耿新玲 吳建永 高和

·睡眠醫(yī)學(xué)講座·

與睡眠相關(guān)的腦結(jié)構(gòu)(一)

耿新玲 吳建永 高和

睡眠是一個(gè)主動(dòng)過程，由中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的不同結(jié)構(gòu)啟動(dòng)并調(diào)控。本文分四部分簡(jiǎn)介與睡眠有關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)：1)大腦皮層和丘腦在清醒和睡眠狀態(tài)的不同活動(dòng)模式；2)睡眠的結(jié)構(gòu)與時(shí)相以及調(diào)控這些時(shí)相的下丘腦、腦干等皮層下結(jié)構(gòu)；3)生理的晝夜周期以及調(diào)控晝夜周期的神經(jīng)結(jié)構(gòu);4)藥物與睡眠的關(guān)系以及常用安眠藥。限于篇幅本文只能涉及這個(gè)巨大研究領(lǐng)域中的少量知識(shí)，但我們力求介紹經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和里程碑式的發(fā)現(xiàn)，以給讀者一個(gè)比較清楚的睡眠相關(guān)神經(jīng)結(jié)構(gòu)框架。

睡眠；神經(jīng)結(jié)構(gòu)；大腦皮層；丘腦

與大多數(shù)動(dòng)物一樣，人類每天都需要長(zhǎng)時(shí)間的睡眠。我們?yōu)槭裁葱枰?？這個(gè)問題至今不清楚，仍然是睡眠科學(xué)中的一個(gè)終極(holy grail)問題。

現(xiàn)代社會(huì)和人工照明使人類遠(yuǎn)離幾百萬(wàn)年進(jìn)化進(jìn)程創(chuàng)造的日落而息的生活方式。隨著社會(huì)現(xiàn)代化和電視、計(jì)算機(jī)的普及，今天的人類比50年前的人平均每天少睡1.5小時(shí)左右[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，在世界范圍內(nèi)約有30%左右的人受到睡眠障礙的困擾[2]，我國(guó)有各類睡眠障礙者占人群的38%[3]。睡眠障礙出現(xiàn)的比例隨年齡增長(zhǎng)，估計(jì)在老齡化社會(huì)中可能高達(dá)50%[2]。這種高比例的睡眠障礙會(huì)引起嚴(yán)重的健康問題，如高血壓、心臟病、中風(fēng)、糖尿病、抑郁癥、認(rèn)知障礙等，不但給個(gè)人帶來巨大的生理和心理負(fù)擔(dān)，也使社會(huì)醫(yī)療保健支出日益高漲。

對(duì)于失眠的人，是否可以用休息來代替睡眠呢？答案很可能是否定的。有些疾病如家族性致死失眠癥(Fatal Familial Insomnia，F(xiàn)FI)[4]和偶發(fā)性致死失眠癥(Sporadic Fatal Insomnia，sFI)[5]可以引起持續(xù)不眠狀態(tài)。這些患者雖然可有大量時(shí)間休息，但一般都會(huì)在持續(xù)不眠狀態(tài)出現(xiàn)后的幾個(gè)月內(nèi)死亡。這些持續(xù)失眠造成死亡的極端病例提示睡眠的生理功能除了被動(dòng)休息外，還有休息所不能取代的獨(dú)特功能。迄今尚不知道睡眠最重要的生理功能是什么，但一般認(rèn)為如下四種生理過程會(huì)在睡眠中出現(xiàn)，也許某項(xiàng)過程的生理功能是休息所不可替代的。

