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1、睡眠与觉醒（1）,生理学及神经生物学教研室 李 博2011年9月,动作电位是脑内唯一可以快速远距离传递的信号神经元相互结合成电网络，同时也可按某种节律同步放电群电活动可以通过表面或深部电极加以记录,脑内的电信号有膜电位动作电位突触后电位,我们一生中1/3的时间将在睡眠中度过吃饭和娱乐会占据另外1/3的时间在剩余的1/3的生命中 童年和各种教育占据1/3 老年时期占据另外1/3因此，只有大约1/9的生命，不足10年的时间用于有效的工作,睡眠的大部分时间都被浅睡或梦境占据通常在整个夜晚只有不足30min是真正的深度睡眠事实上，我们在所谓清醒的白天也很少有真正清醒、没有做白日梦或注意力分散的时候因此
2、，我们很有必要了解睡眠与觉醒,脑电图（electroencephalogram, EEG）脑电活动: 自发脑电活动(spontaneous electric activity)脑电活动: 皮层诱发电位(evoked cortical potential)人的睡眠可以按照EEG分期,需要掌握的内容:掌握自发脑电活动，诱发脑电活动的概念了解脑电图和皮层诱发电位的记录方法理解脑电图和皮层诱发电位的波形特征了解脑电图和皮层诱发电位的形成机制,脑电图（electroencephalogram, EEG）,用特殊的电子仪器描记的自发脑电活动曲线。or,通过放置在头皮表面的多个电极所记录到的一组场电位。,H
3、ans Berger1873 -1941,Telepathy (心电感应，通灵术),精神病学和神经病学医生,1924年，首次记录到人的EEG,国际标准10 20 系统(Jasper, 1958),EEG的记录电极的放置,引导电极：额叶，枕叶等 基础电极（无关电极）: 耳垂，鼻尖等 接地电极：,睡眠EEG记录：+ EOG; EMG,国际标准10-20系统：电极安放示意图,EEG的参数正常波形,EEG的参数频率,定义：单位时间(秒)内波的个数单位: 赫兹(Herz, Hz)EEG频率的分类波: 7.5-13 Hz波: 14-30 Hz波: 3.5-7.5 Hz波: 0.4-3 Hz,EEG的参数波
4、幅,波阻断（ block）,波在清醒、安静并闭眼的情况下出现，睁开眼睛或者接受其它刺激时，立即消失并呈现快波（波），这一现象称为波阻断。,正常变异,病理波形,人工假相: 技术问题或外部干扰所致，一般较为短暂可能因电极移动、接触不良、肌肉或头部运动、出汗等造成,不同生理状态下EEG有变化,EEG与运动功能成人: 无肯定联系儿童: 脑电高频者 fast reaction time反应时间较短EEG与情绪正性情绪时左侧额叶EEG活动增加负性情绪时右侧额叶EEG活动增加,EEG与IQ没有肯定的关系EEG与感觉听阈在波较强时比其它时候更低(听觉更敏锐)刺激复杂性增加时波抑制增加,EEG与感觉 听觉辨别任
5、务难度增加时波抑制增加EEG与注意 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与其它生理变化 当血糖、体温、糖皮质激素处于低水平时，或者动脉血氧分压处于高水平时，波的频率减慢,癫痫睡眠障碍脑肿瘤,病理情况下EEG的改变：,(wikipedia),EEG的记录癫痫诊断,计算机辅助下的EEG分析,生成脑电地形图三维重构影像进行功率谱分析以及其它许多分析,EEG脑地形图,绘制意识之图,定量（数字化）的EEG,模/数转换(A/D converter)采样间隔(sampling time interval): 0.005 - 0.01 s 实时(real time)记录定量E
6、EG: 可用于显示、滤波、频率及波幅分析、以及彩色地形图,功率谱分析,将脑电波幅随时间的变化转变为功率随时间的变化,自发脑电活动(spontaneous electric activity),在无明显刺激情况下，大脑皮层能经常自发地产生节律性的电位变化，这种电位变化成为自发脑电活动。,EEG的本质,！大群神经元的同步放电 锥体细胞在皮层排列整齐，树突相互平行并垂直与皮层，同步电活动易发生总和而形成强大的电场，从而改变皮层表面的电位。 大量皮层神经元的同步电活动则依赖于皮层与丘脑之间的交互作用，一定的同步节律的非特意投射系统的活动，可促进皮层电活动的同步化,两种可能的同步性机制中心指挥型 凑鸣曲
7、型神经元之间相互激活或抑 制,简单的环路即可产生节律性：,甚至单个细胞也会在外来刺激下产生节律性,目前认为，神经细胞的内在特性(intrinsic properties)及其相互间的突触连接决定了神经网络的振荡特性,皮层诱发电位(Evoked cortical potential，EP),指感觉传入系统或者脑的某一部位受刺激时，在皮层某一局限区域引发的电位变化。或者是指对神经系统某一特定部位(包括从感受器到大脑皮层)给予相宜的刺激，或使大脑对刺激(正性或负性)的信息进行加工，在该系统和脑的相应部位产生可以检出的、与刺激有相对固定时间间隔(锁时关系)和特定位相的生物电反应。,EP的构成： 主反应
