淺談睡眠剝奪對學習記憶的影響

郝 蕊，周桂花

（1.皖南醫學院， 安徽蕪湖241002； 2.淮南職業技術學院， 安徽淮南232001）

睡眠（sleep）是人和動物正常的生理活動，保證睡眠質量才能保證大腦正常發揮其生理功能，包括正常的學習與記憶功能。睡眠剝奪（sleep deprivation，SD）是指由于生活工作的需要、周圍環境或其他原因而無法保證正常的睡眠。通常SD是指24小時內的睡眠時間少于4個小時，并引起一系列學習、記憶、免疫以及情緒等一系列改變的狀況，隨著時間的累加，SD可能會導致生理、心理以及行為的變化［1］。現代生活節奏緊張，SD現象非常普遍，這嚴重影響了人們的正常生活。正常人每日睡眠時間約八小時，正常的睡眠可以保證大腦和身體及時休整和恢復。有效提高睡眠質量，能夠保證人們有規律地工作、學習和生活。隨著人民生活水平的提高和對健康的重視，睡眠已成為學者們研究關注的焦點之一。

經驗的獲得或發展稱為學習；經驗的儲存和再現稱為記憶。處于睡眠狀態的機體，腦內的蛋白質合成增加，利于新的突觸聯系的建立并且對學習記憶活動有很大的促進作用［2］。若長期嚴重的SD就會導致人或動物產生負性情緒，學習記憶受損、思維紊亂等表現［3］。

一 睡眠剝奪對學習記憶的影響

睡眠對學習記憶的形成有著非常重要的作用。良好的睡眠利于鞏固學習記憶的內容。1929年，Haas Berger發現腦電波在睡眠和覺醒狀態有差異［4］。根據腦電圖的形態差異，可將睡眠分為不同時相，主要由快速眼動睡眠（rapid eye movement，REM）和非快速眼動睡眠（non－rapid eye movement，NREM）兩個階段組成，兩者交替進行并且有規律的循環。徐健等研究結果表明，快速眼動睡眠會在學習后明顯增加，掌握了學習內容后，快速眼動睡眠量也會降低至正常水平，在學習后的特定時間段快速眼動睡眠會集中增多，稱為異相睡眠窗。若在異相睡眠窗階段發生SD，學習效果與記憶功能會受到明顯的損害［5］。Maquet P等進一步研究顯示，非快速眼動睡眠和的快速眼動睡眠對促使記憶的形成都有很重要的作用［2］。

目前通過對大鼠SD研究表明，SD不僅會導致學習成績出現明顯的下降，隨著時間的累加，SD帶來的影響會越來越明顯，同時大鼠的腦電活動改變與學習記憶能力的下降具有顯著相關性。但也有少數研究出現SD的早期（主要為SD第一天）會出現學習記憶能力的加強，多少認為是SD所產生的應激所致，這可能與實驗的方法、材料等因素有關系。

二 睡眠剝奪影響學習記憶的機制

（一） 長時程突觸增強（long－term potentiation，LTP）機制

作為一種經典的電生理指標，海馬LTP經常在神經系統突觸可塑性的研究中被應用。目前，LTP常被分為依賴N－甲基－D－天冬氨酸（NMDA）NMDA受體的LTP和非依賴NMDA受體的LTP。NMDA受體通道的激活是LTP形成的前提條件。實驗證實，長期SD能夠導致大鼠的空間學習記憶能力下降，原因是由NMDA受體介導的海馬CA1區錐體細胞的LTP受到了長期SD的抑制。

多巴胺（dopamine，DA）作為一種大腦中非常重要的神經遞質，主要參與調節睡眠與覺醒相關的行為，而SD所引起的神經內分泌的改變也與之有著密切的關系。DA從突觸前膜釋放后，由受體結合并發揮其重要的生理調節功能。DA受體主要包括D1～D5等5種亞型。通過對D1受體以及下游的AC／cAMP／PKA信號通路的影響，而實現對海馬長LTP效應的抑制作用。有文獻報道，若DA在下丘腦的釋放量下降，會導致下丘腦HPA軸的活性改變。

