睡眠和觉醒的课件

睡眠和觉醒的 生理学机制 生理教研室 朱涵 Before we start n动作电位是脑内唯一可以快速远距离传 递的信号 n神经元相互结合成神经网络，同时也可 按某种节律同步放电 n群电活动可以通过表面或深部电极加以 记录 Brain is Electric n脑内的电信号有 n膜电位 n动作电位 n突触后电位 nAnd a lot more 脑使用电信号的优势 n电信号的时间精度(temporal accuracy)远 超化学信号 n有可能进行多点(multi-site)的实时(real- time)记录 n有可能进行无创(non-invasive)检测 n适合进行高级分析 n我们一生中1/3的时间将在睡眠中度过 n吃饭和娱乐也会占据另外的1/3时间 n在剩余1/3的生命中 n童年和各种教育占据1/3 n老年时期占据另外1/3 n因此，只有大约1/9的生命，大约不足10年 时间，可以用于有效的工作 Before we start n睡眠的大部分时间都被浅睡或梦境占据 n通常在整个夜晚，真正的深睡眠时间很 少 因此 我们有必要了解下述两类过程 n睡眠和觉醒 n梦与非梦 本章内容本章内容 n脑电波 n睡眠的时相及其特点 n觉醒和睡眠的神经机制 n睡眠的功能 n睡眠觉醒关系失调 第一节 脑 电 图 脑的电活动 n自发脑电波 : 无 外来刺激皮层经常具有的 持续的节律性电位变化 n皮层诱发电位 受到某种刺激后在皮层某一 局限部位产生的电位变化 脑电图 (Electroencephalogram, EEG) nEEG简介 nEEG的记录 nEEG在基础和临床医学中的应用 EEG简介 nEEG的定义 n通过放置在头皮表面的多个电极 所记录到的一组场电位（脑电活动 ） EEG的历史 nRichard Caton, 利物浦内科医生 n将电极直接放在暴露的动物脑表面，发现 存在电信号，发表于1875年 n1887年, Caton通过干扰落在动物眼中的光 线，检测到脑电的负向波动 Dr. Hans Berger History of EEG nDr. Hans Berger, 奥地利精神病学家 n首次记录人体脑电 n二十世纪20年代早期，利用移动感光纸和 闪动光点记录脑电，发现每秒10次的常规 波动 n由于这是他第一个从人类EEG中分离出来 的波，他将此波动命名为波 History of EEG nDr. Hans Berger n二十世纪30年代，首先命名了波和波 n第一个采用EEG作为脑电图的缩写名称 n提出波幅度小于波 n指出波与集中注意力和惊跳反应有关 Electroencephalography History of EEG nDr. Hans Berger n1931年，发现波在睡眠、全身麻醉、使用可卡 因等情况下消失 n发现脑损伤造成颅内高压的患者波幅度减低 n发现癫痫患者的高幅脑电波 n发现Alzheimers病和多发性硬化患者存在EEG改 变 History of EEG nDr. Hans Berger n发现癫痫病人在发作后脑波几乎变平； 波随着意识的恢复而恢复 n脑波在出生两月后才出现，与脑内神经元 髓鞘化的过程一致 EEG的本质 n动作电位、兴奋性突 触后电位、抑制性突 触后电位等电位活动 的总和已知部分 n群体神经元的同步放 电 EEG的本质 EEG的记录 n参考电极 n单极与双极记录 n遥控EEG记录 n24小时跟踪 EEG与基础医学研究 EEG与基础研究 nEEG与运动功能 n成人: 无肯定的关系 n儿童: 脑电高频者 fast reaction time较短 nEEG与情绪 n正性情绪时左侧额叶EEG活动增加 n负性情绪时右侧额叶EEG活动增加 EEG与基础研究 nEEG与IQ n没有肯定的关系 nEEG与感觉 n听阈在波较强时比其它时候更低(听觉更敏 锐) n刺激复杂性增加时波抑制增加 EEG与基础研究 nEEG与感觉 n听觉辨别任务难度增加时波抑制增加 nEEG与注意 n当任务不要求注意环境时, (例如心算)比要 求注意环境时顶叶波增加 EEG的临床应用 n癫痫 n由于神经元混沌式活动导致的惊厥 n睡眠障碍 n脑肿瘤 EEG的参数：频率 n定义：单位时间(秒)内波的个数 n单位: 赫兹(Herz, Hz) nEEG频率的分类 n波: 8-13 Hz n波: 14-30 Hz n波: 4-7 Hz n波: 0.5-3 Hz EEG的参数：波幅 EEG的参数：波形 n正常波形 