脑的节律与睡眠脑的节律与睡眠Outline1.脑电图2.睡眠与睡眠与觉醒醒3.昼夜昼夜节律律 Hans Berger 与与EEG的发现的发现 从从telepathy到到EEG的发现的发现EEG电极位置电极位置 A, 耳(auricle); C, 中央(central); Cz, 顶点(vertex); F, 前额部(frontal); Fp, 额极(frontal pole); O, 枕部(occipital); P, 顶部(parietal); T, 颞侧(temporal).l测量一对电极间的差异信号测量一对电极间的差异信号EEG的产生的产生 只有许多细胞的贡献才能使在头皮上记录的信号大到被识别记录只有许多细胞的贡献才能使在头皮上记录的信号大到被识别记录思考问题思考问题 l突触活动在皮层深层，记录到的突触活动在皮层深层，记录到的EEG极性如何？极性如何？l动作电位的幅度要比突触后电位大，为什么动作电位的幅度要比突触后电位大，为什么EEG的主要贡献是后者？的主要贡献是后者？l抑制性突触后电位能被抑制性突触后电位能被EEG记录到吗？记录到吗？神经元同步活动可使神经元同步活动可使EEG信号增大信号增大 脑电节律脑电节律Alpha波波lCharacteristics: - frequency: 8-13 Hz- amplitude: 20-60 VlEasily produced when quietly sitting in relaxed position with eyes closed (few people have trouble producing alpha waves)lAlpha blockade occurs with mental activity -exceptions found by Shaw(1996) in the case of mental arithmetic, archery, and golf putting Beta波波lCharacteristics:-frequency: 14-30 Hz-amplitude: 2-20 VlThe most common form of brain waves. Are present during mental thought and activityTheta WaveslCharacteristics:-frequency: 4-7Hz-amplitude: 20-100VlBelieved to be more common in children than adultslWalter Study (1952) found these waves to be related to displeasure, pleasure, and drowsiness lMaulsby (1971) found theta waves with amplitudes of 100V in babies feedingDelta WaveslCharacteristics:-frequency: 0.5-3.5 Hz-amplitude: 20-200VlFound during periods of deep sleep in most peoplelCharacterized by very irregular and slow wave patterns lAlso useful in detecting tumors and abnormal brain behaviorsGamma WaveslCharacteristics:-frequency: 32-100Hz-amplitude: 3-5VlOccur with sudden sensory stimuli, sensory bindinglConscious attention lmeditationDifferent types of brain waves in normal EEGRhythmFrequency(Hz)Amplitude(uV)Recording& LocationAlpha()8 1350 100 Adults, rest, eyes closed.Occipital regionBeta()14 - 3020 Adult, mental activityFrontal regionTheta()4 7 Above 50Children, drowsy adult, emotional distressOccipitalDelta()2 4 Above 50Children in sleepSlow-wave sleep同步化产生同步化产生双神经元振荡双神经元振荡单神经元振荡单神经元振荡丘脑节律驱动皮层节律丘脑节律驱动皮层节律异常异常EEG节律：癫痫节律：癫痫Seizures: temporary disruptions of brain function resulting from abnormal, excessive neuronalactivity; Epilepsy: a chronic condition of repeated seizures.Focal seizuresGeneralized seizures局灶发作的产生原理局灶发作的产生原理Neurons in a seizure focus have characteristic activityThe breakdown of surround inhibition leads to synchronizationExcitation and inhibition in a seizure focus原发性全面发作的产生原理原发性全面发作的产生原理Outline1.脑电图2.睡眠与睡眠与觉醒醒3.