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1、关于睡眠与觉醒神经生物学第一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月高等脊椎高等脊椎动物中普遍存在的一种物中普遍存在的一种对环境没有反境没有反应的的,有感知有感知的可逆性行的可逆性行为状状态，一种生理和行，一种生理和行为过程非常复程非常复杂的复合状的复合状态。睡眠睡眠对我我们的生命与的生命与摄食和呼吸一食和呼吸一样重要，人一生重要，人一生约有三分之一有三分之一的的时间处于睡眠于睡眠,其中四分之一的睡眠其中四分之一的睡眠时间处于活于活跃做梦的状做梦的状态。长期剥期剥夺睡眠能睡眠能毁灭性的破坏机体的正常功能。性的破坏机体的正常功能。不同于昏迷不同于昏迷:睡眠是生理性的睡眠是生理性的,可循可循环的
2、的,可逆性的。可逆性的。睡眠定义睡眠定义第二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月1.1.运运动能能动性降低；性降低；2.2.对刺激的反刺激的反应减小；减小；3.3.刻板的姿刻板的姿态（例：人（例：人类的的闭眼躺卧）；眼躺卧）；4.4.比比较容易逆容易逆转；睡眠在行为学上判定标准：睡眠在行为学上判定标准：第三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月脑的电活动脑的电活动:皮层诱发电位（皮层诱发电位（evoked cortical potentialevoked cortical potential）：感感觉传入系入系统受刺激受刺激时，在皮，在皮层上某一局限区域引出的上某一局限区域引出的形式
3、形式较为固定的固定的电位位变化化自发脑电活动（自发脑电活动（spontaneous electric activity spontaneous electric activity of the brainof the brain）：在无明在无明显刺激情况下，大刺激情况下，大脑皮皮层经常自常自发地地产生的生的节律律性性电位位变化化第四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月皮层诱发电位皮层诱发电位基本波形基本波形：主反应主反应：先正后先正后负的的电位位变化化后发放：后发放：一系列正一系列正相的周期性相的周期性电位波位波动.+第五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月脑电图（脑电图（elec
4、troencephalogramelectroencephalogram，EEGEEG）概念概念：在在头皮上皮上记录的持的持续的、的、节律的自律的自发脑电活活动的的图形形第六张，PPT共三十五页，创作于2022年6月脑电波形成的机制脑电波形成的机制皮皮层表面的表面的电位位变化：大量神化：大量神经元同元同步步发生突触后生突触后电位（位（EPSP、IPSP）而而产生生动作作电位是位是脑内唯一可以快速内唯一可以快速远距离距离传递的信号的信号,神神经元相互元相互结合成合成电网网络，同同时也可按某种也可按某种节律同步放律同步放电,群群电活活动可以通可以通过表面或深部表面或深部电极加以极加以记录第七张，P
5、PT共三十五页，创作于2022年6月脑电波划分频率波段脑电波划分频率波段定义：单位时间定义：单位时间(秒秒)内波内波的个数的个数单位单位:赫兹赫兹(Herz,Hz)(Herz,Hz)EEGEEG频率的分类频率的分类 波波:7-13 Hz:7-13 Hz 波波:14-30 Hz:14-30 Hz 波波:4-7 Hz:4-7 Hz 波波:0.5-3 Hz:0.5-3 Hz第八张，PPT共三十五页，创作于2022年6月种类频率(Hz)波幅(uV)主导时期BetaBeta14-3014-302-202-20思维活动思维活动AlphaAlpha8-138-1320-6020-60清醒、放松清醒、放松Th