总结：自发脑电波 EEG分类 n波 n 正常人安静，清醒，闭目状态下出现;枕叶，顶叶最显著 ; 低频高幅 ;表示皮层细胞处于静息状态 阻断：睁眼，思考，接受刺激时可转变为波 n波： n正常人睁眼，接受刺激时可出现 ;额叶，顶叶最显著 ;高频低 幅 ;表示皮层处于兴奋 n波:困倦，入睡出现 n波：睡眠，深度麻醉，缺氧可出现 种类频率(Hz)波幅(V) 时期 Alpha8-1320-100成人清醒、安静、闭闭眼 Beta14-305-20成人活动时动时 Theta4-7100-150少年正常脑电脑电 ，或成人 困倦时时 Delta0.5-320-200婴婴幼儿正常脑电脑电 ，或成 人熟睡时时 EEG分类 n波是处于安静状态下主要的脑电活动，波 是紧张活动下的主要表现，其他两种是睡眠 状态下主要电活动的表现。 n同步化：大脑皮层神经元活动趋于一致 ，出现低频高幅波形，表示大脑皮层抑 制过程加强。 n去同步化：各神经元活动不一致，出现 高频低幅波形，表示皮层兴奋过程加强 。 第二节 睡眠的时相及其特点 一.两种睡眠时相 n慢波睡眠（SWS） n快波睡眠（FWS），也称为 异相睡眠（Paradoxical Sleep ） (一)慢波睡眠：同步化脑电波 n1期：低幅电波，频率快慢混合 n2期(浅睡期)：低幅电波 ,出现梭形睡眠 波和一些复合波 n3期(中睡期)：短暂的高振幅 , 波 n4期(深睡期 )：大量的波 BACK (二)快波睡眠：去同步化脑电波 n脑电类似清醒状态的去同步化波 ,也叫 异相睡眠 n也叫快动眼睡眠（REM），出现眼球的 快速运动 nPGO波 n做梦 二.睡眠时相的生理功能变化 n慢波睡眠 : 1.肌肉张力逐渐降低， 2感觉机能暂时减退， 3交感神经兴奋性降低，副交感兴奋性升 高 4可有GH分泌的增多。 5做梦少见，多为噩梦。 特征：休闲的脑和可动的躯 体 快波睡眠 1.感觉机能进一步减退， 2.肌张力进一步降低， 3.眼球快速运动，。 4.不规则的阵发性呼吸加快，心率加快，血 压升高，脑血管扩张 5.皮肤温度降低，脑温度升高到觉醒水平 6.PGO波出现：脑桥-膝状体-松果体周期性的 高振幅放电。 7.做梦是重要特征 特征：活跃的脑和麻痹的躯体 三种功能状态的比较 觉醒 N-REM REM EEG 低电压,快节律 高电压,慢节律 低电压,快节律 感觉 形象,来自外部 迟钝或缺乏 形象,来自内部 思维 有逻辑,进展性 有逻辑,重复性 形象;无逻辑,离奇 运动 持续,随意 偶尔,不随意 肌瘫痪,脑发出运 动指令,但不被 执行 眼球 时常 极少 常常 运动 三.两种睡眠状态和梦 nREM睡眠中的梦通常具有视觉梦幻的特 色 nSWS睡眠中的梦多是思维类型 n做梦的意义 lREM期间唤醒，74%-95%正在做梦； SWS期间唤醒，0%-51%做梦。 lREM睡眠时梦是清晰的。慢波睡眠时也有梦， 但梦不易回忆，梦中的形象也是模糊的，情 绪也少。 lREM强度与梦的内容有关，多变化的梦较平静 的梦与REM的频度有关。 -快速眼动和呼吸、循环的变化可能与梦境有关 -肌张力和反射活动的极度减弱：无法动弹和叫 喊 n梦与生理睡眠 梦与REM睡眠有关的事实的确立,改变了过去 的关于梦的观点: 过去: 梦少,且从受试者对梦的回忆来判断是否有梦 现代：生理学研究表明, 每个人夜间睡眠中(每 次的REM睡眠)都可能有梦.但随着REM睡眠转入慢 波睡眠后的时间越长,回忆出梦的可能性越少. l梦的意义（2种看法）： 使意识或潜意识愿望在幻想世界中得到满 足 梦是人体的一种基本体力恢复过程的副产 物，本身没有什么意义 四.睡眠-觉醒周期 n睡眠周期 成人8小时的睡眠一般包括四个周期的交替，每个周 期8090分钟，其中包括异相睡眠2030分钟，每个 周期中的异相睡眠时间逐渐变长 n 睡眠时相分配 50%慢波2期，25%异相睡眠，10%慢波3期，10%慢 波4期，5%慢波1期。 n睡眠中SWS和REM的关系 REM（%）=SWS（%）16/3.2 n整夜中睡眠EEG各阶段的持续时间及其转化规 律 n睡眠开始后，EEG变化为时期1234，即随着睡眠加深， EEG频率、振幅、波，约需30 45 min 。 n然后以相反顺序返回(4321 )，此时的阶段1是首次开 始出现的快速眼动睡眠(REM)，该时相持续10 20 min,再 顺序进入时期4 。 n入睡时的时期1及全部2，3，4均为慢波睡眠 n除入睡的时期1外，其余的阶段1均为快速眼动睡眠 n两种睡眠状态的周期性交替: 1. 