睡眠:理论、功能和生理学

[1]

什么是睡眠?［|］

睡眠可以被定义为“身体产生的一种主动的无意识状态，大脑处于相对的休息状态，主要对内部刺激产生反应。”[２]睡眠的特点有:

• 身体活动水平低
• 感官意识减弱

睡眠也受昼夜节律和体内平衡机制的调节。此外,某些[3]

[4]

促卵泡激素——由脑垂体分泌，在调节生殖系统中起关键作用^［5］

黄体生成素(LH) -由脑垂体分泌，在调节生殖系统中起关键作用^［5］

生长激素-由脑下垂体分泌，在身体生长和成熟中起作用^[6]

^[7]

睡眠科学史［|］

睡眠科学已经走过了很长一段路，这些年来发生了显著的变化。最初，睡眠被认为是一种濒死体验。

• 亚里士多德研究了睡眠的概念，并在《论睡眠与困倦》一书中对此进行了论述。亚里士多德的观点是，入睡与食物颗粒的消化有关。这些食物颗粒产生的蒸汽从胃里上升，在大脑中积累。这些蒸汽使人进入睡眠状态。
• 18、19世纪的其他学派认为，睡眠是大脑供血不足的结果，或者完全相反，睡眠是由大脑供血过多引起的。[8]

睡眠最初也被认为是一种被动的状态，但随着20世纪20年代末汉斯·伯杰(Hans Berger)发明的脑电图(EEG)证明了事实并非如此。^[9]

• 脑电图可以客观地测量睡眠时的大脑活动，显示出睡眠和清醒时大脑活动的不同模式。^[10]
• 因此，睡眠是一种被动状态的概念被忽视了。
• 脑电图还清楚地显示，大脑在睡眠期间仍然活跃，在睡眠的某些阶段活动水平有所增加。

关于睡眠的概念［|］

嗜睡——“倾向于睡眠，难以保持清醒，嗜睡，嗜睡”或“嗜睡，睡眠倾向和警觉性下降”[11]

• 睡眠的主观感受可能包括:
  • 眼睛睁不开
  • 停留在静止状态的倾向
  • 要慢一点

疲劳——“极度的疲劳感、缺乏精力和筋疲力尽的感觉，与身体和/或认知功能受损有关。”

• 疲劳与体力和脑力消耗以及无法继续执行任务有关。^[11]

身体疲劳是一种生理现象，其特征是“工作时间”(即在家里或工作中完成一项特定任务所花的时间)。

• 身体疲劳也与特定任务的表现下降有关，这种疲劳通常通过改变任务来缓解。^[8]

精神疲劳与获得充足的休息密切相关——这包括睡眠，但不只是睡眠，它可能只是休息或从特定的任务中休息一下。^[8]

• 认知负荷理论指的是工作记忆一次能容纳的信息量。工作记忆的容量是有限的。因此，认知负荷理论认为，你的工作并没有超过你的认知工作负荷能力，因此，你的工作能力是足够刺激的，不会让你感到无聊。^[12]

疲劳——指的是缺乏精力和主动性，可以通过休息和适当的营养摄入来改善。^[8]

睡眠调节［|］

睡眠由两个系统调节，昼夜节律和睡眠/觉醒内稳态。

1. 昼夜节律与包括睡眠在内的生物节律同步，周期为24小时。
2. 睡眠/清醒内稳态描述的是身体内部神经生理驱动的睡眠或清醒。[13]

体内平衡指的是一种平衡或平衡的原则，身体被驱使在睡眠和清醒之间达到一种平衡，即在长时间的清醒后，明显有一种神经生理上的睡眠驱动，在长时间的睡眠后，有一种神经生理上的清醒驱动。

睡眠的作用［|］

人们提出了几种理论来解释睡眠的功能以及为什么睡眠是必要的。这些理论包括睡眠的恢复性理论，睡眠的认知理论;睡眠的能量守恒理论和睡眠的适应性理论。

[14]