6、etaTheta4-74-720-10020-100儿童的支配频率，在成儿童的支配频率，在成人随困倦和注意而增加人随困倦和注意而增加DeltaDelta0.5-30.5-320-20020-200深睡，婴儿支配频率深睡，婴儿支配频率频率与波幅第九张，PPT共三十五页，创作于2022年6月EEGEEG：1.1.慢波睡眠（慢波睡眠（slow wave sleep，SWS）或正相睡眠）或正相睡眠（orthodox sleep）2.2.快波睡眠（快波睡眠（fast wave sleep，FWS）或异相睡眠）或异相睡眠（paradoxical sleep，PS）眼动电图眼动电图：1.1.非快眼非快眼动睡
7、眠睡眠(Non-rapid eye movement sleep，Non-REM)睡眠一期（睡眠一期（stage 1）睡眠二期（睡眠二期（stage 2）睡眠三期（睡眠三期（stage 3）睡眠四期（睡眠四期（stage 4）2.2.快眼快眼动睡眠睡眠(Rapid eye movement sleep，REM)睡眠的两个时相：睡眠的两个时相：第十张，PPT共三十五页，创作于2022年6月从从non-REM 睡眠的第一期睡眠的第一期开始开始,逐步逐步进展展(1期、期、2期、期、3期、期、4期期)到第四期到第四期,该过程程可被偶而出可被偶而出现的身体运的身体运动及部分及部分觉醒打断醒打断.70-8
8、0分分钟后后,一般短一般短暂地回地回到第三期或第二期到第三期或第二期),由此由此进入第一个持入第一个持续约5-10分分钟的的REM睡眠期睡眠期.人人类从从non-REM睡眠开始睡眠开始到第一个到第一个REM睡眠睡眠结束的束的周期周期约90-110分分钟睡眠周期循环：第十一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月随着睡眠的随着睡眠的进程，程，non-REM睡眠的睡眠的时程普遍程普遍缩短短(特特别是是3期和期和4期）期）REM睡眠延睡眠延长.一夜的一夜的REM睡眠有一半睡眠有一半发生在最后三分生在最后三分之一的睡眠之一的睡眠时间.REM睡眠期最睡眠期最长可持可持续30-50分分钟.健康成年人睡眠
9、健康成年人睡眠总时间75%为non-REM睡眠睡眠 25%为REM睡眠睡眠睡眠周期循环：循环特点：第十二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月非快速眼动睡眠表现非快速眼动睡眠表现表表现一：一：在此期在此期间可可发生梦游和梦生梦游和梦话，生理激，生理激发减少，此期减少，此期间分泌分泌生生长激素激素,这即是青春期睡眠很多的原故，即是青春期睡眠很多的原故，75-80%的睡眠的睡眠时间是是non-REM sleep表表现二：二：神神经活活动降低，代降低，代谢率及大率及大脑温度降至最低，交感活温度降至最低，交感活动减少减少,心率、心率、血血压下降，付交感活下降，付交感活动增增强,并占主并占主导地位（
10、如瞳孔收地位（如瞳孔收缩,肌肌张力及反射完整）力及反射完整）休闲的脑休闲的脑,可动的躯体可动的躯体表表现三：三：脑电波波节率慢率慢,振幅大振幅大,提示皮提示皮层神神经元振元振荡的同步性的同步性较高高,大部分感大部分感觉输入不入不到达皮到达皮层，被，被唤醒后醒后,通常回通常回忆不起有不起有过任何思任何思维活活动,或或仅回回忆起非常模糊的思起非常模糊的思维，详细的的,有情有情节的梦很少出的梦很少出现第十三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月快眼动睡眠快眼动睡眠（REM SleepREM Sleep）：表现一：表现一：人类人类 REM REM 睡眠睡眠9090分钟一个周期分钟一个周期,每个每个
11、REMREM周期比上个周期要长一些周期比上个周期要长一些.快速眼球运动出现快速眼球运动出现生动的梦或恶梦，身体是生动的梦或恶梦，身体是“麻痹的麻痹的.”.”活跃活跃的脑的脑,瘫痪的躯体瘫痪的躯体表现二：表现二：脑的氧耗高于清醒状态，骨骼肌张力近乎完全丧失，躯脑的氧耗高于清醒状态，骨骼肌张力近乎完全丧失，躯体的大部分实际上不能动弹体的大部分实际上不能动弹表现三：表现三：呼吸肌继续工作呼吸肌继续工作,但很微弱但很微弱.眼肌和内耳肌则非常活跃眼肌和内耳肌则非常活跃,眼眼睑闭合睑闭合,眼球时而来回运动眼球时而来回运动,予示着生动的梦予示着生动的梦,在眼动和眼动后被唤在眼动和眼动后被唤醒的人醒的人90-
