第三章 睡眠与觉醒的生理机制

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枕叶皮层
丘脑外侧膝状体
脑桥
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概括起来说，慢波睡眠 慢波睡眠是相对安静的睡眠，而 慢波睡眠 快波睡眠则是相对活跃的睡眠；快波睡眠 快波睡眠时脑 快波睡眠 快波睡眠 的活动增强，代谢率增加，植物性神经系统的 自主功能增强，但由于肌紧张减弱或消失，使 其“运动”功能丧失，而慢波睡眠 慢波睡眠一般呈现出 慢波睡眠 相反的状态。
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脑电图
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正在睡眠的被试头上安放着电极， 正在睡眠的被试头上安放着电极， 可以记录脑的电活动。 可以记录脑的电活动。
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一、慢波睡眠与快波睡眠的生理特征
根据人类睡眠时出现的脑电图(EEG), 根据人类睡眠时出现的脑电图(EEG), 眼动图（EOG）和肌电图（MEG）的变化特 眼动图（EOG）和肌电图（MEG）的变化特 征，可以将成人睡眠过程分为两个时相： 慢波睡眠(slow 慢波睡眠(slow wave sleep SWS)和快波睡 SWS)和 眠(fast wave sleep FWS)。 FWS)。
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四、人类睡眠的个体发生与发展
1、发生：
胎儿：从24-36周出现明显的觉醒与睡眠状态 24-30周出现快波睡眠 32-36周出现慢波睡眠 新生儿：需要的睡眠时间很长，每天约睡16-18小 时。每昼夜觉醒-睡眠周期为5-6次。随 着婴儿的成熟，短的睡眠逐渐合成为长的睡 眠，觉醒行为逐渐集中到白天时间，而睡眠 时间则逐渐集中到夜晚。
第一节
睡眠类型与人类睡眠的个体发展
20世纪50年代，美国芝加哥大学的克莱特曼 20世纪50年代，美国芝加哥大学的克莱特曼 (N.Kleitman)和阿瑟琳斯基(E.Aserinsky) (N.Kleitman)和阿瑟琳斯基(E.Aserinsky) 在对 婴儿睡眠的研究中发现，在安静相睡眠之后 出现活动相睡眠，并伴随快速眼动。后来， 克莱特曼和德蒙特(W.Dement)在对成人睡眠 克莱特曼和德蒙特(W.Dement)在对成人睡眠 的研究中，将眼动与脑电活动模式联系起来， 明确了两种睡眠的存在，即慢波睡眠和 明确了两种睡眠的存在，即慢波睡眠和快波 睡眠。 睡眠
快波睡眠 EEG低幅快波（去同步化波） EMG肌肉完全松弛 EOG有快速眼动(50-60次/秒）
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慢波睡眠各期主要的脑电波
慢波睡眠1期：α θ波 慢波睡眠2期：θ波背景上出现σ梭 形波和k-复合体 慢波睡眠3期：δ波20%-50% 慢波睡眠4期：δ波50%以上
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次/秒 秒
觉醒与睡眠中常见的脑电图
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觉醒与睡眠中常见的脑电图： 觉醒与睡眠中常见的脑电图： α波（8-13次/秒），波幅为0-50微伏，在清醒闭 13次 波幅为0 50微伏， 目不思考时出现。 目不思考时出现。 β 波 （ 14-30 次 / 秒 ） ， 是觉醒时的兴奋脑波， 典 14-30次 是觉醒时的兴奋脑波 ， 型的低幅快波。 型的低幅快波。 θ波（4-7次/秒），慢波睡眠1-2期出现。 慢波睡眠1 期出现。 δ 波 （ 0.5-3 次 / 秒 ） ， 波幅为20-200微伏 ， 典型 波幅为 20-200 微伏， 的高幅慢波，慢波睡眠3 期出现。 的高幅慢波，慢波睡眠3-4期出现。 σ梭形波（大约14次/秒），为一组形似纺锤的波， 梭形波（大约14次 为一组形似纺锤的波， 在慢波2期出现。 在慢波2期出现。 k-复合体，由一个正相波和一个负相波组成，在 慢波2 慢波2期出现 。 2011-12-19 9
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催眠相与精神病的病理： 2. 催眠相与精神病的病理 在正常清醒状态下，条件反射的强弱与刺 激强度间存在着一定的关系，但从清醒到睡眠 的过渡期内，这种强度关系发生了改变。根据 强度关系的不同，巴甫洛夫将催眠相分为正常 相、均等相、反常相、超反常相和抑制相等5 个时相。
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上行 激活系统
