睡眠与觉醒Sleep and Wakefulness

孙秉贵基础系神经科学研究所

88981753bsun@zju.edu.cn

http://mypage.zju.edu.cn/sunbg

睡眠和觉醒节律• 睡眠和觉醒节律是一种内在的自主昼夜节律

• 正常情况下的睡眠 - 觉醒节律与外界自然环境下的光 - 暗交替节律基本一致

• 下丘脑的视交叉上核（ suprachiasmatic nucleus, SCN ）是生物体内源性昼夜节律的起搏点

课程提纲

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

课程提纲

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

睡眠时相的监测手段

• Electroencephalographic (EEG) activity/ 脑电图

• Muscle tone/ 肌肉张力• Eye movements/ 眼睛运动• Heart rate (and variability)/ 心率• Respiratory rate (and variability)/ 呼吸频率• Hormonal release/ 激素释放

Electroencephalogram(EEG) = Brain Electrical Activity

Electrooculogram(EOG) = Eye movement

Electromyogram(EMG) – Muscle Tension

眼动电图

肌电图

脑电图

(QS)

脑电波 /Brain waves

频率 8-13Hz ，幅度 20-100μV

频率 14-30Hz ，幅度 5-20μV

频率 4-7Hz ，幅度 100-150μV

频率 0.5-3Hz ，幅度 20-200μV

睡眠时相

• 慢波睡眠（ Slow wave sleep, SWS)

• 快波睡眠（ Fast wave sleep, FWS)

睡眠时相

慢波睡眠（ Slow wave sleep, SWS), 其特征 包括： ● 意识、感觉减退，反射减弱，肌肉松弛； ● 器官活动减弱； ● 少梦或不做梦； ● 无明显眼球运动； ● 脑电图出现高幅慢波

又称为非快速眼球运动睡眠或同步化睡眠

睡眠时相

慢波睡眠（ Slow wave sleep, SWS), 其特征 包括： ● 意识、感觉减退，反射减弱，肌肉松弛； ● 器官活动减弱； ● 少梦或不做梦； ● 无明显眼球运动； ● 脑电图出现高幅慢波

又称为非快速眼球运动睡眠或同步化睡眠

“ 休闲的大脑，可动的躯体”

睡眠时相

慢波睡眠又可分为：

● I 期入眠期 脑电波趋于平坦，出现低波幅 θ 和 β 波 ● II 期浅睡期 特征性的梭型波出现 ● III 期中度睡眠期 20-50% 的 δ 波 ● IV 期深度睡眠期 超过 50% 的 δ 波

EEG Recordings During The First Hour of Sleep

• PN28050.JPG

Purves Fig 27.6

Sleep stages- principal EEG characteristics

Quiet sleep (QS) REM

睡眠时相

快波睡眠：又称快速眼球运动睡眠（ Rapid eye movement sleep, REM ）或异相睡眠

● 意识、感觉进一步减退，反射进一步减弱， 肌肉更加松弛； ● 部分器官异常活动（与梦境有关）； ● 做梦； ● 出现明显的眼球运动； ● 脑电图出现低幅快波，类似清醒状态

睡眠时相

快波睡眠：又称快速眼球运动睡眠（ Rapid eye movement sleep, REM ）或异相睡眠

● 意识、感觉进一步减退，反射进一步减弱， 肌肉更加松弛； ● 部分器官异常活动（与梦境有关）； ● 做梦； ● 出现明显的眼球运动； ● 脑电图出现低幅快波，类似清醒状态

“ 活跃的大脑，瘫痪的躯体”

EEG Recordings During The First Hour of Sleep

• PN28050.JPG

Purves Fig 27.6

Sleep stages- principal EEG characteristics

Quiet sleep (QS) REM

Increased eye movement (EOG) in REM sleep

Note spindles

Of all the physiological changes that occur in REM sleep, muscle paralysis has substantial

potential to lead to pathology

Muscle atonia in REM sleep

Sleep stages across a night

Purves 27.7 (A)

Durationof REM sleepincreasesacross a night

Reduced number ofvery large slow waves during quietsleep across night

课程提纲

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

Physiology across a night

Purves 27.7

Temperature and hormonal release during sleep

Summary: REM sleep

Muscle paralysis- loss of muscle tone

Phasic eye movements

EEG is desynchronized, low amplitude

Wild autonomic variation!

These normal changes have clinicalconsequences.

课程提纲

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

QS- basal forebrain, REM- dorsolateral pons

After Siegel, 2005

参与睡眠调节的神经递质和体液因子

神经递质： 5- 羟色胺 (5-HT) ：由中缝核（ Raphe nuclei ）分泌，可促进睡眠 去甲肾上腺素 (NE) ：蓝斑（ locus coeruleus) 分泌。蓝斑头部 NE 神经元

维持觉醒，中后部 NE 神经元与异相睡眠产生有关 多巴胺（ DA ）：中脑黑质神经元分泌，调节行为觉醒 乙酰胆碱 (Ach) ：与触发异相睡眠有关

体液因子： 生长激素 (Growth Hormone) ：主要在慢波睡眠时释放，可促进慢波睡眠 腺苷： ATP 的代谢产物，机体重要的催眠物质之一 前列腺素 D2 ：通过影响腺苷的释放而影响睡眠 褪黑素（ melatonin ）：松果体分泌，调节睡眠节律，促进睡眠

参与睡眠调节的神经递质和体液因子

Sakurai T et al,1998

Orexin: 增食因子，促进睡眠

课程提纲

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

睡眠的生理学意义

• 睡眠确切的生理学意义还不清楚

睡眠的生理学意义

• 睡眠确切的生理学意义还不清楚

恢复理论 适应理论

课程提纲

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

Narcolepsy/嗜睡症

NarcolepsySleep attacks at inappropriate timesCan be triggered by affective stimuli (e.g., laughter, anger)Sometimes associated with cataplexyDiagnosis includes sleep-onset REMOrexin (Hypocretin) is involved

Mechanisms underlyingInsomnia（失眠） :

DepressionInappropriate sleep habitsNocturnal myoclonusCircadian shift

Science 326:1005-7, 2009

Sleep and AD

课程小结

• 睡眠时相及阶段划分• 睡眠过程中生理指标的变化• 睡眠与觉醒的中枢调控• 睡眠的生理学意义• 睡眠异常

Thank you!