科學探索：大腦的雜音中包含著睡夢的獨特標記


圖片來源：Pixabay
當我們做夢時，我們的大腦充滿了嘈雜的電活動，它看起來和清醒的腦電活動幾乎一模一樣。
然而加州大學伯克利分校（UCB）的研究人員從這些雜音中找到了代表做夢或快速眼動（REM）睡眠的片段，這或許會讓我們更容易監(jiān)控患有睡眠障礙的人，以及昏迷不醒的患者或麻醉狀態(tài)下的人。


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每年都有成千上萬的人通過參與過夜的研究來診斷自己的睡眠問題，其中大多數(shù)人通過連接腦電圖（EEG）來監(jiān)視腦活動，伴隨著自己逐漸從清醒到深度的慢波睡眠，再到快速眼動睡眠的過程。但是腦電圖本身并不能說明病人是醒著還是在做夢，醫(yī)生只能通過記錄眼睛的運動（顧名思義）和肌肉的緊張度來辨別快速眼動睡眠，因為我們的身體會放松到一種基本麻痹的狀態(tài)來防止我們在睡夢中動醒。
加州大學伯克利分校心理學和神經(jīng)科學教授、論文的主要作者Robert Knight說：“我們現(xiàn)在真的擁有了一種準確判斷你是否處于快速眼動睡眠的標準。這是一種判斷無意識的通用標準。”這篇論文于7月28日發(fā)表在在線雜志eLife上。
論文的共同作者、加州大學伯克利分校心理學和神經(jīng)科學教授、睡眠研究員Matthew Walker說：“這些新發(fā)現(xiàn)顯示，在人腦的電信號里，有一些簡單的標記非常獨特。如果我們測量這種簡單的電標記，我們就可以在第一時間準確地辨別某個人的意識正處在什么階段——做夢、完全清醒、麻痹或是深度睡眠?！?br> 這種通過腦電圖辨別快速眼動睡眠的能力能讓醫(yī)生監(jiān)視手術中處于麻痹狀態(tài)的病人，以此來研究麻藥引發(fā)的無意識與正常睡眠的區(qū)別——這個問題仍未得到解決。這也是論文的第一作者、麻醉醫(yī)生Janna Lendner發(fā)起該研究的主要原因。

圖片來源：芒格學院
Lendner作為伯克利的博士后，正在德國圖賓根大學醫(yī)學中心（University Medical Center in Tübingen）進行她的第四年麻醉學實習，她說：“我們經(jīng)常和病人說‘現(xiàn)在你要睡覺了’，我很好奇這兩種狀態(tài)有多大程度是真正重疊的。麻醉會有一些副作用，如果我們對兩者重疊的部分有一點了解——或許麻醉劫持了某些睡眠通路，我們也許可以改善麻醉?！?br> 睡眠舒緩大腦
睡眠，就像Walker 在他2017年出版的《我們?yōu)槭裁匆X》中寫道： “睡眠豐富了多種功能，包括我們學習、記憶、做邏輯決策和選擇的能力。它慷慨地維護著我們的身心健康，睡眠重調了我們的情感腦回路，讓我們以冷靜沉著的頭腦應對第二天的社交和心理挑戰(zhàn)?！?br> 睡眠中斷則會影響一切，增加醫(yī)學、心理和神經(jīng)性疾病的風險。
大部分睡眠研究都聚焦于同步而有節(jié)律地流經(jīng)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡的波，從標志著深度睡眠，一般出現(xiàn)在深夜前幾個小時的慢波，到代表著睡夢的頻率更高的波。這些波突然出現(xiàn)在許多基本活動之上，也被稱為1/f，通常被視為噪聲而忽略。
但是Knight和他的實驗室已經(jīng)對這種“噪聲”研究了十余年，并發(fā)現(xiàn)它包含著一些關于大腦狀態(tài)的有效信息。比如在2015年，他和目前就職于加州大學圣迭戈分校的前博士生Bradley Voytek發(fā)現(xiàn)高頻率的活動會隨著年齡而增長。Lendner 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，相對于低頻率活動，高頻率活動的驟降，是快速眼動睡眠的獨特標記。
Lendner said說：“我們把這種沒有節(jié)律的背景活動忽略了很長時間。有時候它被稱為噪聲，但其實不是；它攜帶著大量的信息，也包括潛在的喚醒水平。這種標準讓只看腦電圖來區(qū)分快速眼動睡眠和清醒成為了可能?！?br> 由于慢波與腦中的抑制性活動相關，而清醒時的高頻率活動和興奮行為相關，因此，劇烈的驟降或許預示著腦中有很多活動，包括那些與肌肉運動相關的活動，它們會在快速眼動睡眠時被抑制。
這種新標準將不同頻率的腦活動量化——有多少活動的頻率在每秒1個周期到50個周期之間，并求出斜率，即數(shù)值下降的速度。與清醒或麻醉時相比，1/f的驟降在快速眼動睡眠時更劇烈。
Lendner在加州大學伯克利分校Walker睡眠實驗室用腦電圖頭皮電極記錄了20人的夜間腦活動后，找到了這種典型的標準。其中有10個人曾在腦部植入電極，這是在癲癇手術前查找病因的必要檢查手段。
Lendner目前正在回顧昏迷患者的腦記錄，以了解他們的腦活動在一天中是如何變化的，以及1/f是否能被用于預示昏迷發(fā)生的可能性。
Knight說：“更重要的是，我認為這是評估昏迷狀態(tài)的另一個指標。1/f非常靈敏。它可以解決的是情景是，比如有人意識模糊不能動，以及病人是否比你想象的更危險。”
翻譯：盧大山
審校：巢栩嘉
引進來源：加州大學伯克利分校
引進鏈接：https://medicalxpress.com/news/2020-08-brain-noise-unique-signature.html


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