1)清除腦內(nèi)代謝廢物：大腦活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大分子碎片等血液循環(huán)不能清除的代謝廢物(比如Beta Amyloid)，這些廢物需要利用腦脊液在細(xì)胞間的流動(dòng)(相當(dāng)于腦內(nèi)的淋巴系統(tǒng)Glymphatic Clearance System)來清除，否則會(huì)堆積在腦細(xì)胞間并破壞神經(jīng)組織。在睡眠狀態(tài)下腦內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞的間隙增加達(dá)60%以上，有利于腦脊液的流動(dòng)并清洗掉這些大分子廢物[6]。2)愈傷和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)：近幾十年來越來越多的研究證明睡眠對(duì)免疫系統(tǒng)功能的重要性[7]。日常生活經(jīng)驗(yàn)也表明延長(zhǎng)睡眠是對(duì)抗感冒和其他急性感染的有效措施。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)受到感染的動(dòng)物會(huì)本能地延長(zhǎng)慢波睡眠(深睡)[8]，以增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能。睡眠不足可使男性患前列腺癌、女性乳腺癌復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)都顯著升高[9]。體中的許多激素在清醒和睡眠狀態(tài)有系統(tǒng)性的不同，使睡眠時(shí)身體的內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)到有利于消化、免疫、愈傷等活動(dòng)[10]。3)調(diào)節(jié)內(nèi)分泌和生長(zhǎng)發(fā)育：很多研究指明腦垂體生長(zhǎng)激素主要在慢波睡眠階段分泌[10]。對(duì)青少年的社會(huì)調(diào)查也證明缺乏睡眠會(huì)影響身體發(fā)育。4)記憶和梳理信息：在睡眠中大腦對(duì)前一天經(jīng)歷的大量信息進(jìn)行處理，有些信息被主動(dòng)遺忘而另一些信息的記憶則被鞏固。很多研究指明在睡眠的某些時(shí)期中大腦是活躍的，在這些時(shí)期內(nèi)處理頭一天的信息并騰出空間為接受明天的新信息做準(zhǔn)備。如果選擇性地干擾睡眠中的某一時(shí)期，第二天信息處理和記憶的能力就會(huì)明顯下降[11]。也有人認(rèn)為睡眠并沒有其獨(dú)有的生理功能，但上述幾項(xiàng)生理過程的運(yùn)作速率在睡眠中遠(yuǎn)高于清醒狀態(tài)。因此在持續(xù)不眠的狀態(tài)下這些過程運(yùn)作過于緩慢而不能滿足需要，最后造成嚴(yán)重后果。

本文擬分4部分介紹與睡眠有關(guān)的大腦和皮層下神經(jīng)結(jié)構(gòu)。限于篇幅，我們只涉及基礎(chǔ)研究中與睡眠有關(guān)的大腦皮層和皮層下結(jié)構(gòu)。第一部分，介紹清醒/睡眠狀態(tài)下大腦皮層和丘腦的活動(dòng)模式。在清醒狀態(tài)下大腦皮層精準(zhǔn)、快速地處理大量信息，并產(chǎn)生思想。在神經(jīng)細(xì)胞水平其活動(dòng)模式是高頻、精確的發(fā)放。與此對(duì)應(yīng)在睡眠時(shí)大群皮層神經(jīng)細(xì)胞同步地成簇發(fā)放，在此活動(dòng)模式下意識(shí)消失。大腦皮層與丘腦緊密相連，皮層清醒和睡眠的不同活動(dòng)模式是由丘腦的神經(jīng)核團(tuán)控制的。第二部分，介紹睡眠的時(shí)相分期以及有關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)。整夜的睡眠包含幾個(gè)睡眠周期。每個(gè)周期又可以分成3～4個(gè)時(shí)相結(jié)構(gòu)，每個(gè)時(shí)相都很重要。破壞睡眠結(jié)構(gòu)或選擇性地剝奪某一個(gè)時(shí)相會(huì)造成不同的生理或心理問題。睡眠的不同時(shí)相是由皮層下多個(gè)神經(jīng)結(jié)構(gòu)(下丘腦和腦干)對(duì)皮層的調(diào)控而產(chǎn)生的。在臨床上，基于腦電、肌電、眼動(dòng)和呼吸的多導(dǎo)生理記錄是判斷評(píng)估睡眠時(shí)相的金標(biāo)準(zhǔn)。本節(jié)將結(jié)合各睡眠時(shí)相的腦電特征介紹調(diào)節(jié)清醒、睡眠和不同時(shí)相轉(zhuǎn)換的神經(jīng)結(jié)構(gòu)。第三部分，介紹睡眠的晝夜生理節(jié)律及自然睡眠的開始。睡眠與自然界的日夜節(jié)律緊密相關(guān)。日光是調(diào)節(jié)睡眠節(jié)律有關(guān)神經(jīng)激素的重要因素?，F(xiàn)代社會(huì)的人工光源包括計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)的光亮可能對(duì)睡眠周期造成極大的干擾。從外界來的視覺信息通過下丘腦對(duì)人體的生物鐘有重要調(diào)控作用。人體生物鐘及有關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)將在這一部分介紹。第四部分，介紹藥物對(duì)睡眠的作用，并介紹常用的安眠藥在神經(jīng)系統(tǒng)中的目標(biāo)和作用機(jī)理。多數(shù)安眠藥長(zhǎng)期應(yīng)用有可能帶來不同程度的副作用，如成癮、依賴及戒斷癥狀等。安眠藥是現(xiàn)代世界消費(fèi)量最大的藥物，這一方面反映了睡眠障礙的普遍性，另一方面也反映了目前社會(huì)對(duì)睡眠障礙治療的無助。應(yīng)該指出，睡眠通氣障礙(睡眠窒息，Sleep Apnea)占睡眠障礙患者的一大部分，也是損害健康的一個(gè)主要原因。但限于篇幅，本文將不介紹這一研究領(lǐng)域。

