌迅速降低，性腺和肾上腺皮质分泌 活动增强。生殖器充血，分泌物增多或阴茎勃起、 遗精等
做梦
梦少。即使做梦，梦境平淡、生动性 弱，概念性和思维性较强。 梦魇或恶梦惊醒者多发生在慢波睡眠 第四期。此时睡梦者醒后只能陈述恐 惧感，被追捕或掉入深渊等危险境界 ，不能陈述梦境的全部故事情节。
夜尿症 病儿常在睡眠的慢波4期尿床。 梦游症 病儿在睡眠的慢波4期中,从床上起来进行一些
刻板动作，事后又回床继续睡眠，次日不能回忆出夜间 的异常行为.
夜惊症 病儿在睡眠的慢波4期出现惊叫、颤抖、手足
快速运动等极度恐怖表现，事后对这种体验不能回忆。
异相睡眠中的常见障碍
发作性睡病：
又称嗜睡症，主要 症状是在不应睡眠的工 作时间内，突然不可控 制地陷入睡眠状态，特 别是在单调或枯燥的环 境中更容易发作。 每次发作性睡眠持 续2—5分钟，醒来后觉 得精神很好。
在躺在床上刚入睡或早上即将醒来时，突然陷入 异相睡眠状态，体验到可怕的情景却呼叫不得也动不 得．因为肌肉张力完全消失。别人呼叫他的名字或轻 轻拉动他的身体，可使之立即摆脱此种幻觉状态。恢 复正常后还能描述幻觉内容与内心体验。
二、睡眠的功能与睡眠剥夺的实验研究
睡眠的功能：
1、睡眠的保护性作用
睡眠与觉醒的脑机制(二)
一、睡眠类型与睡眠周期 二、睡眠的功能与睡眠剥夺的实验研究 三、经典睡眠理论
四、对睡眠机制的现代认识
五、睡眠周期与生物节律 重点：
1. 2.
睡眠的脑中枢（脑干网状结构在睡眠和觉醒中的作用） 睡眠的神经化学机制
学习目标
重点：
1.
睡眠的脑中枢 睡眠的神经化学机制
1. 夜间睡眠8h的过程是：
开始为睡眠的潜伏期，接着进入SWS状态，迅速由第1期依次进入第4期 并持续一段时间。在入睡后的60—90 min内出现第一次REM睡眠； 之后，进入下一个SWS睡眠，从而形成了SWS—REM睡眠循环周期。 以后，平均每90min左右出现一次REM睡眠，每次REM睡眠的时间依次递 增。 整晚共有4个SWS-REM周期，每个周期持续时间将近2 h。
（出现于幼儿慢波睡眠第四期）： 夜尿症(Nocturnal enuresis) 梦游症(Somnabulism) 发作性睡病(Narcolepsy) 猝倒(Cataplexyors)
入眠前幻觉(Hypnagogic hallucination)
慢波睡眠睡眠中的常见障碍：
1期 低振幅，频率快 (入睡期) 慢混合，以4-7 次／s的θ波为 主。 2期 低振幅，在θ波 (浅睡期) 的背景上出现 13-16次／秒的 睡眠纺锤波，和 一些复合波。
3期 高振幅、在θ波 (中睡期) 背景上出现2050％的0.5-3次 ／秒δ波
已经入睡，并出 现酣声，但将被 试叫醒后却常自 称尚未睡着
2.
夜晚睡眠的时间分配是：
5％为慢波1期， 50％为慢波2期，10％为慢波3期，10％为慢波4期，25 ％为快波睡眠。
3.
决定睡眠质量的是：
在于慢波睡眠4期和快波睡眠所占总睡眠时间的比例。 因此，剥夺睡眠后， 恢复睡眠必须增加SWS 4期睡眠和REM睡眠来作为“补偿”。
（三）常见睡眠障碍
慢波睡眠的常见障碍
异相睡眠
(Paradoxical sleep)
快波睡眠 (Fast wave sleep，FWS) 快速眼动睡眠 (Rapid eye movement sleep，REM)
慢波睡眠的特点：
阶段 脑电波 外显行为
安静困倦开始进 入睡眠状态
内在生理变化
1、颈部肌肉和四肢肌肉张力 逐渐降低，
2、心率和呼吸逐渐变慢，体 温、脑温降低，闭眼、缩瞳， 脑血流量较清醒安静时为多， 3、生长激素和促肾上腺皮质 激素以及肾上腺分泌的肾上腺 皮质激素在慢波睡眠中比在白 天清醒时增多。 4、做梦极少。即使做梦梦境 也平淡、生动性弱，概念性和 思维性较强。
（脑干网状结构在睡眠和觉醒中的作用）
2.
了解：
1.
睡眠类型
2.
3.
睡眠周期
睡眠的功能
一、睡眠类型与睡眠周期
（一）睡眠的类型：
慢波睡眠
(Slow wave sleep，SWS)
脑电活动的变化与行为变化相平行。
脑电波呈现同步化慢波的时相 。 脑电活动的变化与行为变化相分离。
脑电波呈现去同步化快波的时相 。