（二） 一氧化氮（NO）神經毒性作用

研究證實，SD后大鼠海馬組織內的NO含量會出現明顯的升高，而這種升高會引起氧化應激，勢必導致氧自由基的生成都明顯增多，釋放明顯加快，從而導致腦神經元的損傷以及記憶能力下降；而且可能會對線粒體功能的功能產生抑制作用，造成DNA和神經細胞的損傷，因此會引起記憶功能的下降。NO濃度的升高不僅能夠對多種呼吸鏈有抑制作用，而且對與檸檬酸循環相關的酶和DNA復制的限速酶也有抑制作用；體內的過氧化亞硝基陰離子（ONOO－）可由NO與超氧陰離子（O2－）相互作用而形成，過氧化亞硝基陰離子（ONOO－）的分解產物羥基（－OH）及二氧化氮自由基（NO2－）都具有強毒性作用，可損傷細胞，引起線粒體功能紊亂，會進一步導致大量的氧自由基生成，會顯著的抑制動物的學習記憶能力。

（三） 磷酸化環磷酸腺苷相應元件結合蛋白（pCREB）的影響機制

突觸的結構或者功能的變化都與學習和記憶功能密切相關。作為突觸前終末的特異性標記物之一，磷酸化環磷酸腺苷相應元件結合蛋白（pCREB）是對突觸可塑性變化過程有非常重要的影響。有研究表明，pCREB在腦組織神經元細胞核內廣泛存在，對神經元的存活、生長以及海馬記憶的形成中起重要作用。研究報道，SD小鼠的學習記憶能力的下降與海馬中pCREB的含量出明顯降低進一步阻礙學習記憶中的突觸形成有著密切的聯系。

（四） 其他機制

另有研究表明大鼠腦內的5－羥色胺1A（5－HT1A）在海馬和前額皮質的受體蛋白表達水平在CSD后，出現顯著的升高。這可能與5－HT1A對錐體細胞抑制作用的敏感性增強有關，從而影響海馬區和前額皮質的學習記憶功能［6］。

三 結語

睡眠是人類和動物正常的生理活動。良好的睡眠質量才能保證正常的學習、記憶、免疫以及情緒等生理活動和功能的正常發揮。現代生活節奏越來越快，SD現象非常普遍，這嚴重影響了人們的身體健康和正常的生產生活。長期嚴重的SD，會導致人或動物產生負性情緒，學習記憶受損、思維紊亂，實驗證明長時間的睡眠剝奪甚至會導致動物的死亡。因此，研究睡眠和睡眠剝奪具有非常重要的現實和科學意義。本文通過長時程突觸增強（long－term potentiation，LTP）機制、一氧化氮（NO）神經毒性作用、酸化環磷酸腺苷相應元件結合蛋白（pCREB）的影響機制以及腦內的5－羥色胺1A（5－HT1A）等方面對SD導致學習記憶能力下降的機制進行了簡單的闡述。睡眠剝奪對學習記憶的影響機制較為復雜，還有待于今后進一步的研究和探討。

睡眠剝奪方面的研究近年來已經成為科研工作的熱點之一。隨著分子生物學等學科的進一步發展和完善，睡眠剝奪對學習記憶的影響機制的研究也必將更加深入。

［1］ Venancio DP，Andersen LM，et al.Sleep deprivation alters rat ventral prostate morphology［J］.leading to glandular atrophy：A Microscopic Study Contrasted with the Hormonal Assays，2012，（10）：1－6.

［2］ Maquet P.The role of sleep in learning and memory［J］.Science，2001，（294）：1048－1051.

［3］ 隋月林，李吉勇.睡眠剝奪與學習記憶［J］.四川解剖學雜志，2006，14（6）：36－37.

［4］ 孫鳳艷.醫學神經生物學［M］.上海：上海科學技術出版社，2008.

［5］ 徐健，顏崇淮，沈曉明.睡眠剝奪損害學習記憶能力的研究［J］.中華預防醫學雜志，2004，38（2）：135－137.

［6］ 榮霏，程濱，溫曉颯，等.慢性睡眠剝奪對大鼠學習記憶功能及不同腦區5－羥色胺1A受體蛋白表達的影響［J］.上海醫學，2012，35（5）：425－429.