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控患有睡眠障礙的人，以及昏迷不醒的患者或麻醉狀態下的人。


圖片來源：Pixabay
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，其中大多數人通過連接腦電圖（EEG）來監視腦活動，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。但是腦電圖本身並不能說明病人是醒著還是在做夢，醫生隻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鬆到一種基本麻痹的狀態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科學教授、論文的主要作者Robert Knight說：“我們現在真的擁有了一種準確判斷你是否處於快速眼動睡眠的標準。這是一種判斷無意識的通用標準。”這篇論文於7月28日發表在在線雜誌eLife上。
論文的共同作者、加州大學伯克利分校心理學和神經科學教授、睡眠研究員Matthew Walker說：“這些新發現顯示，在人腦的電信號裏，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麽階段——做夢、完全清醒、麻痹或是深度睡眠。”
這種通過腦電圖辨別快速眼動睡眠的能力能讓醫生監視手術中處於麻痹狀態的病人，以此來研究麻藥引發的無意識與正常睡眠的區別——這個問題仍未得到解決。這也是論文的第一作者、麻醉醫生Janna Lendner發起該研究的主要原因。

圖片來源：芒格學院
Lendner作為伯克利的博士後，正在德國圖賓根大學醫學中心（University Medical Center in Tübingen）進行她的第四年麻醉學實習，她說：“我們經常和病人說‘現在你要睡覺了’，我很好奇這兩種狀態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。”
睡眠舒緩大腦
睡眠，就像Walker 在他2017年出版的《我們為什麽要睡覺》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。”
睡眠中斷則會影響一切，增加醫學、心理和神經性疾病的風險。
大部分睡眠研究都聚焦於同步而有節律地流經大腦神經網絡的波，從標誌著深度睡眠，一般出現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和他的實驗室已經對這種“噪聲”研究了十餘年，並發現它包含著一些關於大腦狀態的有效信息。比如在2015年，他和目前就職於加州大學聖迭戈分校的前博士生Bradley Voytek發現高頻率的活動會隨著年齡而增長。Lendner 現在發現，相對於低頻率活動，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。這種標準讓隻看腦電圖來區分快速眼動睡眠和清醒成為了可能。”
由於慢波與腦中的抑製性活動相關，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製。
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，並求出斜率，即數值下降的速度。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人的夜間腦活動後，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是否能被用於預示昏迷發生的可能性。
Knight說：“更重要的是，我認為這是評估昏迷狀態的另一個指標。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


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情