科学家首次通过脑电图数据来区分REM睡眠阶段和清醒状态

2020年08月10日 10:19 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒New Atlas报道,做梦的一个奇怪的决定性因素是我们在这个重要的睡眠阶段的脑电波活动如何与清醒的大脑相似。正因为如此,研究人员很难仅用脑电图(EEG)数据来确定主体何时进入REM睡眠(快动眼睡眠或快波睡眠)阶段。除了脑电图数据外,还需要其他生理标志物来确认REM睡眠,当然包括快速的眼球运动和一种叫做肌张力的肌肉麻痹。

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现在,一项新研究首次确定了一种新型的脑电图特征,可以识别受试者何时处于REM睡眠阶段。这项国际研究由加州大学伯克利分校的科学家领导,最初源于一个麻醉师团队希望更好地了解他们的专利在手术过程中处于什么样的无意识状态。

“我们经常告诉我们的病人,‘你现在会进入睡眠状态’,我很好奇这两种状态实际上有多少重叠,”该研究的第一作者Janna Lendner说。“麻醉会有一些副作用。如果我们了解一下它们是如何重叠的--也许麻醉会劫持一些睡眠途径--从长远来看,我们也许能够改善麻醉。”

一个多世纪以来,科学家们一直在使用脑电图读数研究大脑中的电活动。除了辅助癫痫诊断,脑电图数据还提供了对意识和无意识状态的有用见解,例如帮助医生了解昏迷患者的大脑活动。

一般来说,脑电图测量可以确定一个人是否清醒、是否处于深度睡眠或麻醉状态。然而,当我们进入REM睡眠阶段并做梦时,脑电图数据就会变得嘈杂,类似于清醒时的大脑活动。当然,其他观察数据点很容易表明一个人明显是在做梦,而不是清醒的,但直到现在,研究人员还无法在做梦的脑电图数据中找到一种模式,以提供一种客观的神经生理测量方法来区分REM睡眠和清醒的唤醒活动。

“有这种背景活动,它不是有节奏的,我们已经忽视了相当长的时间,”Lendner解释说。“有时,它被称为噪音,但它不是噪音,它携带了很多信息,也是关于潜在的唤醒水平。这种测量方法使得只看脑电图就可以区分REM睡眠和清醒。”

挖掘这种被称为1/f活动的脑电图“噪音”,新的研究表征了一种可以与REM睡眠直接相关的新型模式。该脑电图模式不同于清醒时看到的任何活动,并为研究人员提供了第一个独立的神经生理标记,以标志一个人正在做梦。

“这些新发现表明,在人类大脑的电静态中,埋藏着一些完全独特的东西--一个简单的签名,”研究合著者Matthew Walker说。“而如果我们测量这个简单的电信号,第一次,我们可以精确地确定某人正在经历的意识状态--做梦、完全清醒、麻醉或深度睡眠。”

识别这种特殊的REM签名将帮助研究人员对麻醉期间的大脑活动进行新的调查,这种大脑状态对神经科学家来说仍然是相当神秘的。新研究的资深作者Robert Knight也指出,这种新型的脑电图签名可以帮助医生更好地了解昏迷患者的不同意识程度。

“更重要的是,我认为它是评估昏迷状态的另一个指标,”Knight说。“1/f是非常敏感的。例如,它可以解决,如果有人处于最低限度的意识状态,而他们没有移动,以及他们是否比你认为他们更警觉。”

这项新研究发表在《eLife》杂志上。

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