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。 2. 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。 3. 青年人,REM睡眠占总睡眠的20-25% 4. 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. 睡眠各期的循环 觉醒状态只能进入SWS；SWS或REM均可 直接觉醒。但REM自动觉醒可能性更大 (似乎是最浅的睡眠)；REM期环境刺激 唤醒阈显著提高(此角度又是最深的睡 眠)。 觉醒与两种睡眠状态的关系（图） 蓝斑 NE 皮质下或 皮质内 ACh 黑质纹状体 多巴胺 觉醒 慢波睡眠 异相睡眠 脑电觉醒行为觉醒 五.睡眠的年龄特征 n总时间 不同 n脑电图 不同 n睡眠-觉醒周期也不同 第三节 觉醒和睡眠的神经机制 一.巴甫洛夫的经典睡眠理论 n睡眠的本质是大脑皮层起源的广泛的内 抑制 n这样的抑制扩散到皮层下结构的过程， 也就是觉醒到完全睡眠的转变过程 n梦是内外环境刺激引起的皮层细胞局部 的兴奋活动 二.维持觉醒的神经机制 n脑干网状结构上行激活系统 n该激活系统是ACh为递质的 n蓝斑的去甲肾上腺素系统也参与调控脑 电觉醒， n而黑质-多巴胺系统维持行为觉醒 三.睡眠的神经机制 n脑干的睡眠诱导区: 主要位于脑桥中央和延髓尾侧之间的一些区域，包括中 缝核，孤束核，蓝斑，网状结构背侧的一些神经元, 构成网状结构上行抑制系统. n睡眠和神经递质 去甲（NE），5-羟色胺（5-HT），乙酰胆碱（ACH），多巴胺（DA ） n视交叉上核在昼夜节律转换中的生物钟作 用 影响着睡眠和觉醒的周期，主要作用于觉醒和慢波睡眠的节律关 系 。 蓝斑 NE 皮质下或 皮质内 ACh 黑质纹状体 多巴胺 觉醒 慢波睡眠 异相睡眠 脑电觉醒行为觉醒 觉醒与睡眠相关递质 觉醒 脑电 行为 脑电 行为 ACh神经元 蓝 斑 中缝 核黑质 慢波睡眠 快波睡眠 ACh NE DA 5-HT 抑制肌紧张 眼球快速运动 PGO波 REM (触发) （执行） 觉醒睡眠与神经递质的关系 兴奋 抑制 睡眠/觉醒与中枢主动活动-VI 视交叉上核：昼夜节律的生物钟 明暗变化可将近日节律变成日节律 损毁下丘脑可消除日节律 切断视束或视交叉尾侧，光照仍可继续导致 睡眠/觉醒周期 提示存在视网膜下丘脑直接通路（视网膜下丘脑束 ） 基本生物钟位于下丘脑视交叉上核 接受视网膜直接输入和中缝核纤维投射 损毁可取消内源性行为和激素分泌的昼夜节律 日节律 第四节 睡眠的功能 一.睡眠剥夺对身心行为的影响 可以分为全睡眠剥夺，部分睡眠剥夺，选择性 睡眠剥夺 n心理活动障碍 焦虑，易怒，不友好，注意力分散，记忆力降低 等 n生理活动障碍 肌张力降低，体温下降，短期剥夺可以出现CNS兴奋 性增高，心率血压呼吸改变。 n睡眠异常 连续剥夺睡眠几天后,REM增加，同时SWS4也增加 ,PGO波异常 二.睡眠的功能 n睡眠的保护性作用 1.适应生存 2.消除疲劳，保存能量 n促进某些激素分泌 :GH,PRL,LH n促进脑的发育的作用 n对记忆的作用 1.慢波睡眠： 有利于促进生长、能量贮存和体力恢复 2. REM睡眠： 促进儿童神经系统(特别是脑)的发育; 促进学习记忆; 促进精力恢复与情绪稳定. 睡眠的功能（总结） 睡眠对GH分泌的影响 REM睡眠与神经系统发育成熟 n 个体发生过程中，与成熟有关的睡眠表 现在REM睡眠和慢波睡眠阶段4 REM睡眠：出生前在子宫内已有，出生时8小时， 青春期只有1.5-1.7小时 慢波睡眠阶段4：从胚胎发育到中年呈指数下降， 60岁后可消失。 nREM睡眠时的氧耗量比觉醒状态下强体力 或脑力活动时更多，提示REM睡眠可促进脑发育 成熟。 第五节 睡眠-觉醒关系失调 n良好睡眠 （1）入睡顺利，在1015分钟内 （2）整个睡眠过程中不觉醒 （3）觉醒后清爽舒服 n睡眠不良 （1）入睡困难，3060分钟 （2）睡眠过程至少觉醒1次 （3）觉醒后仍有疲惫，头脑昏沉的感觉 一.睡眠障碍 n(一)失眠症 1.诊断标准：入睡困难，睡眠时间短，觉醒次 数多，多梦 2.脑电表现：REM缩短，SWS较长，SWS4提前 结束 3.临床表现：长时间失眠而已引起体温血压心 率呼吸等发生变化，还可有记忆，思维能力 下降，容易激怒，还可有幻觉和错觉等，主 观感觉抑郁