12、9590-95报告做了梦报告做了梦表现四：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,但不但不规则规则,内稳态功能减弱内稳态功能减弱,呼吸与血中呼吸与血中COCO2 2浓度的关联减弱浓度的关联减弱.体温控制系体温控制系统基本放弃统基本放弃,深部体温开始下降深部体温开始下降第十四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月非快眼动睡眠和快眼动睡眠生理表现比较非快眼动睡眠快眼动睡眠心率规则，血压平稳 心率不平稳呼吸频率慢而有规律呼吸频率不平稳呼吸道阻力增加-血液中CO2分压增加-体温和脑温降低主动体温调节功能消失，脑温升高脑组织血流量、氧
13、耗量、葡萄糖耗量降低脑组织血流量、氧耗量、葡萄糖耗量增加-肢体远端的肌肉和面部肌肉短暂抽动，肌张力消失性激素分泌高峰，生长激素分泌增加-第十五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月睡眠和觉醒状态的神经机制睡眠和觉醒状态的神经机制p觉醒与睡眠的形成是两个系醒与睡眠的形成是两个系统作用作用:l觉醒觉醒非特异上行激活系非特异上行激活系统l睡眠睡眠下丘下丘脑视前区腹外前区腹外侧部（部（VLPO）（）（NREM)；桥脑头端被盖外端被盖外侧区区(REM)p两个系两个系统互相作用，互相制互相作用，互相制约；p觉醒与睡眠都是主醒与睡眠都是主动过程；程；第十六张，PPT共三十五页，创作于2022年6月上行激
14、活系统：上行激活系统：特异性投射系统：特异性投射系统：p特定的感特定的感觉（例如躯体感（例如躯体感觉）通）通过三三级神神经元到达皮元到达皮层，产生某生某种特定的感种特定的感觉，p特异性特异性传入系入系统的功能是引起特定的感的功能是引起特定的感觉，并激，并激发大大脑皮皮层传出冲出冲动。非特异性投射系统：非特异性投射系统：p特异性投射系特异性投射系统第二第二级神神经元的元的纤维在通在通过脑干干时，发出出侧支与支与脑干中的神干中的神经元元发生生联系系p失去了失去了专一的感一的感觉性性质及定位特征。功能是及定位特征。功能是维持和改持和改变大大脑皮皮层的的兴奋状状态，但不能，但不能产生特定的感生特定的感
15、觉。第十七张，PPT共三十五页，创作于2022年6月第十八张，PPT共三十五页，创作于2022年6月特异性投射系统特异性投射系统非特异性投射系统非特异性投射系统中继核中继核感觉接替核（主）感觉接替核（主）联络核（次）联络核（次）中缝核群（髓板内核群）中缝核群（髓板内核群）传导路径传导路径固有特异固有特异无特异无特异换元次数换元次数3-53-5次次5 5次以上次以上投射特点投射特点点对点点对点弥散广泛（大脑皮层各层）弥散广泛（大脑皮层各层）突触类型突触类型轴体型轴体型轴树型轴树型功能功能产生特异性感觉产生特异性感觉提高大脑皮层兴奋性提高大脑皮层兴奋性第十九张，PPT共三十五页，创作于2022年6
16、月第二十张，PPT共三十五页，创作于2022年6月上行激活系统被盖背外侧核和脚桥被盖核氨基能的核团结节乳头核腹外侧视前核中缝核蓝斑核谷氨酸组成的弥散的多突触通路觉醒有关的神经递质：觉醒有关的神经递质：上行激活系统蓝斑核胆碱能组成的弥散的多突触通路脚桥被盖核 中缝核 结节乳头体核 腹外侧视前区 丘脑 第二十一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月与觉醒有关的神经递质与觉醒有关的神经递质1.乙乙酰胆碱胆碱2.多巴胺多巴胺3.去甲去甲肾上腺素上腺素4.五五羟色胺色胺5.组胺胺6.增食增食肽非特异上行激活系非特异上行激活系统广泛投射大广泛投射大脑皮皮层觉醒觉醒第二十二张，PPT共三十五页，创作于2
17、022年6月下丘脑外侧区外侧视前核；视上核；外侧核；结节乳头核；结节核。下丘脑内侧区内侧视前核；下丘脑前核；交叉上核；室旁核；背内侧核；腹内侧核；弓状核或称漏斗核；下丘脑后核；乳头体包含大的内侧乳头体核，中间乳头体核与外侧乳头体核前部：前部：视前区前区（VLPO）视上区上区中部：中部：结节区区后部：乳后部：乳头体区体区下丘下丘脑是是间脑的的组成部分，是成部分，是调节内内脏及内分泌活及内分泌活动的中枢。下丘的中枢。下丘脑自前自前向后可分三部或向后可分三部或4区区第二十三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月p腹外腹外侧视前区前区（VLPO）细胞广泛胞广泛地向地向组成上行激活通成上行激活通路的
