睡眠梭形波的研究進展

李偉光 李小俚

·綜 述·

睡眠梭形波的研究進展

李偉光 李小俚

腦電波(Electroencephalogram，EEG)是動物的大腦在活動過程中，皮層神經元同步發生的電生理活動而形成的，一種非平穩的時間序列。睡眠是一種復雜的生理過程，睡眠研究在臨床的疾病診斷和治療中具有一定的作用，而睡眠腦電圖(EEG)則是研究睡眠生理變化和評估睡眠質量的一個重要工具。其中，睡眠的腦電波則體現了動物在睡眠階段下腦電活動及其變化情況。對人類來講，人的一生中大約1/3的時間是處于睡眠過程中，因此睡眠是人類的一項重要的生理活動。睡眠過程中的腦電波，不僅可以體現人們的睡眠質量，還能反映人的身體健康狀況。因此，研究睡眠過程中的腦電波，在臨床實踐中有著重要的意義。

在睡眠過程中，不同的睡眠時期，腦電波的活動也不相同，因此其波形特征也比較明顯。根據AASM(美國睡眠醫學會)提出的睡眠分期準則[1]，人的睡眠可以大致分為清醒期(W)、非快眼動期(NREM)和快眼動期(REM)。按睡眠程度的深淺，NREM期又可分為N1期、N2期和N3期。睡眠spindle是N2期的特征波。本文，就睡眠過程中的睡眠spindle的作用進行綜述。

1 睡眠梭形波

睡眠spindle是波幅逐漸增高，而后開始逐漸減低的節律性腦電波。睡眠spindle是正常睡眠的特征性圖形之一，發生于丘腦網狀核，通過投射系統投射到大腦皮層[2]。最早報道為12.5～15.5 Hz，以14 Hz為主。目前多數學者認為，spindle的頻率為11～16 Hz，其持續時間一般為≥0.5 s(通常為0.5～2 s)。睡眠spindle是N2期睡眠的一種特征性標記波形。正常成年人睡眠spindle主要存在于N2期，是正常睡眠的標志。

確定spindle的一個主要方法是，在10 s的視窗內數出每秒的偏轉(波)的次數。目前，spindle的判斷標準，一個是上述的人工判讀規則，另外就是一系列的自動化判斷程序(軟件)。Lajnef等[3]采用基于可調的Q因子小波變換(Tunable Q-factor Wavelet Transform，TQWT)和形態學成分分析(Morphological Component Analysis，MCA)自動分析睡眠spindle。Kabir等[4]基于同步壓縮的自動spindle檢測算法。以上都是最新的判讀算法，之前的還有很多關于睡眠spindle的算法，比如Wamsley等[5]開發的計算程序。睡眠spindle自動判讀算法的出現，為人們分析大數據的spindle提供了便利，有利于對睡眠spindle的深入研究。

2 睡眠梭形波的作用

2.1 Spindle在睡眠中的作用 睡眠spindle在人們的正常睡眠中起到重要作用。研究發現，健康人群的睡眠spindle與睡眠質量密切相關，并且多與spindle的數量、密度等相關。在不同年齡階段中，睡眠spindle的頻率有所不同[6]；Nicolas等[7]研究指出睡眠spindle的數量、密度以及持續時間，隨年齡的增長均出現明顯的降低，同時其睡眠質量也隨之出現下降趨勢。睡眠spindle與人的學習和智力有一定的關系。Nader等[8]認為，一般的睡眠spindle與知識和技能的學習有關。Gruber等[9]認為，健康學齡兒童的睡眠spindle與智力水平的有關。同時，有研究指出，睡眠spindle也能改變記憶的鞏固[10]。2010年Current Biology的研究發現，好睡眠的秘密在于大腦產生的紡錘波“節奏”。研究人員認為，睡眠中的人對噪音的敏感程度和大腦的spindle密切相關，丘腦產生spindle正是為了噪音對睡眠的干擾[11]。由此可見，spindle在人的睡眠中的作用是非常重要的。因此，睡眠spindle在人們的睡眠中起到了重要的作用，其動態的變化以及作用機制還需要進一步深入研究。

