睡眠梭形波的研究進(jìn)展

李偉光 李小俚

·綜 述·

睡眠梭形波的研究進(jìn)展

李偉光 李小俚

腦電波(Electroencephalogram，EEG)是動(dòng)物的大腦在活動(dòng)過(guò)程中，皮層神經(jīng)元同步發(fā)生的電生理活動(dòng)而形成的，一種非平穩(wěn)的時(shí)間序列。睡眠是一種復(fù)雜的生理過(guò)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(píng)估睡眠質(zhì)量的一個(gè)重要工具。其中，睡眠的腦電波則體現(xiàn)了動(dòng)物在睡眠階段下腦電活動(dòng)及其變化情況。對(duì)人類來(lái)講，人的一生中大約1/3的時(shí)間是處于睡眠過(guò)程中，因此睡眠是人類的一項(xiàng)重要的生理活動(dòng)。睡眠過(guò)程中的腦電波，不僅可以體現(xiàn)人們的睡眠質(zhì)量，還能反映人的身體健康狀況。因此，研究睡眠過(guò)程中的腦電波，在臨床實(shí)踐中有著重要的意義。

在睡眠過(guò)程中，不同的睡眠時(shí)期，腦電波的活動(dòng)也不相同，因此其波形特征也比較明顯。根據(jù)AASM(美國(guó)睡眠醫(yī)學(xué)會(huì))提出的睡眠分期準(zhǔn)則[1]，人的睡眠可以大致分為清醒期(W)、非快眼動(dòng)期(NREM)和快眼動(dòng)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(guò)程中的睡眠spindle的作用進(jìn)行綜述。

1 睡眠梭形波

睡眠spindle是波幅逐漸增高，而后開(kāi)始逐漸減低的節(jié)律性腦電波。睡眠spindle是正常睡眠的特征性圖形之一，發(fā)生于丘腦網(wǎng)狀核，通過(guò)投射系統(tǒng)投射到大腦皮層[2]。最早報(bào)道為12.5～15.5 Hz，以14 Hz為主。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，spindle的頻率為11～16 Hz，其持續(xù)時(shí)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(biāo)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(biāo)志。

確定spindle的一個(gè)主要方法是，在10 s的視窗內(nèi)數(shù)出每秒的偏轉(zhuǎn)(波)的次數(shù)。目前，spindle的判斷標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是上述的人工判讀規(guī)則，另外就是一系列的自動(dòng)化判斷程序(軟件)。Lajnef等[3]采用基于可調(diào)的Q因子小波變換(Tunable Q-factor Wavelet Transform，TQWT)和形態(tài)學(xué)成分分析(Morphological Component Analysis，MCA)自動(dòng)分析睡眠spindle。Kabir等[4]基于同步壓縮的自動(dòng)spindle檢測(cè)算法。以上都是最新的判讀算法，之前的還有很多關(guān)于睡眠spindle的算法，比如Wamsley等[5]開(kāi)發(fā)的計(jì)算程序。睡眠spindle自動(dòng)判讀算法的出現(xiàn)，為人們分析大數(shù)據(jù)的spindle提供了便利，有利于對(duì)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(fā)現(xiàn)，健康人群的睡眠spindle與睡眠質(zhì)量密切相關(guān)，并且多與spindle的數(shù)量、密度等相關(guān)。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(shù)量、密度以及持續(xù)時(shí)間，隨年齡的增長(zhǎng)均出現(xiàn)明顯的降低，同時(shí)其睡眠質(zhì)量也隨之出現(xiàn)下降趨勢(shì)。睡眠spindle與人的學(xué)習(xí)和智力有一定的關(guān)系。Nader等[8]認(rèn)為，一般的睡眠spindle與知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)有關(guān)。Gruber等[9]認(rèn)為，健康學(xué)齡兒童的睡眠spindle與智力水平的有關(guān)。同時(shí)，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(fā)現(xiàn)，好睡眠的秘密在于大腦產(chǎn)生的紡錘波“節(jié)奏”。研究人員認(rèn)為，睡眠中的人對(duì)噪音的敏感程度和大腦的spindle密切相關(guān)，丘腦產(chǎn)生spindle正是為了噪音對(duì)睡眠的干擾[11]。由此可見(jiàn)，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(dòng)態(tài)的變化以及作用機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究。

2.2 睡眠梭形波在睡眠相關(guān)疾病中的作用 睡眠相關(guān)疾病中，睡眠spindle也會(huì)發(fā)生很多變化，表現(xiàn)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(shù)量和密度均無(wú)顯著性差異。但這并不意味著失眠病人沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)樽髡弑容^的是N2期的結(jié)果。Dang-Vu等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在睡眠失調(diào)人群中，睡眠spindle可以預(yù)測(cè)應(yīng)激相關(guān)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(huì)保持較低。Sch?nwald等[15]認(rèn)為，阻塞性睡眠呼吸暫停中，地形特異性的睡眠spindle頻率會(huì)發(fā)生改變。Chokroverty等[16]最近研究發(fā)現(xiàn)，在重度阻塞性睡眠呼吸暫停病人中，經(jīng)連續(xù)正壓通氣，患者的睡眠spindle密度增加。

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

2.5 外界刺激對(duì)睡眠梭形波的干預(yù)作用 對(duì)于疾病對(duì)睡眠spindle的影響，現(xiàn)在還有其他多種干預(yù)措施進(jìn)行改善。Persinger等[25]指出，微弱的經(jīng)顱磁刺激(Transcerebral Magnetic Stimulation，TMS)可改變癲癇樣女士的N2期spindle的節(jié)律。最近研究發(fā)現(xiàn)，慢振蕩的經(jīng)顱直流電刺激(Transcranial Direct Current Stimulation，tDCS)可通過(guò)改變睡眠spindle的產(chǎn)生而調(diào)節(jié)顳葉癲癇的記憶，這使得tDCS可能成為一種通過(guò)改善睡眠spindle來(lái)調(diào)節(jié)癲癇記憶的工具[26]。TMS是一種無(wú)創(chuàng)的干預(yù)方法，磁信號(hào)可以無(wú)衰減地通過(guò)顱骨而刺激到大腦的神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到改善神經(jīng)調(diào)控的作用。tDCS也是一種非侵入性的干預(yù)方法，它是利用恒定的、低強(qiáng)度直流電(1～2 mA)來(lái)調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元活動(dòng)的一種技術(shù)。這些新技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于后續(xù)睡眠spindle的干預(yù)，有著非常重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上可見(jiàn)，睡眠spindle在睡眠中的作用還是比較關(guān)鍵的，它不僅僅是睡眠質(zhì)量的一個(gè)重要，還涉及學(xué)習(xí)、記憶、疾病等多個(gè)方面。研究睡眠spindle在疾病中的作用，對(duì)于了解和解釋spindle都有著重要的意義。同時(shí)，對(duì)于睡眠spindle的干預(yù)，藥物的作用還是比較有限的，最佳的策略是非藥物的無(wú)創(chuàng)、非侵入式的干預(yù)，這樣才能達(dá)到最貼切自然界的措施，才能更好的干預(yù)和治療各種睡眠疾病。因此，后續(xù)通過(guò)上述各種策略對(duì)睡眠疾病進(jìn)行干預(yù)，通過(guò)分析其spindle的特征來(lái)解釋睡眠疾病發(fā)生的機(jī)制，是一個(gè)重要的研究和診療方向。

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