人类的哪些神经元最先入睡

通过将血液流动模式与睡眠志愿者大脑中的生物电信号联系起来，科学家们正在研究大脑区域入睡和醒来的顺序。

亚历杭德拉曼哈雷斯

我在过去的几十年里，科学告诉我们哺乳动物的大脑并不总是完全清醒或睡眠。海豚可以在一个半球睡着的情况下游泳，而另一个半球保持警觉，而睡眠不足的老鼠的一些神经元可以在动物仍然清醒时“关闭”。在人类中，这种所谓的“局部睡眠”，其中特定的神经元群体在大脑的其余部分清醒时小睡，研究起来更具挑战性，因为无法使用用于在其他哺乳动物身上追踪它的侵入性方法在人身上。

7 月 21 日发表在PNAS上的一项新研究似乎已经克服了这一挑战。通过同时映射用两种不同方法测量的人脑信号(一种具有良好的时间分辨率，另一种具有良好的空间分辨率)，该团队在局部水平上精确定位了神经元群的清醒或睡眠状态。这一成就使得确定哪些大脑区域最先入睡以及哪些大脑区域最先醒来成为可能，专家表示它有望成为研究人类睡眠的宝贵工具。

传统上，人类睡眠是通过脑电图 (EEG) 研究的，脑电图通过放置在头皮上的电极测量大脑的电活动。脑电图擅长测量快速变化，但它的空间分辨率很差，卡迪夫大学大脑研究员陈松解释说，他在威斯康星大学麦迪逊分校做博士后时参与了这项新研究。因此，尽管科学家们从 EEG 中了解了很多关于睡眠信号的信息，但这项技术告诉我们的关于局部睡眠的信息却很少。

Song 和她的同事们决定将脑电图与功能性磁共振成像 (fMRI) 这一互补技术结合使用，该技术可以测量大脑中的血流量，作为神经元活动的代表。与 EEG 相比，fMRI 不擅长测量短而快的变化，但它可以以立方毫米的分辨率区分大脑活动，Song 解释说。该团队决定探索是否可以通过 fMRI 提供的模式来反映经常在 EEG 测量中发现的典型睡眠神经信号(称为睡眠纺锤波的慢波和突发振荡)。

参见“睡眠的内核”

该团队使用为他们之前的一项研究收集的数据，分析了 36 名戴着脑电图帽在 fMRI 扫描仪内入睡一小时的人的大脑活动。通过观察血流活动的振荡并将其与脑电图数据进行比较，Song 和她的同事发现典型的睡眠电波模式与 fMRI 记录的血氧反应相似。

研究人员进一步发现，这些血流振荡在整个大脑中具有明显的时空模式，这表明当我们逐渐入睡时，某些区域比其他区域更早进入睡眠状态。例如，在他们的分析中，丘脑是第一个显示与睡眠相关的血流模式的区域，这一发现与之前基于 EEG 数据的研究一致，该研究报告称在向睡眠过渡期间，该区域可能比其他区域更早关闭。

当志愿者醒来时，他们在测量大脑活动时发现了一个单独的时空模式。例如，大脑的额叶皮质区域可能是最先醒来的区域之一。这与研究人员之前部分基于动物研究但主要基于理论推理的想法不同，Song 说，因为这些区域与认知处理有关“而且很多时候当你醒来时，你 [可能] 会觉得你无法[集中注意力]。” 然而，Song 承认在 fMRI 扫描仪中睡觉“非常不自然”，并且人们可能会经历较轻的睡眠，从而导致这些观察结果。

未参与这项研究的范德比尔特大学电气工程师Catie Chang说，这项研究为在局部水平研究大脑提供了“新视角”，作者使用的方法可以帮助“拼凑出一幅更完整的图景”当我们入睡时大脑中发生了什么。

使用 fMRI 监测局部睡眠对于提高我们对睡眠障碍的理解也很有价值。例如，研究人员可以开始询问“入睡没有困难的人与可能难以入睡的人相比”的健康志愿者的表现，Chang 说。Song 表示，这项技术对于了解局部睡眠和局部觉醒是否对人类有任何作用特别有用，因为目前“我们对此一无所知”。