1 神經(jīng)細(xì)胞、皮層和丘腦系統(tǒng)

人的大腦皮層中約有220億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞[12]。每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞都有“活動(dòng)”和“靜息”兩種狀態(tài)。這兩種狀態(tài)是由神經(jīng)細(xì)胞的跨膜電壓來定義的。神經(jīng)細(xì)胞的跨膜電壓可以用微電極來直接記錄。所謂靜息，是指跨膜電壓處于內(nèi)負(fù)外正的“靜息電位”(Resting Potential)，約-65 mv。神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)狀態(tài)是指跨膜電壓反過來，內(nèi)正外負(fù)。這個(gè)活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間非常短，大約只有千分之一秒，這個(gè)短促的內(nèi)正外負(fù)電活動(dòng)又稱做“動(dòng)作電位”(Action Potential)或“峰電位”(Spike)。

神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)/靜息狀態(tài)并不等同于整個(gè)大腦的清醒/睡眠狀態(tài)。在大腦處于睡眠狀態(tài)的時(shí)候，腦皮層中許多神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)常是在頻繁活動(dòng)的。比如在睡眠的黃金時(shí)期(慢波睡眠第III期)，大多數(shù)皮層神經(jīng)細(xì)胞的靜息電位整齊劃一地波動(dòng)，頻率在0.5-4赫茲，膜電位波動(dòng)的范圍在-70和-60毫伏之間。當(dāng)跨膜電位處于-60毫伏的時(shí)候，大批神經(jīng)細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生多個(gè)峰電位。這種大批皮層神經(jīng)細(xì)胞整齊的波動(dòng)產(chǎn)生腦電的高幅度低頻率波(delta波)。臨床上用這種腦電來定義深度睡眠(慢波睡眠第III期)。皮層和丘腦產(chǎn)生的這種慢波腦電會(huì)影響下丘腦的多種神經(jīng)分泌系統(tǒng)，對(duì)身體產(chǎn)生修復(fù)、療傷等作用。

大腦皮層中神經(jīng)細(xì)胞廣泛相連，每個(gè)細(xì)胞接收約1 000～10 000個(gè)其它細(xì)胞發(fā)來的信息；同時(shí)也把信息傳給其它1 000～1 000個(gè)細(xì)胞，大腦皮層內(nèi)的細(xì)胞間互連的節(jié)點(diǎn)約1萬(wàn)億。細(xì)胞間的互聯(lián)絕大多數(shù)是在其周圍幾毫米內(nèi)，只有極少數(shù)(0.001%～0.1%)的連接是遠(yuǎn)程的，比如左右兩個(gè)大腦半球間的遠(yuǎn)程連接只有兩億左右，從眼睛到丘腦間只有150萬(wàn)個(gè)連接，從耳蝸到丘腦間只有3.2萬(wàn)，這是因?yàn)檫h(yuǎn)距離的連接消耗大量能量和生物材料。在這方面大腦的結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到極限。在解剖學(xué)上大腦皮層中的神經(jīng)細(xì)胞和近程連接稱為“灰質(zhì)”而遠(yuǎn)程連接則稱為“白質(zhì)”。人腦中的白質(zhì)已經(jīng)占了很大部份。如果遠(yuǎn)程聯(lián)接的比例再增加一些，大腦的形狀和能耗就會(huì)使身體不堪重負(fù)，而其整體功能卻不見得能顯著改善。

人需要睡眠，是否是因?yàn)榇竽X的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到生理的極限？就是說身體不能夠擔(dān)負(fù)大腦的連續(xù)工作，因此必須在工作一天后停下來維修保養(yǎng)？這個(gè)問題目前還沒有結(jié)論，但大多數(shù)人傾向睡眠是維持大腦正常工作所必要的。