感觉 传入
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2、 20世纪60年代以来，研究者采用脑横断 法进行的一系列实验表明，脑干在睡眠与觉醒 的调节中有重要作用： (1)脑干后端横切脑（孤立头标本），动物 保持正常的觉醒与睡眠状态。 (2)脑干中部（桥脑中部）横断脑，动物几 乎都处于觉醒状态，提示脑干网状结构后部控 制睡眠。 (3)脑干以上(中脑四叠体中部）横断脑（孤 立脑标本）后，动物处于永久睡眠状态，提示 脑干网状结构前部控制觉醒。
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一、巴甫洛夫的睡眠理论
1. 要点： 要点： 睡眠的本质是起源于大脑皮层广泛扩散 的内抑制；这种抑制在皮层中和皮层下脑结构 扩散中存在一定的时相，构成了从觉醒到完全 睡眠的过渡，即催眠相；而梦是由于内外环境 因素的影响，在普遍抑制的背景上大脑皮层细 胞群局部兴奋活动的结果。
29wenku.baidu.com
正常相：强刺激引出强反应，弱刺激引出弱 正常相 反应，阴性刺激不引起反应。 均等相：强刺激和弱刺激引起同样的反应， 均等相 阴性刺激不引起反应。 反常相：强刺激引出弱反应，弱刺激引出强 反常相 反应，阴性刺激不引起反应。 超反常相：无论强刺激还是弱刺激均不引起 超反常相 反应，而阴性刺激却引起反应。 抑制相：各种刺激均不引起反应，机体进入 抑制相 完全的睡眠状态。
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慢波睡眠又称浅睡(light sleep)， 慢波睡眠又称浅睡(light sleep)， 非快速眼动睡眠(non-rapid-eye非快速眼动睡眠(non-rapid-eyemovement sleep NREM)和同步睡眠 NREM)和 (synchronized sleep)；快波睡眠又称 sleep)；快波睡眠又称 深睡(deep sleep)， 深睡(deep sleep)，快速眼动睡眠 (rapid-eye(rapid-eye-movement sleep REM sleep)和异相睡眠(paradoxical sleep)和异相睡眠(paradoxical sleep PS)。成年人的慢波睡眠又可分为1 PS)。成年人的慢波睡眠又可分为1-4个 期相，它也有深浅之分。
慢波睡眠 1期 2期 3期 4期 5％ 49％ 49％ 8％ 14％ 14％ 24％ 24％
快波睡眠
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三、睡眠的生理与生化改变
慢波睡眠 心率减慢 、血压下降 、呼吸率下降 、吐液分 泌减少 、基础代谢率降低 ； 脑温下降 、全脑血流比安静时少 ； 肾上腺皮质激素分泌增加、生长素分泌在慢 3-4出现高峰； 少数人报告有梦，内容平淡，概念性思维性 强，生动性弱 。
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新生儿 2011-12-19
婴儿
儿童
青少年
成年
老年 26
人类睡眠的个体发展式样
第二节
睡眠的脑机制
17世纪，人们才开始研究睡眠的脑机制。 早期的理论认为睡眠是一种被动的过程。近期， 研究者开始深入到脑的内部，发现睡眠不是觉 醒状态的简单终结，而是中枢神经系统内发生 的一个主动过程。 睡眠与觉醒状态的发生和维持与脑干的网 状激活系统及其它一些脑区域的神经控制有密 切的关系，同时也与脑内神经化学递质的动态 变化有密切关系。本部分将主要讨论睡眠的神 经与化学机制，并对内源性睡眠肽的研究成果 作简单介绍。
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二、成人整夜睡眠过程
1. 过程
一夜交替4 平均周期约90 90分钟 一夜交替4-6次，平均周期约90分钟
觉醒
（1
慢波睡眠
2 3 4 3 2） 2）
快波睡眠
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睡 眠 期 相
一个成年人整夜睡眠过程的示例
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睡眠与觉醒时相的交替
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2、各期睡眠的时间分配： 各期睡眠的时间分配
第三章 睡眠与觉醒
想睡，想吃，想喝都受机体内在的动机的 驱使，是一种本能行为。睡眠与觉醒的交替活 动受人体内在生物钟节律的控制，也是脑的一 种主动调节过程，脑内某些神经结构与中枢的 神经递质参与了睡眠与觉醒状态的转换和维持。 睡眠除了可以消除觉醒状态下工作、学习 和劳动所产生的脑力和体力的疲劳之外，还可 能有更为重要的生理与心理功能。