8、为一先正后负的电位变化，在大脑皮层的投射有特定的中心区，出现在潜伏期之后，与刺激有锁时关系。潜伏期的长短取决于刺激部位离皮层的距离，神经纤维的传导速度，和所经过的突触数目等 次反应跟随主反应之后的扩散性续发反应，可见于皮层的广泛区域，即在大脑皮层无中心区，与刺激亦无锁时关系。 后放主次反应之后的一系列正相周期性电位波动。,躯体感觉诱发电位(somatosensory evoked potential, SEP)听觉诱发电位 (auditory evoked potential, AEP)视觉诱发电位 (visual evoked potential, VEP),事件相关电位（Event-rel
9、ated potential, ERP） 是人对外界或环境刺激的心理反应 , ERP主要研究认知过程中大脑神经电生理改变，即探讨大脑思维轨迹,EP/ERP分类,外源性刺激相关的诱发电位（EP) 感觉（视觉、听觉、躯体感觉） 运动内源性事件相关诱发电位（ERP) 记忆和思维相关电位 语言相关电位 准备或与其相关,EP/ERP的特性,空间特性: 只能在特定的空间范围内检测到时间特性: 具有特定的波形和强度分布相位特性: 刺激和反应之间存在锁时(time-locked)关系,EP / ERP的起源,大部分源于大脑皮层, 因为皮层神经元有特殊的层状排列部分可能反映了脑干神经元的活动EP / ERP均反
10、映了脑内神经元群体的活动,EP/ERP的采集：平均策略,平均技术的原理由于刺激与主反应之间存在锁时关系而诱发电位的其他成分与自发脑电均与刺激不呈锁时关系多次叠加可以凸显主反应再除以叠加次数,听觉的皮层诱发电位（AEP）,听觉的皮层诱发电位（AEP）,主要用于耳科学用于各种听觉检测中用于了解听神经及脑干通路活动用于诊断影响这些通路的功能性或结构性疾病,运动诱发电位(MEP),运动诱发电位(MEP),在运动区及其传出通路上施加电或磁刺激在下游通路上记录诱导电位客观定量反应中枢运动功能,ERP与EP的区别,ERP研究中要求被试者主动参与用于ERP研究的刺激不能单调至少需要两种模式、序列或种类的刺激E
11、RP的外源性成分与刺激的物理性质相关, 而内源性成分(如P300, N400等)则与认知活动相关,ERP的临床解释,首先建立正常值数据库理解各种参数的生理学和病理生理学意义潜伏期: 反映传导功能幅度: 参与放电的神经元成分缺失: 严重损伤的存在进一步还需研究EP活动的来源,ERP的多通道记录,ERP长于说明事件在脑内发生的时刻，却无法有效地说明他们发生的位置,summary,EP/ERP可以反映视网膜，视觉通路，内耳，听神经，脑干，外周神经，脊髓后索，感觉皮质以及上下运动神经元的各种病变，事件相关诱发电位则用以判断患者的注意力和反应能力。诱发电位具有高度敏感性，对感觉障碍可以进行客观评估，对病
12、变能进行定量判断。对心理精神领域可进行一定的检测，故当前广泛应用于对精神系统病变的早期诊断，病情随访，疗效判断，预后评估，神经系统发育情况的评估以及协助判断昏迷性质和脑死亡等，但必须结合临床资料判断，然而不在有关神经传导通路中的病变，不能发现异常。,睡眠与觉醒的EEG分期,睡眠与觉醒两种不同的功能状态 觉醒状态：与环境有主动感觉运动联系，产生复杂适应行为 睡眠状态：联系减弱或消失，伴有躯体和植物性功能变化 睡眠与觉醒是以自然昼夜为周期的生理活动 研究方法:EEG,EOG.EMG人类对睡眠的认识从行为学观察到EEG,约日节律/昼夜节律 与24小时自然昼夜交替大致同步人一生中睡眠觉醒周期 始于出生
13、时，随年龄增长而变化 新生儿一昼夜多个周期（60-90min） 儿童两个周期（午睡与夜间睡眠） 成年人一个周期（与昼夜交替大致同步）,睡眠觉醒周期由身体内部的生物钟决定 曾经的推测:由昼夜节律决定的被动反应 当下认识: 与外界环境隔离的受试者睡眠与觉醒周期依然存在，但延长至25小时睡眠觉醒周期的节律是独立与外界的，并与其他生理戒律无依从关系的内部节律脑内在的节律生物钟，在正常情况下接受自然界的明暗变化，并将内在节律与自然界昼夜节律同步起来,发现REM睡眠分期之前Loomis 分期（5期）A期：觉醒期B期：入睡期C期：浅睡期D期：中等度睡眠期E期：深睡眠期,发现REM睡眠后睡眠的EEG分为1、2、3、4阶段，成为公认的分期： 阶段1：波明显减少，出现低幅快波 阶段2：出现睡眠梭形波(变异的波，13 15 Hz，20 40 V，0.5 1 s)，伴有少量波、波 阶段3：在波、波为背景的基础上，有睡眠梭形波 阶段4： 高幅慢波，波超过50，1.52Hz，75V以上,睡眠各时相的脑电波,？睡眠的特征？REM睡眠 ？睡眠的产生机制？睡眠与觉醒的中枢调控机制,