神經(jīng)細(xì)胞之間的連接點(diǎn)學(xué)名叫“突觸”。每個(gè)突觸都是一臺(tái)精密的納米機(jī)器。人的記憶就是儲(chǔ)存在大腦的這一萬(wàn)億臺(tái)精密的納米機(jī)器中。人在世間生活，神經(jīng)細(xì)胞隨之活動(dòng)，動(dòng)作電位經(jīng)過神經(jīng)細(xì)胞間的突觸會(huì)使突觸產(chǎn)生改變，或長(zhǎng)大或縮小，或變強(qiáng)或變?nèi)酢＿@些改變就把人生經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)小方面記錄下來。一個(gè)具體的經(jīng)驗(yàn)(如參加一次聚會(huì))會(huì)被分散地記錄在成百上千億個(gè)突觸的改變之中。

人腦的記憶容量很大，估計(jì)相當(dāng)于一個(gè)電視臺(tái)連續(xù)播送300年的信息量?？梢娙嗽谇逍褧r(shí)感受到的信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一臺(tái)正在播放的電視所傳送的信息。清醒時(shí)信息傳入大腦，產(chǎn)生大量的突觸改變，可能十幾小時(shí)就能達(dá)到生理的極限。有種說法(synaptic homeostasis hypothesis，SHY)認(rèn)為一天的新經(jīng)驗(yàn)就足以使大腦中的突觸生長(zhǎng)產(chǎn)生飽和，必須依靠睡眠讓大量生長(zhǎng)的突觸退縮，信息大批遺忘，這樣才能給新的一天騰出足夠的工作空間[11]。

突觸是靠化學(xué)或電原理來工作的。一個(gè)化學(xué)突觸分成組裝在一起的突觸前(發(fā)射)和突觸后(接收)兩個(gè)部分。突觸前部屬于發(fā)射的神經(jīng)細(xì)胞，突觸后屬于接收的神經(jīng)細(xì)胞。當(dāng)突觸前的神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作電位時(shí)，突觸前的發(fā)射部分分泌出一點(diǎn)化學(xué)物質(zhì)，稱作“神經(jīng)遞質(zhì)”(neurotransmitter)，這個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)在突觸后的接收部分轉(zhuǎn)換成電流，使突觸后神經(jīng)細(xì)胞的靜息電位改變。神經(jīng)遞質(zhì)可以是“興奮性”的或是“抑制性”的，前者使跨膜電位向正的方向變(如從-65變?yōu)?64毫伏)，這個(gè)正方向變化使細(xì)胞膜電位更接近產(chǎn)生動(dòng)作電位的閾值，所以是興奮性的；后者使膜電位向負(fù)的方向變(如從-65變?yōu)?66毫伏)，遠(yuǎn)離產(chǎn)生動(dòng)作電位的閾值，所以是抑制性的。目前市場(chǎng)上很多安眠藥(如zolpidem、zaleplon、benzodiazepines等)都是是靠加強(qiáng)抑制性遞質(zhì)的作用來達(dá)到促進(jìn)睡眠的效果的。

神經(jīng)細(xì)胞可以按其發(fā)射的神經(jīng)遞質(zhì)分為兩類：興奮性細(xì)胞和抑制性細(xì)胞。在大腦皮層中興奮細(xì)胞產(chǎn)生的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)是谷氨酸(glutamate)，抑制細(xì)胞產(chǎn)生的抑制性遞質(zhì)是伽瑪氨基丁酸(GABA)。皮層中興奮性細(xì)胞占75%左右，而抑制細(xì)胞只占25%左右[13]。

