第十二讲_ 脑的节律睡眠和觉醒课件

专题篇之六 第十二讲 脑的节律睡眠和觉醒 引言 我们居住的地球是一个富有节奏的环境。气温、 降雨和白昼都随着季节的变化而变化，每天昼夜交替 。为了更好适应环境获得生存，动物的行为必需与环 境的节奏相协调。 睡眠和觉醒是最明显的节律行为。在进化过程中 ，脑形成了各种各样的节律控制系统有节律周期有些 较长，如冬眠动物的一些节律活动；另一些较短，如 呼吸节律、心跳节律、行走步伐大脑皮层的电节律等 ,而人的睡眠过程也有周期性，一个周期大约90分钟 ，每晚要经过4-5次这样的周期。 第十二讲 睡眠和觉醒 一、睡眠 二、生理性昼夜节律生物钟 睡眠的特征 睡眠和梦是神秘的，人是怎样睡眠及为什么要睡眠呢？ 首先了解一下睡眠过程中人体发生了哪些变化？ 1、意识丧失。 大多数时间内，大脑的活动减弱。 脑与外界环境仍保持着 一定的联系，但联系很微弱。小的声音听不到了，轻的触 觉也没反应。脑电图上记录到特定的脑电波。 2、能量消耗减少，代谢下降13%。 副交感神经兴奋，交感神经抑制。 心率减慢20%，血压下降10%，血液流动速度减慢；呼吸 减慢，打呼噜； 肌紧张力下降，表现为肌肉松驰；内脏活 动是增强的，合成和储备物质； 体温有所下降，凌晨2-3点 降至最低，但不超过1度。 意识之迷 睡眠是意识的丧失，但意识本身有其更广泛的含义，一般而 言，意识是对客观现实自觉的、能动的反映。 人工智能学家是一个极端，他们把脑看作备受称赞的计算机 。按McCarthy的观点，任何反馈设计具有基本特征，最终可 导致人类的意识状态。“即使一个温度控制器也有资格说成具 有意识”。 另一个极端的人们认为是意识是人类所特有的，即“低等”动 物也不具备意识。 生物学家的共同看法是，他们都没有动动脑筋去了解其他动 物的行为和脑的构造。把意识看作脑的一个自发生的特点， 而不是本身存在意义上可以被研究的实体。 意识是人脑最终的迷团。 脑电图（electroencephalogram,ECG) 脑电图：病人头上配带脑电图的记录电极，记录大脑表面 产生的电信号，以波形图的形式表现出来。 ECG主要记录的是大脑皮质内大量锥体神经元树突兴奋时 的电流。成为研究睡眠和觉醒生理学的有价值的工具。 ECG原理 单个神经元兴奋时，其电信号太弱，不足以穿过颅骨和皮 肤；并且信号互相抵消，产生不规则波形。只有当电极下成 千上万的神经元同时被激活时才能测量到足够大的脑电信号 ，记当到有节律的波形。 不规则 同步化 清醒和安静时的脑电图 节律 节律 眨眼伪迹 闭上眼睛清醒安静时可以看到 波活动，频率为8-13Hz,在 枕区最大。当睁眼时，则可看到节律被抑制。 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。 睡眠中枢 1949年Magoun和Moruzzi发现，电刺激中脑网状结构能引 起一种惊醒和激醒的状态；这部分如果损伤的话，将引起 一种类似的睡眠状态。网状结构的中胆碱能神经元发出纤 维投射到大脑皮质。这个部分被称为上行网状激活系统。 睡眠阶段 人的一生有1/3的时间是在睡眠中度过的，而其中的1/4还处于 活跃的做梦状态。 根据睡眠中脑电波的特征，可以分为快速动眼睡眠（REM） 和非快速动眼（非REM）。每晚两种睡眠交替进行，90分钟 为一个循环，经历4-5个循环。 REM：以低幅高频脑电波和眼球快速运动为主要特征，脑较 为活跃，此时叫醒的话，80%以上的受试者都说在做梦。又 称为梦睡眠、快波睡眠。 非REM：以高幅低频慢波为特点。全身活动减弱，副交感活 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。 