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睁着眼睛睡着了?

六六脑2018-07-03 06:17:27

短暂的瞌睡,也就是在大脑点头这个如此短暂的瞬间,但我们常常没有注意到它。现在研究表明,大脑的单个神经元也可以睡眠,特别是在我们睡眠不足的情况下。



我们经常是这样:你躺在床上,盖上被子,闭上眼睛,意识逐渐被睡意取代。一段时间过后,你醒来并重新充满活力,准备面对新的一天。当然,你永远也不会察觉睡眠是自己失去意识的行为。但有时候你的内心很难步入睡眠状态,因为你的意识仍处于高度警惕中。你辗转反侧,无法入睡。


失眠的原因有很多,但结果是相同的:接下来的一天会很疲劳,你觉得自己昏昏欲睡,并进行午休。同时,你的注意力会分散,反应变慢,对情绪的控制能力变弱。幸运地是,疲劳是可以逆转的,会在你睡一宿觉或两宿觉之后消失。我们花费了生命的三分之一时间在床上,日积月累,睡眠的时间相当于几十年。


大家肯定会想,如果我们能减少这无用的睡眠时间来做更多的事情,岂不是更好?但我必须指出这样的事实,我们为了保证自己最佳且长期的身心健康,我们需要睡眠。


通过观察生物本身,我们能够了解睡眠的重要性。睡眠是自我平衡的管控模式,白天睡觉的压力不断累积,直到晚上我们感到昏昏欲睡/哈欠不断/打盹等等。即便我们不睡觉,我们仍然阻挡不了想要睡觉的欲望,就会变成“睡醉(sleep drunk)”。用古语来讲,就是大脑疲惫了,大脑需要休息。


在“意识消退(Consciousness Redux)”专栏中,我描述了临床医生如何通过记录脑电波来定义睡眠,即将脑电图(EEG)传感器放置在测试者的头皮上(见下面的照片)。大脑的电波在不断变化,反映为当EEG电极刺激头骨时,头骨下面的大脑皮层会产生看不见的微小震动。快速眼动(REM)睡眠特点是低压/强烈/迅速地改变脑电波,而非快速眼动睡眠(non-REM)变化缓慢但幅度相对更大。


事实上,睡眠更深入更宁静,脑电波缓慢幅度更大。这些电压的振荡称为δ波,可以每4秒一次一样缓慢也可以像每秒4次一样快。当神经细胞不再产生任何电活动300-400毫秒时,且反复出现这种情况时,大脑细胞便进入沉睡状态。


微睡眠(MICROSLEEP)


我的专栏“用半个大脑睡觉”强调了睡眠研究者对于清醒和睡眠不是“是与不是”的极端现象。仅仅是因为你睡着的时候并不一定意味着你的整个大脑是睡着了。相反,即使你醒着,但你的整个大脑可能不清醒。


清醒时短暂的睡眠被称为微睡眠。微睡眠可以发生在任何单调的情况下,无论是长途旅行,还是听乏味的演讲或是参加永无止境的部门会议。你会感到昏昏欲睡,眼皮下垂,合上眼睛,反复上下点头然后抬起:你的意识已缺失。微睡眠也存在有危险的一面,特别是在驾驶或者操作机械时,这种危险通常是致命的。


事实上, 威斯康星大学麦迪逊分校研究睡眠和意识的出生于意大利神经科学家Chiara Cirelli和Giulio Tononi,在实验动物发现了“沉睡的神经元”——能够显示没有行为表现的睡眠状态。在单个神经元水平,清醒动物的皮层细胞在某段时间内存在不规律的断续的活动交流。相反,在深度睡眠时,大脑皮层神经元经历着神经活动时的“开”状态和沉默时的“关”状态。这些神经元沉默在皮层同时发生,与常规行为交替进行,从而形成了代表深度睡眠的上升又下降的脑电波变化。



为了进一步调查,研究者对小鼠进行长达4个小时的持续刺激,使其无法保持睡眠姿势或变得昏昏欲睡。经过4个小时的兴奋,小鼠终于可以睡了。按照先前的研究设计,在剥夺睡眠的最后阶段,LFP开始向低频率转变,动物的睡眠压力同步建立。但随着检查深入,暴露出意想不到的情况:大脑皮层所有或大部分神经元的偶尔/零星的沉默时期,都没有显示出微睡眠行为或表现形式。相反,当睡眠恢复时,六小时左右睡眠压力减弱,神经活动开始变的不规则,这就是清醒状态的表现。


看来,当清醒但睡眠不足时,神经元表现出嗜睡的迹象,经过几个小时的睡眠,单个神经元开始醒来。仔细的统计分析证实了这一趋势:在小鼠被迫保持清醒时,“关”状态的神经元数量上升,相反在恢复期间活动神经元动态变化随之出现。


但仍然存在一个问题——一个神经元是否可以独立于任何其他神经元而睡着?还是所有神经元同时过渡到一个时期?答案都是肯定的,但并不互相矛盾。也就是说,某两个皮层区域的神经元在某些情况一起变化,但其他时候又互相独立。神经元组更容易产生缓慢振荡,从而当睡眠压力高时实现深度睡眠,但也同时存在微睡眠的现象。


局部睡眠(LOCAL SLUMBER)


这个研究发现了无法入睡时局部睡眠的存在:孤立的皮层神经元组可以短暂离线而动物外表毫无反应和变化。根据这些数据,随着睡眠压力增加,皮层的神经元活动频率增加直至整个大脑,然后短暂而同步陷入深度睡眠,眼睛闭上,点了点头,进入微睡眠状态。


睡眠是一个吸引人的话题。它是大脑日常循环的精细调控,正如日出和日落,但功能目前仍存在争议。


过去一个世纪,临床医生和神经科学家已经发现不同睡眠阶段(快速和非快速眼球运动)在中脑和脑干不同地区参与睡眠控制。除了微睡眠,局部睡眠,那接下来的是什么?


✔ 该文来源:中国生物技术网