恢复理论［|］

这一理论支持这样一种观点，即睡眠对于恢复和恢复有助于恢复身心活力的生理过程是必要的。根据这一理论，假设非快速眼动睡眠对恢复生理功能很重要，快速眼动睡眠对恢复心理功能很重要。[15]

许多主要发生在睡眠中的生物功能的发现支持了睡眠的恢复性理论。其中一些职能包括:

• 认知功能理论［|］

  睡眠对认知功能和记忆形成很重要。关于睡眠剥夺的研究显示认知紊乱，还显示记忆缺陷。[16]这些破坏导致^[16]：

  • 注意力维持能力的损害
  • 决策障碍
  • 难以回忆起长期记忆

  这些类型的干扰也与睡眠剥夺时间的长短呈正相关，随着睡眠剥夺时间的增加，这种损害变得更加严重。^[16]

  研究还表明，学习一项新任务后的慢波睡眠(NREM N3)有能力提高该任务的最终表现。Stickgold(2005)还表明，慢波睡眠对有效记忆的形成至关重要。^[17]因此，为了考试而熬夜学习并不是一个好主意，因为它可能没有效果，甚至可能适得其反。

  ^[18]

  能量守恒理论［|］

  睡眠被认为是一种节约能量的方法。能量守恒理论认为，睡眠的主要功能是在白天和晚上的某一段时间内减少能量需求。在睡眠期间，身体的新陈代谢会减少10%，这一事实支持了这一理论。体温和热量需求在睡眠时下降，在清醒时增加，这再次支持了睡眠在帮助保存能量资源方面发挥重要作用的假设。[19]

  自适应理论［|］

  适应性理论也被称为睡眠的进化理论或不活动理论。这是解释睡眠功能的最早理论之一。这一理论表明，睡眠是一种提高我们整体生存能力的行为。有人认为，与其他物种相比，人类进化的速度更快是因为我们注重休息。

  • 这一理论表明，所有物种都适应了睡眠，而在这段时间里，清醒会使它们面临更多的危险。例如，睡眠是一种适应性行为，使我们远离夜晚和黑暗，而捕食动物在视觉和隐身方面享有优势。[15]
  • 与饥饿和口渴类似，困倦可能代表着一种潜在的生理需求，只有通过睡眠才能得到满足，它是个体生存的必要条件。^[8]

  睡眠生理学［|］

  睡眠评估［|］

  医疗救助方法［|］

  不同的研究可以用于睡眠实验室来评估睡眠。这些方法的优点包括:

  • 使用先进技术(不能在家使用)
  • 精确和离散的方法-可以区分不同的睡眠阶段
  • 睡眠评估的黄金标准

  缺点是:

  • 昂贵的方法
  • 耗时的方法
  • 需要专业协助
  • 只能在短时间内完成(一到两天)
  • 另一个重要的功能缺陷是，在睡眠实验室进行的评估不是在患者在家的正常睡眠环境下进行的，因此它不能真正测量正常的睡眠情况。

  Polysomnogram(PSG):由几个同时进行但独立的测试组成的医疗程序，监测睡眠时不同的身体功能，并通过不同的渠道记录下来供以后研究使用[20]

  PSG中收集的测试和信息可以包括^[20]：

  • 脑电图(EEG) -测量和记录脑电波活动-用于识别睡眠阶段和检测癫痫活动
  • 眼电图(EOG)——记录眼球运动。这对识别不同的睡眠阶段，尤其是快速眼动睡眠阶段很重要
  • 肌电图——记录肌肉活动，如磨牙、面部抽搐和肢体运动。下巴肌电图用于区分快速眼动和清醒，肢体肌电图用于识别睡眠期间的周期性肢体运动(PLMS)。
  • [20]：
    • 多重睡眠潜伏期测验(MLST)
    • 清醒试验(MWT)的维持
    • CPAP滴定试验(CTT)
    • 家庭睡眠测试(HTS)