实际上，人每晚都要经过4-5次快速动眼期，此时都会有梦 的出现，也就是每天都要要做4-5次梦，关键是你都遗忘了 ，除非你做梦时醒了，就会记住这次的梦，让你感觉整晚 上都在做梦。 古时将梦与“灵魂”联系在一起，有人认为“梦是离开肉体的 灵魂。 弗洛伊德认为，被压抑的欲望刺激神经系统产生梦的原动 力，欲望以象征的方式在梦中得到满足。 梦的释疑 现在观点认为：人睡眠时，大部分大脑皮质神经元被抑制 了，开始休息。总是有少数“值夜班”的神经元在兴奋活动 着，不然就没办法唤醒了。如母亲在睡眠时对于周围的嘈 杂施工声音可以全无察觉，但是对于自已孩子哪怕是极轻 微的声音都非常敏感。 当大脑皮质中这些值夜班的兴奋的神经元毫无规律的互相 联系时，或者是在体内外各种刺激的作用下活动起来，就 使人进入睡眠中荒诞离奇的“梦境”状态。 梦中的思维常常是毫无逻辑的，将很多个过去大脑中信息 片断“编织”起来，所以觉得梦境中有熟悉的情景，似曾相 识，“日有所思，夜有所梦”。同时这些神经元新的联系有 时产生了完全不同，甚至是离奇古怪的内容。正如我们用 不同形状的“积木”可以拼凑出各种图像。 机体内外较强的刺激也能被大脑所感和知，这些信息也就 常常成为当时做梦的内容。如睡眠中尿液多了，就常常使 人做“找厕所”解小便的梦。如天气冷时，手脚伸到被子外 面感到冷时，可能做梦时就梦见自已行走在冰天雪地中。 梦也可以是人工制造出来的。 梦中由于能产生一些清醒时没有的新的联系，因此，一些 伟大的发现就是在梦中实现的。 有人说做梦有一定的预见性，也就是征兆。如过去某个时 间曾经做梦说自已患了胃病，后来经医生检查，竟然真生 了胃病！这是怎么回事呢？第一，任何事情都要有巧合的 因素，对梦的内容的证实也许就是一种巧合。第二，也可 能在你做梦以前就得了胃病，只是当时病情不重没有发现 。而“以后”的胃病证实了“以前”的梦境。 为什么要睡觉？ 所有的动物都需要睡眠，但只有哺乳动物和一些鸟类有 REM睡眠。也就是说只有它们和人一样可以“做梦”。 不同动物的睡眠时间相差很大。人大约8h，而蝙蝠需要 18h,而马和长颈鹿只需要3h。而一种宽吻海豚则不“睡觉” ，他们是一侧大脑半球休息2h,然后两侧半球保持清醒1h， 接着另一侧半球休息2h,然后再两侧半球保持清醒1h，如此 循环可使每天晚上睡12h。 高度警觉 清醒 右睡左工作 左睡右工作 右半脑 左半脑 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。 睡眠不是简单的休息，因为安静的休息当然不能代替睡 眠。长时间的剥夺睡眠可以导致严重的躯体和行为问题 ，甚至死亡。 返回 生物钟 存在生物钟的第一个证据来自含羞草的观察。其叶子白天 抬起，黑夜落下。许多人想当然的认为，这种现象只不过 是该植物对阳光的一种反应，某种形式的反射活动。1729 年，Jean对这种现象进行研究他发现将叶子放入黑暗的壁 橱里，其叶子还是像以前那样抬起和落下。这提示植物并 没有对太阳反应，它很可能拥有一个内在的生物钟。 机体内有一个自我控制时间的类似“钟”的系统。人类的节 律周期为24.5-25.5小时。而环境中各种提示时间的线索统 称为环境钟。通常情况下，生物种与环境钟保持同步。 在我们旅行过程中不得不突然进入新的睡眠-觉醒周期时， 也可发生短暂的失同步，也就是时差反应，最好的治疗方 式就是明亮的光线，可帮助我们生物钟恢复同步。 视交叉上核：一种脑时钟 切除视交叉上核则可 以消除睡眠和觉醒的 生理性节律。但并不 能消除睡眠，只是活 动变得没规律了。 结语 各种节律普遍存在于哺乳动