睡眠与觉醒 Sleep and Wakefulness

1. 睡眠与觉醒 Sleep and Wakefulness 孙秉贵 基础系神经科学研究所 88981753 bsun@zju.edu.cn http://mypage.zju.edu.cn/sunbg

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. Electroencephalogram (EEG) = Brain Electrical Activity 脑电图 Electrooculogram (EOG) = Eye movement 眼动电图 Electromyogram (EMG) – Muscle Tension 肌电图

7. (QS)

8. 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

9. 睡眠时相 • 慢波睡眠 （Slow wave sleep, SWS) • 快波睡眠 （Fast wave sleep, FWS)

10. 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

11. 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”

12. 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

13. Sleep stages- principal EEG characteristics EEG Recordings During The First Hour of Sleep • PN28050.JPG Quiet sleep (QS) REM Purves Fig 27.6

14. 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

15. 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”

16. Sleep stages- principal EEG characteristics EEG Recordings During The First Hour of Sleep • PN28050.JPG Quiet sleep (QS) REM Purves Fig 27.6

17. Increased eye movement (EOG) in REM sleep Note spindles

18. Muscle atonia in REM sleep Of all the physiological changes that occur in REM sleep, muscle paralysis has substantial potential to lead to pathology

19. Sleep stages across a night Duration of REM sleep increases across a night Reduced number of very large slow waves during quiet sleep across night Purves 27.7 (A)

20. 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

21. Physiology across a night Purves 27.7

22. Temperature and hormonal release during sleep

23. Summary: REM sleep Muscle paralysis- loss of muscle tone Phasic eye movements EEG is desynchronized, low amplitude Wild autonomic variation! These normal changes have clinical consequences.

24. 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

25. QS- basal forebrain, REM- dorsolateral pons After Siegel, 2005

26. 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

27. 参与睡眠调节的神经递质和体液因子 Orexin:增食因子，促进睡眠 Sakurai T et al,1998

28. 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

29. 睡眠的生理学意义 • 睡眠确切的生理学意义还不清楚

30. 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

31. 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

32. Narcolepsy/嗜睡症 Narcolepsy Sleep attacks at inappropriate times Can be triggered by affective stimuli (e.g., laughter, anger) Sometimes associated with cataplexy Diagnosis includes sleep-onset REM Orexin (Hypocretin) is involved

33. Mechanisms underlying Insomnia（失眠）: Depression Inappropriate sleep habits Nocturnal myoclonus Circadian shift

34. Science 326:1005-7, 2009

35. Sleep and AD

36. 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

37. Thank you!