睡眠与觉醒的脑机制教学幻灯片讲义.ppt

虽然现有的研究对这些调制系统的工作原理还不完全了解，但可归纳出几条基本原则： 1、弥散性调制系统对睡眠和觉醒起最关键的控制作用； 2、脑干NE和5-HT能神经元在觉醒期间放电，维持觉醒状态；而Ach能神经元活动则维持快速眼动睡眠； 3、弥散性调制系统控制丘脑的节律活动，丘脑又反过来控制着皮层的脑电节律；丘脑缓慢的、与睡眠相关的节律阻断感觉信息输入大脑皮层； 4、睡眠还涉及下行调制系统的活动，如在做梦时，脑通过下行调制系统有效的抑制运动神经元。 弥散性调制系统(diffuse modulatory system) 弥散性调制系统(diffuse modulatory system)存在于中枢神经系统内，由一些相关但释放不同递质的细胞群组成。这些细胞群都能通过它们广泛的轴突分支投射，来扩大它们的空间联系，并通过促代谢型的突触后受体来延长它们的作用。 弥散性调制系统的神经细胞通常不传输具体的感觉信息,而是行使调节功能,调制着大量的突触后神经元(比如大脑皮层、丘脑和脊髓)的兴奋性和同步化活动等。 一、上行网状激活系统与觉醒 20世纪40年代至50年代，意大利神经生理学家Moruzzi及同事开始研究脑干对觉醒的控制 他们发现：损毁动物脑干网状结构导致类似于非REM睡眠的状态；反之，电刺激脑干网状结构可使皮层从非REM睡眠的慢速、节律性脑电活动转变为更警觉、更唤醒状态，其脑电图与觉醒相似。 提示了这一部位的神经元活动是保持觉醒所必须的 Moruzzi将这个刺激区称为“上行网状激活系统” 20世纪60年代以后，研究者采用脑横断法进行的一系列实验表明，脑干在睡眠与觉醒的调节中有重要作用： （1）脑干后端横切脑，动物保持正常的觉醒与睡眠状态 （2）脑干中部横切脑，动物几乎都处于觉醒状态，提示脑干网状结构后部控制睡眠 （3）脑干以上横切脑后，动物处于永久睡眠状态，提示脑干网状结构前部控制觉醒。 一些脑区的神经元在觉醒状态时放电频率增高，其中包括蓝斑（NE神经元）、中缝核群（5-HT能神经元）、基底前脑（Ach能神经元）。 这些区域的神经元直接与丘脑、大脑皮层及其他脑区形成突触联系。 它们释放递质所导致的总效应是使靶区神经元去极化，兴奋性增高，并抑制节律性的放电，这种效应在丘脑感觉中继神经元表现得尤为明显。 二、入睡与非快速眼动睡眠 入睡过程包含一系列进行性的脑活动改变，然后进入非REM睡眠状态 非REM睡眠是如何被启动的，现在还不清楚。但大多数弥散调制性系统的神经元（如蓝斑、中缝核群以及基底前脑的神经元）放电频率普遍降低。 尽管基底前脑大部分区域似乎参与维持觉醒和唤醒，但有一组神经元在非REM睡眠期间放电频率增高，而在觉醒状态时沉寂。 非REM睡眠早期的脑电活动有睡眠梭形波，由丘脑神经元的固有节律产生。 随着非REM睡眠的进展，梭形脑电波消失，代之为缓慢的δ节律（小于4Hz）。 δ节律也是丘脑神经元活动产生的。 梭形波或δ节律期间神经元活动的同步化是由于丘脑内部及丘脑与皮层之间的交互神经网络的活动导致的。 由于丘脑和大脑皮层之间存在强的双向兴奋性联系，丘脑或大脑皮层任何一方的节律性活动都会显著的影响另一方。 三、快速眼动睡眠 大脑皮层在REM睡眠期间的活跃程度至少不低于在觉醒时，如视皮层神经元、运动皮层神经元 REM睡眠期间复杂的梦需要大脑皮层的活动，而大脑皮层并非REM睡眠所必须 REM睡眠的神经控制来自脑干深部，特别是位于脑桥的弥散性调制系统 上位脑干的两大系统--蓝斑的NE能系统和中缝核群的5-HT能系统，随着REM睡眠，这两大系统的放电活动几乎降到零 然而，脑桥Ach能系统的神经元放电频率则急剧上升 表明：Ach能系统神经元的活动触发REM睡眠 Ach←→蓝斑的NE能神经元和中缝核群的5-HT能神经元 REM睡眠的开始与终止 丘脑脑 脑干 大脑皮层 固有节律 上行网状激活系统 弥散性调制系统神经元 NE、5-HT（脑干） Ach（基底前脑） 下行调制系统 四、促睡因子 患有流感后，你最想做的事情是什么？ 瞌睡——提示机体对感染的免疫反应和睡眠调控之间可能有直接联系 在睡眠剥夺的动物上，已经鉴定出多种促睡物质，大多数与机体的免疫系统间有相互作用 胞壁酰二肽 20世纪70年代，哈弗大学生理学家Pappenheimer在睡眠剥夺的山羊的脑脊液中鉴定出一种能异化非REM睡眠的物质 由细菌的细胞壁生成，有致热效应，激活血液中的免疫细胞 白介素-1 多肽，在脑内由胶质细胞和巨噬细胞合成，可激活免疫系统 促睡物质的作用机理尚不清楚，但它们不太可能是控制睡眠的一线物质。 原因是：它们在正常瞌睡（而非睡眠剥夺）的动物脑中并未达到有效浓度。 另外，它们倾向于缩短REM睡眠的时间，因而其促睡作用具有相当的选择性。 但无论如何，促睡与免疫激