18、丘路的丘脑和和脑干干细胞胞发送信息。送信息。pVLPO神神经元含有神元含有神经递质促生促生长激素神激素神经肽（Gal）和）和GABA，它它们在人体入睡在人体入睡时会首会首先被激活。先被激活。VLPO(GABA,Gal)第二十四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月去甲去甲肾上腺素上腺素和和5-HT等都等都能抑制能抑制VLPO神神经元的活性元的活性VLPO神神经元元在人体入睡后在人体入睡后抑制抑制觉醒神醒神经,同同时反反过来也来也会受到会受到这些些细胞的抑制胞的抑制 第二十五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月睡眠调节l睡眠稳态调节睡眠稳态调节:稳态调节系系统会在人体会在人体觉醒醒时间
19、过长时不断不断积累信号，从而提醒我累信号，从而提醒我们该睡睡觉了；而在了；而在睡眠睡眠过程中程中则不断减少不断减少这些信号。些信号。l昼夜节律调节：昼夜节律调节：通通过睡眠与睡眠与觉醒醒阈值的波的波动来来调节睡眠与睡眠与觉醒在昼夜之醒在昼夜之间的分布。的分布。l变构调节模式：变构调节模式：睡眠模式和睡眠的昼夜睡眠模式和睡眠的昼夜节律都律都会随着外部条件（比如食物和会随着外部条件（比如食物和环境温度等）的改境温度等）的改变而改而改变的。同的。同样，如果外部条件要求，如果外部条件要求动物做出物做出紧急反急反应，那么睡眠的，那么睡眠的稳态调节和昼夜和昼夜节律性律性调节机制都可以被机制都可以被暂时压制
20、。制。第二十六张，PPT共三十五页，创作于2022年6月p我我们现在在对这种睡眠种睡眠稳态调节的具体作用的具体作用机制机制还不清楚，比如不清楚，比如VLPO神神经元系元系统，它，它们在人体缺在人体缺觉时的活性并不会升高，即没有的活性并不会升高，即没有积累累“催促催促”人体入睡的信号，直至我人体入睡的信号，直至我们入睡入睡为止。止。p我我们入睡之后入睡之后这些些细胞的活性胞的活性马上升高，速度上升高，速度比正常情况下大比正常情况下大2倍，倍，说明明这些些细胞胞实际上上还是受到了睡眠是受到了睡眠稳态调节系系统的影响。的影响。睡眠稳态调节第二十七张，PPT共三十五页，创作于2022年6月腺苷（腺苷（
21、AdenosineAdenosine）p被被认为是是“催促催促”人体入睡的信号分子。人体入睡的信号分子。p在我在我们长期不睡期不睡觉的的时候，大候，大脑里能量供里能量供应系系统的活性就会下降，人体的活性就会下降，人体储备的糖原也会耗尽，的糖原也会耗尽，ATP含量随之降低。含量随之降低。pATP会降解成会降解成ADP和和AMP，最，最终变成腺苷，于是大成腺苷，于是大脑中中细胞外腺苷的水平就会升高。胞外腺苷的水平就会升高。p在在试验大鼠大鼠脑内内临近近VLPO细胞的部位注入腺苷或胞的部位注入腺苷或腺苷腺苷A2a受体激受体激动剂都会都会导致致实验动物入睡。物入睡。睡眠稳态调节促睡眠物质积累促睡眠物质
22、积累:第二十八张，PPT共三十五页，创作于2022年6月前列腺素前列腺素D2D2（PGD2PGD2）:p是目前已知的重要内源性促眠物是目前已知的重要内源性促眠物资p由前列腺素由前列腺素H2在前列腺素在前列腺素D合成合成酶的作用下形的作用下形成，抑制前列腺素成，抑制前列腺素D合成合成酶可以可以导致睡眠减少致睡眠减少pPGD2在在脑脊液中的脊液中的浓度呈日度呈日节律律变化，与睡化，与睡眠眠-觉醒周期一致，并可以随剥醒周期一致，并可以随剥夺睡眠的睡眠的时间延延长而增高而增高pPGD2可以通可以通过影响腺苷的影响腺苷的释放而促放而促进睡眠睡眠睡眠稳态调节促睡眠物质积累促睡眠物质积累:第二十九张，PPT
23、共三十五页，创作于2022年6月p生生长激素：增加激素：增加NREMp细胞因子：胞因子：IL-1，干，干扰素，素，肿瘤坏死因子，增加瘤坏死因子，增加NREMp促眠因子：促眠因子：l促眠毒素（促眠毒素（hypnotoxin):从剥从剥夺睡眠睡眠150-293h的狗的狗脑积液中液中提取的一种内源性促眠因子提取的一种内源性促眠因子lS因子（因子（s factor)：从剥：从剥夺睡眠的山羊睡眠的山羊脑积液中提取的一种液中提取的一种内源性促眠因子，注入大鼠，大鼠入眠内源性促眠因子，注入大鼠，大鼠入眠l促眠促眠肽（sleep inducing peptide):从刺激家兔丘从刺激家兔丘脑髓板内髓板内核群而