由前所述，皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中絕大多數(shù)聯(lián)系是在相鄰神經(jīng)細(xì)胞之間。一個(gè)興奮性細(xì)胞的動(dòng)作電位會(huì)使其周圍幾千個(gè)興奮細(xì)胞活動(dòng)增加，在群體中產(chǎn)生更多的動(dòng)作電位。而每個(gè)動(dòng)作電位又會(huì)使周圍幾千個(gè)興奮性細(xì)胞更加興奮。在清醒的時(shí)候，這個(gè)正反饋的過程可讓一個(gè)很小的感覺信號(hào)迅速在皮層里形成一個(gè)興奮點(diǎn)，在這興奮點(diǎn)周圍的突觸連接又會(huì)影響更多的神經(jīng)細(xì)胞，在空間上形成一個(gè)興奮波的擴(kuò)布過程(Propagating Waves)。這種皮層興奮波的產(chǎn)生和擴(kuò)布是腦皮層中動(dòng)員大批神經(jīng)細(xì)胞處理信息的基礎(chǔ)，宏觀上也是產(chǎn)生腦電和皮層誘發(fā)電位的基礎(chǔ)。據(jù)估計(jì)，由幾個(gè)光子射入眼中產(chǎn)生的神經(jīng)信號(hào)竟可以興奮皮層中幾十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。皮層興奮性神經(jīng)細(xì)胞之間的巨大放大作用是被抑制性神經(jīng)細(xì)胞有效地控制的，所以在清醒時(shí)興奮和抑制的力量處于一個(gè)完全相當(dāng)?shù)钠胶鉅顟B(tài)。

大腦皮層與丘腦緊密連接[14]。丘腦是大腦皮層的“網(wǎng)關(guān)”，大腦皮層感覺、運(yùn)動(dòng)和聯(lián)想等不同的區(qū)域與丘腦不同的部分(神經(jīng)核團(tuán))緊密相連。這些丘腦核團(tuán)又稱“傳遞核團(tuán)”(Relaying Nuclei)，分別介導(dǎo)視覺、聽覺、觸覺等感覺信息進(jìn)入大腦。丘腦中神經(jīng)細(xì)胞也分為興奮性神經(jīng)細(xì)胞和抑制性神經(jīng)細(xì)胞。所有傳遞核團(tuán)中的神經(jīng)細(xì)胞都是興奮性的，從這些細(xì)胞投向大腦皮層的聯(lián)系都是興奮性的；而且從大腦皮層返回丘腦的遠(yuǎn)程聯(lián)接也都是興奮性的。這個(gè)雙向都是興奮的環(huán)路必須被抑制性細(xì)胞所調(diào)控，達(dá)到興奮/抑制的平衡，否則就會(huì)出現(xiàn)過度興奮的神經(jīng)科疾病(如癲癇)。擔(dān)負(fù)這個(gè)調(diào)控重任的丘腦抑制性神經(jīng)細(xì)胞組成一個(gè)薄薄的葉片結(jié)構(gòu)包裹在各傳遞核團(tuán)之外，稱為丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)(Thalamic Reticular Nucleus)。丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)中的抑制細(xì)胞在得到從皮層來的興奮信號(hào)后，抑制丘腦傳遞核團(tuán)中的興奮性細(xì)胞，從而使整個(gè)丘腦-皮層系統(tǒng)達(dá)到興奮/抑制的平衡。與傳遞核團(tuán)相比，丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)只占很小的體積，卻在睡眠的起始和維持中起著關(guān)鍵性作用[15]。在睡眠中由丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)內(nèi)的抑制性細(xì)胞產(chǎn)生的睡眠波成功地阻擋從視聽和體感來的信息傳入大腦皮層。當(dāng)丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)的抑制性細(xì)胞由于病變而大批損失后，患者會(huì)出現(xiàn)永久性失眠直至死亡。

粗略地講，睡眠和非睡眠的界限是以人是否清醒、能否感知世界和自身的存在來劃定。究竟是什么機(jī)制能使人在清醒和睡眠的狀態(tài)之間切換呢？研究和大量臨床實(shí)例證明丘腦是切換清醒和睡眠的重要機(jī)關(guān)。

丘腦中神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)模式在清醒和睡眠狀態(tài)是完全不一樣的。在清醒狀態(tài)，丘腦的興奮性細(xì)胞的活動(dòng)模式為快速、連續(xù)地發(fā)放動(dòng)作電位。這些峰電位像電碼一樣把視覺、聽覺和體感等的外界感覺信息傳進(jìn)大腦皮層。大腦皮層的興奮性細(xì)胞與丘腦細(xì)胞緊密耦合，也以同樣的快速連續(xù)發(fā)放模式活動(dòng)來處理這些感覺信息。數(shù)以百億的大腦神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)以毫秒級(jí)的精度配合，綜合處理各種感覺信息與大腦內(nèi)在的思想，這種大規(guī)模的綜合神經(jīng)活動(dòng)使我們感知到世界的存在以及自我意識(shí)的存在。皮層細(xì)胞的快速連續(xù)放電造成腦電上的非同步的快波(伽瑪節(jié)律)，是清醒和快速動(dòng)眼睡眠期腦電的主要標(biāo)志。