昼夜昼夜节律律 睡眠睡眠Sleep is a readily reversible state of reduced responsiveness to, and interaction with, the environment.对环境反应和与环境互动显著降低的可随时逆转的状态脑的功能状态脑的功能状态l觉醒觉醒l非快速眼动睡眠（慢波睡眠）：可运动躯体中的怠速运行的脑非快速眼动睡眠（慢波睡眠）：可运动躯体中的怠速运行的脑l快速眼动睡眠：麻痹躯体中的活跃而幻觉的脑快速眼动睡眠：麻痹躯体中的活跃而幻觉的脑睡眠周期睡眠周期l存在存在4阶段阶段non-REM和和REM睡眠的周期睡眠的周期lNon-REM占睡眠的占睡眠的75%，REM占占25%l周期平均周期平均90分钟分钟lNon-REM由长变短，由长变短，REM由短变长由短变长l睡眠后期很少进入第睡眠后期很少进入第4阶阶段的段的non-REM睡眠睡眠lNon-REM和和REM至少至少30分钟间隔分钟间隔睡眠的睡眠的EEG节律变化节律变化梦梦lNon-REM梦：时间较短，视觉内容少，少有情绪内梦：时间较短，视觉内容少，少有情绪内容，多是概念性的，常与日常生活事件相关。容，多是概念性的，常与日常生活事件相关。 梦游，梦话梦游，梦话lREM梦：时间相对长，主要是视觉的，也有情绪的，梦：时间相对长，主要是视觉的，也有情绪的，与日常经历的时间相对无关，生动的，怪诞的。与日常经历的时间相对无关，生动的，怪诞的。 清醒梦清醒梦香草天空，2001我们能控制梦境吗？我们能控制梦境吗？lLucid dreams 清醒梦做梦者于睡眠状态中保持意识清醒直接控制梦的内容，使自己的梦境中的感觉真实得跟现实世界并无二样“知道自己在做梦时做的梦”梦的神经生物学梦的神经生物学l“激活激活-合成假说合成假说”REM睡眠睡眠脑桥神经元随机激活脑桥神经元随机激活丘脑丘脑皮层各区皮层各区合成梦境合成梦境l恢复恢复l休息、恢复、为觉醒准备休息、恢复、为觉醒准备l适应适应l规避风险规避风险l节省能量节省能量l记忆巩固记忆巩固l新学习的任务相关的脑活动在睡眠中同样被激活新学习的任务相关的脑活动在睡眠中同样被激活为什么需要睡眠？为什么需要睡眠？睡眠的神经机制睡眠的神经机制方法：毁损、刺激、记录方法：毁损、刺激、记录觉醒与上行网状激活系统觉醒与上行网状激活系统Non-REM睡眠机制睡眠机制l弥散调制系弥散调制系统的逐步退统的逐步退出出l源于皮层和源于皮层和丘脑的同步丘脑的同步活动活动REM睡眠机制睡眠机制初级视皮层不变初级视皮层不变外纹状皮层和边缘皮层增加外纹状皮层和边缘皮层增加前额叶皮层降低前额叶皮层降低初级视皮层和部分前额叶皮层降低初级视皮层和部分前额叶皮层降低外纹状皮层和边缘系统增加外纹状皮层和边缘系统增加脑桥胆碱能神经元脑桥胆碱能神经元蓝斑蓝斑NA能神经元能神经元中缝核中缝核5-HT神经元神经元REM睡眠行为障碍睡眠行为障碍l丧失正常丧失正常REM睡眠时伴有的肌张力抑睡眠时伴有的肌张力抑制，而代以和梦境一致的运动活动制，而代以和梦境一致的运动活动l脑干抑制脊髓运动神经元的作用受损脑干抑制脊髓运动神经元的作用受损发作性睡病发作性睡病(narcolepsy)1.嗜睡或突然感觉无力嗜睡或突然感觉无力2.白天频繁小睡或突然进入睡眠白天频繁小睡或突然进入睡眠3.在情绪亢奋的情况下出现双侧肌张力突然消失（猝倒症）在情绪亢奋的情况下出现双侧肌张力突然消失（猝倒症）4.相关的症状包括：相关的症状包括：睡眠瘫痪；睡眠瘫痪；入睡前幻觉；入睡前幻觉；不自主运动；不自主运动；夜间夜间睡眠频繁觉醒。睡眠频繁觉醒。l直接由觉醒进入直接由觉醒进入REM睡眠睡眠lOrexin is a peptide neurotransmitter released in a pathway from the lateral nucleus of the hypothalamus highly responsible for the ability to stay awake.Stimulates acetylcholine-releasing cells in the forebrain and brain stem to increase wakefulness and arousal.发作性睡病发作性睡病促进睡眠促进睡眠l胞壁酰二肽胞壁酰二肽(muramyl dipeptide)：促进：促进Non-REM睡眠睡眠l白介素白介素1(interleukin-1)：免疫分子：免疫分子l腺苷腺苷(adenosine)：抑制弥散性调制系统：抑制弥散性调制系统l褪黑激素褪黑激素(melatonin)：在夜晚释放：在夜晚释放Outline1.脑电图2.睡眠与睡眠与觉醒醒3.昼夜昼夜节律律 生理功能的昼夜节律生理功能的昼夜节律授时因子授时因子生物钟与授时因子生物钟与授时因子人的睡眠人的睡眠-觉醒节律觉醒节律视交叉上核视交叉上核l视交叉上核接受来自视网膜光敏感节视交叉上核接受来自视网膜光敏感节细胞的直接支配细胞的直接支配l光敏感节细胞的光敏素是黑视蛋白光敏感节细胞的光敏素是黑视蛋白（melanopsin）l视交叉上核神经元支配下丘脑其它核视交叉上核神经元支配下丘脑其它核团神经元以及中脑和间脑等区域团神经元以及中脑和间脑等区域l视交叉上核神经元是视交叉上核神经元是GABA能的能的l视交叉上核神经元可节律性的分泌神视交叉上核神经元可节律性的分泌神经肽血管加压素经肽血管加压素损毁视交叉上核破坏昼夜节律损毁视交叉上核破坏昼夜节律视交叉上核节律机制视交叉上核节律机制l培养的培养的SCN神经元任存在神经元任存在24小时左右节律小时左右节律l抑制抑制SCN神经元动作电位的神经元动作电位的产生，节律任然存在产生，节律任然存在lSCN神经元时钟由相关时钟神经元时钟由相关时钟基因周期表达产生基因周期表达产生时钟基因时钟基因参考书目参考书目1.Neuroscience: Exploring the Brain