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3、脑干上部与下部分别麻醉的实验表明， 上部麻醉后动物陷入睡眠状态，说明脑干上部 对觉醒是重要的；下部麻醉后动物很快醒来， 说明脑干下部对睡眠是必要的。
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三、睡眠的脑机制
睡眠与觉醒调节的脑机制示意图(下页)
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脑干网状上行激活系统 蓝斑核小细胞产生NE
觉醒
慢波睡眠
快波睡眠
视交叉上核 中缝核
松果体 5-HT
褪黑激素 慢波睡眠 慢波睡眠
快波睡眠的开启、 快波睡眠的开启、脑电的去同步 眼动、 波和肌张力消失（桥脑和 眼动、 PGO波和肌张力消失 波和肌张力消失 延脑网状大细胞，外侧膝状体神经元 和蓝斑核内或周边的Ach神经元） 快波睡眠关闭（蓝斑核小细胞NE神经元） 快波睡眠关闭
放松的唤醒状态
慢睡3期 慢睡 期
慢睡1期 慢睡 期
慢睡4期 慢睡 期
慢睡2期 慢睡 期
快速眼动或异相睡眠
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人在清醒状态、慢波睡眠和快波睡眠时的 人在清醒状态、慢波睡眠和快波睡眠时的EEG模式 模式
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两种类型睡眠时电生理反应的比较
慢波睡眠 EEG高幅慢波（同步化波） EMG肌肉有一定紧张度 EOG无明显眼动
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内容提要
睡眠类型与人类睡眠的个体发展 睡眠的脑机制 睡眠的功能 睡眠与觉醒关系的失调
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犰鼬
各种动物每天的睡眠时间，一般捕食者和安全的动物睡眠的时间较长， 各种动物每天的睡眠时间，一般捕食者和安全的动物睡眠的时间较长，3受攻 2011-12-19 击或危险的动物睡眠时间较短。 击或危险的动物睡眠时间较短。
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婴儿有两种睡眠： 婴儿有两种睡眠： 活动相睡眠（有眼动、体动，呼吸不规则， 有自发性吮吸动作）= 成人的快波睡眠 安静相睡眠（无眼动、体动，呼吸规则）= 成人的慢波睡眠
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2、发展： 、发展：
（1） 总睡眠时间随年龄增长逐渐减少，在生命早期 的变化尤其明显。成人的睡眠时间相对稳定，老年人 的睡眠时间又再度减少。 （2） 快波睡眠在生命早期的时间和比例均高，其后 迅速下降。成年人快波睡眠一夜平均为100分钟，约占 总睡眠时间的20%。 （3） 慢波睡眠的时间随年龄增长减少得不明显，但 慢波睡眠4期有显著减少，尤其在老年。 （4） EEG的α波活动随年龄的增长逐渐增加，δ波活 动随年龄的增长而逐渐减少。3-5岁儿童的α波不到10 分钟/小时，老年人超过了20分钟/小时；3-5岁儿童的δ 波超过了40-50分钟/小时，而老年人仅为10分钟/小时。
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快波睡眠 植物性神经系统呈现出不规则的短暂变化， 表现为： 心率与血压活动不平稳、脑血流量 较安静时为多、脑温回升至觉醒水平 ，心绞 痛和支气管哮喘易发； 脑桥、丘脑外侧膝状体和枕叶皮层出现周期 性高幅放电，称为PGO波。在惊觉时也有， 可能代表对新异刺激的反应； 80%的人报告有梦，内容生动离奇，知觉性 强，视觉尤为突出。
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评价： 3. 评价 阐明了睡眠发展过程中脑的宏观生理机 制，并可解释一些与睡眠有关的精神病理现 象。 但由于形成于20世纪10-20年代，历史 的局限性使其不可能从细胞和分子水平上揭 露睡眠的本质。
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二、脑干网状结构的作用
1、电生理技术发现，刺激脑干网状结构会 引起动物的觉醒反应。已有资料证实，无论是 外部刺激还是感觉通路的电刺激，均沿着传入 通路的侧支引起脑干网状结构的兴奋，然后再 引起大脑皮层的广泛区域觉醒反应。因此，脑 干上部的网状结构称为网状上行激活系统 (ascending reticular activating system, ARAS)。这一系统中神经元的单位发放水平与行 为的觉醒水平、脑电图的觉醒水平之间存在明 确的一致关系。