    自我评估方法［|］

    • 睡眠问卷调查[20]
    • 睡眠日记
    • 硬件设备，如睡眠检测应用程序

    睡眠阶段［|］

    睡眠可以分为两种睡眠状态或类型，这两种睡眠状态在一晚上有好几次连续的循环(5到6次)。这些循环一般在90到100分钟之间。睡眠的两个主要阶段是:

    • 快速眼动睡眠(REM)
    • 非快速眼动睡眠。

    越来越长、越来越深的快速眼动阶段通常发生在睡眠周期的后期。

    • 快速眼动没有睡眠阶段的划分
    • 非快速眼动睡眠包括三到四个主要细分。
      • Rechtschaffen和Kales在1968年发表了睡眠分期的标准化标准。^[21]
      • 美国睡眠医学会修订了这些标准，并于2007年发布了修订版。^[22]
      • 主要变化:将第三阶段和第四阶段合并为一个阶段——现在定义为慢波睡眠或深度睡眠(为了本文的目的，将参考美国睡眠学会的分类)。

    多导睡眠描记术用于识别和分类不同的睡眠状态。^[23]

    • 非快速眼动(NREM)睡眠被细分为增加睡眠深度的三个阶段(N1、N2和N3)。^[２][24]

    ^[25]

    NREM睡眠第一阶段(N1)［|］

    • 清醒和睡眠之间的过渡阶段(我们迷迷糊糊入睡的时期)
    • 浅睡眠阶段
    • 呼吸频率降低
    • 减少心跳
    • 脑电波活动(EEG)[23]
      • 与波和波有关
      • 早期在N1 - α波中，低频率(8- 13hz)，高振幅的电活动(波)模式变得同步
      • 这种脑电波活动模式就像一个人很放松，但很清醒
      • 进一步在N1阶段-增加θ波的活性
      • θ波-频率较低(4 - 7hz)，振幅较高的脑电波
    • 很容易把人从第一阶段叫醒
    • 持续5 -10分钟

    NREM睡眠第二阶段(N2)［|］

    • 身体进入深度放松状态
    • 睡眠的开始
    • 体温下降
    • 心率减慢
    • 大脑产生睡眠纺锤波
    • 人们对周围环境的意识较弱
    • 持续约20分钟
    • 脑电波活动[23]
      • θ波仍然占主导地位，但被睡眠纺锤波(高频脑电波的快速爆发——这可能对学习和记忆很重要)打断。
      • k复合体也在这一阶段(对环境刺激的反应，大脑活动的高振幅模式，可能会发生-可能作为对我们的环境所发生的事情的更高水平的唤醒的桥梁)
      • 睡眠纺锤波和k复合体有助于区分NREM N1和N2

    NREM睡眠第三阶段［|］

    根据Rechtschaffen和Kales的说法，修正了之前第3和第4阶段的组合[22]也称为慢波睡眠(SWS)

    • 肌肉放松
    • 血压下降
    • 呼吸频率下降
    • 深度睡眠
    • 人们的反应更迟钝
    • 周围环境中的噪音和活动可能无法产生反应
    • 浅睡眠和深睡眠之间的过渡时期
    • 持续约20至40分钟^[26]．
    • 脑电波^[23]-低频率(高达4Hz)，高振幅三角波

    快速眼动睡眠［|］

    • 眼睛在闭着的眼皮下快速移动
    • 大脑变得更加活跃
    • 低幅混合频率脑电图(类似于清醒模式)
    • 去同步的脑电图活动
    • 身体变得放松和静止
    • 肌肉松弛或麻痹
    • 梦想发生
    • 也被称为矛盾睡眠，因为当大脑和其他身体系统变得更活跃时，肌肉变得更放松[27]．

    睡眠解剖学［|］

    的结构[28]^[24]：

    • 下丘脑
      • 大脑深处的一个小结构
      • 包含控制睡眠和觉醒的神经细胞群
    • 视交叉上核
      • 位于下丘脑
      • 由数千个细胞组成的集群，从眼睛接收光线照射的信息