與此相對(duì)，在睡眠期間丘腦的神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)狀態(tài)是間歇性的成簇發(fā)放動(dòng)作電位。在這種活動(dòng)模式下，大批丘腦的神經(jīng)細(xì)胞同步活動(dòng)，失去了精確地把外界感覺傳入大腦的能力[16]；而且這種同步的成簇發(fā)放的模式也使大腦皮層興奮性細(xì)胞出現(xiàn)成簇的活動(dòng)，同樣也失去了以毫秒級(jí)精度配合活動(dòng)的能力。這樣大腦皮層就失去了思想和處理感覺信息的能力，對(duì)世界的感知和自我意識(shí)隨之消失，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。表現(xiàn)在腦電上，皮層神經(jīng)細(xì)胞的同步成簇發(fā)放使腦電出現(xiàn)高幅度低頻率的慢波，是慢波睡眠腦電的主要標(biāo)志。

對(duì)上述清醒/睡眠狀態(tài)的切換研究較多的是淺睡期的梭狀波(Spindle Waves)，綜述見參考文獻(xiàn)[17]。梭狀波產(chǎn)生的關(guān)鍵是在丘腦網(wǎng)狀核團(tuán)抑制性細(xì)胞上分布的兩種分子開關(guān)——低閾值T型鈣通道(Cav3.3)[18]和鈣激活的2型鉀通道(SK2)的交替活動(dòng)[19]。在睡眠開始的階段，隨著網(wǎng)狀核團(tuán)抑制性細(xì)胞膜電位降低，Cav3.3通道被活化，鈣離子進(jìn)入細(xì)胞，并使膜電位抬高，引起該細(xì)胞的簇狀放電。同時(shí)由于鈣離子在細(xì)胞內(nèi)濃度增加，活化了SK2通道，使鉀離子大量?jī)?nèi)流引起膜電位下降。這一膜電位抬高-下降過程周而復(fù)始，每個(gè)周期大約是十分之一秒[20]。這個(gè)10赫茲左右的周期性活動(dòng)就是睡眠期丘腦成簇發(fā)放模式的起源。在每個(gè)周期中膜電位高的時(shí)候細(xì)胞成簇地發(fā)放大量動(dòng)作電位，而膜電位低的時(shí)候細(xì)胞不放電。

大腦皮層和丘腦的清醒和睡眠周期受皮層下神經(jīng)結(jié)構(gòu)和腦干的調(diào)節(jié)，即所謂與清醒和睡眠有關(guān)的五個(gè)主要的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)，分別是乙酰膽堿、腎上腺素、五羥色胺、多巴胺和組胺酸系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的作用類似“開關(guān)”，通過調(diào)節(jié)皮層和丘腦的神經(jīng)群體興奮性實(shí)現(xiàn)清醒和不同睡眠狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，我們將在本文第二部分中介紹這些系統(tǒng)。

(未完待續(xù))

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Sleep and related brain structures

GENG Xinling，WU Jian-young，GAO He*. School of Biomedical Engineering，Capital Medical University，Beijing 100069，China

Corresponding author：GAO He，E-mail：bjgaohe@sohu.com

Sleep is an active process initiated and regulated by a number of brain structures.This article provides a brief introduction to these brain structures.There will be four sections：1)Neuronal activity of cerebral cortex and thalamus during sleep and wakefulness.2)Sleep stages and related hypothalamus and brain stem structures.3)The circadian cycle of sleep and underlining neural mechanisms.4)Drug and sleep：widely used sleeping pills and their mechanisms.Limited by space，we are only able to elaborate a few basic points in this vast research field.However，we make efforts to describe milestones and classical experiments，as an attempt to provide readers with a clear sketch of the sleep-related brain structures.

Sleep; Brain; Cerebral cortex; Thalamus

首都醫(yī)學(xué)發(fā)展基金睡眠實(shí)驗(yàn)中心(室)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與管理的示范研究(編號(hào)：2009-1028)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：61302035)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金新教師類聯(lián)合資助課題(編號(hào)：20111107120018)

100069北京，首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院(耿新玲)；Department of Neuroscience，Georgetown University Medical Center，Washington DC，20057(吳建永)；100036北京，中國(guó)人民解放軍空軍總醫(yī)院航空航天睡眠醫(yī)學(xué)中心(高和)

高和，E-mail：bjgaohe@sohu.com