2.2 睡眠梭形波在睡眠相關疾病中的作用 睡眠相關疾病中，睡眠spindle也會發生很多變化，表現最為突出的是睡眠呼吸障礙。Bastien等[12]指出，正常人群和失眠病人間，在N2期的spindle數量和密度均無顯著性差異。但這并不意味著失眠病人沒有問題，因為作者比較的是N2期的結果。Dang-Vu等[13]研究發現，在睡眠失調人群中，睡眠spindle可以預測應激相關的增加。Himanen等[14]研究指出，睡眠呼吸暫停的病人，睡眠spindle頻率會保持較低。Sch?nwald等[15]認為，阻塞性睡眠呼吸暫停中，地形特異性的睡眠spindle頻率會發生改變。Chokroverty等[16]最近研究發現，在重度阻塞性睡眠呼吸暫停病人中，經連續正壓通氣，患者的睡眠spindle密度增加。

2.3 睡眠梭形波在神經系統疾病中的作用 睡眠梭形波也可作為中樞神經系統機能正常與否的一個指標。目前，已有報道指出，多種疾病可影響到睡眠spindle，并使之呈現顯著減少的趨勢，如帕金森氏病[17]、阿爾茲海默癥[18]等。最近研究發現，睡眠spindle在帕金森病中可能預示癡呆的發展[19-20]。睡眠spindle的改變與帕金森病患者癡呆癥的后期發展有關，因此，可以作為帕金森病患者認知功能下降的一個標記。癲癇發生和局灶性癲癇發作可由淺睡眠期spindle的特性調節[21]。另外，精神分裂癥患者也會表現出睡眠spindle的明顯減少[5]。Nishida[22]等研究發現，與健康對照組相比，抑郁癥受試者在前額葉表現出顯著較高的慢速spindle振幅。同時，抑郁癥患者的快速spindle的頻率高于健康人。

2.5 外界刺激對睡眠梭形波的干預作用 對于疾病對睡眠spindle的影響，現在還有其他多種干預措施進行改善。Persinger等[25]指出，微弱的經顱磁刺激(Transcerebral Magnetic Stimulation，TMS)可改變癲癇樣女士的N2期spindle的節律。最近研究發現，慢振蕩的經顱直流電刺激(Transcranial Direct Current Stimulation，tDCS)可通過改變睡眠spindle的產生而調節顳葉癲癇的記憶，這使得tDCS可能成為一種通過改善睡眠spindle來調節癲癇記憶的工具[26]。TMS是一種無創的干預方法，磁信號可以無衰減地通過顱骨而刺激到大腦的神經系統，進而達到改善神經調控的作用。tDCS也是一種非侵入性的干預方法，它是利用恒定的、低強度直流電(1～2 mA)來調節大腦皮層神經元活動的一種技術。這些新技術的出現，對于后續睡眠spindle的干預，有著非常重要的意義。

3 結語

綜上可見，睡眠spindle在睡眠中的作用還是比較關鍵的，它不僅僅是睡眠質量的一個重要，還涉及學習、記憶、疾病等多個方面。研究睡眠spindle在疾病中的作用，對于了解和解釋spindle都有著重要的意義。同時，對于睡眠spindle的干預，藥物的作用還是比較有限的，最佳的策略是非藥物的無創、非侵入式的干預，這樣才能達到最貼切自然界的措施，才能更好的干預和治療各種睡眠疾病。因此，后續通過上述各種策略對睡眠疾病進行干預，通過分析其spindle的特征來解釋睡眠疾病發生的機制，是一個重要的研究和診療方向。

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100875北京，北京師范大學腦與認知科學研究院，認知神經科學與學習國家重點實驗室