24、致眠的家兔静脉血中提取，可促核群而致眠的家兔静脉血中提取，可促进NREM睡眠并使睡眠并使脑电图出出现波波睡眠稳态调节促睡眠物质积累促睡眠物质积累:第三十张，PPT共三十五页，创作于2022年6月睡眠遵循昼夜节律人人类睡眠睡眠-觉醒周期在完全隔醒周期在完全隔绝光光声等外界声等外界环境因子的情况下依然存在境因子的情况下依然存在,只是只是趋于延于延长(约25小小时),而且其行而且其行为状状态可与其它生理可与其它生理节律的周期律的周期发生分离生分离(例例:睡眠睡眠-觉醒周期不断延醒周期不断延长,而直而直肠温度仍温度仍维持固定的持固定的时间节律律)这种自由运种自由运转周期周期(free running
25、period)的存在的存在,表明睡眠表明睡眠-觉醒醒节律是独立于自然界律是独立于自然界的昼夜交替而自我的昼夜交替而自我维持的持的,和其它生理和其它生理节律之律之间也是相互独立的也是相互独立的,这些些节律各自律各自受机体内部不同振受机体内部不同振荡机制的机制的调控控.这些内源性的振些内源性的振荡机制被形象地称机制被形象地称为生物生物钟(biological clock)正常正常环境下境下,睡眠睡眠-觉醒醒节律受所律受所谓时间节拍拍(Zeitgebers)等外部等外部时间信号的校正信号的校正,如受如受太阳光照的明太阳光照的明-暗周期暗周期调节,使使该节律适律适应环境，和昼夜境，和昼夜节律同步律同步
26、,周期周期变为24小小时整整.第三十一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月视交叉上核神交叉上核神经核核团（SCN）是我）是我们大大脑中的主控中的主控时钟（master clock）。）。SCN细胞具有胞具有24小小时周期性的活化特征，将周期性的活化特征，将这些些细胞从大胞从大脑中分离出来，中分离出来，该调控机制同控机制同样有效。有效。动物缺乏物缺乏SCN细胞，又缺乏外界的胞，又缺乏外界的时间信息，它信息，它们就会失去就会失去对包括包括睡眠在内的各种日常行睡眠在内的各种日常行为、活、活动以及生理以及生理过程的昼夜程的昼夜调控能力。控能力。在正常情况下，在正常情况下，SCN细胞会在白天根据胞
27、会在白天根据视网膜的光网膜的光线信号信号进行重置，也行重置，也会在夜会在夜间根据松果体（根据松果体（pineal gland）分泌褪黑激素（）分泌褪黑激素（melatonin）的情况的情况进行重置。就行重置。就这样，大，大脑内部的内部的时钟与外部的昼夜与外部的昼夜节律律联系起来系起来了。了。昼夜节律调节昼夜节律调节昼夜节律调节昼夜节律调节第三十二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月光光线籍着籍着视网膜网膜-下丘下丘脑束束(光光线经视网膜网膜传递到到视交叉上交叉上核的通路核的通路)产生生节律律驱动驱动分子钟：分子钟：关键部件关键部件：分子基因和分子蛋白分子基因和分子蛋白目前包括目前包括：C
28、LOCK、BMAL1、Per1、Per2、Per3、Cry1、Cry2、Rev-Erba特特 点点：除除CLOCK外，表达呈外，表达呈现节律性律性变化化昼夜节律调节昼夜节律调节第三十三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月节律起博器（律起博器（circadian pacemaker)：节律起博器律起博器神神经元的定元的定时能被重能被重调(重新重新设置置).如如:时差差综合症合症,需要需要夜夜间工作工作,白天生活人群白天生活人群,其其节律起博器神律起博器神经元的定元的定时都被重新都被重新调整。伴随重新整。伴随重新调整会有不适感整会有不适感觉出出现，因，因为除了睡眠除了睡眠-觉醒周期，醒周期，许多生理机构因多生理机构因昼夜昼夜节律受影响而需要律受影响而需要进行行调节昼夜节律调节昼夜节律调节第三十四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月感谢大家观看第三十五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月